Реферат: Определение пожарной опасности производственного объекта

Истечение жидкостей и газов

Истечение жидкости

Рассматривается резервуар, находящийся в обваловании (рис. 3.1).

Вводятся следующие допущения:

истечение через отверстие однофазное;

резервуар имеет постоянную площадь сечения по высоте;

диаметр резервуара много больше размеров отверстия;

размеры отверстия много больше толщины стенки;

поверхность жидкости внутри резервуара горизонтальна;

температура жидкости остается постоянной в течение времени истечения.

Массовый расход жидкости G (кг/с) через отверстие во времени t (c) описывается соотношением:

, (3.1)

где G₀ - массовый расход в начальный момент времени, кг/с, описываемый выражением:

, (3.2)

где - плотность жидкости, кг/м³; g - ускорение свободного падения (9,81 м/с²); - коэффициент истечения; А_hol - площадь отверстия, м²; h_hol - высота расположения отверстия, м; А_R - площадь сечения резервуара, м²; h₀ - начальная высота столба жидкости в резервуаре, м.

Зависимость высоты столба жидкости в резервуаре h (м) от времени t описывается формулой:

. (3.3)

Условия перелива струи жидкости (при h₀ > h_hol) через обвалование может быть приближенно записано следующим образом:

, (3.4)

где Н - высота обвалования, м; L - расстояние от стенки резервуара до обвалования, м.

Рис. 3.1. Схема для расчета истечения жидкости из отверстия в резервуаре

Количество жидкости m (кг), перелившейся через обвалование за полное время истечения, описывается выражением:

, (3.5)

где t_pour - время, в течение которого жидкость переливается через обвалование, с, (т.е. время, в течение которого выполняется условие (3.4)).

Величина t_pour описывается выражением:

, (3.6)

где

a, b, c - параметры, описываемые формулами:

, м/с² (3.7)

, м/с (3.8)

, м (3.9)

В случае, если жидкость в резервуаре находится под избыточным давлением ?P (Па), величина мгновенного массового расхода G₀ (кг/с) должна быть описана выражением:

. (3.10)

Для определения количества жидкости, перелившейся через обвалование, и времени перелива следует проинтегрировать соответствующую систему уравнений, где величина ?Р может быть переменной.

Истечение сжатого газа

Массовая скорость истечения сжатого газа из резервуара описывается соотношениями:

докритическое истечение:

при

, (3.11)

, (3.12)

сверхкритическое истечение:

при

, (3.13)

, (3.14)

где G - массовый расход, кг/с; - атмосферное давление, Па; Р_V - давление газа в резервуаре, Па; - показатель адиабаты газа; А_hol - площадь отверстия , м²; м - коэффициент истечения (0,6-0,8); с_V - плотность газа в резервуаре при давлении Р_V, кг/м³.

Истечение сжиженного газа из отверстия в резервуаре

Массовая скорость истечения паровой фазы G_V (кг/с) описывается формулой:

, (3.15)

где коэффициент истечения; А_hol - площадь отверстия, м²; Р_С - критическое давление сжиженного газа, Па; М - молярная масса, кг/моль; R - универсальная газовая постоянная, равная 8,31 Дж/(Кмоль); Т_С - критическая температура сжиженного газа, К; Р_R = P_V/P_C - безразмерное давление сжиженного газа в резервуаре; Р_V - давление сжиженного газа в резервуаре, Па.

Массовую скорость истечения паровой фазы можно также рассчитывать по формулам (3.11) - (3.14).

Массовая скорость истечения жидкой фазы G_L (кг/с) описывается формулой:

(3.16)

где с_L - плотность жидкой фазы, кг/м³; с_V - плотность паровой фазы, кг/м³; Т_R=T/T_C - безразмерная температура сжиженного газа; Т - температура сжиженного газа в резервуаре, К.

Растекание жидкости при квазимгновенном разрушении резервуара

Под квазимгновенном разрушением резервуара следует понимать внезапный (в течении секунд или долей секунд) распад резервуара на приблизительно равные по размеру части. При такой пожароопасной ситуации часть хранимой в резервуаре жидкости может перелиться через обвалование.

Ниже представлена математическая модель, позволяющая оценить долю жидкости, перелившейся через обвалование при квазимгновенном разрушении резервуара. Приняты следующие допущения:

рассматривается плоская одномерная задача;

время разрушения резервуара много меньше характерного времени движения гидродинамической волны до обвалования;

жидкость является невязкой;

трение жидкости о поверхность земли отсутствует;

поверхность земли является плоской, горизонтальной.

Система уравнений, описывающих движение жидкости, имеет вид:

, (3.17)

где h - высота столба жидкости над фиксированным уровнем, м; h_G - высота подстилающей поверхности над фиксированным уровнем, м; u - средняя по высоте скорость движения столба жидкости, м/с; х - координата вдоль направления движения жидкости, м; t - время, с; g - ускорение свободного падения (9,81 м/с²).

Граничные условия с учетом геометрии задачи (рис. 3.2) имеют вид:

, (3.18)

, (3.19)

(3.20)

(3.21)

где а - высота обвалования.

Массовая доля жидкости Q (%), перелившейся через обвалование к моменту времени Т, описывается выражением:

, (3.22)

где u_N - средняя по высоте скорость движения столба жидкости при х = b, м/с; h_N - высота столба жидкости при х = b, м; h₀ - начальная высота столба жидкости в резервуаре, м; R - ширина резервуара, м.

График расчетной и экспериментальной зависимостей массовой доли перелившейся через обвалование жидкости Q от параметра a/h₀ представлен на рис 3.3.

Рис. 3.2. Типичная картина движения жидкости в обваловании при квазимгновенном разрушении резервуара.

- уровень начального столба жидкости;

- уровень жидкости в промежуточный

момент времени (результаты расчета)

Рис. 3.3. Зависимость доли перелившейся через обвалование жидкости Q от параметра а/h₀: 1 - расчет; 2 - эксперимент

1 -- начало участка i

Выявление опасности возникновения пожара сводится к установлению возможности одновременного появления и взаимоконтакта в определенном соотношении трех факторов, необходимых для возникновения пожара:

- горючего вещества;

- окислителя;

- источника зажигания.

Местом возникновения пожара может являться аппарат, станок, машина, помещение или открытая площадка, на которой имеются горючие вещества и материалы. Пожар может возникнуть как при нормальной работе оборудования, в период его пуска так и при повреждениях или нарушении режима работы оборудования с выходом из него горючей среды в помещения и на открытые площадки.

Оценку возможности образования горючих концентраций в закрытых аппаратах (сосудах, резервуарах) с ЛВЖ, газами и пылями производят путем сравнения фактических температур или концентраций с пределами воспламенения.