احتراق مخاليط الغاز والبخار والهواء. انفجار ، تفجير. الفحص: نظرية الاحتراق والانفجار طريقة التحديد التجريبي لظروف الاحتراق الحراري التلقائي للمواد الصلبة والمواد

1 تتكون الطريقة من تحديد الحدود العليا للحد الأقصى والمتوسط ​​لمعدل الزيادة في ضغط انفجار مخاليط الغاز والبخار والهواء في وعاء تفاعل كروي ذي حجم ثابت.

يتم حساب الحد الأعلى للحد الأقصى لمعدل ارتفاع الضغط في kPa s -1 بواسطة الصيغة

أين ص أنا- الضغط الأولي ، كيلو باسكال ؛

س و. أنا- السرعة العادية لانتشار اللهب عند الضغط الأولي ودرجة الحرارة ، م · ث -1 ؛

أنصف قطر وعاء التفاعل الكروي ، م ؛

أقصى ضغط للانفجار بدون أبعاد ؛

ر  - أقصى ضغط انفجار مطلق ، كيلو باسكال ؛

 و- مؤشر ثابت للحرارة للخليط قيد الدراسة ؛

 هو أس حراري كدالة لسرعة انتشار اللهب العادية كدالة للضغط ودرجة الحرارة. إذا كانت القيمة  غير معروف ، يؤخذ يساوي 0.4.

يتم حساب الحد الأعلى لمتوسط ​​معدل ارتفاع الضغط في kPa s -1 بواسطة الصيغة

, (98)

أين هي وظيفة المعلمات  ه ,  و ,  ، تم العثور على قيمها باستخدام المخططات الموضحة في الشكل. 26 و 27.

قيم  هو  وتم العثور عليها عن طريق الحساب الديناميكي الحراري أو ، في حالة استحالة الحساب ، تؤخذ مساوية لـ 9.0 و 1.4 ، على التوالي.

لا يتجاوز خطأ الجذر التربيعي النسبي للحساب بالصيغتين (97) و (98) 20٪.

2. يتم حساب المعدل الأقصى للزيادة في ضغط الانفجار لمخاليط الغاز وبخار الهواء للمواد المكونة من ذرات C ، H ، O ، N ، S ، F ، Cl بواسطة الصيغة

, (99)

أين الخامس- حجم وعاء التفاعل ، م 3.

لا يتجاوز الخطأ النسبي الجذر التربيعي للحساب بالصيغة (99) 30٪.

طريقة للتحديد التجريبي لظروف الاحتراق الحراري التلقائي للمواد والمواد الصلبة

1. الأجهزة.

تشتمل معدات تحديد ظروف الاحتراق الحراري التلقائي على العناصر التالية.

1.1 ترموستات بسعة غرفة العمل لا تقل عن 40 dm 3 مع منظم الحرارة الذي يسمح لك بالحفاظ على درجة حرارة ثابتة من 60 إلى 250 درجة مئوية مع خطأ لا يزيد عن 3 درجات مئوية.

1.2 سلال مصنوعة من معدن مقاوم للتآكل على شكل مكعب أو أسطواني الشكل 35 و 50 و 70 و 100 و 140 و 200 ملم (10 قطع من كل حجم) مع أغطية. يجب أن يكون قطر السلة الأسطوانية مساويًا لارتفاعها. سمك جدار السلة (1.0 ± 0.1) مم.

1.3 محولات الطاقة الكهروحرارية (لا تقل عن 3) مع أقصى قطر تقاطع عمل لا يزيد عن 0.8 مم.

2. التحضير للاختبار.

2.1. قم بإجراء اختبار المعايرة لتحديد التصحيح ( ر تي) لقراءات المحولات الكهروحرارية 2 و 3 . للقيام بذلك ، يتم وضع سلة بها مادة غير قابلة للاحتراق (على سبيل المثال ، الرمل المكلس) في منظم حرارة يتم تسخينه إلى درجة حرارة معينة. يتم تثبيت المحولات الكهروحرارية (الشكل 2) بحيث يكون تقاطع العمل لمحول حراري واحد على اتصال مع العينة ويقع في مركزه ، والثاني على اتصال بالجانب الخارجي للسلة ، والثالث واحد على مسافة (30 ± 1) مم من جدار السلة. يجب وضع تقاطعات العمل لجميع المحولات الكهروحرارية الثلاثة على نفس المستوى الأفقي المقابل للخط الأوسط لمنظم الحرارة.

1 , 2 , 3 - عمل تقاطعات المحولات الكهروحرارية.

يتم الاحتفاظ بسلة تحتوي على مادة غير قابلة للاحتراق في منظم حرارة حتى يتم إنشاء نظام ثابت ، يتم فيه وضع قراءات كل الطاقة الكهروحرارية

تظل محولات الطاقة لمدة 10 دقائق دون تغيير أو تتقلب بسعة ثابتة حول متوسط ​​درجات الحرارة ر 1 , ر 2 , ر 3 . تعديل  ريتم حساب T بواسطة الصيغة

, (100)

2.2. يجب أن تميز عينات الاختبار متوسط ​​خصائص مادة الاختبار (المادة). عند اختبار مادة الصفيحة ، يتم تجميعها في كومة تتوافق مع الأبعاد الداخلية للسلة. في عينات المواد المتجانسة ، يتم حفر ثقب بقطر (7.0 ± 0.5) مم مسبقًا إلى المركز لمحول حراري.

