Салават 2006

Изложены экспериментальный и расчетный методы определения показателей пожаровзрывоопасности горючих паровоздушных смесей.

Приведены расчетные формулы, необходимые при выполнении лабораторной работы по курсу «Безопасность жизнедеятельности».

Методические указания предназначены для студентов специальности 24080.65 «Машины и аппараты химических производств» всех форм обучения.

© Филиал Уфимского государственного нефтяного технического

университета в г. Салавате,2006.

Цель работы: определить количество паров легковоспламеняющейся жидкости (ЛВЖ), поступивших в помещение, рассчитать нижний и верхний концентрационные пределы воспламенения паров ЛВЖ и сравнить их с таб­личными.

1 Общие положения

Пожаровзрывобезопасность производственных помещений и технологи­ческого оборудования во многом определяется наличием горючих газов (ГГ), паров ЛВЖ, паров горючих жидкостей (ПК) и горючих пылей (ГП).

К основным показателям пожаровзрывобезопасности веществ и мате­риалов относятся:

- нижний (НКПВ) и верхний (ВКПВ) концентрационные пределы воспламенения газов, паров и горючих пылей, определяемые эксперименталь­но или расчетом в соответствии с ГОСТ 12.1.041-83; ГОСТ 12.1.044-84;

- температура вспышки, самовоспламенения и воспламенения горю­чих жидкостей, определяемые экспериментально или расчетом по ГОСТ 12.1.044-84;

- минимальная энергия зажигания смесей горючих газов и паров с воздухом и аэровзвесей горючих пылей, рассчитываемая на основе методик ВНИИПО (Всероссийский научно-исследовательский институт пожарной ох­раны).

Нижний концентрационный предел воспламенения (НКПВ) - это мини­мальное содержание горючего в смеси, при котором возможно ее воспламене­ние. ВКПВ - это максимальное содержание горючего в смеси, при котором возможно ее воспламенение.

2 Определение количества горючего вещества, поступившего в помещение

Образование горючей смеси в рассматриваемом помещении обусловлено совместным появлением в нем достаточного количества горючего вещества (it или паров ЛВЖ) и окислителя (воздуха) с учетом параметров состояния (тем­пературы, давления и др.).

Определение количества горючего вещества (газа, пара, пыли) необхо­димо для установления их концентраций в объеме помещения и сравнения их значений с концентрационными пределами воспламенения (НКПВ, ВКПВ).

Массу паров жидкости m_n, поступивших в помещения от источника ис­парения (свободная поверхность открытой емкости, поверхность разлитой жидкости), можно определить по формуле

m_n = WF_n, (1)

где W - интенсивность испарения, кг/см²;

F - площадь испарения, м²;

_n - длительность испарения, с.

Интенсивность испарения W определяется по справочным и экспери­ментальным данным. Для ЛВЖ допускается рассчитывать интенсивность ис­парения по формуле

W = 10^-6 (2)

где  - коэффициент, принимаемый по таблице 1 в зависимости от ско­рости и температуры воздушного потока над поверхностью испаре­ния;

М - молярная масса

Р_н - давление насыщенного пара при критической температуре жидко­сти, определяемая по справочным данным или рассчитываемое, по уравнению Антуана, кПа.

Таблица 1 - Значение коэффициента 

Скорость воздушного поток в помещении, м/с	Температура воздуха в помещении, С
	10	15	20	30	35
0	1,0	1,0	1,0	1,0	1,0
0,1	3,0	2,6	2,4	1,8	1,6
0,2	4,6	3,8	3,5	2,4	2,3
0,5	6,6	5,7	5,4	3,6	3,2
1,0	10,0	8,7	7,7	5,6	4,6

Уравнение Антуана позволяет определит Р_н, Па, по формуле

где t - расчетная температура жидкости, °С.

Гептан (С₇ Н₁₆): условная молекулярная масса М = 100,203; температура вспышки t_всп, = - 4 °С; нижний концентрационный предел воспламенения пара в воздухе при атмосферном давлении, приведенный к температуре 25 °С, % об; н° = 1,074, параметры Антуана А = 6,95154; В = 1295,405; С_А = 219,819.

Гексан (С₆ Н₁₄): условная молекулярная масса М = 86,177; температура вспышки t_всп= - 23 °С; НП = 1,24 % об; ВП = 6,0 % об; параметры Антуана А= 6,87024; В = 1166,274; С_А = 223,661.

Концентрация горючего вещества в объеме помещения равна для паров ЛВЖ при отсутствии подвижности воздушной среды.

(3)

при подвижности воздушной среды

(4)

где С_n - концентрация насыщенных паров при расчетной температуре воздуха в помещении, об. %;

С_n=100 (5)

где Р_п - давление насыщенных паров при расчетной температуре, кПа; Р₀ - атмосферное давление, равное 101 кПа;

р_п - плотность пара при расчетной температуре, кг/м³;

V_cв - свободный объем помещения, принимаемый равным 80 % от геометрического объема помещения, м³.

В качестве расчетной температуры следует принимать температуру воздуха в данном помещении (допускается принимать ее равной 61С).

Полученные концентрации горючего вещества сравниваются с НКПВ и ВКПВ.

НКПВ и ВКПВ различных горючих веществ определяются по справоч­ным данным или могут быть приближено рассчитаны по эмпирическим формулам

НП= (5)

ВП= (6)

где НП и ВП – соответственно нижний и верхний концентрационный предел взрываемости (воспламенения);

N – количество атомов водорода, необходимое для полного сгорания одной молекулы горючего компонента смеси, определяемое из реакции горения горючего компонента смеси.

Например для гептана

C₇Н₁₆ + 11О₂  7СО₂ + 8Н₂О.

Следовательно, N = 11.

В зависимости от величины нижнего концентрационного предела взрываемости (воспламенения) принимаемых горючих газов и паров производства и помещения имеют различную степень пожарной опасности.

Согласно Нормам пожарной безопасности (НБП 105-95) все объекты в соответствии с характером технологического процесса по взрывоопасности подразделяются на 5 категорий.