Взрыв газовоздушной и пылевоздушной смесей в помещении

В основе вычислений давления при взрыве газовоздушной смеси в замкнутом объеме лежит уравнение состояния

                                                                                                   (5.38)

где P - давление взрыва, атм; М - масса взрывчатого вещества, кг; V - объем, м³; Т - температура взрыва, К; N - число молей газообразных продуктов, образующихся при взрыве 1кг взрывчатого вещества; R - газовая постоянная: R=1.99 кал/моль × град=0.082 (литр × атм)/(моль × град).

На базе уравнения (5.38) получено соотношение

                                              ,                                              (5.39)

где Р₀, Р - начальное давление газовоздушной смеси и давление при взрыве, атм. (1 атм=101.3 кПа);

Т₀, Т -     начальная температура смеси и температура взрыва, К;

N₀, N - число молей смеси и число молей продуктов взрыва соот-ветственно.

Максимальное давление взрыва, как отмечалось неоднократно, имеет место при стехиометрической концентрации горючей примеси r _п.стх., определяемой по соотношению (5.27). При изменении концентрации r в диапазоне от НКП до ВКП давление взрыва при r _п < r _п.стх. и r _п.> r _п.стх. меньше, чем при r _п. = r _п.стх. (на практике максимальное давление взрыва имеет место при концентрации, несколько превышающей стехиометрическую). Для определения давления по формулам (5.38) и (5.39) необходимо знать реакцию взрывчатого превращения ГВС и температуру взрыва.

При взрыве ГВС, содержащей газы вида С _a H_b, реакция взрывчатого превращения имеет вид (1.39).

Температура взрыва вычисляется по соотношению Q_v = T, где Q_v – теплота взрыва, средняя теплоемкость продуктов взрыва при изменении температуры от начальной Т₀ до температуры взрыва Т; n_i - число молей i-го продукта взрыва;  - его теплоемкость.

В качестве примера определим максимальное давление взрыва пропано-воздушной смеси в замкнутом объеме при стехиометрической концентрации горючей примеси. Реакция взрывчатого превращения такой смеси имеет вид:

Среднюю теплоемкость полученных в ходе реакции взрывчатого превращения продуктов взрыва можно оценить по приближенным соотношениям (2.24)

Подсчитаем теплоемкости продуктов взрыва:

                  3 CO₂           3·(9 + 0.00093t) = 27 + 0.00279t

                  4 H₂O           4·(5.96 + 0.00135t) = 23.84 + 0.0054t

                  18.8 N₂        18.8·(4.96 + 0.0006t) = 93.25 + 0.01128t    

                  Всех продуктов                                  144.1 + 0.01947t    

Теплота взрыва пропана Q_v = 46.4 МДж/кг = 2042 кДж/моль = 487·10³ кал/моль.

Получаем уравнение:

 

0.01947t² + 144.1t – 487·10³ = 0

Отсюда

 

Так как температура взрыва T=t + 273°, получаем Т=2510 + 273 ≈ 2780К.

По приведенной выше реакции взрывчатого превращения пропано-воздушной смеси находим N₀ = 24.8; N = 25.8. Положим в соотношении (5.39) значения P₀=101.3 кПа, T₀ = 288 K, тогда давление рассматриваемого взрыва оценивается величиной

;

При взрыве в производственных и жилых помещениях давление Р ослабляется вследствие наличия оконных и дверных проемов и неполного участия горючей смеси во взрыве. Давление взрыва в этом случае определяется по приближенному соотношению

                                                                                             (5.40)

Здесь  – избыточное давление взрыва, кПа; М – масса горючего газа или паров легковоспламеняющихся и горючих жидкостей, вышедших в результате аварии в помещение, кг ; Q_v– теплота взрыва горючего вещества, кДж/кг; P₀, ρ₀, T₀ - давление в кПа, плотность в кг/м³, температура воздуха в помещении в º K до взрыва соответственно; C_p – удельная теплоемкость воздуха (C_p =1.01 кДж/кг·град.); V₀ – свободный объем помещения, м³; коэффициенты α=0.5, χ =3.

В соотношении (5.40) коэффициент α учитывает долю горючего вещества, участвующего во взрыве, коэффициент χ - негерметичность помещения.

Соотношение (5.40) используется также при оценке давления взрыва аэрозолей и горючих пылей.

При взрыве аэрозолей под величинами М, Q_v в этом соотношении подразумевают массу в кг. и теплоту взрыва в кДж/кг горючего вещества в составе аэрозоля; величины P₀, ρ₀, T₀, V₀, C_p сохраняют прежние значения; коэффициенты α=0.3, χ=3. Значения Q_v  в важных частных случаях образования аэрозолей таким топливом как бензин , керосин, мазут, нефть составляют 42·10³, 44·10³, 39.8·10³, 42·10³  кДж/кг соответственно.

При взрыве горючих пылей под величинами M, Q_v понимают массу в кг и теплоту взрыва в кДж/кг горючей пыли, величины P₀, ρ₀, T₀, V₀, C_p имеют прежний смысл, коэффициенты α=0.5, χ=3.

Значения теплоты взрыва горючих пылей Q_v приведены в табл. 33 [9].

Таблица 33

⇐ Предыдущая234567891011Следующая ⇒

Поделиться: