Пожарная безопасность технологических процессов

Размещено на http://www.allbest.ru//

Размещено на http://www.allbest.ru//

МИНИСТЕРСТВО РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ ПО ДЕЛАМ

ГРАЖДАНСКОЙ ОБОРОНЫ, ЧРЕЗВЫЧАЙНЫМ СИТУАЦИЯМ

И ЛИКВИДАЦИИ ПОСЛЕДСТВИЙ СТИХИЙНЫХ БЕДСТВИЙ

ФГБОУ ВО Воронежский институт-филиал Ивановской пожарно-спасательной академииГПС МЧС России

Кафедра пожарной безопасности технологических процессов

КОНТРОЛЬНАЯ РАБОТА

По дисциплине «Пожарная безопасность технологических процессов»



Задача 1

Горючий газ находится в герметичном аппарате при температуре и атмосферном давлении (вид газа и значение параметров приведены в таблице 1.1). Необходимо рассчитать:

а. Концентрационные пределы распространения пламени с учетом рабочей температуры в аппарате.

б. Безопасные концентрации, при которых исключается возможность воспламенения паровоздушной смеси в аппарате

в. Определить вероятность образования горючей среды в аппарат, при известной рабочей концентрации.

пожарная безопасность пламя горючий

ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ

Таблица 1.1 Варианты	Газ	Рабочая температура tр,	Рабочая концентрация цр,%	Концентрационные пределы распространения пламени при t = 25 оС
	цн, % цв, %
	Ацетилен	30	82	2,5	81

Решение:

а. При температурах (t) в диапазоне от 25 до 150 0С нижний (?нt) и

верхний (?вt) концентрационные пределы распространения пламени (в % об.)

следует рассчитывать по формулам:

где цн25 - значение нижнего концентрационного предела распространения пламени при температуре 25 оС;

цв25 - значение верхнего концентрационного предела распространения пламени при температуре 25 оС.

При температуре 25 оС значения концентрационных пределов распространения пламени соответственно равны: цн25 = 2,5 %, цв25 = 81,5 %. При рабочей температуре в аппарате tр = 30 єС величины КПР будут составлять:

б. Взрывобезопасные концентрации ацетилен определяем по формулам (2.45) и (2.46):

в. Условия для образования горючей среды в герметичном аппарате:

2,5следовательно горючей среды в аппарате нет

цн ? цр ? цв

Задача 2

Горючая жидкость находится в аппарате при температуре и атмосферном давлении (вид жидкости и значение параметров приведены в таблице 2).



ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ

Таблица 2 Вариант	0.
Вещество	Аллиловый спирт
Рабочая темпра tр, 0С	27
Температура	tн, 0С	21
tв, 0С	53
Концент t = 25 оС	цн, %	2,5
цв, %	18

-При нахождении жидкости в аппарате емкостного типа определить:

а. Вероятность образования горючей среды в аппарат.

б. Безопасные условия эксплуатации аппарата.

- При нахождении жидкости в дышащем аппарате определить:

а. Насыщенную концентрацию паров.

б. Взрывобезопасные условия эксплуатации аппарата.

в. Условие образования ВОК (при неподвижном уровне жидкости и в случае подвижного уровня жидкости).

Решение:

а. При нахождении жидкости в аппарате емкостного типа:

- Вероятность образования горючей среды в аппарате емкостного типа определяется условием: tр ? tвсп , где tр - рабочая температура жидкости; tвсп (от) - температура вспышки в открытом тигле.

tвсп (от) для аллилового спирта 530С

Сравним рабочую температуру с температурой вспышки:

27 ? 53.

ВОК будет образовываться

Безопасные условия эксплуатации аппарата определяем из выражения:

, где = 35 °С - запас надежности к температуре вспышки.

б. При нахождении жидкости в дышащем аппарате

Насыщенную концентрацию паров:

В аппаратах с длительно хранящимися жидкостями концентрация паров близка к насыщенной, т.е.

цр цs.

Концентрацию насыщенных паров цs при рабочей температуре жидкости, определяют по формуле 2.28:

;

Ps -давление насыщенного пара жидкости при рабочей температуре, Па, которое можно найти по формуле:

, Па.

