Федеральноеагентство по образованию РФ
Государственноеобразовательное учреждение высшего профессионального образования
«УфимскийГосударственный Нефтяной Технический Университет»
Кафедра «Промышленная безопасность и охрана труда»
Контрольная работа по предмету:
Теориягорения и взрыва
Уфа — 2010
1. Теоретические вопросы по взрыву
В технологическихпроцессах, связанных с добычей, транспортировкой, переработкой, получением,хранением и применением горючих газов (ГГ) и легковоспламеняющихся жидкостей(ЛВЖ), всегда имеется опасность образования взрывоопасных газо- и паровоздушныхсмесей.
Взрывоопасную среду могутобразовать смеси веществ (газов, паров, пылей) с воздухом и другимиокислителями (кислород, озон. хлор, окислы азота и др.) и вещества, склонные квзрывному превращению (ацетилен, озон, гидразин и др.).
Причинами взрывовнаиболее часто является нарушение правил безопасной эксплуатации оборудования,утечки газов через неплотности в соединениях, перегрев аппаратов, чрезмернойповышение давления, отсутствие надлежащего контроля за технологическимпроцессом, разрыв или поломка деталей оборудования и др.
Источником инициированиявзрыва являются:
открытое пламя, горящие ираскаленные тела;
электрические разряды;
— тепловые проявления химическихреакций и механических воздействий;
искры от удара и трения:
ударные волны;
— электромагнитные идругие излучения.
Согласно ПБ 09-540-03Взрыв это:
I.Процесс скоротечного высвобожденияпотенциальной энергии, связанный с внезапным изменением состояния вещества исопровождающийся скачком давления или ударной волной.
2. Кратковременноевысвобождение внутренней энергии, создающее избыточное давление
Взрыв может происходить сгорением (процессом окисления) или без него.
Параметры и свойства,характеризующие взрывоопасность среды:
— температура вспышки;
— концентрационные итемпературные пределы воспламенения;
— температурасамовоспламенения;
— нормальная скоростьраспространения пламени;
— минимальноевзрывоопасное содержание кислорода (окислителя);
-минимальная энергия зажигания;
-чувствительность кмеханическому воздействию (удару и трению). Опасными и вредными факторами, воздействующимина работающих
в результате взрыва,являются:
-ударная волна, во фронтекоторой давление превышает допустимое значение;
— пламя;
-обрушивающиесяконструкции, оборудование, коммуникации, здания и сооружения и их разлетающиесячасти;
-образовавшиеся привзрыве и (или) выделившиеся из поврежденного оборудования вредные вещества,содержание которых в воздухе рабочей зоны превышает предельно допустимыеконцентрации.
Основные факторы,характеризующие опасность взрыва:
— максимальное давление итемпература взрыва;
— скорость нарастаниядавления при взрыве;
— давление во фронтеударной волны;
— дробящие и фугасныесвойства взрывоопасной среды.
При взрыве исходнаяпотенциальная энергия вещества превращается, как правило, в энергию нагретыхсжатых газов, которая в свою очередь при их расширении переходит в энергиюдвижения, сжатия, разогрева среды. Часть энергии остается в виде внутренней(тепловой) энергии расширившихся газов.
Полное количествовыделившейся при взрыве энергии определяет общие параметры (объема, площади)разрушений. Концентрация энергии (энергия в единице объема) определяетинтенсивность разрушений в очаге взрыва. Эти характеристики в свою очередьзависят от скорости высвобождения энергии взрывоопасной системой,обуславливающей взрывной волны.
Взрывы, наиболее частовстречающиеся в практике расследования, можно подразделить на две основныегруппы: химические и физические взрывы.
К химическим взрывамотносятся процессы химического превращения вещества, проявляющиеся горением ихарактеризующиеся выделением тепловой энергии за короткий промежуток времени ив таком объеме, что образуются волны давления, распространяющиеся от источникавзрыва.
К физическим взрывамотносятся процессы, приводящие к взрыву и не связанные с химическимипревращениями вещества.
Причиной случайныхвзрывов чаще всего являются процессы горения. Взрывы такого рода чаще всегопроисходят при хранении, транспортировке и изготовлении взрывчатых веществ(ВВ). Они имеют место:
— при обращении с ВВ ивзрывоопасными веществами химической и нефтехимической промышленности;
— при утечках природногогаза в жилых домах;
при изготовлении,транспортировке и хранении легколетучих или сжиженных горючих веществ;
при промывке резервуаровдля хранения жидкого топлива;
при изготовлении,хранении и использовании горючих пылевых систем и некоторых самовозгорающихсятвердых и жидких веществ.
