Сравнение методик расчета параметров испарения опасных жидкостей с поверхности бассейна разлива на твердую поверхность

Проводится сравнительный анализ отечественных и зарубежных методик определения параметров испарения опасных жидкостей при их разливе в результате аварий. Приводятся формулы и результаты исследований. Обсуждаются достоинства и недостатки каждой методики. Проводиться порівняльний аналіз вітчизняних та...

Ausführliche Beschreibung

Gespeichert in:

Bibliographische Detailangaben
Veröffentlicht in:	Математичні машини і системи
Datum:	2017
Hauptverfasser:	Оксанич, И.Н., Беспалов, В.П., Ковалец, И.В.
Format:	Artikel
Sprache:	Russian
Veröffentlicht:	Інститут проблем математичних машин і систем НАН України 2017
Schlagworte:	Інформаційні і телекомунікаційні технології
Online Zugang:	https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/125560
Tags:	Tag hinzufügen Keine Tags, Fügen Sie den ersten Tag hinzu!
Назва журналу:	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
Zitieren:	Сравнение методик расчета параметров испарения опасных жидкостей с поверхности бассейна разлива на твердую поверхность / И.Н. Оксанич, В.П. Беспалов, И.В. Ковалец // Математичні машини і системи. — 2017. — № 2. — С. 49-59. — Бібліогр.: 15 назв. — рос.

Institution

Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine

id	nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-125560
record_format	dspace
spelling	Оксанич, И.Н. Беспалов, В.П. Ковалец, И.В. 2017-10-28T20:50:03Z 2017-10-28T20:50:03Z 2017 Сравнение методик расчета параметров испарения опасных жидкостей с поверхности бассейна разлива на твердую поверхность / И.Н. Оксанич, В.П. Беспалов, И.В. Ковалец // Математичні машини і системи. — 2017. — № 2. — С. 49-59. — Бібліогр.: 15 назв. — рос. 1028-9763 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/125560 004.9:504:519.6 Проводится сравнительный анализ отечественных и зарубежных методик определения параметров испарения опасных жидкостей при их разливе в результате аварий. Приводятся формулы и результаты исследований. Обсуждаются достоинства и недостатки каждой методики. Проводиться порівняльний аналіз вітчизняних та зарубіжних методик визначення параметрів випаровування небезпечних рідин при їх розливі в результаті аварій. Наводяться формули та результати досліджень. Обговорюються переваги й недоліки кожної методики. The article presents a comparative analysis of the domestic and foreign methods for determining the parameters of the evaporation of hazardous liquids when spilled in accidents. Formulas and research results are presented. The advantages and disadvantages of each method are discussed. ru Інститут проблем математичних машин і систем НАН України Математичні машини і системи Інформаційні і телекомунікаційні технології Сравнение методик расчета параметров испарения опасных жидкостей с поверхности бассейна разлива на твердую поверхность Порівняння методик розрахунку параметрів випаровування небезпечних рідин з поверхні басейну розливу на тверду поверхню Comparison of methods for calculating the parameters of evaporation of hazardous liquids from the surface of the spill basin on a hard surface Article published earlier
institution	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
collection	DSpace DC
title	Сравнение методик расчета параметров испарения опасных жидкостей с поверхности бассейна разлива на твердую поверхность
spellingShingle	Сравнение методик расчета параметров испарения опасных жидкостей с поверхности бассейна разлива на твердую поверхность Оксанич, И.Н. Беспалов, В.П. Ковалец, И.В. Інформаційні і телекомунікаційні технології
title_short	Сравнение методик расчета параметров испарения опасных жидкостей с поверхности бассейна разлива на твердую поверхность
title_full	Сравнение методик расчета параметров испарения опасных жидкостей с поверхности бассейна разлива на твердую поверхность
title_fullStr	Сравнение методик расчета параметров испарения опасных жидкостей с поверхности бассейна разлива на твердую поверхность
title_full_unstemmed	Сравнение методик расчета параметров испарения опасных жидкостей с поверхности бассейна разлива на твердую поверхность
title_sort	сравнение методик расчета параметров испарения опасных жидкостей с поверхности бассейна разлива на твердую поверхность
author	Оксанич, И.Н. Беспалов, В.П. Ковалец, И.В.
author_facet	Оксанич, И.Н. Беспалов, В.П. Ковалец, И.В.
