Взрывы газопаровоздушных (гпвс) и

Пылевоздушных (ПВС) смесей в

Производственных помещениях

Наиболее типичными аварийными ситуациями при прогнозировании последствий взрывов в производственных помещениях считаются: разрушение аппарата или трубопровода со смешанными газами или жидкостями; потеря герметичности трубопроводов (разрыв сварного шва, прокладки, отрыв штуцера); разлив жидкостей по полу помещения или по рельефу местности; образование или выброс горючей пыли. В этом случае газо-, паро-, пылевоздушная смесь займет частично или полностью весь объем помещения. Затем этот объем заменяется расчетной сферой (в отличие от полусферы в открытом пространстве), радиус которой определяется с учетом объема помещения, типа и массы опасной смеси. При прогнозировании последствий считают, что процесс в помещении развивается в режиме детонации.

Расчетные формулы, используемые при расчете последствий взрывов ГПВС.При взрыве газо-паровоздушных смесей зону детонационной волны, ограниченную радиусом , можно определить по формуле (3.1):

, м, (3.1)

где – радиус действия детонационной волны, м;

– коэффициент, м/кДж^1/3;

Э – энергия взрыва смеси, кДж.

, кДж, (3.2)

где – объем смеси, м³;

– плотность смеси стехиометрического состава, кг/м³;

– энергия взрывчатого превращения единицы массы смеси стехиометрического состава, кДж/кг.

, (3.3)

где – объем газа в помещении, м³;

С – стехиометрическая концентрация горючего по объему, %.

При объеме ГПВС ( ) более объема помещения ( ) объем смеси ( ) принимают равным свободному объему помещения ( ).

, м³. (3.4)

Для оперативного прогнозирования последствий взрыва в производственных помещениях расчеты целесообразно проводить для случая, при котором будут максимальные разрушения, то есть когда свободный объем помещения, где расположены емкости с газом, будет полностью заполнен взрывоопасной смесью стехиометрического состава. Тогда уравнение (3.2) по определению энергии взрыва можно записать в виде:

, кДж , (3.5)

Далее принимается, что за зоной детонационной волны с давлением 17 кгс/см², действует ВУВ. Давление во фронте ударной волны зависит от расстояния до центра взрыва, которое можно определить по формуле (2.4).

Пример: Требуется определить избыточное давление во фронте ударной волны ( ) ГПВС на расстоянии ( ) 30 м от контура помещения при разрушении его ограждающих конструкций. Произошел взрыв этилено-воздушной смеси при разгерметизации технологического блока внутри производственного помещения (размеры цеха: длина – 25 м, ширина – 15 м, высота – 4 м).

Исходные данные:

– вещество, характеризующее смесь – этилен (ВВ);

– размеры цеха: а – 25 м, b – 15 м, h – 4 м;

– расстояние от контура помещения, – 30 м.

Определить:

– избыточное давление во фронте ударной волны – .

Расчет:

1. Находим по прил. 2 значения ; ; С:

этилен – = 1,285 кг/м³; = 3,01 кДж/кг; С = 6,54 %.

2. Определяем объем помещения:

м³.

3. Определяем свободный объем помещения:

м³.

4. Определяем энергию взрыва смеси по формуле (3.5):

кдж.

5. Определяем радиус зоны детонационной волны, которая образуется при взрыве газопаровоздушных смесей (ГПВС) по формуле (3.1):

м.

6. Определяем соотношение

7. По приложению А3 при определяем давление во фронте ударной волны = 100 кПа (1 кгс/см²).

Расчетные формулы, используемые при прогнозе последствий взрывов ПВС.При нарушении герметичности технологических аппаратов пыль выбрасывается в помещение, где вместе с накопившейся пылью смешивается с воздухом, образуя ПВС, способную гореть. Искровой разряд приводит к взрывному горению такой смеси. В отличие от ГВС образование взрывоопасного облака ПВС в помещении может происходить в процессе самого горения. Взрыву в большинстве случаев предшествуют локальные микровзрывы (хлопки) в оборудовании, резервуарах и воспламенение в отдельных участках здания, что вызывает встряхивание пыли, осевшей на полу, стенах и других строительных конструкциях и оборудовании. Это приводит к образованию взрывоопасных концентраций пыли во всем объеме помещения, взрыв которой вызывает сильные разрушения.

При оперативном прогнозировании последствий при взрыве ПВС принимают, что процесс развивается в детонационном режиме. Зону детонационной волны, ограниченную радиусом r₀, можно определить по формуле (3.1), в которой энергия взрыва определяется из выражения (формула 3.6):

, кДж, (3.6)

где Q – удельная теплота сгорания вещества, образовавшего пыль, кДж/кг;

m – расчетная масса пыли, кг.

При оперативном прогнозировании расчетная масса пыли определяется из условия, что свободный объем помещения будет полностью заполнен взвешенным дисперсным продуктом, образуя при этом ПВС стехиометрической концентрации (формула 3.7):

, кг, (3.7)

где – свободный объем помещения, м³;

С – стехиометрическая концентрация пыли, г/м³.

, (3.8)

где – нижний концентрационный предел распространения пламени, г/м³.

Нижний концентрационный предел распространения пламени ( ) – это минимальное содержание пыли в смеси с воздухом, при котором возможно возгорание.

Значение для различных веществ находится в пределах:

– неорганических веществ (сера, фосфор) 2 – 30 г/м³;

– пластмасс 20 – 100 г/м³;

– пестицидов и красителей 30 – 300 г/м³;

– шерсти 100 – 200 г/м³.

Далее принимается, что за зоной детонационной волны с давлением 17 кгс/см², действует ВУВ. Давление во фронте ударной волны зависит от расстояния до центра взрыва, которое можно определить по формуле (2.4).

Пример.Требуется определить избыточное давление во фронте ударной волны ( ) ПВС на расстоянии – 30 м от контура помещения при разрушении его ограждающих конструкций. Произошел взрыв в цехе по переработке полиэтилена при разгерметизации технологического блока ПВС (размеры цеха: длина – 25 м, ширина – 15 м, высота – 4 м).

Исходные данные:

– вещество, характеризующее смесь – полиэтилен;

– размеры цеха: а – 25 м, b – 15 м, h – 4 м;

– расстояние от контура помещения: – 30 м.

Определить:

– избыточное давление во фронте ударной волны – .

Расчет:

1. Находим по приложению А4 значения ; Q:

полиэтилен – = 45 г/м³; Q = 47,1 кДж/кг.

2. Определяем объем помещения:

м³.

3. Определяем свободный объем помещения:

м³.

4. Определяем стехиометрическую концентрацию пыли:

г/ м³.

5. Определяем массу пыли исходя из условия, что свободный объем помещения будет полностью заполнен взвешенным дисперсным продуктом, образуя при этом ПВС стехиометрической концентрации:

кг.

6. Определяем энергию взрыва смеси по формуле (3.6):

кДж.

7. Определяем радиус зоны детонационной волны, которая образуется при взрыве ПВС по формуле (3.1):

м.

8. Определяем соотношение

9. По приложению А3 при = 4,6 определяем давление во фронте ударной волны = 43 кПа (0,43 кгс/см²).