МИНИСТЕРСТВО НАУКИ И ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования

«Воронежский государственный технический университет»

Кафедра техносферной и пожарной безопасности

ПОЖАРНАЯ БЕЗОПАСНОСТЬ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ

Методические указания к выполнению курсового проекта для студентов

специальности 20.05.01 «Пожарная безопасность»

Воронеж 2021

1

УДК 614.8(07) ББК 39.86я7

Составители: К. А. Скляров, Е. А. Сушко, А. П. Паршина, Д. В. Каргашилов

Пожарная безопасность технологических процессов: методи-

ческие указания к выполнению курсового проекта для студентов специальности 20.05.01 «Пожарная безопасность» / ФГБОУ ВО ВГТУ; сост.: К. А. Скляров, Е. А. Сушко, А. П. Паршина [и др.]. – Воронеж: Изд-во ВГТУ, 2021. – 36 с.

Содержат рекомендации по подготовке пояснительной записки курсового проекта, примеры оформления разделов и решения задач, необходимых для выполнения проекта.

Предназначены для студентов направления подготовки 20.05.01 «Пожарная безопасность».

Методические указания подготовлены в электронном виде и содержатся в файле МУ _ ППРЭД _КР.pdf.

Библиогр.: 36 назв.

УДК 614.8(07) ББК 39.86я7

Рецензент – П.С. Куприенко, д. т. н, профессор кафедры техносферной и пожарной безопасности ВГТУ

Издается по решению редакционно-издательского совета Воронежского государственного технического университета

2

ВВЕДЕНИЕ

Цель курсового проекта получение практических навыков, применение теоретических знаний по дисциплине «Пожарная безопасность технологических процессов» на практике и формирование профессиональных компетенций. В результате изучения дисциплины и выполнения курсового проекта, студент должен владеть навыками и приемами определения категории помещений производственного и складского назначения, применять эти навыки при решении практических задач, а также уметь разрабатывать на основе расчетных значений избыточного давления взрыва, нижних и верхних концентрационных пределов распространения пламени и т.д. рекомендации по обеспечению пожаровзрывобезопасных условий проведения технологических процессов.

Задачами курсового проекта являются:

-получение знаний о механизме возникновения и развития пожара;

-проверка знания пожаровзрывоопасных свойств веществ и материалов обращающихся в технологическом процессе;

-проверка умения получать расчетные значения избыточного давления взрыва, нижних и верхних концентрационных пределов распространения пламени и т.д. для конкретной аварийной ситуации;

-проверка знаний правил и последовательности определения категории помещений производственного и складского назначения;

-совершенствование навыков по определению горючести паровоздушных сред, образующихся в технологических процессах;

-совершенствование навыков использования справочной литературы, нормативных и правовых документов;

-проверка умения формирования выводов об опасности нарушения технологического процесса при аварии.

Вариант задания для выполнения курсового проекта определяется в соответствии с номером зачетной книжки.

Срок сдачи выполненного и оформленного в соответствии с требованиями, изложенными в данных методических указаниях, устанавливается заданием. Сдавать следует как печатный экземпляр, так и экземпляр в электронном виде.

Защита курсового проекта осуществляется в виде устного ответа на вопросы, который должен продемонстрировать знание нормативных и правовых документов, регламентирующих проведение оценки пожаровзрывоопасности технологических процессов, основных правил и последовательности проведения расчетов, а также основных методов снижения пожарной опасности производств.

3

СОДЕРЖАНИЕ КУРСОВОГО ПРОЕКТА

Курсовой проект состоит из пояснительной записки и обязательных приложений.

Оформлять проект рекомендуется в следующей последовательности:

1.Титульный лист;

2.Задание для выполнения курсового проекта;

3.Содержание;

4.Пояснительная записка, состоящая из четырех обязательных разделов и заключения;

5.Библиографический список.

Наименования разделов размещают в середине строки прописными буквами, жирным шрифтом, без точки в конце, не подчеркивая.

Все разделы пояснительной записки рекомендуется заканчивать выводами. Курсовой проект сдается в папке-скоросшивателе.

ТИТУЛЬНЫЙ ЛИСТ

Первой страницей курсового проекта является титульный лист, который должен ознакомить с основными сведениями о проекте. Титульный лист не нумеруется. Пример титульного листа приведен в приложении 1.