topic	Інформаційні і телекомунікаційні технології
topic_facet	Інформаційні і телекомунікаційні технології
publishDate	2017
language	Russian
container_title	Математичні машини і системи
publisher	Інститут проблем математичних машин і систем НАН України
format	Article
title_alt	Порівняння методик розрахунку параметрів випаровування небезпечних рідин з поверхні басейну розливу на тверду поверхню Comparison of methods for calculating the parameters of evaporation of hazardous liquids from the surface of the spill basin on a hard surface
description	Проводится сравнительный анализ отечественных и зарубежных методик определения параметров испарения опасных жидкостей при их разливе в результате аварий. Приводятся формулы и результаты исследований. Обсуждаются достоинства и недостатки каждой методики. Проводиться порівняльний аналіз вітчизняних та зарубіжних методик визначення параметрів випаровування небезпечних рідин при їх розливі в результаті аварій. Наводяться формули та результати досліджень. Обговорюються переваги й недоліки кожної методики. The article presents a comparative analysis of the domestic and foreign methods for determining the parameters of the evaporation of hazardous liquids when spilled in accidents. Formulas and research results are presented. The advantages and disadvantages of each method are discussed.
issn	1028-9763
url	https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/125560
citation_txt	Сравнение методик расчета параметров испарения опасных жидкостей с поверхности бассейна разлива на твердую поверхность / И.Н. Оксанич, В.П. Беспалов, И.В. Ковалец // Математичні машини і системи. — 2017. — № 2. — С. 49-59. — Бібліогр.: 15 назв. — рос.
work_keys_str_mv	AT oksaničin sravneniemetodikrasčetaparametrovispareniâopasnyhžidkosteispoverhnostibasseinarazlivanatverduûpoverhnostʹ AT bespalovvp sravneniemetodikrasčetaparametrovispareniâopasnyhžidkosteispoverhnostibasseinarazlivanatverduûpoverhnostʹ AT kovaleciv sravneniemetodikrasčetaparametrovispareniâopasnyhžidkosteispoverhnostibasseinarazlivanatverduûpoverhnostʹ AT oksaničin porívnânnâmetodikrozrahunkuparametrívviparovuvannânebezpečnihrídinzpoverhníbaseinurozlivunatverdupoverhnû AT bespalovvp porívnânnâmetodikrozrahunkuparametrívviparovuvannânebezpečnihrídinzpoverhníbaseinurozlivunatverdupoverhnû AT kovaleciv porívnânnâmetodikrozrahunkuparametrívviparovuvannânebezpečnihrídinzpoverhníbaseinurozlivunatverdupoverhnû AT oksaničin comparisonofmethodsforcalculatingtheparametersofevaporationofhazardousliquidsfromthesurfaceofthespillbasinonahardsurface AT bespalovvp comparisonofmethodsforcalculatingtheparametersofevaporationofhazardousliquidsfromthesurfaceofthespillbasinonahardsurface AT kovaleciv comparisonofmethodsforcalculatingtheparametersofevaporationofhazardousliquidsfromthesurfaceofthespillbasinonahardsurface
first_indexed	2025-11-26T15:21:15Z
last_indexed	2025-11-26T15:21:15Z
_version_	1850626245965905920
fulltext	© Оксанич И.Н., Беспалов В.П., Ковалец И.В., 2017 49 ISSN 1028-9763. Математичні машини і системи, 2017, № 2 УДК 004.9:504:519.6 И.Н. ОКСАНИЧ * , В.П. БЕСПАЛОВ * , И.В. КОВАЛЕЦ * СРАВНЕНИЕ МЕТОДИК РАСЧЕТА ПАРАМЕТРОВ ИСПАРЕНИЯ ОПАСНЫХ ЖИДКОСТЕЙ С ПОВЕРХНОСТИ БАССЕЙНА РАЗЛИВА НА ТВЕРДУЮ ПОВЕРХНОСТЬ * Институт проблем математических машин и систем НАН Украины, Киев, Украина Анотація. Проводиться порівняльний аналіз вітчизняних та зарубіжних методик визначення па- раметрів випаровування небезпечних рідин при їх розливі в результаті аварій. Наводяться форму- ли та результати досліджень. Обговорюються переваги й недоліки кожної методики. Ключові слова: випаровування небезпечних рідин, швидкість випаровування, час випаровування. Аннотация. Проводится сравнительный анализ отечественных и зарубежных методик определе- ния параметров испарения опасных жидкостей при их разливе в результате аварий. Приводятся формулы и результаты исследований. Обсуждаются достоинства и недостатки каждой мето- дики. Ключевые слова: испарение опасных жидкостей, скорость испарения, время испарения. Abstract. The article presents a comparative analysis of the domestic and foreign methods for determining the parameters of the evaporation of hazardous liquids when spilled in accidents. Formulas and research results are presented. The advantages and disadvantages of each method are discussed. Keywords: evaporation of hazardous liquids, the rate of evaporation, evaporation time. 1. Вступление При хранении и перевозке опасных химических веществ, находящихся в резервуарах в жидком состоянии, возникает угроза разрушения резервуара при авариях и разлива ядови- той жидкости с последующим испарением и формированием ядовитых облаков. В этой связи возникает задача прогноза возможных последствий аварии и оценки нанесенного ущерба. В литературе можно найти ряд отечественных и зарубежных методик, определяю- щих параметры испарения ядовитых жидкостей и степень заражения местности при авари- ях с выбросами сильнодействующих ядовитых веществ (СДЯВ). Среди отечественных ме- тодик наиболее известными являются методика Министерства чрезвычайных ситуаций «Методика прогнозування наслідків виливу (викиду) небезпечних хімічних речовин при аваріях на промислових об'єктах і транспорті» [1] («Мін. НС») и методика прогнозирова- ния масштабов заражения СДЯВ при авариях на химически опасных объектах и транспор- те [2] («РД 52»). Особенностью этих методик является их ограниченность как рядом СДЯВ, так и количеством параметров испарения, которые представлены в таблицах и рас- считаны через параметры хлора. Интерес представляет также и методика Министерства обороны [3] («МО»), в которой, наряду с табличными значениями параметров выброса, присутствуют и аналитические формулы. Наиболее известные зарубежные методики [4–9] не имеют таких ограничений и позволяют определять массу выброса, скорость и время испарения любых веществ, исходя из их физико-химических свойств и параметров окружающей среды. Это методики, пред- ставленные в работах Shaw P. and Briscoe F. (1980) (жидкости с температурой кипения ни- же окружающей среды), Fleisher 1980, Mackay and Matsugu (1973) (жидкости с температу- рой кипения выше окружающей среды). Также для жидкостей, имеющих температуру ки- пения выше температуры окружающей среды, существует ряд алгоритмов других авторов. Целью настоящей статьи является сравнение вышеупомянутых отечественных и за- рубежных методик при разливе опасных жидкостей на твердую поверхность по парамет- 50 ISSN 1028-9763. Математичні машини і системи, 2017, № 2 рам: масса разлившейся жидкости; радиус бассейна разлива; скорость испарения; время испарения. 2. Определение массы разлившейся жидкости Скорость испарения любой жидкости с бассейна разлива зависит от объема (массы) жид- кости и площади бассейна разлива. По этой причине масса разлившейся жидкости и пло- щадь бассейна разлива являются исходными данными для определения параметров испа- рения. Методика «Мін. НС» принимает степень заполнения резервуаров в размере 70% паспортного объема, не вычисляя массу первичного и вторичного облаков, ограничивая максимальное количество выброса величиной 300 т. Методика «РД 52» позволяет определять эквивалентное количество выброса по первичному и вторичному облакам через коэффициенты, заданные в таблицах для ряда СДЯВ. Под эквивалентным количеством СДЯВ понимается такое количество хлора, мас- штаб заражения которым при инверсии эквивалентен масштабу заражения при данной степени вертикальной устойчивости воздуха количеством данного вещества, перешедшим в первичное (вторичное) облако [2]. Аналитический вариант методики «МО» и зарубежная методика [4] позволяют определять массу первичного и вторичного облаков для жидкостей, имеющих температуру кипения ниже окружающей среды и хранящихся под давлением, исходя из свойств веще- ства и температуры окружающей среды: 01 mm  , 2 0 1 0(1 ),m m m m     21   , L TTс bap )( 1   ,          ,15,29303,0 ;15,29315,28302,0 ;15,28301,0 2 а а а Тпри Тпри Тпри  (1) где 0m – начальная масса вещества в емкости, кг ; 1m – масса первичного облака, кг ; 2m – масса вторичного облака, кг ; аT – температура окружающей среды, К ; bT – температура кипения вещества, К ; pс – удельная теплоемкость вещества при температуре окружающей среды, КкгДж  ; L – теплота испарения, кгДж ; 1 – доля вещества, которая перешла в пар и аэрозоль за счет разницы плотности насыщенных паров вещества в емкости и парциального давления в воздухе; 2 – доля вещества, которая перешла в пар за счет изменения теплосодержания жидко- сти и тепла поддона (используется в методике «МО»). 3. Определение площади бассейна разлива Для определения площади бассейна разлива важно знать, имеет ли резервуар с опасной жидкостью поддон. Если поддон имеется, то радиус бассейна разлива в этом случае равен радиусу поддона. Площадь разлива определяется, как площадь поддона за вычетом пло- щади, занимаемой резервуаром, если резервуар стоит непосредственно на полу поддона, а не на подставке [4]. ISSN 1028-9763. Математичні машини і системи, 2017, № 2 51 При свободном разливе (хранение без поддона) растекание бассейна происходит до тех пор, пока он не достигнет минимальной высоты minh , при которой бассейн распадется на лужицы. Эта высота соответствует высоте неровностей поверхности (высоте лужиц) и определяется экспериментально для каждого типа поверхности. Обычно minh составляет примерно м42 1010   [5]. Ограничением методик «Мін. НС» и «РД 52» является тот факт, что они устанавли- вают для свободного разлива только одну высоту мh 05,0min  (рис. 1). В методике «МО» для определения площади бассейна разлива используются эмпи- рические формулы, которые соответствуют мh 05,0min  при отсутствии поддона [3]: , ,04,5 ;,22,1       поддонаотсутствииприm поддонаналичииприhm d   2 4 1 dS р   , (2) где m – масса разлившейся жидкости, кг , 2( )m m ; d – диаметр бассейна разлива, м ; рS – площадь бассейна разлива, 2м ;  – плотность жидкости, 3мкг ; h – высота поддона, м . В [5] при использовании допущения о том, что бассейн представляет собой круглый цилиндр с одинаковой высотой, радиус ,r м бассейна определяется, исходя из соотноше- ния 2 1 min         h m r , где       песокпочвам бетонм h ,02,0 01,0005,0 min 22 , мrS р   . (3) В [6] определяется зависимость радиуса мгновенного свободного разлива на твер- дую поверхность от времени: ,8)( 2 1 2 0 2 1 0                rt V gtr  (4) где  0 0 m V  – первоначальный объем, 3м ; 0r – начальный радиус, м ; t – время разлива, с ; 2/8,9 cмg  – ускорение свободного падения. Высота разлива в зависимости от времени )( )( 2 0 tr V th    , м . (5) 52 ISSN 1028-9763. Математичні машини і системи, 2017, № 2 grH eH radH h Неровности поверхности minh Жидкость airH Поверхность Рис. 1. Процессы теплопередачи в бассейне разлива bp TT  Нет Да Кипение Испарение pT 4. Определение параметров испарения опасных жидкостей с поверхности бассейна разлива на твердую поверхность Методики «Мін. НС», «РД 52» и «МО» не рассматривают отдельно процессы кипения и испарения, ограничиваясь только поцессом испарения. Иностранные же методики, наобо- рот, изучают эти два процесса отдельно [5, 6]. Если температура кипения опасной жидкости ниже температуры окружающей сре- ды, то при разливе на твердую поверхность она образует быстро испаряющийся кипящий бассейн, скорость испарения которого обусловлена скоростью поступления тепла в бас- сейн извне, которое и обеспечивает необходимую энергию для перехода из жидкой фазы в пар. В случае, если температура кипения опасной жидкости выше температуры окружа- ющей среды, то при ее разливе на твердую поверхность образуется медленно испаряю- щийся бассейн, и скорость испарения обусловливается переносом масс через застойный пограничный слой над поверхностью бассейна (рис. 1). Скорость изменения температуры бассейна разлива, обусловленная действием раз- личных источников поступления тепла, может быть получена из уравнения теплового ба- ланса [5, 7, 8]: eradairgr p p HHHH dt dT mс  , (6) где pT – температура жидкости в бассейне, К ; grH – мощность потока тепла, приходящего в бассейн от подстилающей поверхности, Вт ; airH – мощность потока тепла, приходящего в бассейн от конвекции воздуха, Вт ; radH – мощность потока тепла, приходящего в бассейн от солнечного и теплового из- лучения атмосферы, Вт ; ISSN 1028-9763. Математичні машини і системи, 2017, № 2 53 eH – мощность потока тепла, уходящего из бассейна в результате испарения, Вт .     p pss gr S t TTk H    5,0   , Вт [6],   ppaair SruTTH   177,0823,02,7 , Вт [6], (7)    ,44 pparad STTSH   Вт [5], где sk – коэффициент теплопроводности поверхности, КмВт  ; sT – температура поверхности, К ; pT – температура бассейна, К ;  – коэффициент температуропроводности поверхности, см2 ;  – поправочный коэффициент, учитывающий неопределенность термодинамических свойств шероховатой поверхности. Для гладкой поверхности 1 , для шероховатой по- верхности 3 [6]; aT – температура окружающей среды, К , u скорость ветра, см ;  – коэффициент излучения бассейна; S – тепловой поток от солнца, 2/ мВт ;  = 428107,5 КмВт  – константа Стефана-Больцмана. В действительности процесс парообразования в кипящем бассейне сложный и включает в себя как процесс кипения, так и процесс испарения. Когда температура кипя- щего бассейна в результате парообразования и охлаждения подстилающей поверхности становится меньше температуры кипения разлившегося вещества, начинается процесс ис- парения, и составляющие уравнения (6) становятся функциями времени и температуры бассейна [7]. 