Прогнозирование и оценка обстановки при авариях, связанных со взрывами

Принимаем, что резервуар заполнен бензином на 80 %, а 20 % объема занимают пары бензина (α=0,2). Поскольку бензин в резервуаре находится при атмосферном давлении (Р1=101,3 ∙103 Па), то по формуле (1) найдем массу паров бензина в первичном облаке:
mп 1=αMP1∙V1/(R∙Toc), (1)
где α – объемная доля оборудования, заполненная газовой фазой; Р1– атмосферное давление (101,3∙103Па); Тос– температура окружающей среды, К; М – молекулярная масса жидкости, кг/моль; R – универсальная газовая постоянная (8310 Дж/(К∙кмоль)).
mп.1=0,2∙94∙300∙101,3∙103/(8310∙294)=233,9 кг.
Интенсивность испарения разлившегося бензина W определяется по формуле:
W=1∙10-6∙Pнас∙M, (2)
где Рнас – давление насыщенного пара, кПа, определяемое по формуле:
Рнас=101,3∙expLисп∙M∙(Ткип-1-Тос-1)/R. (3)
Находим давление насыщенного пара бензина при температуре окружающей среды:
Рнас=101,3∙exp287300 ∙ 94 ∙ (413-1-294-1)/8310=4,19 кПа.
Тогда
W=1∙10-6∙4,19∙940,5=4,1 ∙ 10-5кг/м2∙ с.
Масса паров во вторичном облаке, образующемся при испарении разлившегося бензина:
mп 2=W∙Fисп∙τисп, (4)
где Fпод – площадь испарения (разлива), равная площади поддона, м2; Тисп – время испарения разлившейся жидкости, равное 3600 с.
mп 2=4,1∙10-5∙200 ∙3600=292,6 кг.
Суммарная масса паров бензина:
mп=233,9+292,6=526,5 кг.
Радиус взрывоопасного облака Rнкпр для паров ЛВЖ определяется по формуле:
Rнкпр=3,15∙τисп/3600∙(Рнас/Снкпр)0,813∙mп/(ρп∙Рнас)1/3, (5)
где Снкпр – нижний концентрационный предел распространения пламени, кг/м (табл. 2); ρп – плотность пара, кг/м3, определяется по формуле:
ρп(г)=М/V0∙(1+0,0367∙tр), (6)
где V0 – мольный объем, равный 22,4 м3/кмоль; tр – расчетная температура, принимается равной 61 ºС.
Тогда:
ρп=94/22,4∙1+0,0367∙61=3,42 кг/м3,
Rнкпр=3,15∙3600/3600∙(4,19/0,04)0,813∙526,5/(3,42∙4,19)13 =460 м
Радиус зоны детонационного взрыва определяем по формуле
R0=10∙(mп∙k)/(M∙Cстх)1/3, (7)
где k – коэффициент, зависящий от способа хранения горючего вещества (1 – для газа; 0,6 – для сжиженного газа по давлением; 0,1 – для сжиженного газа при пониженной температуре; 0,06 – аварийный разлив ЛВЖ); Сстх – стехиометрическая концентрация газа в смеси, объемные % (табл. 2).
R0=10∙(526,5∙0,06)/(94∙2,1)1/3=5,4 м.
Таблица 2
Характеристика взрываемости некоторых газов (паров)
Вещество М, кг/моль Qv,г, кДЖ/кг
газа Qv,стх, кДж/кг
ГВС Пределы взрываемости (НКПР/ВКПР) Рстх, кг/м3 Сстх об., %
% кг/м3
Аммиак 15 16600 2370 15/18 0,11/0,28 1,18 19,72
Ацетон 58 28600 3112 2,2/13 0,052/0,31 1,21 4,99
Ацетилен 26 48300 3387 2/81 0,021/0,86 1,278 7,75
Бутан 58 45800 2776 1,9/9,1 0,045/0,22 1,328 3,13
Бутадиен 56 47000 2892 2/11,5 0,044/0,26 1,329 3,38
Бензол 78 40600 2973 1,4/7,1 0,045/0,23 1,35 2,84
Бензин 94 46200 2973 1,2/7 0,04/0,22 1,35 2,1
Водород 2 120000 2763 5/15 0,033/0,1 1,232 9,45
Метан 16 50000 2763 5/15 0,033/0,1 1,232 9,45
Оксид углерода 28 13000 2930 12,5/74 0,14/0,85 1,28 4,03
Пропан 44 46000 2801 2,1/9,5 0,38/0,18 1,315 4,03
Этилен 28 47000 2922 3/32 0,034/0,37 1,28 4,46
Избыточное давление на фронте ударной волны за пределами зоны детонационного взрыва найдем по формуле:
∆РФ=81∙(mпр1/3/R)+330∙(mпр2/3/R2)+505∙(mпр/R3), (8)
где mпр – приведенная масса пара или газа, участвующего во взрыве, кг, определяется по формуле:
mпр=(Qγ г/Qγ ТНТ)∙mп∙z, (9)
где Qv,г и Qv,ТНТ – соответственно энергия газа (пара) и тротила, кДЖ/кг (табл. 2 и 3); z - доля приведенной массы парогазовых веществ, участвующих во взрыве.
Таблица 3
Энергии взрыва Qγ, кДж/кг,
конденсированных взрывчатых веществ
Взрывчатое вещество
(индивидуальное) Qγ
Взрывчатое вещество (смеси) Qγ
Тротил (ТНТ) 4520 Аматол 80/2, (80 % нитрата + 20 % ТНТ) 2560
Гексоген
5360 60 % нитроглицериновый динамит 2710
Октоген
5860 Торпекс (42 % гексогена + 40 % ТНТ + 18 %Al) 7540
Нитроглицерин 6700 Пластическое ВВ (90 % нитроглицерина + 8 % нитроцеллюлозы + 1 % щелочи + 2 % H2O) 4520
mпр=462004520∙526,5∙0,1=538 кг
В пределах зоны детонационного взрыва избыточное давление на фронте ударной волны:
∆РФ5,4=81∙(538 13/5,4)+330∙(538 23/5,42)+505∙(538/5,43)=2596 кПа.
На границе Rнкпр=460 м избыточное давление на фронте ударной волны:
∆РФ460=81∙(538 13/460)+330∙(538 23/4602)+505∙(538/4603)=1,5 кПа.
Избыточное давление на фронте ударной волны у здания диспетчерской (R=25 м):
∆РФ25=81∙538 1325+330∙538 23252+505∙538253=79 кПа.
Согласно таблице 4 при избыточном давлении на фронте ударной волны ∆Рф=79 кПа промышленное здание с тяжелым металлическим каркасом может получить сильные разрушения