CC BY
36
С. Г. АЛЕКСЕЕВ, канд. хим. наук, доцент, чл.-корр. ВАН КБ, старший научный
сотрудник Научно-инженерного центра "Надежность и ресурс больших систем
и машин" УрО РАН (Россия, 620049, г. Екатеринбург, ул. Студенческая, 54а), старший
научный сотрудник Уральского института Государственной противопожарной службы
МЧС России (Россия, 620062, г. Екатеринбург, ул. Мира, 22; e-mail: [email protected])
А. С. АВДЕЕВ, начальник сектора ГУ "Судебно-экспертное учреждение ФПС
"Испытательная пожарная лаборатория по Пермскому краю"
(Россия, 614990, г. Пермь, ул. Большевистская, 53а; e-mail: [email protected])
Н. М. БАРБИН, д-р техн. наук, канд. хим. наук, заведующий кафедрой химии
Уральской государственной сельскохозяйственной академии (Россия, 620075,
г. Екатеринбург, ул. Карла Либкнехта, 42), старший научный сотрудник Уральского
института Государственной противопожарной службы МЧС России
(Россия, 620062, г. Екатеринбург, ул. Мира, 22; e-mail: [email protected])
С. А. ТИМАШЕВ, д-р техн. наук, профессор, директор Научно-инженерного
центра "Надежность и ресурс больших систем и машин" УрО РАН
(Россия, 620049, г. Екатеринбург, ул. Студенческая, 54а; e-mail: [email protected])
Е. С. ГУРЬЕВ, канд. техн. наук, доцент, заместитель директора Научно-
инженерного центра "Надежность и ресурс больших систем и машин" УрО РАН
(Россия, 620049, г. Екатеринбург, ул. Студенческая, 54а; e-mail: [email protected])
УДК 614.84:665.74
МЕТОДЫ ОЦЕНКИ ВЗРЫВОПОЖАРООПАСНОСТИ ТОПЛИВОВОЗДУШНЫХ СМЕСЕЙ НА ПРИМЕРЕ КЕРОСИНА МАРКИ РТ. VI. ТЫО-МЕТОДЫ (часть 1)1
Выполнен расчет параметров взрыва топливовоздушной смеси по ТНТ-эквивалентному и муль-тиэнергетическому методам на примере керосина РТ. Проведен сравнительный анализ прогноза зон разрушения по TNO-методам и отечественным методикам. Показана хорошая сопоставимость параметров, полученных мультиэнергетическим методом и по методике РБ Г-05-039—96. Ключевые слова: взрыв; керосин; топливовоздушная смесь; избыточное давление.
В предыдущих работах [1-5] нами анализировались возможности отечественных расчетных методов Госатомнадзора, Госгортехнадзора и МЧС России на примере решения задачи, связанной с разлитием авиационного топлива марки РТ. В настоящей статье продолжено рассмотрение возможностей существующих методик оценки взрывопожароопас-ности топливовоздушных смесей (далее — ТВС). Объектом настоящего исследования явились широко используемые за рубежом методики расчета TNO — Нидерландской организации прикладных научных исследований (Nederlandse Organisatie voor Toegepast Natuurwetenschappelijk Onderzoek). Данная организация является разработчиком "цветных книг", которые являются практическими пособиями для решения широкого круга практических задач [6-9]. Вопросы испарения жидкостей и взрыво-опасности газо- и паровоздушных смесей рассмотрены в "желтой книге" [7]. В 3-м (исправленном)
1 Продолжение. Начало см. в журнале "Пожаровзрывобезопас-ность",№ 5 за 2010 г., № 1 за 2011 г.,№ 1, 6 и 8 за 2012 г.
издании 2005 г. для оценки взрывоопасности газов и паров воспламеняющихся жидкостей2 предложены два способа — ТНТ-эквивалентный (TNT-equi-valency) и мультиэнергетический (Multi-energy)3.
ТНТ-эквивалентный метод
ТНТ-эквивалентный метод возник во времена холодной войны для прогнозирования последствий ядерных и термоядерных ударов по объектам различного назначения, но это не стало препятствием для его последующего применения в расследовании промышленных аварий и инцидентов, связанных со взрывами различной природы. Данный метод постоянно развивается и совершенствуется. Он оказал
2 За рубежом при описании взрывов газопаровоздушных смесей различия между паром и газом не делается и используется словосочетание "vapor cloud explosion" (VCE).
3 Во 2-м издании "желтой книги" (1988 г.) использовались дру-
гие расчетные модели, которые из-за низкой эффективности
были заменены на TNT-эквивалентный и мультиэнергетический методы [7]. Сравнительный анализ этих моделей с отечественными методиками приведен в работе [10].