4.1. Кипящий бассейн В настоящем исследовании принято, что если разлившаяся жидкость образует кипящий бассейн, то bp TT  и процесс кипения продолжается до полного испарения жидкости [9]. В этом случае 0 dt dTp и radairgre HHHH  ,   1 e gr air rad b Q H H H L    , (8) где eQ – скорость испарения бассейна, скг , bL – теплота испарения разлившейся жидко- сти при температуре кипения бассейна, кгДж . На начальной стадии испарения охлажденных жидкостей механизм испарения определяется передачей тепла от подстилающей поверхности. В случае криогенных жид- костей, имеющих температуру кипения ниже 120 К (-153 С ), определяющей является со- ставляющая grH . Экспериментальный опыт показывает, что стадия передачи тепла от под- стилающей поверхности к бассейну разлива длится короткое время ( с10 ) [6], однако она определяет верхнюю границу скорости испарения бассейна. По мере уменьшения разности ps TT  на процесс испарения будет оказывать значительное влияние также и тепло, посту- 54 ISSN 1028-9763. Математичні машини і системи, 2017, № 2 пающее от конвекции воздуха, солнечной радиации и от длинноволнового теплового излу- чения атмосферы [6]. В случае свободного неограниченного разлива радиус разлива зависит от времени и определяется соотношением (4). По этой причине высота разлива, площадь разлива, тепло- та, поступающая в бассейн, и скорость испарения также зависят от времени и вычисляются путем подстановки соответствующих значений )(tr в формулы (7). Если разлив ограничен радиусом ,r то в этом случае процесс испарения можно представить состоящим из двух фаз: 1-я фаза – испарение при мгновенном разливе до до- стижения радиуса r ; 2-я фаза – испарение с поверхности разлива радиусом r . Поскольку при мгновенном разливе продолжительность 1-й фазы невелика (несколько секунд), то ве- личины параметров разлива будут в основном определяться процессом испарения 2-й фа- зы. Испаряющаяся масса в обоих случаях является интегралом от скорости испарения:  t e dttQtm 0 )()( . (9) Исследование параметров испарения проводилось для мгновенного разлива жидко- го хлора массой 5,1010 m т, хранившегося под давлением, при разрушении резервуара, установленного на гладкую почву. Исходные данные. Свойства жидкого хлора [8]: температура кипения -34,6 С , теп- лота испарения при температуре кипения 238488 кгДж / , плотность 1557 3/ мкг . Параметры окружающей среды: температура воздуха и почвы С20 , скорость ветра 1 см , тепловой поток от солнца 500 2/ мВт , коэффициент излучения бассейна  =0,95 [5], коэффициенты теплопроводности и температуропроводности поверхности sk =0,96 КмВт  [6] и  = 71059,4  см2 [6] для ограниченного разлива принято мh 05,0min  . Поскольку хлор хранился под давлением, то разлившаяся масса (масса вто- ричного облака) в соответствии с (1) составляет 79,2 т. Радиус бассейна для ограниченного разлива высотой мh 05,0min  в соответствии с (3) равен 18м. Зависимости параметров испарения от времени для свободного неограниченного и ограниченного радиусом r разливов приведены на рис. 2 – 6. Рис. 2. Зависимость радиуса разлива от времени для свободного и ограниченного разливов (разлив хлора массой 79,2т) 0 5 10 15 20 25 30 35 40 0 10 20 30 40 50 Время разлива t, с Радиус разлива, r, м 1 - свободный разлив 2 - разлив радиусом r =18 м 1 2 1,2 1 Рис. 3. Зависимость высоты разлива от времени для свободного и ограниченного разливов (разлив хлора массой 79,2т) 0 0,05 0,1 0,15 0,2 0,25 0,3 0,35 0,4 0,45 0,5 0 10 20 30 40 50 60 70 t, с Высота разлива h, м 1 - свободный разлив 2 - разлив радиусом r =18 м 2 1 1,2 Рис. 2. Зависимость радиуса разлива от времени для свободного и ограниченного разливов (разлив хлора массой 79,2 т) Рис. 3. Зависимость высоты разлива от времени для свободного и ограниченного разливов (разлив хлора массой 79,2т) ISSN 1028-9763. Математичні машини і системи, 2017, № 2 55 Рис. 4. Зависимость скорости испарения, вызванной теплотой, поступающей от почвы, от времени