Особенности химическоговзрыва
Существуют два основныхтипа взрывов: взрыв конденсированного ВВ и объемный взрыв (взрыв паровпылегазовых смесей). Взрывы конденсированных ВВ вызываются всеми твердыми ВВ иотносительно незначительным числом жидких ВВ, включая нитроглицерин. Такие ВВобычно имеют плотность 1300-1800 кг/м3, однако первичные ВВ содержащие свинецили ртуть, имеют намного большие плотности.
Реакции разложения:
Самый простой случайвзрыва — процесс разложения с образованием газообразных продуктов. Например,разложение пероксида водорода с большим тепловым эффектом и образованиемводяного пара и кислорода:
2Н2О2 → 2Н2О2 + О2+ 106 кДж/моль
Пероксид водорода опасен,начиная с концентрации 60%.
Разложение при трении илиударе азида свинца:
Pb(N3)2 → Pb -ь3N2 + 474 кДж/моль.
Тринитротолуол (ТНТ)является веществом с «дефицитом кислорода» и поэтому одним из основныхпродуктов его распада является углерод, что способствует образованию дыма привзрывах ТНТ.
Вещества, склонные квзрывчатому разложению, почти всегда содержат одну или несколько характерныххимических структур, ответственных за внезапное развитие процесса с выделениембольшого количества энергии. Эти структуры включают следующие группы:
-NO2 и NО3 — в органических и неорганических веществах;
-N=N-N — в органических и неорганическихазидах;
-NX3, где X — галоид,
-N=C в фульминатах.
На основании законовтермохимии представляется возможным выявить соединения, процесс разложениякоторых может оказаться взрывоопасным. Одним из решающих факторов, определяющихпотенциальную опасность системы, является превалирование ее внутренней энергиив начальном состоянии по сравнению с конечным состоянием. Такое условиевыполняется при поглощении тепла (эндотермическая реакция) в процессеобразования вещества. Примером соответствующего процесса является образованиеацетилена из элементов:
2С + Н2 → СН=СН — 242 кДж/моль.
К веществам невзрывоопасным, которые теряют тепло в процессе образования (экзотермическаяреакция), относятся, например, диоксид углерода
С + О2 → СО2 + 394кДж/моль.
Следует учитывать, что применениезаконов термохимии позволяет лишь выявить возможность взрывного процесса. Осуществлениеего зависит от скорости реакции и образования летучих продуктов. Так, например,реакция парафина свечи с кислородом, несмотря на высокую экзотермичность, неприводит к взрыву из-за ее низкой скорости.
Реакция 2Аl+ 4АС2О2 → Аl2О3 + 2Fе сама по себе, несмотря на высокую экзотермичность, также неприводит к взрыву, так как не образуются газообразные продукты.
Окислительно-восстановительныереакции, составляющие основу реакций горения, по указанной причине могутприводив к взрыву только в условиях благоприятствующих достижению высокихскоростей реакции и росту давления. Сгорание сильно диспергированных твердыхвеществ и жидкостей может привести в условиях закрытого объема к ростуизбыточного давления вплоть до 8 бар Сравнительно редко, например в системахжидкого воздуха, где аэрозоль представляет собой туман из масляных капель.
При реакцияхполимеризации, сопровождаемых экзотермическим эффектом, и наличии летучегомономера часто достигается стадия, при которой может произойти опасноеповышение давления, для некоторых веществ таких как этиленоксид, полимеризацияможет начаться при комнатной температуре особенно когда исходные соединениязагрязняются веществами, ускоряющими полимеризацию. Этиленоксид может такжеизомеризоваться в ацетальдегид экзотермическим путем:
СН2СН2О — СН3НС = О +113,46 кДж/моль
Реакции конденсациишироко применяются в производстве красок, лаков и смол и вследствиеэкзотермичности процесса и наличия летучих компонентов приводят подчас квзрывам
Для выяснения общихусловий, благоприятствующих возникновению горения и его переходу во взрыв,рассмотри график (рисунок 1) зависимости температуры, развиваемой в горючейсистеме, от времени при наличии с ней объемного тепловыделения за счетхимической реакции и теплопотерь.
Если представитьтемпературу Т1 на графике как критическою точку, при которой возникает горениев системе, становится очевидным, что в условиях, когда имеет место превышениетеплопотерь над теплоприходом, такое горение возникнуть не может. Этот процессначинается лишь при достижении равенства между скоростями тепловыделения итеплопотерь (в точке касания соответствующих кривых) и дальше способенускоряться с повышением температуры и. тем самым, давления до взрыва.
Таким образом, приналичии условий, благоприятствующих теплоизоляции, протекание экзотермическойреакции в горючей системе может привести не только к горению, но и к взрыву.
