ГОСТ Р 12.3.047-2012. Приложение Б Метод расчета максимальных размеров взрывоопасных зон, ограниченных нижним концентрационным пределом распространения…

Б.1

Радиус RНКПР (м) и высота ZНКПР (м) зоны, ограничивающие область концентраций, превышающих нижний концентрационный предел распространения пламени (далее - НКПР), при неподвижной воздушной среде определяется по формулам:

для горючих газов (далее - ГГ)

RНКПР = 7,8·(mг/(ρг·CНКПР))^0,33, (Б.1)

ZНКПР = 0,26·(mг/(ρг·CНКПР))^0,33, (Б.2)

для паров ЛВЖ

RНКПР = 7,8·(mп/(ρп·CНКПР))^0,33, (Б.3)

ZНКПР = 0,26·(mп/(ρп·CНКПР))^0,33, (Б.4)

где mг - масса ГГ, поступившего в открытое пространство при пожароопасной ситуации, кг;

ρг - плотность ГГ при расчетной температуре и атмосферном давлении, кг/м³;

mп - масса паров ЛВЖ, поступивших в открытое пространство за время испарения, кг;

ρп - плотность паров ЛВЖ при расчетной температуре, кПа;

CНКПР - нижний концентрационный предел распространения пламени ГГ или паров, % об.

За начало отсчета горизонтального размера зоны принимают геометрический центр пролива, а в случае, если RНКПР меньше габаритных размеров пролива, - внешние габаритные размеры пролива.

При необходимости может быть учтено влияние различных метеорологических условий на размеры взрывоопасных зон.

Формула (Б.1)

RНКПР = 7,8·(mг/(ρг·CНКПР))^0,33, (Б.1)

R_НКПР = 7,8·(m_г/(ρ_г·C_НКПР))^0,33 (Б.1)

Формула (Б.2)

ZНКПР = 0,26·(mг/(ρг·CНКПР))^0,33, (Б.2)

Z_НКПР = 0,26·(m_г/(ρ_г·C_НКПР))^0,33 (Б.2)

Формула (Б.3)

RНКПР = 7,8·(mп/(ρп·CНКПР))^0,33, (Б.3)

R_НКПР = 7,8·(m_п/(ρ_п·C_НКПР))^0,33 (Б.3)

Формула (Б.4)

ZНКПР = 0,26·(mп/(ρп·CНКПР))^0,33, (Б.4)

где mг - масса ГГ, поступившего в открытое пространство при пожароопасной ситуации, кг;

ρг - плотность ГГ при расчетной температуре и атмосферном давлении, кг/м³;

mп - масса паров ЛВЖ, поступивших в открытое пространство за время испарения, кг;

ρп - плотность паров ЛВЖ при расчетной температуре, кПа;

CНКПР - нижний концентрационный предел распространения пламени ГГ или паров, % об.

Z_НКПР = 0,26·(m_п/(ρ_п·C_НКПР))^0,33 (Б.4)

где mг - масса ГГ, поступившего в открытое пространство при пожароопасной ситуации, кг;

ρг - плотность ГГ при расчетной температуре и атмосферном давлении, кг/м³;

mп - масса паров ЛВЖ, поступивших в открытое пространство за время испарения, кг;

ρп - плотность паров ЛВЖ при расчетной температуре, кПа;

CНКПР - нижний концентрационный предел распространения пламени ГГ или паров, % об.

Б.2

В случае образования паровоздушной смеси в незагроможденном технологическим оборудованием пространстве и его зажигании относительно слабым источником (например, искрой) сгорание этой смеси происходит, как правило, с небольшими видимыми скоростями пламени. При этом амплитуды волны давления малы и могут не приниматься во внимание при оценке поражающего воздействия. В этом случае реализуется так называемый пожар-вспышка, при котором зона поражения высокотемпературными продуктами сгорания паровоздушной смеси практически совпадает с максимальным размером облака продуктов сгорания (т.е. поражаются в основном объекты, попадающие в это облако). Радиус воздействия высокотемпературных продуктов сгорания паровоздушного облака при пожаре-вспышке RF определяется формулой

RF = 1,2·RНКПР, (Б.5)

где RНКПР - горизонтальный размер взрывоопасной зоны, определяемый по формуле Б.3 настоящего приложения.

Формула (Б.5)

RF = 1,2·RНКПР, (Б.5)

где RНКПР - горизонтальный размер взрывоопасной зоны, определяемый по формуле Б.3 настоящего приложения.

R_F = 1,2·R_НКПР (Б.5)

где RНКПР - горизонтальный размер взрывоопасной зоны, определяемый по формуле Б.3 настоящего приложения.

В.1

Интенсивность теплового излучения q (кВт/м²) для пожара пролива легковоспламеняющихся (ЛВЖ), горючих жидкостей (ГЖ), сжиженного природного газа (СПГ) сжиженного углеводородного газа (СУГ) определяется по формуле

q = Ef·Fq·τ, (В.1)

где Ef - среднеповерхностная интенсивность теплового излучения пламени, кВт/м²;

Fq - угловой коэффициент облученности;

τ - коэффициент пропускания атмосферы.

Значение Ef принимается на основе имеющихся экспериментальных данных или по таблице В.1.

При отсутствии данных для нефти и нефтепродуктов допускается величину Ef (кВт/м²) определять по формуле

Ef = 140·e^(−0,12·d) + 20·(1 − e^(−0,12·d)), (В.2)

где d - эффективный диаметр пролива, м.

e - основание натурального логарифма, равное 2,7.

При отсутствии данных для однокомпонентных жидкостей допускается величину Ef (кВт/м²) определять по формуле

Ef = 0,4·m'·Hсг/(1 + 4·L/d), (В.3)

где m' - удельная массовая скорость выгорания, кг/(м²·с);

Hсг - удельная теплота сгорания, кДж/кг;

L - длина пламени, м.

При отсутствии данных для однокомпонентных жидкостей допускается величину m', кг/(м²·с), определять по формуле

m' = 0,001·Hсг/(Lg + Cp·(Tb − Ta)), (В.4)

где Lg - удельная теплота испарения жидкости, кДж/кг;

Cp - удельная теплоемкость жидкости, кДж/(кг·К);

Tb - температура кипения жидкости при атмосферном давлении, К;

Ta - температура окружающей среды, К.

Для многокомпонентных смесей жидкостей допускается определение значений Ef и m' по компонентам, для которых величины Ef и m' максимальны.

Формула (В.1)

q = Ef·Fq·τ, (В.1)

где Ef - среднеповерхностная интенсивность теплового излучения пламени, кВт/м²;

Fq - угловой коэффициент облученности;

τ - коэффициент пропускания атмосферы.

q = E_f·F_q·τ (В.1)

где Ef - среднеповерхностная интенсивность теплового излучения пламени, кВт/м²;

Fq - угловой коэффициент облученности;

τ - коэффициент пропускания атмосферы.

Формула (В.2)

Ef = 140·e^(−0,12·d) + 20·(1 − e^(−0,12·d)), (В.2)

где d - эффективный диаметр пролива, м.

e - основание натурального логарифма, равное 2,7.

E_f = 140·e^−0,12·d + 20·(1 − e^−0,12·d) (В.2)

где d - эффективный диаметр пролива, м.

e - основание натурального логарифма, равное 2,7.

Формула (В.3)

Ef = 0,4·m'·Hсг/(1 + 4·L/d), (В.3)

где m' - удельная массовая скорость выгорания, кг/(м²·с);

Hсг - удельная теплота сгорания, кДж/кг;

L - длина пламени, м.

E_f = 0,4·m'·H_сг/(1 + 4·L/d) (В.3)

где m' - удельная массовая скорость выгорания, кг/(м²·с);

Hсг - удельная теплота сгорания, кДж/кг;

L - длина пламени, м.

Формула (В.4)

m' = 0,001·Hсг/(Lg + Cp·(Tb − Ta)), (В.4)

где Lg - удельная теплота испарения жидкости, кДж/кг;

Cp - удельная теплоемкость жидкости, кДж/(кг·К);

Tb - температура кипения жидкости при атмосферном давлении, К;

Ta - температура окружающей среды, К.

m' = 0,001·H_сг/(L_g + C_p·(T_b − T_a)) (В.4)

где Lg - удельная теплота испарения жидкости, кДж/кг;

Cp - удельная теплоемкость жидкости, кДж/(кг·К);

Tb - температура кипения жидкости при атмосферном давлении, К;

Ta - температура окружающей среды, К.

Таблица В.1

Примечание - Для диаметров очага менее 10 м или более 50 м следует принимать Ef такой же, как и для очагов диаметром 10 м и 50 м соответственно.