для свободного и ограниченного разливов (разлив хлора массой 79,2 т) 0 50 100 150 200 250 300 350 400 0 50 100 150 200 250 300 350 t, с Скорость испарения, кг/с 1 - свободный разлив 2 - разлив радиусом r = 18 м1 2 Рис. 5. Зависимость испаряющейся массы, обусловленной теплотой, поступающей от почвы, от времени для свободного и ограниченного разливов (разлив хлора массой 79,2 т) 0 10000 20000 30000 40000 50000 60000 70000 80000 90000 0 50 100 150 200 250 300 350 t, с Испарив- шаяся масса, кг 1 - свободный разлив 2 - разлив радиусом r = 18 м 2 1 Рис. 4. Зависимость скорости испарения, вызванной теплотой, поступающей от почвы, от времени, для свободного и ограниченного разливов (разлив хлора массой 79,2 т) Рис. 5. Зависимость испаряющейся массы, обусловленной теплотой, поступающей от поч- вы, от времени, для свободного и ограниченного разливов (разлив хлора массой 79,2 т) Рис. 6. Зависимость испарившейся массы, обусловленная теплотой от земли и суммарной теплотой от времени (разлив хлора массой 79,2 т, радиусом 18 м) 0 10000 20000 30000 40000 50000 60000 70000 80000 90000 0 5 10 15 t, ч Испарив- шаяся масса, кг 1 - от земной теплоты 2 - суммарная 2 1 Рис. 7. Зависимость времени испарения от температуры воздуха (свободный разлив хлора массой 79,2т) 0 5 10 15 20 25 30 -30 -20 -10 0 10 20 30 40 50 Температура воздуха, град.С Время испарения, ч 1 2 1 – Мін НС 2 - Shaw and Briscoe Рис. 6. Зависимость испарившейся массы, обусловленная теплотой от земли и суммарной теплотой от времени (разлив хлора массой 79,2 т, радиусом 18 м) Рис. 7. Зависимость времени испарения от температуры воздуха (свободный разлив хлора массой 79,2 т) 4.2. Медленно испаряющийся бассейн В этом случае процесс испарения происходит путем переноса масc вещества из жидкой фазы в газообразную через застойный пограничный слой, и скорость испарения зависит от давления паров, площади бассейна и атмосферных условий [11]. Далее приводятся методы вычисления скорости испарения для устойчивого равновесного состояния бассейна разлива. 1. Методика MO, аналитический вариант, 1989 [3]: ) 11 ( 14,0 1 041,0 еTbTR LM e еTd MupS е Q   , где 1u – скорость ветра на высоте 1м, см ; M – молярная масса вещества, мольг ; 56 ISSN 1028-9763. Математичні машини і системи, 2017, № 2 eT – температура испарения, К ; КмольДжR 31,8 – универсальная газовая постоянная. 2. Эмпирическая формула для медленно испаряющегося бассейна разлива одноком- понентной жидкости, используемая в модели SPILLS (Fleisher, 1980) [4, 14]. )/(10 3 pvpge TRMPSkQ   , dNDk Shmg / , 1 3 1 2 Re Re 1 3 0.8 Re Re 0,664 , 320000, 0,037 15200 , 320000, Sc Sh Sc N N N N N N N              mmSc DkN  , mkduN /Re  , где gk – коэффициент переноса масс, см ; vP – давление паров, Па ; mD – коэффициент молекулярной диффузии паров вещества в воздухе, см /2 ; mk – кинематическая вязкость воздуха, см /2 ; ShN – число Шервуда; ScN – число Шмидта; ReN – число Рейнольдса. 3. Stiver and Mackay’s method (1993) [12]. )/(10 3 avpge TRMPSkQ   , где 10002,0 ukg  , 10u – скорость ветра на высоте 10м, см . 4. Mackay and Matsugu (1973) [7]. Используется в модели GASP [14]. )/(10 3 pvpge TRMPSkQ   , где 11.078.067.000482,0   duNk Scg . 5. The U.S. EPA method [7]. pvpe TuMPSQ /1288,0107,1 78.0 10 667.05   . 6. The U.S. Air Force method [7]. Используется в модели ARCHIE [15].    HvFpe PPMTuSQ   75.0510161,4 /60, 133,322760 )0061557,0()ln22,8()/2,7245(3319,65   aaа TTT H eP , 2 1, 273,15, 1 0,0043 , 273,15, p F p p T T T T        где FT – коэффициент коррекции температуры бассейна; HP – давление паров гидразина при температуре окружающей среды. 7. Методики «Мін. НС» и «РД 52». В этих методиках для определения времени испарения ч, используется формула 742 310 ККK hL      , где 2,0 hhL – толщина слоя жидкости, разлившейся в поддон, м ; ISSN 1028-9763. Математичні машини і системи, 2017, № 2 57 742 ,, ККК – коэффициенты из таблиц методики «РД 52». Для исследований использовались вещества: серы диоксид; сероуглерод; акрило- нитрил с температурами кипения соответственно -10,02 C , 46,23 C и 77,35 C . Исходные данные. Зависимые от температуры свойства веществ были получены с помощью уравнений концепции YAWS (1977) [14]. Для определения коэффициентов мо- лекулярной диффузии паров вещества в воздухе использовался закон эффузии Грехема [9], в соответствии с которым M M D water mwater = Dm , где