Расчет избыточного давления, развиваемого при сгорании газо-паровоздушных смесей в помещении

2  Расчет избыточного давления, развиваемого при сгорании газо-паровоздушных смесей в помещении

Избыточное давление взрыва ΔР (кПа) для индивидуальных горючих веществ, состоящих из атомов С, Н, О, N, Cl, Br, I, F, определяется по формуле

 (1)

где Рmax – максимальное давление взрыва стехиометрической газовоздушной или паровоздушной смеси в замкнутом объеме,(кПа) (допускается принимать равным 900 кПа);

р0 – атмосферное давление, (кПа) (дрпускается принимать равным 101 кПа);

m – масса горючих паров легковоспламеняющихся жидкостей, вышедших в результате расчетной аварии в помещение, (кг), вычисляется по формуле (8);

Z – коэффициент участия горючего во взрыве, 0,3;

Vсв – свободный объем помещения,(м3), допускается принимать равным 80% геометрического объема помещения, 67,2 м3;

ρ – плотность пара при расчетной температуре tp, (кг/м3), вычисляется по формуле (2);

Сст – стехиометрическая концентрация паров легковоспламеняющихся жидкостей (%), вычисляется по формуле (6);

Кн – коэффициент, учитывающий негерметичность помещения и неадиабатичность процесса горения, 3.

Температура вспышки Твсп – самая низкая температура горючего вещества, при которой в условиях специальных испытаний над его поверхностью образуются пары или газы, способные вспыхивать от источника зажигания, но скорость их образования еще недостаточна для возникновения устойчивого горения.

Плотность насыщенного пара при расчетной температуре:

 (2)

где R = 8314 Дж/(кмоль*К) – универсальная газовая постоянная;

Тр – расчетная температура, К;

Рн – давление насыщенных паров, (Па), определяется по формуле 3

 (3)

где А, В, СА – константы уравнения Антуана (см. исходные данные).

Парциальное давление пара:

 (4)

Определив давление, находим реальную концентрацию пара в смеси с воздухом

 (5)

Сравниваем эту концентрацию с заданными значениями нижнего и верхнего концентрационных пределов распространения пламени (см. исходные данные). Если концентрация выше или ниже концентрационных пределов, то смесь не взрывоопасна, если между нижним и верхним концентрационными пределами, то взрывоопасна.

Стехиометрическая концентрация паров легковоспламеняющихся жидкостей:

 (6)

где β – стехиометрический коэффициент кислорода в реакции сгорания, равный

 (7)

где nС, nH, nO, nX – число атомов углерода, водорода, кислорода и галоидов в молекуле горючего.

Масса газа, поступившего в помещение (кг):

 (8)

где Vа – объем газа, вышедшего из аппарата, м3;

V1Т - объем газа, вышедшего из трубопровода до его отключения, м3;

V2Т - объем газа, вышедшего из трубопровода после его отключения, м3.

 (9)

где Р1 – давление в аппарате, кПа;

V – объем аппарата, м3.

 (10)

где q – расход газа, л/с;

Т – расчетное время отключения трубопровода, 300с.

 (11)

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

r – внутренний радиус трубопроводов, м;

l – длина трубопроводов от аварийного аппарата до задвижек, м.

3  Решение задач

Задача 1

Определить избыточное давление, развиваемое при сгорании паровоздушной смеси н-бутилового спирта, возникающей при аварийной разгерметизации аппарата в производственном помещении.

Расчет:

Определяем стехиометрический коэффициент кислорода в реакции сгорания:

Стехиометрическая концентрация паров легковоспламеняющихся жидкостей:

Давление насыщенных паров:

Плотность насыщенного пара при расчетной температуре:

Объем газа, вышедшего из трубопровода до его отключения:

 

Объем газа, вышедшего из трубопровода после его отключения:

Масса жидкости, поступившей в помещение:  

Избыточное давление взрыва:

Ответ: ΔР = 19,637 кПа.

Задача 2

Определить категорию помещения промежуточного топливного бака дизельной электростанции

Расчет:

Объем и площадь разлива F поступившего при расчетной аварии дизельного топлива равны:

 

Поскольку площадь помещения F = 30 м2 меньше рассчитанной площади разлива F = 545.03 м2, то окончательно принимаем F = 30 м2.

Давление насыщенных паров:

Плотность насыщенного пара при расчетной температуре:

Интенсивность испарения паров:

Масса паров, поступивших в помещение:

Средняя концентрация паров в помещении:

Избыточное давление взрыва:

 Так как н-бутиловый спирт – легковоспламеняющаяся жид­кость с температурой вспышки более 28° С, избыточное давление взрыва более 5 кПа, то помещение относится к категории Б.

Ответ: категория Б.

Задача 3

Определить категорию трехэтажного производственного здания

Исходные данные

Общая площадь помещений здания F = 1 539 м2, площади помещений категорий: Б – 12 м2 , В – 75 м2, Г – 190 м2, Д – 206 м2.

Расчет

Суммарная площадь помещений категорий Б и В составляет 5% площади всех помещений здания, но не более 200 м2, поэтому здание относится к категории В.

Ответ: категория В.

Заключение

В данном курсовом проекте было определено избыточное давление, развиваемое при сгорании пароврздушной смеси н-бутилового спирта, возникающей при аварийной разгерметизации аппарата в производственном помещении (19,637 МПа), категория помещения промежуточного топливного бака дизельной электростанции (категория Б), категория трехэтажного производственного здания (категория В).