Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Прогнозирование чрезвычайных ситуаций. Прогнозирование последствий взрыва облака топливно-воздушной смеси. Учебное пособие
.pdf
Пример расчета
Требуется рассчитать значение нижнего концентрационного предела распространения пламени бутилового альдегида по его структурной
формуле.
Решение
1. Структурная формула бутилового альдегида имеет следующий
вид:
Н Н Н О
| | | ||
H – C – C – C – C
| | | |
H H H H
2. По структурной схеме определим вид и количество связей в мо-
лекуле бутилового альдегида:
4; 8; 1.mmm
CC CН C=О
3. По данным табл. 2.7 определим значение коэффициентов
h
.
S
4. По формуле (2.40) рассчитаем значение нижнего концентраци-
онного предела распространения пламени бутилового альдегида:
С
нк пр
hm
SS
1100 1100
41, 2 4 49,2 8 34,
1, 863%.
1
Задание для самостоятельной работы
Требуется определить значение нижнего концентрационного предела распространения пламени по структурной формуле вещества в
соответствии с заданным вариантом.
Номер
варианта
1
2
3
4
Ацетилен
Этилен
Метилацетилен
Бензол
Вещество Химическая формула
С2Н2
С
2Н4
С
3Н4
С
6Н6
51
Окончание таблицы
Номер
варианта
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
Метиловый спирт
Винилацетилен
Декан
Окись этилена
Этиловый спирт
Бутан
Бутановый спирт
Ацетон
Пропиловый спирт
Этан
Метилбензол
Дихлорэтан
Сероводород
Циклогексан
Пропан
Амиловый спирт
Вещество Химическая формула
ОН
СН
3
С
4Н4
С
10Н22
О
С
2Н4
ОН
С
2Н5
С
4Н10
ОН
С
4Н9
О
С
3Н6
СН(ОН)СН3
СН
3
С
2Н6
2Н4Cl2
S
H
2
6Н12
С
3Н8
5H12
O
С
6Н5СН3
С
С
C
Еще одним методом оценки нижнего концентрационного предела
является метод, основанный на закономерности изменения
С
нк пр
в
гомологических рядах органических соединений. Для демонстрации
данной закономерности на рис. 2.2 и 2.3 представлены соответственно
зависимости нижнего предела в рядах н-алканов и н-спиртов [10].
С
Одинаковый характер зависимости значения
в гомологиче-
нк пр
ских рядах органических соединений делает возможным использование для прогнозирования
С
нк пр А
метода сравнительного расчета, ко-
торому соответствует уравнение вида [10]
.САС В
где
С
нк пр А
и
нк пр нк пр А
С
– соответственно нижние концентрационные
нк пр
(2.41)
пределы распространения пламени алканов и соответствующие им,
т. е. имеющие одинаковое количество углеродных атомов в алкиле,
соединения из других гомологических рядов.
52
Рис. 2.2. Изменения значения С
нк пр
в гомологическом ряду н-алканов
Рис. 2.3. Изменения значения С
нк пр
в гомологическом ряду н-спиртов
53
Соотношение (2.41) можно проиллюстрировать рис. 2.4, на кото-
ром показана взаимосвязь
С
н-алканов со значениями нижнего
нк пр
предела н-алкилхлоридов, н-алкилбромидов и н-алкилиодидов.
Рис. 2.4. Взаимосвязь нижних концентрационных пределов распространения
пламени н-алканов с н-бромидами, н-хлоридами и н-иодидами
Значения коэффициентов А и В в формуле (2.41) для некоторых ор-
ганических веществ приведены в табл. 2.8 [10].
Таблица 2.8
Значение коэффициентов А и В
Гомологический ряд А В
н-спирты
н-формиаты
н-ацетаты
н-пропионаты
н-бутираты
н-алкилхлориды
н-алкилбромиды
н-алкилиодиды
н-алкиламины
простые эфиры
циклоалканы
1,175
0,820
0,726
0,630
0,570
1,420
2,670
0,920
1,000
0,690
1,210
54
–0,250
0,264
0,090
0,010
–0,050
–0,051
–1,560
–0,175
0,000
–0,225
–0,190
Пример расчета
Р
g
Требуется определить значение нижнего концентрационного предела распространения пламени гексилпропионата по методу сравнительного расчета.
Решение
1. Подбираем соответствующий гомолог для гексилпропионата с
известным значением
С
нк пр
.
Соответствующим гомологом из ряда алканов для гексилпропионата является н-гексан, который имеет значение
С
, равное 1,24 %.
нк пр
2. Из табл. 2.8 выбираем значения коэффициентов А и В для
н-пропионатов.
