Spalanie mieszanin gazowych i parowo-powietrznych. Wybuch, detonacja. Badanie: Teoria spalania i wybuchu Metoda eksperymentalnego wyznaczania warunków termicznego samozapłonu ciał stałych i materiałów

1 Metoda polega na wyznaczeniu górnych granic maksymalnej i średniej szybkości narastania ciśnienia wybuchu mieszanin gazowych i parowo-powietrznych w kulistym naczyniu reakcyjnym o stałej objętości.

Górną granicę maksymalnej szybkości wzrostu ciśnienia w kPa s -1 oblicza się ze wzoru

gdzie p i- ciśnienie początkowe, kPa;

S oraz. i- normalna prędkość rozprzestrzeniania się płomienia przy początkowym ciśnieniu i temperaturze, m·s -1 ;

a- promień kulistego naczynia reakcyjnego, m;

Bezwymiarowe maksymalne ciśnienie wybuchu;

R  - maksymalne bezwzględne ciśnienie wybuchu, kPa;

 oraz- wskaźnik adiabatyczny dla badanej mieszaniny;

 jest wykładnikiem termokinetycznym w funkcji normalnej prędkości propagacji płomienia w funkcji ciśnienia i temperatury. Jeśli wartość  nieznany, przyjmuje się, że jest równy 0,4.

Górną granicę średniej szybkości wzrostu ciśnienia w kPa s -1 oblicza się ze wzoru

, (98)

gdzie jest funkcją parametrów  mi ,  oraz ,  , których wartości można znaleźć za pomocą nomogramów pokazanych na ryc. 26 i 27.

Wartości  mi oraz  oraz są znalezione przez obliczenia termodynamiczne lub, w przypadku niemożności obliczenia, są przyjmowane odpowiednio jako równe 9,0 i 1,4.

Względny błąd średniokwadratowy obliczeń według wzorów (97) i (98) nie przekracza 20%.

2. Maksymalne tempo wzrostu ciśnienia wybuchu mieszanin gazowych i parowo-powietrznych dla substancji składających się z atomów C, H, O, N, S, F, Cl oblicza się według wzoru

, (99)

gdzie V- objętość naczynia reakcyjnego, m 3 .

Względny błąd średniokwadratowy obliczeń według wzoru (99) nie przekracza 30%.

Metoda eksperymentalnego wyznaczania warunków termicznego samozapłonu substancji stałych i materiałów

1. Sprzęt.

Sprzęt do określania warunków termicznego samozapłonu zawiera następujące elementy.

1.1. Termostat o pojemności komory roboczej co najmniej 40 dm 3 z termostatem pozwalającym na utrzymanie stałej temperatury od 60 do 250°C z błędem nie większym niż 3°C.

1.2. Kosze z metalu odpornego na korozję o kształcie sześciennym lub cylindrycznym o wysokości 35, 50, 70, 100, 140 i 200 mm (po 10 sztuk z każdego rozmiaru) z pokrywkami. Średnica cylindrycznego kosza powinna być równa jego wysokości. Grubość ścianki kosza wynosi (1,0 ± 0,1) mm.

1.3. Przetworniki termoelektryczne (nie mniej niż 3) o maksymalnej średnicy złącza roboczego nie większej niż 0,8 mm.

2. Przygotowanie do testu.

2.1. Przeprowadzić próbę kalibracyjną w celu określenia korekty ( t T) do odczytów przetworników termoelektrycznych 2 oraz 3 . W tym celu kosz z niepalną substancją (na przykład prażonym piaskiem) umieszcza się w termostacie nagrzanym do określonej temperatury. Przetworniki termoelektryczne (rys. 2) są zainstalowane w taki sposób, aby złącze robocze jednego przetwornika termoelektrycznego stykało się z próbką i znajdowało się w jej środku, drugie stykało się z zewnętrzną stroną kosza, trzeciego jeden znajduje się w odległości (30 ± 1) mm od ściany kosza. Połączenia robocze wszystkich trzech przetworników termoelektrycznych muszą znajdować się na tym samym poziomie, odpowiadającym środkowej linii termostatu.

1 , 2 , 3 - złącza robocze przetworników termoelektrycznych.

Kosz z niepalną substancją jest przechowywany w termostacie do czasu ustalenia reżimu stacjonarnego, w którym odczyty wszystkich termoelektrycznych

przetworniki przez 10 minut pozostają niezmienione lub oscylują ze stałą amplitudą wokół średnich temperatur t 1 , t 2 , t 3 . Poprawka t T jest obliczane według wzoru

, (100)

2.2. Próbki do badań powinny charakteryzować średnie właściwości badanej substancji (materiału). Podczas badania materiału arkuszowego jest on zbierany w stos odpowiadający wewnętrznym wymiarom kosza. W próbkach materiałów monolitycznych otwór o średnicy (7,0 ± 0,5) mm jest wstępnie wywiercony do środka pod konwerter termoelektryczny.

