1 De methode bestaat uit het bepalen van de bovengrenzen voor de maximale en gemiddelde toename van de druk van de explosie van gas- en damp-luchtmengsels in een bolvormig reactievat met constant volume.
De bovengrens voor de maximale drukstijging in kPa s -1 wordt berekend met de formule
Waar P i- begindruk, kPa;
S En. i- normale snelheid van vlamvoortplanting bij begindruk en -temperatuur, m·s -1 ;
A- straal van het bolvormige reactievat, m;
Dimensieloze maximale explosiedruk;
R - maximale absolute explosiedruk, kPa;
En- adiabatische index voor het onderzochte mengsel;
is een thermokinetische exponent als functie van de normale vlamvoortplantingssnelheid als functie van druk en temperatuur. Als de waarde onbekend, wordt genomen gelijk aan 0,4.
De bovengrens voor de gemiddelde drukstijging in kPa s -1 wordt berekend met de formule
,
(98)
waar is een functie van de parameters e , En , , waarvan de waarden worden gevonden met behulp van de nomogrammen getoond in Fig. 26 en 27.
Waarden e En En worden gevonden door thermodynamische berekening of, in geval van onmogelijkheid van berekening, gelijk aan respectievelijk 9,0 en 1,4.
De relatieve wortel-gemiddelde-kwadraatfout van berekening door formules (97) en (98) is niet groter dan 20%.
2. De maximale toename van de explosiedruk van gas- en damp-luchtmengsels voor stoffen bestaande uit atomen C, H, O, N, S, F, Cl wordt berekend met de formule
,
(99)
Waar V- volume van het reactievat, m 3 .
De relatieve wortel-gemiddelde-kwadraatfout van de berekening met formule (99) is niet groter dan 30%.
Methode voor experimentele bepaling van de condities van thermische zelfontbranding van vaste stoffen en materialen
1. Apparatuur.
De apparatuur voor het bepalen van de voorwaarden voor thermische zelfontbranding omvat de volgende elementen.
1.1. Thermostaat met een capaciteit van de werkkamer van minimaal 40 dm 3 met een thermostaat waarmee u een constante temperatuur van 60 tot 250 ° C kunt handhaven met een fout van niet meer dan 3 ° C.
1.2. Korven van corrosiebestendig metaal in kubische of cilindrische vorm 35, 50, 70, 100, 140 en 200 mm hoog (10 stuks van elke maat) met deksels. De diameter van de cilindrische mand moet gelijk zijn aan de hoogte. De wanddikte van de mand is (1,0 ± 0,1) mm.
1.3. Thermo-elektrische transducers (niet minder dan 3) met een maximale werkende verbindingsdiameter van niet meer dan 0,8 mm.
2. Voorbereiding op de toets.
2.1. Voer een afdraaiproef uit om de correctie te bepalen ( T T) naar de meetwaarden van thermo-elektrische omvormers 2 En 3 . Om dit te doen, wordt een mand met een niet-brandbare stof (bijvoorbeeld gecalcineerd zand) in een thermostaat geplaatst die tot een bepaalde temperatuur is verwarmd. Installeer thermo-elektrische omvormers (Fig. 2) zodanig dat het werkknooppunt van een thermo-elektrische omvormer in contact staat met het monster en zich in het midden bevindt, de tweede in contact is met de buitenkant van de mand, de derde is aan een afstand van (30 ± 1) mm vanaf de wand van de mand. De werkknooppunten van alle drie de thermo-elektrische omvormers moeten zich op hetzelfde horizontale niveau bevinden, overeenkomend met de middellijn van de thermostaat.
1 , 2 , 3 - werkknooppunten van thermo-elektrische omvormers.
Een mand met een niet-brandbare substantie wordt in een thermostaat bewaard totdat een stationair regime tot stand is gebracht, waarin de aflezingen van alle thermo-elektrische
transducers gedurende 10 minuten onveranderd blijven of fluctueren met een constante amplitude rond gemiddelde temperaturen T 1 , T 2 , T 3 . Wijziging T T wordt berekend door de formule
,
(100)
2.2. Monsters voor testen moeten de gemiddelde eigenschappen van de teststof (materiaal) karakteriseren. Bij het testen van plaatmateriaal wordt het verzameld op een stapel die overeenkomt met de binnenafmetingen van de korf. In monsters van monolithische materialen wordt een gat met een diameter van (7,0 ± 0,5) mm naar het midden voorgeboord voor een thermo-elektrische omzetter.
De theorie stelt dat de explosie van een gas- of damp-luchtmengsel geen ogenblikkelijk fenomeen is. Wanneer de ontstekingsbron in het brandbare mengsel wordt gebracht, begint de oxidatiereactie van de brandstof met de oxidator in het gebied van de ontstekingsbron. De snelheid van de oxidatiereactie in een bepaald elementair volume van deze zone bereikt een maximum - er vindt verbranding plaats. Verbranding op de grens van het elementaire volume met het medium wordt het vlamfront genoemd. Het vlamfront ziet eruit als een bol. De dikte van het vlamfront, volgens Ya.B. Zeldovich , gelijk aan 1-100 micron. Hoewel de dikte van de verbrandingszone klein is, is het voldoende dat de verbrandingsreactie verloopt. De temperatuur van het vlamfront door de hitte van de verbrandingsreactie is 1000-3000°C en hangt af van de samenstelling van het brandbare mengsel.
Wanneer het vlamfront beweegt, neemt de temperatuur van het onverbrande deel van het brandbare mengsel toe naarmate de druk van het mengsel toeneemt. Nabij het vlamfront stijgt ook de temperatuur van het mengsel door de niet-
warmteoverdracht door thermische geleiding, diffusie van verwarmde moleculen en straling. Aan de buitenzijde van het vlamfront is deze temperatuur gelijk aan de zelfontbrandingstemperatuur van het brandbare mengsel.
Na ontsteking van het brandbare mengsel wordt de bolvorm van de vlam zeer snel vervormd en meer en meer naar het nog niet ontstoken mengsel getrokken. De uitbreiding van het vlamfront en de snelle toename van het oppervlak gaat gepaard met een toename van de snelheid van het centrale deel van de vlam. Deze versnelling duurt totdat de vlam de wanden van de pijpen raakt of in ieder geval niet in de buurt komt van de wand van de pijp. Op dit moment neemt de grootte van de vlam sterk af, en slechts een klein deel ervan blijft over van de vlam en bedekt het hele gedeelte van de pijp. De vlam naar voren trekken,
en de intense versnelling onmiddellijk na ontsteking door een vonk, wanneer de vlam de wanden van de buis nog niet heeft bereikt, wordt veroorzaakt door een toename van het volume van verbrandingsproducten. Dus in de beginfase van het vormingsproces van het vlamfront, ongeacht de mate van brandbaarheid van het gasmengsel, vindt versnelling en daaropvolgende vertraging van de vlam plaats, en deze vertraging zal groter zijn naarmate de vlamsnelheid groter is.
Het ontwikkelingsproces van de volgende verbrandingsstadia wordt beïnvloed door de lengte van de pijp. Verlenging van de pijp leidt tot het verschijnen van trillingen en de vorming van een cellulaire structuur van de vlam-, schok- en ontploffingsgolven.
De breedte van de verwarmingszone (in cm) kan worden bepaald uit de afhankelijkheid
1 = een / v
Waar A- thermische diffusiecoëfficiënt; v- vlamvoortplantingssnelheid.
Lineaire reissnelheid v(in m/s) kan worden bepaald door de formule
V = V t /
Waar V t- massale verbrandingssnelheid, g / (s m 3); - dichtheid van het oorspronkelijke brandbare mengsel, kg/m 3 .
