Розрахунок надлишкового тиску вибуху газопароповітряної суміші у приміщенні

У технологічних процесах через неправильні дії персоналу можуть виникати аварійні ситуації, коли в приміщенні утворюється газопароповітряна вибухонебезпечна суміш. Це може статися через розгерметизацію обладнання, проливи легкозаймистих рідин або горючих речовин. У цьому випадку за варіант розвитку аварії приймається найгірший, який виглядає наступним чином:

• • відбувається розгерметизація апарату;
• • весь вміст апарата і з прилеглих трубопроводів надходить у приміщення;
• • випаровування рідини відбувається протягом 1 години;
• • відбувається займання газопароповітряної суміші, що утворилася.

Вільний об'єм приміщення , де можуть зібратися гази або пара, визначають як різницю між геометричним об'ємом приміщення і об'ємом , що його займає технологічне обладнання. За відсутності даних його приймають рівним 80% від геометричного об'єму приміщення (м3):

(3.4)

З урахуванням вище сказаного надлишковий тиск АР, кПа, що розвивається при згорянні газопароповітряних сумішей в приміщенні, можна розрахувати за формулою:

(3.5)

де – максимальний тиск в місці вибуху стехіометричної газопароповітряної суміші в замкнутому об'ємі, який визначається експериментально або за довідковими даними. За відсутності даних допускається приймати = 900 кПа;

NON MULTА, SED MULTUM

Стехіометричною називають суміш, в якій кількісне співвідношення горючої речовини і окислювача відповідає рівнянню хімічної реакції горіння. При горінні такої суміші виділяється найбільша кількість тепла, швидкість горіння близька до максимальної, а склад продуктів горіння близький до рівноважного. В цьому випадку у складі продуктів горіння майже не утворюється продуктів неповного окислення і міститься еквівалентна кількість азоту.

Р0 – початковий тиск, кПа. При розрахунках допускається приймати його рівним атмосферному: Р0= 101,3 кПа;

М, – маса горючого газу або парів легкозаймистих і горючих рідин, що вийшли в приміщення в результаті порушення технологічного режиму або аварії, кг;

Z – коефіцієнт участі парів не нагрітих горючих рідин у вибуху, який повинен бути розрахований на основі характеру розподілення газів і парів в об'ємі приміщення. При розрахунках допускається приймати значення Z за табл. 3.5;

ρгп – щільність газу або пари горючої речовини при розрахунковій температурі в приміщенні tр, кг/м3, обчислюється за формулою:

(3.6)

де μ – молярна маса горючої речовини, що вилилася і випарувалася, кг/кмоль;

V0 – молярний об'єм газопароповітряної суміші, рівний 22,413 м3/кмоль;

tр – розрахункова температура в приміщенні, °С. За розрахункову температуру слід приймати максимально можливу температуру повітря в даному приміщенні у відповідній кліматичній зоні або максимально можливу температуру повітря за технологічним регламентом з урахуванням можливого підвищення температури в аварійній ситуації. Якщо такого значення розрахункової температури з якихось причин визначити не вдається, допускається приймати tр = 61 °С;

С – стехіометрична концентрація горючих газів або парів легкозаймистих і горючих рідин, %, за об'ємом приміщення, що обчислюється за формулою:

(3.7)

де – стехіометричний коефіцієнт кисню в реакції згорання газопароповітряної суміші;

– число атомів вуглецю, водню, галогенів і кисню в молекулі горючої речовини;

Км – коефіцієнт, що враховує негерметичність приміщення і неадаібатичність процесу горіння газопароповітряної суміші. При розрахунках за відсутністю даних допускається приймати Кн – 3.

Знайдене за формулою (3.5) значення надлишкового тиску вибуху АР для газопароповітряних сумішей порівнюють з гранично допустимим тиском для будівель, конструкцій і людини, наведеним у табл. 3.1.

Таблиця 3.5

Значення коефіцієнта участі горючої речовини у вибуху

ПРИКЛАД.

В результаті аварії в цех розмірами 6*5*2,5 м потрапило Мг = 2,5 кг горючого газу метану. Розрахувати надлишковий тиск, що розвивається під час вибуху газоповітряного середовища у приміщенні цеху.

Розв'язання.

Для розрахунку надлишкового тиску скористаємося формулою (3.5):

Спочатку визначимо складові цієї формули.

• 1. Максимальний тиск в місці вибуху за відсутності даних приймаємо Ртах = 900 кПа.
• 2. Початковий тиск приймаємо рівним атмосферному: Р0 = 101,3 кПа.
• 3. Вільний об'єм приміщення, де може зібратися вибухова суміш, за відсутності даних приймаємо 80% від геометричного об'єму приміщення:
• 4. Коефіцієнт Z участі парів не нагрітих горючих рідин у вибуху приймаємо за табл. 3.5 рівним 0,5.
• 5. Коефіцієнт Кн, що враховує негерметичність приміщення і неада-ібатичність процесу горіння газопароповітряної суміші, за відсутністю даних приймаємо рівним 3.
• 6. Для обчислення щільності газоповітряної сумішіза формулою(3.6) приймемо розрахункову температуру в приміщенні , молярну масу метану (або 16 кг/кмоль), а молярний об'єм газопароповітряної суміші V0= 22,413 м3/кмоль.

Тоді

7. Для обчислення стехіометричної концентрації горючих газів Сш за формулою (3.7) визначимо спочатку стехіометричний коефіцієнт кисню (З в реакції згорання газопароповітряної суміші:

Тоді за формулою (3.7):

8. Користуючись формулою (3.5), розраховуємо надлишковий тиск:

9. Порівнюючи одержане значення АР з величинами тисків, наведеними в таблиці 3.1, робимо висновок, що в результаті вибуху 2,5 кг метану в приміщенні будівля одержить сильні руйнування.

Зазначимо, що викладена методика справедлива тільки для вибухів газопароповітряних сумішей всередині приміщень. При вибуху у відкритому просторі, або вибуху пилоповітряної хмари, повинні застосовуватися інші методики розрахунку.