حركة اللهب خلال خليط الغازاتيسمى انتشار اللهب. اعتمادًا على سرعة انتشار اللهب ، يمكن أن يكون الاحتراق احتراقًا بسرعة عدة م / ث ، ومتفجر - بسرعة تصل إلى عشرات ومئات م / ث ، وانفجار - عند آلاف م / ث.
للاحتراق أو انتشار اللهب الطبيعيالسمة المميزة هي انتقال الحرارة من طبقة إلى أخرى ، واللهب الذي يحدث في الخليط يتم تسخينه وتخفيفه بواسطة الجذور النشطة ونواتج التفاعل يتحرك في اتجاه الخليط الأولي القابل للاشتعال. يفسر ذلك حقيقة أن اللهب ، كما كان ، يصبح مصدرًا يطلق تدفقًا مستمرًا للحرارة والجسيمات النشطة كيميائيًا. نتيجة لذلك ، تتحرك مقدمة اللهب نحو الخليط القابل للاحتراق.
احتراق الاحتراقتنقسم إلى رقائقي واضطراب.
يتميز الاحتراق الرقائقي بسرعة انتشار اللهب العادية.
يتم استدعاء سرعة انتشار اللهب العادية ، وفقًا لـ GOST 12.1.044 SSBT سرعة اللهب الأماميةبالنسبة للغاز غير المحترق ، في اتجاه عمودي على سطحه.
قيمة السرعة العادية لانتشار اللهب ، كونها أحد مؤشرات خطر الحريق والانفجار للمواد ، تميز خطورة الصناعات المرتبطة باستخدام السوائل والغازات ، وتستخدم في حساب معدل الزيادة في المتفجرات. ضغط الغاز ، ومخاليط البخار والهواء ، والقطر الحرج (الإطفاء) وفي تطوير التدابير ، وتوفير السلامة من الحرائق والانفجارات للعمليات التكنولوجية وفقًا لمتطلبات GOST 12.1.004 و GOST 12.1.010 SSBT.
تعتمد السرعة العادية لانتشار اللهب - الثابت الفيزيائي الكيميائي للخليط - على تركيبة الخليط والضغط ودرجة الحرارة ويتم تحديدها بمعدل التفاعل الكيميائي والتوصيل الحراري الجزيئي.
تزيد درجة الحرارة من السرعة العادية لانتشار اللهب قليلًا نسبيًا ، والشوائب الخاملة تقللها ، وتؤدي زيادة الضغط إما إلى زيادة السرعة أو نقصها.
في تدفق غاز رقائقيسرعات الغاز منخفضة ، ويتكون الخليط القابل للاشتعال نتيجة الانتشار الجزيئي. يعتمد معدل الاحتراق في هذه الحالة على معدل تكوين الخليط القابل للاحتراق. لهب مضطربتتشكل مع زيادة سرعة انتشار اللهب ، عندما تنزعج صفيحة حركتها. في اللهب المضطرب ، يحسن دوران نفاثات الغاز اختلاط الغازات المتفاعلة ، حيث يزداد السطح الذي يحدث من خلاله الانتشار الجزيئي.
نتيجة لتفاعل مادة قابلة للاحتراق مع عامل مؤكسد ، يتم تكوين منتجات الاحتراق ، والتي يعتمد تكوينها على المركبات الأولية وظروف تفاعل الاحتراق.
مع الاحتراق الكامل للمركبات العضوية ، يتشكل CO 2 ، SO 2 ، H 2 O ، N 2 ، ومع احتراق المركبات غير العضوية ، تتشكل الأكاسيد. اعتمادًا على درجة حرارة الانصهار ، يمكن أن تكون نواتج التفاعل إما في شكل ذوبان (Al 2 O 3 ، TiO 2) ، أو ترتفع في الهواء على شكل دخان (P 2 O 5 ، Na 2 O ، MgO) . الجسيمات الصلبة المنصهرة تخلق لمعان اللهب. أثناء احتراق الهيدروكربونات ، يتم توفير اللمعان القوي للهب من خلال وهج جزيئات الكربون الأسود ، والتي تتشكل بكميات كبيرة. يؤدي انخفاض محتوى الكربون الأسود نتيجة الأكسدة إلى تقليل لمعان اللهب ، كما يؤدي انخفاض درجة الحرارة إلى صعوبة أكسدة أسود الكربون ويؤدي إلى تكون السخام في اللهب.
من أجل مقاطعة تفاعل الاحتراق ، من الضروري انتهاك شروط حدوثه وصيانته. عادة ، من أجل الإطفاء ، يتم استخدام انتهاك شرطين أساسيين للحالة المستقرة - انخفاض في درجة الحرارة وطريقة لحركة الغازات.
انخفاض درجة الحرارةيمكن تحقيق ذلك عن طريق إدخال مواد تمتص الكثير من الحرارة نتيجة التبخر والتفكك (مثل الماء والمساحيق).
وضع حركة الغازيمكن تغييرها عن طريق تقليل الإمداد بالأكسجين والقضاء عليه.
انفجار ، وفقًا لـ GOST 12.1.010 " حدث الانفجار"، - تحول سريع للمادة (احتراق متفجر) ، مصحوبًا بإطلاق طاقة وتشكيل غازات مضغوطة قادرة على القيام بالعمل.
يؤدي الانفجار ، كقاعدة عامة ، إلى زيادة شديدة في الضغط. تتشكل موجة الصدمة وتنتشر في البيئة.
هزة أرضيةقدرة تدميرية إذا كان الضغط الزائد فيها أعلى من 15 كيلو باسكال. ينتشر في الغاز أمام مقدمة اللهب بسرعة صوت تبلغ 330 م / ث. أثناء الانفجار ، يتم تحويل الطاقة الأولية إلى طاقة الغازات المضغوطة الساخنة ، والتي يتم تحويلها إلى طاقة الحركة والضغط والتسخين للوسط. أنواع مختلفة من طاقة الانفجار الأولية ممكنة - طاقة كهربائية ، حرارية ، ضغط مرنة ، ذرية ، كيميائية.
المعلمات الرئيسية التي تميز خطر حدوث انفجار وفقًا لـ GOST 12.1.010 هي الضغط في مقدمة موجة الصدمة ، وضغط الانفجار الأقصى ، ومتوسط ​​وأقصى معدل لزيادة الضغط أثناء الانفجار أو التكسير أو الخصائص شديدة الانفجار بيئة متفجرة.
عمل الانفجار العاميتجلى في تدمير المعدات أو المباني الناجم عن موجة الصدمة ، وكذلك في إطلاق المواد الضارة (منتجات الانفجار أو الموجودة في المعدات).
أقصى ضغط انفجار(P max) - أعلى ضغط يحدث أثناء انفجار احتراق لمزيج غاز أو بخار أو غبار - هواء في وعاء مغلق عند ضغط خليط أولي يبلغ 101.3 كيلو باسكال.
معدل ارتفاع ضغط الانفجار(dР / dt) هو مشتق من ضغط الانفجار فيما يتعلق بالوقت في القسم التصاعدي لاعتماد ضغط الانفجار لمزيج من الغاز والبخار والغبار والهواء في وعاء مغلق في الوقت المحدد. في هذه الحالة ، يتم تمييز الحد الأقصى والمتوسط ​​لمعدلات زيادة الضغط أثناء الانفجار. عند تحديد السرعة القصوى ، يتم استخدام زيادة الضغط في قسم الخط المستقيم لاعتماد ضغط الانفجار في الوقت المحدد ، وعند تحديد متوسط ​​السرعة ، القسم بين أقصى ضغط للانفجار والضغط الأولي في الوعاء قبل يستخدم الانفجار.
كل من هذه الخصائص هي عوامل مهمة للحماية من الانفجار. يتم استخدامها في تحديد فئة المباني والمباني من حيث مخاطر الانفجار والحريق ، في حساب أجهزة السلامة ، في تطوير تدابير السلامة من الحرائق والانفجارات للعمليات التكنولوجية.
تفجيرهناك عملية تحول كيميائي لنظام الاختزال المؤكسد ، وهي عبارة عن مزيج من موجة صدمة تنتشر بسرعة ثابتة وتتجاوز سرعة الصوت ، وتتبع الجزء الأمامي من منطقة التحولات الكيميائية للمواد البادئة. الطاقة الكيميائية، الذي تم إطلاقه في موجة التفجير ، يغذي موجة الصدمة ، ويمنعها من التحلل. سرعة موجة التفجير هي خاصية مميزة لكل نظام معين.

تنص النظرية على أن انفجار خليط الغاز أو بخار الهواء ليس ظاهرة فورية. عندما يتم إدخال مصدر الإشعال في الخليط القابل للاحتراق ، يبدأ تفاعل أكسدة الوقود مع المؤكسد في منطقة مصدر الإشعال. يصل معدل تفاعل الأكسدة في بعض الحجم الأولي لهذه المنطقة إلى الحد الأقصى - يحدث الاحتراق. الاحتراق عند حدود الحجم الأولي مع الوسط يسمى جبهة اللهب. تبدو مقدمة اللهب وكأنها كرة. سمك مقدمة اللهب ، حسب Ya.B. زيلدوفيتش , يساوي 1-100 ميكرون. على الرغم من أن سمك منطقة الاحتراق صغير ، إلا أنه يكفي لمواصلة تفاعل الاحتراق. درجة حرارة مقدمة اللهب بسبب حرارة تفاعل الاحتراق هي 1000-3000 درجة مئوية وتعتمد على تركيبة الخليط القابل للاحتراق.

عندما تتحرك مقدمة اللهب ، تزداد درجة حرارة الجزء غير المحترق من الخليط القابل للاحتراق ، مع زيادة ضغط الخليط. بالقرب من مقدمة اللهب ، ترتفع درجة حرارة الخليط أيضًا ، بسبب عدم
انتقال الحرارة عن طريق التوصيل الحراري وانتشار الجزيئات الساخنة والإشعاع. على السطح الخارجي لواجهة اللهب ، تكون درجة الحرارة هذه مساوية لدرجة حرارة الاشتعال الذاتي للخليط القابل للاحتراق.

بعد اشتعال الخليط القابل للاشتعال ، يتشوه الشكل الكروي للهب بسرعة كبيرة ويتجه أكثر فأكثر نحو الخليط الذي لا يزال غير مشتعل. يترافق امتداد مقدمة اللهب والزيادة السريعة في سطحها مع زيادة سرعة الجزء المركزي من اللهب. يستمر هذا التسارع حتى يلامس اللهب جدران الأنابيب أو ، على أي حال ، لا يقترب من جدار الأنبوب. في هذه اللحظة ، يتناقص حجم اللهب بشكل حاد ، ويبقى جزء صغير منه فقط من اللهب ، ويغطي القسم بأكمله من الأنبوب. سحب مقدمة اللهب ،
وتسارعه الشديد فور الاشتعال بالشرارة ، عندما لا يصل اللهب بعد إلى جدران الأنبوب ، ناتج عن زيادة حجم منتجات الاحتراق. وهكذا ، في المرحلة الأولية من تكوين مقدمة اللهب ، بغض النظر عن درجة قابلية خليط الغاز للاشتعال ، يحدث تسارع وتباطؤ لاحق للهب ، وسيكون هذا التباطؤ أكبر ، وكلما زادت سرعة اللهب.

