Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Теория горения и взрыва. Учебное пособие (практикум)
.pdf
ТЕМА 8. СПОСОБЫ И УСЛОВИЯ ПРЕКРАЩЕНИЯ
ГОРЕНИЯ
8. Расчет верхних концентрационных пределов
распространения пламени
Цель практического занятия: научиться проводить расчеты
верхних концентрационных пределов распространения пламени.
Знания и умения, приобретаемые студентом в результате
освоения темы занятия, формируемые компетенции или их части: способность работать самостоятельно (ОК-8); способность ис-
пользовать законы и методы математики, естественных, гуманитарных и экономических наук при решении профессиональных задач
(ОК-11); способность применять на практике навыки проведения и
описания исследований, в том числе экспериментальных (ОК-16).
Актуальность темы практического занятия: овладение ме-
тодами расчета параметров пожарной опасности веществ необходимо для практической деятельности студентов.
Теоретическая часть
Очаги поражения при авариях на пожаро- и взрывоопасных
объектах
Объекты, на которых производят, используют, перерабатывают, хранят или транспортируют легковоспламеняющиеся и пожаровзрывоопасные вещества, создающие реальную угрозу возникновения техногенной чрезвычайной ситуации, относятся к пожаровзрывоопасным объектам (ПВОО).
При возникновении и развитии чрезвычайных ситуаций на таких производствах, сопровождающихся взрывами и пожарами,
которые часто сопутствуют один другому, формируются поля поражающих факторов, в качестве которых рассматриваются:
воздушная ударная волна (ВУВ), образующаяся в результа-
те взрывных превращений облаков газопаровоздушных смесей
(ГПВС) или в результате взрыва твердых (конденсированных)
взрывчатых веществ (ТВВ);
тепловое излучение огневых шаров и горящих разлитий;
осколки и обломки оборудования;
обломки зданий и сооружений, образующиеся в результате
взрыва ТВВ или облаков ГПВС.
- 51 -
Вариант
Вещество жидкость
1
Амилбензол
2
Н-Амиловый спирт
Взрыв газопаровоздушной смеси. Очаг взрыва
Одной из наиболее серьезных опасностей пожаровзрывоопасных производств является газопаровое облако, которое образуется
при мгновенном разрушении резервуаров хранения или испарении
разлитых жидкостей.
Образование газопарового облака может привести к появлению трех типов опасностей:
взрыву газопаровоздушной смеси;
крупному пожару;
токсическому воздействию.
Смесь углеводородных продуктов (метана, этилена, пропана,
паров бензина, циклогексана и др.) с кислородом воздуха называется газопаровоздушной смесью (ГПВС). Эта смесь может либо
взрываться либо воспламеняться. Воспламеняемость и взрываемость тесно связаны друг с другом и поэтому трудно предсказать,
что произойдет при воспламенении
ГПВС – взрыв или пожар, так как это зависит от определенной концентрации углеводородов в объеме воздуха. Данное свойство ГПВС определяется концентрационными пределами воспламенения рассматриваемого вещества и характеризуется количеством газа в 1м3 воздуха, при котором возможно воспламенение
газовоздушной смеси. Так, например, возгорание смеси пропана с
воздухом происходит при наличии в 1м3 воздуха не менее 95 л газа, а взрываемость при значительно меньших концентрациях: в 1м3
воздуха не более 21 л пропана.
При аварийных взрывах ГПВС размеры зон разрушений и параметры избыточного давления ВУВ зависят от количества взрывоопасного вещества и его физико-химических свойств.
Вопросы и задания
Рассчитать температурные пределы воспламенения, температуру вспышки паров i-ro вещества в воздухе. Результаты расчета
сравнить с имеющимися справочными данными и определить относительную ошибку.
- 52 -
3
Анизол
4
Анилин
5
Бутилацетат
6
Бутиловый спирт
7
Бензол
8
Диэтиловый эфир
9
Ксилол
10
Уайт-спирит
11
Этиленгликоль
12
Трет-Амиловый спирт
13
Гексан
14
Метиловый спирт
15
Толуол
16
Стирол
17
Пентан
18
Этанол
19
Амилметилкетон
20
Бутилбензол
21
Бутилвиниловый эфир
22
Ацетон
23
Этиловый спирт
24
Гептан
25
Октан
Рекомендуемая литература: [1, 4, 5, 7]
- 53 -
ТЕМА 9. ХАРАКТЕРИСТИКА ГОРЕНИЯ ГАЗОВ
9. Расчет верхних концентрационных пределов
воспламенения
Цель практического занятия: научиться проводить расчеты
верхних концентрационных пределов воспламенения.
