Приложение 7. РУКОВОДСТВО ПО БЕЗОПАСНОСТИ ФАКЕЛЬНЫХ СИСТЕМ

- угол отклонения факела от вертикальной оси факельного ствола;

- показатель адиабаты;

- горизонтальное смещение верхней точки факела от среза факельного ствола, м;

- вертикальное смещение верхней точки пламени от среза факельного ствола, м;

- молекулярный вес;

- число, 3,14;

- доля излучаемой энергии, проходящая через атмосферу без поглощения;

I - интенсивность теплового излучения (Вт/м2);

F - доля выделившейся при факельном горении энергии, перешедшей в излучение;

H - высота факельного ствола над нулевой отметкой (м);

HМИН - минимальная высота факельного ствола над нулевой отметкой с точки зрения непревышения предельно допустимого уровня интенсивности теплового потока от факела QПД в заданной точке (на заданном объекте), м;

L - длина пламени факела, расстояние от среза факельного ствола до верхней точки, м;

M - число Маха потока при выходе из факельного ствола;

Pср - абсолютное давление на выходе факельного ствола, кПа;

Тср - температура сжигаемого газа на срезе факельного ствола, К;

Q - интенсивность тепловыделения в факеле, Вт;

Qобщ - уровень интенсивности излучения (от факельного горения и солнечного потока) в заданной точке (на объекте), Вт/м2;

Qзад - заданный (интересующий) уровень интенсивности излучения, Вт/м2;

Qмасс - массовый расход сжигаемого газа в факеле, кг/сек;

Qn - уровень интенсивности от факельного горения излучения в заданной точке (на объекте), Вт/м2;

QПД - уровень предельно допустимой интенсивности излучения, Вт/м2;

QПДП - уровень предельно допустимой интенсивности излучения от факела, Вт/м2;

QС - уровень интенсивности от прямой солнечной радиации в заданной точке (на объекте), кВт/м2, определяется по максимальному для данной точки значению за все время года (рекомендуется определять по ГОСТ Р 53615-2009 (МЭК 60721-2-4:1987) "Национальный стандарт Российской Федерации. Воздействие природных внешних условий на технические изделия. Общая характеристика. Солнечное излучение и температура", утвержденный и введенный в действие приказом Ростехрегулирования от 15 декабря 2009 г. N 947-ст);

QСГОР - теплота сгорания топлива на факеле, Дж/кг;

cЗВ - скорость звука в потоке истекающего газа на срезе факельного ствола, м/с;

Z - расстояние от центра излучения пламени до верха ствола, м;

d - диаметр факельного ствола, м;

h - высота заданной точки над нулевой отметкой (высота объекта), м;

r - расстояние от центра факельного пламени до заданной точки (объекта), м;

rзад - расстояние до точки, где наблюдается заданный уровень излучения (Qзад, м;

x - расстояние от факельного ствола (по горизонтали) до заданной точки (объекта), м;

xmin - минимальное расстояние (по горизонтали) между факельным стволом и заданной точкой (объектом) с точки зрения непревышения предельно допустимого уровня интенсивности теплового потока от факела QПД, м;

uСР - скорость потока на срезе факельного ствола, м/с;

uср факел - средняя (за год) скорость ветра на уровне центра пламени, м/с;

uфакел - скорость ветра на уровне центра пламени, м/с;

uфлюгер - скорость ветра на высоте ее замера, м/с;

zфлюгер - высота замера скорости, м/с;

zпов - характерный размер шероховатости, м.

Расчет поля теплового излучения

Интенсивность излучения от факела факельной установки определяется соотношением переноса излучения в приближении сферического поля излучения:

,

где Q = Qмасс Qсгор,

Расстояние rзад до точки, где наблюдается заданный уровень излучения Qзад, определяется по формуле:

.

Доля выделившейся энергии, перешедшая в излучение, в приоритетном порядке определяется из эмпирической/справочным информации с учетом конкретных данных факельной системы. При отсутствии информации для конкретной факельной системы используются данные по веществу из таблицы N 1.

Таблица N 1

Значение коэффициента F

Для иных сред, не приведенных в таблице, величина F принимается равной 0,4.

Доля излучаемой энергии, проходящая через атмосферу без поглощения r, определяется по соотношению:

.

Расчет параметров истечения

При известных скорости движения среды uср и скорости звука cзв на срезе факельного ствола число Маха на срезе факельного ствола определяется как:

,

где

Число Маха на выходе потока из среза факельного ствола при известных температуре Tср и давлении Pср на срезе определяется по следующему соотношению:

Расчет характеристик факела

Длина факела в зависимости от Q интенсивности тепловыделения в факеле определяется по формуле:

L = 0,0128 · Q0,4123,

где Q находится в пределах от 30 МВт до 10 ГВт.

Расстояние от центра излучения пламени до верха ствола определяется по формуле:

Z = L / 2

Горизонтальное и вертикальное смещения верхней точки факела от среза факельного ствола определяются по таблице N 2.