Возникающиенеконтролируемые реакции, благоприятствующие взрыву, обусловлены тем, чтоскорость переноса тепла, например, и сосудах является линейной функциейразности температур между реакционной массой и охладителем, тогда как скоростьэкзотермической реакции и, тем самым, приток тепла от нее растет по степенному,закону с увеличением начальных концентраций реагентов и быстро возрастает приповышении температуры в результате экспоненциальной зависимости скоростихимической реакции от температуры (закон Аррениуса). Эти закономерностиобуславливают наименьшие скорости горения смеси и температуру на нижнемконцентрационном пределе воспламенения. По мере приближения концентрациигорючего и окислителя к стехиометрическим скорость горения и температуравозрастают до максимальных знамений.
Концентрация газа стехиометрическогосостава — концентрация горючего газа в смеси с окислительной средой, прикоторой обеспечивается полное без остатка химическое взаимодействие горючего иокислителя смеси.3. Особенностифизического взрыва
Физические взрывы, какправило, связывают со взрывами сосудов от давления паров и пазов. Причемосновной причиной их образования является не химическая реакция, а физическийпроцесс, обусловленный высвобождением внутренний энергии сжатого или сжиженногогаза. Сила таких взрывов зависит от внутреннего давления, а разрушениявызываются ударной волной от расширяющегося газа или осколками разорвавшегосясосуда. Физический взрыв может произойти в случае, например, паденияпереносного баллона с газом под давлением и срыва вентиля, понижающего давление.Давление сжиженного газа редко превышает 40 бар (критическое давлениебольшинства обычных сжиженных газов).
К физическим взрывамотносятся также явление так называемой физической детонации. Это явлениевозникает при смешении горячей и холодной жидкостей, когда температура одной изних значительно превышает температуру кипения другой (например, выливаниерасплавленного металла в воду). В образовавшейся парожидкостной смеси испарениеможет протекать взрывным образом вследствие развивающихся процессов тонкойфлегматизации капель расплава, быстрого теплоотвода от них и перегрева холоднойжидкости с сильным ее парообразованием.
Физическая детонациясопровождается возникновением ударной волны с избыточным давлением в жидкойфазе, достигающем в ряде случаях более тысячи атмосфер. Многие жидкостихранятся или используются в условиях, когда давление их паров значительнопревышает атмосферное. К числу таких жидкостей относятся: сжиженные горючиегазы (например, пропан, бутан) сжиженные хладагенты аммиак или фреон, хранимыепри комнатной температуре, метан, который должен храниться при пониженнойтемпературе, перегретая вода в паровых котлах. Если емкость с перегретойжидкостью повреждается, то происходит истечение пара в окружающее пространствои быстрое частичное испарение жидкости. При достаточно быстром истечении ирасширении пара в окружающей среде генерируются взрывные волны. Причинамивзрывов сосудов с газами и парами под давлением являются:
— нарушения целостностикорпуса из-за поломки какого-либо узла, повреждения или коррозии принеправильной эксплуатации;
— перегрев сосуда за счетнарушений в электрообогреве или режиме работы топочного устройства (в этомслучае давление внутри сосуда повышается, а прочность корпуса понижается досостояния, при котором происходит ею повреждение);
— взрыв сосуда припревышении допустимого давления.
Взрывы газовых емкостей споследующим горением в атмосфере в основе своей содержат те же причины, которыеописаны выше и характерны для физических взрывов. Основное различие заключаетсяв образовании в данном случае огненного шара, размер которого зависит отколичества выброшенного в атмосферу газообразного горючего. Это количествозависит, в свою очередь от физического состояния, в котором находится газ вемкости. При содержании горючего в газообразном состоянии его количествополучится намного меньше, чем в случае хранения в той же емкости в жидком виде.Параметры взрыва, обуславливающие его последствия, в основном определяютсяхарактером распределения энергии в области взрыва и ее распределением по меретого, как взрывная волна распространяется от источника взрыва.
4. Энергетическийпотенциал
Взрыв обладает большойразрушительной способностью. Важнейшей характеристикой взрыва являемсясуммарная энергия вещества. Этот показатель называют энергетическим потенциаломвзрывоопасности, он входит во все параметры, характеризующие масштабы ипоследствия взрыва.
