Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Теория горения и взрыва. Практикум
.pdf
Горение водорода:
22
CO O CO
56 кг 32 кг 88 кг
4 2 2 2
CH O CO H O
16 кг 64 кг 44 кг 36 кг
2 2 2
H O H O
4 кг 32 кг 36 кг
2
CO
88
1.57
56
m
2
CO
44
2.75
16
m
2
HO
36
2.25
16
m
2
HO
36
9
4
m
2
CO
1.57
0.794
1.977
V
2
CO
2.75
1.391
1.977
V
2
HO
2.25
2.798
0.804
V
2
HO
9
11.19
0.804
V
2Н2+О2=2Н2О.
Углекислый газ является продуктом полного горения, поэтому для него
уравнение реакции не записывается.
Подставим в эти уравнения молекулярные массы входящих в них элементов.
Для горения угарного газа:
.
Для горения метана:
.
Для горения водорода:
.
Определим массу продуктов сгорания 1 кг каждого из компонентов смеси.
Для горения угарного газа:
(кг).
Для горения метана:
(кг);
(кг).
Для горения водорода:
(кг).
Определим объем продуктов сгорания 1 кг каждого из компонентов по из-
вестным значениям их плотности при нормальных физических условиях.
Для горения угарного газа:
(м3).
Для горения метана:
(м3);
(м3).
Для горения водорода:
Определим объем продуктов сгорания 1 м3 каждого из компонентов по из-
вестным значениям их плотности при нормальных физических условиях.
(м3).
31
Для горения угарного газа (=1,25 кг/м3):
2
CO
0.794 1.25 1V
2
CO
1.391 0.717 1V
2
HO
2.798 0.717 2V
2
HO
11.19 0.09 1V
2
3
CO
1
5 1 10 1 35 0.50 м
100
V
2
3
HO
1
2 35 1 50 1.20 м
100
V
22
3
CO H O
1.70мV V V
Газ
Формула
Продукты горения
СО2, м
3
Н2О, м
3
SO2, м
3
Водород
Н2 — 1 —
Оксид углерода
СО 1 —
—
Сероводород
Н2S — 1
1
Метан
СН4 1 2 —
Ацетилен
С2Н2 2 1 —
Этилен
С2Н4 2 2 —
Для горения метана (=0,717 кг/м3):
(м3).
(м3);
(м3).
Для горения водорода (=0,09 кг/м3):
(м3).
Суммируя полученные объемы продуктов сгорания при горении угарного
газа, метана и водорода (с учетом их процентного содержания в смеси), можно
определить общее количество продуктов сгорания:
(м3);
(м3).
Таким образом, суммарный объем продуктов сгорания
(м3),
включая 0.05 м3 углекислого газа, содержащегося в исходной смеси.
Аналогичным способом можно рассчитать объем газообразных продуктов,
образующихся при полном сгорании 1 м3 любого конкретного газа. Для некоторых газов результаты расчетов приведены в табл. 15 (5.8у).
Таблица 15 (5.8у)
Состав и объем газообразных продуктов,
образующихся при полном сгорании 1 м3 газов
32
С помощью табл. 15 (5.8у) можно определить как состав продуктов полно-
го сгорания, так и их процентное содержание в любой горючей смеси, состоящей из приведенных в таблице газов.
7.5. Варианты заданий для самостоятельной работы студентов
Задания студентам: определить объем газообразных продуктов полного
сгорания для горючего газа с параметрами, указанными в табл. 14.
7.6. Порядок выполнения работы
1). Ознакомиться с основными положениями выполняемой работы.
2). Записать исходные данные своего варианта из табл. 14.
3). Выполнить расчеты, как показано в примере расчетов.
4). Оформить отчет по работе по форме, изложенной в подпункте 1.2
настоящего пособия.
33
Практическое занятие № 8
22
C O CO
12 кг 32 кг 44 кг
2
CO
44
3.667
12
m
2
CO
3.667
1.85
1.997
V
2
N
1/1.251 0.799V
2
HO
1/0.804 1.245V
Вещество
СО2
Н2О
SO2
N
Углерод
1.85
— — —
Водород — 11.2 - —
Сера — —
0.7
—
Расчет количества продуктов сгорания твердого топлива
8.1. Целью работы является изучение методов расчета количества про-
дуктов сгорания твердого топлива.