Титульный лист должен содержать:

1.Вверху страницы – название учредителя учебного заведения;

2.Название учебного заведения (полностью);

3.Наименование факультета;

4.Наименование кафедры;

5.Тема курсового проекта;

6.Ф.И.О. студента, выполнившего проект и его подпись;

7.Ученая степень, звание, должность преподавателя;

8.Год и место выполнения работы.

ЗАДАНИЕ

Вариант задания для выполнения курсового проекта определяется в соответствии с номером зачетной книжки. В данном разделе необходимо указать тему курсового проекта, исходные данные, необходимые для выполнения расчетов, срок предоставления на проверку преподавателю и дату защиты. Распечатываются две страницы задания на одном листе с двух сторон.

СОДЕРЖАНИЕ

В содержании последовательно указываются наименования всех разделов проекта. При этом наименования разделов указываются со страницами, на ко-

4

торых они расположены. Титульный лист и задание не отражаются в содержании.

ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА

В пояснительную записку включают введение, основную часть проекта, заключение.

Пояснительная записка должна содержать данные, отражающие цель, задачи и основные результаты проведенной работы:

-статистику пожаров на производствах, цели и задачи, методы решения задач и их сравнительную оценку;

-теоретические сведения, включающие основы методологии категорирования помещений по пожарной и взрывопожарной опасности, методические основы определения расчетных величин избыточного давления взрыва, нижних

иверхних концентрационных пределов распространения пламени и т.д., современные методы и средства снижения пожарной опасности производств;

-анализ, обобщение и оценку результатов.

Введение.

Введение должно содержать:

1.Статистику пожаров на производствах;

2.Актуальность темы проекта;

3.Цели и задачи проекта.

Введение не должно содержать рисунков, формул, таблиц.

Разделы основной части курсового проекта

В разделах основной части курсового проекта должна подробно описываться методика проведения расчетов, с целью установления возможных последствий аварии или нарушения технологического процесса.

1. Образование горючей среды внутри технологических аппаратов

Условие задачи:

Горючая жидкость А находится в закрытом технологическом аппарате при температуре Б и атмосферном давлении. Необходимо рассчитать:

1)Концентрационные пределы распространения пламени с учетом рабочей температуры в аппарате.

2)Безопасные концентрации, при которых исключается возможность воспламенения паровоздушной смеси в аппарате.

5

3)Объемную и массовую концентрацию насыщенных паров жидкости в аппарате при рабочих параметрах. Дать заключение о горючести паровоздушной смеси.

4)Стехиометрическую концентрацию паров жидкости в смеси с воздухом.

Решение:

1) Рассчитаем концентрационные пределы распространения пламени с учетом рабочей температуры в аппарате.

Концентрационные пределы распространения пламени характеризуют горючесть определенной газовоздушной или паровоздушной смеси. Разделяют верхний и нижний концентрационные пределы распространения пламени. Верхний (нижний) КПРП характеризуют max (min) содержание горючего вещества в смеси с окислителем, при котором возможно распространение пламени на любое расстояние от источника зажигания.

Область значений между нижним и верхним концентрационными пределами распространения пламени образуют область взрываемости (рис. 1.1)

Область взрываемости

Рис. 1.1 Расположение области взрываемости паровоздушной смеси относительно НКПРП и ВКПРП.

Нижний и верхний концентрационные пределы распространения пламени (в % об.) при рабочей температуре Б определяют по формулам:

Где ϕнt ,ϕВt - соответственно нижний и верхний концентрационные пре-

делы распространения пламени при рабочей температуре Б, % об.; ϕн25 ,ϕВ25 - соответственно нижний и верхний концентрационные пре-

делы распространения пламени при температуре 25оС, % об.; t р - рабочая температура в аппарате, оС.

Данный метод определения нижнего и верхнего концентрационных пределов распространения пламени применим только в диапазоне температур от 25 до 150 оС. Для определения значений ϕн25 и ϕВ25 используют справочные

данные, приведенные в табл. 1.1

6

2) Рассчитаем безопасные концентрации (в % об.), при которых исключается возможность воспламенения паровоздушной смеси в аппарате по следующим формулам:

3) Рассчитаем объемную и массовую концентрацию насыщенных паров жидкости в аппарате при рабочих параметрах. Сформируем заключение о горючести паровоздушной смеси.

