Параметры взрыва газо- и парооздушных смесей
К показателям взрывоопасности веществ относятся такие параметры, как максимальное давление взрыва, тротиловый эквивалент вещества и тротиловый эквивалент взрыва или мощность взрыва.
Максимальное давление взрыва
Максимальное давление взрыва – это давление, которое возникает в результате сгорания или детонации парогазовых смесей в изохорно адиабатических условиях. При сгорании парогазовой смеси в замкнутом объеме изменение давления в системе вызвано повышением температуры и изменением числа молей газа, которое происходит в результате химического превращения. Исходя из этого, максимальное давление взрыва парогазовых смесей рассчитывают по формуле
, ( 33)
где Р0, Т0 и nС – давление, температура и количество молей горючей смеси до взрыва;
Твзр и nпг – температура взрыва и количество молей продуктов горения.
Пример 14. Рассчитать максимальное давление взрыва газовой этановоздушной смеси стехиометрического состава. Считать, что исходная смесь до взрыва находилась при нормальных условиях (Т0 = 273 К, Р0 = 101,3 кПа). Оценить возможность разрушения технологического оборудования, рассчитанного на давление Рпред = 1,5×103 кПа при взрыве этановоздушной смеси.
Решение: Записывают уравнение материального баланса процесса горения этана в воздухе
С2Н6 + 3,5О2 + 3,5×3,76N2 = 2СО2 + 3Н2О + 3,5×3,76N2.
|
|
|
По уравнению определяют количество молей газовой смеси до взрыва nс и после взрыва nпг
,
.
Температуру взрыва можно определить методом последовательных приближений (см. пример 6, п. 2.3.3. В результате проведенных расчетов в примере 6 было получено значение температуры взрыва для стехиометрической этановоздушной смеси Твзр = 2875 К). Подставляя значения величин в формулу (33), получают
Избыточное давление взрыва
так как 
можно сделать вывод, что технологическое оборудование не разрушится.
Мощность взрыва и безопасное расстояние по действию воздушных ударных волн
Для оценки мощности взрыва используется понятие тротилового эквивалента. Известно, что при взрыве 1 кг тротила (тринитротолуола - ТНТ) выделяется энергия, равная QТНТ = 4,19×103 кДж/кг. Исходя из этого, мощность любого взрыва можно условно характеризовать количеством тротила, которое может произвести во взрыве выделение такого же количества энергии.
Количество тротила или тротиловый эквивалент взрыва будет равен
, ( 34)
где Qвзр – количество теплоты (энергии), выделяющейся при взрыве в кДж/кг;
m – масса горючего вещества, участвующего во взрыве;
|
|
|
γ – доля потенциальной энергии, перешедшей в кинетическую энергию взрыва.
При взрыве парогазовой смеси углеводородных топлив в ограниченном объеме (оборудование, помещение) коэффициент γ принимают равным 1, при взрыве в неограниченном объеме (взрыв облака парогазовой смеси) коэффициент γ, как правило, принимают равным 0,4.
Учитывая, что Qвзр ≈ Qн, уравнение (34) можно записать в виде
. ( 35)
Величину
( 36)
называют тротиловым эквивалентом вещества.
Размер безопасной зоны по действию давления ударной воздушной волны взрыва Rбез, м, рассчитывают по формуле
. ( 37)
Пример 15 . Определить тротиловый эквивалент взрыва паровоздушного облака, образовавшегося при аварийном разливе и испарении 500 кг ацетона. Оценить безопасное расстояние по действию ударной воздушной волны.
Решение: Для определения тротилового эквивалента взрыва паровоздушного облака необходимо знать Qн ацетона. Величину Qн можно рассчитать по закону Гесса (см. пример 5, п. 2.3.2) или взять из табл. 33 приложения. Согласно справочным данным для ацетона Qн = 1668 кДж/моль. Учитывая, что масса 1 моля ацетона равна 58×10-3 кг/моль,
|
|
|
.
Доля потенциальной энергии, перешедшей в кинетическую энергию при взрыве облака парогазовой смеси принимается равной γ = 0,4. Энергия взрыва 1 кг тротила QТНТ = 4,19×103 кДж/кг.
Подставляя эти величины в формулу (35), получают
Таким образом, взрыв паровоздушного облака, образовавшего 500 кг ацетона эквивалентен взрыву 1375 кг тротила. Безопасное расстояние по действию ударной воздушной волны при взрыве паровоздушной смеси согласно (37) будет равно
.
Дата добавления: 2019-01-14; просмотров: 1609; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!