В.2

Угловой коэффициент облученности Fq определяется по формуле

Fq = √(FV^2 + FH^2), (В.5)

где FV, FH - факторы облученности для вертикальной и горизонтальной площадок, соответственно, определяемые для площадок, расположенных в 90° секторе в направлении наклона пламени, по следующим формулам:

FV = (1/π)·{−E·arctg D + E·[(a^2 + (b + 1)^2 − 2·b·(1 + a·sin θ))/(A·B)]·arctg(A·D/B) + (cos θ/C)·[arctg((a·b − F^2·sin θ)/(F·C)) + arctg(F^2·sin θ/(F·C))]}, (В.6)

FH = (1/π)·{arctg(1/D) + (sin θ/C)·[arctg((a·b − F^2·sin θ)/(F·C)) + arctg(F^2·sin θ/(F·C))] − [(a^2 + (b + 1)^2 − 2·(b + 1 + a·b·sin θ))/(A·B)]·arctg(A·D/B)}, (В.7)

a = 2·L/d, (В.8)

b = 2·X/d, (В.9)

A = √(a^2 + (b + 1)^2 − 2·a·(b + 1)·sin θ), (В.10)

B = √(a^2 + (b − 1)^2 − 2·a·(b − 1)·sin θ), (В.11)

C = √(1 + (b^2 − 1)·cos^2 θ), (В.12)

D = √((b − 1)/(b + 1)), (В.13)

E = a·cos θ/(b − a·sin θ), (В.14)

F = √(b^2 − 1), (В.15)

где X - расстояние от геометрического центра пролива до облучаемого объекта, м;

d - эффективный диаметр пролива, м;

L - длина пламени, м;

θ - угол отклонения пламени от вертикали под действием ветра.

Для площадок, расположенных вне указанного сектора, а также в случаях отсутствия ветра факторы облученности для вертикальной и горизонтальной площадок рассчитываются по формулам В.6 - В.15 и В.18, принимая θ = 0.

Эффективный диаметр пролива d (м) рассчитывается по формуле

d = √(4·F/π), (В.16)

где F - площадь пролива, м².

Длина пламени L (м) определяется по формулам:

при u* ≥ 1

L = 55·d·(m'/(ρa·√(g·d)))^0,67·u^0,21, (В.17)

при u* < 1

L = 42·d·(m'/(ρa·√(g·d)))^0,61, (В.18)

где

u* = w0/∛(m'·g·d/ρп), (В.19)

где m' - удельная массовая скорость выгорания топлива, кг/(м²·с);

ρa - плотность окружающего воздуха, кг/м³;

ρп - плотность насыщенных паров топлива при температуре кипения, кг/м³;

w0 - скорость ветра, м/с;

g - ускорение свободного падения (9,81 м/с²).

Угол отклонения пламени от вертикали под действием ветра θ рассчитывается по формуле

cos θ = 1 при u* < 1; cos θ = u*^−0,5 при u* ≥ 1, (В.20)

Коэффициент пропускания атмосферы τ для пожара пролива определяется по формуле

τ = exp[−7·10^−4·(X − 0,5·d)], (В.21)

Формула (В.5)

Fq = √(FV^2 + FH^2), (В.5)

где FV, FH - факторы облученности для вертикальной и горизонтальной площадок, соответственно, определяемые для площадок, расположенных в 90° секторе в направлении наклона пламени, по следующим формулам:

F_q = √(F_V² + F_H²) (В.5)

где FV, FH - факторы облученности для вертикальной и горизонтальной площадок, соответственно, определяемые для площадок, расположенных в 90° секторе в направлении наклона пламени, по следующим формулам:

Формула (В.6)

FV = (1/π)·{−E·arctg D + E·[(a^2 + (b + 1)^2 − 2·b·(1 + a·sin θ))/(A·B)]·arctg(A·D/B) + (cos θ/C)·[arctg((a·b − F^2·sin θ)/(F·C)) + arctg(F^2·sin θ/(F·C))]}, (В.6)

F_V = (1/π)·{−E·arctg D + E·[(a² + (b + 1)² − 2·b·(1 + a·sin θ))/(A·B)]·arctg(A·D/B) + (cos θ/C)·[arctg((a·b − F²·sin θ)/(F·C)) + arctg(F²·sin θ/(F·C))]} (В.6)

