Факторы, влияющие на давление взрыва

1. Природа горючего газа (давление взрыва водорода, ацетилена до 8 раз больше чем у метана).

2. Состав смеси – концентрации газа (пара) и наличия флегматизаторов. При нижнем или верхнем КПРП (таких взрывов большинство) давление взрыва небольшое, здание обычно остается целым. Максимальное давление взрыва происходит при концентрациях газа (пара), немного превышающих стехиометрическую концентрацию (_смк). В практике наиболее мощные взрывы случались тогда, когда утечка газа происходила достаточно долго и создавалась концентрация, близкая к стехиометрической.

Стехиометрическая концентрация рассчитывается по следующим формулам:

[%], (4.8)

где – стехиометрический коэффициент;

[г/м³], (4.9)

где – молекулярная масса.

Пример. Определить наиболее пожаровзрывоопасную (стехиометрическую) концентрацию пропана С₃Н₈.

1. определяем β:

С₃Н₈+5(О₂+3,76N₂)=3СО₂+4Н₂О+3,76N₂, β=5;

2. 

3. Размещение проемов. При сосредоточенном размещении проемов в помещении давление взрыва Р_взр существенно ниже, чем при рассредоточенном размещении проемов (рис. 4.8).

4. Толщина конструкций (остекления). При увеличении толщины конструкций давление взрыва возрастает. На рис. 4.9 показана разница давлений взрыва Р_взр для помещений с неостекленными и с остекленными проемами, имеющими давление вскрытия Р_вскр = 2 кПа.

Д авление взрыва Р_взр

А – Р_взр при распределенном размещении проемов

В – Р_взр при сосредоточенном размещении проемов

А

В

время взрыва , с

Рис. 4.8. Зависимость давления взрыва Р_взр от размещения проемов

5. Препятствия – турбулизируют горение и увеличивают скорость, а следовательно, и давление взрыва.

6. Длина помещения (соотношения длины и ширины L/D). При L/D  1, избыточное давление составляет Р = 7 – 10 кПа, разрушения незначительные (окна, двери). Если прочность здания одинакова, может произойти одновременное разрушение здания.

При L/D1 (или наличии препятствий на пути движения ударной волны) избыточное давление составляет Р = 50 –1 000 кПа, максимальные разрушения наблюдаются в наиболее удаленных участках(шахты, танкеры).

Давление взрыва Р_взр

Ограждающие конструкции из стекла с Р_вскр=2 кПа

без стекла

время взрыва , с

Рис. 4.9. Зависимость давления взрыва от толщины конструкций

Знание факторов, влияющих на давление взрыва, позволяет разрабатывать защитные мероприятия [3, 4].

В общем случае, пожаровзрывоопасность обеспечивается:

• взрывопредупреждением (разрыв «треугольника пожара», посредством, например, флегматизации, т.е. разбавления горючего и /или окислителя до негорючих концентраций; недопущение образования взрывоопасных концентраций посредством газоопределителей);

• взрывозащитой (взрывоподавление, снижение последствий взрыва – легкосбрасываемые покрытия, обваловка и бункеровка взрывоопасных участков, быстродействующие отсечные и обратные клапаны);

• организационно-техническими мероприятиями (наглядная агитация, обучение, контроль и надзор, заблаговременная подготовка к проведению аварийных работ и т.д.).

Расчет давления взрыва проводится для расчета взрывоустойчивой аппаратуры, предохранительных клапанов, для определения категории помещений по взрывоопасной и пожарной опасности.

Для расчета давления взрыва применяется несколько зависимостей.

[кПа], (4.10)

где Т_взр = 3000К;

Р_о, Т_о – начальное соответственно давление и температура;

– сумма киломолей продуктов горения;

– сумма киломолей смеси.

Избыточное давление взрыва для определения категорий помещения по пожаровзрывоопасности рассчитывают по зависимости:

(4.11)

где – максимальное давление взрыва, допускается принимать Р_max = 900 кПа;

– атмосферное давление, Р₀=101,3 кПа;

– стехиометрический коэффициент.

Пример. Рассчитать избыточное давление при взрыве пропана С₃Н₈, ρ = 1,579 кг/м³, если V_св = 1000 м³, коэффициенты Z = 0,5, К_н = 3.

1. Определяем стехиометрический коэффициент β:

С₃Н₈+5(О₂+3,76N₂) = 3СО₂+4Н₂О+3,76N₂, β = 5.

2. Определяем стехиометрическую концентрацию :

3. Определяем избыточное давление взрыва:

кПа, что больше предельно допустимого безопасного 5 кПа (при котором разрушается остекление, конструкции остаются неповрежденными).

Вопросы для самоконтроля

1. Чем различаются физические и химические взрывы?

2. Приведите характеристики химических взрывов.

3. Опишите механизм образования ударной волны.

4. Какое избыточное давление называют предельно безопасным?

5. Чем отличается детонационное горение от дефлаграционного?

6. Приведите характеристики диффузионного и кинетического горения.

7. Перечислите факторы, влияющие на давление взрыва.

8. Приведите примеры использования факторов, влияющих на давление взрыва для обеспечения взрывобезопасности.

9. Какими мероприятиями обеспечивается взрывобезопасность?