Прогнозирование и оценка обстановки при пожаре разлития

При нарушении герметичности сосуда, содержащего сжиженный горючий газ или жидкость, часть (или вся) жидкости может заполнить поддон или обваловку, растечься по поверхности грунта или заполнить какую-либо естественную впадину.

Рисунок 2.1 – Расчетная схема пожара разлития

Если поддон или обваловка имеют вертикальный внутренний откос, то глубину заполнения можно найти по формуле:

где h – глубина заполнения поддона, м;

m_ж – масса разлившейся жидкости, кг;

р_ж – плотность разлившейся жидкости, кг/м²;

F_под – площадь поддона, м².

При авариях в системах, не имеющих защитных ограждений, происходит растекание жидкости по грунту или заполнение естественных впадин. Обычно при растекании на грунт площадь разлива ограничена естественными и искусственно созданными границами (дороги, дренажные канавы и т. п.), а если такая информация отсутствует, то принимается толщина разлившегося слоя, равной h = 0,05 м, и определяют площадь разлива по формуле:

где F_раз – площадь разлива, м²;

m_ж – масса разлившейся жидкости, кг;

h – глубина заполнения поддона, м;

р_ж – плотность разлившейся жидкости, кг/м².

Отличительной чертой пожаров разлития является «накрытие» (рис. 2.1) с подветренной стороны, которое может составлять 25—50% диаметра обвалования:

где D – диаметр обвалования, м;

r – радиус обвалования, м;

F_раз – площадь разлива, м².

Пламя пожара разлития при расчете представляется в виде наклоненного по направлению ветра цилиндра конечного размера (см. рис. 2.1), причем угол наклона зависит от безразмерной скорости ветра:

где Θ – угол наклона пламени;

W_в – безразмерная скорость ветра.

Геометрические параметры факела пожара разлития находятся по формуле Томаса:

где D – диаметр обвалования, м;

L – высота пламени пожара разлития, м;

a, b, c – константы;

m_выг – массовая скорость выгорания, кг/(м²с);

р_в – плотность воздуха, кг/м³;

g – ускорение силы тяжести, м/с²;

W_в – безразмерная скорость ветра.

Безразмерная скорость ветра вычисляется по формуле:

где W_в – безразмерная скорость ветра;

w – скорость ветра, м/с;

D – диаметр обвалования, м;

m_выг – массовая скорость выгорания, кг/(м²с);

р_п – плотность пара, кг/м³;

g – ускорение силы тяжести, м/с².

Эмпирические коэффициенты в формуле Томаса (а = 55; b = 0,67; c = –0,21) получены по результатам экспериментов, выполненных для широкого диапазона изменения параметров:

Скорость выгорания жидкости определяют, как правило, экспериментально. Для экспертной оценки скорости выгорания пользуются эмпирической формулой:

где m_выг – массовая скорость выгорания, кг/(м²с);

Q_р^н – низшая теплота сгорания топлива, Дж/кг;

р_ж – плотность жидкости, кг/м³;

L_исп – скрытая теплота испарения жидкости;

С – коэффициент пропорциональности, равный 1,25 × 10^–6 (рис 2.2).

Рисунок 2.2 – Обобщение экспериментальных данных по скорости выгорания различных жидкостей: 1 – метанол; 2 – диэтилентриамин; 3 – ацетон; 4 – диметилгидразин; 5 – ракетное топливо; 6 – ксилол; 7 – бензин; 8 – бензол; 9 – гексан; 10 – сжиженный природный газ; 11 – трансформаторное масло; 12 – сжиженный нефтяной газ

Плотность теплового потока, падающего на элементарную площадку, расположенную на уровне грунта вычисляется по формуле:

где q_пад – плотность теплового потока, падающего на элементарную площадку,

кВт/м²;

q_соб – средняя по поверхности плотность потока собственного излучения

пламени, кВт/м²;

φ – угловой коэффициент излучения с площадки на боковой поверхности пламени пожара розлива на единичную площадку, расположенную на уровне грунта (рис. 2.1), определяемый по графику на рис. 2.3.

Рисунок 2.3 – Зависимость углового коэффициента излучения φ цилиндрического пламени пожара разлития на элементарную площадку от R/r