Теория горения и взрыва (стр. 2 из 5)

Концентрация газа стехиометрического состава - концентрация горючего газа в смеси с окислительной средой, при которой обеспечивается полное без остатка химическое взаимодействие горючего и окислителя смеси.

3. Особенности физического взрыва

Физические взрывы, как правило, связывают со взрывами сосудов от давления паров и пазов. Причем основной причиной их образования является не химическая реакция, а физический процесс, обусловленный высвобождением внутренний энергии сжатого или сжиженного газа. Сила таких взрывов зависит от внутреннего давления, а разрушения вызываются ударной волной от расширяющегося газа или осколками разорвавшегося сосуда. Физический взрыв может произойти в случае, например, падения переносного баллона с газом под давлением и срыва вентиля, понижающего давление. Давление сжиженного газа редко превышает 40 бар (критическое давление большинства обычных сжиженных газов).

К физическим взрывам относятся также явление так называемой физической детонации. Это явление возникает при смешении горячей и холодной жидкостей, когда температура одной из них значительно превышает температуру кипения другой (например, выливание расплавленного металла в воду). В образовавшейся парожидкостной смеси испарение может протекать взрывным образом вследствие развивающихся процессов тонкой флегматизации капель расплава, быстрого теплоотвода от них и перегрева холодной жидкости с сильным ее парообразованием.

Физическая детонация сопровождается возникновением ударной волны с избыточным давлением в жидкой фазе, достигающем в ряде случаях более тысячи атмосфер. Многие жидкости хранятся или используются в условиях, когда давление их паров значительно превышает атмосферное. К числу таких жидкостей относятся: сжиженные горючие газы (например, пропан, бутан) сжиженные хладагенты аммиак или фреон, хранимые при комнатной температуре, метан, который должен храниться при пониженной температуре, перегретая вода в паровых котлах. Если емкость с перегретой жидкостью повреждается, то происходит истечение пара в окружающее пространство и быстрое частичное испарение жидкости. При достаточно быстром истечении и расширении пара в окружающей среде генерируются взрывные волны. Причинами взрывов сосудов с газами и парами под давлением являются:

- нарушения целостности корпуса из-за поломки какого-либо узла, повреждения или коррозии при неправильной эксплуатации;

- перегрев сосуда за счет нарушений в электрообогреве или режиме работы топочного устройства (в этом случае давление внутри сосуда повышается, а прочность корпуса понижается до состояния, при котором происходит ею повреждение);

- взрыв сосуда при превышении допустимого давления.

Взрывы газовых емкостей с последующим горением в атмосфере в основе своей содержат те же причины, которые описаны выше и характерны для физических взрывов. Основное различие заключается в образовании в данном случае огненного шара, размер которого зависит от количества выброшенного в атмосферу газообразного горючего. Это количество зависит, в свою очередь от физического состояния, в котором находится газ в емкости. При содержании горючего в газообразном состоянии его количество получится намного меньше, чем в случае хранения в той же емкости в жидком виде. Параметры взрыва, обуславливающие его последствия, в основном определяются характером распределения энергии в области взрыва и ее распределением по мере того, как взрывная волна распространяется от источника взрыва.

4. Энергетический потенциал

Взрыв обладает большой разрушительной способностью. Важнейшей характеристикой взрыва являемся суммарная энергия вещества. Этот показатель называют энергетическим потенциалом взрывоопасности, он входит во все параметры, характеризующие масштабы и последствия взрыва.

Энергетический потенциал взрывоопасности Е (кДж) блока определяется полной энергией сгорания парогазовой фазы, находящейся в блоке, с учетом величины работы ее адиабатического расширения, а также величины энергии полного сгорания испарившейся жидкости с максимально возможной площади ее пролива, при этом считается:

-при аварийной разгерметизации аппарата происходит его полное раскрытие (разрушение);

-площадь пролива жидкости определяется исходя из конструктивных решений зданий или площадки наружной установки;

- время испарения принимается не более 1 часа:

Е= ЕII1+ ЕII2+ ЕII1+ ЕII2+ ЕII3+ ЕII4 ,

взрыв пожарный помещение опасность

где ЕI1 - сумма энергий адиабатического расширения и сгорания парогазовой фазы (ПГФХ непосредственно находящейся в блоке, кДж;