Формула (В.7)

FH = (1/π)·{arctg(1/D) + (sin θ/C)·[arctg((a·b − F^2·sin θ)/(F·C)) + arctg(F^2·sin θ/(F·C))] − [(a^2 + (b + 1)^2 − 2·(b + 1 + a·b·sin θ))/(A·B)]·arctg(A·D/B)}, (В.7)

F_H = (1/π)·{arctg(1/D) + (sin θ/C)·[arctg((a·b − F²·sin θ)/(F·C)) + arctg(F²·sin θ/(F·C))] − [(a² + (b + 1)² − 2·(b + 1 + a·b·sin θ))/(A·B)]·arctg(A·D/B)} (В.7)

Формула (В.8)

a = 2·L/d, (В.8)

a = 2·L/d (В.8)

Формула (В.9)

b = 2·X/d, (В.9)

b = 2·X/d (В.9)

Формула (В.10)

A = √(a^2 + (b + 1)^2 − 2·a·(b + 1)·sin θ), (В.10)

A = √(a² + (b + 1)² − 2·a·(b + 1)·sin θ) (В.10)

Формула (В.11)

B = √(a^2 + (b − 1)^2 − 2·a·(b − 1)·sin θ), (В.11)

B = √(a² + (b − 1)² − 2·a·(b − 1)·sin θ) (В.11)

Формула (В.12)

C = √(1 + (b^2 − 1)·cos^2 θ), (В.12)

C = √(1 + (b² − 1)·cos² θ) (В.12)

Формула (В.13)

D = √((b − 1)/(b + 1)), (В.13)

D = √((b − 1)/(b + 1)) (В.13)

Формула (В.14)

E = a·cos θ/(b − a·sin θ), (В.14)

E = a·cos θ/(b − a·sin θ) (В.14)

Формула (В.15)

F = √(b^2 − 1), (В.15)

где X - расстояние от геометрического центра пролива до облучаемого объекта, м;

d - эффективный диаметр пролива, м;

L - длина пламени, м;

θ - угол отклонения пламени от вертикали под действием ветра.

F = √(b² − 1) (В.15)

где X - расстояние от геометрического центра пролива до облучаемого объекта, м;

d - эффективный диаметр пролива, м;

L - длина пламени, м;

θ - угол отклонения пламени от вертикали под действием ветра.

Формула (В.16)

d = √(4·F/π), (В.16)

где F - площадь пролива, м².

d = √(4·F/π) (В.16)

где F - площадь пролива, м².

Формула (В.17)

L = 55·d·(m'/(ρa·√(g·d)))^0,67·u^0,21, (В.17)

L = 55·d·(m'/(ρ_a·√(g·d)))^0,67·u^0,21 (В.17)

Формула (В.18)

L = 42·d·(m'/(ρa·√(g·d)))^0,61, (В.18)

где

L = 42·d·(m'/(ρ_a·√(g·d)))^0,61 (В.18)

где

Формула (В.19)

u* = w0/∛(m'·g·d/ρп), (В.19)

где m' - удельная массовая скорость выгорания топлива, кг/(м²·с);

ρa - плотность окружающего воздуха, кг/м³;

ρп - плотность насыщенных паров топлива при температуре кипения, кг/м³;

w0 - скорость ветра, м/с;

g - ускорение свободного падения (9,81 м/с²).

u_* = w₀/∛(m'·g·d/ρ_п) (В.19)

где m' - удельная массовая скорость выгорания топлива, кг/(м²·с);

ρa - плотность окружающего воздуха, кг/м³;

ρп - плотность насыщенных паров топлива при температуре кипения, кг/м³;

w0 - скорость ветра, м/с;

g - ускорение свободного падения (9,81 м/с²).

Формула (В.20)

cos θ = 1 при u* < 1; cos θ = u*^−0,5 при u* ≥ 1, (В.20)

cos θ = 1 при u_* < 1; cos θ = u_*^−0,5 при u_* ≥ 1 (В.20)

Формула (В.21)

τ = exp[−7·10^−4·(X − 0,5·d)], (В.21)

τ = exp[−7·10⁻⁴·(X − 0,5·d)] (В.21)

В.3

В таблице В.2 представлены типичные значения предельно допустимой интенсивности теплового излучения для различных степеней поражения человека и материалов.

Таблица В.2