Глава 4. Параметры взрыва парогазовых смесей

К показателям взрывоопасности веществ относятся такие параметры взрыва, как максимальное давление взрыва, тротиловый эквивалент взрывчатой системы или вещества, тротиловый эквивалент взрыва (мощность взрыва).

§ 4.1. Расчет максимального давления взрыва

Максимальное давление взрыва – это давление, которое возникает в результате сгорания или детонации парогазовых смесей при условии реализации изобаро-изохорического процесса.

Максимальное давление взрыва для парогазовых смесей углеводородных топлив рассчитывается по формуле:

                                           (4.1)

где max Рвзр – максимальное давление взрыва, Па; Ро, То, nc – давление, температура, количество смеси до взрыва, соответственно в Па, К, молях; Твзр,nпг – температура взрыва, количество продуктов горения, соответственно в К, молях.

П р и м е р 1. Рассчитать максимальное давление взрыва бутано-воздушной смеси стехиометрического состава. На момент взрыва давление и температура были близки к нормальным условиям (Ро=105 Па, Т=273 К).

Температура взрыва 2905 К.

Р е ш е н и е.

1. Определяем состав и объем исходной смеси и продуктов горения в соответствии с формулами §§ 1 и 2. Запишем уравнение химической реакции:

Из уравнения реакции следует: количество исходной смеси стехиометрического состава равно 31,9 моля, количество продуктов сгорания 33,4 моля.

2. Рассчитываем максимальное давление взрыва бутано-воздушной смеси (формула 4.1).

4. Избыточное давления взрыва DР будет равно:

 

§ 4.2. Расчет тротилового эквивалента взрыва и безопасного

расстояния по действию воздушных ударных волн

Тротиловый эквивалент вещества – это отношение теплоты взрыва 1кг вещества (в смеси с окислителем) к теплоте взрыва 1 кг тротила (тринитротолуола).

Тротиловый эквивалент вещества рассчитывается по формуле:

                                                (4.2)

где h - тротиловый эквивалент парогазовой смеси; Qвзр» Qн – теплота

взрыва вещества, кДж/кг; QТНТ = 4,187×103кДж/кг – теплота взрыва тротила (тринитротолуола).

Тротиловый эквивалент взрыва (мощность взрыва) – это отношение

энергии, выделившейся при взрыве к теплоте взрыва 1 кг тротила.

Из определения тротилового эквивалента взрыва следует, что тротиловый эквивалент взрыва есть условное количество взорвавшегося тротила.

Тротиловый эквивалент взрыва (мощность взрыва) парогазовых смесей рассчитывается по формуле:

где МТНТ – масса условно взорвавшегося тротила; m – количество горючего вещества пожаровзрвывоопасной смеси; g – доля потенциальной энергии, перешедшей в кинетическую энергию взрыва.

При взрыве парогазовой смеси углеводородных топлив в ограниченном объеме (помещении, оборудовании) коэффициент g принимается равным 1, при взрыве в неограниченном объеме (взрыв облака парогазовойсмеси) коэффициент g, как правило, принимают равным 0,4.

Размер безопасной зоны по действию давления воздушной ударной волны взрыва рассчитывают по формуле:

                                         (4.4)

где Rбез – безопасное расстояние по действию ударной волны взрыва, м;

МТНТ – тротиловый эквивалент взрыва, кг.

П р и м е р 1. Рассчитать тротиловый эквивалент взрыва бутана.

Р е ш е н и е.

1. Теплота взрыва бутана принимается равной его низшей теплоте сгорания. Значение Qн для бутана составляет 2,67×103 кДж/моль. При пересчете на 1 кг бутана теплота взрыва составит:

2. Согласно соотношению (4.2) тротиловый эквивалент взрыва бутана в смеси стехиометрического состава будет:

П р и м е р 2. Рассчитать тротиловый эквивалент возможного аварийного взрыва 20 кг бутана с воздухом:

а) в технологическом оборудовании,

б) в облаке.

Р е ш е н и е.

1. Тротиловый эквивалент взрыва бутана в смеси стехиометрического состава равен 10,9 (см. пример 1).

2. Тротиловый эквивалент возможного аварийного взрыва при взрыве в технологическом оборудовании рассчитывается по формуле (4.3б) при условии g=1.

МТНТ = h×m×g = 10,9×20×1 = 220 кг (тротила).

3. Тротиловый эквивалент возможного аварийного взрыва при взрыве облака рассчитывается по формуле (4.3, б) при условии g=0,4.

МТНТ = h×m×g = 10,9×20×0,4 = 90 кг (тротила).

П р и м е р 3. Для случаев взрывов, рассмотренных в примере 2, рас- считать безопасное расстояние по действию ударной воздушной волны. Р е ш е н и е. 1. Безопасное расстояние по действию ударной воздушной волны при взрыве в технологическом оборудовании (согласно 4.4) будет равно:

2. Безопасное расстояние по действию ударной воздушной волны при взрыве облака (согласно 4.4) будет равно:

 

Контрольные задачи

1. Определить тротиловый эквивалент аварийного взрыва облака из смеси паров ацетона с воздухом и безопасное расстояние по действию ударной волны взрыва. Концентрация паров горючего в смеси 0,2 кг/м3.Объем облака 2500 м3.

2. Определить количество взорвавшихся паров бензола, если после аварии отмечены разрушения на расстоянии 100 м от эпицентра взрыва. Взрыв произошел в помещении.

3. Определить возможность разрушения металлического резервуара, рассчитанного на давление 5×105 Па, при взрыве паров толуола.

 

Домашнее задание

Рассчитать максимальное давление взрыва и безопасное расстояние по действию ударной волны взрыва для парогазовоздушной смеси i-го вещества. При расчете максимального давления взрыва принять давление и температуру до взрыва равными: Ро = 105 Па, То = 298 К.

Расчет безопасного расстояния выполнить как для условия взрыва в ограниченном объеме, так и для взрыва в открытом пространстве. Расчет выполнить для горючего вещества массой mi.

 

 

 

 

Глава 5. Организация самостоятельной работы студента

 

Самостоятельная работа студентов это приобретение систематических знаний по соответствующим дисциплинам специальности, изучение научной, научно-популярной, учебной, художественной и другой литературы, прессы.

Реализация основной образовательной программы подготовки бакалавра должна обеспечиваться доступом каждого студента к базам данных и библиотечным фондам, а также наглядными пособиями, аудио-, видео- и мультимедийными материалами. Это требование ФГОС ВО в полной мере может быть реализовано при надлежащей организации самостоятельной работы студентов. Объем самостоятельной работы в освоении той или иной дисциплины иногда достигает 50% учебного времени.

Требования Минобразования России к экзаменационной оценке «отлично» также предполагают выполнение студентами самостоятельной работы и самообразование. При получении студентом оценки «отлично»необходимо наличие у неговсесторонних, систематических и глубоких знаний учебно-программного материала, усвоение основной и знакомство с дополнительной литературой, рекомендованной программой.