Ruch płomienia przez mieszankę gazów zwane rozprzestrzenianiem się płomienia. W zależności od prędkości rozprzestrzeniania się płomienia, spalanie może mieć charakter deflagracji z prędkością kilku m/s, wybuchu – z prędkością rzędu dziesiątek i setek m/s oraz detonacji – tysięcy m/s.
Do deflagracji lub normalnego rozprzestrzeniania się płomieni Cechą charakterystyczną jest przenoszenie ciepła z warstwy na warstwę, a płomień występujący w mieszaninie nagrzanej i rozcieńczonej aktywnymi rodnikami i produktami reakcji przesuwa się w kierunku początkowej mieszaniny palnej. Tłumaczy się to tym, że płomień niejako staje się źródłem, które uwalnia ciągły przepływ ciepła i chemicznie aktywnych cząstek. W rezultacie czoło płomienia przesuwa się w kierunku mieszanki palnej.
spalanie deflagracyjne podzielony na laminarny i turbulentny.
Spalanie laminarne charakteryzuje się normalną prędkością propagacji płomienia.
Normalna prędkość propagacji płomienia, zgodnie z GOST 12.1.044 SSBT, nazywa się prędkość przodu płomienia względem niespalonego gazu, w kierunku prostopadłym do jego powierzchni.
Wartość normalnej prędkości rozprzestrzeniania się płomienia, będąca jednym ze wskaźników zagrożenia pożarowego i wybuchowego substancji, charakteryzuje niebezpieczeństwo przemysłów związanych z wykorzystaniem cieczy i gazów, jest wykorzystywana do obliczania szybkości narastania materiału wybuchowego ciśnienie gazu, mieszanin para-powietrze, średnica krytyczna (gaszenia) oraz w opracowywaniu środków, zapewniających bezpieczeństwo przeciwpożarowe i przeciwwybuchowe procesów technologicznych zgodnie z wymaganiami GOST 12.1.004 i GOST 12.1.010 SSBT.
Normalna prędkość rozprzestrzeniania się płomienia - stała fizykochemiczna mieszaniny - zależy od składu mieszaniny, ciśnienia i temperatury i jest determinowana przez szybkość reakcji chemicznej i molekularną przewodność cieplną.
Temperatura stosunkowo nieznacznie zwiększa normalną prędkość rozprzestrzeniania się płomienia, obojętne zanieczyszczenia ją zmniejszają, a wzrost ciśnienia prowadzi do zwiększenia lub zmniejszenia prędkości.
W laminarnym przepływie gazu prędkości gazu są niskie, a mieszanina palna powstaje w wyniku dyfuzji molekularnej. Szybkość spalania w tym przypadku zależy od szybkości tworzenia mieszanki palnej. burzliwy płomień Powstaje wraz ze wzrostem prędkości propagacji płomienia, gdy zaburzona jest laminarność jego ruchu. W płomieniu turbulentnym wirowanie strumieni gazu poprawia mieszanie reagujących gazów, ponieważ zwiększa się powierzchnia, przez którą następuje dyfuzja molekularna.
W wyniku oddziaływania substancji palnej ze środkiem utleniającym powstają produkty spalania, których skład zależy od związków początkowych i warunków reakcji spalania.
Przy całkowitym spaleniu związków organicznych powstają CO 2, SO 2, H 2 O, N 2, a przy spalaniu związków nieorganicznych powstają tlenki. W zależności od temperatury topnienia produkty reakcji mogą mieć postać stopu (Al 2 O 3, TiO 2) lub unosić się w powietrzu w postaci dymu (P 2 O 5, Na 2 O, MgO) . Stopione cząstki stałe tworzą jasność płomienia. Podczas spalania węglowodorów silną jasność płomienia zapewnia żarzenie cząstek sadzy, które powstają w dużych ilościach. Zmniejszenie zawartości sadzy w wyniku jej utlenienia zmniejsza jasność płomienia, a spadek temperatury utrudnia utlenianie sadzy i prowadzi do powstawania sadzy w płomieniu.
Aby przerwać reakcję spalania, konieczne jest naruszenie warunków jego wystąpienia i utrzymania. Zwykle do gaszenia stosuje się naruszenie dwóch podstawowych warunków stanu ustalonego - spadek temperatury i tryb ruchu gazów.
Spadek temperatury można to osiągnąć wprowadzając substancje, które w wyniku parowania i dysocjacji pochłaniają dużo ciepła (np. woda, proszki).
Tryb ruchu gazu można zmienić, zmniejszając i eliminując dopływ tlenu.
Wybuch, zgodnie z GOST 12.1.010 " Przeciwwybuchowy”, - szybka przemiana materii (spalanie wybuchowe), której towarzyszy uwalnianie energii i tworzenie sprężonych gazów zdolnych do wykonywania pracy.
Wybuch z reguły prowadzi do intensywnego wzrostu ciśnienia. Powstaje i rozchodzi się fala uderzeniowa w środowisku.
fala uderzeniowa ma zdolność niszczącą, jeśli nadciśnienie w nim jest większe niż 15 kPa. Rozchodzi się w gazie przed frontem płomienia z prędkością dźwięku 330 m/s. Podczas wybuchu energia początkowa zamieniana jest na energię rozgrzanych sprężonych gazów, która zamieniana jest na energię ruchu, sprężania i ogrzewania medium. Możliwe są różne rodzaje początkowej energii wybuchu - elektryczna, cieplna, energia ściskania sprężystego, atomowa, chemiczna.
Głównymi parametrami charakteryzującymi niebezpieczeństwo wybuchu zgodnie z GOST 12.1.010 są ciśnienie na czole fali uderzeniowej, maksymalne ciśnienie wybuchu, średnia i maksymalna szybkość wzrostu ciśnienia podczas wybuchu, zmiażdżenie lub właściwości wybuchowe środowisko wybuchowe.
Ogólna akcja wybuchu objawia się zniszczeniem sprzętu lub pomieszczeń wywołanym falą uderzeniową, a także uwolnieniem szkodliwych substancji (produktów wybuchu lub zawartych w sprzęcie).
Maksymalne ciśnienie rozrywające(P max) - najwyższe ciśnienie, jakie występuje podczas wybuchu deflagracji mieszanki gazowej, parowej lub pyłowo-powietrznej w zamkniętym naczyniu przy początkowym ciśnieniu mieszanki 101,3 kPa.
Szybkość wzrostu ciśnienia wybuchu(dР/dt) jest pochodną ciśnienia wybuchu w funkcji czasu na wznoszącym odcinku od zależności ciśnienia wybuchu mieszaniny gazu, pary, pyłu i powietrza w naczyniu zamkniętym w czasie. W tym przypadku rozróżnia się maksymalne i średnie szybkości wzrostu ciśnienia podczas wybuchu. Przy ustalaniu prędkości maksymalnej przyrost ciśnienia stosuje się w prostoliniowym odcinku zależności ciśnienia wybuchu od czasu, a przy wyznaczaniu prędkości średniej odcinek między maksymalnym ciśnieniem wybuchu a ciśnieniem początkowym w zbiorniku przed używana jest eksplozja.
Obie te cechy są ważnymi czynnikami ochrony przeciwwybuchowej. Wykorzystywane są przy ustalaniu kategorii pomieszczeń i budynków pod względem zagrożenia wybuchowego i pożarowego, przy obliczaniu urządzeń bezpieczeństwa, przy opracowywaniu środków bezpieczeństwa przeciwpożarowego i przeciwwybuchowego procesów technologicznych.
Detonacja zachodzi proces chemicznej przemiany układu utleniacz-reduktor, który jest połączeniem fali uderzeniowej rozchodzącej się ze stałą prędkością i przekraczającą prędkość dźwięku i podążającej za czołem strefy przemian chemicznych substancji wyjściowych. energia chemiczna, uwalniany w fali detonacyjnej, zasila falę uderzeniową, zapobiegając jej rozpadowi. Prędkość fali detonacyjnej jest cechą charakterystyczną każdego konkretnego systemu.

Teoria mówi, że wybuch mieszaniny gazu lub pary z powietrzem nie jest zjawiskiem chwilowym. Gdy źródło zapłonu zostanie wprowadzone do mieszanki palnej, reakcja utleniania paliwa z utleniaczem rozpoczyna się w obszarze źródła zapłonu. Szybkość reakcji utleniania w pewnej elementarnej objętości tej strefy osiąga maksimum - następuje spalanie. Spalanie na granicy objętości elementarnej z medium nazywamy frontem płomienia. Front płomienia wygląda jak kula. Grubość frontu płomienia, według Ya.B. Zeldovich , równy 1-100 mikronów. Chociaż grubość strefy spalania jest niewielka, wystarczy, aby zaszła reakcja spalania. Temperatura czoła płomienia pod wpływem ciepła reakcji spalania wynosi 1000-3000°C i zależy od składu mieszanki palnej.

Gdy front płomienia porusza się, temperatura niespalonej części mieszanki palnej wzrasta wraz ze wzrostem ciśnienia mieszanki. W pobliżu czoła płomienia wzrasta również temperatura mieszanki, ze względu na brak
przenoszenie ciepła przez przewodnictwo cieplne, dyfuzję nagrzanych cząsteczek i promieniowanie. Na zewnętrznej powierzchni czoła płomienia temperatura ta jest równa temperaturze samozapłonu mieszanki palnej.