Энергетический потенциалвзрывоопасности Е (кДж) блока определяется полной энергией сгорания парогазовойфазы, находящейся в блоке, с учетом величины работы ее адиабатическогорасширения, а также величины энергии полного сгорания испарившейся жидкости смаксимально возможной площади ее пролива, при этом считается:
-при аварийнойразгерметизации аппарата происходит его полное раскрытие (разрушение);
-площадь пролива жидкостиопределяется исходя из конструктивных решений зданий или площадки наружнойустановки;
- время испарения принимается не более1 часа:
Е= ЕII1+ ЕII2+ ЕII1+ ЕII2+ ЕII3+ ЕII4 ,
взрывпожарный помещение опасность
где ЕI1 — сумма энергий адиабатическогорасширения и сгорания парогазовой фазы (ПГФХ непосредственно находящейся вблоке, кДж;
ЕI2 — энергия сгорания ГПФ, поступившей к разгерметизированномуучастку от смежных объектов (блоков), кДж;
ЕII1- энергия сгорания ГТГФ, образующейся за счет энергииперегретой ЖФ рассматриваемого блока и поступившей от смежных объектов кДж;
ЕII2 — энергия сгорания ПГФ, образующейся из жидкой фазы (ЖФ) засчет тепла экзотермических реакций, не прекращающихся при разгерметизации, кДж;
ЕII3 — энергия сгорания ПГФ. образующейся из ЖФ за счеттеплопритока от внешних теплоносителей, кДж;
ЕII4 — энергия сгорания ПГФ, образующейся из пролитой на твердуюповерхность (пол, поддон, грунт и т.п.) ЖФ за счет теплоотдачи от окружающейсреды (от твердой поверхности и воздуха, к жидкости по ее поверхности), кДж.
По значениям общихэнергетических потенциалов взрывоопасности и определяются величины приведенноймассы и относительного энергетического потенциала, характеризующихвзрывоопасность технологических блоков.
Приведенная масса — этообщая масса горючих паров (газов) взрывоопасного парогазового облака,приведенная к единой удельной энергии сгорания, равной 46000 кДж/кг:
/>
Относительныйэнергетический потенциал взрывоопасности Qв технологического блока, который характеризует полнуюэнергию сгорания и может находиться расчетным методом по формуле:
/>
где Е — общий энергетическийпотенциал взрывоопасности технологического блока.
По значениямотносительных энергетических потенциалов Ов к приведенной массе парогазовойсреды т осуществляется категорирование технологических блоков. Показателикатегории взрывоопасности технологических блоков приведены в таблице 1.Таблица № Категория взрывоопасности Ов m I >37 >5000 II 27 − 37 2000−5000 III 5. Тротиловый эквивалент. Избыточноедавление во фронте ударной волны
Для оценки уровнявоздействия случайных и преднамеренных в срывов широко применяется метод оценкичерез тротиловый эквивалент. По этому методу степень разрушения характеризуюттротиловым эквивалентом, где определяют массу тротила, которая требуется, чтобывызвать данный уровень разрушений.Тротиловый эквивалент взрыва парогазовой средыWτ (кг) определяемый по условиямадекватности характера и степени разрешения при взрывах парогазовых облаков, атакже твердых и жидких химически нестабильных соединений, рассчитывается поформулам:
1 Для парогазовых сред
/>
где 0,4 − доляэнергии взрыва парогазовой среды, затрачиваемая непосредственно на формированиеударной волны;
0,9 − доля энергиивзрыва тринитротолуола (ТНТ), затрачиваемая непосредственно на формированиеударной волны;
q/ − удельная теплота сгоранияпарогазовой среды, кДж кг,
qT − удельная энергия взрыва ТНТкДж/кг.
2 Для твердых и жидкиххимически нестабильных соединений
/>
где Wk — масса твердых и жидких химически нестабильных соединений; qk− удельная энергия взрыватвердых и жидких химически нестабильных соединений. На производстве при взрывегазовоздушной, паровоздушной смеси или пыли образуется ударная волна. Степеньразрешения строительных конструкций, оборудования, машин и коммуникаций, атакже поражение людей зависит от избыточного давления во фронте ударной волныΔРФ (разность между максимальным давлением во фронте ударной волны инормальным атмосферным давлением перед этим фронтом).
Расчеты оценки действиягорючих химических газов и жидкостей сводятся к определению избыточногодавления в фронте ударной волны (ΔРФ) при взрыве газовоздушной смеси наопределенном расстоянии от емкости, в которой хранится определенное количествово взрывоопасной смеси.
6. Расчет поопределению избыточного давления взрыва
Расчет избыточногодавления взрыва для горючих газов, паров легковоспламеняющихся и горючихжидкостей производится по методике, изложенной в НПБ 105-03 «Определениекатегорий помещений, зданий и наружных установок по взрывопожарной и пожарнойопасности».
Задание: определить избыточноедавление взрыва сероводорода в помещении.Исходные условия
Сроводород постояннонаходится в аппарате объемом 20 м3. Аппарат расположен на полу. Суммарная длинатрубопроводов диаметром 50 мм, ограниченная задвижками (ручными),установленными на подводящем и отводящем участках трубопроводов, составляет 15м. Расход сероводородаа в трубопроводах 4·10-3 м3/с. Размеры помещения −10x10x4 м.
В помещении имеетсяаварийная вентиляция с кратностью воздухообмена 8 ч-1. Аварийная вентиляцияобеспечена резервными вентиляторами, автоматическим пуском при превышениипредельно допустимой взрывоопасной концентрации и электроснабжением по первойкатегории надежности (ПУЭ). Устройства для удаления воздуха из помещениярасположены в непосредственной близости от места возможной аварии.
