Расчет избыточного давления взрыва ΔР для горючих газов, паров легковоспламеняющихся и горючих жидкостей. Практическая работа 2

1.

Расчет избыточного давления
взрыва ΔР для горючих газов,
паров легковоспламеняющихся
и горючих жидкостей
Практическая работа 2

2.

Избыточное давление взрыва для
индивидуальных горючих веществ,
состоящих из атомов С, Н, О, N, Br, I, F
100mZ
p Pмакс P0
,
VСВ Г.П C СТ k Н

3.

• где Pmax – максимальное давление взрыва
стехиометрической газовоздушной смеси в замкнутом
объеме, определяемое экспериментально или по
справочным данным;
• P0 –начальное давление, кПа (обычно принимают
равным 101 кПа);
• M – масса горючих газов или паров ЛВЖ или ГЖ,
поступивших 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;
• VСВ – свободный объем помещения, м3;
• ρгп – плотность газа или пара при расчетной
температуре, кг/м3;
• Cст – стехиометрическая концентрация горючих газов
или паров ЛВЖ и ГЖ, % (об.);
• Кн– коэффициент, учитывающий негерметичность
помещения и неадиабатичность процесса горения,
принимают = 3

4.

Некоторые пожароопасные свойства
горючих газов
Концентрационн
Температура
ые пределы
Горючее вещество воспламенения, %
самовосплам
енения Тсв, оС
нижний верхний
Ацетилен С2Н2
2,5
81,0
335
Бутан С4Н10
1,8
9,1
405
Водород Н2
4,1
75,0
510
Метан СН4
5,3
14,0
537
Пропан С3Н8
2,3
9,4
470
Этилен С2Н4
2,7
34,0
435
Максимальн
ое давление
взрыва
Рмакс , кПа
1009
843
730
706
843
При отсутствии данных допускается принимать
равным 900 кПа
980

5.

Значения коэффициента участия
горючего во взрыве Z
Вид горючего вещества
Водород
Горючие газы (кроме водорода), горючие пыли
Значение
коэффициента
Z
1,0
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
0,25
Легковоспламеняющиеся и горючие жидкости,
нагретые ниже температуры вспышки, при отсутствии
возможности образования аэрозоля
0,1

6.

Масса газа m, кг, поступившего в
помещение при расчетной аварии,
определяется по формуле
m Va VT ρ Г
• где Va, VT – объем газа, вышедшего
соответственно из аппарата и трубопровода, м3
• ρг – плотность газа при температуре
помещения, кг/м3

7.

Vа 0,01 p1V
VT q 0,01 r LT p 2
2
T
• где p1 – давление газа в аппарате до аварии, кПа;
• V – объем аппарата, м3;
• q– расход газа в трубопроводе по
технологическому регламенту, м3 /с;
• τ – расчетное время отключения трубопровода, c;
• r1– внутренний радиус трубопровода, м;
• LT– длина трубопровода от аппарата до задвижек,
м;
• p2– максимальное давление газа в трубопроводе
по технологическому регламенту, кПа

8.

• Масса m (кг) паров жидкости, поступивших в
помещение с поверхности испарения
разлитой жидкости:
m WF И И
• где W – интенсивность испарения жидкости,
кг/с м2;
• Fи– площадь испарения, м2;
• tи – время испарения жидкости, c (для
сжиженных ненагретых углеводородов принимается равным
времени полного испарения жидкости, но не более 3600 с).

9.

• Интенсивность испарения определяется
по справочным или экспериментальным
данным. Для жидкостей, имеющих
температуру окружающей среды, допускается
рассчитывать величину W по формуле
W pH 10 6 M 0,5 ,
• где pн – давление насыщенного пара при
расчетной температуре жидкости, кПа;
• М – молярная масса, кг/кмоль;
• η– эмпирический коэффициент испарения

10.

η
Значения эмпирического
коэффициента испарения
Скорость
воздушного потока, м/с
Значение эмпирического коэффициента
при температуре t (оC) воздуха
в помещении
0,05
10
1,0
15
1,0
20
1,0
30
1,0
35
1,0
0,1
3,0
2,6
2,4
1,8
1,6
0,2
4,6
3,8
3,5
2,4
2,3
0,5
6,6
5,7
5,4
3,6
3,2
1,0
10,0
8,7
7,7
5,6
4,6

11.

• Свободный объем помещения VСВ, м3,
определяется объемом помещения , где
произошла авария за вычетом объема
аппарата и коммуникаций (трубопроводов) ,
находящихся в помещении. Пренебрегая
малыми размерами трубопроводов,
свободный объем помещения будет равен
Vсв Vп Vап

12.