Концентрация паров внутри аппарата близка к насыщенной. Для определения давления насыщенных паров воспользуемся уравнением Антуана:

Где Рн – давление насыщенных паров жидкости, кПа; А, В, СА – константы уравнения Антуана, определяемые по табл. 1.2; t р - рабочая температура в аппарате, оС.

7

Зная величину давления насыщенных паров жидкости, можно опреде-

Где Рн – давление насыщенных паров жидкости, кПа;

Где М – молярная масса жидкости, кг/кмоль; Vм – молярный объем, м3/кмоль.

Молярный объем при нормальных условиях (Т=273К, Ратм=101,3 кПа) равен 22,4 м3/кмоль. Так как по условию задачи условия отличаются от нормальных, в таком случае молярный объем рассчитывается по формуле:

Чтобы дать заключение о горючести паровоздушной среды, необходимо сравнить значение объемной концентрации паров жидкости с интервалом от

8

нижнего концентрационного предела распространения пламени до верхнего, то есть проверить входит ли данная концентрация в область взрываемости. Если полученная величина объемной концентрации больше НКПРП и меньше ВКПРП, то данная паровоздушная смесь является горючей, если величина объемной концентрации не лежит в пределах области взрываемости, то данная паровоздушная смесь не является горючей.

4)Рассчитаем стехиометрическую концентрацию паров жидкости в смеси

своздухом.

Стехиометрическим называется соотношение компонентов горючей смеси, при сгорании которой ни один из этих исходных компонентов не остается в избытке в продуктах реакции. При стехиометрическом соотношении горючего вещества и окислителя наблюдается максимальная скорость распространения горения и наибольшая величина давления взрыва.

Рассчитать стехиометрическую концентрацию паров жидкости в смеси с воздухом можно по следующей формуле:

Где β - стехиометрических коэффициент, определяемый по формуле:

Также можно определить значение стехиометрического коэффициента с помощью реакции горения:

А+βО2=СО2+Н2О,

Где А – горючая жидкость.

В конце каждой задачи необходимо сформулировать «Вывод» .

Пример: Горючая жидкость гексан находится в закрытом технологическом аппарате при температуре 30оС и атмосферном давлении. Необходимо рассчитать:

1)Концентрационные пределы распространения пламени с учетом рабочей температуры в аппарате.

2)Безопасные концентрации, при которых исключается возможность воспламенения паровоздушной смеси в аппарате.

3)Объемную и массовую концентрацию насыщенных паров жидкости в аппарате при рабочих параметрах. Дать заключение о горючести паровоздушной смеси.

4)Стехиометрическую концентрацию паров жидкости в смеси с воздухом.

9

Решение:

1) Рассчитаем концентрационные пределы распространения пламени с учетом рабочей температуры в аппарате.

Нижний и верхний концентрационные пределы распространения пламени (в % об.) при рабочей температуре 30оС определяют по формулам:

Где ϕнt ,ϕВt - соответственно нижний и верхний концентрационные пре-

делы распространения пламени при рабочей температуре Б, % об.; ϕн25 ,ϕВ25 - соответственно нижний и верхний концентрационные пре-

делы распространения пламени при температуре 25оС, % об.; t р - рабочая температура в аппарате, оС.

ϕнt =1,24 1− 30 −25 =1,23504;

1250

ϕВt = 7,5 1+ 30 −25 = 7,56875 ;

800

2)Рассчитаем безопасные концентрации (в % об.), при которых исключается возможность воспламенения паровоздушной смеси в аппарате по следующим формулам:

ϕбез 0,9(1,23504 −0,21)= 0,922536

ϕбез ≥1,1(7,56875 +0,42)= 8,787625

То есть безопасные концентрации, при которых исключается возможность воспламенения паровоздушной смеси в аппарате, находятся в пределах до 0,922536% и от 8,787625%.

10

3) Рассчитаем объемную и массовую концентрацию насыщенных паров жидкости в аппарате при рабочих параметрах. Сформируем заключение о горючести паровоздушной смеси.

Для того, чтобы определить объемную и массовую концентрации насыщенных паров жидкости в аппарате предварительно, необходимо определить давление насыщенных паров в аппарате. Рассчитаем давление насыщенных паров с помощью уравнения Антуана, которое имеет вид:

Где Рн – давление насыщенных паров жидкости, кПа; А, В, СА – константы уравнения Антуана, определяемые по табл. 1.2; t р - рабочая температура в аппарате, оС.

