Пример расчета

Газ	dтр, мм	Lтр,м	qн.у, м3/с	Vсв, м3	Pmax, кПа	с, с
пропан	100	10	0,2	100	150	28

1. Объём газа, поступившего в помещение при разгерметизации трубопровода, м³

V_г = V_г^ + V_г^,

где V_г^ - объём газа, вытекшего через сечение трубопровода

V_г^ = q_н.у = 0,228 = 5,6;

V_г^ - объём газа, оставшегося в трубопроводе после срабатывания отсечного клапана [17]

V_г = 5,6 + 0,118 = 5,718.

2. В соответствии со стехиометрической формулой горения пропана (табл. 4) с учетом молярных масс C₃H₈ и O₂

44 кг C₃H₈ + 160 кг O₂ = 132 кг CO₂ +72 кг H₂O;

массовый расход кислорода, кг/кг

= 160/44 = 3,636.

3. Массовый теоретически необходимый расход воздуха, кг/кг

4. Коэффициент избытка воздуха в помещении при образовании газовоздушной смеси

,

где - плотность пропана при нормальных физических условиях, кг/м³

(Здесь R_µ, Дж/кмольK – универсальная газовая постоянная.)

5. Объёмная концентрация газа в помещении при разгерметизации, %

6. Сравниваем полученное значение C_г с нижним и верхним концентрационными пределами воспламенения пропана (табл. 2). Так как НКПВ < C_г < ВКПВ, газовоздушная> смесь является взрывоопасной.

7. Объём газа в помещении при коэффициенте избытка воздуха в помещении α = 1, м³

.

8. Стехиометрическая концентрация газа, %

9. Масса газа, поступившая в помещение при α = 1, кг

10. Прогнозируемое избыточное давление взрыва газа в помещении, кПа по формуле (35)

,

где - максимальное давление взрыва, определяемое по справочным данным [17], при невозможности найти соответствующие данные принимается равным 900 кПа; – в кПа; z = 0,5 (учитывая сравнительно малое время _с).

Для сравнения рассчитаем избыточное давление по (36)

Как следует из выполненных расчетов, расхождение составляет

По данным табл. 3 полученное избыточное давление взрыва > 100 кПа достаточно для полного разрушения помещения (здания). Для исключения негативных последствий разгерметизации трубопровода на уровне проектирования и эксплуатации необходимо уменьшить время срабатывания автоматической системы отключения подачи газа. Примем новое значение _с = 7 с.

При пересчете получим V_г = 1,4 + 0,118 = 1,518 м³;

< НКПВ = 2,1 %.

Выбранное время срабатывания обеспечивает взрывобезопасный режим ликвидации аварии трубопровода. Дополнительной мерой безопасности является проветривание помещения.

Литература

1. Семенов, Ю.П. Сборник задач по теплотехнике и теплоснабжению предприятий лесной и деревообрабатывающей промышленности. Учеб. пос. для вузов/Ю.П. Семенов, В.А. Дмитроц, А.Б. Левин и др. – М., Лесная пром-сть, 1986. – 144 с.

2. Панкратов, Г.П. Сборник задач по теплотехнике. – М.: Высшая школа, 1986.– 248 с.

3. Концепция развития горения и взрыва как области научно-технического прогресса. /Под ред. А.Г. Мержанова. – РАН. Совет по горению и взрыву. Черноголовка, 2001. – 10 с.

4. Корольченко, А.Я. Процессы горения и взрыва. – М.: Пожнаука, 2007. -266 с.

5. Девисилов, В.А. Теория горения и взрыва : практикум : учебное пособие/ В.А. Девисилов, Т.И. Дроздова, С.С. Тимофеева. Под общ. ред. В.А. Девисилова.- М.: ФОРУМ, 2012.- 352 с.

6. Радоуцкий, В.Ю. Основы пожарной безопасности: учеб. пособие/ В.Ю. Радоуцкий, А.М. Юрьев; под. общ. ред. В.Ю. Радоуцкого. – Белгород: изд. БГТУ, 2008. – 160 с.

7. Винокурова, Н.Г. Курс лекций по дисциплине «Теория горения и взрыва» для специальности 280104.65 – «Пожарная безопасность». – Санкт-Петербург: СПбУГПС, 2006. – 134 с.

8. Хитрин, Л.Н. Физика горения и взрыва. – М.: изд. МГУ, 1957. – 452 с.

9. Демидов, П.Г. Горение и свойства горючих веществ / П.Г. Демидов, В.А. Шандыба, П.П. Щеглов. – М.: Химия, 1973. – 248 с.

10. Андреев, К.К. Взрыв и взрывчатые вещества. – М.: Воениздат, 1956. – 62 с.

11. Померанцев, В.В. Сборник задач по теории горения: Учеб. пос. для вузов /Под ред. В.В. Померанцева. – Л.: Энергоатомиздат, 1983. – 152 с.

12. Померанцев, В.В. Основы практической теории горения: Учеб. пос. для вузов / Под ред. В.В. Померанцева. – Л.: Энергоатомиздат, 1973. – 264 с.

13. Зельдович, Я.Б. Математическая теория горения и взрыва /Я.Б. Зельдович, Г.И. Баренблатт, В.Б. Либрович В.Б., Г.М. Махвиладзе. – М.: Наука, 1980. – 478 с.

14. Баратов, А.Н. Пожарная безопасность: Учеб. пос./ А.Н. Баратов, В.А. Пчелинцев. М.: изд-во АСВ, 1997. – 176 с.

15. Драйздейл, Д. Введение в динамику пожаров. М.: Стройиздат, 1990. – 424 с.

16. Ривкин, С.Л. Таблицы термодинамических свойств газов. – М.–Л.: Энергия, 1964. – 296 с.

17. ГОСТ 12.1.044-89. Пожаровзрывоопасность веществ и материалов. Номенклатура показателей и методы их определения.

18. Щетинков, Е.С. Физика горения газов. – М.: Наука, 1965. – 739 с.

Табл.3. Степень поражения зданий при дефлаграционных взрывах

№ п/п	Избыточное давление, кПа	Степень разрушения
1	100	Полное разрушение здания
2	53	50 % разрушение
3	28	Среднее повреждение
4	12	Умеренное повреждение здания
5	5	Нижний порог повреждения человека волной давления
6	3	Малое повреждение (разбита часть остекления)

Табл.4. Стехиометрические реакции горения углеводородных газов

Газ	Реакция горения
СH4	СH4 + 2O2 = CO2 + 2H2O
C2H6	2C2H6 +7O2 = 4 CO2 + 6H2O
C3H8	C3H8 + 5O2 = 3CO2 + 4H2O
C4H10	2C4H10 + 13O2 = 8CO2 + 10H2O

Табл.5