Контрольная работа: Теория горения и взрыва
Задание: определить избыточное
давление взрыва сероводорода в помещении.
Исходные условия
Сроводород постоянно
находится в аппарате объемом 20 м3. Аппарат расположен на полу. Суммарная длина
трубопроводов диаметром 50 мм, ограниченная задвижками (ручными),
установленными на подводящем и отводящем участках трубопроводов, составляет 15
м. Расход сероводородаа в трубопроводах 4·10-3 м3/с. Размеры помещения −
10x10x4 м.
В помещении имеется
аварийная вентиляция с кратностью воздухообмена 8 ч-1. Аварийная вентиляция
обеспечена резервными вентиляторами, автоматическим пуском при превышении
предельно допустимой взрывоопасной концентрации и электроснабжением по первой
категории надежности (ПУЭ). Устройства для удаления воздуха из помещения
расположены в непосредственной близости от места возможной аварии.
Основные строительные
конструкции здания железобетон.
Обоснование расчетного
варианта
Согласно НПБ 105-03 в
качестве расчетного варианта аварии следует принимать наиболее неблагоприятный
вариант аварии, при котором участвует наибольшее количество веществ, наиболее
опасных в отношении последствий взрыва.
И в качестве расчетного
варианта принят вариант разгерметизации емкости с сероводородом и выход из неё
и подводящею и отводящего трубопроводов сероводорода в объем помещения.
1) Избыточное давление
взрыва для
индивидуальных горючих веществ, состоящих из атомов C, H, O, N, Cl, Br, I, F, определяется по
формуле
(1)
где - максимальное давление
взрыва стехиометрической газовоздушной или паровоздушной смеси в замкнутом
объеме, определяемое экспериментально или по справочным данным в соответствии с
требованиями п.3 НПБ -105-03. При отсутствии данных допускается принимать равным 900
кПа;
- начальное давление, кПа
(допускается принимать равным 101 кПа);
- масса горючего газа (ГГ) или
паров легковоспламеняющихся (ЛВЖ) и горючих
жидкостей (ГЖ), вышедших в результате аварии в помещение, кг;
- коэффициент участия горючего во
взрыве, который может быть рассчитан на основе характера распределения газов и
паров в объеме помещения согласно приложению. Допускается принимать значение по табл. 2 НПБ
105-03. принимаю
равным 0,5;
- свободный объем помещения, ;
За расчетную температуру
принимается максимальная абсолютная температура воздуха для г.Уфа равная 39°С
(согласно СНиП 23-01-99 «Строительная климатология»).
Ниже приведен расчет
величин, необходимых для определения избыточного давления взрыва сероводорода в
помещении.
Плотность сероводорода
при расчетной температуре:
где М − молярная
масса сероводорода, 34,08 кг/кмоль;
v0 − мольный объем,
равный 22,413 м3/кмоль;
0,00367−
коэффициент температурного расширения, град -1;
tp − расчетная температура, 390С
(абсолютная максимальная температура воздуха для г. Уфы).
Стехиометрическая
концентрация сероводорода рассчитывается по формуле:
;
где β −
стехиометрический коэффициент кислорода в реакции сгорания;
nc, nн, n0, nх, − число атомов С,Н,О и
галоидов в молекуле горючего;
Для сероводорода (Н2S) nc = 1, nн = 4,
n0 = 0, nх = 0, следовательно,
Подставим найденное
значение β, получим значение стехиометрической концентрации сероводорода:
Объем сероводорода
поступившего при расчетной аварии в помещение, состоит из объема газа, вышедшей
из аппарата, и объема газа, вышедшей из трубопровода до закрытия задвижек и
после закрытия задвижек:
где Va − объем газа вышедшей из аппарата, м3;
V1T − объем газа вышедшей из трубопровода до его
отключения, м3;
V2T − объем газа вышедшей из трубопровода после его
отключения, м3;
где q − расход жидкости, определяемый в соответствии с технологическим
регламентом, м3/с;
T − продолжительность поступления
газа в объем помещения, определяемое по п.38 НПБ 105-03 с;
где d − внутренний диаметр трубопроводов, м;
Ln − длина трубопроводов от
аварийного аппарата до задвижек, м;
Таким образом, объем сероводорода,
поступившего в помещение при рассматриваемом варианте аварии:
Масса сероводорода в
помещении:
.