تتأثر عملية تطوير مراحل الاحتراق اللاحقة بطول الأنبوب. يؤدي استطالة الأنبوب إلى ظهور اهتزازات وتشكيل بنية خلوية من اللهب وموجات الصدمة والانفجار.

يمكن تحديد عرض منطقة التسخين (بالسم) من الاعتماد

1 = أ / ت

أين أ- معامل الانتشار الحراري ؛ الخامس- سرعة انتشار اللهب.

سرعة السفر الخطية الخامس(في م / ث) يمكن تحديده بالصيغة

V = V t /

أين ت- معدل الاحتراق الشامل ، g / (s m 3) ؛ - كثافة الخليط الأولي القابل للاحتراق ، كجم / م 3.

السرعة الخطية لجبهة اللهب ليست ثابتة ، فهي تختلف تبعًا للتركيبات. مخاليط وشوائب غازات خاملة (غير قابلة للاحتراق) ، درجة حرارة الخليط ، قطر الأنبوب ، إلخ. لا يتم ملاحظة السرعة القصوى لانتشار اللهب عند التركيز المتكافئ للخليط ، ولكن في خليط به وقود زائد. عندما يتم إدخال غازات خاملة في الخليط القابل للاحتراق ، تقل سرعة انتشار اللهب. يفسر ذلك بانخفاض درجة حرارة احتراق الخليط ، حيث يتم إنفاق جزء من الحرارة على تسخين الشوائب الخاملة التي لا تشارك في التفاعل.

مع زيادة قطر الأنابيب ، تزداد سرعة انتشار اللهب بشكل غير متساو. مع زيادة قطر الأنابيب إلى 0.1-0.15 م ، تزداد السرعة بسرعة كبيرة. ترتفع درجة الحرارة حتى يصل القطر إلى قطر محدد معين ،
فوقها لا توجد زيادة في السرعة. مع انخفاض قطر الأنبوب ، تقل سرعة انتشار اللهب ، وعند قطر صغير معين ، لا ينتشر اللهب في الأنبوب. يمكن تفسير هذه الظاهرة بزيادة فقد الحرارة عبر الجدران
أنابيب.

لذلك ، من أجل وقف انتشار اللهب في خليط قابل للاحتراق ، من الضروري بطريقة أو بأخرى خفض درجة حرارة الخليط عن طريق تبريد الوعاء (في مثالنا ، أنبوب) من الخارج أو عن طريق تخفيف الخليط مع غاز خامل بارد.

السرعة العادية لانتشار اللهب منخفضة نسبيًا (لا تزيد عن عشرات الأمتار في الثانية) ، ولكن في ظل ظروف معينة ، ينتشر اللهب في الأنابيب بسرعة هائلة (من 2 إلى 5 كم / ثانية) ، متجاوزة سرعة الصوت في وسيط معين. تم استدعاء هذه الظاهرة تفجير. السمات المميزة للتفجير هي كما يلي:

1) معدل حرق ثابت بغض النظر عن قطر الأنبوب ؛

2) ارتفاع ضغط اللهب الناجم عن موجة التفجير ، والتي يمكن أن تتجاوز 50 ميجا باسكال ، اعتمادًا على الطبيعة الكيميائية للخليط القابل للاحتراق والضغط الأولي ؛ علاوة على ذلك ، نظرًا لارتفاع معدل الاحتراق ، لا يعتمد الضغط المتطور على شكل وسعة وضيق الوعاء (أو الأنبوب).

مع تسارع اللهب ، تزداد أيضًا سعة موجة الصدمة ، وتصل درجة حرارة الانضغاط إلى درجة حرارة الاشتعال الذاتي للخليط.

تفسر الزيادة في الكمية الإجمالية لحرق الغاز لكل وحدة زمنية بحقيقة أنه في طائرة نفاثة ذات سرعة متغيرة في المقطع العرضي ، تنحني مقدمة اللهب ، مما يؤدي إلى زيادة سطحها وزيادة كمية المادة المحترقة بشكل متناسب .

عندما يتم حرق مخاليط الغاز في حجم مغلق ، لا تعمل منتجات الاحتراق ؛ تنفق طاقة الانفجار فقط على تسخين منتجات الانفجار. في هذه الحالة ، يتم تعريف الطاقة الإجمالية على أنها مجموع الطاقة الداخلية للخليط المتفجر Q ex.en.cm. وحرارة احتراق مادة معينة ΔQ g قيمة Q vn.en.sm. يساوي مجموع نواتج السعات الحرارية لمكونات الخليط المتفجر عند حجم ثابت ودرجة الحرارة الأولية
درجة حرارة الخليط

س تحويلة en.cm \ u003d C 1 T + C 2 T + ... + C p T

حيث C 1، C 2، C p - السعات الحرارية النوعية للمكونات التي تتكون منها
خليط متفجر ، kJ / (kg · K) ؛ تي -درجة الحرارة الأولية للخليط ، K.

يتم حساب درجة حرارة انفجار مخاليط الغاز عند حجم ثابت بنفس الطريقة مثل درجة حرارة احتراق خليط عند ضغط ثابت.

تم العثور على ضغط الانفجار من درجة حرارة الانفجار. يعتمد الضغط أثناء انفجار خليط الغاز والهواء في حجم مغلق على درجة حرارة الانفجار ونسبة عدد جزيئات نواتج الاحتراق إلى عدد الجزيئات في الخليط المتفجر. أثناء انفجار مخاليط الهواء والغاز ، لا يتجاوز الضغط عادة 1.0 ميجا باسكال ، إذا كان الضغط الأولي للخليط طبيعيًا. عندما يتم استبدال الهواء الموجود في الخليط المتفجر بالأكسجين ، يزداد ضغط الانفجار بشكل حاد ، حيث تزداد درجة حرارة الاحتراق.

ضغط انفجار مخاليط متكافئة من الميثان والإيثيلين والأسيتون و
الميثيل الأثير مع الأكسجين 1.5 - 1.9 ميجا باسكال ، ومخاليطهم المتكافئة مع الهواء 1.0 ميجا باسكال.

يتم استخدام أقصى ضغط للانفجار في حسابات مقاومة انفجار المعدات ، وكذلك في حسابات صمامات الأمان والأغشية المتفجرة وقذائف المعدات الكهربائية المقاومة للانفجار. ضغط الانفجار ريتم حساب vzr (في MPa) لمخاليط الغاز والهواء بواسطة الصيغة

ر vzr =

أين ص 0- الضغط الأولي للخليط المتفجر ، MPa ؛ تي 0و تي فزر- درجة الحرارة الأولية للخليط المتفجر ودرجة حرارة الانفجار ، K ؛

عدد جزيئات غازات نواتج الاحتراق بعد الانفجار ؛
هو عدد جزيئات الغاز للخليط قبل الانفجار.

الوكالة الفيدرالية للتعليم في الاتحاد الروسي

المؤسسة التعليمية الحكومية للتعليم المهني العالي

"جامعة أوفا الحكومية للبترول التقنية"

قسم "الأمن الصناعي وحماية العمال"

العمل الرقابي على الموضوع:

نظرية الاحتراق والانفجار

1. أسئلة نظرية حول الانفجار

في العمليات التكنولوجية المرتبطة باستخراج ونقل ومعالجة وإنتاج وتخزين واستخدام الغازات القابلة للاشتعال (GH) والسوائل القابلة للاشتعال (السوائل القابلة للاشتعال) ، هناك دائمًا خطر تكوين الغازات المتفجرة ومخاليط البخار.

