Уважаемые подписчики, в настоящее время наш провайдер проводит технические работы, в связи с чем могут наблюдаться кратковременные сбои в работе ЭБС Znanium. Просим отнестись с пониманием к возможным сложностям при работе с ресурсом.
Книжная полка Сохранить
Размер шрифта:
А
А
А
|  Шрифт:
Arial
Times
|  Интервал:
Стандартный
Средний
Большой
|  Цвет сайта:
Ц
Ц
Ц
Ц
Ц

Пожаровзрывобезопасность. Расчет интенсивности теплового излучения при пожаре

Покупка
Основная коллекция
Артикул: 778440.01.99
Учебное пособие включает в себя материал курса лекций «Экспертиза промышленной и пожарной безопасности», разработанный на кафедре безопасности труда НГТУ. Пособие предназначено для студентов всех форм обучения по образовательным программам 20.30.01 и 20.04.01 «Техносферная безопасность»
Илюшов, Н. Я. Пожаровзрывобезопасность. Расчет интенсивности теплового излучения при пожаре : учебное пособие / Н. Я. Илюшов. - Новосибирск : Изд-во НГТУ, 2020. - 172 с. - ISBN 978-5-7782-4334-7. - Текст : электронный. - URL: https://znanium.com/catalog/product/1867925 (дата обращения: 13.06.2024). – Режим доступа: по подписке.
Фрагмент текстового слоя документа размещен для индексирующих роботов. Для полноценной работы с документом, пожалуйста, перейдите в ридер.
Министерство науки и высшего образования Российской Федерации 

НОВОСИБИРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ 
__________________________________________________________________________ 
 
 
 
 
Н.Я. ИЛЮШОВ 
 
 
 
 
ПОЖАРОВЗРЫВОБЕЗОПАСНОСТЬ 
 
РАСЧЕТ ИНТЕНСИВНОСТИ  
ТЕПЛОВОГО ИЗЛУЧЕНИЯ  
ПРИ ПОЖАРЕ 
 
 
Утверждено Редакционно-издательским советом университета 
в качестве учебного пособия 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
НОВОСИБИРСК 
2020 

УДК 614.814.41(075.8) 
И 498 
Рецензенты: 
А.М. Парахин, канд. техн. наук, доцент НГТУ 
Ю.С. Щербаков, канд. техн. наук, доцент, зав. кафедрой безопасности 
жизнедеятельности и экологии СиБГУТИ 
 
Работа подготовлена на кафедре безопасности труда НГТУ 
для студентов всех форм обучения по направлениям 20.30.01  
и 20.04.01 
 
Илюшов Н.Я. 
И 498  
Пожаровзрывобезопасность. Расчет интенсивности теплового излучения при пожаре: учебное пособие / Н.Я. Илюшов. – 
Новосибирск: Изд-во НГТУ, 2020. – 172 с. 
ISBN 978-5-7782-4334-7 
Учебное пособие включает в себя материал курса лекций «Экспертиза промышленной и пожарной безопасности», разработанный на 
кафедре безопасности труда НГТУ. Пособие предназначено для студентов всех форм обучения по образовательным программам 20.30.01 
и 20.04.01 «Техносферная безопасность».  
УДК 614.814.41(075.8) 
 
Илюшов Николай Яковлевич 
 
ПОЖАРОВЗРЫВОБЕЗОПАСНОСТЬ 

РАСЧЕТ ИНТЕНСИВНОСТИ ТЕПЛОВОГО ИЗЛУЧЕНИЯ ПРИ ПОЖАРЕ 
 
Учебное пособие 
 
Редактор Е.Е. Татарникова 
Выпускающий редактор И.П. Брованова 
Корректор Л.Н. Ветчакова 
Дизайн обложки А.В. Ладыжская 
Компьютерная верстка С.И. Ткачева 
Налоговая льгота – Общероссийский классификатор продукции 
Издание соответствует коду 95 3000 ОК 005-93 (ОКП) 

Подписано в печать 29.12.2020. Формат 60  84 1/16. Бумага офсетная. Тираж 50 экз.  
Уч.-изд. л. 9,99. Печ. л. 10,75. Изд. № 123. Заказ № 126. Цена договорная 