• Плотность газа или пара ρГП, кг/м3, при
расчетной температуре вычисляется по
формуле
M
ρ
Г.П
V0 (1 0,00367 tp )
• где М — молярная масса, кг/кмоль;
• V0 — молярный объем, равный 22,4
м3/кмоль;
• tр — расчетная температура, °С.

13.

• 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 ее
возможного повышения в аварийной
ситуации.
• Если такого значения расчетной
температуры по каким-либо причинам
определить не удается, допускается
принимать ее равной 61 °С.

14.

• Стехиометрическая концентрация Cст,
% горючих газов или паров
легковоспламеняющихся и горючих
жидкостей вычисляется по формуле
100
С CT
1 4,84β
• где β — стехиометрический коэффициент
кислорода в реакции горения.
β n c 0,25(n H n X ) 0,5nо

15.

Пример
• Определить категорию здания или
помещения на взрыво- и пожарную
опасность, необходимо рассчитать
избыточное давление взрыва ΔР и
сравнить его со значениями из
таблицы

16.

17.

Варианты заданий к практической работе по теме
«Определение категорий помещений и зданий по взрыво- и пожарной
опасности»
№
Наименование
вари- Цеха(здания) и его обьем
анта
V, м3
Наименование
ГГ, ЛВЖ,
ГЖ и его
формула
Обьём
аппарата
V, м3
Цех по производству
аммиака,20000
Цех по производству
полиэтилена высокого
давления,50000
Цех Сварки
крупногабаритных
конструкций,100000
Цех лакокрасочных
покрытий, 10000
Цех по производству
искусственного каучука,
60000
Цех по производству
сажи, 30000
Цех по производству
каучука, 25000
Цех по производству
аацитилена, 9000
Цех по производству
интрокрасок, 13000
Метан CH4
1
2
3
4
5
6
7
8
9
Максимальное давление в трубопроводе
Р2, кПа
660
Расход
Газа
(ЛВЖ)
q, м3/c
Внутренний радиус
трубопровводов r, м
10
Давление в
аппарате
Р1,кПа
600
2,5
0,25
Длина
трубопроводов
от аварийного
аппарата до
задвижки L,м
15
Этен(этилен)
С2H4
20
1000
1500
3,5
0,3
40
Ацетилен
С2H2
30
500
150
1,5
0,15
60
Ацетон
CH3-C(O)-CH3
Спирт
C2H5OH
15
200
200
0,5
0,10
30
40
900
300
0,35
0,05
200
Метан CH4
5
400
200
0,4
0,05;0,025
15; 10
Этен(этилен)
С2H4
Ацетилен
С2H2
Ацетон
CH3-C(O)-CH3
3
300
150
1,75
0,10; 0.5
20; 17
8
1500
800
1,5
0,15;0.025
10; 20
2
150
150
0,75
0,025
30

18.

10
Сварочный цех,
12000
Ацетилен
С 2 H2
7
500
150
0,3
0,015
25
11
Цех по производству
водки, 15500
Спирт
C2H5OH
2
120
150
0,2
0,025
30
12
Цех по производству
аммиака, 75000
Метан CH4
3
300
200
1,75
0,05
20
13
Малярный цех, 6000
Ацетон
CH3-C(O)-CH3
4
300
250
0,28
0,05
42
14
То же, 9000
То же,
8
350
250
0.28
0.05
50
15
То же, 10000
>>
2
600
300
1.5
0.03
35
16
То же, 8000
>>
6
250
200
0.5
0.015
59
17
Сварочный цех,
12000
Ацетилен
С 2 H2
1.5
500
170
0.77
0.03
80
18
То же, 45000
То же
7
300
150
0.8
0.025
25
19
То же, 18000
>>
4
600
200
0.7
0.015
37
20
То же, 95000
>>
4.4
550
170
0.3
0.025
43

19.

Расчет избыточного давления
взрыва горючей пыли

20.

Расчет ΔР для горючей пыли
может быть выполнен
mQнP0 Z
p
VCB ρ BCBT0 k H

21.

• где m – масса поступившей в помещение пыли в
результате аварии, кг;
• Р0 – атмосферное давление, кПа;
• Z – коэффициент участия горючего во взрыве (в
отсутствие возможности получения сведений для
оценки величины Z допускается принимать Z = 0,5);
• Vсв – свободный объем помещения;
• QH – теплота сгорания, Дж/кг;
• ρВ – плотность воздуха до взрыва, кг/м3, при начальной
температуре То;
• СВ– теплоемкость воздуха, Дж/кг К (допускается
принимать равной 1,01 103 Дж/кг К);
• То – начальная температура воздуха в помещении до
аварии, К;
• Кн – коэффициент, учитывающий негерметичность
помещения и неадиабатичность процесса горения
(допускается принимать равным = 3).

22.