يمكن أن تتشكل البيئة القابلة للانفجار من خلال خليط من المواد (الغازات والأبخرة والغبار) مع الهواء وعوامل مؤكسدة أخرى (الأكسجين والأوزون والكلور وأكاسيد النيتروجين وما إلى ذلك) والمواد المعرضة للتحول الانفجاري (الأسيتيلين والأوزون والهيدرازين ، إلخ. .).

الأسباب الأكثر شيوعًا للانفجارات هي انتهاك قواعد التشغيل الآمن للمعدات ، تسرب الغاز من خلال التسريبات في الوصلات ، ارتفاع درجة حرارة الأجهزة ، زيادة الضغط المفرط ، عدم وجود تحكم مناسب في العملية التكنولوجية ، تمزق أو كسر أجزاء المعدات ، إلخ. .

مصدر الشروع في الانفجار:

اللهب المكشوف والأجسام المحترقة والحمراء ؛

التفريغ الكهربائي

المظاهر الحرارية للتفاعلات الكيميائية والآثار الميكانيكية ؛

شرارات من التأثير والاحتكاك:

موجات الصدمة

الإشعاع الكهرومغناطيسي وغيره.

وفقًا لـ PB 09-540-03 الانفجار:

1. عملية الإطلاق العابر للطاقة الكامنة المرتبطة بتغير مفاجئ في حالة المادة ويصاحبها قفزة ضغط أو موجة صدمة.

2. إطلاق الطاقة الداخلية على المدى القصير ، مما يؤدي إلى زيادة الضغط

يمكن أن يحدث انفجار مع أو بدون احتراق (أكسدة).

المعلمات والخصائص التي تميز البيئة المتفجرة:

نقطة الوميض؛

حدود التركيز ودرجة حرارة الاشتعال ؛

درجة حرارة الاشتعال الذاتي

سرعة انتشار اللهب العادية ؛

الحد الأدنى من محتوى الأكسجين المتفجر (المؤكسد) ؛

الحد الأدنى من طاقة الاشتعال

الحساسية للعمل الميكانيكي (التأثير والاحتكاك). العوامل الخطيرة والضارة التي تؤثر على العمال

من الانفجار:

موجة الصدمة التي يتجاوز الضغط في مقدمتها القيمة المسموح بها ؛

انهيار الهياكل والمعدات والاتصالات والمباني والهياكل وأجزائها الطائرة ؛

المواد الضارة التي تشكلت أثناء الانفجار و (أو) المنبعثة من المعدات التالفة ، والتي يتجاوز محتواها في هواء منطقة العمل التركيزات القصوى المسموح بها.

العوامل الرئيسية التي تميز خطر الانفجار:

أقصى ضغط ودرجة حرارة الانفجار ؛

يزداد معدل الضغط أثناء الانفجار ؛

الضغط في مقدمة موجة الصدمة ؛

خصائص التكسير وشديدة الانفجار لبيئة متفجرة.

أثناء الانفجار ، يتم تحويل الطاقة الكامنة الأولية لمادة ما ، كقاعدة عامة ، إلى طاقة الغازات المضغوطة الساخنة ، والتي بدورها ، عند تمددها ، تتحول إلى طاقة حركة وانضغاط وتسخين الوسط . يبقى جزء من الطاقة في شكل طاقة داخلية (حرارية) للغازات الممتدة.

يحدد إجمالي كمية الطاقة المنبعثة أثناء الانفجار المعلمات العامة (الحجم ، المساحة) للتدمير. يحدد تركيز الطاقة (الطاقة لكل وحدة حجم) شدة التدمير في موقع الانفجار. هذه الخصائص ، بدورها ، تعتمد على معدل إطلاق الطاقة من قبل النظام المتفجر المسبب لموجة الانفجار.

يمكن تقسيم الانفجارات الأكثر تكرارًا في ممارسة التحقيق إلى مجموعتين رئيسيتين: الانفجارات الكيميائية والفيزيائية.

تشمل الانفجارات الكيميائية عمليات التحول الكيميائي للمادة ، والتي تتجلى في الاحتراق وتتميز بإطلاق الطاقة الحرارية في فترة زمنية قصيرة وفي مثل هذا الحجم الذي تتشكل فيه موجات الضغط التي تنتشر من مصدر الانفجار.

تشمل الانفجارات الفيزيائية العمليات التي تؤدي إلى انفجار ولا ترتبط بالتحولات الكيميائية للمادة.

السبب الأكثر شيوعًا للانفجارات العرضية هو عمليات الاحتراق. تحدث الانفجارات من هذا النوع غالبًا أثناء تخزين ونقل وتصنيع المتفجرات. تحدث:

عند التعامل مع المتفجرات والمواد المتفجرة للصناعات الكيماوية والبتروكيماوية ؛

مع تسرب الغاز الطبيعي في المباني السكنية ؛

في تصنيع ونقل وتخزين المواد القابلة للاحتراق المتطايرة أو المسيلة ؛

عند شطف صهاريج تخزين الوقود السائل ؛

في تصنيع وتخزين واستخدام أنظمة الغبار القابلة للاحتراق وبعض المواد الصلبة والسائلة القابلة للاحتراق تلقائيًا.

ملامح انفجار كيميائي

هناك نوعان رئيسيان من الانفجارات: انفجار المتفجرات المكثفة والانفجار الحجمي (انفجار أبخرة مخاليط الغبار والغاز). تنجم انفجارات المتفجرات المكثفة عن جميع المتفجرات الصلبة وعدد صغير نسبيًا من المتفجرات السائلة ، بما في ذلك النتروجليسرين. عادة ما تكون كثافة هذه المتفجرات 1300-1800 كجم / م 3 ، ومع ذلك ، فإن المتفجرات الأولية المحتوية على الرصاص أو الزئبق لها كثافة أعلى بكثير.

تفاعلات التحلل:

إن أبسط حالات الانفجار هي عملية التحلل مع تكوين منتجات غازية. على سبيل المثال ، تحلل بيروكسيد الهيدروجين مع تأثير حراري كبير وتكوين بخار الماء والأكسجين:

2H2O2 → 2H2O2 + O2 + 106 كيلوجول / مول

يعتبر بيروكسيد الهيدروجين خطيرًا بدءًا من تركيز 60٪.

التحلل عن طريق الاحتكاك أو تأثير أزيد الرصاص:

Pb (N3) 2 → Pb - 3N2 + 474 كيلوجول / مول.

Trinitrotoluene (TNT) هو مادة "ناقصة الأكسجين" ، وبالتالي فإن الكربون هو أحد نواتج تحللها الرئيسية ، مما يساهم في تكوين الدخان أثناء انفجارات TNT.

تحتوي المواد المعرضة للتحلل المتفجر دائمًا تقريبًا على واحد أو أكثر من الهياكل الكيميائية المميزة المسؤولة عن التطور المفاجئ للعملية مع إطلاق كمية كبيرة من الطاقة. تشمل هذه الهياكل المجموعات التالية:

NO2 و NO3 - في المواد العضوية وغير العضوية ؛

N = N-N - في الأزيدات العضوية وغير العضوية ؛

NX3 ، حيث X عبارة عن هالوجين ،

N = C في التفجير.

استنادًا إلى قوانين الكيمياء الحرارية ، يبدو من الممكن تحديد المركبات التي يمكن أن تكون عملية تحللها قابلة للانفجار. أحد العوامل الحاسمة التي تحدد الخطر المحتمل لنظام ما هو انتشار طاقته الداخلية في الحالة الأولية مقارنة بالحالة النهائية. يتم استيفاء هذه الحالة عند امتصاص الحرارة (تفاعل ماص للحرارة) في عملية تكوين مادة. مثال على العملية ذات الصلة هو تكوين الأسيتيلين من العناصر:

2C + H2 → CH = CH - 242 كيلوجول / مول.

المواد غير المتفجرة التي تفقد الحرارة أثناء التكوين (تفاعل طارد للحرارة) تشمل ، على سبيل المثال ، ثاني أكسيد الكربون

C + O2 → CO2 + 394 كيلوجول / مول.

