2.2 Визначення надлишкового тиску та ступеню руйнування будівель та споруд при вибуху горючої речовини всередині приміщення

При оцінці обстановки, що виникає на об’єкті, де використо­вуються вибухо-, пожеженебезпечні речовини, важливо розрізня­ти випадки, коли аварія виникає в приміщенні чи поза приміщен­ням. Вибухи в приміщеннях приводять до більш тяжких руйнацій тому, що частка участі горючої речовини внаслідок виключення розпорошення, у вибуху значно більша. Також при вибухах у приміщеннях значну небезпеку для людей становить не стільки безпосередній вплив повітряної хвилі, скільки вторинні впливи (уламки, бите скло тощо) при руйнуванні обладнання, котре там знаходиться, та конструкцій об’єкту.

При вирішенні цього завдання розраховують величину надлишкового тиску, який виникає при вибуху, за ним визначають ступінь руйнування обладнання та споруд. Можна також визначати категорію виробництва за вибухо – пожежною небезпекою.

Рисунок 2.1 - Руйнування будинків при вибуху вибухонебезпечної (горючої) рідини

Якщо при вибуху утворюється надлишковий тиск більше 5 кПа – виробництво вважається вибухо – пожежо небезпечним і відносится до категорії А або Б.

Надлишковий тиск вибуху для горючих речовин , які складаються з атомів C , H , O , Cl , Br , I , F, визначають за формулою:

Р = (Р_max- Рo) * (100* m *z) / (V_{с в.}* C_стех.k_{н *}),

де Р_max - максимальний тиск вибуху стехіометричної газоповітряної або пароповітряної суміші у замкнутому об’ємі , кПа;

Рo – початковий тиск (приймається рівним 101 кПа);

m – маса горючої речовини, газу, кг;

z

– коефіцієнт участі горючої речовини в вибуху (для горючих газів – 0.5; ЛЗР - 0.3);

V_{с в}– вільний об’єм приміщення, м³ ;

C _стех.– стехіометрична концентрація горючого газу або пари, об. %;

C _стех.= 100/(1 +4.84β), де β – стехіометричній коефіцієнт оксигену в реакції згоряння: β = n_C+ [ (n_Н+ n_Х) / 4] - n_О/2, тут n_C, n_Н, n_Х, n_О - число атомів карбону, гідрогену, галогенів, оксигену в молекулі горючої речовини.

k _н - коефіцієнт негерметичності приміщення (приймається рівнім 3);

- густина пари або газу.

Надлишковий тиск вибуху для горючих речовин, крім зазначених вище, а також сумішей, можна обчислити наступним чином :

Р = (m * Н_ТzРo) / (V_{с в.}* Т₀* С_р*k_н* _в),

де Н_Т - теплота згоряння, Дж / кг.

 _В - густина повітря до вибуху, кг/ м³;

С _р - теплоємність повітря (приймається рівною 1.01 * 10 ³Дж / кг * К);

Т ⁰ – початкова температура повітря , К.

Приклад за завдання: У виробничому приміщенні розміром 12*6*3,2 м. у результаті аварії на трубопроводі розлилося 8кг ацетону. Приміщення цеху – цегляній двоповерховий будинок. Визначити величину надлишкового тиску, що утворюється при вибуху.

Розв’язування: 1) Стехіометричний коефіцієнт оксигену в реакції згоряння (формула ацетону - С ₃ Н₆ О):

β = n_C + (n_Н + n_Х) / 4 - n_О /₂= 3 + (6/4) – 1/2 = 4

2) Стехіометрична концентрація:

C _стех. = 100 /(1 +4.84β) = 100/ (1+ 4.84 * 4) = 4.91

3) Вільний об’єм приміщення V_СВ. = V_ПР. * 0.8 = 252 * 0.8 =201,6 м³

4) Надлишковий тиск: Р = (Р_max - Рo) * (100* m *z) / (V_{с в.} * C _стех*_. k _н* ) =

= (909 – 101) (100 * 8* 0.3) / (201,6* 4,91 * 3 * 2.4) = 26,97 кПа.

Висновок: При вибуху 8 кг. ацетону в середини приміщення утворюється надлишковий тиск у 27 кПа. При цьому тиску цегляній двоповерховий будинок буде повністю зруйнований.