Приложение 7. РЕКОМЕНДУЕМАЯ СХЕМА РАСЧЕТА
Приложение N 7
к Руководству по безопасности
факельных систем, утвержденному
приказом Федеральной службы
по экологическому, технологическому
и атомному надзору
от 22 декабря 2021 г. N 450
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
|
Вещество
|
F
|
|
Водород
|
0,17
|
|
Метан/Природный газ
|
0,24
|
|
Пропан
|
0,34
|
|
Бутан.
|
0,3
|
|
Этилен
|
0,39
|
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
Таблица N 2
Зависимость смещений факела от скорости истечения
и скорости ветра
|
Uср факел / uср
|
|
|
|
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
Для расчетов необходимо знать среднюю (за год) скорость ветра uср факел на уровне центра пламени
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 (
|
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: