Добавил:

ivanov666 Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.

Вуз:

Башкирский Государственный Аграрный Университет

Предмет:

[НЕСОРТИРОВАННОЕ]

Файл:

Прогнозирование чрезвычайных ситуаций. Прогнозирование последствий взрыва облака топливно-воздушной смеси. Учебное пособие

.pdf

Скачиваний:

Добавлен:

08.09.2026

Размер:

2 Мб

Скачать

☆

<<< < Предыдущая 1 23 / 173 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 > Следующая >>>

2.2. Определение ожидаемого режима взрывного превращения ТВС

При прогнозировании последствий аварийных взрывов облака ТВС наиболее вероятный режим сгорания облака взрывоопасной смеси, который зависит от класса горючего вещества по его чувствительности к возбуждению взрывных процессов и от загроможденности окружающего пространства, в котором может произойти взрыв [4].

По степени чувствительности к возбуждению взрывных процессов все взрывоопасные вещества делятся на приведена классификация наиболее распространенных на промышленном производстве горючих веществ. В том случае, если определяется ожидаемый режим сгорания вещества с неизвестными свойствами, то его следует рассматривать как заведомо наиболее опасный случай, т. е. отнести к первому классу.

В зависимости от загроможденности пространства горение облака ТВС происходит параметры волны давления. В целом окружающее пространство по характеру загромождения делится на четыре класса:

класс I – пространство характеризуется наличием длинных труб, полостей и каверн, заполненных горючей смесью, которая при сгорании может дать турбулентную струю продуктов сгорания размером не менее трех размеров детонационной ячейки размер детонационной ячейки неизвестен, то минимальный размер турбулентных труб принимается равным 5 см для горючих веществ первого класса; 20 см – для горючих веществ второго класса; 100 см – для горючих третьего класса и 150 – для четвертого класса;

класс II – пространство характеризуется сильным загромождением, например, наличием полузамкнутых объемов, высокой плотностью размещения технологического оборудования, наличием го количества повторяющихся препятствий;

класс III – пространство характеризуется средним загромождением, например, имеются отдельные технологические установки, или в резервуарном парке;

класс IV – слабо загроможденное и свободное пространство.

В зависимости от класса горючего вещества и класса загромождения окружающего пространства по табл. 2.2 [4] определяется один из шести ожидаемых режимов сгорания облака

с различной скоростью и, следовательно, изменяются

четыре класса. В табл. 2.1

данной смеси. Если же

леса и большо-

горючей смеси.

Значения корректировочного параметра β [4]

Вещество β Вещество β

Класс 1

Ацетилен Метилацетилен Винилацетилен Окись этилена Гидразин Изопропилнитрат Этилнитрат Водород Нитрометан

Класс 2

Этилен Диэтилэфир Дивинилэфир Окись пропилена Акролеин Сероуглерод Бутан Бутилен Бутадиен 1,3-Пентадиен Этан Диметилэфир Диизопропиловый эфир ШФЛУ Пропилен Пропан

1,1 1,05 1,03 0,62 0,44 0,41 0,30 2,73 0,25

1,07 0,77 0,77

0,7 0,62 0,32

1 1 1 1

1 0,66 0,82

Класс 3

Винилхлорид Кумол Метиламин Метиловый спирт Этиловый спирт Пропиловый спирт Амиловый

спирт Циклогексан Ацетальдегид Винилацетат Бензин Гексан Изооктан Пиридин Циклопропан Этиламин

Класс 4

Метан Трихлорэтан Метилхлорид Бензол Декан Додекан Метилбензол Метилмеркаптан Окись углерода Дихлорэтан Сероводород Ацетон Дихлорбензол

Таблица 2.1

0,42 0,84 0,70 0,45 0,61 0,69 0,79

1 0,56 0,51

1 0,77

1 0,80

1,14 0,15 0,12

1 0,53 0,23 0,24 0,34 0,65 0,42

Ожидаемые режимы сгорания облака

Таблица 2.2

Класс горючего

вещества

II III IV

Класс загроможденности окружающего пространства

I II III IV

1 1 2 3

1 2 3 4

2 3 4 5

3 4 5 6

Режимы сгорания облака горючей смеси в зависимости от диапазона скоростей распространения фронта пламени подразделяются на следующие классы:

класс 1 – детонация или горение со скоростью фронта пламени 500 м/с и более;

класс 2 – дефлаграция, скорость фронта пламени от 300 до 500 м/с;

класс 3 – дефлаграция, скорость фронта пламени от 200 до 300 м/с;

класс 4 – дефлаграция

, скорость фронта пламени от 150 до 200 м/с;

класс 5 – дефлаграция, скорость фронта пламени рассчитывается по формуле [4]

где

– константа, равная 43;

ukM

1/6

, (2.5)

М – масса горючего вещества, содержащегося в облаке горючей

смеси, кг;

класс 6 – дефлаграция, скорость фронта пламени рассчитывается по формуле [4]

ukM

1/6

, (2.6)

где

– константа, равная 26.

Пример расчета

Требуется определить режим взрывного превращения и скорость распространения пламени при взрыве облака ТВС, образовавшегося в результате аварийного выброса 200 кг ацетилена в загроможденном пространстве.

