Теплота взрыва горючих пылей

Горючее вещество	Теплота взрыва Qv, МДж/кг
Антрацитовая пыль Пыль древесная сосновая Пыль древесная еловая Пыль торфяная	32..36 15.4 10.5 16.8

Для пылей определяют величину НКП. Значения НКП при диаметре частиц менее 100 мкм находят по соотношению

НКП = 800/Q_v , (5.41)

где НКП – нижний концентрационный предел, кг/м³;

Q_v – теплота взрыва пыли, кДж/кг.

При концентрации пыли ρ_п > 0.65 кг/м³ пылевоздушная смесь считается пожароопасной.

Пример. Определить возможность взрыва и давление взрыва в котельной, работающей на газовом топливе, если при аварии произошел выброс из трубопровода горючего газа (пропана) массой М = 400 кг. Теплота взрыва пропана Q_v = 46.4 МДж/кг, объем котельной, не занятый оборудованием, V₀=8000 м³, температура, плотность и давление воздуха до взрыва Т₀=288 К, ρ₀=1.25 кг/м³, Р₀ = 101 кПа соответственно.

Решение. 1. Определяем концентрацию горючей примеси в атмосфере котельной

ρ_п = М/V₀ = 400/8000 = 0.05 кг/м³

Взрыв возможен, так как согласно данным табл.30

НКП < ρ_п = 0.05 кг/м³ < ВКП

2. По формуле (5.40) вычисляем давление взрыва

кПа

Пример. Определить давление в помещении угольного склада при взрыве пылевоздушной смеси. Масса угольной пыли М = 200 кг, теплота взрыва Q_v=32 МДж/кг, объем помещения V₀ = 4000 м³, температура, плотность и давление воздуха до взрыва в помещении угольного склада такие же, как в предыдущем примере.

Решение. Давление взрыва находим по формуле (5.40)

кПа

Очевидно, что при заданных значениях величин P₀, ρ₀, T₀, V₀, C_p, давление взрыва ГВС, ПВС и аэрозоля в помещении зависит от массы М, теплоты взрыва горючей примеси Q_v, значений коэффициентов α и χ.

Пример расчета максимального давления взрыва ГВС в замкнутом объеме приводился в начале настоящего параграфа.

Максимальное давление взрыва газовзвесей в замкнутом объеме , кПа, может быть определено по следующему соотношению [9]:

(5.42)

где

Здесь n_C, n_H, n_O, n_N - количество атомов углерода, водорода, кислорода, азота в молекуле горючего вещества соответственно; Q_v – теплота взрыва этого вещества, кДж/кг.

Пример. Определить максимальное давление взрыва угольной пыли в замкнутом объеме (теплота взрыва Q_v = 32 МДж/кг).

Решение. 1. Находим вспомогательные коэффициенты формулы (5.42)

Окончательно имеем

кПа.

По формулам (5.38) – (5.40) определяется давление дефлаграционного взрыва, имеющего место, как правило, при образовании взрывоопасных смесей в помещении.

При детонации ГВС (такой случай исключить полностью нельзя) давление во фронте детонационной волны находится по формуле (4.75). В результате взаимодействия этой волны с оградительными конструкциями давление в замкнутом объеме может достигать до 10 МПа [31].

При взрыве ГВС, ПВС и аэрозоля в помещении, если давление (30..50) кПа, здание, как правило, будет разрушено (полностью или частично). При разрушении здания в окружающем воздушном простран- стве формируется воздушная ударная волна; имеют место также тепловое излучение взрыва и разлет осколков, образующихся при разрушении зда- ния. В приближенных расчетах принимают , где - энергия взрыва в помещении, - энергия, идущая на образование ударной волны, - кинетическая энергия оскол- ков, - энергия, расходуемая на тепловое излучение, при этом . Условие ( ) в последнем соотношении связано с тем обстоятельством, что часть энергии взрыва в помещении расходуется на разрушении конструкций здания.

Существуют определенные трудности (и различия) в оценке коэффициентов . Ниже используются рекомендации [33], согласно которым при взрыве ГВС в помещении значения , , ; при взрыве ПВС , , .

Расчет давления во фронте ударной волны за пределами здания проводится по формулам (5.1), (5.11), последнюю из которых в данном случае записывают в виде

, (5.43)

где величины G, M, Q_v, Q_v.тр. имеют прежний смысл, коэффициент α = 0.5 в случае взрыва горючих газов, пылей и α=0.3 при взрыве аэрозолей; коэффициент β₁ определен выше (при взрыве аэрозолей допустимо принимать β₁ = 0.7).

Поражающее действие теплового излучения рассматривалось в Главе 3.

Способы расчета дальности разлета осколков в случаях, когда они являются определяющим поражающим фактором взрыва, рассматриваются в § 5.6.