© Алексеев С. Г., Авдеев А. С., Барбин H. М., Тимашев С. А., Гурьев Е. С., 2013
влияние на отечественные подходы к оценке взрывоопасное™ газо- и паровоздушных смесей [11, 12], в которых также используется ТНТ-эквивалентный подход.
В основе ТНТ-эквивалентного метода заложено базовое уравнение
ÖTNT - аe
E
(1)
mTNT
где — эквивалентная масса горючего вещества (ГВ) по ТНТ, кг;
ае — ТНТ-эквивалент по энергии; ае = 0,1 [7]; Ет/ — удельная высшая теплота сгорания ГВ; для керосина РТ ЕтГ = 45,847 106 Дж/кг [1];
E,
mTNT "
удельная энергия взрыва ТНТ, Дж/кг; Етхкх = (4,19^4,65)-106 Дж/кг [7]; Qf — масса ГВ4, кг.
Для нахождения массы паров авиакеросина, которая должна образоваться в результате испарения
~ 5
топлива в условиях расчетной аварийной ситуации , необходимо определить скорость испарения авиатоплива дV (кг/(м2-с)). Для этого предложены следующие эмпирические уравнения [7, 13, 14]:
" n nn/iiQZf \0,78^о Ч-0,11 с -0,67 qv = 0,004l86(uw,io) , (2rp) , Sc ,
RTps
; (2)
q'V = 0,00482 (uw ,io)0,78(2 rp)
л- 0,11 sc-°,67
Pv Ц
RTps
q"v = 0,002(uw,10 )0,78 (2rp) ц , (. P
- 0,11
RTps
lnl 1
P0 - Pv
; (2a)
(3)
где uw 10 — скорость воздушного потока на стандартной высоте 10 м, м/с; rp — радиус зеркала жидкости, м; Sc — критерий Шмидта (Schmidt number); для многих газов и паров жидкостей Sc « 0,8 [7]; Pv — давление насыщенного пара жидкости при температуре Tps; Pv = 9,33 103 Па [3, 15]; ц — молекулярная масса; для авиакеросина РТ ц = 0,1512 кг/моль [1, 2]; R — универсальная газовая постоянная; R = 8,314 Дж/(мольК);
температура жидкости; T = 308 К [1, 2];
lps
В условиях нашей гипотетической аварийной ситуации заложен крайний случай — отсутствие воздушного потока (ветра), поэтому вместо формул (2) и (3) использовано уравнение (4), полученное комбинацией уравнений (2.1.40) и (2.1.41), предложенных Центром химической промышленной безопасности американского института химических инженеров (Center for Chemical Process Safety of the American Institute of Chemical Engineers ) [16]:
0,0083 ^ f MI8 f. (4)
P0 — атмосферное давление; P0 = 1,01105 Па.
RTps V ц
Для рассматриваемого случая скорость испарения керосина РТ qV = 0,002249 кг/(м2 с), а за 3600 с с площади 100 м2 испарится 809,77 кг авиатоплива. Для сравнения отметим, что методики РБ Г-05-039-96 [17], РД 03-409-01 [11], СП 12.13130.2009 [18], ГОСТ Р 12.3.047-98 и ПБ 09-540-03 [12] дают следующие значения массы испарившегося керосина РТ: 961,25; 435,44; 41,40; 41,40 и 452,44 кг соответственно [1-5]. Из приведенных данных видно, что результаты расчета по формуле (4) наиболее близки к результатам, полученным формальным способом определения массы паров жидкостей, заложенным в РБ Г-05-039-96 [17].
В "желтой книге" [7] при определении скорости испарения жидкости предлагается также учитывать понижение ее температуры за счет испарения. Приведенный в данном пособии пример расчета показывает, что при испарении бензина с площади 1500 м2 и скорости ветра 2 м/с его температура понижается на 15 °С (К) за 10 мин6. В связи с этим нами проведен опыт по определению температуры верхнего слоя керосина РТ в процессе его испарения. Контроль температуры жидкой фазы авиакеросина осуществлялся с помощью двух термопар в течение 2 ч. В ходе эксперимента эффекта понижения температуры верхнего слоя керосина РТ зафиксировано не было. Полученный результат позволяет не принимать во внимание указание TNO об учете данного эффекта.