Отпечатано в типографии 
Новосибирского государственного технического университета 
630073, г. Новосибирск, пр. К. Маркса, 20 
 
ISBN 978-5-7782-4334-7 
© Илюшов Н.Я., 2020 
 
© Новосибирский государственный  
 
технический университет, 2020 

ОГЛАВЛЕНИЕ 
 
Введение .................................................................................................................. 6 
Глава 1. Расчет интенсивности теплового излучения при пожарах проливов легковоспламеняющихся и горючих жидкостей ........................ 7 
1.1. Расчет среднеповерхностной плотности теплового излучения 
пламени .......................................................................................................... 8 
1.2. Расчет углового коэффициента облученности ........................................... 9 
1.3. Расчет значения коэффициента пропускания атмосферы ...................... 12 
Глава 2. Расчет интенсивности теплового излучения при пожаре типа 
«огненный шар» и времени его существования .................................. 13 
2.1. Интенсивность теплового излучения при пожаре типа «огненный 
шар» ............................................................................................................. 14 
2.2. Определение дозы излучения при пожаре-вспышке ............................... 17 
Глава 3. Расчет плотности теплового излучения при факельном горении ...... 19 
3.1. Расчет плотности теплового излучения от факела .................................. 20 
3.2. Расчет размеров факела при струйном горении ...................................... 22 
Глава 4. Определение условной вероятности поражения тепловым  
излучением .............................................................................................. 26 
4.1. Вероятностные критерии поражения человека тепловым излучением .............................................................................................................. 26 
4.2. Детерминированные критерии оценки поражения тепловым  
излучением .................................................................................................. 28 
Глава 5. Расчет вспомогательных данных .......................................................... 33 
5.1. Расчет эффективного диаметра площади пролива .................................. 33 
5.2. Расчет площади пролива горючей жидкости ........................................... 33 
5.3. Расчет значения длины пламени L ............................................................ 36 
5.4. Расчет удельной массовой скорости выгорания горючей жидкости ....... 38 
5.5. Расчет удельной теплоты сгорания Нсг ..................................................... 41 
5.6. Расчет удельной теплоты испарения жидкости Lисп ................................ 45 

5.7. Расчет молярной массы жидкости ............................................................ 46 
5.8. Расчет стехиометрических коэффициентов ............................................. 47 
5.9. Составление уравнения реакции горения жидкости ............................... 48 
5.10. Определение плотности пара жидкости при заданной температуре ............................................................................................................ 52 
5.11. Определение плотности воздуха при расчетной температуре ............. 53 
5.12. Расчет массовой доли элементов в веществе ......................................... 54 
5.13. Расчет температуры кипения жидкости ................................................. 55 
5.14. Расчет теплоты парообразования жидкости .......................................... 61 
5.15. Расчет изобарной теплоемкости жидкости ............................................ 64 
5.16. Расчет давления насыщенного пара ........................................................ 66 
5.17. Расчет удельной теплоемкости жидкости .............................................. 69 
5.18. Расчет критической температуры ........................................................... 78 
5.19. Расчет динамической и кинематической вязкости паров жидкости ......... 88 
Примеры расчетов для самостоятельной работы ............................................... 95 
1. Пример расчета среднеповерхностной плотности теплового излучения пламени при пожаре пролива ............................................................ 95 
2. Пример расчета среднеповерхностной плотности теплового излучения пламени при пожаре пролива однокомпонентных жидкостей ....... 97 
3. Пример полного расчета значения среднеповерхностной плотности 
теплового потока пламени при горении разлившейся жидкости .............. 98 
4. Пример расчета углового коэффициента облученности .......................... 102 
5. Пример расчета значения коэффициента пропускания атмосферы ........ 107 
6. Пример расчета последствий воздействия теплового излучения при 
пожаре типа «огненный шар» ..................................................................... 109 
7. Пример расчета последствий пожара-вспышки ....................................... 111 
8. Пример расчета вероятности поражения человека тепловым излучением ........................................................................................................... 113 
9. Пример расчета эффективного диаметра площади пролива ................... 116 
10. Пример расчета площади пролива горючей жидкости .......................... 116 
11. Пример расчета длины пламени ............................................................... 119 
12. Пример расчета высоты пламени в соответствии  
с ГОСТ 12.3.047–2012 ............................................................................... 121 
13. Пример расчета удельной массовой скорости выгорания горючей 
жидкости .................................................................................................... 124 