De lineaire snelheid van het vlamfront is niet constant, maar varieert afhankelijk van de samenstellingen. Mengsels en onzuiverheden van inerte (niet-brandbare) gassen, mengseltemperatuur, buisdiameter, enz. De maximale snelheid van vlamvoortplanting wordt niet waargenomen bij een stoichiometrische concentratie van het mengsel, maar in een mengsel met een overmaat aan brandstof. Wanneer inerte gassen in het brandbare mengsel worden gebracht, neemt de vlamvoortplantingssnelheid af. Dit wordt verklaard door een verlaging van de verbrandingstemperatuur van het mengsel, aangezien een deel van de warmte wordt besteed aan het verwarmen van de inerte onzuiverheden die niet deelnemen aan de reactie.
Met een toename van de diameter van de pijpen neemt de vlamvoortplantingssnelheid ongelijkmatig toe. Met een toename van de diameter van de buizen tot 0,1-0,15 m, neemt de snelheid vrij snel toe. De temperatuur stijgt totdat de diameter een bepaalde grensdiameter bereikt,
waarboven er geen toename in snelheid is. Met een afname van de diameter van de buis neemt de vlamvoortplantingssnelheid af en bij een bepaalde kleine diameter verspreidt de vlam zich niet in de buis. Dit fenomeen kan worden verklaard door een toename van warmteverliezen door de muren
pijpen.
Om de verspreiding van vlammen in een brandbaar mengsel te stoppen, is het daarom op de een of andere manier nodig om de temperatuur van het mengsel te verlagen door het vat (in ons voorbeeld een pijp) van buitenaf te koelen of door het mengsel te verdunnen met koud inert gas.
De normale snelheid van vlamvoortplanting is relatief laag (niet meer dan tientallen meters per seconde), maar onder bepaalde omstandigheden verspreidt de vlam in pijpen zich met een enorme snelheid (van 2 tot 5 km/s), hoger dan de geluidssnelheid in een bepaald medium. Dit fenomeen is genoemd ontploffing. Onderscheidende kenmerken van detonatie zijn als volgt:
1) constante brandsnelheid ongeacht de buisdiameter;
2) hoge vlamdruk veroorzaakt door de ontploffingsgolf, die 50 MPa kan overschrijden, afhankelijk van de chemische aard van het brandbare mengsel en de begindruk; bovendien is de ontwikkelde druk vanwege de hoge verbrandingssnelheid niet afhankelijk van de vorm, capaciteit en dichtheid van het vat (of pijp).
Naarmate de vlam versnelt, neemt ook de amplitude van de schokgolf toe en bereikt de compressietemperatuur de zelfontbrandingstemperatuur van het mengsel.
De toename van de totale hoeveelheid gas die per tijdseenheid verbrandt, wordt verklaard door het feit dat in een straal met een in dwarsdoorsnede variabele snelheid het vlamfront buigt, waardoor het oppervlak toeneemt en de hoeveelheid brandende substantie toeneemt evenredig.
Wanneer gasmengsels in een gesloten volume worden verbrand, werken de verbrandingsproducten niet; de energie van de explosie wordt alleen besteed aan het verwarmen van de producten van de explosie. In dit geval wordt de totale energie gedefinieerd als de som van de interne energie van het explosieve mengsel Q ex.en.cm. en de verbrandingswarmte van een gegeven stof ΔQ g De waarde van Q vn.en.sm. is gelijk aan de som van de producten van de warmtecapaciteiten van de componenten van het explosieve mengsel bij constant volume en de begintemperatuur
mengsel temperatuur
Q ext.en.cm \u003d C 1 T + C 2 T + ... + C p T
waarbij C 1, C 2, C p - specifieke warmtecapaciteiten van de componenten waaruit het bestaat
explosief mengsel, kJ/(kg·K); T - begintemperatuur van het mengsel, K.
De explosietemperatuur van gasmengsels bij constant volume wordt op dezelfde manier berekend als de verbrandingstemperatuur van een mengsel bij constante druk.
Explosiedruk wordt gevonden uit de explosietemperatuur. De druk tijdens de explosie van een gas-luchtmengsel in een gesloten volume hangt af van de temperatuur van de explosie en de verhouding van het aantal moleculen verbrandingsproducten tot het aantal moleculen in het explosieve mengsel. Tijdens de explosie van gas-luchtmengsels is de druk gewoonlijk niet hoger dan 1,0 MPa, als de begindruk van het mengsel normaal was. Wanneer de lucht in het explosieve mengsel wordt vervangen door zuurstof, neemt de druk van de explosie sterk toe, aangezien de verbrandingstemperatuur stijgt.
Explosiedruk van stoichiometrische mengsels van methaan, ethyleen, aceton en
methylether met zuurstof is 1,5 - 1,9 MPa, en hun stoichiometrische mengsels met lucht is 1,0 MPa.
De maximale explosiedruk wordt gebruikt bij berekeningen van de explosieweerstand van apparatuur, maar ook bij de berekening van veiligheidskleppen, explosieve membranen en schalen van explosieveilige elektrische apparatuur. Explosie druk R vzr (in MPa) van gas-luchtmengsels wordt berekend met de formule
R vzr =
Waar p 0- begindruk van het explosieve mengsel, MPa; T 0 En T vzr- de begintemperatuur van het explosieve mengsel en de temperatuur van de explosie, K;
Het aantal moleculen gassen van verbrandingsproducten na de explosie;
is het aantal gasmoleculen van het mengsel vóór de explosie.
De beweging van de vlam door het gasmengsel vlamvoortplanting genoemd. Afhankelijk van de snelheid van vlamvoortplanting, kan verbranding deflagratie zijn met een snelheid van enkele m/s, explosief - met een snelheid in de orde van tientallen en honderden m/s, en ontploffing - met duizenden m/s.
Voor deflagratie of normale vlamverspreiding kenmerkend is de overdracht van warmte van laag naar laag, en de vlam die optreedt in het mengsel verwarmd en verdund met actieve radicalen en reactieproducten beweegt in de richting van het oorspronkelijke brandbare mengsel. Dit wordt verklaard door het feit dat de vlam als het ware een bron wordt die een continue stroom warmte en chemisch actieve deeltjes afgeeft. Hierdoor beweegt het vlamfront richting het brandbare mengsel.
deflagratie verbranding onderverdeeld in laminair en turbulent.
Laminaire verbranding wordt gekenmerkt door een normale vlamvoortplantingssnelheid.
De normale vlamvoortplantingssnelheid, volgens GOST 12.1.044 SSBT, wordt genoemd vlam front snelheid ten opzichte van onverbrand gas, in een richting loodrecht op het oppervlak.
De waarde van de normale snelheid van vlamvoortplanting, een van de indicatoren van brand- en explosiegevaar van stoffen, kenmerkt het gevaar van industrieën die verband houden met het gebruik van vloeistoffen en gassen, het wordt gebruikt bij het berekenen van de toenamesnelheid van de explosiedruk van gas, damp-luchtmengsels, kritische (blus)diameter en bij de ontwikkeling van maatregelen, die brand- en explosieveiligheid bieden van technologische processen in overeenstemming met de vereisten van GOST 12.1.004 en GOST 12.1.010 SSBT.
De normale snelheid van vlamvoortplanting - de fysisch-chemische constante van het mengsel - hangt af van de samenstelling van het mengsel, druk en temperatuur en wordt bepaald door de snelheid van de chemische reactie en de moleculaire thermische geleidbaarheid.
Temperatuur verhoogt de normale snelheid van vlamvoortplanting relatief weinig, inerte onzuiverheden verminderen deze en een toename van de druk leidt tot een toename of afname van de snelheid.
In een laminaire gasstroom de gassnelheden zijn laag en het brandbare mengsel wordt gevormd als gevolg van moleculaire diffusie. De verbrandingssnelheid hangt in dit geval af van de vormingssnelheid van het brandbare mengsel. turbulente vlam Het wordt gevormd met een toename van de snelheid van vlamvoortplanting, wanneer de laminariteit van zijn beweging wordt verstoord. In een turbulente vlam verbetert de werveling van gasstralen de menging van de reagerende gassen, aangezien het oppervlak waardoor moleculaire diffusie plaatsvindt toeneemt.
Als gevolg van de interactie van een brandbare stof met een oxidatiemiddel worden verbrandingsproducten gevormd, waarvan de samenstelling afhangt van de oorspronkelijke verbindingen en de omstandigheden van de verbrandingsreactie.
