Практическое занятие 7 Расчеты по пожарной безопасности
Цель занятия: Освоить методы определения пожароопасных и взрывоопасных параметров твердых, жидких и газообразных веществ, научиться определять категории пожарной и взрывчатой опасности производств
Задание: Определить пожароопасность и взрывоопасность веществ, используемых в гражданской авиации, нижний и верхний пределы взрываемости.
1. Содержание занятия
1. Рассчитать нижние и верхние концентрационные и температурные пределы воспламенения или взрыва некоторых наиболее применяемых в гражданской авиации газов, легковоспламеняющихся и горючих жидкостей, а также их смесей.
2. Определить, исходя из пожароопасных свойств применяемых веществ и характера выполняемых работ, категорию пожарной опасности ряда цехов и участков эксплуатационных (ремонтных) авиапредприятий.
2. Самостоятельная подготовка к занятию
1. Изучить лекционный материал по пожарной безопасности взрывобезопасности.
2.Ознакомиться с характеристиками взрывопожарной опасности твердых, жидких и газообразных горючих веществ [22, с. 19-23].
3. Ознакомиться с категориями пожарной опасности [3, с. 198-200].
4. Ознакомиться с классификацией взрывоопасных зон [10, с. 550-555].
5. Ответить на контрольные вопросы.
3. Контрольные вопросы
1. В чем сущность понятий "температура вспышки", "температура воспламенения" и "температура самовоспламенения".
2. Что называется верхним и нижним концентрационным пределом воспламенения и взрыва?
3. Что называется верхним и нижним температурным пределом воспламенения или взрыва?
4. Что называется пределом огнестойкости материалов или конструкций?
5. Какие пожаро- или взрывоопасные характеристики веществ положены в основу деления производств на категории пожарной опасности.
6. Дайте определение категорий пожарной опасности А, Б, В, Г, Д, Е.
7. Дайте характеристику групп возгораемости материалов и конструкций.
8. Изложите основные направления пожарной профилактики и обеспечения взрывобезопасности.
9. Дайте характеристику огнегасящих веществ и особенности их применения.
10. Назовите основные приемы и способы пожаротушения.
4. Решение типовых задач
Задача 1. Вычислить концентрационные пределы воспламенения (взрыва) смеси паров ацетона и воздуха.
4.1. Указания к решению задачи 1
4.1.1 Количество N атомарного кислорода, необходимое для сгорания одного моля ацетона, определим из уравнения реакции:
CH3COCH3 + 4O2 + 4·3,76N2 = 3CO2 + 3H2O + 15N2; N = 8.
4.1.2 Нижний (НП) и верхний (ВП) концентрационные пределы воспламенения горючих смесей можно определить, используя формулу (в процентах):
4.1.3 Тоже в граммах на литр:
;
.
где N – количество атомарного кислорода, необходимое для сгорания одного моля горючего газа (вещества); М – масса одного моля горючего вещества в смеси, г; Vt – объем одного моля горючего вещества при начальной температуре смеси, л.
Задача 2. Определить концентрационные пределы взрыва топлива ТС-1 по температурным пределам воспламенения:
4.2. Указание к решению задачи 2
4.2.1 По температурным пределам воспламенения горючих веществ определяем концентрационные пределы воспламенения:
;
(7.1)
(7.2)
где Рн и Рв - давление насыщенных паров при температурах, соответствующих нижнему и верхнему температурным пределам, Па; Ратм - атмосферное давление, равное 9,8·104 Па.
4.2.2.Давление насыщенного пара топлива ТС-1 при 301 К (28 С) составляет 0,11·104 Па, а при 330 К (57 С) – 0,68·104 Па.
Подставляя значения Рн и Рв в формулы (7.1 и 7.2), найдем:
Задача 3. В емкости хранится бензин "Галоша". Является ли концентрация его паров в емкости взрываемой летом при температуре воздуха 303 К (+30 С) и зимой при 258 К (-15 С)?
4.3. Указание к решению задачи 3
4.3.1 По температурным пределам распространения пламени (воспламенения) бензина "Галоша" (прил. 7.1) определяем, что в летнее время при 303 К (+30 С) концентрация паров в емкости выше верхнего предела распространения пламени (взрываемости) и поэтому не представляет опасности взрыва, а в зимнее время при 258 К (-15 С) концентрация паров находится в области взрываемости и, поэтому она взрывоопасна.
Задача 4. На бетонный пол разлили 3 л бензина Б-70 при температуре 298 К (+25 С) и атмосферном давлении Р0 = 9,81·104 Па (1 кгс/см2). Диаметр лужи бензина 1,5 м.
Определить скорость испарения бензина через 1 час после пролива и время, за которое в помещении объемом в 15 м образуется концентрация паров бензина, равная верхнему концентрационному пределу распространения пламени ВП=5,76 %.