14. Пример расчета удельной массовой скорости выгорания горючей 
однокомпонентных жидкостей ................................................................ 128 
15. Пример расчета удельной теплоты сгорания Нсг .................................... 131 
16. Пример расчета низшей теплоты сгорания вещества через его 
высшую энтальпию ................................................................................... 133 
17. Пример расчета удельной теплоты испарения жидкости Lисп ............... 135 
18. Пример расчета молярной массы жидкости ............................................ 137 
19. Пример расчета стехиометрических коэффициентов ............................ 138 
20. Пример расчета значения плотности пара жидкости при заданной 
температуре ................................................................................................ 140 
21. Пример расчета массовой доли элементов в веществе .......................... 142 
22. Пример расчета температуры кипения жидкости .................................. 144 
23. Пример расчета температуры кипения жидкости по соотношению 
Огата – Цухида .......................................................................................... 145 
24. Пример расчета повышения температуры вещества при изменении его состава .......................................................................................... 147 
25. Пример расчета теплоты парообразования жидкости с помощью 
коэффициента Фиштайна ......................................................................... 147 
26. Пример расчета теплоты парообразования жидкости с помощью 
по формуле Ватсона .................................................................................. 149 
27. Пример расчета изобарной теплоемкости жидкости ............................. 151 
28. Пример расчета значения давления насыщенного пара ......................... 151 
29. Пример расчета значения давления насыщенного пара с помощью 
корреляции Миллера ................................................................................. 153 
30. Пример расчета значения давления насыщенного пара по формуле 
Вильсона .................................................................................................... 156 
31. Пример расчета удельной теплоемкости жидкости ............................... 158 
32. Пример расчета динамической и кинематической вязкости паров 
жидкости .................................................................................................... 160 
Библиографический список ............................................................................... 162 
Приложение ......................................................................................................... 164 
 

ВВЕДЕНИЕ 
 
Одним из основных факторов пожара, воздействующих на людей, 
является открытый огонь. Гибель людей может происходить даже при 
кратковременном воздействии огня. Однако помимо этого открытый 
огонь создает еще и интенсивное тепловое излучение в окружающее 
пространство. Такое излучение не представляет непосредственной 
угрозы жизни человека, так как проявляется постепенно и люди успевают изменить свое расположение относительно огня. Однако оно способно перегреть неподвижные объекты, вызвать их деформацию и потерю механической прочности.  
Автор надеется, что настоящее пособие поможет студентам технических вузов восполнить знания по проведению технических расчетов 
и будет полезно для дальнейшей работы по выбранной профессии.  
 

Г Л А В А  1  

РАСЧЕТ ИНТЕНСИВНОСТИ  
ТЕПЛОВОГО ИЗЛУЧЕНИЯ ПРИ ПОЖАРАХ  
ПРОЛИВОВ ЛЕГКОВОСПЛАМЕНЯЮЩИХСЯ  
И ГОРЮЧИХ ЖИДКОСТЕЙ 
 
Пожары пролива возникают при аварийном разлитии легковоспламеняющихся (ЛВЖ) и горючих жидкостей (ГЖ), а также при проливах 
сжиженных природных (СПГ) и углеводородных (СУГ) газов. Пожары 
пролива представляют собой серьезную опасность, так как они могут 
существовать достаточно долго, и при этом порядка 40 % выделенной 
при горении энергии приходится на тепловое излучение. Интенсивность теплового излучения при пожаре пролива q рассчитывается для 
сопоставления с предельно допустимыми значениями интенсивности 
теплового потока для человека и конструкционных материалов. Определяется q по формуле [1] 

 
,
f
q
q
E F

  
(1.1) 

где 
f
E  – среднеповерхностная плотность теплового излучения пламе
ни, принимаемая при расчетах равной 450 кВт/м2; 
q
F  – угловой коэффициент облученности;   – коэффициент пропускания атмосферы для 
теплового излучения. 
Для обеспечения безопасности персонала и предупреждения возможности возникновения возгорания на заданном расстоянии от места 
пожара пролива необходимо, чтобы интенсивность теплового излучения не превышала предельно допустимых значений, приведенных в 
табл. 1.1 [1]. 
 