8.2. Методические рекомендации
Если известен элементарный состав сложного вещества, то есть его экви-
валентная формула, то состав и количество газообразных продуктов сгорания
1 кг вещества можно определить по уравнениям реакций горения основных горючих компонентов — водорода, углерода и серы.
При этом записывается уравнение реакции горения, например, для углеро-
да:
С+О2 = СО2.
В уравнение подставляются молекулярные массы элементов:
.
Определяются масса и объем углекислого газа, образующегося при полном сгорании 1 кг углерода:
кг;
(м3).
Аналогично определяются масса и объем газообразных продуктов полного
сгорания водорода и серы. Если в составе топлива содержатся азот N2, влага W
и зола A, то они в процессе горения не участвуют. Эти компоненты переходят в
газообразное состояние и смешиваются с остальными продуктами горения. При
нормальных физических условиях
1 кг азота имеет объем
а 1 кг паров воды имеет объем
(м3),
(м3).
В табл.16 (5.9у) приведены состав и объем газообразных продуктов, обра-
зующихся при полном сгорании 1 кг горючих веществ.
образующихся при полном сгорании 1 кг горючих веществ
Таблица 16 (5.9у)
Количество газообразных продуктов (м3),
34
Азот — — — 0.8
Вода — 1.24 — —
Пользуясь этими данными, можно определить количество продуктов горе-
Вещество
С
Н2
О2 S N2 W А
Вариант
Содержание, масс.%
75,8
3,8
2,8
2,5
1,1
3,0
11,0
Содержание в долях
0,758
0,038
0,028
0,025
0,011
0,03
0,11
1 - пример
Содержание в долях
0,7
0,04
0,03
0,02
0,01
0,1
0,1
2
Содержание в долях
0,6
0,15
0,01
0,025
0,015
0,15
0,05
3
Содержание в долях
0,65
0,03
0,035
0,015
0,01
0,2
0,06
4
Содержание в долях
0,66
0,031
0,029
0,021
0,019
0,04
0,16
5
Содержание в долях
0,67
0,032
0,028
0,022
0,018
0,1
0,13
6
Содержание в долях
0,68
0,033
0,027
0,023
0,017
0,12
0,1
7
Содержание в долях
0,69
0,034
0,026
0,024
0,016
0,11
0,1
8
Содержание в долях
0,72
0,035
0,025
0,025
0,015
0,09
0,09
9
Содержание в долях
0,73
0,036
0,024
0,026
0,014
0,1
0,07
10
Содержание в долях
0,74
0,037
0,023
0,027
0,013
0,8
0,8
11
2
CO
0.758 1.85 1.4V
2
HO
0.038 11.2 0.03 1.24 0.46V
2
SO
0.025 0.07 0.017V
2
N
0.011 0.8 0.01V
ния, если известен элементарный состав любого топлива.
8.3. Формулировка задания №8. Рассчитать количество продуктов горе-
ния твердого топлива на примере сгорания каменного угля.
8.4. Пример решения задания
В качестве примера определим количество продуктов сгорания 1 кг камен-
ного угля — см. табл. 17 (5.10у), вариант 1.
Таблица 17 (5.10у)
Элементарный состав угля
Используя данные табл. 5.9у и 5.10у определим объем газообразных про-
дуктов полного сгорания:
(м3);
(м3);
(м3).
Суммируя объёмы, получаем:
Vгаза = Vco2 + VH
O + Vso
2
+ VN2 = 1,4+0,46+0,017+0,01 = 1,887 м3.
2
Таким образом, при сгорании 1 кг каменного угля образуется ~ 2 м3 газо-
образных продуктов полного сгорания.
8.5. Варианты заданий для самостоятельной работы студентов
Определить объем газообразных продуктов полного сгорания для 1 кг ка-
менного угля с параметрами, указанными в табл. 17.
35
(м3);
8.6. Порядок выполнения работы
1). Ознакомиться с основными положениями выполняемой работы.
2). Записать исходные данные своего варианта из табл. 17.
3). Выполнить расчеты, как показано в примере расчетов.
4). Оформить отчет по работе по форме, изложенной в подпункте 1.2
настоящего пособия.
36
Практическое занятие № 9
Методика расчета категорий помещений (технических, складских)
по взрывопожарной и пожарной опасности
9.1. Целью работы является ознакомление с методикой расчета категорий
помещений (технических, складских) по взрывопожарной и пожарной опасности, ознакомление с нормативно–справочными документами по теме обеспечения пожаровзрывобезопасности зданий и сооружений, а также проведение самостоятельного расчета категорий помещений по взрывопожарной и пожарной
опасности.
9.2. Общие положения методики расчета категории помещений
Что касается подходов к обеспечению пожаровзрывобезопасности, то сле-
дует отметить, что в настоящее время применяют методику (см., например,
Технический регламент о требованиях пожарной безопасности в редакции Федерального закона от 22.07.2008 г. № 123-ФЗ), использующую разделение
(классификацию, категорирование) анализируемых (защищаемых) объектов на
отдельные группы (категории, классы, подгруппы) по различным параметрам
(свойствам, факторам, показателям и их значениям). Для каждой группы (категории, класса, подгруппы) в справочных и нормативно–технических документах указываются обязательные требования (разработанные специалистами отрасли и утвержденные в уполномоченных органах) по обеспечению пожаровзрывобезопасности.
Разработка мероприятий по обеспечению пожаровзрывобезопасности объ-
екта начинается с анализа параметров и свойств защищаемого объекта. Цель
анализа — определение категории (класса, группы, подгруппы) объекта (здания, сооружения, помещения, рабочей зоны) по критериям, заданным в нормативно–технических документах. Методика расчета категории помещений по
взрывопожарной и пожарной опасности и классу опасности рабочей зоны приведена ниже в разделе 6, там же даны примеры расчетов по этой методике. Необходимые для подобных расчетов данные по категорированию и классификации веществ, материалов, зданий, сооружений, помещений, рабочих зон и других объектов приведены ниже, также приведены общие сведения из теории и
необходимые справочные данные из нормативно-технических документов.
После определения (расчета) категории (класса, группы) объекта можно
начинать составлять (выбирая из нормативных документов для данной категории/класса/группы) требования по обеспечению пожаровзрыво–безопасности
объекта. Составленный перечень требований становится исходным материалом
37
для разработки мероприятий по обеспечению выполнения этих требований пожаровзрывобезопасности объекта.
После разработки мероприятий по обеспечению пожаровзрыво-
безопасности объекта, следует, как правило, провести расчет вероятности возникновения пожара (взрыва) на пожаровзрывоопасном объекте. Если вероятность возникновения пожара (взрыва) на пожаровзрывоопасном объекте оказывается больше допустимой, то следует запланировать дополнительные технические или организационные меры по изменению значений параметров, определяющих пожаровзрывобезопасность объекта; после этого необходимо еще раз
провести расчет вероятности возникновения пожара (взрыва) на пожаровзрывоопасном объекте с новыми значениями параметров. Если опять не достигнута
допустимая вероятность возникновения пожара (взрыва) на объекте, то процесс
изменения параметров повторяется до тех пор, пока не будет найдено приемлемое решение.
9.3. Общие справочные данные, необходимые для определения
категорий по методике расчета категории зданий (помещений)
9.3.1. Пожаро-, взрывоопасность веществ и материалов
Пожарная и взрывная опасность веществ и материалов — близкие харак-
теристики, для рассмотрения которых используются в основном одни и те же
показатели. Различие между характеристиками заключается в скорости распространения пламени, которая для взрывных процессов существенно выше, чем
при пожаре. Способностью к взрывному горению обладают смеси с воздухом
горючих газов и паров горючих жидкостей, а также взвеси в воздухе (аэрозоли)
горючих пылей и капель горючих жидкостей.
Знание скорости распространения пламени необходимо для оценки воз-
можной взрывной нагрузки на здания и сооружения в том случае, когда внутри
или снаружи здания может образоваться взрывоопасная газо–паро–пыле-
воздушная среда. Знание взрывных нагрузок нужно также для расчета и проектирования предохранительных конструкций, предназначенных для предохранения зданий от разрушения путем сброса через них избыточного давления, развиваемого при взрывном сгорании.