Po zapaleniu mieszanki palnej kulisty kształt płomienia bardzo szybko ulega odkształceniu i jest coraz bardziej przyciągany w kierunku jeszcze nierozpalonej mieszanki. Wydłużeniu czoła płomienia i gwałtownemu wzrostowi jego powierzchni towarzyszy wzrost prędkości centralnej części płomienia. Przyspieszenie to trwa, dopóki płomień nie dotknie ścianek rur lub, w każdym razie, nie zbliży się do ścianki rury. W tym momencie wielkość płomienia gwałtownie maleje i tylko niewielka jego część pozostaje z płomienia, pokrywając cały odcinek rury. Ciągnięcie czoła płomienia,
a jego intensywne przyspieszenie bezpośrednio po zapaleniu przez iskrę, gdy płomień nie dotarł jeszcze do ścianek rury, jest spowodowane wzrostem objętości produktów spalania. Tak więc w początkowej fazie powstawania czoła płomienia, niezależnie od stopnia palności mieszanki gazowej, następuje przyspieszenie, a następnie spowolnienie płomienia, przy czym spowolnienie to będzie tym większe, im większa będzie prędkość płomienia.

Na przebieg kolejnych etapów spalania wpływa długość rury. Wydłużenie rury prowadzi do pojawienia się drgań i powstania struktury komórkowej płomienia, fal uderzeniowych i detonacyjnych.

Szerokość strefy grzewczej (w cm) można określić z zależności

1 = a / v

gdzie a- współczynnik dyfuzyjności cieplnej; v- prędkość propagacji płomienia.

Prędkość jazdy liniowej v(w m/s) można określić wzorem

V = V t /

gdzie V t- szybkość spalania masy, g / (s m 3); - gęstość początkowej mieszanki palnej, kg/m 3 .

Prędkość liniowa frontu płomienia nie jest stała, zmienia się w zależności od składu. Mieszaniny i zanieczyszczenia gazów obojętnych (niepalnych), temperatura mieszanki, średnica rur itp. Maksymalną prędkość propagacji płomienia obserwuje się nie przy stężeniu mieszanki stechiometrycznej, ale w mieszance z nadmiarem paliwa. Gdy gazy obojętne są wprowadzane do mieszanki palnej, prędkość propagacji płomienia maleje. Wyjaśnia to spadek temperatury spalania mieszaniny, ponieważ część ciepła jest zużywana na ogrzewanie obojętnych zanieczyszczeń, które nie uczestniczą w reakcji.

Wraz ze wzrostem średnicy rur prędkość propagacji płomienia wzrasta nierównomiernie. Wraz ze wzrostem średnicy rur do 0,1-0,15 m prędkość rośnie dość szybko. Temperatura rośnie, aż średnica osiągnie określoną średnicę graniczną,
powyżej którego nie ma wzrostu prędkości. Wraz ze spadkiem średnicy rury prędkość propagacji płomienia maleje, a przy pewnej małej średnicy płomień nie rozprzestrzenia się w rurze. Zjawisko to można wytłumaczyć wzrostem strat ciepła przez ściany
Rury.

Dlatego, aby zatrzymać rozprzestrzenianie się płomienia w mieszaninie palnej, konieczne jest w taki czy inny sposób obniżenie temperatury mieszaniny poprzez schłodzenie naczynia (w naszym przykładzie rury) z zewnątrz lub przez rozcieńczenie mieszaniny z zimnym gazem obojętnym.

Normalna prędkość propagacji płomienia jest stosunkowo niewielka (nie więcej niż kilkadziesiąt metrów na sekundę), ale w pewnych warunkach płomień w rurach rozprzestrzenia się z ogromną prędkością (od 2 do 5 km/s), przekraczając prędkość dźwięku w w danym środowisku. Zjawisko to zostało nazwane detonacja. Charakterystyczne cechy detonacji są następujące:

1) stała szybkość spalania niezależnie od średnicy rury;

2) wysokie ciśnienie płomienia wywołane falą detonacyjną, które może przekroczyć 50 MPa, w zależności od chemicznego charakteru mieszanki palnej i ciśnienia początkowego; ponadto ze względu na dużą szybkość spalania wytworzone ciśnienie nie zależy od kształtu, pojemności i szczelności naczynia (lub rury).

Wraz ze wzrostem płomienia wzrasta również amplituda fali uderzeniowej, a temperatura sprężania osiąga temperaturę samozapłonu mieszanki.

Wzrost całkowitej ilości spalanego gazu w jednostce czasu tłumaczy się tym, że w strumieniu o zmiennej prędkości w przekroju czoło płomienia ugina się, w wyniku czego zwiększa się jego powierzchnia i proporcjonalnie wzrasta ilość spalanej substancji .

Gdy mieszanki gazowe są spalane w zamkniętej objętości, produkty spalania nie działają; energia wybuchu jest zużywana tylko na ogrzewanie produktów wybuchu. W tym przypadku energię całkowitą definiuje się jako sumę energii wewnętrznej mieszaniny wybuchowej Q ex.en.cm. a ciepło spalania danej substancji ΔQ g. Wartość Q vn.en.sm. równa się sumie iloczynów pojemności cieplnych składników mieszaniny wybuchowej przy stałej objętości i temperaturze początkowej
temperatura mieszanki

Q ext.en.cm \u003d C 1 T + C 2 T + ... + C p T

gdzie C 1, C 2, C p - właściwe pojemności cieplne składników tworzących
mieszanina wybuchowa, kJ/(kg K); T - temperatura początkowa mieszaniny, K.

Temperaturę wybuchu mieszanin gazowych o stałej objętości oblicza się tą samą metodą, co temperaturę spalania mieszaniny przy stałym ciśnieniu.

Ciśnienie wybuchu określa się na podstawie temperatury wybuchu. Ciśnienie podczas wybuchu mieszaniny gaz-powietrze w zamkniętej objętości zależy od temperatury wybuchu oraz stosunku liczby cząsteczek produktów spalania do liczby cząsteczek w mieszaninie wybuchowej. Podczas wybuchu mieszanin gaz-powietrze ciśnienie zwykle nie przekracza 1,0 MPa, jeśli początkowe ciśnienie mieszaniny było normalne. Gdy powietrze w mieszaninie wybuchowej zostanie zastąpione tlenem, ciśnienie wybuchu gwałtownie wzrasta, ponieważ wzrasta temperatura spalania.

Ciśnienie wybuchu mieszanin stechiometrycznych metanu, etylenu, acetonu i
eter metylowy z tlenem wynosi 1,5 - 1,9 MPa, a ich mieszaniny stechiometryczne z powietrzem to 1,0 MPa.

Maksymalne ciśnienie wybuchu jest wykorzystywane w obliczeniach odporności na wybuch urządzeń, a także w obliczeniach zaworów bezpieczeństwa, membran wybuchowych i powłok przeciwwybuchowych urządzeń elektrycznych. Ciśnienie wybuchu R vzr (w MPa) mieszanin gaz-powietrze oblicza się ze wzoru

R vzr =

gdzie p 0- ciśnienie początkowe mieszaniny wybuchowej, MPa; T 0 oraz T vzr- temperatura początkowa mieszaniny wybuchowej i temperatura wybuchu, K;

Liczba cząsteczek gazów produktów spalania po wybuchu;
to liczba cząsteczek gazu w mieszaninie przed wybuchem.