يجب أن يؤخذ في الاعتبار أن تطبيق قوانين الكيمياء الحرارية يجعل من الممكن فقط الكشف عن إمكانية حدوث عملية متفجرة. يعتمد تنفيذه على معدل التفاعل وتكوين المنتجات المتطايرة. لذلك ، على سبيل المثال ، لا يؤدي تفاعل شمعة البارافين مع الأكسجين ، على الرغم من ارتفاع درجة الحرارة ، إلى حدوث انفجار بسبب سرعته المنخفضة.

لا يؤدي التفاعل 2Al + 4AC2O2 → Al2O3 + 2Fe في حد ذاته ، على الرغم من ارتفاع درجة الحرارة ، أيضًا إلى حدوث انفجار ، حيث لا يتم تشكيل المنتجات الغازية.

تفاعلات الأكسدة والاختزال ، التي تشكل أساس تفاعلات الاحتراق ، لهذا السبب ، يمكن أن تؤدي إلى انفجار فقط في ظل ظروف تؤدي إلى تحقيق معدلات تفاعل عالية ونمو ضغط. يمكن أن يؤدي احتراق المواد الصلبة والسوائل عالية التشتت إلى ضغط زائد يصل إلى 8 بار في ظل ظروف الحجم المغلق ، وهو نادر نسبيًا ، على سبيل المثال في أنظمة الهواء السائل ، حيث يكون الهباء الجوي عبارة عن رذاذ من قطرات الزيت.

في تفاعلات البلمرة المصحوبة بتأثير طارد للحرارة ووجود مونومر متطاير ، غالبًا ما يتم الوصول إلى مرحلة يمكن أن تحدث فيها زيادة خطيرة في الضغط ، بالنسبة لبعض المواد مثل أكسيد الإيثيلين ، يمكن أن تبدأ البلمرة في درجة حرارة الغرفة ، خاصة عند البدء تتلوث المركبات بمواد تسريع البلمرة. يمكن لأكسيد الإيثيلين أيضًا أن يتحول إلى أسيتالديهيد بطريقة طاردة للحرارة:

CH2CH2O - CH3HC \ u003d O + 113.46 كيلو جول / مول

تستخدم تفاعلات التكثيف على نطاق واسع في إنتاج الدهانات والورنيشات والراتنجات ، وبسبب العملية الطاردة للحرارة ووجود مكونات متطايرة ، فإنها تؤدي أحيانًا إلى الانفجارات.

لمعرفة الظروف العامة التي تفضل بدء الاحتراق وانتقاله إلى الانفجار ، ضع في اعتبارك الرسم البياني (الشكل 1) لاعتماد درجة الحرارة التي تم تطويرها في النظام القابل للاحتراق في الوقت المحدد في وجود إطلاق حرارة حجمية معه بسبب تفاعل كيميائي وفقدان الحرارة.

إذا قمنا بتمثيل درجة الحرارة T1 على الرسم البياني كنقطة حرجة يحدث فيها الاحتراق في النظام ، يصبح من الواضح أنه في الظروف التي يوجد فيها زيادة في فقد الحرارة على اكتساب الحرارة ، لا يمكن أن يحدث هذا الاحتراق. تبدأ هذه العملية فقط عندما يتم الوصول إلى المساواة بين معدلات إطلاق الحرارة وفقدان الحرارة (عند نقطة التلامس مع المنحنيات المقابلة) ويمكن أن تتسارع مع زيادة درجة الحرارة ش. وبالتالي ، الضغط قبل الانفجار.

وبالتالي ، في ظل وجود ظروف مواتية للعزل الحراري ، فإن حدوث تفاعل طارد للحرارة في نظام قابل للاحتراق يمكن أن يؤدي ليس فقط إلى الاحتراق ، ولكن أيضًا إلى الانفجار.

ترجع التفاعلات الناتجة غير المنضبطة التي تفضل الانفجار إلى حقيقة أن معدل انتقال الحرارة ، على سبيل المثال ، في الأوعية هو دالة خطية لاختلاف درجة الحرارة بين كتلة التفاعل والمبرد ، بينما معدل التفاعل الطارد للحرارة و ، لذلك ، ينمو تدفق الحرارة منه وفقًا لقانون الطاقة مع زيادة التركيزات الأولية للكواشف ويزيد بسرعة مع زيادة درجة الحرارة نتيجة للاعتماد الأسي لمعدل التفاعل الكيميائي على درجة الحرارة (قانون أرهينيوس) . تحدد هذه الانتظامات أقل معدلات احتراق للخليط ودرجة الحرارة عند الحد الأدنى للاشتعال للتركيز. عندما يقترب تركيز الوقود والمؤكسد من القياس المتكافئ ، يزداد معدل الاحتراق ودرجة الحرارة إلى القيم القصوى.

تركيز غاز التركيب المتكافئ هو تركيز الغاز القابل للاحتراق في خليط مع وسط مؤكسد ، حيث يتم ضمان التفاعل الكيميائي الكامل للوقود والمؤكسد للخليط بدون بقايا.

3. ملامح الانفجار المادي

ترتبط الانفجارات المادية ، كقاعدة عامة ، بانفجارات الأوعية من ضغط البخار والأخاديد. علاوة على ذلك ، فإن السبب الرئيسي لتكوينها ليس تفاعلًا كيميائيًا ، بل عملية فيزيائية بسبب إطلاق الطاقة الداخلية لغاز مضغوط أو مسال. تعتمد قوة مثل هذه الانفجارات على الضغط الداخلي ، وينتج التدمير عن موجة صدمة من غاز متوسع أو شظايا وعاء ممزق. يمكن أن يحدث انفجار مادي ، على سبيل المثال ، إذا سقطت أسطوانة غاز مضغوط محمولة وانفجر صمام تقليل الضغط. نادراً ما يتجاوز ضغط غاز البترول المسال 40 بار (الضغط الحرج لمعظم غاز البترول المسال التقليدي).

تشمل الانفجارات المادية أيضًا ظاهرة ما يسمى بالتفجير المادي. تحدث هذه الظاهرة عند خلط السوائل الساخنة والباردة ، عندما تتجاوز درجة حرارة أحدهما بدرجة كبيرة درجة غليان الآخر (على سبيل المثال ، صب المعدن المنصهر في الماء). في خليط البخار والسائل الناتج ، يمكن أن يستمر التبخر بشكل انفجاري بسبب العمليات المتطورة للبلغمات الدقيقة للقطرات الذائبة ، والإزالة السريعة للحرارة منها ، والسخونة الزائدة للسائل البارد مع تبخره القوي.

يصاحب التفجير المادي ظهور موجة صدمة مع ضغط زائد في الطور السائل ، يصل في بعض الحالات إلى أكثر من ألف جو. يتم تخزين العديد من السوائل أو استخدامها في ظروف يكون فيها ضغط البخار أعلى بكثير من الضغط الجوي. تشمل هذه السوائل: غازات مسالة قابلة للاحتراق (مثل البروبان ، البوتان) ، المبردات المسالة ، الأمونيا أو الفريون المخزنة في درجة حرارة الغرفة ، الميثان الذي يجب تخزينه عند درجة حرارة منخفضة في الماء الساخن في الغلايات البخارية. في حالة تلف الحاوية التي تحتوي على سائل شديد السخونة ، يتدفق البخار إلى الفضاء المحيط ويحدث التبخر الجزئي السريع للسائل. مع تدفق سريع بما فيه الكفاية وتمدد البخار في البيئة ، يتم إنشاء موجات متفجرة. أسباب انفجارات الأوعية التي تحتوي على غازات وأبخرة تحت الضغط هي:

انتهاكات سلامة القضية بسبب انهيار أي وحدة أو تلف أو تآكل بسبب التشغيل غير السليم ؛

ارتفاع درجة حرارة الوعاء بسبب انتهاكات في التسخين الكهربائي أو طريقة تشغيل جهاز الاحتراق (في هذه الحالة ، يزداد الضغط داخل الوعاء ، وتنخفض قوة الجسم إلى الحالة التي يتضرر فيها) ؛

انفجار الوعاء عند تجاوز الضغط المسموح به.