mwaterD , mD – коэффициенты молеку- лярной диффузии паров воды и жидкости в воздухе, см /2 , waterM – молярная масса воды, мольг . Параметры окружающей среды: температура воздуха С40.20,0,20 ; 1u =1, 2, 5 см ; высота поддона м3,1,05,0,0h . Время испарения ч Q m e , 3600  . Результаты исследований – параметры испарения изображены на графиках рис. 8–11. Рис. 8. Зависимость скорости испарения от высоты поддона (разлив сероуглерода массой 100 т, скорость ветра 1м/сек, температура воздуха 20 град. С) 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 0 0,5 1 1,5 2 2,5 3 3,5 Высота поддона h, м Скорость испарения кг/с 5 2 1,3 4 6 7 Рис. 9. Зависимость времени испарения от высоты поддона (разлив сероуглерода массой 100 т, скорость ветра 1 м/с, температура воздуха 20 град. С). 0 100 200 300 400 500 600 700 0 0,5 1 1,5 2 2,5 3 3,5 Высота поддона h, м Время испарения, ч 2 3 1 4 6 5, 7 Рис. 8. Зависимость скорости испарения от высоты поддона (разлив сероуглерода массой 100 т, скорость ветра 1м/с, температура воздуха 20 град С) Рис. 9. Зависимость времени испарения от высоты поддона (разлив сероуглерода массой 100 т, скорость ветра 1м/с, температура воздуха 20 град С) Рис. 10. Зависимость времени испарения от скорости ветра (разлив сероуглерода массой 100 т, высота поддона h=0,05м, температура воздуха 20 град. С) 0 2 4 6 8 10 12 0 1 2 3 4 5 6 Скорость ветра, u, м/с Время испарения, ч 2 1 3 6 4 5 7 Рис. 11. Зависимость времени испарения от температуры воздуха (разлив сероуглерода масой 100 т, высота поддона h=0,05м, скорость ветра u=1м/с) 0 10 20 30 40 50 60 70 -30 -20 -10 0 10 20 30 40 50 Темперарура воздуха, град. С Время испарения, ч 2 1 3 5 4 7 6 Рис. 10. Зависимость времени испарения от ско- рости ветра (разлив сероуглерода массой 100 т, высота поддона h=0,05 м, температура воздуха 20 град С) Рис. 11. Зависимость времени испарения от температуры воздуха (разлив сероуглерода массой 100 т, высота поддона h=0,05 м, скорость ветра u=1 м/с) 58 ISSN 1028-9763. Математичні машини і системи, 2017, № 2 5. Выводы По результатам проведенных исследований можно сделать следующие выводы о преиму- ществах и недостатках рассмотренных в статье методик. 1. Определение массы разлившейся жидкости. Методика «Мін. НС» не позволяет вычислить массу первичного и вторичного обла- ков, ограничивая максимальное количество выброса величиной 300 т, что является недо- статком. Методика «РД 52» позволяет определять эквивалентное количество выброса по первичному и вторичному облакам через коэффициенты, заданные в таблицах только для определенного ряда СДЯВ через параметры хлора, что ограничивает применение методи- ки. Методика «МО» и иностранные методики дают возможность определять массу пер- вичного и вторичного облаков через физико-химические свойства любых веществ и пара- метры окружающей среды, что дает этим методикам преимущества. 2. Определение площади бассейна разлива. Методики «Мін. НС» и «РД 52» не позволяют определять площадь бассейна свобо- дного разлива, ограничиваясь только толщиной слоя разлива. В методике МО для определения площади бассейна свободного разлива используе- тся эмпирическая формула, соответствующая только одной минимальной высоте разлива – 0,05м. Эти ограничения, несомненно, являются недостатком отечественных методик. Иностранные методики, наоборот, позволяют определять радиус свободного разли- ва для любой минимальной высоты разлива, причем также и в зависимости от времени, что говорит об их преимуществах. 3. Определение скорости и времени испарения разлившейся жидкости. Отечественные методики не рассматривают отдельно процессы кипения и испаре- ния, отдавая преимущество только процессу испарения. Однако для жидкостей с темпера- турой кипения намного ниже температуры окружающей среды (например, LNG) скорость и продолжительность процесса кипения также важны. В этом случае целесообразно ис- пользовать иностранные методики, позволяющие определять влияние на процесс парооб- разования всех составляющих уравнения теплового баланса (6), о чем свидетельствуют графики рис. 2–6. На графике рис. 7 показана зависимость времени процесса испарения, обусловленного суммарной теплотой, поступающей в бассейн, от температуры воздуха, в то время как в методике «Мін. НС» эта величина считается постоянной. При исследовании отдельно процесса испарения можно видеть, что методики 1–7 раздела 4.2 дают сходные результаты (рис. 8–11). Можно предположить, что методика 2, дающая наибольшее время испарения, является наиболее точной, поскольку для вычисле- ния коэффициента переноса масс использует физико-химические свойства веществ. Мето- дика 6, наоборот, менее точна при низких температурах, вероятно, в результате неточного определения свойств гидразина (рис. 11). 