Для определения избыточного давления взрыва Ps (кПа) TNO предлагает эмпирическую диаграмму Маршалла (Marshall) [7], которая хорошо описывается уравнением (5) [22, 23]:
„ 1772 114 108
Ps = —3---Г + — , (5)
Обычно в комментариях отмечается, что это не просто масса ГВ, а масса ГВ, участвующая во взрыве. Однако просмотр зарубежных примеров расчетов по ТНТ-эквивалентному методу показывает, что зарубежными коллегами для газов и паров жидкостей не вводится дополнительный коэффициента, как это сделано в СП 12.13130.2009 и ГОСТ Р 12.3.047-98 [7, 14, 16, 19-21].
Условия расчетной аварийной ситуации приведены в работах [1,2].
где 2—приведенное расстояние от эпицентра взры-ва;2 = г/(0ткх)1/3;
г — расстояние от эпицентра взрыва, м.
В лабораторной практике авторы встречались с подобным яв-
лением, но оно наблюдалось только для легколетучих раство-
рителей (диэтиловый эфир, пентан) и при большой скорости
воздушного потока или при быстрой отгонке легкокипящего
растворителя в вакууме.
6
■
Ps, кПа
400-
350
300
250-
200
150
100
50
0
100
200
300
400
Рис. 1. Результаты расчета избыточного давления взрыва Ps по ТНТ-эквивалентному методу
Результаты расчета гипотетической аварийной ситуации представлены на рис. 1.
Мультиэнергетический метод
Как отмечается в "желтой книге" [7], экспериментальные исследования последних десятилетий показали, что дефлаграционное горение горючих газов и паров генерирует взрыв только в тех частях газо-или паровоздушного облака, которые находятся в состоянии "покоя" (полностью или частично ограничены преградами природного или искусственного характера). При этом в областях газо- или паровоздушного облака ГВ, в которых имеет место турбулентное движение, в момент воспламенения либо создаются условия для дополнительного взрыва, либо просто происходит сгорание ГВ без взрыва. Фактически в данном методе взрыв облака горючего газа или пара рассматривается как серия множества взрывов, поэтому он и называется мультиэнергети-ческим.
Как и в РД 03-409-01 [11], в мультиэнергетиче-ском методе сделана попытка учесть характеристику окружающей среды и природу ГВ. В связи с этим в "желтой книге" [7] выделяется три качественных параметра, по которым аварийные ситуации разбиваются на 12 категорий или 10 классов (табл. 1):
1. Загромождение пространства (Obstruction) в области нахождения газо- и паровоздушного облака:
а) сильное (High, в табл. 1"++"): в области взрывоопасного облака присутствуют многочисленные препятствия, затрудняющие его свободное перемещение. При этом более 30 % суммарного объема газо- и паровоздушного облака находится на территории с препятствиями и преградами, расстояние между которыми составляет не более 3 м;
б) низкое (Low, в табл. 1"+"): в области взрывоопасного облака присутствуют препятствия и преграды, расстояние между которыми составляет более 3 м. Суммарный объем газо-и паровоздушного облака на территории с препятствиями и преградами не превышает 30%;
в) отсутствует (No, в табл. 1 "-"): во взрывоопасном облаке нет преград и препятствий для его свободной диффузии.
2. Параллельное ограничение (Parallel plane confinement):
а) есть (в табл. 1 "+"): газо- и паровоздушное облако ограничено стенами или барьерами с двух или трех сторон;
б) нет (в табл. 1 "-"): ограничения для взрывоопасного облака, за исключением поверхности земли (пола), отсутствуют.
3. Условия воспламенения (Ignition strength):
а) благоприятные (в табл. 1 "+"): любой источник зажигания в условиях ограниченного вентилирования;
б) малоблагоприятные (в табл. 1"-"): открытый источник зажигания (искра, открытое пламя, нагретая поверхность и т. п.).
На первом этапе мультиэнергетический метод предполагает нахождение объема взрывоопасной концентрации Vc при стехиометрической концентрации Cs с помощью уравнения [7]:
Vc = 100Qf! (р Cs), (6)
где р — плотность паров керосина при 308 К;
Cs = 1,30% [1,2].
Объем взрывоопасной концентрации Vc по (6) составляет 10444,94 м3.
Неизвестная плотность паров авиакеросина при температуре 308 К определена по формуле [24]:
р= P(W (RT). (7)
Отметим, что результат расчета (5,964 кг/м3) по уравнению (7) незначительно отличается от значения (5,978 кг/м3), полученного по уравнению (А.2) из СП 12.13130.2009 [18].
Таблица 1.