LgPн = 5,99517 − 223,6611166,274+30 = 0,0271,

Pн =101,3974 =1,064 кПа,

Зная величину давления насыщенных паров жидкости, можно определить объемную концентрацию паров жидкости при заданных условиях:

Где Рн – давление насыщенных паров жидкости, кПа; Ратм – атмосферное давление, кПа.

Где М – молярная масса жидкости, кг/кмоль; Vм – молярный объем, м3/кмоль.

ϕмасс. = 1101,064,3 2486,8615,18 = 0,0364кг/м3,

11

Молярный объем при нормальных условиях (Т=273К, Ратм=101,3 кПа) равен 22,4 м3/кмоль. Так как по условию задачи условия отличаются от нормальных, в таком случае молярный объем рассчитывается по формуле:

Так как значение объемной концентрации паров жидкости лежит выше верхнего концентрационного предела распространения пламени, то данная паровоздушная смесь не является горючей. При этом значение объемной концентрации паров жидкости лежит в диапазоне безопасных концентраций, что подтверждает тот факт, что смесь паров гексана с воздухом не является горючей.

4)Рассчитаем стехиометрическую концентрацию паров жидкости в смеси

своздухом.

Рассчитаем стехиометрическую концентрацию паров жидкости в смеси с воздухом можно по следующей формуле:

Где β - стехиометрических коэффициент, определяемый по формуле:

Где nC, nH, nX, no – число атомов соответственно углерода, водорода, галоидов и кислорода в молекуле вещества.

β = 6 +144−0 − 02 = 9,5 ,

Также можно определить значение стехиометрического коэффициента с помощью реакции горения:

С6H14+9,5О2=6СО2+7Н2О,

Вывод: 1) Верхний и нижний концентрационные пределы распространения пламени с учетом рабочей температуры в аппарате равны соответственно

1,23504 и 7,56875.

12

2)Безопасные концентрации, при которых исключается возможность воспламенения паровоздушной смеси в аппарате равны 0,922536 и 8,787625.

3)Объемная и массовая концентрации насыщенных паров жидкости в аппарате при рабочих параметрах соответственно равны 24,6485% и 0,0364кг/м3. Паровоздушная смесь гексана с воздухом не является горючей.

4)Стехиометрическая концентрация паров жидкости в смеси с воздухом составляет 2,1636%.

2.Выход горючих веществ наружу из аппаратов с дыхательными

устройствами

Аппараты с жидкостями, как правило, не заполняются веществом полностью. При этом над зеркалом жидкости образуется объем, заполненный парами. Так как, при колебаниях температуры или опорожнении (наполнении) аппарата, может изменяться объем газовой среды, что приведет к изменению давления, следует предусматривать оснащение аппаратов «дыхательной» арматурой. Такие устройства обеспечивают сброс давления при его повышении или подсос воздуха внутрь, при его уменьшении. Таким образом, аппараты с дыхательными устройствами сообщаются с атмосферой. При этом в атмосферу поступают горючие вещества при нормальном течении технологического процесса, что делает их пожароопасными.

При работе таких аппаратов различают «большое» и «малое» дыхание. Под «большим дыханием» понимается сброс паров наружу или подсос

воздуха внутрь аппарата при изменении в нем уровня жидкости (при наполнении и опорожнении).

Под « малым дыханием» понимается сброс паров наружу или подсос воздуха внутрь аппарата при изменении температуры в его газовом пространстве под влиянием изменения температуры среды (при неизменном уровне жидкости).

Условие задачи:

Какая масса паров может выйти наружу при одном «большом дыхании» резервуара с жидкостью А? Объем резервуара составляет Б м3. Температура воздуха В 0С, давление Г кПа (мм рт.ст.).

Решение:

Для определения количества паров, выбрасываемых в атмосферу при одном «большом дыхании» резервуара (при заполнении), необходимо (в соответствии с условием задачи):

1) Рассчитать давление насыщенных паров жидкости по уравнению Антуана:

13

Где Рн – давление насыщенных паров жидкости, кПа; А, В, СА – константы уравнения Антуана, определяемые по табл. 1.2; t р - рабочая температура в аппарате, оС.

2) Рассчитать объемную концентрацию паров жидкости внутри резервуара.