4. Общие выводы. В целом, по результатам проведенных исследований можно сделать вывод от том, что распространенные отечественные методики и методика «МО» применимы для быстро- го оценочного прогноза. Для более точного и глубокого описания процессов парообразо- вания при авариях, особенно в случае криогенных жидкостей, целесообразно использовать иностранные методики. СПИСОК ЛИТЕРАТУРИ 1. Методика прогнозування наслідків виливу (викиду) небезпечних хімічних речовин при аваріях на промислових об'єктах і транспорті. Зареєстровано в Міністерстві юстиції України 10 квітня ISSN 1028-9763. Математичні машини і системи, 2017, № 2 59 2001 р., N 326/5517 [Електронний ресурс]. – Режим доступу: http://www.uazakon.com/ big/text1560/pg1.htm. 2. Методика прогнозирования масштабов заражения СДЯВ при авариях (разрушениях) на химиче- ски опасных объектах и транспорте. РД 52.04.253-90. – Москва, 1991 [Электронный ресурс]. – Ре- жим доступа: http://www.gosthelp.ru/text/RD520425390Metodikaprogno.html. 3. МО СССР. Управление химических войск. Методика выявления и оценки химической обстанов- ки при разрушении (аварии) объектов, содержащих сильнодействующие ядовитые вещества. – М., 1989. 4. Workbook of Test Cases for Vapor Cloud Sourse Dispersion Models. – American Institute of Chemical Engineers, Center for Chemical Process Safety. – 1989. – 122 p. 5. Fernandez M.I. Modeling Spreading, Vaporization and Dissolution of multicomponent pools: thesis. Department of Chemical Engineering University College. Torrington Place / Fernandez M.I. – London, 2013. – 222 p. 6. Shaw P. Spread and evaporation of liquid / P. Shaw, F. Briscoe // Prog. Energ. Combust. – 1980. – Vol. 6, N 2. – P. 127 – 140. 7. Маckay D. Evaporation Rates of Liquid Hydrocarbon Spills on Land and Water / D. Маckay, R. Matsugu // Canadian Journal of Chemical Engineering. – 1973. – Vol. 5. – P. 434 – 439. 8. Guidelines for Chemical Process Quantitative Risk Analysis. Second Edition, Center for Chemical Pro- cess Safety of the American Institute of Chemical Engineers. – New York, 2000. – 79 p. 9. ALOHATM (Areal Locations of Hazardous Atmospheres) 5.0. THEORETICAL DESCRIPTION. NO- AA Technical Memorandum NOS ORCA-65. – Seattle, Washington 98115. – 1992. – August. – 100 p. 10. Справочник химика 21. Хлор и теплота испарения [Электронный ресурс]. – Режим доступа: http://chem21.info/info/839111/. 11. Guidelines for Use of Vapor Cloud Dispersion Models (2 nd Edition). – American Institute of Chemical Engineers, Center for Chemical Process Safety, 1996. – 292 p. 12. ChemEngineering. Accidental release source terms, 2015 [Електронний ресурс]. – Режим доступу: https://chemengineering.wikispaces.com/Accidental+release+source+term. 13. Andreas L.E. Handbook of Physical Constants and Functions for Use in Atmospheric Boundary Layer Studies / E.L. Andreas // US Army Corps of Engineers. Engineers Research and Development Centre. – 2005. – October. 14. Methods for the Calculation of Physical Effects Due To Releases of Hazardous Substances (Liquids and Gases), ‘Yellow Book’, PGS2 CPR 14E, Chapter 2. – The Netherlands Organization of Applied Sci- entific Research, The Hague, 2005. PGS2 CPR 14E. – 870 p. 15. Handbook of Chemical Hazard Analysis Procedures (Appendix B), Federal Emergency Management Agency, U.S. Dept. of Transportation, and U.S. Environmental Protection Agency, 1989 [Електронний ресурс]. – Режим доступу: http://nepis.epa.gov/Adobe/PDF/10003MK5.PDF. Стаття надійшла до редакції 06.03.2017 http://www.uazakon.com/%20big/text1560/pg1.htm http://www.uazakon.com/%20big/text1560/pg1.htm http://www.gosthelp.ru/text/RD520425390Metodikaprogno.html http://chem21.info/info/839111/ https://chemengineering.wikispaces.com/Accidental+release+source+term http://vrom.nl/pagina.html?id=20725 http://nepis.epa.gov/Adobe/PDF/10003MK5.PDF

Сравнение методик расчета параметров испарения опасных жидкостей с поверхности бассейна разлива на твердую поверхность

Institution

Ähnliche Einträge