паров легковоспламеняющихся и горючих жидкостей
Избыточное давление взрыва для индивидуальных горючих веществ, состоящих из атомов C, H, O, N, Br, I, F.
где Pmax – максимальное давление взрыва стехиометрической газо- или паровоздушной смеси в замкнутом объёме, определяемом экспериментально или по справочникам для наиболее неблагоприятных вариантов аварии, кПа; при отсутствии данных допускается принимать равным 900 кПа;
Ро – начальное давление, кПа; допускается принимать равным 101 кПа;
m – масса горючего газа (ГГ) или паров легковоспламеняющихся (ЛВЖ) и горючих жидкостей (ГЖ), поступивших в результате расчётной аварии в помещение, кг;
z – коэффициент участия горючего во взрыве;
Vсв. – свободный объём помещения, м3;
ρ г.п. – плотность газа или пара при расчётной температуре, кг/м2;
Сст – стехиометрическая концентрация газов или паров ЛВЖ и ГЖ, %;
Кн – коэффициент, учитывающий негерметичность помещения и неадиабатность процесса горения; допускается принимать равным 3.
Масса горючих газов (ГГ), кг,
где Va – объём газа, вышедшего из аппарата, м3;
Vт – объём газа, вышедшего из трубопровода, м3.
где Р1 – давление в аппарате, кПа;
V – объём аппарата, м3.
(4)
где V1т – объём газа, вышедшего из трубопровода до его отключения, м3;
V2т – объём газа, вышедшего из трубопровода после его отключения, м3;
q . T (5)
где q – расход газа, определяемый в соответствии с технологическим регламентом в зависимости от давления в трубопроводе, его диаметра, температуры газовой среды и т.д., м 3/с;
Т – расчётное время отключения трубопроводов.
В общем случае
где Р2 – максимальное давление в трубопроводе по техническому регламенту, кПа;
r1, r2 …. rn – внутренний радиус трубопроводов, м;
l1, l2 …. ln – длина трубопроводов от аварийного аппарата до задвижек, м.
Коэффициент участия горючего во взрыве Z можно рассчитать по характеру распределения газов и паров в объёме помещения (табл. 3).
Таблица 3 - Значение коэффициента Z участия горючих газов и паров в горении
Вид горючего вещества | Значение Z |
Водород | 1,0 |
Горючие газы (кроме водорода) | 0,5 |
Легковоспламеняющиеся и горючие жидкости, нагретые до температуры вспышки и выше | 0,3 |
Легковоспламеняющиеся и горючие жидкости, нагретые ниже температуры вспышки, при наличии возможности образования аэрозоля | 0,3 |
Легковоспламеняющиеся и горючие жидкости, нагретые ниже температуры вспышки, при отсутствии возможности образования аэрозоля |
Плотность газа или пара при расчётной температуре, кг/м2,
(7)
где М – молярная масса, кг/кмоль;
Vo – молярный объём, равный 22,413 м3/кмоль;
tp – расчётная температура, °С.
В качестве расчётной температуры следует принимать максимально возможную температуру воздуха в данном помещении в соответствующей климатической зоне или максимально возможную температуру воздуха по технологическому регламенту с учётом её возможного повышения в аварийной ситуации.
Если такого значения расчётной температуры по каким-либо причинам определить не удаётся, допускается принимать её равной 61°С.
Стехиометрическая концентрация ГГ или паров ЛВЖ и ГЖ, %,
(8)
где β – стехиометрический коэффициент кислорода в реакции горения.
Стехиометрические коэффициенты – это небольшие числа, которые показывают, в каком количестве реагируют и образуются вещества в результате реакции.
Стехиометрические коэффициенты подбирают в соответствии с законом сохранения вещества: количество атомов до и после реакции должно быть одинаковым.
C2H5OH + 3О2 → 2CO2 + 3H2O + Q
1 моль 3 моль 2 моль 3 моль
Стехиометрический коэффициент можно также рассчитать по формуле:
(9)
где nс, nн, nо, nх – число атомов С, Н, О и галогенов в молекуле горючего.
Пример определения β
Необходимо определить стехиометрический коэффициент кислорода в реакции горения хлопковой пыли. Формула хлопка (С6Н10О5)n.