Federalna Agencja Edukacji Federacji Rosyjskiej

Państwowa instytucja edukacyjna wyższej edukacji zawodowej

„Ufa State Petroleum Technical University”

Departament „Bezpieczeństwa przemysłowego i ochrony pracy”

Praca kontrolna na temat:

Teoria spalania i wybuchu

1. Pytania teoretyczne dotyczące wybuchu

W procesach technologicznych związanych z wydobyciem, transportem, przetwarzaniem, produkcją, magazynowaniem i wykorzystaniem gazów palnych (GH) oraz cieczy palnych (cieczy palnych) zawsze istnieje niebezpieczeństwo powstania wybuchowych mieszanin gazów i par.

Środowisko wybuchowe mogą tworzyć mieszaniny substancji (gazów, par, pyłów) z powietrzem i innymi czynnikami utleniającymi (tlen, ozon, chlor, tlenki azotu itp.) oraz substancji podatnych na przemiany wybuchowe (acetylen, ozon, hydrazyna itp.) .).

Najczęstsze przyczyny wybuchów to naruszenie zasad bezpiecznej eksploatacji urządzeń, wyciek gazu przez nieszczelności w połączeniach, przegrzanie aparatury, nadmierny wzrost ciśnienia, brak właściwej kontroli nad procesem technologicznym, pęknięcie lub pęknięcie części urządzeń itp. .

Źródłem inicjacji wybuchu są:

otwarte płomienie, płonące i rozpalone do czerwoności ciała;

wyładowania elektryczne;

Termiczne przejawy reakcji chemicznych i efektów mechanicznych;

iskry od uderzenia i tarcia:

fale uderzeniowe;

Promieniowanie elektromagnetyczne i inne.

Według PB 09-540-03 Wybuch to:

I. Proces przejściowego uwalniania energii potencjalnej związany z nagłą zmianą stanu materii i któremu towarzyszy skok ciśnienia lub fala uderzeniowa.

2. Krótkotrwałe uwolnienie energii wewnętrznej, tworząc nadciśnienie

Wybuch może nastąpić ze spalaniem lub bez (utlenianie).

Parametry i właściwości charakteryzujące środowisko wybuchowe:

temperatura zapłonu;

Granice stężenia i temperatury zapłonu;

Temperatura samozapłonu;

Normalna prędkość rozprzestrzeniania się płomienia;

Minimalna wybuchowa zawartość tlenu (utleniacz);

Minimalna energia zapłonu;

Wrażliwość na działanie mechaniczne (uderzenie i tarcie). Niebezpieczne i szkodliwe czynniki wpływające na pracowników

z wybuchu to:

Fala uderzeniowa, z przodu której ciśnienie przekracza dopuszczalną wartość;

Zapadające się konstrukcje, sprzęt, komunikacja, budynki i konstrukcje oraz ich części latające;

Substancje szkodliwe powstałe podczas wybuchu i (lub) uwolnione z uszkodzonego sprzętu, których zawartość w powietrzu obszaru roboczego przekracza maksymalne dopuszczalne stężenia.

Główne czynniki charakteryzujące niebezpieczeństwo wybuchu:

Maksymalne ciśnienie i temperatura wybuchu;

Szybkość wzrostu ciśnienia podczas wybuchu;

Ciśnienie przed falą uderzeniową;

Właściwości kruszące i odłamkowo-wybuchowe środowiska wybuchowego.

Podczas wybuchu początkowa energia potencjalna substancji zamieniana jest z reguły na energię rozgrzanych sprężonych gazów, które z kolei podczas rozprężania zamieniane są na energię ruchu, ściskania i nagrzewania medium . Część energii pozostaje w postaci energii wewnętrznej (cieplnej) rozprężonych gazów.

Całkowita ilość energii uwolnionej podczas wybuchu determinuje ogólne parametry (objętość, powierzchnia) zniszczenia. Koncentracja energii (energia na jednostkę objętości) określa intensywność zniszczenia w miejscu wybuchu. Te cechy z kolei zależą od szybkości uwalniania energii przez układ wybuchowy wywołujący falę uderzeniową.

Wybuchy najczęściej spotykane w praktyce śledczej można podzielić na dwie główne grupy: wybuchy chemiczne i fizyczne.

Wybuchy chemiczne obejmują procesy chemicznej przemiany materii, objawiające się spalaniem i charakteryzujące się wyzwoleniem energii cieplnej w krótkim czasie iw takiej objętości, że powstają fale ciśnienia, które rozchodzą się od źródła wybuchu.

Eksplozje fizyczne obejmują procesy, które prowadzą do wybuchu i nie są związane z chemicznymi przemianami materii.

Najczęstszą przyczyną przypadkowych wybuchów są procesy spalania. Do wybuchów tego typu dochodzi najczęściej podczas przechowywania, transportu i produkcji materiałów wybuchowych. Odbywają się:

Podczas obchodzenia się z materiałami wybuchowymi i substancjami wybuchowymi przemysłu chemicznego i petrochemicznego;

Przy wyciekach gazu ziemnego w budynkach mieszkalnych;

w produkcji, transporcie i przechowywaniu lotnych lub skroplonych substancji palnych;

podczas płukania zbiorników magazynowych na paliwa płynne;

w produkcji, przechowywaniu i użytkowaniu systemów pyłów palnych oraz niektórych samorzutnie palnych substancji stałych i ciekłych.

Cechy wybuchu chemicznego

Istnieją dwa główne rodzaje wybuchów: wybuch skondensowanych materiałów wybuchowych oraz wybuch objętościowy (wybuch par mieszanin pyłowo-gazowych). Wybuchy materiałów wybuchowych skondensowanych są powodowane przez wszystkie materiały wybuchowe stałe i stosunkowo niewielką liczbę materiałów wybuchowych ciekłych, w tym nitroglicerynę. Takie materiały wybuchowe zwykle mają gęstość 1300-1800 kg/m3, jednak materiały wybuchowe pierwotne zawierające ołów lub rtęć mają znacznie wyższe gęstości.

Reakcje rozkładu:

Najprostszym przypadkiem wybuchu jest proces rozkładu z wytworzeniem produktów gazowych. Na przykład rozkład nadtlenku wodoru z dużym efektem termicznym i tworzeniem się pary wodnej i tlenu:

2H2O2 → 2H2O2 + O2 + 106 kJ/mol

Nadtlenek wodoru jest niebezpieczny już przy stężeniu 60%.

Rozkład przez tarcie lub uderzenie azydku ołowiu:

Pb (N3) 2 → Pb - 3N2 + 474 kJ / mol.

Trinitrotoluen (TNT) jest substancją „z niedoborem tlenu”, dlatego jednym z jej głównych produktów rozpadu jest węgiel, który przyczynia się do powstawania dymu podczas eksplozji TNT.

Substancje podatne na rozkład wybuchowy prawie zawsze zawierają jedną lub więcej charakterystycznych struktur chemicznych odpowiedzialnych za nagły rozwój procesu z uwolnieniem dużej ilości energii. Struktury te obejmują następujące grupy:

NO2 i NO3 - w substancjach organicznych i nieorganicznych;

N=N-N - w azydkach organicznych i nieorganicznych;

NX3, gdzie X oznacza halogen,

N=C w piorunach.

