Пожаровзрывобезопасность. Пожаровзрывозащита 5 задач 4 вариант. 11 Взрывы и взрывчатые вещества 11

• Название: 11 Взрывы и взрывчатые вещества 11
• Анкор: Пожаровзрывобезопасность
• Дата: 09.09.2021
• Размер: 59.16 Kb.
• Имя файла: Пожаровзрывозащита 5 задач 4 вариант.docx
• Тип: Решение; #230865

11 Взрывы и взрывчатые вещества

11. 1 Химические взрывы

1. Определение режима взрывного превращения облака газопаровоздушной смеси в пространстве

Задание для самостоятельной работы

Задание 1.

Определить режим взрывного превращения и скорость распространения фронта пламени при пожаре горючего вещества. Исходные данные представлены в таблице 3.

Таблица 3 – Исходные данные для выполнения индивидуального задания

№	Вещество	Характеристика пространства, где возник взрыв	Масса горючего вещества, кг
4	Аммиак	Свободное пространство	20

Решение

1. По классификации веществ, способных к образованию горючих смесей с воздухом, по степени своей чувствительности к возбуждению взрывных процессов, определяем, что аммиак относится к 4-му классу (слабочувствительные вещества).

2. По классификации окружающего пространства определяем, что свободное пространство, где происходит взрыв, характеризуется видом 4.

3. По экспертной таблице 2 определяем класс ожидаемого режима взрывчатого превращения – 6.

4. Устанавливаем, что 6-й класс ожидаемого режима взрывного превращения соответствует 6-му диапазону скоростей распространения фронта пламени, следовательно горения будет дефлаграционное, скорость фронта пламени найдем по формуле (1):

(1)

где k₂ – константа, равная 43.



Вывод

Таким образом, класс ожидаемого режима взрывного превращения будет 6, а скорость распространения фронта пламени при пожаре горючего вещества составит 70,84 м/с.

2. Расчет избыточного давления взрыва газопаровоздушной смеси в помещении

Задание для самостоятельной работы

Задание 1 Рассчитать избыточное давление, развиваемое при взрыве газовоздушной среды в помещении цеха. В результате аварии в цех попало M_Г(кг) горючего вещества в газообразном виде.

Полученный результат сравнить с предельно допустимым избыточным давлением при сгорании газовоздушной смеси (приложение А).

Определите концентрацию газа в воздухе помещения. Сделайте выводы по полученным результатам расчета. Решение задачи выполнить для своего варианта в соответствии таблица 2.

Таблица 2 – Исходные данные для выполнения индивидуального задания

№	Вещество	Формула соединения	Масса, кг	Размеры помещения, м
				длина	ширина	высота
4	Бутан	С4Н10	17,0	12	7	2,7

Решение

Для расчета избыточного давления воспользуемся формулой (1):

(1)

где r – расстояние от геометрического центра пролива до облучаемого объекта, м.

– максимальное давление в месте взрыва стехиометрической газопаровоздушной смеси в замкнутом объеме, определяемое экспериментально или по справочным данным. При отсутствии данных допускается принимать = 900 кПа;

– начальное давление, кПа. При расчетах допускается принимать его равным атмосферному – 101,3 кПа;

– масса горючего газа или паров легковоспламеняющихся и горючих жидкостей, вышедших в помещение в результате нарушения технологического режима или аварии, кг;

Z – коэффициент участия паров не нагретых горючих жидкостей во взрыве. При расчетах допускается принимать значение Z по таблице 1;

– коэффициент, учитывающий негерметичность помещения и неадиабатичность процесса горения газопаровоздушной смеси. При расчетах при отсутствии данных допускается принимать = 3;

– плотность газа или пара горючего вещества при расчетной температуре в помещении , кг/м³, вычисляемая по формуле (2).

(2)

где μ – мольная масса вылившегося и испарившегося горючего вещества, кг/кмоль;

– мольный объем газопаровоздушной смеси, равный 22,413 м³/кмоль;

– расчетная температура в помещении, ^оС. За расчетную температуру следует принимать максимально возможную температуру воздуха в данном помещении в соответствующей климатической зоне или максимально возможную температуру воздуха по технологическому регламенту с учетом возможного повышения температуры в аварийной ситуации. Если такого значения расчетной температуры по каким-либо причинам определить не удается, допускается принимать = 61^оС.

