Расчет избыточного давления для горючих газов, паров легковоспламеняющихся и горючих жидкостей

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.

 

Прогнозирование параметров избыточное давление, развиваемое при сгорании паровоздушной смеси ацетона, возникающей при аварийной разгерметизации аппарата в производственном помещении

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 образования аэрозоля	0,3
Легковоспламеняющиеся и горючие жидкости, нагретые ниже температуры вспышки, при отсутствии возможности образования аэрозоля	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.