Bij de volledige verbranding van organische verbindingen worden CO 2, SO 2, H 2 O, N 2 gevormd en bij de verbranding van anorganische verbindingen worden oxiden gevormd. Afhankelijk van de smelttemperatuur kunnen de reactieproducten in de vorm van een smelt zijn (Al 2 O 3, TiO 2) of in de vorm van rook opstijgen (P 2 O 5, Na 2 O, MgO). . De gesmolten vaste deeltjes creëren de helderheid van de vlam. Tijdens de verbranding van koolwaterstoffen wordt de sterke helderheid van de vlam geleverd door de gloed van roetdeeltjes, die in grote hoeveelheden worden gevormd. Een afname van het roetgehalte als gevolg van de oxidatie vermindert de helderheid van de vlam, en een verlaging van de temperatuur maakt het moeilijk om roet te oxideren en leidt tot de vorming van roet in de vlam.
Om de verbrandingsreactie te onderbreken, is het noodzakelijk om de voorwaarden voor het optreden en onderhoud ervan te schenden. Gewoonlijk wordt voor het blussen een overtreding van twee basisvoorwaarden van een stabiele toestand gebruikt: een verlaging van de temperatuur en een bewegingswijze van gassen.
Temperatuurdaling kan worden bereikt door het inbrengen van stoffen die door verdamping en dissociatie veel warmte opnemen (bijv. water, poeders).
Gasbewegingsmodus kan worden veranderd door de toevoer van zuurstof te verminderen en te elimineren.
Explosie, volgens GOST 12.1.010 " Explosieveilig”, - een snelle transformatie van materie (explosieve verbranding), vergezeld van het vrijkomen van energie en de vorming van gecomprimeerde gassen die in staat zijn om werk te doen.
Een explosie leidt in de regel tot een intense drukverhoging. Een schokgolf wordt gevormd en plant zich voort in de omgeving.
schokgolf heeft een vernietigend vermogen als de overdruk daarin hoger is dan 15 kPa. Het plant zich in het gas voor het vlamfront voort met een geluidssnelheid van 330 m/s. Tijdens een explosie wordt de initiële energie omgezet in de energie van verwarmde samengeperste gassen, die wordt omgezet in de energie van beweging, compressie en verwarming van het medium. Er zijn verschillende soorten initiële explosie-energie mogelijk: elektrische, thermische, elastische compressie-energie, atomaire, chemische.
De belangrijkste parameters die het gevaar van een explosie kenmerken in overeenstemming met GOST 12.1.010 zijn de druk aan het schokgolffront, de maximale explosiedruk, de gemiddelde en maximale snelheid van drukverhoging tijdens een explosie, verpletterende of explosieve eigenschappen van een explosieve omgeving.
Algemene explosieactie manifesteert zich in de vernietiging van apparatuur of panden veroorzaakt door een schokgolf, evenals in het vrijkomen van schadelijke stoffen (explosieproducten of in apparatuur).
Maximale barstdruk(P max) - de hoogste druk die optreedt tijdens een deflagratie-explosie van een gas-, damp- of stof-luchtmengsel in een gesloten vat bij een initiële mengseldruk van 101,3 kPa.
Stijgingssnelheid explosiedruk(dР/dt) is de afgeleide van de explosiedruk naar de tijd in het stijgende deel van de afhankelijkheid van de explosiedruk van een gas, stoom, stof-luchtmengsel in een gesloten vat op tijd. Hierbij wordt onderscheid gemaakt tussen de maximale en gemiddelde snelheid van druktoename tijdens de explosie. Bij het vaststellen van de maximale snelheid wordt in het lineaire deel van de afhankelijkheid van de explosiedruk van de tijd de drukverhoging gebruikt en bij het bepalen van de gemiddelde snelheid het deel tussen de maximale explosiedruk en de begindruk in het vat voor de explosie wordt gebruikt.
Beide eigenschappen zijn belangrijke factoren voor explosiebeveiliging. Ze worden gebruikt bij het vaststellen van de categorie gebouwen en gebouwen in termen van explosie- en brandgevaar, bij de berekening van veiligheidsvoorzieningen, bij de ontwikkeling van maatregelen voor brand- en explosieveiligheid van technologische processen.
Ontploffing er is een proces van chemische transformatie van het oxidator-reductantsysteem, dat een combinatie is van een schokgolf die zich met een constante snelheid voortplant en de geluidssnelheid overschrijdt, en de voorkant van de zone van chemische transformaties van de uitgangsstoffen volgt. chemische energie, die vrijkomt in de detonatiegolf, voedt de schokgolf en voorkomt dat deze uiteenvalt. De snelheid van de detonatiegolf is een kenmerk van elk specifiek systeem.
Federaal Agentschap voor Onderwijs van de Russische Federatie
Rijksonderwijsinstelling voor hoger beroepsonderwijs
"Ufa State Petroleum Technische Universiteit"
Afdeling "Industriële veiligheid en arbeidsbescherming"
Controlewerk over het onderwerp:
Theorie van verbranding en explosie
1. Theoretische vragen over explosie
Bij technologische processen die verband houden met de winning, het transport, de verwerking, de productie, de opslag en het gebruik van brandbare gassen (GH) en brandbare vloeistoffen (ontvlambare vloeistoffen), bestaat altijd het gevaar van de vorming van explosieve gas- en dampmengsels.
Een explosieve omgeving kan worden gevormd door mengsels van stoffen (gassen, dampen, stof) met lucht en andere oxidatiemiddelen (zuurstof, ozon, chloor, stikstofoxiden, enz.) en stoffen die vatbaar zijn voor explosieve transformatie (acetyleen, ozon, hydrazine, enz. .).
De meest voorkomende oorzaken van explosies zijn schending van de regels voor de veilige werking van apparatuur, gaslekkage door lekken in verbindingen, oververhitting van apparaten, overmatige drukverhoging, gebrek aan goede controle over het technologische proces, breuk of breuk van onderdelen van apparatuur, enz. .
De bron van initiatie van de explosie zijn:
open vuur, brandende en roodgloeiende lichamen;
elektrische ontladingen;
Thermische manifestaties van chemische reacties en mechanische effecten;
vonken door impact en wrijving:
schokgolven;
Elektromagnetische en andere straling.
Volgens PB 09-540-03 Explosie is:
I. Het proces van tijdelijke afgifte van potentiële energie geassocieerd met een plotselinge verandering in de toestand van de materie en vergezeld van een druksprong of schokgolf.
2. Kortstondig vrijkomen van interne energie, waardoor overdruk ontstaat
Een explosie kan optreden met of zonder verbranding (oxidatie).
Parameters en eigenschappen die kenmerkend zijn voor de explosieve omgeving:
Vlampunt;
Concentratie- en temperatuurlimieten van ontsteking;
Zelfontbrandingstemperatuur;
Normale vlamvoortplantingssnelheid;
Minimaal explosief gehalte aan zuurstof (oxidatiemiddel);
Minimale ontstekingsenergie;
Gevoeligheid voor mechanische actie (stoten en wrijving). Gevaarlijke en schadelijke factoren die van invloed zijn op werknemers
van de explosie zijn:
Een schokgolf aan de voorkant waarvan de druk de toegestane waarde overschrijdt;
Instortende constructies, apparatuur, communicatiemiddelen, gebouwen en constructies en hun vliegende delen;
Schadelijke stoffen gevormd tijdens de explosie en (of) vrijgekomen uit beschadigde apparatuur, waarvan de inhoud in de lucht van het werkgebied de maximaal toegestane concentraties overschrijdt.
De belangrijkste factoren die het gevaar van een explosie kenmerken:
Maximale druk en explosietemperatuur;
De snelheid van druktoename tijdens de explosie;
Druk vooraan in de schokgolf;
Verpletterende en explosieve eigenschappen van een explosieve omgeving.