По формуле (3) определяем стехиометрическую концентрацию горючих газов или паров легковоспламеняющихся и горючих жидкостей (%) по объему помещения :

(3)

– стехиометрический коэффициент кислорода в реакции сгорания газопаровоздушной смеси, определяется по формуле 4:

(4)

число атомов углерода, водорода, галоидов и кислорода в молекуле горючего вещества.

Сначала определим составляющие этой формулы.

Максимальное давление в месте взрыва при отсутствии данных принимаем = 900 кПа.

Начальное давление принимаем равным атмосферному = 101,3 кПа.

Свободный объем помещения, где может собраться взрывная смесь, при отсутствии данных принимаем 80% от геометрического объема помещения:





Коэффициент Z участия паров не нагретых горючих жидкостей во взрыве принимаем по табл. 1 равным 0,5.

Коэффициент , учитывающий негерметичность помещения и неада-ибатичнисть процесса горения газопаровоздушных смеси, при отсутствии данных принимаем равным 3.

Для вычисления плотности газовоздушной смеси по формуле (2) примем расчетную температуру в помещении = 61^оС, мольную массу бутана ^С4^Н10 μ = 12 * 4 + 1 * 10 = 58 г/моль или 58 кг/кмоль, а мольный объем газопаровоздушных смеси = 22,413 м³/кмоль.

Тогда

кг/м³

Для вычисления стехиометрической концентрации горючих газов по формуле (4) определим сначала стехиометрический коэффициент кислорода:



Тогда по формуле (3):



Пользуясь формулой (2), рассчитываем избыточное давление:



Вывод

Сравнивая полученное значение с величинами давлений, приведенным в Приложении 1, делаем вывод, что в результате взрыва 17 кг бутана в помещении здание получит полные разрушения.

Разрушение и обрушение всех элементов зданий и сооружений, включая подвалы, процент выживания людей: – для административно-бытовых зданий и зданий управления обычных исполнений – 30%; – для производственных зданий и сооружений обычных исполнений – 0%.

2. Расчет избыточного давления взрыва горючей пыли в помещении

Задание для самостоятельной работы

Задание 1 Рассчитать избыточное давление, развиваемое при взрыве пылевоздушной среды в помещении цеха. Температура воздуха в помещении 20^оС. Полученный результат сравните с предельно допустимым избыточным давлением при сгорании пылевоздушной смеси (приложение А). Сделайте выводы по полученным результатам. Решение задачи выполнить для своего варианта в соответствии таблица 1.

Таблица 1 – Исходные данные для выполнения индивидуального задания

№	Горючее вещество (взвешенная пыль)	QH, кДж/кг	Масса пыли, кг	Размеры помещения, м
				длина	ширина	высота
4	Яичный порошок	18800	34	12	5	3,0

Решение

Для расчета избыточного давления воспользуемся формулой (1):

(1)

где

– масса взвешенной пыли, находящейся в воздухе помещения в результате нарушения технологического процесса или аварийной ситуации, кг;

– низшая теплота сгорания горючего вещества, кДж/кг;

– начальное давление, кПа. При расчетах допускается принимать его равным атмосферному – 101,3 кПа;

– плотность воздуха в помещении при начальной температуре до взрыва, кг/м³, вычисляемая по формуле (2).

(2)

где

– начальная температура в помещении, ^оС.

– теплоемкость воздуха при постоянном давлении, кДж/(кг·К). При расчетах принимают 1,017 кДж/(кг·К).

Z – коэффициент участия взвешенной пыли во взрыве, рассчитывается по формуле (3).

(3)

F – массовая доля частиц пыли размером менее критического, с превышением которого аэровзвесь становится взрывобезопасной. Значение этого параметра можно определить по методике, изложенной в НПБ 105-03. При отсутствии возможности получения сведений о массовой доле частиц с размером меньше критического, допускается принимать Z = 0,5.

– коэффициент, учитывающий негерметичность помещения и неадиабатичность процесса горения газопаровоздушной смеси. При расчетах при отсутствии данных допускается принимать = 3;

Сначала определим составляющие этой формулы.

Масса взвешенной пыли, находящейся в воздухе помещения в результате нарушения технологического процесса или аварийной ситуации

Низшая теплота сгорания горючего вещества составляет 18800 кДж/кг

Начальное давление принимаем равным атмосферному = 101,3 кПа.