Na podstawie praw termochemii wydaje się możliwe zidentyfikowanie związków, których proces rozkładu może być wybuchowy. Jednym z decydujących czynników decydujących o potencjalnym zagrożeniu układu jest przewaga jego energii wewnętrznej w stanie początkowym w stosunku do stanu końcowego. Warunek ten jest spełniony, gdy ciepło jest pochłaniane (reakcja endotermiczna) w procesie tworzenia substancji. Przykładem odpowiedniego procesu jest tworzenie acetylenu z pierwiastków:

2C + H2 → CH=CH - 242 kJ/mol.

Substancje niewybuchowe, które tracą ciepło podczas formowania (reakcja egzotermiczna) to np. dwutlenek węgla

C + O2 → CO2 + 394 kJ/mol.

Należy wziąć pod uwagę, że zastosowanie praw termochemii pozwala jedynie na ujawnienie możliwości wystąpienia procesu wybuchowego. Jego realizacja zależy od szybkości reakcji i powstawania produktów lotnych. Na przykład reakcja parafiny świecy z tlenem, pomimo wysokiej egzotermii, nie prowadzi do wybuchu ze względu na jej niską prędkość.

Sama reakcja 2Al+ 4AC2O2 → Al2O3 + 2Fe, pomimo wysokiej egzotermii, również nie prowadzi do wybuchu, ponieważ nie powstają produkty gazowe.

Reakcje redoks, które są z tego powodu podstawą reakcji spalania, mogą doprowadzić do wybuchu tylko w warunkach sprzyjających osiągnięciu wysokich szybkości reakcji i wzrostu ciśnienia. Spalanie silnie zdyspergowanych ciał stałych i cieczy może prowadzić do nadciśnienia dochodzącego do 8 bar w warunkach objętości zamkniętej, stosunkowo rzadko, np. w układach z ciekłym powietrzem, gdzie aerozol jest mgiełką kropel oleju.

W reakcjach polimeryzacji, którym towarzyszy efekt egzotermiczny i obecność lotnego monomeru, często dochodzi do etapu, w którym może wystąpić niebezpieczny wzrost ciśnienia, w przypadku niektórych substancji, takich jak tlenek etylenu, polimeryzacja może rozpocząć się w temperaturze pokojowej, zwłaszcza gdy związki są zanieczyszczone substancjami przyspieszającymi polimeryzację. Tlenek etylenu może również izomeryzować do aldehydu octowego drogą egzotermiczną:

CH2CH2O - CH3HC \u003d O + 113,46 kJ / mol

Reakcje kondensacji są szeroko stosowane w produkcji farb, lakierów i żywic, a ze względu na proces egzotermiczny i obecność składników lotnych prowadzą niekiedy do wybuchów.

Aby poznać ogólne warunki, które sprzyjają rozpoczęciu spalania i jego przejściu do wybuchu, rozważ wykres (rysunek 1) zależności temperatury powstającej w układzie palnym od czasu w obecności objętościowego wydzielania ciepła z powodu substancji chemicznej. reakcja i utrata ciepła.

Jeżeli na wykresie przedstawimy temperaturę T1 jako punkt krytyczny, w którym następuje spalanie w układzie, staje się oczywiste, że w warunkach, w których występuje nadwyżka strat ciepła nad zyskiem ciepła, takie spalanie nie może wystąpić. Proces ten rozpoczyna się dopiero wtedy, gdy osiągnięta jest równość szybkości wydzielania i utraty ciepła (w miejscu styku odpowiednich krzywych) i może dalej przyspieszać wraz ze wzrostem temperatury u. a więc ciśnienie przed wybuchem.

Zatem w obecności warunków sprzyjających izolacji termicznej, wystąpienie reakcji egzotermicznej w układzie palnym może doprowadzić nie tylko do spalania, ale również do wybuchu.

Powstające niekontrolowane reakcje sprzyjające wybuchowi wynikają z faktu, że szybkość wymiany ciepła np. w naczyniach jest liniową funkcją różnicy temperatur pomiędzy masą reakcyjną a chłodziwem, natomiast szybkość reakcji egzotermicznej i, dlatego dopływ ciepła z niej rośnie zgodnie z prawem potęgowym wraz ze wzrostem początkowych stężeń odczynników i gwałtownie rośnie wraz ze wzrostem temperatury w wyniku wykładniczej zależności szybkości reakcji chemicznej od temperatury (prawo Arrheniusa) . Te prawidłowości determinują najniższe szybkości spalania mieszaniny i temperaturę przy dolnej granicy zapłonu stężenia. Gdy stężenie paliwa i utleniacza zbliża się do stechiometrycznego, szybkość spalania i temperatura wzrastają do swoich maksymalnych wartości.

Stężenie gazu o składzie stechiometrycznym to stężenie gazu palnego w mieszaninie ze środkiem utleniającym, przy którym zapewnione jest całkowite wzajemne oddziaływanie chemiczne paliwa i utleniacza mieszaniny bez pozostałości.

3. Cechy eksplozji fizycznej

Eksplozje fizyczne z reguły wiążą się z eksplozjami naczyń z prężności pary i rowków. Co więcej, głównym powodem ich powstawania nie jest reakcja chemiczna, ale proces fizyczny polegający na uwolnieniu energii wewnętrznej sprężonego lub skroplonego gazu. Siła takich wybuchów zależy od ciśnienia wewnętrznego, a zniszczenie powoduje fala uderzeniowa z rozprężającego się gazu lub fragmenty pękniętego naczynia. Fizyczna eksplozja może nastąpić, gdy na przykład przenośna butla z gazem pod ciśnieniem spadnie i zawór redukcyjny zostanie zdmuchnięty. Ciśnienie LPG rzadko przekracza 40 barów (ciśnienie krytyczne większości konwencjonalnego LPG).

Eksplozje fizyczne obejmują również zjawisko tzw. detonacji fizycznej. Zjawisko to występuje, gdy mieszają się gorące i zimne ciecze, gdy temperatura jednej z nich znacznie przekracza temperaturę wrzenia drugiej (np. wlewanie roztopionego metalu do wody). W powstałej mieszaninie parowo-cieczowej parowanie może przebiegać w sposób wybuchowy ze względu na rozwijające się procesy drobnej flegmatyzacji kropelek stopu, szybkie usuwanie z nich ciepła i przegrzewanie zimnej cieczy z jej silnym parowaniem.

Detonacji fizycznej towarzyszy pojawienie się fali uderzeniowej z nadciśnieniem w fazie ciekłej, sięgającym w niektórych przypadkach ponad tysiąca atmosfer. Wiele cieczy jest przechowywanych lub wykorzystywanych w warunkach, w których prężność ich par jest znacznie wyższa niż ciśnienie atmosferyczne. Ciecze te obejmują: skroplone gazy palne (np. propan, butan) skroplone czynniki chłodnicze amoniak lub freon magazynowane w temperaturze pokojowej metan, który musi być magazynowany w niskiej temperaturze woda przegrzana w kotłach parowych. W przypadku uszkodzenia pojemnika z przegrzaną cieczą następuje wypływ pary do otaczającej przestrzeni i szybkie częściowe odparowanie cieczy. Przy odpowiednio szybkim wypływie i rozprężaniu pary w środowisku powstają fale wybuchowe. Przyczynami wybuchów naczyń z gazami i parami pod ciśnieniem są:

Naruszenia integralności nadwozia z powodu awarii dowolnego węzła, uszkodzenia lub korozji spowodowanej niewłaściwą obsługą;

Przegrzanie naczynia z powodu naruszenia ogrzewania elektrycznego lub trybu pracy urządzenia do spalania (w tym przypadku ciśnienie wewnątrz naczynia wzrasta, a wytrzymałość ciała zmniejsza się do stanu, w którym jest uszkodzony);

Eksplozja naczynia po przekroczeniu dopuszczalnego ciśnienia.

