 |
Прогнозирование последствий взрыва шарового газгольдера с газом под давлением
|
|
|
|
Курсовая работа №1
Моделирование последствий взрыва шарового газгольдера с газом под давлением
Цель курсовой:
1. Научиться определять последствия взрыва.
2. Получить радиусы зон степени поражения от ударной волны для прогнозируемой аварии.
3. Ознакомиться с принципом возникновения и распространения звуковой волны.
Теоретические положения
Газго́льдер — резервуар для хранения газообразных веществ, таких, например, как природный газ, биогаз, сжиженный нефтяной газ, воздух и т. д. В газгольдере сжиженные газы в большом количестве и находятся под давлением. Эти обстоятельства представляют повышенную опасность.
Первая опасность: высокое давление
Сжиженный газ находится в газгольдере под давлением. Именно это обеспечивает постоянный баланс газообразной и жидкой фаз. Отсюда – бесперебойная подача газа к отопительным приборам, плите, водонагревателю и т.д.
Известно, что из-за чрезмерного внутреннего давления любая емкость может разорваться. Но с сертифицированными новыми газгольдерами такого не случается:
Производители испытывают каждый резервуар при давлении 25 атм.
Для дополнительной страховки емкости снабжают предохранительными клапанами сброса, которые срабатывают уже при 16 атм. То есть, давление внутри газгольдера просто не может дойти до допустимого максимума.
При этом в норме закачанный сжиженный газ создает в емкости всего 3–6 атм. Это ничтожно мало по сравнению с испытательным давлением.
Поэтому при правильной эксплуатации газгольдер не разрывается.
Газгольдер может разорваться при грубых нарушениях правил эксплуатации. Причины повреждений:
Переполнение емкости топливной смесью. В современных газгольдерах это уже исключено благодаря предохранительному клапану. Но при чрезмерном заполнении резервуара можно сильно повредить его арматуру. Чтобы обезопасить себя и оборудование, газгольдер никогда не следует заполнять больше чем на 85 % от общего объема.
|
|
|
Неисправность предохранительного клапана (тогда при переполнении он просто не сработает).
Перегревание корпуса газгольдера. Он может нагреться в случае пожара или разжигания костров вблизи оборудования, а также при неправильной наземной установке (на открытом солнце).
Закачивание в резервуар смесей, на которые он не рассчитан (к примеру, более летучих газов, чем пропан и бутан).
Замерзание большого количества воды (конденсата) в емкости или в патрубках, которые от нее отходят.
Во всех этих случаях (кроме воздействия открытого огня) разрыв резервуара не связан со взрывом газа. Происходит только повреждение самой емкости.
Может ли взорваться или загореться газ в газгольдере?
Взрыв газовой смеси в неповрежденном газгольдере вообще невозможен. Без смешивания с воздухом газ не взрывается, а воздух внутрь газгольдера не поступает.
Вторая опасность: утечки газа
Вытекание газовой смеси более опасно, чем собственно повреждение газгольдера. Снаружи жидкая фаза быстро испаряется, превращаясь в обычный газ. Но пропан-бутановая смесь тяжелее воздуха, поэтому она «растекается» по низким местам.
Когда возможны утечки газовой смеси:
- при повреждениях самой емкости;
- при неисправности арматуры;
- в случае неправильного обслуживания оборудования (заправки, ремонта, осмотра);
- когда есть неплотности в местах соединений.
Все зависит от объема вытекшей смеси и размещения газгольдера. Если установка наземная, газ распространяется по поверхности грунта, скапливаясь в заглублениях рельефа. Здесь, смешиваясь с воздухом, он становится взрывоопасным.
|
|
|
При подземном размещении вся смесь опускается в нижние слои грунта, где не может смешаться с воздухом и вызвать взрыв. Поэтому взрывы газа при утечке из подземного газгольдера практически невозможны.
Прогнозирование последствий взрыва шарового газгольдера с газом под давлением
Взрыв шарового газгольдера сжатого кислорода объемом V 
произошел вследствие превышения регламентированного давления. Аппарат рассчитан для работы под давлением 
. Взрыв произошел при давлении 
. Плотность газа при нормальном давлении 
, показатель адиабаты 
. Оценим последствия взрыва сжатого воздуха в шаровом газгольдере (определим радиусы зон различной степени поражения ударной волной зданий и сооружений) и определим вероятность поражения человека на расстоянии R,м.
Определим перепад давлений по формуле:
(1.1)
| где | P | давление парогазовой смеси в емкости; |
| атмосферное давление, принятое  МПа.
|
Рассчитаем плотность газа при давлении во время взрыва по формуле:
(1.2)
| где | 
| Показатель адиабаты. |
Рассчитаем полную массу газов:
(1.3)
| где | V | объем парогазовой смеси. |
Рассчитаем удельную энергию газа:
(1.4)
Тротиловый эквивалент составит:
(1.5)
| где | 
| удельная энергия взрыва тротила, равная 4,24*106Дж/кг. |
Эквивалент по ударной волне оцениваем с коэффициентом 0,6:
(1.6)
Применительно к наземному взрыву принимаем значение:
(1.7)
Рассчитаем избыточное давние ударной волны, воздействующее на здания, находящиеся на расстояниях 20м, 30м, 50м, 70м и 100м. По полученным данным определим степень разрушения зданий по таблице 1. Избыточное давление на фронте ударной волны на расстоянииR определяетсяпо формуле М.А. Садовского:
(1.8)
(1.9)
| где | R | расстояние от эпицентра взрыва до реципиента, м. |
Таблица 1.1 – Предельно допустимые избыточные давления при сгорании газо-, паро - или пылевоздушных смесей в помещении или открытом пространстве.
| Степень поражения | Избыточное давление, кПа |
| Полное разрушение зданий | 100 |
| 50 %-ное разрушение зданий | 53 |
| Средние повреждения зданий | 28 |
| Умеренные повреждения зданий (повреждения внутренних перегородок, рам, дверей и т. п.) | 12 |
| Малые повреждения (разбита часть остекления) | 3 |
|
|
|
Задаваясь различными кратными расстояниями от источника взрыва, определяется характер повреждения всех близко расположенных объектов.