TNO [7]
Классификация взрывоопасных ситуаций по
Категория Загромождение пространства Параллельное ограничение Условия воспламенения Класс
1 ++ + + 7-10
2 ++ - + 7-10
3 ++ + - 5-7
4 + + + 5-7
5 + - + 4-6
6 - + + 4-6
7 ++ - - 4-5
8 - + 4-5
9 + + - 3-5
10 + - - 2-3
11 - + - 1-2
12 - - - 1
В мультиэнергетическом подходе принимается, что форма паровоздушного облака представляет собой полусферу. Для нашей задачи радиус этой полусферы составит 17,09 м. По условиям гипотетической аварийной ситуации [1,2] взрыв паровоздушной смеси авиакеросина в зависимости от загромождения окружающего пространства и глубины колодца может попасть в любую категорию.
Для определения избыточного давления взрыва ТКО предлагает эмпирическую диаграмму в координатах от приведенного избыточного давления взрыва р (р = Р/Р0) и приведенного по энергии расстояния 2' (2'= Г(Кт^ Qf|P0)l1г). Результаты прогноза избыточного давления взрыва для нашей гипотетической аварийной ситуации представлены на рис. 2 и 3, из которых видно, что мультиэнергетический подход плохо согласуется с ТНТ-эквивалентным методом и дает завышенные результаты. В качестве достоинства мультиэнергетического метода можно отметить его возможность учитывать эффект "домино".
Ps, кПа
20
15
10
5 класс
-п- 4 класс
-*- 3 класс
-О- 2 класс
1 класс
0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 г, м
Рис. 2. Результаты расчета избыточного давления взрыва Р3 по мультиэнергетическому методу для 1-5-го классов взрывов газопаровоздушных смесей
Д,кПа_
1000
800
600
400
200
10 класс
—о— 9 класс
—А- 8 класс
—О— 7 класс
6 класс
0
200 400 600 800 1000 1200 1400
г, м
Рис. 3. Результаты расчета избыточного давления взрыва Р!! по мультиэнергетическому методу для 6-10-го классов взрывов газопаровоздушных смесей
В табл. 2 приведен сравнительный прогноз возможных радиусов зон разрушений по методам ТКО и отечественным методикам для расчетной аварийной ситуации, связанной с разлитием керосина РТ [1, 2]. Ранее [25]7 на примере взрыва пропана отмечалось хорошее согласование ТКО и мультиэнер-гетического методов с подходом, заложенным в РД 03 -409-01 [11]. Для нашего случая такого согласования методик не наблюдается. В то же время можно отметить хорошую сопоставимость прогноза мультиэнергетического метода для 8-10-го классов взрывов с результатами расчета по РБ Г-05-039-96 [17], которая обусловлена одинаковыми исходными данными (стехиометрическая концентрация, полусферическая форма паровоздушного облака).
В заключение отметим, что в связи вступлением нашей страны в ВТО изучение и внедрение зарубежных методик, которые широко применяются за пределами СНГ, представляет не только научный, но и практический интерес. Кроме того, ТКО-методики "желтой книги" относительно просты и могут быть взяты на вооружение широким кругом специалистов.
В работе [25] не указан класс взрыва, отмечено только, что использована модель взрыва RIPRAP в системе ARAMAS.
Таблица 2. Сравнительный анализ прогнозов зон разрушения по различным методикам
R, м
Класс зоны разрушения по ПБ 09-540-03 [12] Ps, кПа ПБ 09-540-03 [12] РБ Г-05-039-96 [17] РД 03-409-01 [11] СП 12.13130.2009 [18], ГОСТ Р 12.3.047-98 ТНТ-эквивалент-ный метод Мультиэнерге-тический метод
1 >100 8 511 373 377 9 27 508-10 2911
2 70 12 631 503 557 11 31 618-10 5211
3 28 21 1091 952 1833 734 947 18 49 1138-11 9012
3793
4 14 61 1731 2052 1614 455 2737 29 79 1698-12 7213
27343 8818-12
8821 12652 12364 41513
5 < 2 121 4255 1436 5467 151 494 24414 12515 4316
1 Для режима детонации.2 Для режима дефлаграции.3 При скорости фронта пламени V = 200^300 м/с. 4 То же, V = = 150^200 м/с. 5 То же, V =118 м/с. 6 То же, V = 72 м/с. 7 По ТНТ-эквиваленту. 8 Для взрыва 10-го класса. 9 Для взрыва 9-го класса.10 Для взрыва 8-го класса.11 Для взрыва 7-го класса. 12 Для взрыва 6-го класса. 13 Для взрыва 5-го класса. 14 Для взрыва 4-го класса. 15 Для взрыва 3-го класса. 16 Для взрыва 2-го класса.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Алексеев С. Г., Авдеев А. С., Барбин Н. М., Тимашев С. А., Гурьев Е. С. Методы оценки взрывопо-жароопасности топливовоздушных смесей на примере керосина марки РТ. I. РБ Г-05-039-96 // Пожаровзрывобезопасность. — 2010. — Т. 19, № 5. — С. 37-47.