Таблица N 2

Зависимость смещений факела от скорости истечения
и скорости ветра

Uср факел / uср	, м	, м
0,00	0,000	1,000
0,01	0,218	0,750
0,05	0,681	0,560
0,10	0,782	0,443
0,15	0,842	0,364
0,20	0,879	0,313
0,25	0,910	0,271
0,30	0,929	0,242
0,35	0,943	0,217
0,40	0,947	0,196
0,50	0,950	0,161
0,60	0,952	0,140
0,70	0,956	0,122
0,80	0,960	0,111
0,90	0,964	0,102
1,00	0,965	0,092
1,10	0,968	0,089
1,20	0,972	0,086
> 1,3	1	0

Угол отклонения факела от вертикальной оси факельного ствола определяется:

.

Для расчетов необходимо знать среднюю (за год) скорость ветра uср факел на уровне центра пламени . Эта величина uср факел определяется по реализующимся за длительный период времени на высоте пламени скоростям ветра uфакел путем осреднения (с различным шагом). Расчетная скорость ветра uфакел на уровне центра пламени определяется по доступным (за длительный многолетний период времени) метеорологическим данным замеров модуля скорости ветра uфлюгер на определенной высоте zфлюгер. Для этого используется соотношение:

,

Характерный размер шероховатости zпов оценивается по таблице N 3.

Таблица N 3

Характерный размер шероховатости поверхности zпов
в зависимости от типа местности, где происходит рассеяние

Характерный размер шероховатости поверхности zпов, м	Местность
	Природный ландшафт	Антропогенный ландшафт
1,00·10-5	Лед, равнина, покрытая грязью
9,00·10-5	Равнины, покрытые снегом или укатанный грунт
1,00·10-4	Поверхность открытого моря при штиле
1,00·10-4 - 1,00·10-3	Обширные водные поверхности
5,00·10-4	Ровная поверхность пустыни
9,00·10-4	Поверхность моря в прибрежной зоне при ветре с моря
2,00·10-3	Снежная целина (с/х угодья)
7,50·10-3	Равнинная местность: скошенная трава ( 30 см)	Равнинная местность, с/х угодья
1,00·10-2	Равнинная местность: трава редкие деревья (зима, без листьев)
2,20·10-2	Равнинная местность: некошеная трава
2,50·10-2	Равнинная местность: одиночные деревья		Аэропорт - летное поле
5,00·10-2	Равнинная местность: высокая трава (60 см)		С/х угодья: неубранные посевы зерновых
5,50·10-2	Равнинная местность: редкие деревья (лето)
8,50·10-2	Холмистая местность
0,15 - 0,30	Деревья	Большое количество заборов, изгородей, редкие здания
0,40	Лесистая местность	Окраины города <*>
0,55		Центры малых городов <*>	Территория промышленных предприятий
0,65
0,90	Леса	Центры больших поселений и городов <*>	Территория промышленных предприятий при наличии высоких (более 15 метров) сооружений
1,30
1,35		Центры больших городов, районы с высотными зданиями <*>
2,00	Крайне холмистая и гористая местность <*>
3,00

--------------------------------

<*> Неоднородный рельеф местности.

В заданной точке интенсивность теплового потока в расчетной точке складывается из потоков от солнца и от горящего факела:

Qобщ = QП + QС.

При этом предельно допустимая интенсивность теплового потока от факела QПДП должна определяться с учетом максимальной величины солнечной радиации

QПДП = QПД - QС.

Значения QП.Д. рекомендуется принимать:

у основания факельного ствола - 9,4 кВт/м2 (персонал входит и работает в зоне ограждения факельной установки только при условии применения специальных костюмов защиты от повышенного теплового излучения);

при условии эвакуации персонала в течение 30 сек. - 4,8 кВт/м2;

на границе ограждения факельной установки - 2,8 кВт/м2 (при условии эвакуации персонала в соответствующей одежде в течение 30 сек.);

неограниченное время пребывания персонала независимо от типа применяемой одежды - 1,4 кВт/м2.

При этом, в случае размещения в единой конструкции нескольких факельных стволов, рекомендуется учитывать их взаимное влияние на плотность теплового потока.

При соответствующем обосновании в проектной документации (документации на техническое перевооружение), например, при размещении факельной установки в стесненных условиях или при большой массе возможных аварийных сбросов, допускается увеличение плотности теплового потока на границе ограждения факельной установки до 4,73 кВт/м2 при условии обеспечения персонала специальной одеждой (с учетом минимальных рекомендаций, приведенных в приложении N 1) и его эвакуации в безопасную зону за рекомендуемое время, не превышающее 2 - 3 мин. При этом не рекомендуется превышение плотности теплового потока на рабочих местах с постоянным присутствием персонала в специальной одежде выше 1,58 кВт/м2, а в местах временного пребывания персонала рекомендуется разрабатывать специальные меры (технические и (или) организационные) по его защите от теплового излучения.

Расчетный вариант сброса определяется по максимальной интенсивности теплового потока.

Расчет интенсивности теплового потока от пламени,
минимального расстояния до объекта и высоты
факельного ствола

Интенсивность теплового потока QП от факельного пламени в заданной точке (на объекте) проверяют при выбранной высоте факельного ствола H и заданном расстоянии от факельного ствола x. Минимальное расстояние xmin (по горизонтали) между факельным стволом и заданной точкой (объектом) определяют при выбранной высоте факельного ствола. Высоту факельного ствола определяют при заданном расстоянии между факельным стволом и объектом. Эти величины вычисляются в зависимости от числа Маха М.

При М < 0,2:

.

При М >= 0,2:

.