Для определения величины атмосферного давления (в кПа) используется переводной коэффициент:

Объемная концентрация паров жидкости внутри резервуара с жидкостью будет составлять:

Исходя из значений, полученных посредством формулы (2.3) можно сделать вывод о соотношении в газовом пространстве резервуара паров жидкости

ивоздуха.

3)Определить объем паров жидкости, которые будут вытеснены из резервуара при его заполнении:

4) Расчитать молярный объем паров жидкости в резервуаре при температуре воздуха В и давлении Г:

5) Масса паров жидкости А, выбрасываемых в атмосферу при одном «большом дыхании» резервуара будет составлять:

Где М – молярная масса метанола, кг/кмоль.

Вывод: при отсутствии технических средств защиты потери жидкости А одно «большое дыхание» резервуара составляет ___ кг.

14

Пример: Какая масса паров может выйти наружу при одном «большом дыхании» резервуара с ацетоном? Объем резервуара составляет 200 м3. Те м- пература воздуха 20 0С, давление 95 кПа.

Решение:

Для определения количества паров, выбрасываемых в атмосферу при одном «большом дыхании» резервуара (при заполнении), необходимо (в соответствии с условием задачи):

1) Рассчитать давление насыщенных паров жидкости по уравнению Антуана:

Где Рн – давление насыщенных паров жидкости, кПа; А, В, СА – константы уравнения Антуана, определяемые по табл. 1.2; t р - рабочая температура в аппарате, оС.

LgPн = 6,37551− 237,0881281,721+ 20 = 0,471,

Pн =100,471 = 2,958 кПа.

2) Рассчитать объемную концентрацию паров жидкости внутри резервуара.

Объемная концентрация паров жидкости внутри резервуара с жидкостью будет составлять:

ϕоб. = 2,95958 100% = 3,114% ,

Это означает, что в газовом пространстве резервуара 23,411% занимают пары ацетона, а остальные 76,59 % занимает воздух.

3) Определить объем паров ацетона, которые будут вытеснены из резервуара при его заполнении:

15

Vn = 200 3,114 = 6,227 , м3.

100

4) Расчитать молярный объем паров жидкости в резервуаре при температуре воздуха 20оС и давлении 12,635 кПа:

5) Масса паров ацетона, выбрасываемых в атмосферу при одном «большом дыхании» резервуара будет составлять:

Вывод: при отсутствии технических средств защиты потери ацетона одно «большое дыхание» резервуара составляет 14,108 кг.

Условие задачи:

Сколько паров жидкости А выбрасывается в атмосферу при одном «малом дыхании» резервуара объемом Б м3, заполненном на В, если ночная температура составляет Г 0С, дневная температура составляет Д 0С, атмосферное давление Е кПа (мм рт.ст.)?

Решение:

Для определения количества паров, выбрасываемых в атмосферу при одном «малом дыхании» резервуара (при заполнении), необходимо (в соответствии с условием задачи):

1) Рассчитать давление насыщенных паров жидкости по уравнению Антуана при ночной температуре:

16

Где Рн1 – давление насыщенных паров жидкости при ночной температуре,

кПа;

А, В, СА – константы уравнения Антуана, определяемые по табл. 1.2; tн - ночная температура, оС.

2) Рассчитать давление насыщенных паров жидкости по уравнению

Где Рн2 – давление насыщенных паров жидкости при дневной температуре, кПа;

А, В, СА – константы уравнения Антуана, определяемые по табл. 1.2; tд - дневная температура, оС.

3) Рассчитать объемную концентрацию паров жидкости внутри резервуара.

Для определения величины атмосферного давления (в кПа) используется переводной коэффициент:

4) Определить среднее значение объемной концентрации паров жидкости, которые будут вытеснены из резервуара при его заполнении:

5) Расчитать паровоздушный объем в резервуаре объемом Б м3 заполненном на В:

6) Масса паров жидкости А, выбрасываемых в атмосферу при одном «малом дыхании» резервуара будет составлять:

Где М – молярная масса метанола, кг/кмоль; Рр – рабочее давление, кПа;

Т1, Т2 – ночная и дневная температуры соответственно, К.

Вывод: при отсутствии технических средств защиты потери жидкости А одно «малое дыхание» резервуара составляет ___ кг.

Пример: Сколько паров ацетона выбрасывается в атмосферу при одном «малом дыхании» резервуара объемом 200 м3, заполненном на 3/5, если ночная температура составляет 10 0С, дневная температура составляет 20 0С, атм о- сферное давление 95 кПа?