Коэффициент участия взвешенной пыли во взрыве Z = 0,5

Свободный объем помещения, где может собраться взрывная смесь, при отсутствии данных принимаем 80% от геометрического объема помещения:





Теплоемкость воздуха при постоянном давлении принимаем 1,017 кДж/(кг·К).

Коэффициент , учитывающий негерметичность помещения и неада-ибатичнисть процесса горения газопаровоздушных смеси, при отсутствии данных принимаем равным 3.

Начальная температура в помещении составляет = 20 ^оС.

Определяем плотность воздуха в помещении при начальной температуре до взрыва, кг/м³ по формуле (2).

кг/м³

Пользуясь формулой (1), рассчитываем избыточное давление:



Вывод

Сравнивая полученное значение с величинами давлений, приведенным в Приложении А, делаем вывод, что в результате взрыва 34 кг яичного порошка в помещении здание получит полные разрушения.

Разрушение и обрушение всех элементов зданий и сооружений, включая подвалы, процент выживания людей: – для административно-бытовых зданий и зданий управления обычных исполнений – 30%; – для производственных зданий и сооружений обычных исполнений – 0%.

2. Расчет параметров волны давления при взрыве газопаровоздушной смеси в открытом пространстве

Задание для самостоятельной работы

Задание 1 При перевозке цистерны объемом со сжиженным углеводородом в результате аварии произошла ее разгерметизация и выход паров в атмосферный воздух. Степень заполнения емкости составляет α. Построить график падения избыточного давления и импульса волны давления от расстояния до центра взрыва. Рассчитать избыточное давление на расстоянии r от центра пролива. Температуру окружающей среды принять равной 20^оС. Исходные данные в соответствии с вариантом представлены в таблице 1 Сделать выводы по задаче с точки зрения разрушений объектов от взрывной волны и воздействия ее на человека (приложение А).

Таблица 1 – Исходные данные для выполнения индивидуального задания

№	Вещество	Объем цистерны, м3	Степень заполнения цистерны	Расстояние от центра пролива, м
4	Амилацетат	60	0,9	40

Решение

Примем, что в течение времени, необходимого для выхода сжиженного газа из емкости, весь амилацетат испарился и, смешавшись с воздухом, создал взрывоопасное облако.

Для условий взрыва данного облака определим параметры взрывной волны.

Из Приложения Б выпишем параметры для амилацетата:

Теплота сгорания пара ГЖ Q_H = 29879 кДж/кг

Плотность в жидком состоянии ρ = 876 кг/м³

Определим массу газа, кг, в емкости с учетом ее частичного заполнения:



Найдем приведенную массу паров амилацетата, кг, по формуле (1):

(1)

где – масса горючих газов и/или паров, поступивших в результате аварии в окружающее пространство, кг;

Z – коэффициент участия, который допускается принимать при расчетах равным 0,1; Z = 0,1

– удельная теплота сгорания горючего газа или пара, кДж/кг (приложение Б); 29879 кДж/кг

– удельная энергия взрыва тринитротолуола, равна 4,52*10³ кДж/кг. ,52*10³ кДж/кг



Избыточное давление , кПа, развиваемое при сгорании облака пропановоздушной смеси на открытом пространстве, рассчитаем по формуле (2):

(2)

где – расстояние от геометрического центра газопаровоздушного облака до рассматриваемого объекта, м;

– приведенная масса горючих газов, кг, или паров легковоспламеняющихся и горючих жидкостей, рассчитанная по формуле, кг,

– начальное давление, кПа. При расчетах допускается принимать его равным атмосферному – 101,3 кПа;

=485 кПа

Находим импульс положительной фазы волны давления, Па·с, по формуле (4):

(4)



Эффективная энергия взрыва определяется по формуле 3 (кДж)

(3)



Вывод

Сравнивая полученное значение избыточного давления P  485 кПа с данными Приложения 1, видно, что взрыв паров амилацетата приведет к полному повреждению зданий, находящихся в зоне поражения взрыва.

2. 
   Определение зон воздействия опасных факторов
   

1. 
   Составление карт рассеяния вредных веществ в атмосфере при пожарах
   

Задание для самостоятельной работы

Задание 1. Из таблицы 4 выбрать вариант расчетной работы. Рассчитать концентрацию токсичного вещества на расстоянии от источника выброса: 20 м; 100 м; 500 м; 1000 м; 2000 м. Составить карту рассеяния вредных веществ. Определить расстояние, на котором концентрация вредного вещества имеет максимальное значение. Оценить безопасное расстояние от центра пожара, при котором концентрация токсичного вещества в воздухе не превышает норматив ПДК_СС.