Знания и умения, приобретаемые студентом в результате
освоения темы занятия, формируемые компетенции или их части: способность работать самостоятельно (ОК-8); способность ис-
пользовать законы и методы математики, естественных, гуманитарных и экономических наук при решении профессиональных задач
(ОК-11); способность применять на практике навыки проведения и
описания исследований, в том числе экспериментальных (ОК-16).
Актуальность темы практического занятия: овладение ме-
тодами расчета параметров пожарной опасности веществ необходимо для практической деятельности студентов.
Теоретическая часть
При взрыве газо- или паровоздушной смеси образуется воз-
душная ударная волна.
Территория, подвергшаяся воздействию ударной волны, назы-
вается очагом взрыва. Его внешняя граница проходит через точки
на местности с избыточным давлением во фронте ВУВ ΔРф = 3
кПа. В очаге взрыва ГПВС принято выделять следующие круговые
зоны, рис.9.1.
В пределах зоны ВУВ, с целью прогнозирования последствий
взрыва, выделяют зоны разрушений.
Зона полных разрушений – ΔРф =100 кПа, 100% безвозврат-
ных потерь среди населения, полное разрушение зданий и сооружений.
Зона сильных разрушений – ΔРф =70 кПа, до 90% безвоз-
вратных потерь среди незащищенного населения, полное и сильное разрушение зданий и сооружений.
Зона средних разрушений – ΔРф =30 кПа, до 20% безвоз-
вратных потерь среди незащищенного населения, среднее и сильное разрушение зданий и сооружений.
- 54 -
Вариант
Вещество газ
1
Ацетилен
2
Метан
3
Окись углерода
Зона слабых разрушений – ΔРф =15 кПа, слабое и среднее
разрушение зданий и сооружений.
Зона расстекления зданий и сооружений – ΔРф =3 кПа.
Внешняя граница данной зоны определяет безопасное эвакуационное расстояние.
Рисунок 9.1. Зоны разрушений при взрывах ГПВС
Характер воздействия ВУВ на человека, здания и сооружения
зависит от типа взрыва. Различают два основных типа – детона-
ционный и дефлаграционный взрывы. Поэтому при прогнозировании последствий аварий на пожаровзрывоопасных объектах
необходимо предварительно идентифицировать наиболее вероятный режим взрывного превращения ГПВС.
Вопросы и задания
Рассчитать температурные пределы воспламенения, темпера-
туру вспышки паров i-ro вещества в воздухе. Результаты расчета
сравнить с имеющимися справочными данными и определить относительную ошибку. Построить зоны поражения.
- 55 -
4
Этан
5
Водород
6
Пропан
7
Сероводород
8
Бутан
9
Ацетилен
10
Метан
11
Окись углерода
12
Этан
13
Водород
14
Пропан
15
Сероводород
16
Бутан
17
Метан
18
Этан
19
Пропан
20
Бутан
21
Окись углерода
22
Ацетилен
23
Водород
24
Метан
25
Ацетилен
Рекомендуемая литература: [1, 2, 4, 5, 6]
- 56 -
ПГpi
H
в
VC
Q
ТТ
0
*
ПГpi
ПГ
в
VC
Q
ТТ
0
ТЕМА 10. ХАРАКТЕРИСТИКИ ГОРЕНИЯ ЖИДКОСТЕЙ
10. Температурные показатели пожарной опасности
жидкостей
Цель практического занятия: научиться определять темпе-
ратурные показатели пожарной опасности жидкостей.
Знания и умения, приобретаемые студентом в результате
освоения темы занятия, формируемые компетенции или их части: способность работать самостоятельно (ОК-8); способность ис-
пользовать законы и методы математики, естественных, гуманитарных и экономических наук при решении профессиональных задач
(ОК-11); способность применять на практике навыки проведения и
описания исследований, в том числе экспериментальных (ОК-16).
Актуальность темы практического занятия: овладение ме-
тодами расчета параметров пожарной опасности веществ необходимо для практической деятельности студентов.
Теоретическая часть
Температура взрыва – температура (зоны пламени), до кото-
рой нагреваются продукты реакции горения. Это максимальная
температура зоны химической реакции (зоны пламени).
Температура взрыва определяется из уравнения теплового ба-
ланса
Qн=
При этом адиабатическая температура взрыва
СpiVпг(Tв-T
0
)(10.1)
(10.2)
а действительная температура взрыва
(10.3)
где Т
*
и Тв – соответственно адиабатическая и действительная
в
температуры взрыва;
Т
– начальная температура;
0
V
– объем i-ro продукта горения;
ПГi
QН – низшая теплота горения вещества;
- 57 -
№
Определяемые параметры
Примечание
1
Объём и состав продуктов горения
кмоль, м3
2
Низшая теплота сгорания или
количество тепла, пошедшего на
нагрев продуктов горения (при
наличие теплопотерь)
Qпг или Qн
кДж/кмоль, кДж/кг
3
Среднее значение энтальпии
продуктов горения
ПГi
ПГН
ср
V
Q
Н
)(
(10.5)
4
Температура горения Т1 (табл. 1,2
прил.) по средней энтальпии с
помощью табл. 1 (если Нср выражена в кДж/м3), ориентируясь на
азот (наибольшее содержание в
продуктах горения)
5
Теплосодержание продуктов
горения с температурой Т1 (табл.