2. Алексеев С. Г., Авдеев А. С., Барбин Н. М., Тимашев С. А., Гурьев Е. С. Методы оценки взрывопо-жароопасности топливовоздушных смесей на примере керосина марки РТ. II. РД 03-409-01 // Пожаровзрывобезопасность. — 2011. — Т. 20, № 1. — С. 21-27.
3. Алексеев С. Г., Авдеев А. С., Барбин Н. М., Тимашев С. А., Гурьев Е. С. Методы оценки взрывопо-жароопасности топливовоздушных смесей на примере керосина марки РТ. III. СП 12.13130.2009 // Пожаровзрывобезопасность. — 2012. — Т. 21, № 1. — С. 33-38.
4. Алексеев С. Г., Авдеев А. С., Барбин Н. М., Тимашев С. А., Гурьев Е. С. Методы оценки взрыво-опасности топливовоздушных смесей на примере керосина марки РТ. IV. ГОСТ Р 12.3.047-98 // Пожаровзрывобезопасность. — 2012. — Т. 21, № 6. — С. 34-37.
5. Алексеев С. Г., Авдеев А. С., Барбин Н. М., Тимашев С. А., Гурьев Е. С. Методы оценки взрыво-опасности топливовоздушных смесей на примере керосина марки РТ. V. ПБ 09-540-03 // Пожаровзрывобезопасность. — 2012. — Т. 21, № 8. — С. 32-35.
6. Schüller J. C. H., BrinkmanJ. L., van GestelP. J., van OtterlooR. W. CPR 12E. Methods for determination and processing probabilities. "Red book". — Hague : Gevaarlijke Stoffen, 1997. — 604 p.
7. CPR 14E. Methods for the calculation ofphysical effects. "Yellow book" / By ed. C. J. H. van den Bosch, R. A. P. M. Weterings. — Hague : Gevaarlijke Stoffen, 2005. — 870 p.
8. CPR 16E. Methods for the determination of possible damage. "Green book". — Hague : Directorate-General of Labour of the Ministry of Social Affairs and Employment, 1992. — 337 p.
9. Uijt de Haag P. A. M., Ale B. J. M.CPR 18E. Guideline for risk assessment. "Purple book". — Hague : Gevaarlijke Stoffen, 2005. — 237 p.
10. Таубкин И. С., Фролов А. В. О методиках расчета параметров взрыва облаков газо-паровоздуш-ных смесей // Проблемы безопасности и чрезвычайных ситуаций. — 2006. —№ 2. — С. 35-45.
11. РД 03-409-01. Методика оценки последствий аварийных взрывов топливно-воздушных смесей: постановление Госгортехнадзора РФ от 26.06.2001 г. № 25. URL : http://base.consultant.ru/cons/ cgi/online.cgi?req=doc;base=EXP;n=334178 (дата обращения: 10.01.2013 г.).
12. ПБ 09-540-03. Общие правила взрывобезопасности для взрывопожароопасных химических, нефтехимических и нефтеперерабатывающих производств : постановление Госгортехнадзора РФ от 05.05.2003 г. № 29; введ. 05.05.2003 г. // Российская газета. — 2003. — № 120/1.
13. CCPS. Guidelines for use of vapor cloud dispersion models. — N. Y. : AIChE, 1996. — P. 43-45.
14. CasalJ. Evaluation of the effects and consequences of major accidents in industrial plants. —Amsterdam : Elsevier, 2008. — P. 54-55.
15. Варгафтик Н. Б. Справочник по теплофизическим свойствам газов и жидкостей. — М. : Наука, 1972.— 691 с.
16. CCPS. Guidelines for chemical process quantitative risk analysis.—N. Y.: AIChE,2000.—P. 101,106-107.
17. РБ Г-5-05-039-96. Руководство по анализу опасности аварийных взрывов и определению параметров их механического воздействия. — М.: НТЦ ЯРБ Госатомнадзора России, 2000. — 40 с.
18. СП 12.13130.2009. Определение категорий помещений, зданий и наружных установок по взры-вопожарной и пожарной опасности (в ред. изм. № 1, утв. приказом МЧС России от 09.12.2010 г. № 643). Доступ из справ.-правовой системы "КонсультантПлюс". URL : http://base.consultant.ru/ cons/cgi/online.cgi?req=doc;base=LAW;n=109932 (дата обращения: 10.01.2013 г.).
19. CCPS. Guidelines for evaluating the characteristics of vapor cloud explosions, flash fires, and bleves.
— N. Y. : AIChE, 1994. —P. 112-120.