где А, В и СА - константы уравнения Антуана, зависящие от свойств жидкости, принимаемые по справочнику.

,

Взрывобезопасные условия эксплуатации аппарата.

При температурах (t) в диапазоне от 25 до 150 0С

концентрационные пределы распространения пламени (в % об.) следует

рассчитывать по формулам:

где цн25 - значение нижнего концентрационного предела распространения пламени при температуре 25 оС;

цв25 - значение верхнего концентрационного предела распространения пламени при температуре 25 оС.

При температуре 25 оС значения концентрационных пределов распространения пламени для ацетона соответственно равны: цн25 = 2,5 %, цв25 = 18 %. При рабочей температуре в аппарате tр = 27 єС величины КПР будут составлять:

Взрывобезопасные концентрации ацетона определяем по формуле:

Условие образования ВОК при неподвижном уровне жидкости

tн ? tр ? tв

где tнп и tвп - нижний и верхний температурные пределы распространения пламени, соответствующие нижнему и верхнему концентрационным пределам распространения пламени.

Для ацетона: tнп = 21 С и tвп = 53 С.

21 ? 27 53 - ВОК в дышащем аппарате с неподвижным уровнем жидкости не образуется.

Условие образования ВОК с подвижным уровнем жидкости 2.36:

цs ? цн ,

3.2 ? 2,6 - ВОК есть.

Или

взрывоопасная концентрация паров в «дышащем» аппарате с подвижным уровнем жидкости образуется при выполнении условия 2.37:

t р t воспл.

53 ? 27.



Задача 3

При окраске методом окунания изделия погружают в ванну с лакокрасочным материалом (ЛКМ). Площадь поверхности испарения ванны 3м2. Определить количество испарившегося с поверхности ЛКМ растворителя за час работы и оценить объем взрывоопасной зоны, которая может образоваться над ванной при отсутствии движения воздуха над ее поверхностью. Вид, температуру растворителя ЛКМ и воздуха (tв = tp) принять по табл. 3 (пожароопасные свойства ЛКМ принять по растворителю; температуру воздуха в помещении принять равной температуре растворителя).

ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ

Таблица 3 Варианты	Растворитель	tр, оС	Dо ?10-6 коэффициент диффузии при температуре tо, м2/с	n - показатель степени
0.	диэтиловый эфир	30	7,72	2,14

Решение:

Массу испарившейся с поверхности пролива жидкости (не нагретой выше температуры окружающей среды) m и в движущуюся или неподвижную среду допускается определять из выражения:

где - коэффициент, зависящий от температуры и скорости воздушного потока в помещении, численные значения приведены в таблице 2.1.

Молярная масса диэтиловый эфир =74,12.

В связи с отсутствием подвижности среды коэффициент =1.

по условия принята равной 3м2.

Ps -давление насыщенного пара жидкости при рабочей температуре, Па, которое можно найти по формуле 2.29:

, Па.

где А, В и СА - константы уравнения Антуана, зависящие от свойств жидкости, принимаемые по справочнику.

,

Следовательно

h0 - расстояние от поверхности испарения до плоскости, где концентрация паров равна нулю, м.

Величина h0 зависит от продолжительности испарения:

где D - коэффициент диффузии, м2/с; ф - продолжительность испарения, с.

Для ацетона D0 = 7.72* м2/с, показатель диффузии n = 2.14.

Значение коэффициента диффузии газа или пара в воздух при рабочей температуре, tр определяют по формуле:

=.

h=

Для определения высоты зоны ВОК и ее объем необходимо сравнить концентрацию насыщенного пара с нижним и верхним концентрационными пределами воспламенения пламени.

цs? цв ; (0,3218.4).

В этом случае зона ВОК находится на определенном расстоянии от поверхности жидкости hв и простирается вверх до места, где ц = цн. В этом случае зона ВОК и ее размеры по вертикали также непрерывно увеличиваются во времени.

h=



Задача 4

Дать заключение о горючести среды в резервуаре с ЛВЖ и найти (оценить) объем взрывоопасной зоны вблизи его дыхательного устройства, если в течение часа произошло:

- одно большое дыхание (при начальном уровне жидкости в аппарате 50м3);

- и одно малое дыхание при повышении температуры в резервуаре на 10 оС.