.
В случае обращения в
помещении горючих газов, легковоспламеняющихся или горючих газов,
легковоспламеняющихся или горючих жидкостей при определении значения массы , допускается
учитывать работу аварийной вентиляции, если она обеспечена резервными
вентиляторами, автоматическим пуском при превышении предельно допустимой
взрывобезопасной концентрации и электроснабжением по первой категории
надежности (ПУЭ), при условии расположения устройств для удаления воздуха из
помещения в непосредственной близости от места возможной аварии.
При этом массу горючих
газов или паров легковоспламеняющихся или горючих жидкостей, нагретых до
температуры вспышки и выше, поступивших в объем помещения, следует разделить на
коэффициент ,
определяемый по формуле
,
где - кратность
воздухообмена, создаваемого аварийной вентиляцией, 1/c. В данном помещении имеется вентиляции с кратностью
воздухообмена – 8 (0,0022с);
- продолжительность поступления
горючих газов и паров легковоспламеняющихся и горючих жидкостей в объем
помещения, с, принимаю равным 300 с. (п.7 НПБ 105-03)
Масса сероводорода,
находящихся в помещении при рассматриваемом варианте аварии:
Результаты расчетов при взрыве
№ варианта |
Горючий газ |
Значение , кПа
|
Вывод |
|
|
|
Сероводород |
28,9
17,34
|
5 |
Средние повреждения зданий |
Таблица. Предельно допустимое избыточное давление при
сгорании газо-, паро- или пылевоздушных смесей в помещениях или в открытом
пространстве
Степень
поражения |
Избыточное
давление, кПа |
Полное
разрушение зданий |
100 |
50 %-ное
разрушение зданий |
53 |
Средние
повреждения зданий |
28 |
Умеренные
повреждения зданий (повреждение внутренних перегородок, рам, дверей и т.п.) |
12 |
Нижний
порог повреждения человека волной давления |
5 |
Малые
повреждения (разбита часть остекления) |
3 |
Исходные и расчетные
данные сведены в таблицу 2.
Таблица 2 - Исходные и
расчетные данные
№ п/п |
Наименование |
Обозначение |
Величина |
1 |
Вещество, его название и формула |
Сероводород |
H2S |
2 |
Молекулярная масса, кг·кмоль-1 |
M |
34,08 |
3 |
Плотность жидкости, кг/м3 |
ρж |
- |
4 |
Плотность газа при расчетной температуре, кг/м3 |
ρг |
1,33 |
5 |
Температуры среды (воздуха до взрыва), 0С |
Т0 |
39 |
6 |
Давление насыщенных паров, кПа |
Рн |
28,9 |
7 |
Стехиометрическая концентрация, % об. |
Сст |
29,24 |
8 |
Размеры помещения
− длина,
м
−
ширина, м
−
высота, м
|
L
B
H
|
10
10
4
|
9 |
Размеры трубопровода:
−
диаметр, м
−длина,
м
|
D
l
|
0,05
15
|
10 |
Расход гептана в трубопроводе, м3/с |
q |
4·10-3 |
11 |
Время закрытия задвижек, с |
t |
300 |
12 |
Кратность аварийной вентиляции, 1/час |
A |
8 |
13 |
Максимальное давление взрыва, кПа |
Pmax |
900 |
14 |
Начальное давление, кПа |
P0 |
101 |
15 |
Коэффициент негерметичности и неадиабатности |
Kн |
3 |
16 |
Коэффициент участия горючего в взрыве |
Z |
0,5 |
7. Определение
категории помещений и зданий по взрывопожарной и пожарной опасности
Страницы: 1, 2, 3
|