МЕТОДИКА РАСЧЕТА ИЗБЫТОЧНОГО ДАВЛЕНИЯ ВЗРЫВА

Пример расчета. Сценарий аварии - в 4 часа 23 минуты в результате аварии на электросетях произошли сбои в электроснабжении, в том числе короткое замыкание. В помещение мельницы размерами 37.2 м * 94.7 м * 18 м произошла внезапная разгерметизация технологического аппарата, за которой последовал аварийный выброс всей находившейся пыли – 3,3 тонн муки, а в результате короткого замыкания произошёл её взрыв. Число работающих смены: 8 человек мельницы, 3 человека на элеваторе, 5 человек ВОХР.

Одним из поражающих факторов является избыточное давление, служащее количественным критерием категории опасности.

Избыточное давление при сгорании пылевоздушной смеси, кПа, рассчитывается по формуле:

кПа (2.1)

где: m- расчетная масса взвешенной в объеме помещения горючей пыли, образовавшейся в результате аварийной ситуации, кг;

Н_т – теплота сгорания истекающего вещества, Дж/кг;

Р₀ – начальное атмосферное давление,кПа;

Z – доля участия взвешенной горючей пыли при сгорании пылевоздушной смеси (0,5 при газе и пыли; 0,3 при парах жидкости; 1 при водороде);

V_п – свободный объем помещения, который принимается как 80 % от геометрического объема помещения, м3;

p _в – плотность воздуха до сгорания пылевоздушной смеси при начальной температуре Т_о, кг/м3;

С_в – теплоемкость воздуха, кДж/кг К;

Т₀ – начальная температура воздуха в помещении, К;

К_н – коэффициент учитывающий негерметичность помещения (принимается равным 3);

К пылям, способным образовывать горючие пылевоздушные смеси, относят дисперсные материалы, характеризующиеся наличием показателей пожарной опасности: нижним концентрационным пределом распространения пламени, максимальным давлением, развиваемым при сгорании пылевоздушной смеси (более 50 кПа), и скоростью его нарастания, минимальным пожароопасным содержанием кислорода (менее 21 %).

Определим значения приведенных составляющих формулы (2.1) для определения избыточного давления:

а) атмосферное давление Р0 = 101 кПа;

б) коэффициент участия горючего вещества во взрыве Z = 0,5 (при газе и пыли при отсутствии возможности получения сведений для расчета);

в) свободный объем помещения Vп =0,8 · 94.7 ·18 ·37.2 = 50729 м3;

г) плотность воздух rв= 1,2 кг/м3;

д) теплоемкость воздуха Св= 1010 Дж/(кг*К);

е) температура в помещении Т0 = 293 К;

ж) коэффициент негерметичности Кн= 3;

з) теплота сгорания истекающего вещества Нт= 1,8· 107 Дж/кг;

и) расчётную массу принимаем равной m= 0,75·5500·0,8 = 3300 кг (за массу принята производителность вальцового станка в час)

Учитывая заданные условия расчетной ситуации согласно формуле (2.1) мной произведён расчёт избыточное давлении:

кПа

Вывод по расчету: таким образом, избыточное давление, рассчитанное для заданной ситуации составляет 55,5 кПа. Избыточное давление при взрыве мучной пыли вызовет полное разрушение здания мельницы (полное разрушение происходит при ∆РФ = 50 кПа).

Радиус зоны разрушения (м) в общем виде определяю выражением:

Масса мучной пыли веществ, участвующих во взрыве, определяем произведением

(2.2)

где: - доля приведенной массы аэрогазовых веществ, участвующих во взрыве (0,5)

кг

Тротиловый эквивалент взрыва мучной пыли (кг)

(2.3)

где: 0,4 – доля энергии взрыва парогазовой среды, затрачиваемая непосредственно на формирование ударной волны;

0,9 - доля энергии взрыва тринитротолуола, затрачиваемая непосредственно на формирование ударной волны;

- удельная теплота сгорания парогазовой среды, кДж/кг

- удельная энергия взрыва ТНТ, кДж/кг

кг

Радиус зоны разрушения (м):

(2.4)

K- безразмерный коэффициент, характеризующий воздействие взрыва на объект (определяется классом зоны разрушения):

К1 = 3,8 - полное разрушение зданий;

К2 = 5,6 - 50% зданий полностью разрушены;

К3 - 9,6 - здания непригодны для обитания;

К4 =28 -умеренные разрушения, повреждения внутренних малопрочных перегородок;

К5 = 56 - малые повреждения зданий, разбито не более 10% стекол.

 

м – зона разрушения 1 класса

м – зона разрушения 2 класса

м – зона разрушения 3 класса

м – зона разрушения 4 класса

м – зона разрушения 5 класса

Выводы: R1- 46,5 м - зона полных разрушений; R2- 68,4 м - зона сильных разрушений; R3- 117,2 м - зона средних разрушений; R4- 341,9 м зона умеренных разрушений, см. рисунок 2.1. Зоны разрушения на территории объекта.

Рис.2.1. Зоны поражения на объекте. Масштаб 1:100