Основные строительныеконструкции здания железобетон.
Обоснование расчетноговарианта
Согласно НПБ 105-03 вкачестве расчетного варианта аварии следует принимать наиболее неблагоприятныйвариант аварии, при котором участвует наибольшее количество веществ, наиболееопасных в отношении последствий взрыва.
И в качестве расчетноговарианта принят вариант разгерметизации емкости с сероводородом и выход из неёи подводящею и отводящего трубопроводов сероводорода в объем помещения.
1) Избыточное давлениевзрыва /> дляиндивидуальных горючих веществ, состоящих из атомов C, H, O, N, Cl, Br, I, F, определяется поформуле
/> (1)
где /> - максимальное давлениевзрыва стехиометрической газовоздушной или паровоздушной смеси в замкнутомобъеме, определяемое экспериментально или по справочным данным в соответствии стребованиями п.3 НПБ -105-03. При отсутствии данных допускается принимать /> равным 900кПа;
/> - начальное давление, кПа(допускается принимать равным 101 кПа);
/> - масса горючего газа (ГГ) илипаров легковоспламеняющихся (ЛВЖ) и горючихжидкостей (ГЖ), вышедших в результате аварии в помещение, кг;
/> - коэффициент участия горючего вовзрыве, который может быть рассчитан на основе характера распределения газов ипаров в объеме помещения согласно приложению. Допускается принимать значение /> по табл. 2 НПБ105-03. /> принимаюравным 0,5;
/> - свободный объем помещения, />;
/>
За расчетную температурупринимается максимальная абсолютная температура воздуха для г.Уфа равная 39°С(согласно СНиП 23-01-99 «Строительная климатология»).
Ниже приведен расчетвеличин, необходимых для определения избыточного давления взрыва сероводорода впомещении.
Плотность сероводородапри расчетной температуре:
/>
где М − молярнаямасса сероводорода, 34,08 кг/кмоль;
v0 − мольный объем,равный 22,413 м3/кмоль;
0,00367−коэффициент температурного расширения, град -1;
tp − расчетная температура, 390С(абсолютная максимальная температура воздуха для г. Уфы).
Стехиометрическаяконцентрация сероводорода рассчитывается по формуле:
/>;
где β −стехиометрический коэффициент кислорода в реакции сгорания;
/>
nc, nн, n0, nх, − число атомов С, Н, О игалоидов в молекуле горючего;
Для сероводорода (Н2S) nc = 1, nн = 4,n0 = 0, nх = 0, следовательно,
/>
Подставим найденноезначение β, получим значение стехиометрической концентрации сероводорода:
/>
Объем сероводородапоступившего при расчетной аварии в помещение, состоит из объема газа, вышедшейиз аппарата, и объема газа, вышедшей из трубопровода до закрытия задвижек ипосле закрытия задвижек:
/>
где Va − объем газа вышедшей из аппарата, м3;
V1T − объем газа вышедшей из трубопровода до егоотключения, м3;
V2T − объем газа вышедшей из трубопровода после егоотключения, м3;
/>
где q − расход жидкости, определяемый в соответствии с технологическимрегламентом, м3/с;
T − продолжительность поступлениягаза в объем помещения, определяемое по п.38 НПБ 105-03 с;
/>
где d − внутренний диаметр трубопроводов, м;
Ln − длина трубопроводов отаварийного аппарата до задвижек, м;
Таким образом, объем сероводорода,поступившего в помещение при рассматриваемом варианте аварии:
/>
Масса сероводорода впомещении:
/>.
/>.
В случае обращения впомещении горючих газов, легковоспламеняющихся или горючих газов,легковоспламеняющихся или горючих жидкостей при определении значения массы />, допускаетсяучитывать работу аварийной вентиляции, если она обеспечена резервнымивентиляторами, автоматическим пуском при превышении предельно допустимойвзрывобезопасной концентрации и электроснабжением по первой категориинадежности (ПУЭ), при условии расположения устройств для удаления воздуха изпомещения в непосредственной близости от места возможной аварии.
При этом массу горючихгазов или паров легковоспламеняющихся или горючих жидкостей, нагретых дотемпературы вспышки и выше, поступивших в объем помещения, следует разделить накоэффициент />,определяемый по формуле
/>,
где /> - кратностьвоздухообмена, создаваемого аварийной вентиляцией, 1/c. В данном помещении имеется вентиляции с кратностьювоздухообмена – 8 /> (0,0022с/>);
/> - продолжительность поступлениягорючих газов и паров легковоспламеняющихся и горючих жидкостей в объемпомещения, с, принимаю равным 300 с. (п.7 НПБ 105-03)
/>
Масса сероводорода,находящихся в помещении при рассматриваемом варианте аварии:
/>
/>
Результаты расчетов /> при взрыве№ варианта Горючий газ
Значение />, кПа Вывод
/>
/> Сероводород
28,9
17,34 5 Средние повреждения зданий
Таблица. Предельно допустимое избыточное давление присгорании газо-, паро- или пылевоздушных смесей в помещениях или в открытомпространствеСтепень поражения Избыточное давление, кПа Полное разрушение зданий 100 50 %-ное разрушение зданий 53 Средние повреждения зданий 28 Умеренные повреждения зданий (повреждение внутренних перегородок, рам, дверей и т.п.) 12 Нижний порог повреждения человека волной давления 5 Малые повреждения (разбита часть остекления) 3
Исходные и расчетныеданные сведены в таблицу 2.