Решение

1. По табл. 2.1 определим класс ацетилена по степени чувствительности к возбуждению взрывных процессов. Ацетилен относится к первому классу.

2. Взрыв происходит в загроможденном пространстве, т. е. окружающее пространство относится ко второму классу.

3. По табл. 2.2 определим ожидаемый режим сгорания облака ТВС.

4. Так как ожидаемый режим сгорания облака относится

ко второ-

му классу, то горение будет происходить в режиме дефлаграции со скоростью фронта пламени в облаке ТВС от 300 до 500 м/с.

Варианты задания для самостоятельного решения

Требуется определить режим взрывного превращения и скорость распространения пламени в облаке ТВС при аварийном выбросе в соответствии с заданным вариантом.

Номер

варианта

1 2 3 4 5 6 7 8

9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20

Вещество Характеристика пространства М

Бутан Ацетилен Водород Аммиак Ацетон Бензин Пропан Гексан Сероуглерод Этилен Сероводород Пропилен Этанол Метанол Керосин Нитрометан Дихлорэтан Этилнитрат Метилацетилен Бензол

Загроможденное пространство Наличие полостей с газовой смесью Наличие полостей с газовой смесью Свободное пространство Отдельно стоящее оборудование Отдельно стоящее оборудование Загроможденное пространство Отдельно стоящее оборудование Загроможденное пространство Загроможденное пространство Отдельно стоящее оборудование Загроможденное пространство Отдельно стоящее оборудование Отдельно стоящее оборудование Свободное пространство Наличие полостей с газовой смесью Свободное пространство Наличие полостей с газовой смесью Наличие полостей с газовой смесью Свободное пространство

, кг

500 100 200 300 250

1000

400 2500 3000

600

500

100

200

300

250 1000

400 2500 3000

600

2.3. Расчет максимального избыточного давления

и импульса фазы сжатия ВУВ при детонации

и дефлаграции газовых и гетерогенных ТВС

После определения ожидаемого режима взрывного превращения ТВС можно приступить к расчету максимального избыточного давления и импульса фазы сжатия ВУВ при взрывах газовых и гетерогенных ТВС. Такие расчеты проводятся отдельно для детонационных и для дефлаграционных режимов взрыва.

Предварительно необходимо оценить агрегатное состояние топливно-воздушной смеси в облаке. Считается, что смесь генной, если 50 % топлива в облаке содержится в виде капель, в противном случае смесь считается газовой.

Подобные оценки можно провести исходя из значения давления насыщенного пара топлива при определенной температуре и из времени формирования облака ТВС. Например, для летучих веществ, таких как пропан, при температуре +20 °С смесь

считается газовой, а для веществ с низким давлением насыщенного пара, например дизельное топливо при той же температуре, топливно-воздушная смесь будет гетерогенной.

Известно, что при детонационном режиме скорость реакции горения и соответственно выделение энергии происходят со сверхзвуковой скоростью. В предыдущем разделе было указано, что при детонации скорость перемещения

фронта пламени превышает 500 м/с. Для определения параметров волны на заданном расстоянии от центра облака ТВС предварительно рассчитывается безразмерное приведенное рас-

стояние

[4]:

будет гетеро-



(/ )

1/3

, (2.7)

где r – расстояние от центра облака ТВС до заданной точки;

Е – эффективный энергозапас ТВС;

– атмосферное давление.

По рассчитанному значению безразмерного расстояния легко опре-

делить безразмерное давление

тия

для облака газовой ТВС. Для определения параметров ВУВ при

и безразмерный импульс фазы сжа-

детонации газовых и гетерогенных ТВС необходимо воспользоваться







формулами [4]

ln( ) 1,124 1,66ln( ) 0,26 ln( ) 10 %

PRR    , (2.8)

ln ( ) 3,4217 0,898ln ( ) 0,096 ln( ) 15 %

IRR    . (2.9)



Следует учитывать, что зависимости (2.8) и (2.9) справедливы

только для значений чае, например при равным 18, а в выражение (2.9) подставляется значение

Для определения безразмерного давления

пульса фазы сжатия

больших 0,2 и меньших 24. В противном слу-

0, 2,

для облака гетерогенной ТВС применяют сле-

безразмерное расстояние принимается

0,142.

и безразмерного им-

дующие формулы [4]:

0,125 0,137 0,023



IR

0,022

. (2.11)

15 %

, (2.10)

10 %

Зависимости (2.10) и (2.11) справедливы только в том случае, когда

значение равнивается 18, а значение

превышает или равно 0,25. В противном случае

считается равным 0,16.

при-

При дефлаграции газовых и гетерогенных ТВС к параметрам, имеющим влияние на значения избыточного давления и импульса фазы сжатия, добавляются еще и такие параметры, как скорость видимого

фронта пламени

и степень расширения продуктов сгорания

Степень расширения продуктов сгорания принимается равной семи для газовых смесей и четырем – для гетерогенных. Кроме этого следует учитывать, что, рассчитывая параметры ВУВ при дефлаграции гетерогенных облаков, значение эффективного энергозапаса Е необходимо домножить на коэффициент

(1/.)