تحتوي انفجارات حاويات الغاز مع الاحتراق اللاحق في الغلاف الجوي بشكل أساسي على نفس الأسباب الموضحة أعلاه والتي تعتبر من سمات الانفجارات المادية. يكمن الاختلاف الرئيسي في تكوين كرة نارية في هذه الحالة ، يعتمد حجمها على كمية الوقود الغازي المنطلق في الغلاف الجوي. وتعتمد هذه الكمية بدورها على الحالة الفيزيائية للغاز في الحاوية. عندما يكون محتوى الوقود في الحالة الغازية ، ستكون كميته أقل بكثير مما لو تم تخزينه في نفس الحاوية في شكل سائل. يتم تحديد معلمات الانفجار ، التي تحدد عواقبه ، بشكل أساسي من خلال طبيعة توزيع الطاقة في منطقة الانفجار وتوزيعها حيث تنتشر موجة الانفجار من مصدر الانفجار.

4. الطاقة الكامنة

للانفجار قوة تدميرية كبيرة. أهم ما يميز الانفجار هو الطاقة الكلية للمادة. يُطلق على هذا المؤشر اسم إمكانات الطاقة للانفجار ، وهو مدرج في جميع المعلمات التي تميز مقياس وعواقب الانفجار.

في حالة إزالة الضغط الطارئ للجهاز ، يحدث الكشف الكامل (التدمير) ؛

يتم تحديد مساحة الانسكاب السائل بناءً على حلول تصميم المباني أو مواقع التركيب الخارجية ؛

لا يستغرق التبخر أكثر من ساعة واحدة:

E \ u003d EII1 + EII2 + EII1 + EII2 + EII3 + EII4 ،

خطر انفجار غرفة الاطفاء

حيث EI1 هو مجموع طاقات التمدد الحرارى واحتراق طور الغاز البخاري (PGPC يقع مباشرة في الكتلة ، kJ ؛

ЕI2 هي طاقة الاحتراق من HPF التي يتم توفيرها للقسم منزوع الضغط من الأجسام المجاورة (الكتل) ، kJ ؛

EII1 - طاقة احتراق GTHF ، تتشكل بسبب طاقة المرحلة السائلة شديدة التسخين للكتلة قيد الدراسة والتي يتم تلقيها من الأجسام المجاورة kJ ؛

EII2 هي طاقة احتراق PHF المتكونة من المرحلة السائلة (LP) بسبب حرارة التفاعلات الطاردة للحرارة التي لا تتوقف أثناء إزالة الضغط ، kJ ؛

EII3 هي طاقة احتراق PHF. تتكون من LF بسبب تدفق الحرارة من ناقلات الحرارة الخارجية ، kJ ؛

EII4 هي طاقة احتراق PHF ، والتي تتكون من LF المنسكب على سطح صلب (أرضية ، منصة نقالة ، تربة ، إلخ) بسبب انتقال الحرارة من البيئة (من السطح الصلب والهواء إلى السائل فوق سطحه ) ، كيلوجول.

تُستخدم قيم إجمالي إمكانات الطاقة للانفجار لتحديد قيم الكتلة المخفضة وإمكانات الطاقة النسبية التي تميز قابلية انفجار الكتل التكنولوجية.

الكتلة المخفضة هي الكتلة الإجمالية للأبخرة القابلة للاحتراق (الغازات) لسحابة غاز-بخار متفجرة ، مخفضة إلى طاقة احتراق واحدة محددة تساوي 46000 كيلو جول / كجم:

إمكانات الطاقة النسبية للانفجار Qv للوحدة التكنولوجية ، والتي تميز الطاقة الإجمالية للاحتراق ويمكن حسابها بالصيغة:

حيث E هو إجمالي الطاقة الكامنة لخطر الانفجار للوحدة التكنولوجية.

وفقًا لقيم إمكانات الطاقة النسبية Rv إلى الكتلة المخفضة لوسط غاز البخار m ، يتم تصنيف الكتل التكنولوجية. يتم إعطاء مؤشرات فئة خطر الانفجار للكتل التكنولوجية في الجدول 1.

رقم الجدول

5. مكافئ تي إن تي. الضغط الزائد في مقدمة موجة الصدمة

لتقييم مستوى التعرض للأعطال العرضية والمتعمدة ، يتم استخدام طريقة التقييم من خلال مكافئ TNT على نطاق واسع. وفقًا لهذه الطريقة ، تتميز درجة التدمير بمكافئ TNT ، حيث يتم تحديد كتلة TNT ، وهي مطلوبة لإحداث هذا المستوى من التدمير. يتم حساب المركبات غير المستقرة كيميائيًا بواسطة الصيغ:

1 لبيئات الغاز البخاري

q / - الحرارة النوعية لاحتراق وسط بخار الغاز ، kJ kg ،

qT هي طاقة الانفجار المحددة لـ TNT kJ / kg.

2 للمركبات غير المستقرة كيميائياً الصلبة والسائلة

حيث Wk هي كتلة المركبات غير المستقرة كيميائياً الصلبة والسائلة ؛ qk هي طاقة الانفجار المحددة للمركبات غير المستقرة كيميائياً الصلبة والسائلة. في الإنتاج ، ينتج عن انفجار خليط من الهواء والغاز أو بخار هواء أو غبار موجة صدمة. تعتمد درجة دقة هياكل المباني والمعدات والآلات والاتصالات ، بالإضافة إلى الأضرار التي تلحق بالأشخاص ، على الضغط الزائد في مقدمة موجة الصدمة ΔРФ (الفرق بين الضغط الأقصى في مقدمة موجة الصدمة والضغط الجوي العادي في أمام هذه الجبهة).

يتم تقليل حسابات تقييم عمل الغازات والسوائل الكيميائية القابلة للاحتراق لتحديد الضغط الزائد في مقدمة موجة الصدمة (ΔРФ) أثناء انفجار خليط غاز-هواء على مسافة معينة من حاوية تحتوي على كمية معينة من المتفجرات يتم تخزين الخليط.

6. حساب لتحديد الضغط الزائد للانفجار

يتم حساب ضغط الانفجار الزائد للغازات القابلة للاشتعال وأبخرة السوائل القابلة للاشتعال والاحتراق وفقًا للمنهجية المنصوص عليها في NPB 105-03 "تحديد فئات المباني والمباني والمنشآت الخارجية من حيث مخاطر الانفجار والحريق ".

المهمة: تحديد الضغط الزائد لانفجار كبريتيد الهيدروجين في الغرفة.

الشروط الأولية

يوجد الهيدروجين باستمرار في الجهاز بحجم 20 م 3. الجهاز موجود على الأرض. يبلغ الطول الإجمالي لخطوط الأنابيب التي يبلغ قطرها 50 مم ، والمحدودة بصمامات بوابة (يدوية) مثبتة على أقسام مدخل ومخرج خطوط الأنابيب ، 15 مترًا. يبلغ معدل تدفق كبريتيد الهيدروجين في خطوط الأنابيب 4 · 10-3 م 3 / س. أبعاد الغرفة 10x10x4 م.

الغرفة بها تهوية طارئة مع معدل تبديل هواء 8 ساعات -1. يتم توفير تهوية الطوارئ بواسطة مراوح احتياطية ، وبدء التشغيل التلقائي عند تجاوز الحد الأقصى المسموح به من المتفجرات ، وإمدادات الطاقة وفقًا للفئة الأولى من الموثوقية (PUE). توجد أجهزة إزالة الهواء من الغرفة بالقرب من مكان وقوع حادث محتمل.

الهياكل الرئيسية للمبنى من الخرسانة المسلحة.

تبرير خيار التصميم

وفقًا لـ NPB 105-03 ، يجب اعتبار سيناريو الحوادث غير المواتية ، والذي يتضمن أكبر عدد من المواد الأكثر خطورة فيما يتعلق بعواقب الانفجار ، كنسخة تصميمية للحادث.