Tijdens een explosie wordt de aanvankelijke potentiële energie van een stof in de regel omgezet in de energie van verwarmde samengeperste gassen, die op hun beurt, wanneer ze uitzetten, wordt omgezet in de energie van beweging, compressie en verwarming van het medium . Een deel van de energie blijft in de vorm van interne (thermische) energie van de geëxpandeerde gassen.
De totale hoeveelheid energie die vrijkomt tijdens de explosie bepaalt de algemene parameters (volume, oppervlakte) van vernietiging. De energieconcentratie (energie per volume-eenheid) bepaalt de intensiteit van vernietiging op de explosielocatie. Deze kenmerken zijn op hun beurt afhankelijk van de snelheid waarmee energie vrijkomt door het explosieve systeem dat de explosiegolf veroorzaakt.
De in de opsporingspraktijk meest voorkomende explosies zijn onder te verdelen in twee hoofdgroepen: chemische en fysische explosies.
Chemische explosies omvatten de processen van chemische transformatie van materie, gemanifesteerd door verbranding en gekenmerkt door het vrijkomen van thermische energie in een korte tijd en in een zodanig volume dat drukgolven worden gevormd die zich voortplanten vanaf de bron van de explosie.
Fysieke explosies omvatten processen die tot een explosie leiden en die niet geassocieerd zijn met chemische transformaties van materie.
De meest voorkomende oorzaak van accidentele explosies zijn verbrandingsprocessen. Explosies van deze soort komen het vaakst voor tijdens de opslag, het transport en de vervaardiging van explosieven. Ze vinden plaats:
Bij het omgaan met explosieven en explosieve stoffen van de chemische en petrochemische industrie;
Bij aardgaslekken in woongebouwen;
bij de vervaardiging, het transport en de opslag van vluchtige of vloeibaar gemaakte brandbare stoffen;
bij het spoelen van opslagtanks voor vloeibare brandstoffen;
bij de vervaardiging, de opslag en het gebruik van brandbare stofsystemen en sommige zelfontbrandbare vaste en vloeibare stoffen.
Kenmerken van een chemische explosie
Er zijn twee hoofdtypen explosies: een explosie van gecondenseerde explosieven en een volumetrische explosie (explosie van dampen van stof-gasmengsels). Explosies van gecondenseerde explosieven worden veroorzaakt door alle vaste explosieven en een relatief klein aantal vloeibare explosieven, waaronder nitroglycerine. Dergelijke explosieven hebben gewoonlijk een dichtheid van 1300-1800 kg/m3, maar primaire explosieven die lood of kwik bevatten, hebben veel hogere dichtheden.
Ontledingsreacties:
Het eenvoudigste geval van een explosie is het ontbindingsproces met de vorming van gasvormige producten. Bijvoorbeeld de ontleding van waterstofperoxide met een groot thermisch effect en de vorming van waterdamp en zuurstof:
2H2O2 → 2H2O2 + O2 + 106 kJ/mol
Waterstofperoxide is gevaarlijk vanaf een concentratie van 60%.
Ontleding door wrijving of impact van loodazide:
Pb (N3) 2 → Pb - 3N2 + 474 kJ / mol.
Trinitrotolueen (TNT) is een "zuurstofarme" stof en daarom is een van de belangrijkste afbraakproducten koolstof, dat bijdraagt aan de vorming van rook tijdens TNT-explosies.
Stoffen die vatbaar zijn voor explosieve ontbinding bevatten bijna altijd een of meer karakteristieke chemische structuren die verantwoordelijk zijn voor de plotselinge ontwikkeling van het proces waarbij een grote hoeveelheid energie vrijkomt. Deze structuren omvatten de volgende groepen:
NO2 en NO3 - in organische en anorganische stoffen;
N=N-N - in organische en anorganische aziden;
NX3, waar X een halogeen is,
N=C in fulminaten.
Op basis van de wetten van de thermochemie lijkt het mogelijk verbindingen te identificeren waarvan het ontledingsproces explosief kan zijn. Een van de doorslaggevende factoren die het potentiële gevaar van een systeem bepalen, is de prevalentie van zijn interne energie in de begintoestand in vergelijking met de eindtoestand. Aan deze voorwaarde is voldaan wanneer warmte wordt geabsorbeerd (endotherme reactie) tijdens het vormingsproces van een stof. Een voorbeeld van een relevant proces is de vorming van acetyleen uit de elementen:
2C + H2 → CH=CH - 242 kJ/mol.
Niet-explosieve stoffen die tijdens de vorming warmte verliezen (exotherme reactie) zijn bijvoorbeeld kooldioxide
C + O2 → CO2 + 394 kJ/mol.
Er moet rekening mee worden gehouden dat de toepassing van de wetten van de thermochemie het alleen mogelijk maakt om de mogelijkheid van een explosief proces te onthullen. De implementatie ervan hangt af van de reactiesnelheid en de vorming van vluchtige producten. Zo leidt bijvoorbeeld de reactie van kaarsparaffine met zuurstof, ondanks de hoge exothermie, niet tot een explosie vanwege de lage snelheid.
De reactie 2Al+ 4AC2O2 → Al2O3 + 2Fe leidt op zichzelf, ondanks de hoge exothermiteit, ook niet tot een explosie, aangezien er geen gasvormige producten worden gevormd.
Redoxreacties, die de basis vormen van verbrandingsreacties, kunnen daarom alleen tot een explosie leiden onder omstandigheden die bevorderlijk zijn voor het bereiken van hoge reactiesnelheden en drukgroei. De verbranding van sterk verspreide vaste stoffen en vloeistoffen kan leiden tot een overdruk tot 8 bar onder omstandigheden van gesloten volume, relatief zeldzaam, bijvoorbeeld in systemen met vloeibare lucht, waar de aerosol een nevel van oliedruppeltjes is.
Bij polymerisatiereacties die gepaard gaan met een exotherm effect en de aanwezigheid van een vluchtig monomeer, wordt vaak een stadium bereikt waarin een gevaarlijke drukverhoging kan optreden. Voor sommige stoffen zoals ethyleenoxide kan de polymerisatie beginnen bij kamertemperatuur, vooral wanneer het begin verbindingen zijn verontreinigd met polymerisatieversnellende stoffen. Ethyleenoxide kan ook isomeriseren tot aceetaldehyde via een exotherme route:
CH2CH2O - CH3HC \u003d O + 113,46 kJ / mol
Condensatiereacties worden veel gebruikt bij de productie van verven, vernissen en harsen en leiden, vanwege de exothermie van het proces en de aanwezigheid van vluchtige componenten, soms tot explosies.
Om de algemene omstandigheden te achterhalen die het begin van verbranding en de overgang naar een explosie bevorderen, kunt u de grafiek (Figuur 1) bekijken van de afhankelijkheid van de temperatuur die in het brandbare systeem wordt ontwikkeld op tijd in aanwezigheid van volumetrische warmteafgifte als gevolg van een chemische stof reactie en warmteverlies.
Als we de temperatuur T1 in de grafiek weergeven als een kritiek punt waarop verbranding in het systeem plaatsvindt, wordt het duidelijk dat in omstandigheden waarin er meer warmteverlies is dan warmtewinst, een dergelijke verbranding niet kan plaatsvinden. Dit proces begint alleen wanneer gelijkheid is bereikt tussen de warmteafgifte en warmteverlies (op het contactpunt van de overeenkomstige curven) en kan verder versnellen met toenemende temperatuur u. dus de druk vóór de explosie.
Dus, in de aanwezigheid van gunstige omstandigheden voor thermische isolatie, kan het optreden van een exotherme reactie in een brandbaar systeem niet alleen leiden tot verbranding, maar ook tot een explosie.