20. WoodwardJ.L. CCPS. Estimating the flammable mass of a vapor cloud.—N. Y. : AIChE, 1998.— P. 109-113.
21. AssaelM. J., Kakosimos K. E. Fire, explosions, and toxic gas dispersion. Effects calculation and risk analysis. — London : CRC Press, 2010. — P. 153-158.
22. Moon N. N. Prediction of blast loading and its impact on buildings. A thesis submitted in partial fulfillment ofthe requirements for degree ofmaster of technology in civil engineering. —National Institute of Technology (India), 2009. — P. 9.
23. Zhou F. Blast/explosion resistant analysis of composite steel girder bridge system. A thesis submitted in partial fulfillment ofthe requirements for degree ofmaster of science. — Florida Atlantic University, 2009.—P. 8.
24. Reinhard M., Drefahl A. Handbook for estimating physicochemical properties of organic compounds.
— N. Y. : J. Wiley & Sons, 1999. — P. 39.
25. Ефремов К. В., ЛисановМ. В., СофьинА. С., СамусеваЕ. А., Сумской С. И., Кириенко А. П. Расчет зон разрушения зданий и сооружений при взрывах топливно-воздушных смесей на опасных производственных объектах // Безопасность труда в промышленности. — 2011. — №9. — С. 70-77.
Материал поступил в редакцию 14 января 2013 г.
— English
ANALYSIS METHODS OF EXPLOSION FIRE HAZARD OF MIXTURES OF FUEL AND AIR ON AN EXAMPLE FOR JET FUEL RT. VI. TNO METHODS (Part 1)
ALEXEEV S. G., Candidate of Chemistry Sciences, Associate Professor, Corresponding Member of WASCS, Senior Researcher of Science and Engineering Centre "Reliability and Safety of Large Systems" of Ural Branch of Russian Academy of Sciences (Studencheskaya St., 54a, Yekaterinburg, 620049, Russian Federation), Senior Researcher of Ural State Fire Service Institute of Emercom of Russia (Mira St., 22, Yekaterinburg, 620062, Russian Federation; e-mail address: [email protected])
AVDEEV A. S., Leader of Sector of Forensic Expert Establishment of Federal Fire Service "Testing Fire Laboratory for the Perm Territory" (St. Bolshevistskaya, 53a, Perm, 614990, Russian Federation; e-mail address: [email protected])
BARBIN N. M., Doctor of Technical Sciences, Candidate of Chemistry Sciences, Head of Chemistry Department of Urals State Agricultural Academy (Karla Libknekhta St., 42, Yekaterinburg, 620075, Russian Federation), Senior Researcher of Ural State Fire Service Institute of Emercom of Russia (Mira St., 22, Yekaterinburg, 620062, Russian Federation; e-mail address: [email protected])
TIMASHEV S. A., Doctor of Technical Sciences, Professor, Head of Science and Engineering Centre "Reliability and Safety of Large Systems" of Ural Branch of Russian Academy of Sciences (Studencheskaya St., 54a, Yekaterinburg, 620049, Russian Federation; e-mail address: [email protected])
GURYEV E. S., Candidate of Technical Sciences, Docent, Deputy Director of Science and Engineering Centre "Reliability and Safety of Large Systems" of Ural Branch of Russian Academy of Sciences (Studencheskaya St., 54a, Yekaterinburg, 620049, Russian Federation; e-mail address: [email protected])
ABSTRACT
Study of an emergency situation related with flood of the jet fuel RT is continued in this work by the TNT-equivalency and multi-energy methods from TNO (the yellow book). The evaporation rate (q") of aviakerosene is defined by the next formula: qV = 0,0083 цPv/(RTps) (0,018/ц)1/3. Where ц — molecular weight, ц = 0,1512 kg/mole; R — the gas constant; Tps — fluid temperature, Tps = 308 K; Pv — saturation pressure at Tps, Pv = 9,33 103 Pa; P0 — atmospheric pressure. Results of the TNT-equivalency forecast of possible zones of destructions is given in the table. For the investigating emergency situation calculation is executed for the all possible 10th classes of VCE by the multi-energy approach. The calculation data is presented in the table. The forecast on the russian procedures also is given too. Good comparability of the forecast of a multi-energy method (8-10th classes of VCE) with results of calculation on RB G-05-039-96 is shown. Keywords: explosion; kerosene; fuel-air mixture; blast pressure.