Решение:

Для определения количества паров, выбрасываемых в атмосферу при одном «малом дыхании» резервуара (при заполнении), необходимо (в соответствии с условием задачи):

1) Рассчитать давление насыщенных паров жидкости по уравнению Антуана при ночной температуре:

Где Рн1 – давление насыщенных паров жидкости при ночной температуре,

кПа;

А, В, СА – константы уравнения Антуана, определяемые по табл. 1.2; tн - ночная температура, оС.

Где Рн2 – давление насыщенных паров жидкости при дневной температуре, кПа;

А, В, СА – константы уравнения Антуана, определяемые по табл. 1.2; tд - дневная температура, оС.

LgPн2 = 6,37551− 237,0881281,721+ 20 = 0,471,

Pн2 =100,471 = 2,958кПа.

3) Рассчитать объемную концентрацию паров жидкости внутри резервуара.

Объемная концентрация паров жидкости внутри резервуара при ночной

ϕоб1. = 5,95383 100% = 5,666%

Объемная концентрация паров жидкости внутри резервуара при дневной температуре будет составлять:

ϕоб2. = 2,95598 100% = 2,73%

4)Определить среднее значение объемной концентрации паров жидкости, которые будут вытеснены из резервуара при его заполнении:

ϕср = 5,666 + 2,73 = 8,396% .

2

5) Расчитать паровоздушный объем в резервуаре объемом Б м3 заполненном на В:

19

6) Масса паров жидкости А, выбрасываемых в атмосферу при одном «малом дыхании» резервуара будет составлять:

Где М – молярная масса метанола, кг/кмоль; Рр – рабочее давление, кПа;

Т1, Т2 – ночная и дневная температуры соответственно, К.

Вывод: при отсутствии технических средств защиты потери ацетона одно «малое дыхание» резервуара составляет 0,77 кг.

3. Выход горючих веществ наружу при полном разрушении технологических аппаратов

Условие задачи:

Определить общее количество горючей жидкости А, выходящей из аппарата при полном его разрушении. Объем аппарата Б м3, степень заполнения аппарата жидкостью В. Длина подводящего трубопровода Г м, длина отводящего трубопровода Д м, внутренний диаметр трубопроводов Е мм. Производительность насоса Ж м3/ч, время отключения задвижек И с, рабочая температура жидкости К 0С. Кратность воздухообмена аварийной системы вентиляции в помещении составляет Л ч-1. Определить массу паров, образовавшихся за расчетное время испарения. Скорость воздушного потока в помещении принять равной 0,1 м/с.

Решение:

1) Определить массу жидкости, поступившей в помещении при разрушении аппарата и трубопроводов:

Где ρж – плотность жидкости, кг/м3;

Vап – объем аппарата, м3;

ε - степень заполнения аппарата;

ln ,l0 - длина подводящего и отводящего трубопроводов до задвижек, м;

dn, d0 – внутренний диаметр подводящего и отводящего трубопрово-

дов, м.

2) Определить массу жидкости, которая дополнительно поступит в помещение за счет работы насоса до полного отключения задвижек:

Где q- расход жидкости (производительность насоса), м3/с; откл – время отключения задвижек на трубопроводе, с.

3) Определить общую массу жидкости, которая поступит в помещение в результате аварии:

4) Определить максимальную площадь разлива толуола Fp и площадь испарения жидкости Sи.

Величина Fp определяется из расчета, что 1 л жидкостей, содержащих 70% и менее (по массе) растворителей, разливается на площади 0,5 м2, а о с- тальных жидкостей – на 1 м2 пола помещения.

Объем жидкости, поступившей в помещение, составляет:

Соответственно максимальная площадь разлива жидкости будет составлять ___ м2. Поскольку в условии задачи размеры помещения не указаны, то принимается, что площадь испарения жидкости равна площади ее разлива Sн=

Fp .

5) Определить давление насыщенных паров жидкости по уравнению Антуана:

6) Определить интенсивность испарения

21

где –коэффициент, принимаемый по таблице 3.1 в зависимости от скорости и температуры воздушного потока над поверхностью испарения;

10) Определить массу паров жидкости, которая остается в объеме помещения с учетом работы аварийной системы вентиляции:

22

Вывод: вследствие аварийной ситуации в помещение поступит ___кг жидкости и ___ кг его паров.

Пример: Определить общее количество толуола (С7Н8) выходящего из аппарата при полном его разрушении. Объем аппарата Vап=4 м3, степень запол-

ного потока в помещении равна uв=0,1м/с. Определить массу паров, образовавшихся за расчетное время испарения.

Решение:

1) Определить массу жидкости, поступившей в помещении при разрушении аппарата и трубопроводов:

2) Определить массу жидкости, которая дополнительно поступит в помещение за счет работы насоса до полного отключения задвижек:

Где q- расход жидкости (производительность насоса), м3/с; откл – время отключения задвижек на трубопроводе, с.

23

m2 = 867 36002 300 =144,5

3) Определить общую массу жидкости, которая поступит в помещение в результате аварии:

mж = 2620,6 +144,5 = 2765,1кг.

4) Определить максимальную площадь разлива толуола Fp и площадь испарения жидкости Sи.

Величина Fp определяется из расчета, что 1 л жидкостей, содержащих 70% и менее (по массе) растворителей, разливается на площади 0,5 м2, а о с- тальных жидкостей – на 1 м2 пола помещения.

Объем жидкости, поступившей в помещение, составляет:

Соответственно максимальная площадь разлива толуола будет составлять

температуры воздушного потока над поверхностью испарения; М – молярная масса, кг/моль.

24

η =1,8 +135,6 −−130,8 (35 −30)=1,6

Интенсивность испарения составит:

W=10−6 1,6 7,9 92 =1,21 10−4 кг/ м2с

7)Определить время полного испарения разлившейся жидкости по

формуле:

tисп = 2765,1 = 7211с,

1.2110−43169

8)Определить расчетное время испарения жидкости.

10) Определить массу паров жидкости, которая остается в объеме помещения с учетом работы аварийной системы вентиляции:

25

Вывод: вследствие аварийной ситуации в помещение поступит 2765,1кг толуола и 153,37 кг его паров.

4. Определение величины избыточного давления в нагреваемом герметичном аппарате, полностью заполненном жидкостью.

На промышленных объектах значительную опасность представляют герметичные аппараты, полностью заполненные жидкостью или сжиженным газом. С повышением температуры в таких аппаратах жидкости увеличивают свой первоначальный объем, что сопровождается увеличением внутреннего давления в аппарате. Повышение давления является сложным процессом, так как сопровождается одновременно не только увеличением объема жидкости, но и приращением объема самого аппарата в результате термического расширения его стенок. При этом объем жидкости изменяется в большей степени по сравнению с увеличением линейных размеров аппарата. Поэтому нагревание жидкостей и сжиженных газов даже до невысоких температур (например, в пределах суточных колебаний температуры наружного воздуха) может создать опасное давление, при котором возможно повреждение стенок аппарата.

Условие задачи:

Определить изменение давления в емкости, полностью заполненной жидкостью А, если известно, что температура в аппарате изменяется от Б до В 0С. Материал аппарата ─ Г. Определить минимальную величину свободного пространства и максимально допустимую степень заполнения для данного аппарата. Объем аппарата Д м3.

Решение:

Давление, создаваемое жидкостью при увеличении ее температуры, определяют по формуле:

температуры, мПа.

Приращение давления герметичном нагреваемом аппарате, полностью заполненном жидкостью, можно определить по формуле:

26

βПо=таблицам 4.1 и 4.2 находим значения требуемых коэффициентов:

βсж _____К-1;= _____ мПа-1;

= _______К-1.

Используя эти значения, получаем искомое приращение давления в аппа-

рате.

Защита от повышения давления при увеличении температуры жидкости достигается путем создания в аппаратах пространства. В этом случае давление в аппарате не может быть больше давления насыщенных паров жидкости при данной температуре. Свободное пространство выполняет роль компенсатора при тепловом расширении жидкости, и опасность образования больших давлений в аппарате исключается.

Минимальную величину свободного пространства или максимально допустимую степень заполнения емкостей и резервуаров можно определить по формулам:

∆Т- степень заполнения аппарата – отношение объема, занимаемого жидкостью, к общему объему аппарата.

28

Вывод: для предотвращения повреждения технологического аппарата с водой необходимо, чтобы объем свободного пространства составлял __ м3, степень заполнения ___.