3. По формуле (2.41) рассчитаем значение нижнего концентраци-
онного предела распространения пламени для гексилпропионата:
нк пр нк пр
0,630 1,24 0, 010 0, 79 %.САСВ
2.8. Определение массы горючего вещества
в облаке ТВС
Расчет массы горючего вещества в облаке ТВС зависит от вида вещества и от условий, при которых горючее вещество поступило в атмосферу. Так, для сжиженных углеводородных газов (СУГ) при мгновенной разгерметизации масса вещества в облаке равняется всей массе
СУГ, находившихся в данном резервуаре. При длительном истечении
СУГ из аварийного
находится ниже уровня жидкости, массу горючего вещества в облаке
()m
ТВС
можно рассчитать по формуле [12]
СУГ
резервуара при условии, что аварийное отверстие
2( )
PP
mS gH
36 2 ,
СУГ
0
1/2
(2.42)
где
– плотность СУГ, кг/л3 (табл. 2.9);
– площадь сечения аварийного отверстия, м2;
S
– давление в резервуаре, Па;
Р
– атмосферное давление, Па;
0
– ускорение свободного падения, м/с2;
Н – высота слоя жидкости над отверстием, м.
55
Если же истекание СУГ происходит из трубопровода, то масса го-
рючего вещества в облаке ТВС определяется по формуле [12]
mS
60 1
СУГ
2( )
PP
1/2
0
1/2
4
fl
, (2.43)
d
где
fg
41 3,71 ;
c
(2.44)
2
d
l – длина трубопровода, м;
d – диаметр трубопровода, м;
с – толщина стенки трубопровода, м.
Таблица 2.9
Плотность углеводородов в жидком состоянии
Плотность (кг/м3) при температуре (°С)
Вещество
–40 –30 –20 –10 0 10 20 30 40
Этан
Пропан
Пропен
Изобутан
Изобутен
Изопентан
2-метилбутен-2
Циклопентан
2,2-диметилбутан
2,3-диметилбутан
2-метилпентан
3-метилпентан
н-гексан
Метилциклопентан
Циклогексан
Бензол
Толуол
2-метилгептан
3,4-диметилгексан
4-метилгептан
481,0
579,4
598,9
624,7
662,4
677,4
719,6
803,4
701,1
713,4
704,7
716,1
711,5
804,4
834,5
941,4
922,5
745,0
766,5
751,6
464,9
567,7
586,3
614,1
651,5
668,0
710,6
793,8
692,8
705,1
696,4
707,8
703,1
795,1
825,2
931,1
913,2
737,3
758,7
743,9
447,3
555,5
573,5
603,3
640,5
658,5
701,4
784,2
684,4
696,7
688,0
699,4
694,6
785,8
815,9
920,8
903,9
729,5
750,8
736,1
56
427,5
542,9
559,9
592,3
629,4
648,9
692,0
774,5
675,9
688,0
679,5
690,9
686,0
776,5
806,6
910,4
894,7
721,6
742,9
728,2
404,8
529,7
545,7
586,7
618,0
639,2
682,3
764,8
667,2
679,5
670,9
682,2
677,2
767,2
797,3
900,0
885,5
713,8
735,0
720,4
377,5
515,8
530,6
569,4
606,5
629,4
672,4
755,1
658,2
670,6
662,0
673,3
668,4
757,9
788,0
889,6
876,2
705,9
727,1
712,5
342,1
501,1
514,8
557,3
594,7
619,6
662,3
745,4
649,2
661,6
653,2
664,3
659,4
748,6
778,6
879,0
866,9
697,9
719,2
704,6
291,9
485,5
498,1
544,8
582,6
619,6
652,0
735,6
640,0
652,5
644,1
655,2
650,2
739,3
769,2
868,4
853,0
685,8
707,2
692,6
–
468,5
498,1
544,8
582,6
609,7
641,5
725,8
630,6
643,2
634,9
645,9
640,9
730,0
759,6
857,6
848,3
681,7
703,2
688,5
Пример расчета
Требуется определить массу пропена в облаке ТВС при его дли-
тельном истечении из аварийного резервуара с внутренним давлением
1,6 МПа, если площадь аварийного отверстия составляла 20 см
2
и оно
находилось ниже уровня жидкости на 0,5 м.
Решение
1. По табл. 2.9 определим плотность пропена при заданной темпе-
ратуре:
ρ = 468,9 кг/м
3
.
2. По формуле (2.42) рассчитаем массу газа в облаке ТВС:
2( )
PP
mS gH
36 468,9 0,002 2 9,81 0, 5
36 2
СУГ
2(1 600 000 101 300)
46
8, 1.0
0
3
1/2
1/2
546 к9г
Задания для самостоятельной работы
Требуется определить массу горючего газа в облаке ТВС в соответ-
ствии с заданным вариантом.