Ps, kPa Radius zones of destructions, m
PB 09-540-03 RB G-05-039-96 RD 03-409-01 SP 12.13130.2009; GOSTR 12.3.047-98 TNT-equivalency method Multi-energy method
>100 8 51 37 9 27 50; 29
70 12 63 50, 55 11 31 61; 52
28 21 109; 95 183; 73; 94 18 49 113; 90
14 61 173; 205 379; 161; 45; 273 29 79 169; 72
< 2 121 882; 1265 2734; 1236; 425; 143; 546 151 494 881; 415; 244; 125; 43
REFERENCES
1. Alexeev S. G., Avdeev A. S., BarbinN. M., Timashev S. A., Guryev Ye. S. Metody otsenki vzryvopo-zharoopasnosti toplivovozdushnykh smesey naprimere kerosina marki RT. I. RB G-05-039-96 [Analysis methods of explosion fire hazard of fuel and air mixtures on an example for jetfuel RT. I. RB G-05-039-96]. Pozharovryvobezopasnost — Fire & Explosion Safety, 2010, vol. 19, no. 5, pp. 37-47. Available at: http://fire-smi.ru/arhivpvb2010 (Accessed 10 January 2013).
2. Alexeev S. G., Avdeev A. S., Barbin N. M., Timashev S. A., Guryev Ye. S. Metody otsenki vzryvopo-zharoopasnosti toplivovozdushnykh smesey na primere kerosina marki RT. II. RD 03-409-01 [Analysis methods of explosion fire hazard of fuel and air mixtures on an example for jetfuel RT. II. RD 03-409-01]. Pozharovryvobezopasnost — Fire & Explosion Safety, 2011, vol. 20, no. 1, pp. 21-27. Available at: http://fire-smi.ru/arhivpvb2011 (Accessed 10 January 2013).
3. Alexeev S. G., Avdeev A. S., BarbinN. M., Timashev S. A., Guryev Ye. S. Metody otsenki vzryvopoz-haroopasnosti toplivovozdushnykh smesey na primere kerosina marki RT. III. SP 12.13130.2009 [Analysis methods of explosion fire hazard of fuel and air mixtures on an example for jetfuel RT. III. SP 12.13130.2009]. Pozharovryvobezopasnost—Fire & Explosion Safety, 2012, vol. 21, no. 1,pp. 33-38. Available at: http://elibrary.ru/contents.asp?issueid=1008238 (Accessed 10 January 2013).
4. Alexeev S. G., Avdeev A. S., BarbinN. M., Timashev S. A., Guryev Ye. S. Metody otsenki vzryvopozha-roopasnosti toplivovozdushnykh smesey na primere kerosina marki RT. IV. GOSTR 12.3.047-98 [Analysis methods of explosion fire hazard of fuel and air mixtures on an example for jetfuel RT. IV. GOST R 12.3.047-98]. Pozharovryvobezopasnost—Fire & Explosion Safety, 2012, vol. 21, no. 6, pp. 34-37. Available at: http://elibrary.ru/contents.asp?issueid=1025513 (Accessed 10 January 2013).
5. Alexeev S. G., Avdeev A. S., BarbinN. M., Timashev S. A., Guryev Ye. S. Metody otsenki vzryvopozha-roopasnosti toplivovozdushnykh smesey na primere kerosina marki RT. V. PB 09-540-03 [Analysis methods of explosion fire hazard of fuel and air mixtures on an example for jetfuel RT. V. PB 09-540-03]. Pozharovryvobezopasnost — Fire & Explosion Safety, 2012, vol. 21, no. 8, pp. 32-35. Available at: http://elibrary.ru/contents.asp?issueid=1031479 (Accessed 10 January 2013).
6. Schüller J. C. H., Brinkman J. L., vanGestelP. J., vanOtterloo R. W. CPR12E. Methods for determination and processing probabilities. "Red book". Hague, Gevaarlijke Stoffen, 1997. 604 p.
7. Van den Bosch C. J. H., Weterings R. A. P. M. (eds.). CPR 14E. Methods for the calculation ofphysical effects. "Yellow book". Hague, Gevaarlijke Stoffen, 2005. 870 p.
8. CPR 16E. Methods for the determination ofpossible damage. "Green book". — Hague, Directorate-General of Labour of the Ministry of Social Affairs and Employment, 1992. 337 p.
9. UijtdeHaagP. A. M., AleB. J. M. CPR 18E. Guideline for risk assessment. "Purple book". Hague, Ge-vaarlijke Stoffen, 2005. 237 p.
10. TaubkinI. S., Frolov A. V. Ometodikakhraschetaparametrov vzryva oblakov gazo-parovozdushnykh smesey [About methods of calculation of explosion indices for VCEs]. Problemy bezopasnosti i chrez-vychainykh situatsiy — Problems of Safety and Emergency Situations, 2006, no 2, pp. 35-45.
