Задача №147

Определить гасящий диаметр отверстий сетчатого огнепреградителя, установленного на линии аварийного сброса горючего газа из аппарата. Вид горючего газа – водород, его температура t=20°С, давление в линии Р_р=0,45 Мпа.

Решение:

1. Определяем критический диаметр по формуле:

Т_р=t+273=293 К;

U_н=2,8 м/с; М=2,02 кг/кмоль;

Составляем уравнение реакции горения метана в воздухе:

2H₂+(O₂+3,76N₂)=2H₂O+2·3,76N₂+Q

Определяем объёмную долю горючего в стехиометрической концентрации _г

Определяем коэффициент теплопроводности двухкомпонентной горючей газовоздушной смеси:

=_г·_г+(1-_г)·_в

_г=17,6·10^-2 Вт/(м·К);

_в=2,59·10^-2 Вт/(м·К);

=0,148·0,176+(1-0,148)·0,0259=4,811·10^-2 Вт/(м·К).

Определяем удельную теплоёмкость горючей смеси:

;

С_р.г.=14335 Дж/(кг·К);

С_р.в.=1005 Дж/(кг·К);

С_р=0,148·14335+(1-0,148)·1005=1068,418 Дж/(кг·К).

Определяем газовую постоянную для смеси:

М_в=28,96 кг/кмоль; Ре_кр=65 – справочные данные;

.

Для обеспечения надёжности гашения пламени фактический диаметр d каналов должен быть меньше критического в «К_н» раз

К_н2

Задача №177

Определить время аварийного опорожнения цилиндрического аппарата постоянного по высоте сечения под давлением Р_р=3*10⁵ МПа и продолжительность аварийного слива. Вид горючей жидкости – толуол, её температура t=20°С, диаметр аппарата D=1,8 м, его высота Н=3,3 м, степень заполнения =0,95, диаметр сливного трубопровода d=80 мм, перепад высот Н=9 м, коэффициент расхода системы =0,15. Продолжительность операций по приведению слива в действие принять равным 300 с.

Решение:

Продолжительность слива определяется по формуле:

где

H_пр1 – максимальный уровень жидкости в аппарате, под действием которого происходит истечение жидкости через отверстие:

где Н – расстояние (по вертикали) от уровня жидкости в аппарате до выходного сечения аварийного трубопровода (или уровня жидкости в аварийной ёмкости), м; при сливе горючей жидкости из аппарата самотёком Н_пр=Н;

Р_р.и. – избыточное давление среды в аппарате над поверхностью жидкости, Па (Р_р.и.=Р_р-1·10⁵ Па; здесь Р_р – абсолютное рабочее давление среды в аппарате, Па);

_t – плотность жидкости при рабочей температуре, кг/м³;

g=9,81 м/с² – ускорение свободного падения;

Н_пр2 – минимальный уровень жидкости в аппарате, под действием которого происходит истечение жидкости через отверстие:

;

f_вых – сечение сливного трубопровода на выходе в аварийную ёмкость, м²;

_сист – коэффициент расхода системы, определяемый методом приближений из выражения, 015.

.

Задача №227

Определить требуемую площадь мембранного взрывного клапана и толщину мембраны для аппарата с ЛВЖ (гексан), в паровоздушном (газовом) пространстве которого (при определённых условиях эксплуатации) образуются взрывоопасные концентрации. Объём газового пространства аппарата V_г=10 м³; температура горючей смеси t_см=30ºС; рабочее давление в аппарате Р_р=0,6 Мпа; материал мембраны – медь. Температура окружающей среды t_окр=20ºС. Стравливание производится в атмосферу.

Решение:

1. Составим уравнение реакции горения:

С₆Н₁₄+9,5(О₂+3,76N₂)=6СО₂+7Н₂О+9,5·3,76N₂+Q

2. Определяем объём газообразных продуктов взрыва:

(89)

где Р_р=6·10⁵ Па – по условию;

Р_с=Р_бар=1·10⁵ Па – по условию;

Т_р=273+30=303 К – по условию;

n_i=1+9,5·4,76=46,22 моля;

m_i=6+7+9,5·3,76=48,72 моля.

Определяем теплоту сгорания исходной смеси при Т_р=303 К

Методом линейной интерполяции по таблице 11 приложения определяем значение теплоёмкости С_р по формуле:

Предварительно принимаем температуру взрыва Т_взр=2500 К

Определяем состав продуктов сгорания:

Определяем энергию продуктов сгорания:

Т.к. энергия продуктов сгорания превышает теплоту сгорания исходной смеси, принимаем Т_взр=2000 К

Методом линейной интерполяции определяем Т_взр.

Давление разрушения мембраны принимается при Р_р=4·10⁵ Па (см. Табл. 19)

Р_разр=1,25·Р_р=1,25·6·10⁵=7,5·10⁵ Па.

Тогда определяем V_t

.

3. Определяем время достижения максимального давления взрыва по формуле:

где U_н=1,55 табл. 1 приложения; V_св=10 м³ – по условию.

4. Определим Р_кр по формуле:

т.к. Р_кр>Р_с, то скорость истечения определяем по формуле:

где =0,7

где

тогда

Определяем общую площадь мембранного взрывного устройства:

Определим толщину мембраны:

где К=0,18 для меди;

Р_доп=5·10⁵ Па;