Wybuchy zbiorników gazowych, a następnie spalanie w atmosferze mają w zasadzie te same przyczyny, które opisano powyżej i są charakterystyczne dla wybuchów fizycznych. Główna różnica polega na powstawaniu w tym przypadku kuli ognia, której wielkość zależy od ilości paliwa gazowego wypuszczanego do atmosfery. Ta ilość zależy z kolei od stanu fizycznego, w jakim gaz znajduje się w pojemniku. Gdy zawartość paliwa jest w stanie gazowym, jego ilość będzie znacznie mniejsza niż w przypadku przechowywania w tym samym pojemniku w postaci płynnej. Parametry wybuchu, które decydują o jego skutkach, determinowane są głównie przez charakter rozkładu energii w strefie wybuchu oraz jej rozkład w miarę rozchodzenia się fali podmuchowej ze źródła wybuchu.

4. Potencjał energetyczny

Eksplozja ma wielką siłę niszczącą. Najważniejszą cechą eksplozji jest całkowita energia materii. Wskaźnik ten nazywany jest potencjałem energetycznym wybuchowości, jest zawarty we wszystkich parametrach charakteryzujących skalę i konsekwencje wybuchu.

W przypadku awaryjnego rozhermetyzowania aparatu następuje jego pełne ujawnienie (zniszczenie);

Obszar wycieku cieczy określany jest na podstawie rozwiązań projektowych budynków lub miejsc montażu na zewnątrz;

Czas parowania trwa nie dłużej niż 1 godzinę:

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

wybuch niebezpieczeństwo w pokoju strażaka

gdzie EI1 jest sumą energii ekspansji adiabatycznej i spalania fazy gazowo-parowej (PGPC bezpośrednio w bloku, kJ;

ЕI2 to energia spalania HPF dostarczanej do sekcji pozbawionej ciśnienia z sąsiednich obiektów (bloków), kJ;

EII1 - energia spalania GTHF, powstała w wyniku energii przegrzanej fazy ciekłej rozważanego bloku i otrzymana z sąsiednich obiektów kJ;

EII2 to energia spalania PHF utworzonego z fazy ciekłej (LP) w wyniku ciepła reakcji egzotermicznych, które nie zatrzymują się podczas rozprężania, kJ;

EII3 to energia spalania PHF. utworzony z LF w wyniku dopływu ciepła z zewnętrznych nośników ciepła, kJ;

EII4 to energia spalania PHF, która powstaje z LF rozlanego na powierzchnię stałą (podłoga, paleta, gleba itp.) w wyniku wymiany ciepła z otoczenia (z powierzchni stałej i powietrza do cieczy na jej powierzchni ), kJ.

Wartości całkowitych potencjałów energetycznych wybuchowości i służą do wyznaczenia wartości masy zredukowanej i względnego potencjału energetycznego charakteryzujących wybuchowość bloków technologicznych.

Masa zredukowana to całkowita masa par (gazów) palnych wybuchowej chmury para-gaz, zredukowana do pojedynczej określonej energii spalania równej 46 000 kJ/kg:

Względny potencjał energetyczny wybuchu Qv zespołu technologicznego, który charakteryzuje całkowitą energię spalania i można go obliczyć ze wzoru:

gdzie E jest całkowitym potencjałem energetycznym zagrożenia wybuchem jednostki technologicznej.

Zgodnie z wartościami względnych potencjałów energetycznych Rv do zredukowanej masy ośrodka para-gaz m przeprowadza się kategoryzację bloków technologicznych. Wskaźniki kategorii zagrożenia wybuchem bloków technologicznych podano w tabeli 1.

Nr tabeli

5. Odpowiednik TNT. Nadciśnienie w przedniej części fali uderzeniowej

Do oceny poziomu narażenia na przypadkowe i celowe awarie powszechnie stosuje się metodę oceny za pomocą ekwiwalentu TNT. Zgodnie z tą metodą stopień zniszczenia charakteryzuje się ekwiwalentem TNT, w którym określa się masę TNT, która jest wymagana do spowodowania tego poziomu zniszczenia, związki niestabilne chemicznie oblicza się ze wzorów:

1 Dla środowisk parowo-gazowych

q/ - właściwa wartość opałowa czynnika para-gaz, kJ kg,

qT to energia właściwa wybuchu TNT kJ/kg.

2 Dla stałych i płynnych związków chemicznie niestabilnych

gdzie Wk jest masą stałych i ciekłych związków chemicznie niestabilnych; qk to energia właściwa wybuchu stałych i ciekłych związków chemicznie niestabilnych. Podczas produkcji wybuch mieszaniny gaz-powietrze, para-powietrze lub pył wytwarza falę uderzeniową. Stopień rozdzielczości konstrukcji budowlanych, urządzeń, maszyn i komunikacji, a także szkód wyrządzonych ludziom, zależy od nadciśnienia na froncie fali uderzeniowej ΔРФ (różnica między maksymalnym ciśnieniem na froncie fali uderzeniowej a normalnym ciśnieniem atmosferycznym przed tym frontem).

Obliczenia do oceny działania palnych gazów i cieczy chemicznych sprowadzają się do określenia nadciśnienia w czole fali uderzeniowej (ΔРФ) podczas wybuchu mieszaniny gazowo-powietrznej w pewnej odległości od pojemnika, w którym znajduje się pewna ilość materiału wybuchowego mieszanina jest przechowywana.

6. Obliczenia do określenia nadciśnienia wybuchu

Obliczenie nadciśnienia wybuchu dla gazów palnych, par cieczy palnych i palnych przeprowadza się zgodnie z metodologią określoną w NPB 105-03 „Określenie kategorii pomieszczeń, budynków i instalacji zewnętrznych pod względem wybuchu i pożaru zaryzykować."

Zadanie: określić nadciśnienie wybuchu siarkowodoru w pomieszczeniu.

Warunki początkowe

W aparacie o objętości 20 m3 stale znajduje się wodór. Urządzenie znajduje się na podłodze. Łączna długość rurociągów o średnicy 50 mm, ograniczona zasuwami (ręcznymi) zainstalowanymi na odcinkach wlotowym i wylotowym rurociągów, wynosi 15 m. Natężenie przepływu siarkowodoru w rurociągach wynosi 4·10-3 m3/ s. Wymiary pomieszczenia to 10x10x4m.

Pomieszczenie posiada wentylację awaryjną z wymianą powietrza 8 h-1. Wentylację awaryjną zapewniają wentylatory rezerwowe, automatyczny rozruch po przekroczeniu maksymalnego dopuszczalnego stężenia wybuchowego oraz zasilanie zgodnie z pierwszą kategorią niezawodności (PUE). Urządzenia do usuwania powietrza z pomieszczenia znajdują się w bliskiej odległości od miejsca ewentualnego wypadku.

Główne konstrukcje budowlane budynku są żelbetowe.