Таблица 2 — Исходные ирасчетные данные№ п/п Наименование Обозначение Величина 1 Вещество, его название и формула Сероводород H2S 2 Молекулярная масса, кг·кмоль-1 M 34,08 3 Плотность жидкости, кг/м3 ρж - 4 Плотность газа при расчетной температуре, кг/м3 ρг 1,33 5 Температуры среды (воздуха до взрыва), 0С Т0 39 6 Давление насыщенных паров, кПа Рн 28,9 7 Стехиометрическая концентрация, % об. Сст 29,24 8
Размеры помещения
− длина, м
− ширина, м
− высота, м
L
B
H
10
10
4 9
Размеры трубопровода:
− диаметр, м
−длина, м
D
l
0,05
15 10 Расход гептана в трубопроводе, м3/с q 4·10-3 11 Время закрытия задвижек, с t 300 12 Кратность аварийной вентиляции, 1/час A 8 13 Максимальное давление взрыва, кПа Pmax 900 14 Начальное давление, кПа P0 101 15 Коэффициент негерметичности и неадиабатности Kн 3 16 Коэффициент участия горючего в взрыве Z 0,5
7. Определениекатегории помещений и зданий по взрывопожарной и пожарной опасности
Согласно НПБ 105-2003категории помещений по взрывопожарной и пожарной опасности принимаются всоответствии с таблицей 4.
Определение категорийпомещений следует осуществлять путем последовательной проверки принадлежностипомещения к категориям от высшей (А) к низшей (Д).
Таблица 4 — Категории помещений по взрывопожарной ипожарной опасностиКатегория помещения Характеристика веществ и материалов, находящихся (обращающихся) в помещении
А взрывопожаро-
опасная Горючие газы, легковоспламеняющиеся жидкости с температурой вспышки не более 28° С в таком количестве, что могут образовывать взрывоопасные парогазовоздушные смеси, при воспламенении которых развивается расчетное избыточное давление взрыва в помещении., превышающее 5 кПа. Вещества и материалы, способные взрываться и гореть при взаимодействии с водой, кислородом воздуха или друг с другом в таком количестве, что расчетное избыточное давление взрыва в помещении превышает 5 кПа.
Б
взрывопожаро-опасная Горючие пыли или волокна, легковоспламеняющиеся жидкости с температурой вспышки более 28° С, горючие жидкости в таком количестве, что могут образовывать взрывоопасные пылевоздушные или паровоздушные смеси, при воспламенении которых развивается расчетное избыточ-ное давление взрыва в помещении, превышающее 5 кПа. В1-В4 пожароопасные Горючие и трудногорючие жидкости, твердые горючие и трудногорючие вещества и материалы (в том числе пыли и волокна), вещества и материалы., способные при взаимодей-ствии с водой, кислородом воздуха или друг с другом только гореть при условии, что помещения, в которых они имеются в наличии или обращаются, не относятся к категориям А или Б. Г Негорючие вещества и материалы в горячем, раскаленном или расплавленном состоянии, процесс обработки которых сопровождается выделением лучистой теплоты, искр и пламени; горючие газы, жидкости и твердые вещества, которые сжигаются или утилизируются в качестве топлива. Д
Негорючие вещества и материалы в холодном состоянии,
—
Вывод: Помещениеотносится к категории А, так как в нем возможен выход горючего газа (сероводород)в таком количестве, что может образовать взрывоопасные парогазовоздушные смеси,при воспламенении которых развивается расчетное избыточное давление взрыва впомещении, превышающее 5 кПа.
8. Определение значенийэнергетических показателей взрывоопасности технологического блока при взрыве
Энергетический потенциалвзрывоопасности Е (кДж) блока определяется полной энергией сгорания парогазовойфазы, находящейся в блоке, с учетом величины работы ее адиабатическогорасширения, а также величины энергии полного сгорания испарившейся жидкости смаксимально возможной площади ее пролива, при этом считается:
1) при аварийнойразгерметизации аппарата происходит его полное раскрытие (разрушение);
2) площадь проливажидкости определяется исходя из конструктивных решений зданий или площадкинаружной установки;
3) время испаренияпринимается не более 1 ч:
Е = />+ />+ />+ />+ />+/>.