• Расчетная общая масса взвешенной в
объеме помещения пыли m0 (кг),
образовавшейся в результате аварийной
ситуации, определяется по формуле
mо mвз mав
• где mвз – расчетная масса взвихрившейся
пыли, которая находилась в помещении до
аварии, кг;
• mар – расчетная масса пыли, поступившей в
помещение в результате аварийной ситуации,
кг.

23.

• Расчетная масса взвихрившейся пыли
mвз определяется по формуле
mвз K вз mп
• Квз– доля отложившейся в помещении пыли,
способной перейти во взвешенное состояние
в результате аварийной ситуации. При
отсутствии экспериментальных сведений о
величине допускается принимать значение =
0,9;
• mп – масса отложившейся в помещении
пыли к моменту аварии, кг.

24.

• Масса отложившейся в помещении пыли к
моменту аварии определяется
mп
K
K
Г
( m m ),
1
2
у
• где Кг – доля горючей пыли в общей массе
отложений пыли принимается равным при
расчетах = 0,95;
• Ку – коэффициент эффективности пылеуборки,
принимается по таблице;
• m1 – масса пыли, оседающей на труднодоступных
для уборки поверхностей в помещении за период
времени между генеральными уборками, кг;
• m2 – масса пыли, оседающей на доступных для
уборки поверхностях в помещении за период
времени между уборками, кг.

25.

Ку
Значения коэффициента
эффективности пылеуборки
Условия пылеуборки
Ручная, сухая пылеуборка
Ручная, влажная пылеуборка
Механизированная
вакуумная пылеуборка:
– пол с выбоинами (до 25 % площади)
– пол с выбоинами (до 5 % площади)
– пол в помещении ровный
Ку
0,6
0,7
0,75
0,8
0,9

26.

• Расчетная масса пыли, поступившей в
результате аварийной ситуации mав,
определяется по формуле
mав (mап q )K п
• где mап – масса горючей пыли, выбрасываемой в
помещение из аппарата, кг;
• q – производительность, с которой продолжается
поступление пылевидных веществ в аварийный
аппарат по трубопроводам до момента их отключения,
кг/с;
• τ– время отключения трубопроводов;
• КП– коэффициент пыления, представляющий
отношение массы взвешенной в воздухе пыли ко всей
массе пыли, поступавшей из аппарата в помещение.

27.

Значения коэффициента пыления
в зависимости от дисперсности
пыли d, мкм
Средний размер частиц горючей пыли,
поступившей из аппарата в помещение d,
мкм
100–200
200–250
250–350
> 350
Коэффициент
пыления
1,00
0,75
0,50
0,25

28.

Пример
• Рассчитать избыточное давление при сгорании
полиэтиленовой пыли в
помещении для следующих исходных данных:
• Мвз = 10 кг;
• Mав = 90 кг;
• F = 0,3;
• Qн =47·106 Дж/кг;
• Vсв = 2000 м3;
• Vав = 20 м3;
• ρв = 1,2 кг/м3;
• Tо = 298 К

29.

Расчет размеров
пожаровзрывоопасных зон

30.

Расстояния, ограничивающие область
концентраций, превышающих НКПР
(XНКПР, YНКПР и ZНКПР, м) для горючих
газов (ГГ) и легковоспламеняющихся
жидкостей (ЛВЖ)

31.

Для горючих газов

32.

Для ЛВЖ

33.

• mг– масса поступившего в открытое пространство
ГГ при аварийной ситуации, кг;
ρг– плотность ГГ при расчетной температуре и
атмосферном давлении, кг/м3 ;
mп– масса паров ЛВЖ, поступивших в открытое
пространство за время полного испарения, но не
более 3600 с, кг;
ρп– плотность паров ЛВЖ при расчетной
температуре и атмосферном давлении, кг/м3;
рн– давление насыщенных паров ЛВЖ при
расчетной температуре, кПа;
Т– продолжительность поступления паров ЛВЖ в
открытое пространство, с;
СНКПР– нижний концентрационный предел
распространения пламени ГГ или

34.

Пример
• Определить размеры зоны, ограниченной НКПР
паров, при аварийной разгерметизации
трубопровода, транспортирующего ацетон.
Данные для расчета. Трубопровод,
транспортирующий ацетон, проложен на открытом
пространстве на высоте h, м от поверхности земли.
Трубопровод оснащен ручными задвижками.
Масса паров ацетона, поступивших в открытое
пространство за время полного испарения, составляет
mn, кг при времени испарения Т, с. Максимально
возможная температура для данной климатической
зоны tр = 36 0С. Плотность паров ацетона ρa=2,29
кг/м3 при tр. Нижний концентрационный предел
распространения пламени паров ацетона СНКПР= 2,7 %
(об.). Давление насыщенных паров ацетона рн=48,09
кПа при tр.