ЕI2 - энергия сгорания ГПФ, поступившей к разгерметизированному участку от смежных объектов (блоков), кДж;

ЕII1- энергия сгорания ГТГФ, образующейся за счет энергии перегретой ЖФ рассматриваемого блока и поступившей от смежных объектов кДж;

ЕII2 - энергия сгорания ПГФ, образующейся из жидкой фазы (ЖФ) за счет тепла экзотермических реакций, не прекращающихся при разгерметизации, кДж;

ЕII3 - энергия сгорания ПГФ. образующейся из ЖФ за счет теплопритока от внешних теплоносителей, кДж;

ЕII4 - энергия сгорания ПГФ, образующейся из пролитой на твердую поверхность (пол, поддон, грунт и т.п.) ЖФ за счет теплоотдачи от окружающей среды (от твердой поверхности и воздуха, к жидкости по ее поверхности), кДж.

По значениям общих энергетических потенциалов взрывоопасности и определяются величины приведенной массы и относительного энергетического потенциала, характеризующих взрывоопасность технологических блоков.

Приведенная масса - это общая масса горючих паров (газов) взрывоопасного парогазового облака, приведенная к единой удельной энергии сгорания, равной 46000 кДж/кг:

Относительный энергетический потенциал взрывоопасности Qв технологического блока, который характеризует полную энергию сгорания и может находиться расчетным методом по формуле:

где Е - общий энергетический потенциал взрывоопасности технологического блока.

По значениям относительных энергетических потенциалов Ов к приведенной массе парогазовой среды т осуществляется категорирование технологических блоков. Показатели категории взрывоопасности технологических блоков приведены в таблице 1.

Таблица №

Категория взрывоопасности	Ов	m
I	>37	>5000
II	27 − 37	2000−5000
III	<27	<2000

5. Тротиловый эквивалент. Избыточное давление во фронте ударной волны

Для оценки уровня воздействия случайных и преднамеренных в срывов широко применяется метод оценки через тротиловый эквивалент. По этому методу степень разрушения характеризуют тротиловым эквивалентом, где определяют массу тротила, которая требуется, чтобы вызвать данный уровень разрушений.Тротиловый эквивалент взрыва парогазовой среды Wτ(кг) определяемый по условиям адекватности характера и степени разрешения при взрывах парогазовых облаков, а также твердых и жидких химически нестабильных соединений, рассчитывается по формулам:

1 Для парогазовых сред

где 0,4 − доля энергии взрыва парогазовой среды, затрачиваемая непосредственно на формирование ударной волны;

0,9 − доля энергии взрыва тринитротолуола (ТНТ), затрачиваемая непосредственно на формирование ударной волны;

q/ − удельная теплота сгорания парогазовой среды, кДж кг,

qT − удельная энергия взрыва ТНТ кДж/кг.

2 Для твердых и жидких химически нестабильных соединений

где Wk- масса твердых и жидких химически нестабильных соединений; qk− удельная энергия взрыва твердых и жидких химически нестабильных соединений. На производстве при взрыве газовоздушной, паровоздушной смеси или пыли образуется ударная волна. Степень разрешения строительных конструкций, оборудования, машин и коммуникаций, а также поражение людей зависит от избыточного давления во фронте ударной волны ΔРФ (разность между максимальным давлением во фронте ударной волны и нормальным атмосферным давлением перед этим фронтом).

Расчеты оценки действия горючих химических газов и жидкостей сводятся к определению избыточного давления в фронте ударной волны (ΔРФ) при взрыве газовоздушной смеси на определенном расстоянии от емкости, в которой хранится определенное количество во взрывоопасной смеси.

6. Расчет по определению избыточного давления взрыва

Расчет избыточного давления взрыва для горючих газов, паров легковоспламеняющихся и горючих жидкостей производится по методике, изложенной в НПБ 105-03 «Определение категорий помещений, зданий и наружных установок по взрывопожарной и пожарной опасности».

Задание: определить избыточное давление взрыва сероводорода в помещении.

Исходные условия

Сроводород постоянно находится в аппарате объемом 20 м3. Аппарат расположен на полу. Суммарная длина трубопроводов диаметром 50 мм, ограниченная задвижками (ручными), установленными на подводящем и отводящем участках трубопроводов, составляет 15 м. Расход сероводородаа в трубопроводах 4·10-3 м3/с. Размеры помещения − 10x10x4 м.