Уравнение реакции горения:
С6Н10О5 + 6О2 →6СО2 + 5Н2О + Q
где nс=6, nн=10, nо=5, nх=0
т.е. стехиометрический коэффициент β=6, что равно числу молекул кислорода, участвующих в реакции горения.
Таблица 4 - Варианты заданий
№ вари-анта | Наименование цеха (здания) и его объём V, м3 | Наименование ГГ, ЛВЖ, ГЖ и его формула | Объём аппарата V, м3 | Давление в аппарате Pt, кПа | Максимальное давление в трубопроводе Р2, кПа | Расход газа (ЛВЖ) q, м3/с | Внутренний радиус трубопроводов r, м | Длина трубопровода от аварий-ного аппарата до задвижки l, м |
Цех по производству аммиака, 20000 | Метан СН4 | 2,5 | 0,25 | |||||
Цех по производству полиэтилена высокого давления, 50000 | Этилен С2Н4 | 3,5 | 0,3 | |||||
Цех сварки крупногабаритных конструкций, 100000 | Ацетилен С2Н2 | 1,5 | 0,15 | |||||
Цех лакокрасочных изделий, 10000 | Ацетон СН3 – СО – СН3 | 0,5 | 0,10 | |||||
Цех по производству искусственного каучука, 60000 | Спирт С2Н5ОН | 0,35 | 0,05 | |||||
Цех по производству сажи, 30000 | Метан СН4 | 0,4 | 0,05; 0,025 | 15; | ||||
Цех по производству каучука, 25000 | Этилен С2Н4 | 1,75 | 0,1; 0,5 | 20; | ||||
Цех по производству ацетилена, 9000 | Ацетилен С2Н2 | 1,5 | 0,15; 0,0025 | 10; | ||||
Цех по производству нитрокрасок, 2000 | Ацетон СН3 – СО – СН3 | 0,75 | 0,025 | |||||
Сварочный цех, 12000 | Ацетилен С2Н2 | 0,3 | 0,015 | |||||
Цех по производству водки, 15500 | Спирт С2Н5ОН | 0,2 | 0,025 | |||||
Цех по производству аммиака, 20000 | Метан СН4 | 1,75 | 0,05 | |||||
Малярный цех, 4000 | Ацетон СН3 – СО – СН3 | 0,28 | 0,05 | |||||
Малярный цех, 9000 | Ацетон СН3 – СО – СН3 | 0,28 | 0,05 | |||||
Малярный цех, 10000 | Ацетон СН3 – СО – СН3 | 1,5 | 0,03 | |||||
Малярный цех, 8000 | Ацетон СН3 – СО – СН3 | 0,5 | 0,015 | |||||
Сварочный цех, 12000 | Ацетилен С2Н2 | 1,5 | 0,77 | 0,03 | ||||
Сварочный цех, 45000 | Ацетилен С2Н2 | 0,8 | 0,025 | |||||
Сварочный цех, 18000 | Ацетилен С2Н2 | 0,7 | 0,015 | |||||
Сварочный цех, 95000 | Ацетилен С2Н2 | 4,4 | 0,3 | 0,025 | ||||
Сварочный цех, 22000 | Ацетилен С2Н2 | 0,95 | 0,03 | |||||
Цех по производству искусственного каучука, 150000 | Спирт С2Н5ОН | 3,7 | 1,3 | 0,05; 0,03 | 30; | |||
То же 250000 | Спирт С2Н5ОН | 8,7 | 1,7 | 0,15; 0,03 | 40; | |||
То же 9000 | Спирт С2Н5ОН | 0,25 | 0,075 | |||||
То же 85000 | Спирт С2Н5ОН | 0,4 | 0,055 | |||||
Цех по производству искусственного каучука, 150000 | Спирт С2Н5ОН | 0,2 | 0,015 | |||||
Цех по производству полиэтилена высокого давления, 150000 | Этилен С2Н4 | 7,5 | 0,5 | 0,06 | ||||
То же 120000 | Этилен С2Н4 | 1,5 | 0,6 | 0,045 | ||||
То же 250000 | Этилен С2Н4 | 0,75 | 0,035 | |||||
То же 95000 | Этилен С2Н4 | 0,25 | 0,09 | |||||
Примечание - Время срабатывания системы автоматики отключения трубопроводов, Т в данном расчете принять: для вариантов 1 – 10 Т = 10 с; 11 – 30 Т = 20 с. |