Пример: Определить изменение давления в емкости, полностью заполненной водой H2O, если известно, что температура в аппарате изменяется от 20 до 70 . Материала аппарата – свинец. Определить минимальную величину свободного пространства и максимально допустимую степень заполнения для данного аппарата. Объем аппарата составляет 0,9 м3.

Решение:

Давление, создаваемое жидкостью при увеличении ее температуры, определяют по формуле:

Где Р – конечное давление жидкости, мПа;

Р∆Рк – начальное давление жидкости в аппарате, мПа;

н

– приращение давления жидкости в аппарате при повышении температуры, мПа.

Приращение давления герметичном нагреваемом аппарате, полностью

29

Коэффициенты линейного расширения ряда металлов и сплавов приведены в таблице 4.2 данного раздела.

β = 0,2∙10-3К-1;

По таблицам 4.1 и 4.2 находим значения требуемых коэффициентов:

βсж= 49,1∙10-5 мПа-1;= 0,29 ∙10-4К-1.

Используя эти значения, получаем искомое приращение давления в аппа-

рате.

∆P = 0,2 10−3 −3 0,29 10−4 50 =11,5мПа 49,1 10−5

Защита от повышения давления при увеличении температуры жидкости достигается путем создания в аппаратах пространства. В этом случае давление в аппарате не может быть больше давления насыщенных паров жидкости при данной температуре. Свободное пространство выполняет роль компенсатора при тепловом расширении жидкости, и опасность образования больших давлений в аппарате исключается.

Минимальную величину свободного пространства или максимально допустимую степень заполнения емкостей и резервуаров можно определить по формулам:

∆Т- степень заполнения аппарата – отношение объема, занимаемого жидкостью, к общему объему аппарата.

Vсв = 0,9 0,2 10−3 50 = 0,009м3

ε =1−0,2 10−3 50 = 0,99

Вывод: для предотвращения повреждения технологического аппарата с водой необходимо, чтобы объем свободного пространства составлял 0,009 м3, степень заполнения 0,99.

30

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В заключении необходимо привести общие итоги проекта, дать оценку проделанной работе, указать какие результаты были получены, какие задачи были решены при подготовке курсового проекта.

Составленная по такому плану заключительная часть проекта продемонстрирует уровень подготовки и качество знаний, полученных при освоении дисциплины.

Заголовок «заключение» печатают в середине строки, прописными буквами, жирным шрифтом, без точки в конце, не подчеркивая.

Заключение не должно содержать рисунков, формул и таблиц.

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

Каждый литературный источник, использованный при подготовке курсовой работы, должен быть зафиксирован в библиографическом списке. Порядковый номер источника помещается в квадратные скобки. Цитаты во внутритекстовых или подстрочных ссылках должны указывать на их источник. Библиографический список должен содержать 10-15 наименований.

Контрольные вопросы

1.Что такое концентрационные пределы распространения пламени?

2.Дайте определение понятию «область взрываемости».

3.Что понимается под выражением «нормальные условия»?

4.Что такое горючесть паровоздушной среды? В каких случаях паровоздушная смесь является горючей, в каких не является?

5.Что такое стехиометрическое соотношение компонентов смеси? Чем оно характеризуется?

6.Что представляют собой аппараты с дыхательными устройствами?

7.Что такое «большие дыхания» аппарата?

8.Что такое «малые дыхания» аппарата?

9.По какому принципу определяется площадь розлива жидкости?

10.По какому принципу определяется площадь испарения разлившийся жидкости?

11.Как производится выбор расчетного времени испарения разлившейся жидкости?

12.В чем заключается пожарная опасность нагреваемого герметичного аппарата, полностью заполненного жидкостью?

13.Каким путем достигается защита от повышения давления при увеличении температуры жидкости в аппарате?

14.Что такое свободный объем помещения?

31

15. Каким допускается принимать свободный объем, при отсутствии дан-

ных?

16.Какие помещения подлежат категорированию по пожарной и взрывопожарной опасности?

17.Какие категории помещений Вы знаете?

18.Какие помещения относятся к категории А?

19.Какие помещения относятся к категории Б?

20.Какие помещения относятся к категории В1-В4?

21.Какие помещения относятся к категории Г?

22.Какие помещения относятся к категории Д?

23.По какому принципу производится отнесение помещений к категориям В1, В2, В3 и В4?

24.Какую температуру следует принимать в качестве расчетной?

25.По какому принципу следует выбирать вариант расчетной аварии?