Определение взрывоопасности помещений при нахождении в них горючих газов или паров жидкостей

1 ЦЕЛЬ И ЗАДАЧИ РАБОТЫ

Цель работы: изучить процесс возникновения взрывоопасной ситуации.

Задачи работы: расчетом определить взрывоопасную концентрацию горючего газа или паров жидкости в заданном объеме (помещении, емкости, сосуде).

2 Теоретические сведения

Взрыв горючих смесей происходит не при любых соотношениях горючего вещества и окислителя, существуют нижний и верхний концентрационные пределы воспламенения смеси. При концентрации ниже нижнего концентрационного предела С_ниж смесь не способна воспламеняться из-за недостатка горючего, а при концентрации выше С _верх смесь не способна воспламеняться из-за недостатка кислорода (таблицы 1 - 5).

Таблица 1 – Характеристика горючих веществ

Наименование	Метан	Этиловый спирт	Ацетон
Химическая формула	СН4	С2Н6О	СН3СОСН3
Масса моля вещества, г	16	46	58
Температура кипения, ^оС	-161	78	56
Температура самовоспламенения, ^оС	537	423	465
Скорость распространения пламени, м/с			1,17
Удельная теплоемкость горючей смеси, Дж/(кг К)	1000	1050	1059
Теплопроводность горючей смеси, Дж/(м с К)	0,02	0,02	0,02
Плотность горючей смеси, кг/м^3	1,2	1,36	1,36

Таблица 2 - Распределение взрывоопасных веществ по категориям и группам

Категория взрывоопасной смеси	Вещества, образующие взрывоопасную смесь с воздухом, по группам
	Т1	Т2	Т3	Т4
1	Аммиак, метан, растворители Р-4, Р-5, РС-1	Растворители №646-649, РС-2, Р-40 и т.д.	Растворитель №651, топливо печное «А», уайт-спирит	Тетраметилдиаминометан
2	Ацетон, окись углерода, пропан	Бензин Б-95, бутан, спирт этиловый	Бензин А-66, А-72, Б-70. сероводород	Эфир
3	Этилен	Окись этилена
4	Водород	Ацетилен	Трихлорсилан	Сероуглерод

Таблица 3 - Группы взрывоопасных смесей (по ПИВРЭ)

Группа взрывоопасной смеси	Температура самовоспламенения, ^оС
Т1	Более 450
Т2	От 300 до 400
Т3	От 200 до 300
Т4	От 135 до 200
Т5	От 100 до 135

Таблица 4 – Пределы воспламенения газов и паровоздушных смесей

Горючее вещество	Объемная доля горючего вещества в газо- или паровоздушной смеси, %, при пределах воспламенения
	Сниж	Сверх
Ацетилен	2,5	81,0
Ацетон	2,55	12,8
Водород	4,0	75,0
Метан	5,0	15,0
Пропан	2,37	9,5
Этиловый спирт	3,28	19,0

Таблица 5 - Показатели пожаро- и взрывобезопасности горючих пылей

Вещество	Взвешенная пыль
	Нижний предел взрываемости, г/м^3	Температура самовоспламенения, ^оС
Алюминий	40	550
Мука древесная	11,2	430
Мука пшеничная	45,6	410
Пыль каменного угля	31,0	720

.

Наибольшая вероятность взрыва и ее мощность отмечаются тогда, когда в горючей смеси реагируют все молекулы горючего и окислителя (согласно химической формулы окисления). Такая концентрация горючей смеси называется стехиометрической.

Стехиометрическая концентрация рассчитывается по формуле:

где - стехиометрические коэффициенты горючего, кислорода и азота соответственно.

С техиометрические коэффициенты определяются из уравнения окисления (горения) веществ. Например, для метана СН₄ уравнение имеет вид:

где - коэффициенты продуктов окисления.

Если в воздухе находится 21 % кислорода и 78 % азота, то отношение к будет:

/ = 78/21 = 3,76. (4)

Это отношение называется кислородным эквивалентом.

В уравнении (3) на две молекулы кислорода приходится 7,52 частей молекул азота, поэтому для метана уравнение (3) имеет вид:

где стехиометрические коэффициенты m_r = 1, = 2, = 7,52.

Стехиометрическая концентрация для метана

г де С_стCH4 - стехиометрическая концентрация для метана, %.

Аналогичным образом может быть рассчитана стехиометрическая концентрация для паров легковоспламеняющихся жидкостей (ЛВЖ). Например, для ацетона СН₃СОСН₃ уравнение (3) имеет вид:

с техиометрическая концентрация:

Е сли легковоспламеняющаяся жидкость испаряется в замкнутом объеме (закрытом помещении, сосуде и т.п.), то можно рассчитать концентрацию паров по формуле:

где С – концентрация паров легковоспламеняющейся жидкости, %;

– объем горючей жидкости, испаряющейся в помещении, сосуде, мл;

– объем моля горючей жидкости, л;

(при температуре 20 ^оС и давлении 0,1 МПа объем моля равен 24 л);

- плотность горючей жидкости, кг/л;

– масса моля горючей жидкости, г;

– объем помещения, сосуда и т.п., где испаряется горючая жидкость и происходит взрыв, л.

При достижении стехиометрической концентрации паров ЛВЖ смесь становится очень взрывоопасной. Избыточное давление взрыва в закрытом помещении или сосуде может быть определено как произведение начального давления горючей смеси на отношение действительной температуры горения к начальной температуре смеси, взятых по шкале Кельвина.