1,2 прил.)
пгiiпг
VHQ
`
(10.6)
6
Если Q`пг<Q
н(пг)
, то Т2>Т1 (в том
случае, если Q`пг>Q
н(пг)
, то Т2<Т1)
Н
i
– энтальпия i-продукта горе-
ния; Vi- объём i-продукта горе-
ния
7
Q``пг по формуле (4.1.6)
8
Расчет проводим до получения
неравенства Q`пг<Q
н(пг)
< Q``пг
9
Температура горения
"""
12
"
)(
1
ПГПГ
ПГПГН
Г
QQ
ТТQQ
ТТ
(10.7)
QПГ – теплота, пошедшая на нагрев продуктов горения.
Расчет параметров
Таблица 10.1
При этом
где η – доля теплопотерь в результате излучения энергии, химического и механического недожога.
Расчет температуры взрыва по формуле (10.2) или (10.3) мо-
жет быть проведен только методом последовательных приближе-
Q
ПГ= QН
- 58 -
(1-η) (10.4)
ПГi
Рi
H
ПГ
VC
Q
ТТ
*
0
Вещество
Теплоёмкость
кДж/(м·К)
Дж/(моль·К)
СO2
2,27
50,85·10
-3
SO2
2,28
51,07·10-3
Н2О (пар)
1,78
39,87 10-3
N2
1,42
31,81·10-3
Воздух
1,44
32,26·10-3
m
i
i
n
i
iвз р
взр
mT
nТР
P
1
0
1
0
ni
i
n
1
ni
i
m
1
ний, поскольку теплоёмкость газов зависит от температуры горения (табл. 10.1)
Действительная температура взрыва на пожаре для большин-
ства газообразных, жидких и твёрдых веществ изменяется в достаточно узких пределах (1300 – 1800 К). В связи с этим расчетная
оценка действительной температуры взрыва может быть значительно упрощена, если теплоемкость продуктов горения выбирать
при температуре 1300 К:
(10.8)
*
гдеС
лица 10.2)
Давление при взрыве – важный фактор для расчета противо-
взрывной защиты аппаратов и расчета ослабленных и легкосбрасываемых конструкций зданий и сооружений.
Давление при взрыве можно определить по формуле:
– теплоемкость i-го продукта горения при 1500 К (таб-
Рi
Таблица 10.2
Теплоемкость i-го продукта горения
где Р0 .– начальное давление смеси;
Т
.– начальная температура смеси;
0
Т
– температура взрыва;
взр
. – сумма молей продуктов горения;
– сумма молей исходной смеси.
(10.9)
- 59 -
97,2312
743204824241
7432046,78897722002400
2200
взр
T
Пример 1. Рассчитать температуру взрыва и развиваемого
давления при взрыве паров уксусной кислоты СН3СООН в смеси с
воздухом при стехиометрической концентрации при начальной
температуре 25 0С и давления 101,325 КПа.
Решение. По справочным данным (справочник Корольченко)
определяем стандартную теплоту сгорания одного моля уксусной
кислоты
ΔН = -786500 Дж
Составляем термохимическое уравнение реакции горения
СН3СООН+2О2+2·3,76N2=2CO2+2H2O+2·3,76N
Определяем разность молей продуктов горения и исходной
смеси
nпг=2+2+2·3,76=11,52 моль
n
=1+2+2·3,76=10,52 моль
исх
Δn= nпг- n
=11,52-10,52=1 моль
исх
Определяем энергию взрыва
Q
= ΔН-R·T Δn
взр
Q
= -786500-8.314·(273+25) ·1= -788977,6 Дж
взр
Определяем внутреннюю энергию продуктов взрыва, приняв
начальную температуру взрыва равной 2200К
U1=2·95,062+2·74,083+2·3.76·53,845=743,204 КДж=743204 Дж
Внутренняя энергия продуктов взрыва оказалась меньше
энергии взрыва, значит принимаем за температуру взрыва следующую большую и повторяем расчет
U2=2·105,727+2·82,760+2·3,76·59,477=824,241 КДж=
=824241 Дж
Внутренняя энергия продуктов взрыва оказалась выше энергии взрыва, значит температуру взрыва следует определять методом интерполяции.
Находит температуру взрыва методом линейной интерполяции
-786500 Дж
2
К
Определяем давление взрыва паров уксусной кислоты в смеси
с воздухом при стехиометрической концентрации и при заданных
условиях
- 60 -
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]