Размещено на http://www.allbest.ru/

11

Федеральное агентство по образованию

ГОУ ВПО Уфимский Государственный Авиационный Технический Университет

расчетно-графическая работа

по дисциплине «Теория горения и взрыва»

на тему:

«Расчет избыточного давления, развиваемого при сгорании паровоздушных смесей в помещении»

Вариант 18

Выполнил:

“____” _________ 2007г.

Проверил:

“____” _________ 2007г.

Уфа - 2007г.

Краткая теория

При расчете значений критериев пожарной опасности при сгорании газопаровоздушных смесей в качестве расчетного следует выбирать наиболее неблагоприятный вариант развития пожара (в период пуска, остановки, загрузки, выгрузки, складирования, ремонта, аварии аппаратов или технологического процесса), при котором в помещение поступает (или постоянно находится) максимальное количество наиболее опасных в отношении последствий сгорания газопаровоздушных смесей и пожара веществ и материалов.

Количество поступивших в помещение веществ, которые могут образовать горючие газовоздушные или паровоздушные смеси, определяют, исходя из следующих предпосылок:

1. происходит расчетная авария одного из аппаратов;

2. все содержимое аппарата поступает в помещение;

3. происходит одновременно утечка веществ из трубопроводов, питающих аппарат по прямому и обратному потоку в течение времени, необходимого для отключения трубопроводов.

Расчетное время отключения трубопроводов определяют в каждом конкретном случае, исходя из реальной обстановки, и оно должно быть минимальным с учетом паспортных данных на запорные устройства, характера технологического процесса и вида расчетной аварии.

Быстродействующие клапаны-отсекатели должны автоматически перекрывать подачу газа или жидкости при нарушении электроснабжения;

1. происходит испарение с поверхности разлившейся жидкости;

2. происходит также испарение жидкостей из емкостей, эксплуатируемых с открытым зеркалом жидкости, и со свежеокрашенных поверхностей;

3. длительность испарения жидкости принимают, равной времени ее полного испарения, но не более 3600 с.

Свободный объем помещения определяют как разность между объемом помещения и объемом, занимаемым технологическим оборудованием. Если свободный объем помещения определить невозможно, то его допускается принимать условно, равным 80% геометрического объема помещения.

Определение пожароопасных свойств веществ и материалов проводят на основании результатов испытаний или расчетов по стандартным методикам с учетом параметров состояния (давление, температура и т.д.).

Допускается использование справочных данных, опубликованных головными научно-исследовательскими организациями в области пожарной безопасности или выданных Государственной службой стандартных справочных данных.

Допускается использование показателей пожарной опасности для смесей веществ и материалов по наиболее опасному компоненту.

Расчет избыточного давления для горючих газов, паров легковоспламеняющихся и горючих жидкостей.

Избыточное давление p, кПа, для индивидуальных горючих веществ, состоящих из атомов С, N,O, Cl, Br, I, F, рассчитывают по формуле

p=(p-p)

где p- максимальное давление, развиваемое при сгорании стехиометрической газовоздушной или паровоздушной смеси в замкнутом объеме, определяемое экспериментально или по справочным данным. При отсутствии данных допускается принимать p, равным 900 кПа.

p- начальное давление, кПа (допускается принимать равный 101,325 кПа).

m - масса горючего газа или паров легковоспламеняющихся и горючих жидкостей (ГЖ), вышедших в результате расчетной аварии в помещение.

Z - коэффициент участия горючего при сгорании газопаровоздушной смеси, который допускается принимать Z по таблице.

V^св - свободный объем помещения, м³

?_в - плотность воздуха, ?_в=1,293 кг/м³;

?_m - плотность горючего газа (для метана 0,717 кг/м³);

К_н - коэффициент, учитывающий негерметичность помещения и неадиабатичность процесса горения. Допускается принимать К_н=3;

В качестве расчетной температуры следует принимать максимально возможную температуру воздуха в помещении в соответствующей климатической зоне или максимально возможную температуру воздуха по технологическому регламенту с учетом возможного повышения температуры в аварийной ситуации. Если такого значения расчетной температуры определить не удается, допускается принимать ее равной 61 градусу по Цельсию.

Задание на расчетно-графическую работу

Через помещение, свободный объем которого V^се=75м³ проходит трубопровод с проходным сечением диаметром d^тр=100мм, по которому транспортируется газ с расходом q=0,10,2 м³/с при нормальных условиях и с максимальным давлением P_m=125кПа. Трубопровод оснащен системой автоматического отключения со временем срабатывания t=185 сек. и с обеспечением резервирования её элементов. Длина отсекаемого участка трубопровода L_тр=10м. Рассчитать избыточное давление, температуру и состав продуктов сгорания при горении газовоздушной смеси, возникающем при аварийной разгерметизации трубопровода в производственном помещении. Произвести оценку возможной степени поражения здания, при необходимости обозначить меры по повышению безопасности сооружения.