De resulterende ongecontroleerde reacties die de explosie bevorderen, zijn te wijten aan het feit dat de snelheid van warmteoverdracht, bijvoorbeeld in vaten, een lineaire functie is van het temperatuurverschil tussen de reactiemassa en het koelmiddel, terwijl de snelheid van de exotherme reactie en, dus de instroom van warmte ervan groeit volgens een machtswet met een toename van de beginconcentraties van reagentia en neemt snel toe met toenemende temperatuur als gevolg van de exponentiële afhankelijkheid van de snelheid van een chemische reactie van de temperatuur (wet van Arrhenius) . Deze regelmatigheden bepalen de laagste verbrandingssnelheid van het mengsel en de temperatuur bij de onderste concentratie-ontstekingsgrens. Naarmate de concentratie van de brandstof en het oxidatiemiddel stoichiometrisch nadert, stijgen de verbrandingssnelheid en temperatuur tot hun maximale waarden.
De gasconcentratie van stoichiometrische samenstelling is de concentratie van brandbaar gas in een mengsel met een oxiderend medium, waarbij volledige chemische interactie van de brandstof en het oxidatiemiddel van het mengsel zonder residu is verzekerd.
3. Kenmerken van een fysieke explosie
Fysieke explosies worden in de regel geassocieerd met explosies van vaten door dampdruk en groeven. Bovendien is de belangrijkste reden voor hun vorming niet een chemische reactie, maar een fysisch proces als gevolg van het vrijkomen van de interne energie van een gecomprimeerd of vloeibaar gemaakt gas. De kracht van dergelijke explosies hangt af van de interne druk en vernietiging wordt veroorzaakt door een schokgolf van een uitzettend gas of fragmenten van een gescheurd vat. Er kan een fysieke explosie optreden als bijvoorbeeld een draagbare gasfles onder druk valt en een drukreduceerventiel wordt afgeblazen. De druk van LPG is zelden hoger dan 40 bar (de kritische druk van de meeste conventionele LPG).
Fysieke explosies omvatten ook het fenomeen van de zogenaamde fysieke detonatie. Dit fenomeen doet zich voor wanneer hete en koude vloeistoffen worden gemengd, wanneer de temperatuur van een van hen het kookpunt van de andere aanzienlijk overschrijdt (bijvoorbeeld gesmolten metaal in water gieten). In het resulterende damp-vloeistofmengsel kan verdamping explosief verlopen vanwege de zich ontwikkelende processen van fijne flegmatisering van smeltdruppeltjes, snelle warmteafvoer daaruit en oververhitting van de koude vloeistof met zijn sterke verdamping.
Fysieke ontploffing gaat gepaard met het verschijnen van een schokgolf met overdruk in de vloeibare fase, die in sommige gevallen meer dan duizend atmosfeer bereikt. Veel vloeistoffen worden opgeslagen of gebruikt onder omstandigheden waarbij hun dampdruk veel hoger is dan de atmosferische druk. Deze vloeistoffen omvatten: vloeibaar gemaakte brandbare gassen (bijv. propaan, butaan) vloeibaar gemaakte koelmiddelen ammoniak of freon opgeslagen bij kamertemperatuur methaan dat moet worden opgeslagen bij lage temperatuur oververhit water in stoomketels. Als de container met de oververhitte vloeistof beschadigd is, is er een uitstroom van stoom in de omringende ruimte en een snelle gedeeltelijke verdamping van de vloeistof. Bij een voldoende snelle uitstroom en expansie van stoom in de omgeving ontstaan explosieve golven. De oorzaken van explosies van vaten met gassen en dampen onder druk zijn:
Schendingen van de integriteit van het lichaam als gevolg van het afbreken van een knooppunt, schade of corrosie als gevolg van onjuist gebruik;
Oververhitting van het vat als gevolg van schendingen van de elektrische verwarming of de werkingsmodus van het verbrandingsapparaat (in dit geval neemt de druk in het vat toe en neemt de sterkte van het lichaam af tot een toestand waarin het beschadigd is);
De explosie van het vat wanneer de toegestane druk wordt overschreden.
Explosies van gashouders met daaropvolgende verbranding in de atmosfeer hebben in principe dezelfde oorzaken die hierboven beschreven zijn en kenmerkend zijn voor fysieke explosies. Het belangrijkste verschil ligt in de vorming in dit geval van een vuurbal, waarvan de grootte afhangt van de hoeveelheid gasvormige brandstof die in de atmosfeer vrijkomt. Deze hoeveelheid is weer afhankelijk van de fysieke staat waarin het gas zich in de container bevindt. Wanneer de brandstofinhoud gasvormig is, zal de hoeveelheid ervan veel kleiner zijn dan wanneer deze in vloeibare vorm in dezelfde container wordt opgeslagen. De parameters van de explosie, die de gevolgen bepalen, worden voornamelijk bepaald door de aard van de energieverdeling in het explosiegebied en de verdeling ervan naarmate de explosiegolf zich voortplant vanaf de bron van de explosie.
4. Energiepotentieel
De explosie heeft een grote vernietigende kracht. Het belangrijkste kenmerk van een explosie is de totale energie van de materie. Deze indicator wordt het energiepotentieel van explosiviteit genoemd en is opgenomen in alle parameters die de schaal en gevolgen van een explosie kenmerken.
In het geval van nooddrukverlaging van het apparaat, vindt volledige onthulling (vernietiging) plaats;
Het gebied van de gemorste vloeistof wordt bepaald op basis van de ontwerpoplossingen van gebouwen of installatielocaties buitenshuis;
Verdampingstijd duurt niet langer dan 1 uur:
E \u003d EII1 + EII2 + EII1 + EII2 + EII3 + EII4,
explosie brandweerman kamer gevaar
waarbij EI1 de som is van de energieën van adiabatische uitzetting en verbranding van de damp-gasfase (PGPC direct gelegen in het blok, kJ;
ЕI2 is de verbrandingsenergie van de HPF die wordt geleverd aan het drukloze gedeelte van aangrenzende objecten (blokken), kJ;
EII1 - de verbrandingsenergie van GTHF, gevormd als gevolg van de energie van de oververhitte vloeibare fase van het beschouwde blok en ontvangen van aangrenzende objecten kJ;
EII2 is de verbrandingsenergie van PHF gevormd uit de vloeibare fase (LP) als gevolg van de hitte van exotherme reacties die niet stoppen tijdens drukverlaging, kJ;
EII3 is de verbrandingsenergie van PHF. gevormd uit LF door warmte-instroom van externe warmtedragers, kJ;
EII4 is de verbrandingsenergie van PHF, die wordt gevormd door de LF die op een vast oppervlak (vloer, pallet, aarde, enz.) is gemorst als gevolg van warmteoverdracht vanuit de omgeving (van het vaste oppervlak en lucht naar de vloeistof over het oppervlak ), kJ.
De waarden van de totale energiepotentialen van explosiviteit en worden gebruikt om de waarden van de gereduceerde massa en het relatieve energiepotentieel te bepalen die kenmerkend zijn voor de explosiviteit van technologische blokken.
De gereduceerde massa is de totale massa van brandbare dampen (gassen) van een explosieve damp-gaswolk, gereduceerd tot een enkele specifieke verbrandingsenergie gelijk aan 46.000 kJ/kg:
Relatief energiepotentieel van explosie Qv van het technologische blok, dat de totale energie van verbranding kenmerkt en kan worden berekend met de formule:
waarbij E het totale energiepotentieel is van het explosiegevaar van de technologische eenheid.
Volgens de waarden van de relatieve energiepotentialen Rv tot de gereduceerde massa van het damp-gasmedium m, wordt de categorisering van technologische blokken uitgevoerd. De indicatoren van de explosiegevaarcategorie van technologische blokken staan in tabel 1.
Tabel Nr.
| Explosie categorie | Ov | M |
| I | >37 | >5000 |
| II | 27 − 37 | 2000−5000 |
| III | <27 | <2000 |
5. TNT-equivalent. Overdruk vooraan in de schokgolf
Om het niveau van blootstelling aan accidentele en opzettelijke storingen te beoordelen, wordt veel gebruik gemaakt van de beoordelingsmethode via het TNT-equivalent. Volgens deze methode wordt de mate van vernietiging gekenmerkt door het TNT-equivalent, waarbij de massa van TNT wordt bepaald, die nodig is om een bepaald niveau van vernietiging van chemisch onstabiele verbindingen te veroorzaken, wordt berekend met de formules:
1 Voor stoom-gasomgevingen
q/ - specifieke calorische waarde van het damp-gasmedium, kJ kg,
qT is de specifieke explosie-energie van TNT kJ/kg.
