Задача 1 в компрессорном цехе 10х12х6 м произошла разгерметизация газопровода пропана с 3 н 8, 1,9 кгм

• Название: Задача 1 в компрессорном цехе 10х12х6 м произошла разгерметизация газопровода пропана с 3 н 8, 1,9 кгм
• Дата: 15.02.2022
• Размер: 67.77 Kb.
• Имя файла: Zadachi.docx
• Тип: Задача; #362974

Задача №1

В компрессорном цехе 10х12х6 м произошла разгерметизация газопровода пропана (С₃Н₈, ρ = 1,9 кг/м³) диаметром 20 см. При этом произошел взрыв. Длина трубопровода до задвижки 20 м. Давление и расход газа в системе равны 2 Мпа (2000 кПа) и 2 м³/с. Рассчитать массу газа, поступившего в помещение и избыточное давление при взрыве. Определить категорию помещения по взрывопожароопасности.

Избыточное давление взрыва ΔР для индивидуальных горючих веществ, состоящих из атомов С, Н, О, N, С1, Вr, I, F, определяется по формуле



где Р_max — максимальное давление взрыва стехиометрической газовоздушной или паровоздушной смеси в замкнутом объеме, определяемое экспериментально или по справочным данным. При отсутствии данных допускается принимать Р_max равным 900 кПа;

Р₀ — начальное давление, кПа (допускается принимать равным 101 кПа);

m — масса горючего газа (ГГ) или паров легковоспламеняющихся (ЛВЖ) и горючих жидкостей (ГЖ), вышедших в результате расчетной аварии в помещение, кг;

Z — коэффициент участия горючего во взрыве, который может быть рассчитан на основе характера распределения газов и паров в объеме помещения. Допускается принимать значение Z по табл. 1.

Таблица 1. Значения коэффициента участия горючего во взрыве (Z)



V_св — свободный объем помещения, м³;

ρ — плотность газа или пара при расчетной температуре t_p, кг∙м³, вычисляемая по формуле:



где М — молярная масса, кг/кмоль;

V₀ — мольный объем, равный 22,413 м³/кмоль;

t_p — расчетная температура, ºС.

В качестве расчетной температуры 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 t_p по каким-либо причинам определить не удается, допускается принимать ее равной 61ºС;

С_ст — стехиометрическая концентрация ГГ или паров ЛВЖ и ГЖ, % (об.), вычисляемая по формуле:



где — стехиометрический коэффициент кислорода в реакции сгорания;

n_C , n_H , n_O, n_X - число атомов С, Н, О и галоидов в молекуле горючего;

К_г — коэффициент, учитывающий не герметичность помещения и неадиабатичность процесса горения. Допускается принимать К_г = 3.

Масса m, кг, поступившего в помещение при расчетной аварии газа, определяется по формуле:

m = (V_a + V_т) ρ_г,

где V_а — объем газа, вышедшего из аппарата, м³; V_т — объем газа, вышедшего из трубопроводов, м³.

V_а = 0,01Р₁V,

где P₁ — давление в аппарате, кПа;

V — объем аппарата, м³;

V_т = V_1т + V_2т,

где V_1т — объем газа, вышедшего из трубопровода до его отключения, м³;

V_2т — объем газа, вышедшего из трубопровода после его отключения, м³;

V_1т = qT,

q — расход газа, определяемый в соответствии с технологическим регламентом в зависимости от давления в трубопроводе, его диаметра, температуры газовой среды и т.д., м³/с;

Т — время, с;

V_2т = 0,01 π Р₂(r²₁L₁ + r²₂L₂ + ... + r²_nL_n),

P₂ — максимальное давление в трубопроводе по технологическому регламенту, кПа;

r — внутренний радиус трубопроводов, м;

L — длина трубопроводов от аварийного аппарата до задвижек, м.

В нашем случае примем время равным Т = 2 с. Тогда:

V_1т = 2 ∙ 2 = 4 м³

Примем максимальное давление в трубопроводе P₂ = 150 кПа. Тогда:

V_2т = 0,01 ∙ 3,14 ∙ 150 (0,1² ∙ 20) = 0,942 м³

V_т = 4 + 0,942 = 4,942 м³

Примем объем аппарата V = 40 м³

V_а = 0,01 ∙ 2000 ∙ 40 = 800 м³

m = (800 + 4,942) ∙ 1,9 = 1529 кг

β = 3 + - = 5

С_ст = = 3,97

Молярная масса пропана М = 44,1 кг/кмоль. Примем t_p = 61 ºС.

ρ = = 1,61 кг∙м³

V_св = 10 ∙ 12 ∙ 6 = 720 м³

ΔР = (900 – 101) ∙ ∙ ∙ = 799 ∙ 0,66 ∙25,2 ∙ 0,33 = 4385 кПа

Ответ: масса пропана, поступившего в помещение, составила 1529 кг, избыточное давление при взрыве составило 4385 кПа. Категория помещения по взрывопожароопасности – А (повышенная взрывопожароопасность).