Объем резервуара Vр, степень его заполнения е, вид ЛВЖ и ее температуру tp принять по табл. 4. Давление в резервуаре - атмосферное.

ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ

Таблица 4 Варианты	Растворитель	tр, оС	Vp, м3
0.	диэтиловый эфир	10	500	0,85

Решение

- Большое дыхание:

Массу паров жидкости mпб, выходящих из сообщающегося с атмосферой аппарата за один цикл большого «дыхания» (аппарат заполняется жидкостью, при этом p1 = p2 = p раб, T1 = T2 = Tраб, цп1 = цп2 = цп ) , определяют из выражения 2.41:

;

где

mпб - потери паров при большом дыхании, кг; Vж - объем жидкости, поступающей в аппарат, мі(зная объем аппарата и степень его заполнения можно определить объем жидкости Vсв?е); pбар - атмосферное давление, Па; Tраб - рабочая температура жидкости (10+273), К.

-количество вытесняемой из аппарата паровоздушной смеси или количество закачиваемой в аппарат жидкости, м3;

V1 = 0,85•500 = 425 м3;

V2 = 50 м3.

Pраб =1* Па.

Tраб = 10+273 = 283 К - температура в резервуаре.

Мп = 74,12 - молекулярный вес паров диэтиловый спирт.

R = 166,69Дж/(кмоль*К).

Концентрацию насыщенных паров цs при рабочей температуре жидкости, определяют по формуле 2.28:

;

Ps -давление насыщенного пара жидкости при рабочей температуре, Па, которое можно найти по формуле:

, Па.

где А, В и СА - константы уравнения Антуана, зависящие от свойств жидкости, принимаемые по справочнику.

;

Т.О. mпб = (425-50)

Размеры зон ВОК оценивают по формуле:

Для бензола цн = 0,0206 об. доли, Кб.н - коэффициент запаса надежности, обычно принимаемый равным 2.

VВОК = (m/цн*) Кб.н.

Для пересчета концентрации паров или газов, в том числе концентрационных пределов распространения пламени, из объемных долей в килограммы в кубическом метре используют формулу:

где ц* - концентрация в кг/м3,цн - концентрация в объемных долях,; кг/м3; М = 74.12 - масса кмоля бензола кг/кмоль; Vt - объем кмоля газа или пара (м3/кмоль) при рабочих условиях, определяемый по формуле:

V0 =22,41 м3/кмоль - объем кмоля газа (пара) при нормальных физических условиях.

VВОК = (424,5/0,06)2 = 14150м3

Малое дыхание:

Массу паров жидкости mпм, выходящих из сообщающегося с атмосферой аппарата за один цикл малого «дыхания» (изменяется температура паровоздушной смеси, при этом V1 = V2 = Vсв, p1 = p2 = p раб)

mпм - потери паров при малом дыхании, кг; Vсв - свободный объем (объем паровоздушной среды), мі.

Vсв = 0,85•500 = 425 м3;

Pраб =1* Па.

T1 = 10+273 = 283 К - температура в резервуаре.

T2 = 20+273 = 293 К - температура в резервуаре.

Мп = 74,12 - молекулярный вес паров диэтиловый спирт.

R = 166,69Дж/(кмоль*К).

Концентрацию насыщенных паров цs при рабочей температуре жидкости до повышения температуры, определяют по формуле 2.28:

;

Ps -давление насыщенного пара жидкости при рабочей температуре, Па, которое можно найти по формуле:

, Па.

где А, В и СА - константы уравнения Антуана, зависящие от свойств жидкости, принимаемые по справочнику.

;

Концентрацию насыщенных паров цs при рабочей температуре жидкости до повышения температуры, определяют по формуле 2.28:

;

Ps -давление насыщенного пара жидкости при рабочей температуре,

Па, которое можно найти по формуле:

, Па.

где А, В и СА - константы уравнения Антуана, зависящие от свойств жидкости, принимаемые по справочнику.