2 Voor vaste en vloeibare chemisch instabiele verbindingen
waarbij Wk de massa is van vaste en vloeibare chemisch instabiele verbindingen; qk is de specifieke explosie-energie van vaste en vloeibare chemisch onstabiele verbindingen. Tijdens de productie veroorzaakt een explosie van een gas-lucht-, damp-luchtmengsel of stof een schokgolf. De mate van resolutie van bouwconstructies, apparatuur, machines en communicatie, evenals de schade aan mensen, hangt af van de overdruk in het schokgolffront ΔРФ (het verschil tussen de maximale druk in het schokgolffront en de normale atmosferische druk voor dit front).
Berekeningen voor het beoordelen van de werking van brandbare chemische gassen en vloeistoffen worden herleid tot het bepalen van de overdruk in het schokgolffront (ΔРФ) tijdens de explosie van een gas-luchtmengsel op een bepaalde afstand van een container waarin een bepaalde hoeveelheid explosief mengsel is opgeslagen.
6. Berekening om de overdruk van de explosie te bepalen
De berekening van de overmatige explosiedruk voor brandbare gassen, dampen van brandbare en brandbare vloeistoffen wordt uitgevoerd volgens de methodologie uiteengezet in NPB 105-03 "Bepaling van de categorieën gebouwen, gebouwen en buiteninstallaties in termen van explosie- en brandgevaar ."
Taak: de overdruk van de explosie van waterstofsulfide in de kamer bepalen.
Begincondities
Er zit constant waterstof in het apparaat met een inhoud van 20 m3. Het apparaat bevindt zich op de vloer. De totale lengte van pijpleidingen met een diameter van 50 mm, begrensd door schuifafsluiters (handmatig) geïnstalleerd op de inlaat- en uitlaatsecties van de pijpleidingen, is 15 m. Het debiet van waterstofsulfide in pijpleidingen is 4,10-3 m3/ S. De afmetingen van de kamer zijn 10x10x4 m.
De ruimte is voorzien van noodventilatie met een luchtverversingsgraad van 8 h-1. Noodventilatie wordt verzorgd door back-upventilatoren, automatisch opstarten wanneer de maximaal toelaatbare explosieve concentratie wordt overschreden en voeding volgens de eerste categorie van betrouwbaarheid (PUE). Apparaten voor het verwijderen van lucht uit de kamer bevinden zich in de nabijheid van de plaats van een mogelijk ongeval.
De belangrijkste bouwconstructies van het gebouw zijn van gewapend beton.
Rechtvaardiging van de ontwerpoptie
Volgens NPB 105-03 moet het meest ongunstige ongevalsscenario, waarbij het grootste aantal stoffen is betrokken die in verhouding tot de gevolgen van een explosie het gevaarlijkst zijn, als ontwerpversie van een ongeval worden genomen.
En als ontwerpoptie werd de optie van drukverlaging van de tank met waterstofsulfide en de uitgang ervan en de inlaat- en uitlaatpijpleidingen van waterstofsulfide naar het volume van de kamer overgenomen.
1) Overdruk explosiedruk voor individuele brandbare stoffen, bestaande uit atomen C, H, O, N, Cl, Br, I, F, wordt bepaald door de formule
(1)
waar is de maximale explosiedruk van een stoichiometrisch gas-lucht- of damp-luchtmengsel in een gesloten volume, experimenteel bepaald of op basis van referentiegegevens in overeenstemming met de vereisten van clausule 3 van NPB -105-03. Bij gebrek aan gegevens is het toegestaan gelijk aan 900 kPa te nemen;
Begindruk, kPa (mag gelijk worden gesteld aan 101 kPa);
De massa brandbaar gas (GG) of dampen van brandbare (FL) en brandbare vloeistoffen (GL) die als gevolg van een ongeval in de ruimte zijn vrijgekomen, kg;
De deelnamecoëfficiënt van brandstof aan de explosie, die kan worden berekend op basis van de aard van de verdeling van gassen en dampen in het volume van de kamer volgens de toepassing. Het is toegestaan om de waarde volgens de tabel te nemen. 2 NPB 105-03. Ik accepteer gelijk aan 0,5;
Vrij volume van de kamer, ;
De maximale absolute luchttemperatuur voor de stad Ufa gelijk aan 39°C wordt genomen als de ontwerptemperatuur (volgens SNiP 23-01-99 "Bouwklimatologie").
Hieronder volgt een berekening van de grootheden die nodig zijn om de overdruk van een explosie van waterstofsulfide in een ruimte te bepalen.
Dichtheid van waterstofsulfide bij ontwerptemperatuur:
waarbij M de molaire massa van waterstofsulfide is, 34,08 kg/kmol;
v0 is het molaire volume gelijk aan 22,413 m3/kmol;
0,00367 − thermische uitzettingscoëfficiënt, graden -1;
tp is de ontwerptemperatuur, 390C (absolute maximale luchttemperatuur voor Ufa).
De stoichiometrische concentratie van waterstofsulfide wordt berekend met de formule:
;
waarbij β de stoichiometrische coëfficiënt van zuurstof in de verbrandingsreactie is;
nc, nn, n0, nx, is het aantal C-, H-, O-atomen en halogeniden in het brandstofmolecuul;
Voor waterstofsulfide (Н2S) nc= 1, ní = 4, n0 = 0, nх = 0, dus
We vervangen de gevonden waarde van β, we krijgen de waarde van de stoichiometrische concentratie van waterstofsulfide:
Het volume waterstofsulfide dat de ruimte binnenkwam tijdens een ontwerpongeval bestaat uit het volume gas dat vrijkomt uit het apparaat en het volume gas dat vrijkomt uit de pijpleiding vóór het sluiten van de kleppen en na het sluiten van de kleppen:
waarbij Va het gasvolume is dat uit het apparaat vrijkomt, m3;
V1T - volume gas dat vrijkomt uit de pijpleiding vóór de sluiting, m3;
V2T is het gasvolume dat vrijkomt uit de pijpleiding na de sluiting ervan, m3;
waarbij q het debiet van de vloeistof is, bepaald in overeenstemming met de technologische voorschriften, m3/s;
T is de duur van de gasinstroom in het volume van de kamer, bepaald volgens artikel 38 van NPB 105-03 s;
waarbij d de inwendige diameter van pijpleidingen is, m;
Ln is de lengte van pijpleidingen van het noodapparaat naar de schuifafsluiters, m;
Dus het volume waterstofsulfide dat de kamer binnenkwam tijdens de beschouwde variant van het ongeval:
Massa waterstofsulfide in de kamer:
Indien brandbare gassen, brandbare of brandbare gassen, brandbare of brandbare vloeistoffen in de ruimte worden gebruikt, mag bij het bepalen van de massawaarde rekening worden gehouden met de werking van noodventilatie, als deze is voorzien van back-upventilatoren, automatische start wanneer de maximaal toelaatbare explosieveilige concentratie wordt overschreden en voeding volgens de eerste categorie van betrouwbaarheid (PUE), mits inrichtingen voor het verwijderen van lucht uit de ruimte zich in de directe nabijheid van de plaats van een mogelijk ongeval bevinden.
Tegelijkertijd moet de massa brandbare gassen of dampen van brandbare of brandbare vloeistoffen verwarmd tot een vlampunt en hoger die het volume van de kamer binnenkomen, worden gedeeld door de coëfficiënt bepaald door de formule
waar - de veelheid aan luchtuitwisseling gecreëerd door noodventilatie, 1 / s. Deze ruimte is voorzien van ventilatie met een luchtverversingsgraad van 8 (0,0022s);
De duur van het binnendringen van ontvlambare gassen en dampen van ontvlambare en brandbare vloeistoffen in het volume van de kamer, s, wordt verondersteld 300 s te zijn. (clausule 7 van NPB 105-03)
De massa waterstofsulfide in de ruimte tijdens de beschouwde variant van het ongeval:
Explosieberekeningsresultaten
| optie nummer | brandbaar gas |
Waarde, kPa | ||
| waterstofsulfide | 5 | Gemiddelde bouwschade | ||
Tafel. Maximaal toegestane overdruk tijdens de verbranding van gas, stoom of stof-luchtmengsels in kamers of in de open ruimte
De initiële en berekende gegevens zijn samengevat in tabel 2.