Номер
варианта
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
Вещество
Этан
Пропан
Пропен
Изобутан
Изобутен
Изопентан
2-метилбутен-2
Циклопентан
2,2-диметилбутан
2,3-диметилбутан
Р,
МПа
0,7
0,8
0,9
1,0
1,1
1,2
1,3
1,4
1,5
1,6
Н, м
0,2
0,3
0,4
0,5
0,6
0,8
0,9
0,2
0,3
0,4
см
20
30
40
50
60
20
30
40
50
60
S,
l, м d, м с, м
2
5
–
15
–
25
–
5
10
–
20
0,5
–
0,6
–
0,7
–
0,8
0,9
–
0,5
0,03
–
0,04
–
0,05
–
0,07
0,1
–
0,03
57
Окончание таблицы
p
Номер
варианта
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
Вещество
2-метилпентан
3-метилпентан
н-гексан
Метилциклопентан
Циклогексан
Бензол
Толуол
2-метилгептан
3,4-диметилгексан
4-метилгептан
Р,
МПа
1,7
1,8
0,7
0,8
0,9
1,0
1,1
1,2
1,3
1,4
Н, м
0,5
0,6
0,8
0,9
0,2
0,3
0,4
0,5
0,6
0,8
см
20
30
40
50
60
20
30
40
50
60
S,
l, м d, м с, м
2
25
–
5
10
15
–
25
–
15
–
0,4
–
0,6
0,8
0,5
–
0,7
–
0,8
–
0,1
–
0,04
0,1
0,8
–
0,05
–
0,1
–
Кроме этого удельную массу паров испарившегося сжиженного га-
3
за [кг/м
] можно рассчитать в соответствии с приложением ГОСТ Р
12.3.047–99 [11]. В этом случае необходимо учитывать, что расчет
проводится для тех случаев, когда температура подстилающей поверхности составляет от –50 до +40 °С. Расчетная формула имеет следующий вид [11]:
М t
mTT
СУГ 0 жтв
()2
Ld
исп
5,1 Re
t
в
, (2.45)
где М – молярная масса сжиженного газа, кг/кмоль;
L
– мольная теплота испарения сжиженного газа при его
исп
начальной температуре, Дж/моль;
Т
– начальная температура материала, на поверхность которого
0
разливается сжиженный газ, соответствующая расчетной тем-
t
пературе
Т
– начальная температура сжиженного газа, К;
ж
– коэффициент теплопроводности материала, на поверхности
тв
которого разливается сжиженный газ,
– текущее время, принимаемое равным времени полного испаре-
t
, К;
Вт/(мК);
ния сжиженного газа, но не более 3600 с;
58
– эффективный коэффициент температуропроводности материа-
p
p
ла, на который разливается газ, принимаемый равным
8, 4 10 м /с;
– число Рейнольдса;
Re
– коэффициент теплопроводности воздуха при расчетной тем-
в
пературе
– характерный размер пролива сжиженного газа, м.
d
–8 2
t
Вт/(мК);
,
Число Рейнольдса рассчитывается по формуле [11]
Revd
, (2.46)
в
где v – скорость воздушного потока, м/с;
– кинематическая вязкость воздуха при расчетной температуре
в
2
t
м /с.
,
Характерный размер пролива сжиженного газа, другими словами,
эффективный диаметр пролива d, определяется по формуле [11]
где S – площадь пролива,
2
м .
d
4S
, (2.47)
Пример расчета
Требуется определить массу паров, образовавшихся при испарении
разлившегося при аварийной разгерметизации сжиженного этилена из
изотермического резервуара объемом
1000 м ,
3
если известно, что сте-
пень заполнения резервуара составляла 95 %, мольная теплота испаре-
L
ния
1, 34 4 10 Дж/моль,
равной 169,5 К,
сжиженного этилена при начальной температуре составляет
исп
4
его плотность при начальной температуре
2,0204 кг/м , температура бетона
3
,Т
на который раз-
0
Т
ж
лился сжиженный этилен, равна 309 К, коэффициент теплопроводности бетона
сти воздуха
составляет
тв
при расчетной температуре равен
в
1,5 Вт/(мК),
коэффициент теплопроводно-
2
2,74 10 Вт/(мК),
,
59
площадь обвалования резервуара равна
5184 м ,
2
высота обваловки
составляет 2,2 м.
Решение
1. Определим молярную массу этилена в соответствии с разде-
лом 2.5:
–3
28 10 кг/моль.М
2. По степени заполнения резервуара определим массу сжиженного
этилена в резервуаре:
1000 0, 95 2,0204 1919,38 кг.
3. Определяем объем обвалования:
3
5184 2,2 11404,8 м .V
об
Так как объем обвалования больше объема сжиженного газа, то
этилен останется в обваловке, и за площадь испарения нужно брать
площадь обваловки.
4. По формуле (2.47) рассчитаем характерный размер пролива:
4 4 5184
d
S
81, 3 м.
3,14
5. По формуле (2.46) рассчитаем значение числа Рейнольдса с уче-
том того, что скорость воздушного потока v составляет 5 м/с, кинематическая вязкость воздуха
климатического района, равной 36 °С, составляет
Re
при расчетной температуре для нашего
в
52
vd
в
581,3
1, 6 4210
1, 64 10 м /с:
5
47,9 10 .
5
6. По формуле (2.45) рассчитаем удельную массу паров сжиженно-
го этилена:
М t
mTT
СУГ 0 жтв
()2
Ld
исп
60
5,1 Re
t
в
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]