Решение

1. Теоретический объем сухого воздуха (м³/м³), необходимый для полного сгорания сухого газообразного топлива:

V⁰=0,0478[ 0,5(CO+H₂)+1,5H₂S+2CH₂+(m+n/4)C_mH_n-O₂]

2. Объем газа поступившего в помещение в результате аварийной ситуации:

V_m=V_1m+V_2m

V_1m=qt

V_2m=0,001PrL

3. Коэффициент избытка воздуха образовавшейся в помещении газовоздушной смеси:

=V/(V_mmL₀)

4. Объемная концентрация газа в помещении:

С=%

5. Объем газа в помещении при коэффициенте избытка воздуха равном 1:

V=

6. Стехиометрическая концентрация газа:

С=

7. Масса газа, поступившего в помещение при =1:

m=V

8. Избыточное давление в помещении:

p=(p-p)

Вычисления

1. Теоретический объем сухого воздуха (м³/м³), необходимый для полного сгорания сухого газообразного топлива:

V⁰=0,0478[ 0+0+0+0,5100-0]=2,39 м³/м³

2.Объем газа поступившего в помещение в при аварийной ситуации:

При q=0,1 м³/с

V_1m=0,1185=18,5 м³

V_2m=0,000013,14125000(0,1/2)²10=0,098 м³

V_m=18,5+0,098=18,598 м³

V_m=18,60 м³

При q=0,2 м³/с

V_1m=0,2185=37 м³

V_2m=0,013,14125(0,1/2)²10=0,098 м³

V_m=37+0,098=37,098 м³

V_m=37,10 м³

3.Стехиометрический коэффициент водорода:

Для расчета стехиометрического коэффициента, запишем реакцию горения водорода:

2H₂+O₂2H₂O

2моля H₂ +1мольO₂2моля H₂O

(1*4)кг Н₂+(16*2)кг О₂

4 кг 2Н₂ + 32 кг О₂

Х= 8 кг.

Таким образом, для сжигания 1 кг водорода потребуется 8 кг кислорода. Так как кислород составляет 23,2% воздуха, можно рассчитать стехиометрический коэффициент для водорода:

L₀=(8100)/23,2=34,48 кг/кг

4. Коэффициент избытка воздуха образовавшейся в помещении газовоздушной смеси:

При q=0,1 м³/с

_min=(751,293)/(18,600,0934,48)=1,68

При q=0,2 м³/с

_max=(751,293)/(37,100,0934,48)=0,84

5. Объемная концентрация газа в помещении:

При q=0,1 м³/с

С_min=(18,60/18,60+75)100=19,87% об.

При q=0,2 м³/с

С_max=(37,10/37,10+75)100=33,10 % об.

6. Сравнив данные в п.5 с таблицей №3 можно прийти к выводу, что данная газовоздушная смесь, при q=0,1 м3/с может воспламениться, т.к. объемные концентрационные пределы для водорода составляют от 4,1% до 74%.

7. При помощи программы АСТРА выполняю расчет температуры горения и концентрации образовавшихся продуктов сгорания для диапазона изменения коэффициента избытка воздуха =0,81,6 с шагом 0,1. Строю зависимости температуры горения, CO и CO₂ от . См. приложение №1.

8. Объем газа в помещении при коэффициенте избытка воздуха, равном 1:

V=(751,293)/(0,0934,48)=31,25 м³

9. Стехиометрическая концентрация газа:

С=(31,25/(31,25+75))100=29,41 % об.

10. Масса газа, поступившая в помещение при =1:

m=31,250,09=2,81 кг

11. Избыточное давление в помещении:

p=(730-101)0,47 кПа

12. Сравнив полученное избыточное давление в помещении p=0,47 кПа с таблицей, прихожу к выводу, что рассчитанное давление меньше, чем предельно допустимое избыточное давление при сгорании газовоздушных смесей в помещениях. Разрушение здания не произойдет.

Меры по организации безопасной работы трубопровода

Для организации безопасной работы трубопровода необходимо улучшить систему вентиляции, а также сократить время срабатывания системы автоматики. При сокращении времени срабатывания системы автоматики необходимо, чтобы объемная концентрация газа С_min была ниже низшего предела воспламенения для водорода, т.е.,

С_minC= 4,1 % об.

Нахожу это условие:

С=,

пусть х ? объем V_m , тогда

(100х)/(х+75)4,1

100х4,1х+307,5

х3,21 м³

Значит необходимый объем должен быть меньше значения, равного 3,21 м³ .

V_m=V_1m+V_2m

V_1m=qt

V_2m=0,01PrL

То есть V_m= (qt + 0,01PrL)3,21м³ .

Тогда, чтобы выполнялось необходимое условие, необходимо, чтобы при q=0,1 м³/с это уравнение имело решение, т.е.

0,1t + 0,0983,21

t31,1 сек.

Т.е., необходимо уменьшить время срабатывания автоматического отключателя до 30 секунд, вместо изначально заданных 185 секунд. Тогда при утечке газа из трубопровода, воспламенения не произойдет.

Табл. Зависимость температуры T, концентрации CO, CO₂ ,от коэффициента избытка воздуха ?:

Рис.1. График зависимости T, K от коэффициента избытка воздуха.

Рис.2. График зависимости концентрации NO от коэффициента избытка воздуха.

Рис.3. График зависимости концентрации O от коэффициента избытка воздуха.

Размещено на Allbest.ru