Т а б л и ц а  1.1 

Значения предельно допустимой интенсивности теплового излучения 

Степень поражения 

Интенсивность  
теплового 
излучения q,  
кВт/м2 

Без негативных последствий в течение длительного времени 
 
1,4 

Безопасно для человека в брезентовой одежде 
4,2 

Непереносимая боль через 20…30 с; ожог 1-й степени через 15…20 с; ожог 2-й степени через 30…40 с; воспламенение хлопка-волокна через 15 мин 

 
 
7,0 

Непереносимая боль через 3…5 с; ожог 1-й степени через 
6…8 с; ожог 2-й степени через 12…16 с 
 
10,5 

Воспламенение древесины с шероховатой поверхностью 
(влажность 12 %) при длительности облучения 15 мин 
 
12,9 

Воспламенение древесины, окрашенной масляной краской 
по строганой поверхности, воспламенение фанеры 
 
17,0 

 
Примеры и расчеты приведены ниже. 

1.1. РАСЧЕТ СРЕДНЕПОВЕРХНОСТНОЙ ПЛОТНОСТИ  
ТЕПЛОВОГО ИЗЛУЧЕНИЯ ПЛАМЕНИ 

Величина среднеповерхностной интенсивности теплового излучения пламени 
f
E  в основном определяется экспериментально, поэтому 
ее значения находятся в справочных документах. Так, в табл. 1.2 приведены значения 
f
E  для основных видов жидкого углеводородного 
топлива в зависимости от диаметра пролива и удельной массовой скорости выгорания [1]. 
 

Т а б л и ц а  1.2 

Среднеповерхностная плотность теплового излучения пламени  
в зависимости от диаметра очага и удельная массовая скорость  
выгорания для некоторых жидких углеводородных топлив m

Топливо 
Ef, кВт/м2 при d, м 
m, 
кг/(м2 · с) 
10 
20 
30 
40 
50 

СПГ 
220 
180 
150 
130 
120 
0,08 

СУГ (пропан-бутан) 
80 
63 
50 
43 
40 
0,1 

Бензин 
60 
47 
35 
28 
25 
0,06 

Дизельное топливо 
40 
32 
25 
21 
18 
0,04 

Нефть 
25 
19 
15 
12 
10 
0,04 

 
При расчетах для диаметров пролива менее 10 и более 50 м 
f
E

принимается такой же, как и для очагов диаметром 10 и 50 м соответственно.  
Если отсутствуют экспериментальные данные по значениям среднеповерхностной плотности теплового излучения пламени для нефти 
и нефтепродуктов, допускается рассчитывать 
f
E  (кВт/м2) по формуле [1] 

 
–0,12
–0.12
 140
20 1 –
(
,)
d
d
f
E
е
e


  
(1.2) 

где е – основание натурального логарифма, равное 2,7; d – эффективный диаметр пролива, м (расчет значения d приведен в разделе 5.1). 

1.2. РАСЧЕТ УГЛОВОГО  
КОЭФФИЦИЕНТА ОБЛУЧЕННОСТИ 

Угловой коэффициент облученности является чисто геометрическим фактором, зависящим только от формы и размера пламени, а 
также от его взаимного расположения относительно объекта, подвергающегося облучению. 
 

Угловой коэффициент облученности 
q
F  при расчетах определяется 
по формуле [1] 

 
2
2
q
V
H
F
F
F


, 
(1.3) 

где 
V
F  и 
H
F
 – факторы облученности, определяемые для вертикальных и горизонтальных площадок, расположенных в 90-градусном секторе в направлении наклона пламени. 
V
F  и 
H
F
 определяются по следующим формулам [1]: 

2
2
1
(
1)
2 (1
sinθ)
arctg
arctg
π
V
a
b
b
a
AD
F
E
D
E
AB
B



























 

 

2
2
cosθ
sinθ
sinθ
arctg
arctg
ab
F
F
C
FC
FC



























; 
(1.4) 

2
2
1
1
sinθ
sinθ
sinθ
arctg
arctg
arctg
π
H
ab
F
F
F
D
C
FC
FC






































 

 

2
2
(
1)
2(
1
sinθ) arctg
a
b
b
ab
AD
AB
B







 
















; 
(1.5) 