/> — сумма энергий адиабатическогорасширения А (кДж) и сгорания ПГФ, находящейся в блоке, кДж:
/>
q' =23380 кДж/кг — удельная теплотасгорания ПГФ (сероводорода);
/>=26,9 — масса горючего газа
/>.
Для практическогоопределения энергии адиабатического расширения ПГФ можно воспользоватьсяформулой
A = b1PV;
где b1 — может быть принято по табл. 5.При показателе адиабаты k=1,2и давлении 0,1 МПа, равно 1,40.
Таблица 5. Значениекоэффициента b1 взависимости от показателя адиабаты среды и давления в технологическом блокеПоказатель Давление в системе, МПа адиабаты 0,07-0,5 0,5-1,0 1,0-5,0 5,0-10,0 10,0-20,0 20,0-30,0 30,0-40,0 40,0-50,0 50,0-75,0 75,0-100,0 k = 1,1 1,60 1,95 2,95 3,38 3,08 4,02 4,16 4,28 4,46 4,63 k = 1,2 1,40 1,53 2,13 2,68 2,94 3,07 3,16 3,23 3,36 3,42 k = 1,3 1,21 1,42 1,97 2,18 2,36 2,44 2,50 2,54 2,62 2,65 k = 1,4 1,08 1,24 1,68 1,83 1,95 2,00 2,05 2,08 2,12 2,15
/>
/>
/>=0 кДж — энергия сгорания ПГФ,поступившей к разгерметизированному участку от смежных объектов (блоков), кДж.Смежные блоки отсутствуют, поэтому данная составляющая равна нулю.
/>=0 кДж— энергия сгорания ПГФ,образующейся за счет энергии перегретой ЖФ рассматриваемого блока и поступившейот смежных объектов за время ti.
/>=0 кДж — энергия сгорания ПГФ,образующейся из ЖФ за счет тепла экзотермических реакций, не прекращающихся приразгерметизации.
/>=0 кДж — энергия сгорания ПГФ,образующейся из ЖФ за счет теплопритока от внешних теплоносителей.
/>=0 кДж — энергия сгорания ПГФ,образующейся из пролитой на твердую поверхность (пол, поддон, грунт и т.п.) ЖФза счет теплоотдачи от окружающей среды (от твердой поверхности и воздуха кжидкости по ее поверхности.
Энергетический потенциалвзрывоопасности блока равен:
Е=628923,51 кДж.
По значениям общихэнергетических потенциалов взрывоопасности Е определяются величины приведенноймассы и относительного энергетического потенциала, характеризующихвзрывоопасность технологических блоков.
Общая масса горючих паров(газов) взрывоопасного парогазового облака т, приведенная к единой удельнойэнергии сгорания, равной 46 000 кДж/кг:
/>
Относительныйэнергетический потенциал взрывоопасности Qв технологического блока находится расчетным методом поформуле
/>
По значениямотносительных энергетических потенциалов Qв и приведенной массе парогазовой среды m осуществляется категорированиетехнологических блоков. Показатели категорий приведены в табл. 5.
Таблица 4. Показателикатегорий взрывоопасности технологических блоковКатегория взрывоопасности Qв m, кг I > 37 > 5000 II 27 — 37 2000 — 5000 III
Вывод: Помещениеотносится к III категории взрывоопасности, так какобщая масса взрывоопасного парогазового облака сероводородаа приведенная к единой удельной энергиисгорания, равна 16,67 кг, относительный энергетический потенциалвзрывоопасности равен 5,18.
9. Расчетвзрывоопасной концентрации газовоздушной смеси в помещении. Определение классапомещения по взрывопожароопасности по ПУЭ
Определим объем взрывоопаснойконцентрации сероводородаа в помещении:
/>
где т — массапаровоздушной смеси в помещении, кг,
НКПВ — нижнийконцентрационный предел воспламенения, г/м3.
Концентрацияпаровоздушной смеси в помещении составит:
/>
где VCM − объем взрывоопасной концентрациисероводорода в помещении, м3, VC6 −свободный объем помещения, м3.
Результаты расчетапредставлены в таблице 6.
Таблица 6. Результатырасчета концентрации газовоздушной смесиВещество Значение см?% Вывод Смрас См по ПУЭ Сероводород (горючий газ) 262% 5% Согласно ПУЭ помещение относится к классу В-Iа
Согласно ПУЭрассматриваемая помещение относится к классу В-Ia — зоны, расположенные в помещениях, в которых при нормальнойэксплуатации взрывоопасные смеси горючих газов (независимо от нижнего пределавоспламенения) или паров ЛВЖ с воздухом не образуются, а возможны только врезультате аварий и неисправностей.
