Раздел 2. Расчёт дефлаграционного горения газовоздушных смесей

Задача

Взрывается смесь этилена с воздухом стехиометрического состава. Начальные параметры: р₀=101,3 кПа, Т₀=293 К. процесс горения – дефлаграционный.

Справочные данные:

ü удельная теплота сгорания этилена

ü концентрация газа в смеси с воздухом, % об.:

С_нкпр (нижний концентрационный предел распростр. пламени) – 2,7 % об.;

С_сх (концентрационный предел для стехиометр. состава смеси) – 6,5 % об.;

С_вкпр (верхний концентрационный предел распростр. пламени) – 34 % об.;

ü Максимальные параметры взрыва ГВС (давление, температура, степень расширения):

ü Нормальная скорость распространения пламени:

.

Определить максимальное давление взрыва в замкнутом объёме.

Решение:

Записываем уравнение реакции:

,

откуда

кДж/(кг );

кДж/(кг ).

Максимальная температура:

=12∙2+1∙4=28 г/моль

=12+16∙2=44 г/моль

=1∙2+16=18 г/моль

=14∙2=28 г/моль

Максимальное давление взрыва:

Максимальная нормальная скорость распространения пламени в ГВС соответствует концентрации отличной от стехиометрической (справочные данные). Давление взрыва и нормальная скорость распространения пламени зависит от концентрации газа в смеси с воздухом.

Рmax, кПа

811(830)

% об.

2,7

6,5

 

 

Рис. 4. Зависимость давления взрыва в замкнутом объёме концентрации горючего в газовоздушной смеси

 

Для расчёта избыточного давления используются многочисленные методы, учитывающие состав горючего вещества (индивидуальное вещество или смесь горючих веществ), место взрыва (открытое пространство или закрытое помещение) и т. д.

Метод определения избыточного давления для воздушных взрывов по формуле М.А. Садовского:

где m- масса тротилового эквивалента взрывного вещества, кг;

r - расстояние до центра взрыва, м.

Проанализировав произведённые вычисления, сделал вывод:

Максимальное давление взрыва этилена в замкнутом объёме ,а избыточное давление для воздушных взрывов

Давление в ударной волне:

При р=7,6 кПа, степень повреждения – разрушение гофрированного асбеста. Гофрированные стальные или алюминиевые панели ослабляются в креплении и подвергаются изгибу. Деревянные панели разрушаются.

 

Задача 2

Исходные данные:

Разгерметизировался технологический блок с газообразным эти­леном, размещенный в помещении.

Характеристика технологического блока:

- кратность воздухообмена аварийной вентиляции ;

- объем аппарата ;

- избыточное давление в аппарате кПа;

- температура газа в аппарате °С;

- подача компрессора

- подводящий трубопровод: длина ,диаметр ;

- отводящий трубопровод: длина ,диаметр ;

- продолжительность отключения задвижек .

Характеристика газа:

этилен С₂Н₄;

- удельная энергия взрывчатого превращения этилено-воздушной смеси кДж/кг

- нормальная скорость распространения пламени при концентрации стехиометрического состава

- степень теплового расширения этилена

- плотность смеси 1,285 кг/м³ (табл. 18.2).

Характеристика помещения:

- длина , ширина , высота

- коэффициент свободного объема помещения .

 

Определить:

1. Параметры взрыва при дефлаграционном горении.

2. Параметры взрыва при детонационном горении ( и ) на расстоянии 100 м от центра взрыва.

 

Расчет.

Обоснование массы ГВС при возможной аварии технологическо­го оборудования внутри помещения:

 

где кПа; ;

кг/м³;

кг;

кг;

кг.

Параметры взрыва при дефлаграционном горении:

 

;

кПа,

где кПа;

кПа;

; ; ;

;

;

;

с.

 

При отсутствии преград .

Если для горючих субстанций отсутствуют сведения о коэффициенте теплового расширения , последнее может быть определено по формуле

Длительность действия давления примерно в 5 раз больше времени горения ГВС.

с.

Вывод:

Тогда параметры взрыва при дефлаграционном горении:

33 кПа; 0,34 с; 1,7 с.

Параметры взрыва при детонационном горении:

;

Так как

кДж,

где

При кПа;

Вывод:

Тогда параметры взрыва при детонационном горении на рассто­янии 100 м от центра взрыва кПа;

 

Заключение

Горением называется физико-химический процесс, при котором горючие вещества под воздействием высоких температур вступают в химическое взаимодействие с окислителем, превращаясь в продукты горения.

В данной курсовой работе газообразным веществом является этилен. Этилен представляет собой газ, состоящий из углерода и водорода. Обычно он применяется в химической промышленности, например, при изготовлении полиэтилена; в меньших количествах используется для дозревания фруктов. Этилен имеет широкий диапазон воспламеняемости и быстро горит. Будучи нетоксичным, он является анестезирующим и удушающим средством.

Этилен перевозится в сжатом виде в баллонах и в криогенном состоянии в теплоизолированных грузовых автомобилях и желе­знодорожных вагонах-цистернах. Для защиты цистерн применяют предохранительные клапаны. Баллоны могут разрушаться под воздействием пожара, но не расширяющихся паров кипящей жидкости, поскольку жидкости в них нет.

При выходе этилена из баллона возможны взрыв и пожар. Этому способствуют широкий диапазон воспламеняемости и высокая скорость горения этилена. В раде случаев, связанных с выходом в атмосферу большого количества газа, происходят взрывы.

Максимальное давление взрыва в замкнутом объёме

Параметры взрыва при дефлаграционном горении: 33 кПа; 0,34 с; 1,7 с. Параметры взрыва при детонационном горении на рассто­янии 100 м от центра взрыва кПа;

В основе механизма распространения дефлаграционного горения лежит теплопередача в соседние с зоной горения участки материала. Скорость распространения процесса зависит от теплоемкости материала, его теп­лопроводности и некоторых других свойств.

Список литературы

1. Девисилов В.А., Дроздова Т.И., Тимофеева С. С. Теория горения и взрыва под общ. ред. В.А. Девисилова.- М. : ФОРУМ, 2012.- 352 с.- (Высшее образование).

2. Информационный сайт bezop-pogar.ru/obuchayushhie-materialy-teoreticheskie-osnovy-goreniya-i-vzryva/93-deflagracionnoe-vzryvnoe-gorenie.html

3. Информационный сайт http://www.0-1.ru/articles/showdoc.asp?dp=50

4. Информационный сайт http://www.nalogi.ru/faq/detail.php?ID=1579190

5. Информационный сайт http://fern-flower.ru/articles/kratkaya_informaciya_o_processe_goreniya

6. Информационный сайт http://www.newtemper.com/dom/kulinariya/obschie_svedeniya_o_gorenii_1720

7. Информационный сайт http://bgdstud.ru/podborka-lekczij-po-bzhd/19-lekcii-po-predmetu-bzhd/966-vidy-goreniya.html

8. Информационный сайт ru.wikipedia.org/wiki/%DD%F2%E8%EB%E5%ED