Вадим Романов - Прикладные аспекты аварийных выбросов в атмосферу

Струйным пожаром является пожар такого типа, который возникает в результате горения газа и/или жидкости, вытекающих из замкнутого пространства под давлением.

Огневым шаром называют пожар, при котором масса сгорающего топлива или парового облака поднимается вверх над поверхностью земли. Подобный пожар заметно отличается от обычных пожаров. Горящий паро-газовый поток вытягивается вверх, образуя восходящее конвективное течение (вследствие чего этот тип пожара также называют конвективной колонкой). Часто в верхней части выброса возникает грибовидное облако. Конвективная колонка способна втягивать и поднимать отдельные предметы, зажигать их и разбрасывать на большие расстояния.

Помимо указанных выше типов техногенных пожаров встречаются и другие типы:

Огневой шторм образуется в результате слияния больших пожаров, возникающих в насыщенной топливом среде, в один громадный пожар. Он может сопровождаться появлением ветра ураганной силы и образованием смерчевых структур.

Анаэробный пожар — это пожар, при котором горение происходит без доступа воздуха. Он возникает в том случае, когда некоторые вещества при повышении температуры выше определенного критического уровня начинают интенсивно разлагаться с образованием окислителя. К таким веществам относятся, как правило, конденсированные взрывчатые вещества, в которых горючее и окислитель перемешаны на мольном или молекулярном уровнях.

а) Пожары пролива или разлития Модель пожара пролива формируется с учетом следующих факторов:

— скорость горения;

— размеры разлития;

— высота пламени;

— наклон и увеличение пламени по направлению ветра;

— мощность излучающей поверхности;

— геометрический фактор;

— атмосферная проводимость;

— тепловой поток, воспринимаемый объектом. Тепловое воздействие на окружающую природную среду при горении различных жидкостей на поверхности разлития рассматривается в работах [106, 115].

В методике МЧС [115] предложен порядок оценки последствий пожара разлития, вызванного аварийными ситуациями на объектах по хранению, переработке и транспортировке горючих жидкостей. Приведем его основные положения.

При разрушении трубопровода объем вытекшей жидкости определяется по формуле:

V = 0,79 D 2L, (2.33)

где D — диаметр трубопровода, м;

L — длина отрезка между соседними отсека-телями, м.

При свободном растекании диаметр разлития определяется из соотношения:

где d — диаметр разлития, м; V — объем жидкости, м 3.

Величина теплового потока q на заданном расстоянии х от горящего разлития определяется по формуле:

q = 0,8Q 0e −0,33x , (2.35)

где Q 0— тепловой поток на поверхности факела, кВт/м 2, значения которого для некоторых веществ приведены в Таблице 2.3,

х — расстояние до фронта пламени, м.

Расстояние х, на котором будет наблюдаться тепловой поток с заданной величиной q, определяется по формуле:

x 33 ln(0,8 Q 0/ q) =. (2.36)

Величина индекса дозы теплового излучения I определяется из соотношения:

I = 60 q 4/3, (2.37)

Возможность воспламенения различных материалов представлена в Таблице 2.4 При величине теплового потока более 85 кВт/м 2воспламенение происходит через 3–5 с.

Таблица № 2.3.

Тепловой поток на поверхности факела от горящих разлитий.

Таблица № 2.4.

Тепловые потоки, вызывающие воспламенения некоторых материалов.

Методика расчета характеристик горения, предложенная в работе [106], включает следующие основные предположения и эмпирические соотношения.

1. Горение рассматривается как диффузионное (т. е. непосредственно зависящее от режима эжекции воздуха в зону горения) и происходит с открытой поверхности (в самом резервуаре при срыве перекрытия или при разлитии в пределах защитного ограждения).

2. Высота (длина — L) видимой части пламени (излучающей определенную долю тепла) определяется гидродинамическими факторами и наиболее достоверно может быть рассчитана по эмпирической формуле Томаса [116] с учетом влияния ветра на скорость сгорания, а следовательно, и на длину пламени

где m — массовая скорость выгорания с поверхности, кг · м -2 · с -1;

р а— плотность воздуха, кгкм -3;

D — эквивалентный диаметр очага горения, м;

W 0— скорость ветра, мкс -1;

р π— плотность паров топлива при температуре поверхности раздела фаз (для кипящих сжиженных газов — температура кипения при атмосферном давлении), кг/м 3.

Эмпирические коэффициенты в формулах Томаса (а 1= 55; = 0,67; с 1= -0,21) получены по результатам экспериментов, выполненных для широкого диапазона параметров

применительно к самым различным горючим жидкостям и сжиженным газам.

3. Пламя рассматривается как оптически «серый» монохроматический поверхностный излучатель.

4. При расчете внешнего излучения сложная, изменяющаяся во времени геометрическая форма пламени рассматривается как цилиндрическая поверхность с сохранением реальных значений высоты и (эквивалентного) диаметра основания пламени.

Количество теплоты q, излучаемое факелом в направлении смежного объекта или сооружения [114], рассчитывается по формуле

q = I 0ехр(-βг)ΦF Φ/(πг 2), (2.40)

где I 0— интенсивность излучения факела, Вт/м 2;

Р — коэффициент ослабления среды, м 1;

г — расстояние от излучающей поверхности до облучаемого объекта, м;

F Φ— площадь излучающей поверхности в направлении смежного объекта, м 2;

Φ — коэффициент облученности.

Интенсивность излучающей поверхности факела определяют по закону Стефана — Больцмана. Эта величина сильно зависит от температуры пламени, т. к. теплоизлучение пропорционально температуре в четвертой степени.

Для определения критических расстояний между очагом пожара и окружающими объектами необходимо знать площадь поверхности факела, обращенного в сторону облучаемой поверхности, степень черноты факела, коэффициент облученности, температуру факела, среднюю скорость сгорания материалов, а также критические тепловые потоки.