وكخيار تصميم ، تم اعتماد خيار إزالة الضغط من الخزان بكبريتيد الهيدروجين والخروج منه ومدخل ومخرج أنابيب كبريتيد الهيدروجين إلى حجم الغرفة.

1) يتم تحديد ضغط الانفجار الزائد للمواد القابلة للاحتراق الفردية ، والتي تتكون من ذرات C ، H ، O ، N ، Cl ، Br ، I ، F ، بواسطة الصيغة

(1)

أين هو الحد الأقصى لضغط الانفجار لمزيج متكافئ بين الغاز والهواء أو بخار الهواء في حجم مغلق ، يتم تحديده تجريبياً أو من البيانات المرجعية وفقًا لمتطلبات البند 3 من NPB -105-03. في حالة عدم وجود بيانات ، يُسمح بأخذ ما يعادل 900 كيلو باسكال ؛

الضغط الأولي ، kPa (يُسمح بأخذ ما يعادل 101 كيلو باسكال) ؛

كتلة الغاز القابل للاشتعال (GG) أو أبخرة السوائل القابلة للاشتعال (FL) والسوائل القابلة للاحتراق (GL) المنبعثة في الغرفة نتيجة وقوع حادث ، كجم ؛

معامل مشاركة الوقود في الانفجار والذي يمكن حسابه على أساس طبيعة توزيع الغازات والأبخرة في حجم الغرفة حسب التطبيق. يُسمح بأخذ القيمة وفقًا للجدول. 2 NPB 105-03. أقبل يساوي 0.5 ؛

الحجم الحر للغرفة ،

تؤخذ درجة حرارة الهواء القصوى المطلقة لمدينة أوفا والتي تساوي 39 درجة مئوية على أنها درجة حرارة التصميم (وفقًا لـ SNiP 23-01-99 "علم مناخ البناء").

يوجد أدناه حساب للكميات اللازمة لتحديد الضغط الزائد لانفجار كبريتيد الهيدروجين في الغرفة.

كثافة كبريتيد الهيدروجين عند درجة حرارة التصميم:

حيث M هي الكتلة المولية لكبريتيد الهيدروجين ، 34.08 كجم / كمول ؛

v0 هو الحجم المولي الذي يساوي 22.413 م 3 / كمول ؛

0.00367 - معامل التمدد الحراري ، درجة -1 ؛

tp هي درجة حرارة التصميم ، 390 درجة مئوية (درجة حرارة الهواء القصوى المطلقة لـ Ufa).

يتم حساب التركيز المتكافئ لكبريتيد الهيدروجين بالصيغة:

;

أين β هو معامل القياس المتكافئ للأكسجين في تفاعل الاحتراق ؛

nc، nn، n0، nx هو عدد ذرات C و H و O والهاليدات في جزيء الوقود ؛

لكبريتيد الهيدروجين (Н2S) nc = 1 ، nн = 4 ، n0 = 0 ، nх = 0 ، لذلك ،

نستبدل القيمة التي تم العثور عليها لـ β ، نحصل على قيمة التركيز المتكافئ لكبريتيد الهيدروجين:

يتكون حجم كبريتيد الهيدروجين الذي دخل الغرفة أثناء حادث تصميم من حجم الغاز المنطلق من الجهاز وحجم الغاز المنطلق من خط الأنابيب قبل إغلاق الصمامات وبعد إغلاق الصمامات:

حيث Va هو حجم الغاز المنطلق من الجهاز ، m3 ؛

V1T - حجم الغاز المنطلق من خط الأنابيب قبل إغلاقه ، م 3 ؛

V2T هو حجم الغاز المنطلق من خط الأنابيب بعد إغلاقه ، م 3 ؛

حيث q هو معدل تدفق السائل ، المحدد وفقًا للوائح التكنولوجية ، م 3 / ث ؛

T هي مدة تدفق الغاز إلى حجم الغرفة ، ويتم تحديدها وفقًا للفقرة 38 من NPB 105-03 s ؛

حيث d هو القطر الداخلي لخطوط الأنابيب ، م ؛

Ln هو طول خطوط الأنابيب من جهاز الطوارئ إلى صمامات البوابة ، م ؛

وبالتالي ، فإن حجم كبريتيد الهيدروجين الذي دخل الغرفة أثناء المتغير المدروس للحادث:

كتلة كبريتيد الهيدروجين في الغرفة:

إذا تم استخدام غازات قابلة للاشتعال أو غازات قابلة للاشتعال أو قابلة للاشتعال أو سوائل قابلة للاشتعال أو قابلة للاشتعال في الغرفة ، عند تحديد قيمة الكتلة ، يُسمح بمراعاة تشغيل تهوية الطوارئ ، إذا تم تزويدها بمراوح احتياطية ، يبدأ التشغيل التلقائي عند يتم تجاوز الحد الأقصى المسموح به للتركيز المضاد للانفجار وإمداد الطاقة وفقًا للفئة الأولى من الموثوقية (PUE) ، بشرط أن تكون الأجهزة الخاصة بإزالة الهواء من الغرفة موجودة في المنطقة المجاورة مباشرة لمكان وقوع حادث محتمل.

في الوقت نفسه ، يجب تقسيم كتلة الغازات القابلة للاحتراق أو أبخرة السوائل القابلة للاشتعال أو القابلة للاحتراق التي يتم تسخينها إلى نقطة الوميض وما فوقها التي دخلت إلى حجم الغرفة على المعامل الذي تحدده الصيغة

حيث - تعدد تبادل الهواء الناتج عن التهوية الطارئة ، 1 / ​​ثانية. تحتوي هذه الغرفة على تهوية بمعدل تبديل هواء 8 (0.0022 ثانية) ؛

يُفترض أن تكون مدة دخول الغازات والأبخرة القابلة للاشتعال للسوائل القابلة للاشتعال والقابلة للاشتعال في حجم الغرفة 300 ثانية. (البند 7 من NPB 105-03)

كتلة كبريتيد الهيدروجين في الغرفة أثناء المتغير المدروس للحادث:

نتائج حساب الانفجار

الطاولة. الضغط الزائد الأقصى المسموح به أثناء احتراق مخاليط الغاز أو البخار أو الغبار والهواء في الغرف أو في الأماكن المفتوحة

يتم تلخيص البيانات الأولية والمحسوبة في الجدول 2.

الجدول 2 - البيانات الأولية والمحسوبة

وفقًا لـ NPB 105-2003 ، يتم قبول فئات المباني الخاصة بمخاطر الانفجار والحريق وفقًا للجدول 4.

الخلاصة: تنتمي الغرفة إلى الفئة A ، حيث أنه من الممكن إطلاق غاز قابل للاحتراق (كبريتيد الهيدروجين) بكمية يمكن أن تشكل مخاليط متفجرة من البخار والغاز والهواء ، عند الاشتعال ، يتطور الضغط الزائد المحسوب للانفجار في الغرفة ، تتجاوز 5 كيلو باسكال.

8. تحديد قيم مؤشرات الطاقة لخطر الانفجار للوحدة التكنولوجية أثناء الانفجار

يتم تحديد إمكانات الطاقة التفجيرية E (kJ) للكتلة من خلال الطاقة الإجمالية لاحتراق طور بخار الغاز الموجود في الكتلة ، مع مراعاة قيمة عمل تمدده ثابت الحرارة ، وكذلك قيمة طاقة الاحتراق الكامل للسائل المتبخر من أقصى مساحة ممكنة لمضيقها ، بينما تعتبر:

1) في حالة إزالة الضغط الطارئ للجهاز ، يحدث الكشف الكامل (التدمير) ؛

2) يتم تحديد مساحة انسكاب السائل بناءً على حلول تصميم المباني أو موقع التثبيت الخارجي ؛

3) يفترض ألا يزيد وقت التبخر عن ساعة واحدة:

مجموع طاقات التمدد الحراري A (kJ) واحتراق PHF الموجود في الكتلة ، kJ:

q "= 23380 kJ / kg - الحرارة النوعية لاحتراق PHF (كبريتيد الهيدروجين) ؛

26.9 - كتلة الغاز القابل للاحتراق

.