;

Задача 5

Определить среднеобъемную концентрацию горючего газа в производственном помещении, вследствие утечек газа из работающего под давлением герметичного оборудования.

Помещение размером LxSxH (длина х ширина х высота)оборудовано приточно-вытяжной вентиляцией с кратностью воздухообмена А. В технологическом процессе используется новая аппаратура. Вид горючего вещества в технологической системе, рабочее давление рр, температура tр, суммарный свободный объем аппаратуры Vсв, заполненной горючим газом принять по таблице 5. Продолжительность работы оборудования 3600с.



ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ

Таблица 5 Варианты	Газ	Рабочее давление рр, МПа	Рабочая температура tр,	Свободный объем аппаратуры Vсв, м3	Кратность воздухообмена А, ч-1	LxSxH,м
0.	Ацетилен	0,2	15	25	2	10x20x3

Решение:

Среднеобъемная концентрация горючего газа в воздухе производственного помещения при наличии воздухообмена определяется по формуле:

У - суммарная масса газов или паров, поступающих в помещение из всего технологического оборудования, кг;

Vcв - свободный объем помещения:

Vcв = 0,8 L*S*H = 0,8*10*20*3 = 480 м3 .

Интенсивность утечек паров и газов из работающего под давлением герметичного оборудования через капиллярные каналы в прокладках, сальниках, сварных швах и других местах на аппаратах и трубопроводах определяют по формуле:

Ки - коэффициент, учитывающий степень износа оборудования, т.к. оборудование новое Ки =1;

Кр - коэффициент, зависящий от давления среды в аппарате; значения Кр приведены в таблице 2.2 (теоретическая часть):

Для определения коэффициента Кр при рабочем давлении рр = 0,2 МПа, определим значение этого коэффициента при:

рр = 2?105 Па Кр = 4,61?10-5;

рр = 7?105 Па Кр = 5,06?10-5.

На ограниченном отрезке 2?10-5 - 7?10-5 Па можно принять линейный закон изменения величины Кр и использовать метод линейной интерполяции для его определения при рр = 5?105.

Кр = 4,61?10-5 +(5?105 - 2?105)*

Интенсивность утечек аммиака:

I=1*6.84*10*25

Массу выделяющихся из герметичного оборудования газов или паров за определенный период работы определяют по формуле 2.41:

Тогда среднеобъемная концентрация горючего газа в воздухе производственного помещения при наличии воздухообмена равна:

.



Задача 6

Горючая жидкость подавалась по двум трубопроводам в аппарат. Объем аппарата Vап = 100м3, степень заполнения жидкостью е = 0,95, ее температура tж, диаметр трубопроводов и расход насосов q1 и q2 приведены в таблице 6. Расстояние от аппарата до задвижек на трубопроводах 10 м. Коэффициент расхода принять равным 0,6. Аварийные ситуации ликвидированы через 900 с.

Определить:

- количество выходящей наружу горючей жидкости и массу образующихся паров при локальном повреждении аппарата (диаметр отверстия при повреждении (dотв, мм) принять по таблице), с учетом выхода жидкости самотеком;

- количество выходящей наружу горючей жидкости и массу образующихся паров при локальном повреждении аппарата, с учетом хранения жидкости под давлением (численные данные по давлению (Рр, МПа) в аппарате принять по таблице). Испарение происходит в подвижную среду воздуха (скорость движения воздуха над поверхностью испарения 0,5 м/с);

- общее количество ЛВЖ, выходящей при полном разрушении аппарата и размер зоны, ограниченной НКПР паров.

ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ

Таблица 6 Варианты	Жидкость	dотв, мм	Рр,МПа	tж, оС	q1, м3/ч	q2, м3/ч	dтр, см	Нж,м
0.	Аллиловый спирт	1,5	0,3	10	1,0	1,5	25	1

Массу выходящих наружу жидкости при локальном повреждении аппарата mл определяют по формуле:



mл = б*f*w*с*ф,

где

б - коэффициент расхода, который по условию задачи равен 0.6;

f - сечение отверстия, через которое вещество выходит наружу, м2,

w - скорость истечения вещества из отверстия м/с,

с - плотность вещества, кг/м3;

ф - время истечения, которое равно времени ликвидации аварии (25минут).

f - сечение отверстия, через которое вещество выходит наружу круглое, поэтому

f = р(dотв)2/4 =3,14?(1,5?10-3)2/4=1,1775м2

Плотность алиловый спирт с = 854кг/м3. оС.