10. Определениезон разрушения при взрыве. Классификация зон разрушений
Радиусы зон разрушений привзрыве газовоздушной смеси определялись согласно методике, изложенной вПриложении 2 ПБ 09-540-03.
Масса парогазовых веществ(кг), участвующих во взрыве, определяется произведением
/>
где z − доля приведенной массы сероводорода, участвующих вовзрыве (для ГГ равна 0,5),
т − масса сероводородав помещении, кг.
Для оценки уровнявоздействия взрыва может применяться тротиловый эквивалент. Тротиловыйэквивалент взрыва парогазовой среды WT (кг), определяется по условиям адекватности характера и степениразрушения при взрывах парогазовых облаков, а также твердых и жидких химическинестабильных соединений.
Для парогазовых средтротиловый эквивалент взрыва рассчитывается:
/>
где 0,4 − доляэнергии взрыва парогазовой среды, затрачиваемая непосредственно на формированиеударной волны;
0,9 − доля энергиивзрыва тринитротолуола (ТНТ), затрачиваемая непосредственно на формированиеударной волны;
q'−удельная теплота сгоранияпарогазовой среды, кДж/кг;
qT — удельная энергия взрыва ТНТ,кДж/кг.
Зоной разрушениясчитается площадь с границами, определяемыми радиусами R, центром которой является рассматриваемый технологическийблок или наиболее вероятное место разгерметизации технологической системы.Границы каждой зоны характеризуются значениями избыточных давлений по фронтуударной волны АР и соответственно безразмерным коэффициентом К. Классификациязон разрушения приводится в таблице 6.
Таблица 7. Уровеньвозможных разрушений при взрывном превращении облаков топливовоздушных смесейКласс зоны разрушения ΔР, кПа К Зона разрушений Характеристика зоны поражения 1 ≥100 3,8 полных
Разрушение и обрушение всех элементов зданий и сооружений, включая подвалы, процент выживания людей;
— для административно — бытовых зданий и зданий управления обычных исполнений — 30%;
— для производственных зданий и сооружений обычных исполнений — 0%. 2 70 5,6 сильных
Разрушение части стен и перекрытий верхних этажей, образование трещин в стенах, деформация перекрытий нижних этажей. Возможно Ограниченное использование сохранившихся подвалов после расчистки входов. Процент выживания людей:
— для административно — бытовых зданий и зданий управления обычных исполнений — 85 %:
— для производственных зданий и сооружений обычных исполнений — 2% 3 28 9,6 средних Разрушение главным образом второстепенных элементов (крыш, перегородок и дверных заполнений). Перекрытия, как правило, не обрушаются. Часть помещений пригодна для использования после расчистки обломков и произведения ремонта. Процент выживания людей: -для административно — бытовых зданий и зданий управления обычных исполнений — 94 %. 4 14 28 слабых Разрушение оконных и дверных заполнений и перегородок. Подвалы и нижние этажи полностью сохраняются и пригодны для временного использования после уборки мусора и заделки проемов. Процент выживания людей: — для административно — бытовых зданий и зданий управления обычных исполнений — 98 %; производственных зданий и сооружений обычных исполнений — 90 % 5 ≤2 56 расстекления Разрушение стекольных заполнений. Процент выживших людей- 100%
Радиус зоны разрушения(м) в общем виде определяется выражением:
/>
где К — безразмерныйкоэффициент, характеризующий воздействие взрыва на объект.
/>
/>
/>
/>
/>
Результаты расчетарадиусов зон разрушений при взрыве топливно-воздушной смеси в помещениипредставлены в таблице 7.
Таблица 7 — Результатырасчета радиусов зон разрушенийКласс зоны разрушения К Радиусы зон разрушений, м 1 3,8 2,93 2 5,6 4,31 3 9,6 7,39 4 28 21,56 5 56 43,12
Список использованныхисточников
1. Бесчастнов М.В. Промышленные взрывы. Оценка ипредупреждение. — М. Химия, 1991.
2. Безопасность жизнедеятельности, Безопасностьтехнологических процессов и производств (Охрана труда): Учеб, Пособие для вузов/ П.П.Кукин, В.Л. Лапин, Н, Л. Пономарев и др, — М.,: Высш. шк.т 2001,
3. ПБ 09-540-03 «Общие правила взрывобезопасности длявзрывопожароопасных химических, нефтехимических и нефтеперерабатывающихпроизводств».
4. ГОСТ 12.1,010-76* Взрывобезопасность
5. НПБ 105-03 «Определение категорий помещений и зданий,наружных установок по взрыволожарной и пожарной опасности».
6. СНиП 23 -01-99 Строительная климатология.
7. Пожаровзрывоопасность веществ и материалов и средства ихтушения. Под ред. А„ Н. Баратова и А. Я. Корольченко. М., Химия, 1990. 8. Правилаустройства электроустановок. Изд. 7-е.