паров легковоспламеняющихся и горючих жидкостей

Избыточное давление взрыва для индивидуальных горючих веществ, состоящих из атомов C, H, O, N, Br, I, F.

где P_max – максимальное давление взрыва стехиометрической газо- или паровоздушной смеси в замкнутом объёме, определяемом экспериментально или по справочникам для наиболее неблагоприятных вариантов аварии, кПа; при отсутствии данных допускается принимать равным 900 кПа;

Р_о – начальное давление, кПа; допускается принимать равным 101 кПа;

m – масса горючего газа (ГГ) или паров легковоспламеняющихся (ЛВЖ) и горючих жидкостей (ГЖ), поступивших в результате расчётной аварии в помещение, кг;

z – коэффициент участия горючего во взрыве;

V_св. – свободный объём помещения, м³;

ρ _г.п. – плотность газа или пара при расчётной температуре, кг/м²;

С_ст – стехиометрическая концентрация газов или паров ЛВЖ и ГЖ, %;

К_н– коэффициент, учитывающий негерметичность помещения и неадиабатность процесса горения; допускается принимать равным 3.

Масса горючих газов (ГГ), кг,

где V_a – объём газа, вышедшего из аппарата, м³;

V_т – объём газа, вышедшего из трубопровода, м³.

где Р₁ – давление в аппарате, кПа;

V – объём аппарата, м³.

(4)

где V_1т – объём газа, вышедшего из трубопровода до его отключения, м³;

V_2т – объём газа, вышедшего из трубопровода после его отключения, м³;

q. T (5)

где q – расход газа, определяемый в соответствии с технологическим регламентом в зависимости от давления в трубопроводе, его диаметра, температуры газовой среды и т.д., м ³/с;

Т – расчётное время отключения трубопроводов.

В общем случае

где Р₂ – максимальное давление в трубопроводе по техническому регламенту, кПа;

r_1,r₂ …. r_n – внутренний радиус трубопроводов, м;

l₁, l₂ …. l_n – длина трубопроводов от аварийного аппарата до задвижек, м.

Коэффициент участия горючего во взрыве Z можно рассчитать по характеру распределения газов и паров в объёме помещения (табл. 3).

Таблица 3 - Значение коэффициента Z участия горючих газов и паров в горении

Вид горючего вещества	Значение Z
Водород	1,0
Горючие газы (кроме водорода)	0,5
Легковоспламеняющиеся и горючие жидкости, нагретые до температуры вспышки и выше	0,3
Легковоспламеняющиеся и горючие жидкости, нагретые ниже температуры вспышки, при наличии возможности образования аэрозоля	0,3
Легковоспламеняющиеся и горючие жидкости, нагретые ниже температуры вспышки, при отсутствии возможности образования аэрозоля

Плотность газа или пара при расчётной температуре, кг/м²,

(7)

где М – молярная масса, кг/кмоль;

V_o – молярный объём, равный 22,413 м³/кмоль;

t_p – расчётная температура, °С.

В качестве расчётной температуры следует принимать максимально возможную температуру воздуха в данном помещении в соответствующей климатической зоне или максимально возможную температуру воздуха по технологическому регламенту с учётом её возможного повышения в аварийной ситуации.

Если такого значения расчётной температуры по каким-либо причинам определить не удаётся, допускается принимать её равной 61°С.

Стехиометрическая концентрация ГГ или паров ЛВЖ и ГЖ, %,

(8)

где β – стехиометрический коэффициент кислорода в реакции горения.

Стехиометрические коэффициенты – это небольшие числа, которые показывают, в каком количестве реагируют и образуются вещества в результате реакции.

Стехиометрические коэффициенты подбирают в соответствии с законом сохранения вещества: количество атомов до и после реакции должно быть одинаковым.

C₂H₅OH + 3О₂ → 2CO₂ + 3H₂O + Q

1 моль 3 моль 2 моль 3 моль

Стехиометрический коэффициент можно также рассчитать по формуле:

(9)

где n_с, n_н, n_о, n_х – число атомов С, Н, О и галогенов в молекуле горючего.