Пожаро– и взрывоопасность веществ и материалов определяется показате-
лями, характеризующими предельные условия возникновения горения. При
этом необходимо помнить, что собственно сгорание веществ и материалов, как
правило, происходит в газовой фазе. Поэтому характер показателей и их количество зависят от агрегатного состояния горючих материалов. Когда горючим
38
веществом является газ, основными показателями являются концентрационные
100%
0% горючего
НКПР
ВКПР
0% воздуха
100% горюч го-
Стехиометрическое
соотношение горючего и воздуха
пределы распространения пламени (КПР), называемые также пределами воспламенения и взрываемости. Предел, определяемый минимальным содержанием горючего компонента в бедной смеси, называется нижним концентрационным пределом распространения пламени (НКПР), а предел, характеризуемый
максимально возможным содержанием горючего компонента, при котором еще
возможно распространение пламени, называется верхним концентрационным
пределом распространения пламени (ВКПР).
Для наглядности НКПР и ВКПР показаны схематически на рис. 3.
Область воспламенения
Рис. 3. Схема концентрационных пределов распространения пламени
Горение смесей возможно в области между НКПР и ВКПР, называемой
областью воспламенения. Вне этой области горение смеси в режиме распространения пламени невозможно.
При оценке пожароопасности жидкостей перечисленные выше показатели
дополняются следующими: температура вспышки (Т
), С; температура вос-
всп
пламенения (Тв), С; температурные пределы воспламенения (ТП: нижний —
НТП, верхний — ВТП), С.
В зависимости от температуры вспышки жидкости подразделяются на лег-
ковоспламеняющиеся (ЛВЖ) и горючие (ГЖ). К ЛВЖ относятся жидкости с
Т
61С и к ГЖ — с Т
всп
> 61С.
всп
Пожарная опасность твердых веществ и материалов характеризуется их
склонностью к возгоранию и самовозгоранию. К возгоранию относятся случаи
возникновения горения при воздействии внешних источников зажигания с температурой выше температуры самовозгорания (Тсв). К самовозгоранию относятся случаи горения, возникающие при температуре окружающей среды или при
умеренном нагреве ниже Тсв.
В зависимости от первоначального импульса, вызывающего самонагрева-
ние, и значения температуры самонагревания (Тсн) самовозгорание подразделяется на микробиологические, химическое и тепловое.
39
К материалам, склонным к микробиологическому самовозгоранию, отно-
сятся такие как сено, торф, слегка увлажненные древесные опилки и др., являющиеся питательной средой для микроорганизмов, выделяющих тепло. К химическим относятся случаи самовозгорания, обусловленные экзотермическим
взаимодействием веществ. Например, самовозгорание при проливе крепкой
азотной кислоты на бумагу или на древесину.
Наиболее типичным и распространенным является самовозгорание про-
масленной ветоши, имеющей большую поверхность. К этому же классу относятся пирофорные вещества, загорающиеся при контакте вещества с воздухом.
К таковым относятся, например, сульфид железа, тетрагидрид кремния и др.
Порядок совместного хранения веществ и материалов регламентируется ГОСТ
12.1.004-85. Также частыми являются случаи пожаров от самовозгорания тепловой изоляции, выполненной из минераловатных плит, опилок и некоторых
других материалов при их увлажнении.
Мелкоизмельченные твердые и жидкие горючие материалы, будучи взве-
шены в воздухе, могут образовывать взрывоопасные аэрозоли.
Отличительной особенностью горения пылевоздушных смесей в реальных
условиях является то, что первоначально возникший объем аэрозоля при быстром сгорании часто вызывает взмучивание (переход во взвешенное состояние)
отложившейся пыли и последующее ее взрывное выгорание. Этим объясняется
тот факт, что такие взрывы, как правило, развивают в конечном счете большое
давление и сопровождаются сильными разрушениями.
Одной из важнейших пожарных характеристик веществ и материалов яв-
ляется их горючесть, под которой понимается способность веществ и материалов распространять по себе горение. Горючесть — это весьма сложное понятие,
определяемое совокупностью ряда явлений и факторов. Она зависит от термодинамических и теплофизических свойств как исходных материалов, так и продуктов их превращения при горении, расположения материалов в пространстве
и их размеров и т.д. и т.п. Показатели, характеризующие горючесть веществ и
материалов, зависят от агрегатного их состояния. В частности, горючесть смесей газов и паров характеризуется наличием у них КПР (концентрационный
предел распространения пламени), горючесть жидкостей — температурой воспламенения Тв.
40
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]