ф - время истечения, которое равно 900с.

Скорость истечения вещества W определяется по формуле

При выходе жидкости самотеком:

Hпр = H,

Тогда масса жидкости вышедшей при аварии составит:

mл = 0,6*1,1775*4,47*854*900= 2,42кг = 2,5л.

1л ацетона разливается на 1м2, следовательно 2,5л разольется на 2,5 м2

Количество испарившейся со свободной поверхности жидкости в неподвижную среду определяют по формуле:

mи = W?ф?Fисп

Скорость испарения для помещений определяется по формуле:

W=1*

з - коэффициент, учитывающий скорость и темпер атуру воздушного потока в производственном помещении над поверхностью испарения (значения принимаются по таблице 2.1) з = 1.

Молекулярная масса ацетона М = 58.08 кг/кмоль;

Ps -давление насыщенного пара жидкости при рабочей температуре, Па, которое можно найти по формуле 2.29:

, Па.

где А, В и СА - константы уравнения Антуана, зависящие от свойств жидкости, принимаемые по справочнику.

;

Локальное повреждение с учетом выхода жидкости под давлен ием

Давление в аппарате 0,3МПа. Испарение происходит в подвижную среду воздуха (скорость движения воздуха над поверхностью испарения 0,5 м/с)

Массу выходящих наружу жидкости при локальном повреждении аппарата mл определяют по формуле:

mл = б*f*с*ф,

где

б - коэффициент расхода, который по условию задачи равен0.6;

f - сечение отверстия, через которое вещество выходит наружу, м2,

w - скорость истечения вещества из отверстия м/с,

с - плотность вещества, кг/м3;

ф - время истечения, которое равно времени ликвидации аварии (25минут).

f - сечение отверстия, через которое вещество выходит наружу круглое, поэтому

f = р(dотв)2/4 =3,14?(1,5?10-3)2/4=1,1775м2

При выходе жидкости самотеком.

При работе аппарата под давлением :

Hпр = Pр.и./ сж *g + Hж,

где ср.и - избыточное давлении среды в аппарате над поверхностью жидкости, Па (Pр.и = Pр - 1•105Па; здесь Рр - абсолютное рабочее давление среды в аппарате, Па).

Pр.и = Pр - 1•105.

Рабочее давление Рр по условию задачи равно 0,3МПа, переведем в Па, получаем 4?10 5Па.

Pр.и = Pр - 1•105=3?10 5 - 1•105 = 2•105Па;

Hпр = Pр.и./ сж g + Hж=2•105/854?9,81 + 1 = 2,38м;

Тогда масса жидкости вышедшей при аварии составит:

mл = 0,6*1,17*6,8*854*900= 3,6кг.

Определим объем вышедшей жидкости:

Vж= m/с =3,6/854 = 0,0042м3 = 4,2л

1л ацетона разливается на 1м2, следовательно 4,2л разольется на 4,2 м2

Количество испарившейся со свободной поверхности жидкости в неподвижную среду определяют по формуле:

mи = W?ф?Fисп.

Скорость испарения для помещений определяется по формуле:

W=1*

з - коэффициент, учитывающий скорость и темпер атуру воздушного потока в производственном помещении над поверхностью испарения (значения принимаются по таблице 2.1) з = 3,6.

Молекулярная масса спирта М = 58,08 кг/кмоль;

Ps -давление насыщенного пара жидкости при рабочей температуре, Па, которое можно найти по формуле 2.29:



, Па.

где А, В и СА - константы уравнения Антуана, зависящие от свойств жидкости, принимаемые по справочнику.