Таблица 4 – Исходные данные для выполнения индивидуального задания

№ п/п	Вредное вещество	Диаметр устья пожара, м	Высота выброса, м	Мощность выброса, кг/ч	Объемная скорость выхода газов, м3/с	ΔТ
4	Оксиды серы	20	12	150	105	500

Решение

Максимальное значение приземной концентрации вещества при выбросе веществ в неблагоприятных метеорологических условиях определяют по формуле (1):

, (1)

где – максимальная концентрация вещества, мг/м³;

А – безразмерный коэффициент, зависящий от температурной стратификации атмосферы (распределение температур воздуха по высоте, влияющее на его вертикальное перемещение), который равен 160;

М – масса вредного вещества, выбрасываемого в атмосферу в единицу времени, мощность выброса, г/с;

F – безразмерный коэффициент, учитывающий скорость оседания выбросов (для газов F =1);

m, n – коэффициенты, учитывающие условия выхода газо-воздушной смеси из устья источника выброса;

 – безразмерный коэффициент, учитывающий влияние рельефа местности, в случае ровной или слабопересеченной местности с перепадом высот, не превышающим 50 м на 1 км  = 1,0.

H – высота источника выброса над уровнем земли (для наземных источников при расчетах принимается Н= 2 м);

V₁ – расход газо-воздушной смеси, м³/с;

ΔT – разность между температурой выбрасываемой газо-воздушной смеси и температурой окружающего атмосферного воздуха.

Для расчета примем:

А= 160, F=1, условия выброса не учитываются, поэтому η= 1, m= 1, n= 1. Другие, необходимые показатели рассчитываем по методике.

Объем газовоздушной смеси определяем по формуле (2):

(2)

где D – диаметр устья источника выброса (пожара), м;

ω₀ – средняя скорость выхода газо-воздушной смеси из устья источника выброса, м/с





Параметр fрассчитываем по формуле (3):

(3)

=0,031

По формуле (4) определяем параметр υ_м:

(4)



Опасная скорость ветра рассчитывается по формуле (5), так как υ_м> 2:

при v_м>2 (5)



Определяем параметр dпо формуле (6), так как υ_м> 2:

при v_м 2 (6)



Тогда максимальная концентрация оксида серы (IV) (формула (1)):

(1)

=1.24 г/м³ или 1240 мг/м³

Расстояние, на котором наблюдают максимальную приземную концентрацию, находят по формуле (7):

(7)



При неблагоприятных метеорологических условиях приземную концентрацию веществ по оси факела рассчитывают по формуле (8).

С = (8)

где – безразмерный коэффициент, определяемый в зависимости от отношения х/х_м и коэффициента F.

Для этого нужно рассчитать безразмерный коэффициент S₁ в зависимости от величины отношения х/х_м.

Сначала определяем отношение х/х_м:











Определяем коэффициент :











Определяем приземную концентрацию оксида серы (IV):

^{20 м: С = 0,003 * 1240} мг/м^{3 = 3,82} мг/м<sup>3

100 м: С = 0,068 * 1240</sup> мг/м^{3 = 84,06} мг/м<sup>3

500 м: С = 0,791 * 1240</sup> мг/м^{3 = 981,19} мг/м<sup>3

1000 м: С = 0,964 * 1240</sup> мг/м^{3 = 1195,41} мг/м<sup>3

2000 м: С = 0,669 * 1240</sup> мг/м^{3 = 829,8} мг/м³

Составляем карту рассеяния оксида серы (IV) (таблица 3):

Таблица 3 – Карта рассеяния вредных веществ (максимальное загрязнение по оси факела)

Расстояние от источника, м	Концентрация вредного вещества, мг/м3
20	3,82
100	84,06
500	981,19
1000	1195,41
2000	829,8

Вывод

Из карты рассеяния видно, что наибольшая концентрация оксида серы наблюдается на расстоянии 1000 м от места выброса.

Из таблицы 3 видно, что для всех рассматриваемых расстояний концентрация оксида серы (IV) превышает норматив ПДК_СС0,05 мг/м³.