Tabel 2 - Initiële en berekende gegevens
| Nee p/p | Naam | Aanduiding | Waarde |
| 1 | Stof, de naam en formule | waterstofsulfide | H2S |
| 2 | Molecuulgewicht, kg kmol-1 | M | 34,08 |
| 3 | Vloeistofdichtheid, kg/m3 | ρz | - |
| 4 | Gasdichtheid bij ontwerptemperatuur, kg/m3 | pg | 1,33 |
| 5 | Temperaturen van de omgeving (lucht voor de explosie), 0C | T0 | 39 |
| 6 | Verzadigde dampdruk, kPa | pH | 28,9 |
| 7 | Stoichiometrische concentratie, % vol. | Cst | 29,24 |
| 8 | Afmetingen van de kamer − lengte, m − breedte, m − hoogte, m |
||
| 9 | Afmetingen pijpleiding: − doorsnee, m − lengte, m |
||
| 10 | Heptaanverbruik in de leiding, m3/s | Q | 4 10-3 |
| 11 | Klep sluittijd, s | T | 300 |
| 12 | Noodventilatiesnelheid, 1/uur | A | 8 |
| 13 | Maximale explosiedruk, kPa | P max | 900 |
| 14 | Begindruk, kPa | P0 | 101 |
| 15 | Lekkage en niet-adiabatische coëfficiënt | kn | 3 |
| 16 | De coëfficiënt van deelname van brandstof aan de explosie | Z | 0,5 |
Volgens NPB 105-2003 worden de categorieën gebouwen voor explosie- en brandgevaar geaccepteerd in overeenstemming met tabel 4.
| Kamer categorie | Kenmerken van stoffen en materialen die zich in de ruimte bevinden (circuleren). |
En het explosief |
Brandbare gassen, ontvlambare vloeistoffen met een vlampunt van niet meer dan 28 ° C in een zodanige hoeveelheid dat ze explosieve damp-gasmengsels kunnen vormen, waarvan de ontsteking een geschatte overdruk van de explosie in de kamer ontwikkelt van meer dan 5 kPa. Stoffen en materialen die kunnen exploderen en branden bij interactie met water, zuurstof uit de lucht of met elkaar in een zodanige hoeveelheid dat de berekende overdruk van de explosie in de ruimte hoger is dan 5 kPa. |
|
explosief en brandgevaarlijk |
Brandbare stoffen of vezels, brandbare vloeistoffen met een vlampunt hoger dan 28°C, brandbare vloeistoffen in een zodanige hoeveelheid dat ze explosieve stof-lucht- of damp-lucht-mengsels kunnen vormen, waarvan bij ontsteking een berekende overdruk van de ontploffing in de ruimte ontwikkelt meer dan 5 kPa. |
| B1-B4 brandgevaarlijk | Brandbare en langzaam brandende vloeistoffen, vaste brandbare en langzaam brandende stoffen en materialen (waaronder stof en vezels), stoffen en materialen die alleen kunnen branden in wisselwerking met water, zuurstof uit de lucht of met elkaar, op voorwaarde dat de ruimten waarin ze zich bevinden in voorraad of in omloop zijn, vallen niet in categorie A of B. |
| G | Niet-brandbare stoffen en materialen in hete, gloeiende of gesmolten toestand, waarvan de verwerking gepaard gaat met het vrijkomen van stralingswarmte, vonken en vlammen; brandbare gassen, vloeistoffen en vaste stoffen die worden verbrand of afgevoerd als brandstof. |
| D | Niet-brandbare stoffen en materialen in koude toestand, |
Conclusie: De ruimte behoort tot categorie A, aangezien het mogelijk is brandbaar gas (waterstofsulfide) vrij te geven in een zodanige hoeveelheid dat het explosieve damp-gas-luchtmengsels kan vormen, waarvan bij ontsteking een geschatte overdruk van de explosie in de ruimte ontwikkelt, meer dan 5 kPa.
8. Bepaling van de waarden van de energie-indicatoren van het explosiegevaar van de technologische eenheid tijdens een explosie
Het explosieve energiepotentieel E (kJ) van het blok wordt bepaald door de totale verbrandingsenergie van de gas-dampfase in het blok, rekening houdend met de waarde van het werk van zijn adiabatische expansie, evenals de waarde van de energie van volledige verbranding van de verdampte vloeistof uit het maximaal mogelijke gebied van zijn zeestraat, terwijl wordt beschouwd:
1) in geval van nooddrukverlaging van het apparaat, vindt volledige onthulling (vernietiging) plaats;
2) het gebied van de gemorste vloeistof wordt bepaald op basis van de ontwerpoplossingen van gebouwen of de installatieplaats buiten;
3) er wordt uitgegaan van een verdampingstijd van maximaal 1 uur:
De som van de energieën van adiabatische uitzetting A (kJ) en de verbranding van PHF in het blok, kJ:
q" = 23380 kJ/kg - specifieke verbrandingswarmte van PHF (waterstofsulfide);
26.9 - massa brandbaar gas
.
Voor een praktische bepaling van de energie van de adiabatische uitzetting van PGF kan men de formule gebruiken
waarbij b1 - kan worden overgenomen uit tabel. 5. Met adiabatische index k=1,2 en een druk van 0,1 MPa is deze gelijk aan 1,40.
Tabel 5. De waarde van de coëfficiënt b1 afhankelijk van de adiabatische index van het medium en de druk in de proceseenheid
| Inhoudsopgave | Systeemdruk, MPa | |||||||||
| adiabaten | 0,07-0,5 | 0,5-1,0 | 1,0-5,0 | 5,0-10,0 | 10,0-20,0 | 20,0-30,0 | 30,0-40,0 | 40,0-50,0 | 50,0-75,0 | 75,0-100,0 |
| k = 1,1 | 1,60 | 1,95 | 2,95 | 3,38 | 3,08 | 4,02 | 4,16 | 4,28 | 4,46 | 4,63 |
| k = 1,2 | 1,40 | 1,53 | 2,13 | 2,68 | 2,94 | 3,07 | 3,16 | 3,23 | 3,36 | 3,42 |
| k = 1,3 | 1,21 | 1,42 | 1,97 | 2,18 | 2,36 | 2,44 | 2,50 | 2,54 | 2,62 | 2,65 |
| k = 1,4 | 1,08 | 1,24 | 1,68 | 1,83 | 1,95 | 2,00 | 2,05 | 2,08 | 2,12 | 2,15 |
0 kJ is de verbrandingsenergie van de PHF, die vanuit aangrenzende objecten (blokken) in het drukloze gedeelte is aangekomen, kJ. Er zijn geen aangrenzende blokken, dus deze component is nul.
0 kJ is de verbrandingsenergie van de PHF, die wordt gevormd door de energie van de oververhitte LF van het beschouwde blok en ontvangen van aangrenzende objecten gedurende de tijd ti.
0 kJ is de verbrandingsenergie van PHF, die wordt gevormd uit LF vanwege de hitte van exotherme reacties die niet stoppen tijdens drukverlaging.
0 kJ is de verbrandingsenergie van PHF, die wordt gevormd uit de vloeibare fase door de warmte-instroom van externe warmtedragers.
0 kJ is de verbrandingsenergie van PHF, die wordt gevormd door een vloeistof die op een vast oppervlak (vloer, pallet, aarde, enz.) wordt gemorst als gevolg van warmteoverdracht vanuit de omgeving (van een vast oppervlak en lucht naar een vloeistof over het oppervlak .
Het energiepotentieel van het explosiegevaar van het blok is:
E=628923,51 kJ.