;

Полное разрушение:

Массу горючих веществ, выходящих наружу при полном разрушении аппарата mп, определяют по формуле 3.14:

mп=mап+mтр1+mтр2,

где man - масса веществ, выходящих из разрушенного аппарата, кг;

Для аппаратов с жидкостями или сжиженными газами массу горючих веществ (после преобразования выражения (1)) определяют по формуле 3.15:

Находим неизвестные:

Van= 100м3 - по условию;

=0,95 - по условию;

Van?=100?0,95=95кг

Так как жидкость подавалась по двум трубопроводам, то до момента отключения задвижек

q1?ф1+ q2?ф2=1*0.25+1.5*0.25=0.625

Где q1 = 1,0 м3/ч; q2 =1,5 м3/ч; ф1 = ф2= 900с = 0,25часа, тогда:

После отключения задвижек:

=1(10*1.7)=17

f - сечение отверстия, через которое вещество выходит наружу круглое, поэтому:

f = р(dотв)2/4 =3,14?(1.5)2/4=1.7 м2.

mи = W*ф*Fисп =224644*1?10-6?7,6*1,2*103?900 = 184,3кг.

Плотность пара определим по формуле

R=3.1501*

Задача 7

Определить по условию интенсивность теплового излучения для двух случаев пожара:

пожара пролива;

огненного шара.

Определить:

- количество выходящего из аппарата газа при его локальном повреждении (диаметр отверстия в стенке аппарата dотв) и время нарастания горючей концентрации при наличии воздухообмена в помещении.

-общее количество горючего газа, выходящего при полном разрушении аппарата и размер зоны, ограниченной НКПР газов, при аварийной разгерметизации.



ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ

Таблица 7 Варианты	Газ	LxSxH,м	dотв, мм	Рр, МПа	V,м3	n, 1/ч	q1, м3/ч	q2, м3/ч	dтр, см	Показатель адиабаты 15
0.0 0.	Бутан	10x20x3	30	0,7	70	4	1,0	1,5	25	1,11

Решение:

Время аварийного опорожнения цилиндрического постоянного по высоте сечения аппарата определяется по формуле 4.3:

F/опор 1* 2*2F /f 2g H *H ,

где

F - площадь поперечного сечения аппарата, которая определяется по

формуле:

F = р?D2/4 = 3,14 ? 2,42/4 =4,5 м2;

площадь сечения сливного трубопровода:

f = р?D2/4 = 3,14 ? 0,082/4 = 0,005м2.

- коэффициент расхода системы, равный 0,3

g - ускорение свободного падения, принимаемый равным 9,81м/с;

Н1 - в начале слива;

Н2 - в конце слива (перепад высоты аварийного трубопровода) равный 2 м;

Зная высоту аппарата, из которого происходит аварийный слив и степень его заполнения можно найти высоту жидкости в аппарате:



h = Нап.?Е = 2,2 ?0,9 = 1,98 м;

Н1 = Н2+ h = 1,98 + 2 = 3,98м.

Для расчета все данные есть, подставим их в первую формулу

= 714,28 + 300 = 1014,28 =16,9 минут, что

превышает допустимую продолжительность аварийного режима.

Ответ: ав.сл = 16,9 минут, что превышает допустимую

продолжительность аварийного режима.

Задача 8

Определить время аварийного опорожнения цилиндрического постоянного по высоте сечения аппарата путем выдавливания жидкости и продолжительность аварийного слива.

ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ

Таблица 10 Варианты	Жидкость	диаметр аппарата D, м	высота аппарата H, м	Степень заполнения, Е	Диаметр сливного трубопровода, d, см	Перепад высоты трубопровода ДН, м
0.	Бензол	2,0	1,6	0,9	6	0,7

Решение:

Продолжительность опорожнения (под давлением инертной среды)

постоянного по высоте сечения аппарата определяют по формуле 4.2:



где

F - площадь поперечного сечения аппарата, которая определяется по

формуле:

F = р?D2/4 = 3,14 ? 2,42/4 =4,5 м2.

Площадь сечения сливного трубопровода:

f = р?D2/4 = 3,14 ? 0,082/4 = 0,005м2.