4.4. Указания к решению задачи 4
4.4.1.Скорость испарения бензина u, кг\с найдем по формуле:
(7.3)
где u – скорость испарения бензина, кг\с; r - радиус лужи, м; D – коэффициент диффузии (0,84·10-5 м2\с); М – молярная масса (126·10-3 кг\моль); Рн - давление насыщенных паров бензина Б-70 (1,8·104 Па); Vt - молярный объем паров бензина (24·10-3 моль\м); Р0 - атмосферное давление 9,81·104 Па (1 кг\см2).
Подставим эти значения в (7.3), получим:
4.4.2 Масса бензина, испаряющаяся за 1 час равна
4.4.3 Массовая концентрация С бензиновых паров в помещении объемом Vп
.
4.4.4 Объемная доля бензиновых паров в воздухе помещения за 1 час испарения бензина достигнет:
.
4.4.5 Верхний концентрационный предел взрываемости бензина Б-70 будет достигнут через t час.
.
4.4.6 За t = 52,3 ч испарится Б-70, mt кг
mt = m · t = 0,087 · 52,3 = 4,55 кг.
По условию задачи разлито 3 кг бензина, и поэтому ВП = 5,76% в этом помещении не может быть достигнут.
Задача 5. Из резервуара объемом 500 м3 выдали 100 м3 бензина Б-95\130. Остаток хранился при температуре 298 К (+25 С) и давлении Р0 = 9,81·104 Па (1 кг\см2) неопределенно долго, а при пожаре в соседнем резервуаре его перекачали в безопасное хранилище. Определить, была ли концентрация бензина в резервуаре взрывоопасна до и после перекачки из него бензина?
Исходные данные: молекулярная масса М = 120·10-3 кг\моль; Рн - давление насыщенных паров бензина Б – 95\130 примем 1,95·104 Па; Vt – молярный объем бензина – 24 10-3 м\моль.
В процессе перекачки испарением пренебрегаем.
4.5. Указания к решению задачи 5
4.5.1 Массовая концентрация паров бензина С:
4.5.2 Объемная доля паров бензина в емкости где он хранился:
.
4.5.3 Эта концентрация паров бензина не взрывоопасна, так как она выше верхнего предела распространения пламени, который у бензина Б–95\130 равен 5,48 % об. После перекачки бензина пары его заполнили объем в пять раз больший и концентрация составит 20\5=4 % об. Такая концентрация паров бензина взрывоопасна, так как она лежит в диапазоне взрываемости бензина Б–95\130 (прил. 7.1) – 0,98 < 4,0 < 5,48 % об.
5. Задача для самостоятельного решения
Задача 6. условия задачи и, исходные данные см. задачу 4; диаметр лужи, время испарения и объем помещения, указаны в таблице 7.7.
Таблица 7.1
Исходные дополнительные данные к задаче 6.
Параметр |
Номера вариантов |
||||||||||||||
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
9 |
10 |
11 |
12 |
13 |
14 |
15 |
|
16 |
17 |
18 |
19 |
20 |
21 |
22 |
23 |
24 |
25 |
26 |
27 |
28 |
29 |
30 |
|
31 |
32 |
33 |
34 |
35 |
36 |
37 |
38 |
39 |
40 |
41 |
42 |
43 |
44 |
45 |
|
46 |
47 |
48 |
49 |
50 |
51 |
52 |
53 |
54 |
55 |
56 |
57 |
58 |
59 |
60 |
|
Диаметр лужи, м |
2,0+0.25*N |
2,5+0.35*N |
2,5+0.45*N |
2,0+0.55*N |
2,5+0.65*N |
2,5+0.75*N |
2,8+0.85*N |
2,9+0.95*N |
3,0+0.15*N |
2,5+0.05*N |
2,8+0.25*N |
2,8+0.35*N |
2,5+0.45*N |
3,0+0.55*N |
3,0+0.65*N |
Время испарения, ч |
2,0+0.32*N |
2,5+0.32*N |
2,2+0.32*N |
2,1+0.32*N |
2,0+0.27*N |
2,5+0.27*N |
2,4+0.32*N |
2,5+0.27*N |
2,0+0.27*N |
2,5+0.27*N |
2,5+0.27*N |
2,0+0.27*N |
2,0+0.27*N |
3,0+0.32*N |
2,5+0.27*N |
Объем помещения, м3 |
10+N |
11+N |
11+N |
10+N |
12+N |
14+N |
10+N |
11+N |
11+N |
10+N |
12+N |
12+N |
10+N |
14+N |
10+N |
5.1. Указания к решению задачи 6
5.1.1 При решении задачи следует пользоваться указаниями 4.4.1 – 4.4.5 настоящего практического занятия.
5.1.2 Если занятие четырех часовое, то дополнительно могут быть выданы по одной из оставшихся четырех типовых задач для самостоятельного решения.