من أجل التحديد العملي لطاقة التمدد الساقي للحرارة لـ PGF ، يمكن للمرء استخدام الصيغة

حيث b1 - يمكن أن تؤخذ من الجدول. 5. بمؤشر ثابت الحرارة k = 1.2 وضغط 0.1 ميجا باسكال ، فإنه يساوي 1.40.

الجدول 5. قيمة المعامل b1 اعتمادًا على مؤشر ثابت الحرارة للوسط والضغط في وحدة العملية

0 kJ هي طاقة الاحتراق لـ PHF ، والتي وصلت إلى القسم الخالي من الضغط من الأجسام المجاورة (الكتل) ، kJ. لا توجد كتل متجاورة ، لذا فإن هذا المكون هو صفر.

0 kJ هي طاقة احتراق PHF ، والتي تتشكل بسبب طاقة LF شديدة التسخين للكتلة قيد الدراسة والتي يتم تلقيها من الأجسام المجاورة خلال الوقت ti.

0 kJ هي طاقة احتراق PHF ، والتي تتكون من LF بسبب حرارة التفاعلات الطاردة للحرارة التي لا تتوقف أثناء إزالة الضغط.

0 kJ هي طاقة احتراق PHF ، والتي تتكون من الطور السائل بسبب تدفق الحرارة من ناقلات الحرارة الخارجية.

0 kJ هي طاقة الاحتراق لـ PHF ، والتي تتكون من سائل مسكوب على سطح صلب (أرضية ، منصة نقالة ، تربة ، إلخ) بسبب انتقال الحرارة من البيئة (من سطح صلب وهواء إلى سائل على سطحه .

الطاقة الكامنة لخطر الانفجار للكتلة هي:

E = 628923.51 كيلوجول.

تُستخدم قيم إجمالي إمكانات الطاقة للانفجار E لتحديد قيم الكتلة المخفضة وإمكانات الطاقة النسبية التي تميز قابلية انفجار الكتل التكنولوجية.

الكتلة الإجمالية للأبخرة القابلة للاحتراق (الغازات) لغيمة بخار وغاز متفجر م ، مخفضة إلى طاقة احتراق محددة واحدة تساوي 46000 كيلو جول / كجم:

يتم حساب إمكانات الطاقة النسبية للانفجار Qv للوحدة التكنولوجية بواسطة الصيغة

وفقًا لقيم إمكانات الطاقة النسبية Qb والكتلة المخفضة لوسط غاز البخار m ، يتم تصنيف الكتل التكنولوجية. وترد مؤشرات الفئات في الجدول. 5.

الجدول 4. مؤشرات فئات خطر الانفجار للكتل التكنولوجية

الخلاصة: تنتمي الغرفة إلى الفئة الثالثة من خطر الانفجار ، نظرًا لأن الكتلة الإجمالية لسحابة غاز البخار المتفجر لكبريتيد الهيدروجين المختزلة إلى طاقة احتراق واحدة محددة تبلغ 16.67 كجم ، وإمكانات الطاقة النسبية للانفجار هي 5.18.

9. حساب التركيز المتفجر لخليط الهواء والغاز في الغرفة. تحديد فئة المباني لخطر الانفجار والحريق وفقًا لـ PUE

دعونا نحدد حجم التركيز المتفجر لكبريتيد الهيدروجين في الغرفة:

حيث m كتلة خليط بخار الهواء في الغرفة ، كجم ،

NKPV - حد تركيز الإشعال المنخفض ، جم / م 3.

سيكون تركيز خليط بخار الهواء في الغرفة كما يلي:

حيث VCM هو حجم التركيز المتفجر لكبريتيد الهيدروجين في الغرفة ، م 3 ، VC6 هو الحجم الحر للغرفة ، م 3.

يتم عرض نتائج الحساب في الجدول 6.

الجدول 6. نتائج حساب تركيز خليط الهواء والغاز

وفقًا لـ PUE ، تنتمي الغرفة المعنية إلى الفئة B-Ia - وهي مناطق تقع في غرف لا تتشكل فيها ، أثناء التشغيل العادي ، مخاليط متفجرة من الغازات القابلة للاحتراق (بغض النظر عن الحد الأدنى للاشتعال) أو أبخرة سائلة قابلة للاشتعال بالهواء ، ولكنها ممكنة فقط نتيجة الحوادث والأعطال.

10. تحديد مناطق التدمير أثناء الانفجار. تصنيف مناطق التدمير

تم تحديد نصف قطر مناطق التدمير أثناء انفجار خليط الغاز والهواء وفقًا للطريقة الموضحة في الملحق 2 PB 09-540-03.

يتم تحديد كتلة مواد بخار الغاز (كجم) المتضمنة في الانفجار بواسطة المنتج

حيث z هي نسبة الكتلة المخفضة لكبريتيد الهيدروجين المتورط في الانفجار (بالنسبة لـ GG تساوي 0.5) ،

ر هي كتلة كبريتيد الهيدروجين في الغرفة ، كجم.

يمكن استخدام مكافئ تي إن تي لتقييم مستوى التعرض للانفجار. يتم تحديد مكافئ TNT لانفجار وسط غاز بخار WT (كجم) وفقًا لشروط ملاءمة الطبيعة ودرجة التدمير أثناء انفجارات سحب غازات البخار ، وكذلك المركبات الصلبة والسائلة غير المستقرة كيميائيًا.

بالنسبة لبيئات بخار الغاز ، يتم حساب مكافئ TNT للانفجار:

حيث 0.4 هو جزء طاقة الانفجار لوسط بخار الغاز المنفق مباشرة على تكوين موجة صدمة ؛

0.9 هو جزء من طاقة انفجار ثلاثي نيتروتولوين (TNT) الذي ينفق مباشرة على تكوين موجة صدمة ؛

q "- القيمة الحرارية المحددة لوسط الغاز البخاري ، kJ / kg ؛

qT - طاقة انفجار محددة من مادة تي إن تي ، كيلوجول / كجم.

منطقة التدمير هي المنطقة ذات الحدود التي يحددها نصف القطر R ، ومركزها هو الكتلة التكنولوجية المعتبرة أو المكان الأكثر احتمالية لإزالة الضغط من النظام التكنولوجي. تتميز حدود كل منطقة بقيم الضغط الزائد على طول مقدمة موجة الصدمة AR ، وبناءً عليه ، معامل البعد K. ويرد تصنيف مناطق التصدع في الجدول 6.

الجدول 7. مستوى التدمير المحتمل أثناء التحول المتفجر لغيوم مخاليط الهواء والوقود

يتم تحديد نصف قطر منطقة التدمير (م) بشكل عام من خلال التعبير:

حيث K هو معامل بلا أبعاد يميز تأثير انفجار على جسم ما.

يتم عرض نتائج حساب نصف قطر مناطق التدمير أثناء انفجار خليط الوقود والهواء في الغرفة في الجدول 7.

الجدول 7 - نتائج حساب نصف قطر مناطق التدمير

قائمة المصادر المستخدمة

1. Beschastnov M.V. انفجارات صناعية. التقييم والتحذير. - ماجستير كيمياء ، 1991.

2. سلامة الحياة ، سلامة العمليات التكنولوجية والإنتاج (حماية العمال): كتاب مدرسي ، دليل للجامعات / P.P. Kukin ، V.L. لابين ، إن ، ل. بونوماريف وآخرون ، - م. ،: أعلى. المدرسة 2001 ،

3. PB 09-540-03 "قواعد السلامة العامة للانفجارات للصناعات الكيماوية والبتروكيماوية وتكرير النفط الخطرة من الحريق والانفجار".

4. GOST 12.1،010-76 * سلامة الانفجار

5. NPB 105-03 "تعريف فئات المباني والمباني ، والتركيبات الخارجية من حيث مخاطر الانفجار والحريق".

6. SNiP 23-01-99 علم مناخ المبنى.

7. مخاطر الحريق والانفجار للمواد والمواد ووسائل إطفاءها. إد. أ.ن. باراتوفا و أ.يا كورولشينكو. م ، كيمياء ، 1990. 8. قواعد تركيب التركيبات الكهربائية. إد. السابع.