4. Определение возможности распространения пламени(взрыва) в помещении при наличии источника зажигания

Анализируемая ситуация: Некто хранил в одном из помещений квартиры стеклянную емкость с органическим растворителем. Ребенок, играя в этом помещении, разбил банку, но взрослым ничего не сказал. Необходимо определить, какая концентрация сформируется в помещении через определенное время и возможно ли распространение пламени в помещении при наличии источника зажигания (случайного (электрическая искра в выключателе) или постоянного, например горящая газовая горелка на кухне).

Исходные данные

Данные для расчета представлены в табл.4.1. Вариант задания соответствует № студента по списку в журнале кафедры ПЭ и БТ.

В табл.4.2 приведены некоторые данные органических растворителей, используемые в расчетах.

Таблица 4.1 – Исходные данные для решения ситуационной задачи

№	Характеристика помещения			Растворитель
	Назначение и размеры (объем), м (м3)	Температура воздуха, С	Скорость движения воздуха, м/с	Название	Объем, л	Время испарения, мин
1	Кухня, 4х4х2,75	30	0,1	Ацетон	2,0	40
2	Ванная, 4х3х2,5	30	0,1	Бензол	2,6	45
3	Подсобное, 14	15	0,2	Изопропанол	3,0	50
4	Кухня, 4,5х4х2,8	28	0,2	н-Пропанол	3,4	55
5	Ванная, 4х3,5х2,7	28	0,1	Толуол	4,0	60
6	Подсобное, 15	16	0,2	Этанол	2,0	35
7	Кухня, 4х4,5х2,6	26	0,1	Ацетон	2,6	40
8	Ванная, 4х3,5х2,5	26	0,1	Бензол	3,0	45
9	Подсобное, 16	18	0,2	Изопропанол	3,4	50
10	Кухня,4х4х2,75	26	0,2	н-Пропанол	4,0	55
11	Ванная, 4х3х2,5	26	0,1	Толуол	2,0	60
12	Подсобное, 16	20	0,2	Этанол	2,6	35
13	Кухня, 4,5х4х2,8	24	0,1	Ацетон	3,0	40
14	Ванная, 4х3,5х2,5	25	0,1	Бензол	3,4	40
15	Подсобное, 14	22	0,2	Изопропанол	4,0	45
16	Кухня, 4х4х2,75	25	0,2	н-Пропанол	2,0	50
17	Ванная, 4,5х3х2,5	24	0,1	Толуол	2,6	55
18	Подсобное,14	23	0,2	Этанол	3,0	60
19	Кухня, 4,5х4х2,8	26	0,1	Ацетон	3,4	35
20	Ванная, 4х3х2,5	27	0,1	Бензол	4,0	40
21	Подсобное, 15	22	0,2	Изопропанол	2,0	40
22	Кухня, 4х4х2,75	27	0,2	н-Пропанол	2,6	45
23	Ванная, 4,2х3х2,5	28	0,1	Толуол	3,0	50
24	Подсобное,16	21	0,2	Этанол	3,4	55
25	Кухня, 4,5х4х3	29	0,1	Ацетон	4,0	60
26	Ванная, 4х3х2,5	32	0,1	Бензол	2,0	35
27	Подсобное, 18	20	0,1	Изопропанол	2,6	45
28	Кухня, 4х4х2,75	25	0,2	н-Пропанол	3,0	50
29	Ванная, 4х3х2,5	30	0,2	Толуол	3,4	55
30	Подсобное, 20	19	0,1	Этанол	4,0	60

Таблица 4.2 – Некоторые данные по органическим растворителям

№	Наименование вещества	М	п	НКПРП	ВКПРП	Формула для расчета давления насыщенного пара lg Р =
	Ацетон	58,08	1,4	2,7	13	6,37 – [1281,72 / (237,09 + t)]
	Бензол	78,11	2,77	1,43	8,0	5,61 – [902,275 / (178,10 + t)]
	Изопропанол	60,09	2,1	2,23	12,7	7,51 – 1733,00 / (232,38 + t)
	н-Пропанол	60,09	2,1	2,3	13,6	7,44 – 1751,98 / (225,13 + t)
	Толуол	92,14	3,1	1,27	6,8	6,05 – [1328,17 / (217,71 + t)]
	Этанол	46,07	2,06	3,6	17,7	7,81 – [1918,51 / (252,13 + t)]

Примечание: М  молярная масса, кг/кмоль; _п  плотность газа (пара) по воздуху; плотность воздуха – 1,293 кг/м³;НКПРП и ВКПРП – нижний и верхний концентрационные пределы распространения пламени, % (об.)

Методика расчета

Расчет начинается с определения интенсивности испарения растворителя (W) по формуле:

(4.1)

где   коэффициент, принимаемый в зависимости от скорости и температуры воздушного потока (табл. 4.1) над поверхностью испаряющейся жидкости (табл.4.3 или рис.4.1);

Р_нас  давление насыщенного пара растворителя при заданной температуре воздуха (t, С) в помещении (табл.4.1), кПа; рассчитывается по формулам, приведенным в табл.4.2;

М – молярная масса растворителя (табл.4.2).

Таблица 4.3 – Значение коэффициента  в зависимости от скорости воздушного потока и температуры воздуха в помещении

Скорость воздушного потока в помещении V, м/с	Значение коэффициента  при температуре t (С) воздуха в помещении
	10	15	20	30	35
0,1	3,0	2,6	2,4	1,8	1,6
0,2	4,6	3,8	3,5	2,4	2,3

Рисунок 4.1 – Зависимость коэффициента  от температуры воздуха в помещении при скорости воздушного потока 0,1 м/с (кривая 1) и 0,2 м/с (кривая 2);

Масса растворителя в воздухе помещения (m, кг) рассчитывается по формуле:

m = W F_и T (6.4)

где W – интенсивность испарения, кг/(с_*м²);

F_и – площадь испарения, м²; при определении площади испарения необходимо учесть, что 1 л чистого растворителя разливается на площади в 1 м² (табл.4.1);

Т – время испарения, с (табл.4.1).

Зная массу растворителя в помещении, определяют занимаемый им объем (V_p), м³ по формуле:

V_р = m / (_п*1,293) (4.3)

Для определения концентрации растворителя (С_р, % (об.)) в воздухе помещения, которая сформируется после его разлива, используется выражение:

(4.4)

где V_р – объем растворителя в воздухе помещения, м³; рассчитывается по формуле (4.3);

V_{п св}  свободный объем помещения, м³; свободный объем помещения соответствует 80% геометрического и определяется по формуле:

V_{п св} = 0,8 V_п (4.5)

где 0,8  коэффициент перехода от геометрического объема помещения к свободному объему помещения, используемому в расчетах;

Полученное значение С_р сравнивают с НКПРП и ВКПРП и делают заключение о возможности взрыва в помещении при наличии источника зажигания.