 
2L
a
d

; 
(1.6) 

 
2X
b
d

; 
(1.7) 

 
2
2
[
(
1)
2 (
1)sinθ]
A
a
b
a b





;  
(1.8) 

 
2
2
[
(
1)
2 (
1)sinθ]
B
a
b
a b





;  
(1.9) 

2
2
1
(
1)cos θ
C
b



; 
(1.10) 

 
1
1
b
D
b










; 
(1.11) 

 
cosθ
sinθ
a
E
b
a


; 
(1.12) 

 
2
(
1)
F
b


, 
(1.13) 

где Х – расстояние от облучаемого объекта до центра пролива, м; L – 
высота пламени, м; d – диаметр пролива, м; θ – угол отклонения пламени от вертикали под действием ветра. 
При отсутствии ветра или в случае, когда площадки расположены 
вне указанного сектора в 90, расчет по формулам (1.3–1.13) проводится при значении угла наклона θ, равном 0. 
Эффективный диаметр пролива рассчитывается по формуле 

 
4
π
F
d 
, 
(1.14) 

где F – площадь пролива, м2. 
Длина пламени рассчитывается по следующим формулам: 
при 
1
u   

 

0,67
0,21
55
ρa

m
L
d
u
gd










; 
(1.15) 

при 
1
u   

 

0,61
42
ρa

m
L
d
gd









. 
 

Здесь 

 
0

3
п
ρ

w
u
m gd
 


, 
(1.16) 

где m – удельная массовая скорость выгорания топлива, кг/м2 · с; ρа  – 
плотность окружающего воздуха, кг/м3; 
п
ρ  – плотность насыщенных 
паров топлива при температуре кипения, кг/м3; 
0
w  – скорость ветра, 
м/с; g – ускорение свободного падения, равное 9,81 м/с2. 
Угол отклонения пламени под действием ветра определяется по 
формуле 

 
*
0,5
*
*

1  при  
1,
cosθ
 
 при  
1.

u

u
u



 


 
(1.17) 

1.3. РАСЧЕТ ЗНАЧЕНИЯ КОЭФФИЦИЕНТА ПРОПУСКАНИЯ 
АТМОСФЕРЫ 

Последнюю составляющую формулы (1.1), т. е. коэффициент пропускания атмосферы при пожаре   рассчитывают по формуле 

 
4
τ
exp[ 7 10
(
0,5 )]
Х
d


 

, 
(1.18) 

где X – расстояние от облучаемого объекта до центра пролива, м; d – 
диаметр пролива, м. 
 
 
 

Г Л А В А  2  

РАСЧЕТ ИНТЕНСИВНОСТИ  
ТЕПЛОВОГО ИЗЛУЧЕНИЯ ПРИ ПОЖАРЕ  
ТИПА «ОГНЕННЫЙ ШАР» И ВРЕМЕНИ  
ЕГО СУЩЕСТВОВАНИЯ 
 
Пожаром типа «огненный шар» считается крупномасштабное диффузионное пламя сгорающей массы топлива или парового облака, поднимающееся над поверхностью земли и обладающее мощным тепловым излучением. 
Образуется огненный шар при воспламенении паров ЛВЖ или газов, смешанных с воздухом, поэтому благодаря пониженной концентрации он не способен к детонации. Тем не менее это явление чрезвычайно опасно. Горение углеводородов, находящихся в смеси, происходит с выделением большого количества тепла и способно причинить 
смертельные ожоги людям, попавшим в зону воздействия образовавшегося теплового излучения. Кроме этого пожар типа «огненный шар» 
образует грибовидное облако, ножка которого является не чем иным, 
как восходящим конвективным течением, способным всасывать отдельные предметы, зажигать их и горящими разбрасывать на большие 
расстояния.  
Основными причинами возникновения пожаров типа «огненный 
шар» являются либо нарушения техники безопасной эксплуатации 
оборудования, либо утечки горячих газов или паров через неплотности 
при повышении давления, либо разрыв и поломка оборудования. Инициировать взрыв могут электрические разряды, открытое пламя, тепловые проявления химических реакций или механических воздействий, искры от ударов, а также электромагнитные и другие излучения. 
В результате происходят взрывы, мощность которых может быть 
очень значительной, так как в основном они возникают при наличии