- коэффициент расхода системы, равный 0,3

g - ускорение свободного падения, принимаемый равным 9,81м/с;

Н1 - в начале слива;

Н2 - в конце слива (перепад высоты аварийного трубопровода) равный 2 м;

Зная высоту аппарата, из которого происходит аварийный слив и степень его заполнения можно найти высоту жидкости в аппарате:

h = Нап.?Е = 2,2 ? 0,9 = 1,98 м;

Н1 = Н2+ h = 1,98 + 2 = 3,98м.

Для расчета все данные есть, подставим их в первую формулу:

=

ав.сл опор оп ав.реж 385,7+ 300 = 685,7 = 11минут, что не

превышает допустимую продолжительность аварийного режима.

Ответ:ав.сл = 685,7 = 11минут, что не превышает допустимую

продолжительность аварийного режима.

Задача 9

Определить расчетом время аварийного выпуска горючих газов из аппарата и обосновать выполнимость условия безопасности при сбросе газа в атмосферу.

Таблица 12. Варианты	Газ	dтр, см	Рр, МПа	V, м3	n, 1/ч	Показатель адиабаты k для газов при температуре 15
0.	Бутан	30	0,7	700	4	1,11

Решение:

Основным расчетным параметром сухих огнепреградителей является диаметр канала огнепреграждающего элемента d, который должен удовлетворять условию 4.19:

d ? dкр/Кб,

Кб - коэффициент безопасности, который принимают равным 2.

Составим стехиометрическое уравнение сгорания 1 моль горючего вещества в воздухе.



С3Н8 +5(О2 + 3,84 N2) = 3 CO2 + 4H2O + 5?3,84 N2;

Определим концентрацию компонентов в исходной смеси:

цг = 1/ (1 + mО2 + mN2), об. Доли

mО2 и mN2 - количество молей кислорода и азота в исходной смеси; цв - воздуха

цв = 1 - цг;

цг = 1/ (1 + 5 (1+ 3,84)) = 0,0397 (3,97%);

цв = 1 - 0,0397 = 0,0603 (6,03%).

По табличным данным находим:

- коэффициенты теплопроводности горючего газа и воздуха при температуре 20 :

для пропана лг = 1,9 ?10-2 Вт/м?К;

для воздуха лв = 2,59?10-2 Вт/м?К.

- удельные теплоемкости:

для пропана Срг = 1,667 кДж/ кг?К;

для воздуха Срв = 1,005 кДж/ кг?К.

Рассчитываем коэффициенты теплопроводности и удельную теплопроводность исходной смеси по формуле 4.21:

л = цг? лг + (1- цг) лв = 0,0397?1,9 ?10-2 +(1-0,0397) 2,59?10-2 =2,51?10-2 Вт/м?К.

Для нахождения удельной теплопроводности смеси найдем молярные теплоемкости пропана и воздуха по формуле 4.22:



срг = Срг? Мг = 1.667?44,1 = 75,5 кДж/ кмоль?К;

срв = Срв? Мв = 1,005 ? 29 = 29,1 кДж/ кмоль?К;

ср = цг? срг + (1- цг) срв = 0,0397?75,5 + (1 - 0,0397) ? 29 = 30, 9 кДж/ кмоль?К.

По табличным данным находим нормальную скорость распространения пламени для пропана u, которая равна 0,39 м/с.

Рассчитываем критический диаметр каналов в слое гранул (гравия) по формуле 4.20:

dкр = 65R (tp+273) л/ u срp,

где R =8,31 Дж/(моль?К) - универсальная газовая постоянная;

tp - температура исходной смеси;

л - коэффициент теплопроводности исходной смеси, Вт/м?К;

u - нормальную скорость распространения пламени, м/с;

ср - удельная теплоемкость исходной смеси при постоянном давлении, Дж/ моль?К;

р - давление исходной смеси.

=65?8,31?(15+273) 2,51?10-2/ 0,39?30, 9?1?105 = 0,003м = 3мм.

d = dкр/Кб = 0,003/2 = 0,0015м = 1,5мм

Находим диаметр гранул (гравия) dгр по таблице 4.1 (теоретическая часть) исходя из диаметра каналов:

dгр = 2,5мм.

Ответ: dгр = 2,5мм.

Размещено на Allbest.ru

...