Uzasadnienie opcji projektowej

Według NPB 105-03 jako projektową wersję awarii należy przyjąć najbardziej niekorzystny scenariusz awarii, w którym występuje największa liczba substancji najbardziej niebezpiecznych w odniesieniu do skutków wybuchu.

A jako opcję projektową przyjęto opcję rozprężania zbiornika siarkowodorem i wyjścia z niego oraz rurociągów wlotowych i wylotowych siarkowodoru do objętości pomieszczenia.

1) Nadciśnienie wybuchu dla poszczególnych substancji palnych, składających się z atomów C, H, O, N, Cl, Br, I, F, określa wzór

(1)

gdzie jest maksymalne ciśnienie wybuchu stechiometrycznej mieszaniny gaz-powietrze lub para-powietrze w zamkniętej objętości, określone doświadczalnie lub na podstawie danych referencyjnych zgodnie z wymaganiami punktu 3 NPB-105-03. W przypadku braku danych dopuszczalne jest przyjęcie równe 900 kPa;

Ciśnienie początkowe, kPa (dopuszczalne jako równe 101 kPa);

Masa gazu palnego (GG) lub oparów palnych (FL) i palnych cieczy (GL) uwolnionych do pomieszczenia w wyniku wypadku, kg;

Współczynnik udziału paliwa w wybuchu, który można obliczyć na podstawie charakteru rozkładu gazów i par w objętości pomieszczenia zgodnie z zastosowaniem. Dozwolone jest przyjęcie wartości zgodnie z tabelą. 2 NPB 105-03. Akceptuję równe 0,5;

Wolna kubatura pokoju, ;

Za temperaturę projektową przyjmuje się maksymalną bezwzględną temperaturę powietrza dla miasta Ufa równą 39°C (zgodnie z SNiP 23-01-99 „Klimatologia budowlana”).

Poniżej wyliczono wielkości niezbędne do określenia nadciśnienia wybuchu siarkowodoru w pomieszczeniu.

Gęstość siarkowodoru w temperaturze projektowej:

gdzie M jest masą molową siarkowodoru, 34,08 kg/kmol;

v0 to objętość molowa równa 22,413 m3/kmol;

0,00367 − współczynnik rozszerzalności cieplnej, stopnie -1;

tp to temperatura projektowa, 390C (bezwzględna maksymalna temperatura powietrza dla Ufa).

Stężenie stechiometryczne siarkowodoru oblicza się według wzoru:

;

gdzie β jest współczynnikiem stechiometrycznym tlenu w reakcji spalania;

nc, nn, n0, nx to liczba atomów C, H, O i halogenków w cząsteczce paliwa;

Dla siarkowodoru (Н2S) nc= 1, nн = 4, n0 = 0, nх = 0, zatem

Podstawiamy znalezioną wartość β, otrzymujemy wartość stężenia stechiometrycznego siarkowodoru:

Objętość siarkowodoru, która dostała się do pomieszczenia podczas awarii projektowej, składa się z objętości gazu uwolnionego z aparatu oraz objętości gazu uwolnionego z rurociągu przed zamknięciem zaworów i po zamknięciu zaworów:

gdzie Va jest objętością gazu uwolnionego z aparatu, m3;

V1T - ilość gazu uwolnionego z gazociągu przed jego wyłączeniem, m3;

V2T to ilość gazu uwolnionego z gazociągu po jego wyłączeniu, m3;

gdzie q jest natężeniem przepływu cieczy, określonym zgodnie z przepisami technologicznymi, m3/s;

T to czas trwania dopływu gazu do kubatury pomieszczenia, określony zgodnie z paragrafem 38 NPB 105-03 s;

gdzie d jest wewnętrzną średnicą rurociągów, m;

Ln to długość rurociągów od aparatury awaryjnej do zasuw, m;

Tak więc objętość siarkowodoru, która dostała się do pomieszczenia podczas rozważanego wariantu wypadku:

Masa siarkowodoru w pomieszczeniu:

Jeżeli w pomieszczeniu używane są gazy palne, palne lub palne, palne lub palne ciecze, przy wyznaczaniu masy dopuszcza się uwzględnienie działania wentylacji awaryjnej, jeżeli jest ona wyposażona w wentylatory rezerwowe, automatyczny start w przypadku wystąpienia przekroczenie maksymalnego dopuszczalnego stężenia przeciwwybuchowego i zasilanie zgodnie z pierwszą kategorią niezawodności (PUE), pod warunkiem, że urządzenia do usuwania powietrza z pomieszczenia znajdują się w bezpośrednim sąsiedztwie miejsca ewentualnego wypadku.

Jednocześnie masę gazów palnych lub par cieczy palnych lub palnych ogrzanych do temperatury zapłonu i powyżej tej wprowadzonej do objętości pomieszczenia należy podzielić przez współczynnik określony wzorem

gdzie - wielość wymiany powietrza wytworzona przez wentylację awaryjną, 1 / s. Ten pokój ma wentylację o współczynniku wymiany powietrza 8 (0,0022s);

Przyjmuje się, że czas wnikania palnych gazów i par cieczy palnych i palnych do objętości pomieszczenia s wynosi 300 s. (klauzula 7 NPB 105-03)

Masa siarkowodoru w pomieszczeniu podczas rozważanego wariantu wypadku:

Wyniki obliczeń wybuchu

Stół. Maksymalne dopuszczalne nadciśnienie podczas spalania mieszanin gazowych, parowych lub pyłowo-powietrznych w pomieszczeniach lub na otwartej przestrzeni

Dane początkowe i obliczone podsumowano w Tabeli 2.

Tabela 2 - Dane początkowe i obliczone

Według NPB 105-2003 kategorie pomieszczeń zagrożonych wybuchem i pożarem są akceptowane zgodnie z tabelą 4.

Wniosek: Pomieszczenie należy do kategorii A, ponieważ możliwe jest uwolnienie gazu palnego (siarkowodór) w takiej ilości, że może on tworzyć wybuchowe mieszaniny para-gaz-powietrze, po zapaleniu których szacowane nadciśnienie wybuchu w pomieszczeniu rozwija się, przekraczając 5 kPa.

8. Wyznaczanie wartości wskaźników energetycznych zagrożenia wybuchem zespołu technologicznego podczas wybuchu

Potencjał energii wybuchu E (kJ) bloku jest określany przez całkowitą energię spalania fazy gazowo-parowej znajdującej się w bloku, z uwzględnieniem wartości pracy jej rozprężania adiabatycznego oraz wartości energia całkowitego spalenia odparowanej cieczy z maksymalnego możliwego obszaru jej cieśniny, przy czym uwzględnia się:

1) w przypadku awaryjnego rozhermetyzowania aparatu następuje jego pełne ujawnienie (zniszczenie);

2) obszar rozlewu cieczy ustala się na podstawie rozwiązań projektowych budynków lub miejsca instalacji na zewnątrz;

3) przyjmuje się, że czas odparowania nie przekracza 1 godziny:

Suma energii rozprężania adiabatycznego A (kJ) i spalania PHF znajdującego się w bloku, kJ:

q" = 23380 kJ/kg - ciepło właściwe spalania PHF (siarkowodór);

26,9 - masa gazu palnego

.

Do praktycznego określenia energii ekspansji adiabatycznej PGF można posłużyć się wzorem

gdzie b1 - można pobrać z tabeli. 5. Przy indeksie adiabatycznym k=1,2 i ciśnieniu 0,1 MPa wynosi 1,40.