Задача № 2

В помещении цеха размером 6х12х6 м произошло разрушение технологического аппарата объемом 20 м³, содержащего нефть. Длина подводящего провода до задвижки 30 м, диаметр 0,2 м. При этом произошел взрыв. Кратность вытяжной вентиляции 6 час^-1 = 2,16 ∙ 10^-4 с^-1. Определить: 1) количество вылившейся нефти; 2) количество продукта, участвующего во взрыве; 3) давление при взрыве; 4) категорию помещения по взрывопожароопасности.

При разрушении цистерны объем вытекающей жидкости принимается равным 85% от общего объема резервуара.

V_р = 20 ∙ 85 % = 17 м³

При разрушении трубопровода объем жидкости определяется по формуле:

V_т = 0,79 · D² · L

где D – диаметр трубопровода, м;

L – длина отрезка между соседними отсекателями трубопровода, м.

V_т = 0,79 · 0,2² · 30 = 0,948 м³

Поскольку в нашем случае технологический аппарат включает и резервуар, и трубопровод, общий объем вылившейся нефти будет равен:

V_ж = V_р + V_т = 17 + 0,948 = 17,948 м³

Масса паров жидкости, участвующих во взрыве, m определяется по формуле:

m = WF_иT

где W - интенсивность испарения, кг∙с^-1∙м^-2;

F_и - площадь испарения, м²;

Т – время, с.

Интенсивность испарения W определяется по справочным и экспериментальным данным. Для ненагретых выше расчетной температуры (окружающей среды) ЛВЖ при отсутствии данных допускается рассчитывать W по формуле:



где η - коэффициент, принимаемый по табл. 2 в зависимости от скорости и температуры воздушного потока над поверхностью испарения;

Рн - давление насыщенного пара жидкости при расчетной температуре жидкости tр, определяемое по справочным данным, кПа;

М – молярная масса жидкости, кг/моль.

Таблица 2.2 Значение коэффициента η в зависимости от скорости и температуры воздушного потока



Массу горючих газов или паров легковоспламеняющихся или горючих жидкостей, нагретых до температуры вспышки и выше, поступивших в объем помещения, следует разделить на коэффициент К, определяемый по формуле:

К = АТ + 1

где А - кратность воздухообмена, создаваемого аварийной вентиляцией, с^-1;

Т - продолжительность поступления горючих газов и паров легковоспламеняющихся и горючих жидкостей в объем помещения, с.

В нашем случае примем скорость воздушного потока в помещении равной 0,5 м/с^-1, а температуру помещения равной t = 20 ºС = 274,15 К. Тогда η = 5,4.

Молярная масса нефти равна М = 300 г/моль = 0,3 кг/моль.

Давление насыщенного пара нефти при 20 ºС составляет 7849 Па = 7,849 кПа.

W = 10^-6 ∙ 5,4 ∙ ∙ 7,849 =23,2 ∙ 10^-6

Примем время Т = 100 с и площадь испарения F_и = 72 м². Тогда:

m = 23,2 ∙ 10^-6 ∙ 72 ∙ 100 = 0,167 кг

Коэффициент для учета аварийной вентиляции:

К = 2,16 ∙ 10^-4 ∙ 100 + 1 = 1,0216

m / K = 0,167 / 1,0216 = 0,163 кг

Расчет избыточного давления при взрыве ΔР для индивидуальных веществ а также для смесей может быть выполнен по формуле:



где Н_т — низшая теплота сгорания, Дж/кг;

ρ_в — плотность воздуха до взрыва при начальной температуре Т₀, кг/м³ (можно принять 1,29 кг/м³);

С_р — теплоемкость воздуха, Дж∙кг^-1∙К^-1 (допускается принимать равной 1,01∙10³ Дж / кг∙К);

Т₀ — начальная температура воздуха, К.

Низшая теплота сгорания нефти равна Н_т = 43 000 кДж/кг = 43 ∙ 10⁶ Дж/кг.

V_св = 6 ∙ 12 ∙ 6 = 432 м³

ΔР = (0,163 ∙ 43 ∙ 10⁶ ∙ 101 ∙ 0,3) / (432 ∙ 1,29 ∙ 1,01∙10³ ∙ 274,15) ∙ = (212,37 ∙ 10⁶)/ (154306 ∙ 10³) ∙ 0,98 = 1,3 кПа

Ответ: объем вылившейся нефти составляет 17,948 м³; масса нефти, участвующей во взрыве, составляет 0,163 кг; давление при взрыве составляет 1,3 кПа; категория помещения по взрывопожароопасности – Б (взрывопожароопасность).