Пример определения β

Необходимо определить стехиометрический коэффициент кислорода в реакции горения хлопковой пыли. Формула хлопка (С₆Н₁₀О₅)_n.

Уравнение реакции горения:

С₆Н₁₀О₅ + 6О₂ →6СО₂ + 5Н₂О + Q

где n_с=6, n_н=10, n_о=5, n_х=0

т.е. стехиометрический коэффициент β=6, что равно числу молекул кислорода, участвующих в реакции горения.

Таблица 4 - Варианты заданий

№ вари-анта Наименование цеха (здания) и его объём V, м³ Наименование ГГ, ЛВЖ, ГЖ и его формула Объём аппарата V, м³ Давление в аппарате P_t, кПа Максимальное давление в трубопроводе Р₂, кПа Расход газа (ЛВЖ) q, м³/с Внутренний радиус трубопроводов r, м Длина трубопровода от аварий-ного аппарата до задвижки l, м

Цех по производству аммиака, 20000 Метан СН₄ 2,5 0,25

Цех по производству полиэтилена высокого давления, 50000 Этилен С₂Н₄ 3,5 0,3

Цех сварки крупногабаритных конструкций, 100000 Ацетилен С₂Н₂ 1,5 0,15

Цех лакокрасочных изделий, 10000 Ацетон СН₃ – СО – СН₃ 0,5 0,10

Цех по производству искусственного каучука, 60000 Спирт С₂Н₅ОН 0,35 0,05

Цех по производству сажи, 30000 Метан СН₄ 0,4 0,05; 0,025 15;

Цех по производству каучука, 25000 Этилен С₂Н₄ 1,75 0,1; 0,5 20;

Цех по производству ацетилена, 9000 Ацетилен С₂Н₂ 1,5 0,15; 0,0025 10;

Цех по производству нитрокрасок, 2000 Ацетон СН₃ – СО – СН₃ 0,75 0,025

Сварочный цех, 12000 Ацетилен С₂Н₂ 0,3 0,015

Цех по производству водки, 15500 Спирт С₂Н₅ОН 0,2 0,025

Цех по производству аммиака, 20000 Метан СН₄ 1,75 0,05

Малярный цех, 4000 Ацетон СН₃ – СО – СН₃ 0,28 0,05

Малярный цех, 9000 Ацетон СН₃ – СО – СН₃ 0,28 0,05

Малярный цех, 10000 Ацетон СН₃ – СО – СН₃ 1,5 0,03

Малярный цех, 8000 Ацетон СН₃ – СО – СН₃ 0,5 0,015

Сварочный цех, 12000 Ацетилен С₂Н₂ 1,5 0,77 0,03

Сварочный цех, 45000 Ацетилен С₂Н₂ 0,8 0,025

Сварочный цех, 18000 Ацетилен С₂Н₂ 0,7 0,015

Сварочный цех, 95000 Ацетилен С₂Н₂ 4,4 0,3 0,025

Сварочный цех, 22000 Ацетилен С₂Н₂ 0,95 0,03

Цех по производству искусственного каучука, 150000 Спирт С₂Н₅ОН 3,7 1,3 0,05; 0,03 30;

То же 250000 Спирт С₂Н₅ОН 8,7 1,7 0,15; 0,03 40;

То же 9000 Спирт С₂Н₅ОН 0,25 0,075

То же 85000 Спирт С₂Н₅ОН 0,4 0,055

Цех по производству искусственного каучука, 150000 Спирт С₂Н₅ОН 0,2 0,015

Цех по производству полиэтилена высокого давления, 150000 Этилен С₂Н₄ 7,5 0,5 0,06

То же 120000 Этилен С₂Н₄ 1,5 0,6 0,045

То же 250000 Этилен С₂Н₄ 0,75 0,035

То же 95000 Этилен С₂Н₄ 0,25 0,09

Примечание - Время срабатывания системы автоматики отключения трубопроводов, Т в данном расчете принять: для вариантов 1 – 10 Т = 10 с; 11 – 30 Т = 20 с.