С учетом вышесказанного значения безразмерных давления











импульса фазы сжатия

можно определить по соотношениям [4]



  

где

гг

 

  

CCR

  

– скорость видимого фронта пламени, м/с;

– скорость звука в воздухе, м/с.

1 0,06 0,01 0,0025



 











0, 4( 1)





10,83 0,14

 





, (2.12)



 





, (2.13)

Соотношения (2.12) и (2.13) справедливы лишь тогда, когда

0,34.

R 

сто

В противном случае в соотношения (2.12) и (2.13) вме-

ставится значение 0,34.

Далее из значений безразмерных давления и импульса фазы сжатия для детонационного и дефлаграционного режимов, выбираются минимальные значения. Например, если обозначить безразмерные давление

и импульс фазы сжатия для детонационного режима как а для дефлаграции как

,xI

то окончательные минимальные зна-

чения выбираются из условий [4]

min ( , )

P РР

min ,()

III

хх

, (2.14)

. (2.15)

,xI

Затем из безразмерных значений рассчитываем соответствующие им размерные величины. Для этого используются формулы [4]

РРР

IP E

IC



, (2.16)

0х

2/3 1/3

. (2.17)

Пример расчета







Требуется определить значения давления

тия

воздушной ударной волны на расстоянии 50 м от места взрыва,

и импульса фазы сжа-

возникшего в результате аварийной разгерметизации резервуара с 5000 кг нитрометана CH3NO2, если известно, что температура воздуха

на момент взрыва была 20 °С, а

гст

.С C

Определение режима взрыв-

ного превращения облака ТВС не проводилось.

Решение

1. Определим агрегатное состояние облака ТВС.

Так как нитрометан при температуре 20 °С является летучим веществом, то топливно-воздушная смесь является газовой.

2. По табл. 2.1 определим значение корректировочного параметра:

0,25.



3. По формуле (2.3) рассчитаем значение теплоты сгорания нитро-

метана:

44 11 МДж/кг.q



4. По формуле (2.1) рассчитаем эффективный энергозапас облака

ТВС:

5000 11 55000 МДж.EMq

гг

5. По формуле (2.7) рассчитаем значение безразмерного расстоя-

ния:

 

( / ) (55000 10 /101,3 10 )

1/3 6 3 1/ 3



0,62.

6. По формулам (2.8) и (2.9) определим значения безразмерного

давления

и импульса фазы сжатия

ln( ) 1,124 1,66ln( ) 0,26 ln( ) 10 %

PRR    

xxx

при детонации облака ТВС:



1,124 1,66ln 0,62 0,26 ln 0,62 0,2673,

   

 



ln ( ) 0,2673,



P

0,76;

ln ( ) 3,4217 0,898ln( ) 0,096 ln ( ) 15 %

IRR

    

xxx



3,4217 0,898ln ( ) 0, 096 ln ( ) 3, 01,

   

()ln 3, 01,

0,05.





7. В соответствии с разделом 2.2 определим скорость распростра-

нения фронта пламени при взрыве.

Так как нитрометан относится к первому классу опасности, а взрыв произошел на открытой местности, то режим взрывного превращения будет относиться к дефлаграции со скоростью фронта пламени

200…300 м/с.

8. По формулам (2.12) и (2.13) с учетом того, что степень расшире

ния продуктов принимается равной семи, а скорость звука в воздухе при нормальных условиях составляет 340 м/с, рассчитаем значения безразмерного давления и импульса фазы сжатия при дефлаграции облака ТВС:

 







10,83 0,14







 



 

 

300 7 1 0,83 0,14







340 7 0, 62







  

0,,2



0646,

  

гг

 

  

CCR

  

1 0,06 0,01 0,0025

 





0, 4( 1)



 





300 7 1 0,4(7 1)300 0,06 0, 01 0,0025

  

 

  

340 7 7 340 0, 62

  





 

 

0,62 0,6052

0, 8.

9. Исходя из условий (2.14) и (2.15) выберем окончательные мини-





мальные значения давления и импульса фазы сжатия:

min 0,64; 0,76() 0,4 6,

хх

min 0,058; 0,0() 0,5. 50

хх



10. По формулам (2.16) и (2.17) рассчитаем размерные величины

давления и импульса фазы сжатия:

РРР



2/3 1/3

IP E



0,64 101,3 64,8 кПа0,

0,05 101,3 (55 10 )

2/3 6 1/3



340

1, 2 кПа/с.



Варианты задания для самостоятельной работы

Определить параметры ВУВ при взрыве облака при условии, что

С C

гст

Номер

варианта

в соответствии с заданным вариантом.

Вещество M

1 2 3 4 5 6 7 8

9 10 11 12

Бутан Ацетилен Водород Аммиак Ацетон Бензин Пропан Гексан Сероуглерод Этилен Сероводород Пропилен

, кг r, м

5000 1000 2000 3000 2500 1000 4000 2500 3000 6000 5000 1000

40 50 60 70 90

100

40 50 60 70 90

100

<<< < Предыдущая 1 23 / 173 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 > Следующая >>>

Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]