11. Management Document 03-409-01. The prediction method for analysis ofVCE damages. Available at: http://base.consultant.ru/cons/cgi/online.cgi?req=doc;base=EXP;n=334178 (Accessed 10 January 2013) (in Russian).
12. PB 09-540-03. Common explosion safety rules for fire, explosive, hazard, chemical, petrochemical and oil refining factories. Rossiyskaya gazeta — Russian Newspaper, 2003, no. 120/1.
13. CCPS. Guidelines for use of vapor cloud dispersion models. N. Y., AIChE, 1996. pp. 43-45.
14. Casal J. Evaluation ofthe effects and consequences ofmajor accidents in industrial plants. Amsterdam, Elsevier, 2008. pp. 54-55.
15. VargraftikN. B. Spravochnikpo teplofizicheskim svoystvam gazov izhidkostey [Handbook of thermo-physical properties of gases and liquids]. Moscow, Nauka Publ., 1972. 691 p.
16. CCPS. Guidelinesfor chemical process quantitative risk analysis. N. Y., AIChE, 2000. pp. 101,106-107.
17. Guides to safety G-05-039-96. Manualfor analysis of accident explosion hazards and determination of them mechanical action. Moscow, NTTs YaRB Gosatomnadzor Rossii Publ., 2000.40 p. (in Russian).
18. Set ofrules 12.13130.2009. Determination ofcategories ofrooms, buildings and external installations on explosion andfire hazard. Available at: http://www.consultant.ru/search/?q=%D1%CF!+1213130.2009 (Accessed 10 January 2013) (in Russian).
19. CCPS. Guidelines for evaluating the characteristics of vapor cloud explosions, flash fires, and bleves. N. Y., AIChE, 1994, pp. 112-120.
20. WoodwardJ.L. CCPS. Estimating theflammablemass ofavapor cloud.N. Y., AIChE, 1998,pp. 109-113.
21. Assael M. J., Kakosimos K. E. Fire, explosions, and toxic gas dispersion. Effects calculation and risk analysis. London, CRC Press, 2010, pp. 153-158.
22. Moon N. N. Prediction of blast loading and its impact on buildings. A thesis submitted in partial fulfillment of the requirements for degree of master of technology in civil engineering. National Institute of Technology (India), 2009, p. 9.
23. Zhou F. Blast/explosion resistant analysis of composite steel girder bridge system. A thesis submitted in partial fulfillment of the requirements for degree of master of science. Florida Atlantic University, 2009, p. 8.
24. Reinhard M., Drefahl A. Handbookfor estimating physicochemical properties of organic compounds. N. Y., J. Wiley & Sons, 1999, p. 39.
25. Efremov K. V., Lisanov M. V., Sofyin A. S., Samuseva Ye. A., Sumskoy S. I., Kirienko A. P. Raschet zon razrusheniya zdaniy i sooruzheniy pri vzryvakh toplivovozdushnykh smesey na opasnykh proiz-vodstvennykh obyektakh [Calculation of Buildings and Structures Destruction Zones Resulted from Explosions of Fuel-Air Mixtures at Hazardous Production Facilities]. Bezopasnost truda v promyshlen-nosti — Industrial safety labour, 2011, no 9. pp. 70-77.
Издательство «П0ЖНАУКА»
Л. П. Пилюгин ПРОГНОЗИРОВАНИЕ ПОСЛЕДСТВИЙ ВНУТРЕННИХ АВАРИЙНЫХ ВЗРЫВОВ
Настоящая книга посвящена проблеме прогнозирования последствий внутренних взрывов газо-, паро- и пылевоздушных горючих смесей (ГС), образующихся при аварийных ситуациях на взрывоопасных производствах. В книге материал излагается применительно к дефлаграционным взрывам, которые обычно имеют место при горении ГС на этих производствах.
В качестве основных показателей при прогнозировании последствий аварийных взрывов ГС рассматриваются ожидаемый характер и объем разрушений строительных конструкций в здании (сооружении), в котором происходит аварийный взрыв.
Книга продолжает исследования автора в области проектирования зданий взрывоопасных производств и оценки надежности строительных конструкций (на основе метода преобразования рядов распределения случайных величин).
С использованием методов теории вероятностей разработаны методики: определения характеристик взрывной нагрузки как случайной величины; оценки вероятностей разрушения конструкций, характера и объема разрушений в здании при внутреннем аварийном взрыве. Приведенные методики сопровождаются примерами расчетов для зданий различных объемно-планировочных решений.
тел./факс: (495) 228-09-03; e-mail: [email protected]
Предлагает вашему вниманию
ьо v v
ш
___ ju. ^^ ■