Tabela 5. Wartość współczynnika b1 w zależności od wskaźnika adiabatycznego medium i ciśnienia w jednostce procesowej

0 kJ - energia spalania PHF, odebrana do obszaru rozprężonego z sąsiednich obiektów (bloków), kJ. Nie ma sąsiednich bloków, więc ten składnik wynosi zero.

0 kJ to energia spalania PHF, która powstaje w wyniku energii przegrzanego LF rozważanego bloku i otrzymanej z sąsiednich obiektów w czasie ti.

0 kJ to energia spalania PHF, która powstaje z LF pod wpływem ciepła reakcji egzotermicznych, które nie zatrzymują się podczas rozprężania.

0 kJ to energia spalania PHF, która powstaje z fazy ciekłej w wyniku dopływu ciepła z zewnętrznych nośników ciepła.

0 kJ to energia spalania PHF, która powstaje z LF rozlanego na powierzchnię stałą (podłogę, paletę, glebę itp.) w wyniku wymiany ciepła z otoczenia (z powierzchni stałej i powietrza do cieczy na jej powierzchni .

Potencjał energetyczny zagrożenia wybuchem bloku to:

E=628923,51 kJ.

Wartości całkowitych potencjałów energetycznych wybuchowości E służą do wyznaczenia wartości masy zredukowanej i względnego potencjału energetycznego charakteryzujących wybuchowość bloków technologicznych.

Całkowita masa par (gazów) palnych wybuchowej chmury para-gaz m, sprowadzona do pojedynczej określonej energii spalania równej 46 000 kJ/kg:

Względny potencjał energetyczny wybuchowości Qv zespołu technologicznego oblicza się ze wzoru

Zgodnie z wartościami względnych potencjałów energetycznych Qb i zredukowanej masy ośrodka para-gaz m dokonuje się kategoryzacji bloków technologicznych. Wskaźniki kategorii podano w tabeli. 5.

Tabela 4. Wskaźniki kategorii zagrożenia wybuchem bloków technologicznych

Wniosek: Pomieszczenie należy do III kategorii zagrożenia wybuchem, ponieważ całkowita masa wybuchowej chmury parowo-gazowej siarkowodoru zredukowana do jednej określonej energii spalania wynosi 16,67 kg, względny potencjał energetyczny wybuchu wynosi 5,18.

9. Obliczanie stężenia wybuchowego mieszaniny gaz-powietrze w pomieszczeniu. Określenie klasy pomieszczeń na zagrożenie wybuchem i pożarem wg PUE

Określmy objętość wybuchowego stężenia siarkowodoru w pomieszczeniu:

gdzie m jest masą mieszanki para-powietrze w pomieszczeniu, kg,

NKPV - dolna granica stężenia zapłonu, g/m3.

Stężenie mieszanki pary z powietrzem w pomieszczeniu będzie wynosić:

gdzie VCM to objętość wybuchowego stężenia siarkowodoru w pomieszczeniu, m3, VC6 to wolna objętość pomieszczenia, m3.

Wyniki obliczeń przedstawiono w tabeli 6.

Tabela 6. Wyniki obliczeń stężenia mieszaniny gaz-powietrze

Według PUE przedmiotowe pomieszczenie należy do klasy B-Ia - stref znajdujących się w pomieszczeniach, w których podczas normalnej eksploatacji nie tworzą się wybuchowe mieszaniny gazów palnych (niezależnie od dolnej granicy zapłonu) lub pary cieczy palnych z powietrzem, ale są możliwe tylko w wyniku wypadków i awarii.

10. Wyznaczanie stref zniszczenia podczas wybuchu. Klasyfikacja stref niszczenia

Promienie stref destrukcji podczas wybuchu mieszaniny gazowo-powietrznej wyznaczono zgodnie z metodą opisaną w Załączniku 2 PB 09-540-03.

Masa substancji gazowo-parowych (kg) biorących udział w wybuchu jest określona przez produkt

gdzie z jest proporcją zredukowanej masy siarkowodoru biorącej udział w wybuchu (dla GG wynosi 0,5),

t masa siarkowodoru w pomieszczeniu, kg.

Do oceny poziomu narażenia na wybuch można użyć ekwiwalentu TNT. Ekwiwalent TNT wybuchu ośrodka para-gaz WT (kg) jest określany zgodnie z warunkami adekwatności charakteru i stopnia zniszczenia podczas wybuchów chmur para-gaz oraz stałych i ciekłych związków chemicznie niestabilnych.

Dla środowisk gazowo-parowych ekwiwalent wybuchu TNT oblicza się:

gdzie 0,4 to ułamek energii wybuchu ośrodka gazowo-parowego zużyty bezpośrednio na tworzenie fali uderzeniowej;

0,9 to ułamek energii wybuchu trinitrotoluenu (TNT) zużyty bezpośrednio na tworzenie fali uderzeniowej;

q" - właściwa wartość opałowa czynnika para-gaz, kJ/kg;

qT - energia właściwa wybuchu TNT, kJ/kg.

Strefa zniszczenia to obszar o granicach wyznaczonych promieniami R, którego środkiem jest rozważany blok technologiczny lub najbardziej prawdopodobne miejsce rozhermetyzowania układu technologicznego. Granice każdej strefy charakteryzują wartości nadciśnienia wzdłuż czoła fali uderzeniowej AR i odpowiednio współczynnik bezwymiarowy K. Klasyfikacja stref pęknięć została podana w tabeli 6.

Tabela 7. Poziom możliwej destrukcji podczas wybuchowej przemiany chmur mieszanin powietrzno-paliwowych

Promień strefy zniszczenia (m) ogólnie określa wyrażenie:

gdzie K jest bezwymiarowym współczynnikiem charakteryzującym wpływ wybuchu na obiekt.

Wyniki obliczeń promieni stref zniszczenia podczas wybuchu mieszanki paliwowo-powietrznej w pomieszczeniu przedstawiono w tabeli 7.

Tabela 7 - Wyniki obliczeń promieni stref zniszczenia

Lista wykorzystanych źródeł

1. Beschastnov M.V. wybuchy przemysłowe. Ocena i ostrzeżenie. - M. Chemia, 1991.

2. Bezpieczeństwo życia, Bezpieczeństwo procesów technologicznych i produkcji (Ochrona pracy): Podręcznik, Podręcznik dla uczelni / P.P. Kukin, V.L. Łapin, N, L. Ponomarev i inni, - M.,: Wyższy. szkoła 2001,

3. PB 09-540-03 „Ogólne zasady bezpieczeństwa przeciwwybuchowego dla wybuchowego przemysłu chemicznego, petrochemicznego i rafinacji ropy naftowej”.

4. GOST 12.10-76* Bezpieczeństwo przeciwwybuchowe

5. NPB 105-03 „Określenie kategorii pomieszczeń i budynków, instalacji zewnętrznych w aspekcie zagrożenia wybuchowego i pożarowego”.

6. SNiP 23-01-99 Klimatologia budowlana.

7. Zagrożenie pożarowe i wybuchowe substancji i materiałów oraz środki ich gaszenia. Wyd. A. N. Baratova i A. Ya Korolchenko. M., Chemia, 1990. 8. Zasady wykonywania instalacji elektrycznych. Wyd. 7.