Детонаційний режим горіння

З метою проведення розрахунків з гарантованим запасом за об’ємом інженерно-рятувальних робіт, при обґрунтуванні вихідних даних приймають такий випадок руйнування резервуара, щоб вибух газоповітряної суміші, що утворюється при цьому, справив максимальну вражаючу дію. Цей випадок відповідає руйнуванню такого резервуара, в якому зберігається максимальна кількість пальної речовини на розглянутому об'єкті.

Коротко розглянемо моделі впливу, що визначають поля вражаючих факторів (тиску) при прогнозуванні наслідків вибухів газоповітряних сумішей.

При вибуху газоповітряних сумішей розрізняють дві зони дії: детонаційної хвилі - в межах хмари ГПС та повітряної ударної хвилі - за межами хмари ГПС. В зоні хмари діє детонаційна хвиля, надлишковий тиск у фронті якої приймається постійним у межах хмари ГПС і приблизно рівним DР = 17 кгс/см² (1,7 МПа).

У розрахунках приймають, що зона дії детонаційної хвилі обмежена радіусом r ₀, який визначається з припущення, що ГПС після руйнування ємності утворює у відкритому просторі напівсферичну хмару.

Об’єм півсферичної хмари може бути визначений за формулою

 

м³,

де = 3,14.

Враховуючи, що кіломоль ідеального газу при нормальних умовах займає 22,4 м³, об'єм ГПС, що утворюється при аварійній ситуації, складе

 

м³,

 

де - коефіцієнт, що враховує частку активного газу (частку продукту, що бере участь у вибуху);

- кількість зріджених вуглеводневих газів в сховищі до вибуху, кг;

- стехіометрична концентрація газу в % по об'єму (табл. 6.2);

- молярна маса газу, кг/кмоль.

 

З умови рівності півсфери і об’єму суміші, що утворилася, отримаємо

 

м. (1)

 

При підстановці значень для метану = 16 і С = 9.45 (див. табл. 62), отримаємо формулу

 

, м. (2)

 

де - кількість метану до вибуху в тоннах.

Ця формула отримала широке розповсюдження при проведенні розрахунків за визначенням наслідків вибухів для вуглеводневих газів.

Значення коефіцієнта k приймають в залежності від способу зберігання продукту:

k = 1 - для резервуарів з газоподібною речовиною;

k = 0,6 - для газів, зріджених під тиском;

k = 0,1 - для газів, зріджених охолодженням (зберігаються в ізотермічних ємностях);

k = 0,05 - при аварійному розливі легкозаймистих рідин.

Зона дії повітряної ударної хвилі (ПУХ) починається відразу за зовнішньою межею хмари ГПС. Тиск у фронті ударної хвилі D Р_ф залежить від відстані до центру вибуху і визначається за рис. 1 або таблиці 1, виходячи з співвідношення

 

D Р_ф = f (r / r ₀), (3)

 

де r - відстань від центру вибуху до точки, що розглядається.

 

Таблиця 1

r / r 0	0 - 1	1,01	1,04	1,08	1,2	1,4	1,8	2,7
D Рф,кПа

 

Таблиця 1 і рис. 1 апроксимують відомі формули, що характеризують залежність тиску від відстані до центру вибуху.

Рисунок 1 ‑ Зміна значень ∆ Р_ф (кгс/см²) при вибуху пропанобутанових ГПС в залежності від маси скрапленого газу Q (кг) і відстані r (м)

 

Приклад:

1. Визначити r ₀ і значення ∆ Р_ф на відстані 100 м при розлитті і вибуху ГПС Q =1000 кг. На перетині вертикальної лінії r = 100 м з горизонтальною Q =1000 кг одержимо точку А₁, що відповідає ∆ Р_ф = 0,25 кгс/см²; r ₀ =15,6 м.

2. Визначити значення Q, при якому об'єкт, що витримує навантаження ∆ Р_ф = 0,3 кгс/см², і розташований на відстані 60 м від центра вибуху, не буде зруйновано. На перетині вертикальної лінії r = 60 м з похилою ∆ Р_ф = 0,3 кгс/см² отримаємо точку А₂, що відповідає Q = 320 кг.

 

Приклад розрахунку

Вибух хмари ГПС, утвореної при руйнуванні резервуара з 10⁶ кг зрідженого пропану.

Вихідні дані: Q =10⁶ кг; К =0,6; m_k =44; С =4,03%.

Визначити тиск ударної хвилі на відстані r =200 м від центру вибуху та ступінь руйнувань.

Розрахунок:

1. м.

2. .

3. При за табл. 1 D P_ф =350 кПа (3,5 кгс/см²).

4. Ступінь руйнувань визначаємо згідно розділу 5 ‑ повні руйнування.