Для определения вероятности поражения человека на заданном расстоянии по формулам (1.8) и (1.10) рассчитываем избыточное давление во фронте ударной волны и удельный импульс для расстояний 70м.
(1.10)
Условная вероятность поражения избыточным давлением, развиваемым при взрыве парогазовоздушных смесей, человека, находящегося на определенном расстоянии от эпицентра аварии, определяется с помощью «пробит-функции» 
, которая рассчитывается по формуле:
(1.11)
(1.12)
С помощью таблицы 1.2 определяем вероятность поражения человека.
Таблица 1.2 – Связь вероятности поражения с функцией «пробит»
| Р,% | 0 | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 |
| 0 | 2,67 | 2,95 | 3,12 | 3,25 | 3,38 | 3,45 | 3,52 | 3,59 | 3,66 | |
| 10 | 3,72 | 3,77 | 3,82 | 3,86 | 3,92 | 3,96 | 4,01 | 4,05 | 4,08 | 4,12 |
| 20 | 4,16 | 4,19 | 4,23 | 4,26 | 4,29 | 4.33 | 4,36 | 4,39 | 4,42 | 4,45 |
| 30 | 4,48 | 4,50 | 4,53 | 4,56 | 4,59 | 4,61 | 4,64 | 4.67 | 4,69 | 4,72 |
| 40 | 4,75 | 4,77 | 4,80 | 4,82 | 4,85 | 4,87 | 4,90 | 4,92 | 4,95 | 4,97 |
| 50 | 5,00 | 5,03 | 5,05 | 5,08 | 5,10 | 5,13 | 5,15 | 5,18 | 5,20 | 5,23 |
| 60 | 5,25 | 5,28 | 5,31 | 5,33 | 5,36 | 5,39 | 5,41 | 5,44 | 5,47 | 5,50 |
| 70 | 5,52 | 5,55 | 5,58 | 5,61 | 5,64 | 5,67 | 5,71 | 5,74 | 5,77 | 5,81 |
| 80 | 5,84 | 5,88 | 5,92 | 5,95 | 5,99 | 6,04 | 6,08 | 6,13 | 6,18 | 6,23 |
| 90 | 6,28 | 6,34 | 6,41 | 6,48 | 6,55 | 6,64 | 6,75 | 6,88 | 7,05 | 7,33 |
| 99 | 7,33 | 7,37 | 7,41 | 7,46 | 7,51 | 7,58 | 7,65 | 7,75 | 7,88 | 8.09 |
Пример
Взрыв шарового газгольдера сжатого кислорода объемом 700 произошел вследствие превышения регламентированного давления. Аппарат рассчитан для работы под давлением . Взрыв произошел при давлении 
. Плотность газа при нормальном давлении 
, показатель адиабаты 
. Оценим последствия взрыва сжатого воздуха в шаровом газгольдере (определим радиусы зон различной степени поражения ударной волной зданий и сооружений) и определим вероятность поражения человека на расстоянии R=70м.
|
|
|
Решение
Определим перепад давлений по формуле:
= 2,2-0,1=2,1 МПа
Рассчитаем плотность газа при давлении во время взрыва по формуле:
Рассчитаем полную массу газов:
Рассчитаем удельную энергию газа:
Эквивалент по ударной волне оцениваем с коэффициентом 0,6:
Рассчитаем избыточное давние ударной волны, воздействующее на здания, находящиеся на расстояниях 20м, 30м, 50м, 70м и 100м. По полученным данным определим степень разрушения зданий по таблице 1. Избыточное давление на фронте ударной волны на расстоянииR определяетсяпо формуле М.А. Садовского:
| где | R | расстояние от эпицентра взрыва до реципиента, м. |
При R=20м, 
- полое разрушение зданий
При R=30м, 
- 50% разрушения зданий
При R=50м, 
- средние разрушения зданий
При R=70м, 
- умеренные повреждения зданий
При R=100м, 
- умеренные повреждения зданий
Для определения вероятности поражения человека на заданном расстоянии по формулам (1.8) и (1.10) рассчитываем избыточное давление во фронте ударной волны и удельный импульс для расстояний 70м.
Условная вероятность поражения избыточным давлением, развиваемым при взрыве парогазовоздушных смесей, человека, находящегося на определенном расстоянии от эпицентра аварии, определяется с помощью «пробит-функции» , которая рассчитывается по формуле:
С помощью таблицы 1.2 определяем вероятность поражения человека.
Человек, находящийся на расстоянии 70м, может получить травмы различной степени тяжести с вероятностью 62%.
Вывод
Из результатов расчета видно, что, в зависимости от расстояния, значение избыточного давления ударной воздушной волны колеблется в диапазоне от 12кПа до 197кПа; вероятность поражения человека, находящегося на расстоянии 70м от эпицентра взрыва составляет 62%.
Курсовая работа №2
|
|
|
