 |
Прогнозирование параметров избыточного давления, развиваемого при сгорании паровоздушной смеси ацетона, возникающей при аварийной разгерметизации аппарата в производственном помещении
|
|
|
|
Цель курсовой:
1. Ознакомится с методикой расчета избыточного давления легковоспламеняющихся и горючих жидкостей.
2. Составление химических реакций горения.
Теоретические положения
Одной из наиболее серьезных опасностей пожаровзрывоопасных производств является газопаровое облако, которое образуется при мгновенном разрушении резервуаров хранения или испарении разлитых жидкостей. Образование газопарового облака может привести к появлению трех типов опасностей:
– взрыву парогазовоздушной смеси;
– крупному пожару;
– токсическому воздействию.
Смесь углеводородных продуктов (метана, этилена, пропана, паров бензина, циклогексана и др.) с кислородом воздуха называется парогазовоздушной смесью. Эта смесь может либо взрываться, либо воспламеняться. При взрыве газо- или паровоздушной смеси образуется воздушная ударная волна.
Процесс горения со стремительным высвобождением энергии и образованием при этом избыточного давления (более 5 кПа) называется взрывным горением. Различают два принципиально разных режима взрывного горения: дефлаграционный и детонационный. При дефлаграционном горении распространение пламени происходит в слабо возмущенной среде со скоростями ниже скорости звука. При детонационном горении (детонации) распространение пламени происходит со скоростью, превышающей скорость звука.
Инициирование (зажигание) газовоздушной смеси с образованием очага горения возможно, если будут выполнены следующие условия:
- концентрация горючего газа в газовоздушной смеси должна быть в диапазоне между нижним и верхним концентрационными пределами распространения пламени;
- энергия зажигания от искры (горячей поверхности) должна быть не ниже минимальной. Для большинства взрывчатых смесей энергия зажигания не превышает 30 Дж.
|
|
|
Нижний концентрационный предел распространения пламени – это такая концентрация горючего газа в смеси с окислительной средой, ниже которой смесь становится неспособной к распространению пламени.
Верхний концентрационный предел распространения пламени – это такая концентрация горючего газа в смеси с окислительной средой, выше которой смесь становится неспособной к распространению пламени.
К основным факторам, влияющим на параметры взрыва, относят:
– массу и тип взрывоопасного вещества;
– его параметры и условия хранения или использования в технологическом процессе;
– место возникновения взрыва;
– объемно-планировочные решения сооружений в месте взрыва.
При аварийных взрывах парогазовоздушных смесей размеры зон разрушений и параметры избыточного давления ударной волны зависят от количества взрывоопасного вещества и его физико-химических свойств.
В помещении со свободным объемом 
при аварийной разгерметизации аппарата поступает кг паров вещества. Максимально возможная температура для данной климатической зоны 
. Молярная масса вещества М=58,08кг/моль. Максимальное давление при сгорании стехиометрической паровоздушной смеси вещества в замкнутом объеме 
.Определить избыточное давление, развиваемое при сгорании паровоздушной смеси вещества, возникающей при аварийной разгерметизации аппарата в производственном помещении.
Рассчитаем стехиометрический коэффициент кислорода в реакции сгорания вещества по формуле:
(3.1)
| где |  ,  ,  , 
| число атомов C, H, O и галоидов в молекуле горючего. |
Составим уравнение реакции горения вещества.
Определим стехиометрическую концентрацию паров вещества по формуле:
(3.2)
|
|
|
Рассчитаем плотность паров вещества при расчетной температуре 
:
(3.3)
| где | 
| молярная масса, кг/кмоль; |
| мольный объем, равный 22,413м3/кмоль; | |
|
| расчетная температура,  .
|
Таблица 3.1 Значение коэффициента Z
| Вид горючего вещества | Значение |
| Водород и нагретые выше температуры вспышки высокотемпературные органические теплоносители | 1,0 |
| Горючие газы | 0,5 |
| Легковоспламеняющиеся и горючие жидкости, нагретые до температуры вспышки и выше | 0,3 |
| Легковоспламеняющиеся и горючие жидкости, нагретые ниже температуры вспышки, при наличии возможности образованияаэрозоля | 0,3 |
| Легковоспламеняющиеся и горючие жидкости, нагретые ниже температуры вспышки, при отсутствии возможности образованияаэрозоля | 0,0 |
Исходя из полученных данных, рассчитаем избыточное давление при сгорании паровоздушной смеси вещества для расчетной аварии:
(3.4)
| где | 
| максимальное давление, развиваемое при сгорании стехиометрической газовоздушной или паровоздушной смеси в замкнутом объеме; |
| начальное давление, кПа (допускается принимать равным 101кПа); | |
| m | масса горючего газа или паров легковоспламеняющихся и горючих жидкостей, вышедших в результате расчетной аварии в помещение; | |
| Z | коэффициент участия горючего при сгорании газопаровоздушной смеси, допускается принимать Z по таблице 3.1; | |
| свободный объем помещения, м3; | |
| коэффициент, учитывающий негерметичность помещения и неадиабатичность процесса горения, допускается принимать  .
|
Пример
В помещении со свободным объемом 
при аварийной разгерметизации аппарата поступает 117,9 кг паров ацетона. Максимально возможная температура для данной климатической зоны 
. Молярная масса ацетона (
) М=58,08кг/моль. Максимальное давление при сгорании стехиометрической паровоздушной смеси ацетона в замкнутом объеме 
.Определить избыточное давление, развиваемое при сгорании паровоздушной смеси ацетона, возникающей при аварийной разгерметизации аппарата в производственном помещении.
Решение
Составим уравнение реакции горения ацетона:
Определим стехиометрическую концентрацию паров ацетона по формуле:
|
|
|
Рассчитаем плотность паров ацетона при расчетной температуре :
Исходя из полученных данных, рассчитаем избыточное давление при сгорании паровоздушной смеси ацетона для расчетной аварии:
Вывод
При возникновении аварийной разгерметизации аппарата в данном производственном помещении, избыточное давление, развиваемое при сгорании паровоздушной смеси ацетона, составит 398,7кПа.
Курсовая работа №4
|
|
|