De waarden van de totale energiepotentialen van explosiviteit E worden gebruikt om de waarden van de gereduceerde massa en het relatieve energiepotentieel te bepalen die kenmerkend zijn voor de explosiviteit van technologische blokken.
De totale massa brandbare dampen (gassen) van een explosieve damp-gaswolk m, gereduceerd tot een enkele specifieke verbrandingsenergie gelijk aan 46.000 kJ / kg:
Relatief energiepotentieel van explosiviteit Qv van de technologische eenheid wordt berekend met de formule
Volgens de waarden van de relatieve energiepotentialen Qb en de gereduceerde massa van het damp-gasmedium m, wordt de categorisering van technologische blokken uitgevoerd. De indicatoren van de categorieën staan in de tabel. 5.
Tabel 4. Indicatoren van explosiegevaarcategorieën van technologische blokken
| Explosie categorie | Qv | meter, kg |
| I | > 37 | > 5000 |
| II | 27 - 37 | 2000 - 5000 |
| III | < 27 | < 2000 |
Conclusie: De ruimte behoort tot categorie III van explosiegevaar, aangezien de totale massa van de explosieve damp-gaswolk van waterstofsulfide gereduceerd tot een enkele specifieke verbrandingsenergie 16,67 kg is, is het relatieve energiepotentieel van de explosie 5,18.
9. Berekening van de explosieve concentratie van het gas-luchtmengsel in de ruimte. Bepaling van de klasse van het pand voor explosie- en brandgevaar volgens PUE
Laten we het volume van de explosieve concentratie van waterstofsulfide in de kamer bepalen:
waarbij m de massa is van het damp-luchtmengsel in de kamer, kg,
NKPV - onderste concentratiegrens van ontsteking, g/m3.
De concentratie van het damp-luchtmengsel in de kamer zal zijn:
waar VCM het volume is van explosieve concentratie van waterstofsulfide in de kamer, m3, VC6 is het vrije volume van de kamer, m3.
De berekeningsresultaten zijn weergegeven in tabel 6.
Tabel 6. Resultaten van de berekening van de concentratie van het gas-luchtmengsel
Volgens de PUE behoort de betreffende ruimte tot klasse B-Ia - zones die zich bevinden in ruimtes waarin tijdens normaal bedrijf geen explosieve mengsels van brandbare gassen (ongeacht de onderste ontstekingsgrens) of brandbare vloeistofdampen met lucht worden gevormd, maar zijn alleen mogelijk als gevolg van ongevallen en storingen.
10. Bepaling van vernietigingszones tijdens explosie. Classificatie van vernietigingszones
De stralen van de vernietigingszones tijdens de explosie van het gas-luchtmengsel zijn bepaald volgens de methode beschreven in bijlage 2 PB 09-540-03.
De massa van de bij de explosie betrokken gas-dampstoffen (kg) wordt bepaald door het product
waarbij z het aandeel is van de gereduceerde massa waterstofsulfide dat betrokken is bij de explosie (voor GG is dit 0,5),
t is de massa waterstofsulfide in de kamer, kg.
TNT-equivalent kan worden gebruikt om het niveau van explosieblootstelling te beoordelen. Het TNT-equivalent van een explosie van een damp-gasmedium WT (kg) wordt bepaald volgens de voorwaarden voor de geschiktheid van de aard en mate van vernietiging tijdens explosies van damp-gaswolken, evenals vaste en vloeibare chemisch onstabiele verbindingen.
Voor gasdampomgevingen wordt het TNT-equivalent van een explosie berekend:
waarbij 0,4 de fractie is van de explosie-energie van het gas-dampmedium dat rechtstreeks wordt besteed aan de vorming van een schokgolf;
0,9 is de fractie van de explosie-energie van trinitrotolueen (TNT) die rechtstreeks wordt besteed aan de vorming van een schokgolf;
q" - specifieke calorische waarde van het damp-gasmedium, kJ/kg;
qT - specifieke explosie-energie van TNT, kJ/kg.
De vernietigingszone is het gebied met grenzen bepaald door de stralen R, waarvan het centrum het beschouwde technologische blok is of de meest waarschijnlijke plaats van drukverlaging van het technologische systeem. De grenzen van elke zone worden gekenmerkt door de waarden van overdrukken langs de voorkant van de schokgolf AR en dienovereenkomstig de dimensieloze coëfficiënt K. De classificatie van breukzones wordt gegeven in tabel 6.
Tabel 7. Het niveau van mogelijke vernietiging tijdens de explosieve transformatie van wolken van lucht-brandstofmengsels
| Schade zone klasse | ΔР, kPa | NAAR | Vernietigingszone | Kenmerken van het getroffen gebied |
| 1 | ≥100 | 3,8 | vol | Vernietiging en instorting van alle elementen van gebouwen en constructies, inclusief kelders, het overlevingspercentage van mensen; Voor administratieve - voorzieningengebouwen en controlegebouwen met gewone prestaties - 30%; Voor industriële gebouwen en structuren van conventioneel ontwerp - 0%. |
| 2 | 70 | 5,6 | sterk | De vernietiging van een deel van de muren en plafonds van de bovenste verdiepingen, de vorming van scheuren in de muren, de vervorming van de plafonds van de onderste verdiepingen. Mogelijk Beperkt gebruik van de resterende kelders na ontruiming van de ingangen. Overlevingspercentage van de mens: Voor administratieve en recreatieve gebouwen en controlegebouwen van conventioneel ontwerp - 85%: Voor industriële gebouwen en structuren van conventioneel ontwerp - 2% |
| 3 | 28 | 9,6 | medium | Vernietiging van voornamelijk secundaire elementen (daken, scheidingswanden en deurvullingen). Overlappingen storten in de regel niet in. Een deel van het pand is geschikt voor gebruik na het opruimen van het puin en het uitvoeren van reparaties. Overlevingspercentage van mensen: - voor administratieve gebouwen en managementgebouwen met gewone prestaties - 94%. |
| 4 | 14 | 28 | zwak | Vernieling van raam- en deurvullingen en scheidingswanden. Kelders en benedenverdiepingen zijn na puinruimen en dichten van openingen volledig geconserveerd en geschikt voor tijdelijk gebruik. Overlevingspercentage van mensen: - voor administratieve gebouwen en controlegebouwen met gewone prestaties - 98%; industriële gebouwen en constructies van conventioneel ontwerp - 90% |
| 5 | ≤2 | 56 | beglazing | Vernietiging van glasvullingen. Percentage overlevenden - 100% |
De straal van de vernietigingszone (m) wordt in algemene termen bepaald door de uitdrukking:
waarbij K een dimensieloze coëfficiënt is die de impact van een explosie op een object kenmerkt.
De resultaten van het berekenen van de stralen van de vernietigingszones tijdens de explosie van het brandstof-luchtmengsel in de kamer zijn weergegeven in tabel 7.
Tabel 7 - Resultaten van de berekening van de stralen van de vernietigingszones
Lijst met gebruikte bronnen
1. Beschastnov M.V. industriële explosies. Evaluatie en waarschuwing. - M. Scheikunde, 1991.
2. Veiligheid van het leven, Veiligheid van technologische processen en productie (Arbeidsbescherming): Handboek, Handleiding voor universiteiten / P.P. Kukin, V.L. Lapin, N, L. Ponomarev en anderen, - M.,: Hoger. schooljaar 2001,
3. PB 09-540-03 "Algemene explosieveiligheidsregels voor brand- en explosiegevaarlijke chemische, petrochemische en olieraffinage-industrieën".
4. GOST 12.1,010-76* Explosieveiligheid
5. NPB 105-03 "Definitie van categorieën gebouwen en gebouwen, buiteninstallaties in termen van explosie- en brandgevaar".
6. SNiP 23-01-99 Bouwklimatologie.
7. Brand- en explosiegevaar van stoffen en materialen en blusmiddelen. Ed. A. N. Baratova en A. Ya Korolchenko. M., Scheikunde, 1990. 8. Regels voor de installatie van elektrische installaties. Ed. 7e.