Реферат: Расчетно-аналитическое исследование показателей пожарной опасности веществ и прогнозирование динамики
Государственное учреждение образования
«Командно-инженерный институт»
МЧС Республики Беларусь
Кафедра тактики проведения аварийно-спасательных работ
и тушения пожаров
Курсовая работа
по дисциплине
«Опасные факторы чрезвычайных ситуаций природного и техногенного характера»
Тема: «Расчетно-аналитическое исследование показателей пожарной опасности веществ и прогнозирование динамики развития пожаров в помещении»
/>МИНСК-2010
Оглавление
--PAGE_BREAK--
/>
При нагревании металлический натрий расщепляет дипропиловый эфир с образованием пропилнатрия и пропилата натрия:
/>
Важно иметь в виду, что обращаться с дипропиловым эфиром надо очень осторожно; он очень горюч, а пары его с воздухом образуют взрывоопасные смеси. Коме того, при длительном хранении, особенно на свету, дипропиловый эфир окисляется кислородом воздуха и в нем образуются перекисные соединения; последние от нагревания могут разлагаться с взрывом. Такие взрывы возможны при перегонке долго стоявшего эфира.
/>
гидропероксид дипропилового эфира
Определение теоретического количества воздуха, необходимого для сгорания дипропилового эфира
Теоретическое количество воздуха определяется из уравнения материального баланса процесса горения. В случае горения дипропилового эфира уравнение реакции имеет вид:
С6Н14О + 9(О2∙ 3,76N2) = 6CO2+7H2O+ 33,84N2+ Q
Для индивидуальных химических веществ теоретическое количество воздуха, необходимого для их горения, рассчитывается по формуле:
Vв= />, (1)
где ; (2)
/> – количество молей кислорода;
/> – количество молей горючего вещества;
4,76 – количество воздуха, кмоль (м3), в котором содержится 1 кмоль (м3) кислорода;
/>— вес одного киломоля горючего, кг/кмоль.
/> – объем одного киломоля воздуха при заданных условиях:
/>= , (3)
где, Т – температура, К;
/> – нормальное давление (101325 Па);
/> – температура, равная 273 К;
P– давление, Па.
Используя формулы (1), (2), и (3) произведем расчеттеоретического количества воздуха, необходимого для горения 1 кг дипропилового эфира при температуре Т, по заданию равной 0(273 К) и давлении Р, равном 750 мм рт.ст. (99991,8 Па):
/>= = = 22,7 (м3)
/>= = 9
/>= = = 9,5 (м3/кг)
Определение теоретического количества воздуха, необходимого для сгорания смеси газов
Произведем расчет необходимого количества воздуха для каждого компонента смеси.
Состав смеси газов (по заданию): С3H6– 20%; CO– 10%; C4H10– 30%; H2S– 40%.
Уравнения горения компонентов:
С3H6 + 4,5(О2∙ 3,76N2) = 3CO2+ 3H2O+ 16,92N2+ Q
/>= = 4,5;
СО + 0,5(О2∙ 3,76N2) = CO2+ 1,88N2+ Q
/>= = 0,5
C4H10+ 6.5(О2∙ 3,76N2) = 4CO2+ 5H2O + 24,44N2+ Q
/>= />= 6,5
H2S + 1,5(О2∙ 3,76N2) = SO2+ H2O + 5,64N2+ Q
Т.к. окисление сероводорода протекает в условиях избытка воздуха (α=1,3 по условию) образуется сернистый ангидрид.
/>1,5
Расчет воздуха, необходимого для горения смеси газов рассчитаем с помощью уравнения:
(4)
где, — содержание кислорода в газовой смеси (% об.);
/>— содержание -го компонента в газовой смеси (% об.).
Т.к. кислорода не содержится в исследуемой газовой смеси уравнение (4) примет вид :
/>
/>16,67 (м3/м3)
продолжение--PAGE_BREAK--
Определение объема и состава продуктов, выделившихся при полном сгорании дипропилового эфира
Определим теоретический объем продуктов горения дипропилового эфира по формуле:
/>(5)
Из уравнения реакции:
С6Н14О + 9(О2∙ 3,76N2) = 6CO2+ 7H2O+ 33,84N2+ Q
/>(м3/м3)
Определим избыток воздуха:
/>= />(6)
/>(м3/м3)
Определим практический объем продуктов горения:
/>(7)
/>(м3/м3)
Определение объема и состава продуктов, выделившихся при полном сгорании газовой смеси
Определим теоретический объем продуктов горения газовой смеси по формуле:
/>(8)
С3H6 + 4,5(О2∙ 3,76N2) = 3CO2+ 3H2O + 16,92N2+ Q
СО+ 0,5(О2∙ 3,76N2)= CO2+ 1,88N2+ Q
H2S + 1,5(О2∙ 3,76N2) = SO2+ H2O + 5,64N2+ Q
C4H10+ 6,5(О2∙ 3,76N2) = 4CO2+ 5H2O+ 24,44N2+ Q
Из реакций горения (окисления) получим:
/>3∙0,2 + 1∙0,1 + 4∙0,3 1,9 (м3/м3)
/>3∙0,2 + 1∙0,4 + 5∙0,3 />2,5 (м3/м3)
Из формулы (5) получим:
/>(м3/м3)
С помощью (6,7) найдем избыток воздуха и практический объем продуктов горения:
/>(м3/м3)
/>(м3/м3)
Определение низшей теплоты сгорания дипропилового эфира
Уравнение для определения низшей теплоты сгорания индивидуальных веществ имеет вид:
/>(9)
Используя справочные данные [3], находим стандартные теплоты образования: = 293,4кДж/моль; />= — 393,6 кДж/моль; = — 241,9 кДж/моль.
/>3761,5 (кДж/моль)
Определение низшей теплоты сгорания смеси газов
Определение проводится по формуле:
/>(10)
/>(кДж/моль)
/>(кДж/моль)
/>(кДж/моль)
/>(кДж/моль)
Используя (10) получим:
/>(кДж/моль)
Определение адиабатической температуры горения и давления взрыва дипропилового эфира
Так как в случае определения адиабатической температуры горения теплопотери отсутствуют, то всё выделившееся тепло идёт на нагрев продуктов горения. Среднее теплосодержание 1 моля продуктов горения будет составлять [4]:
/>(кДж/кмоль)
Воспользуемся зависимостью теплосодержания газов от температуры [5], для установления температуры, которой соответствует такое теплосодержание. Сделаем это ориентируясь на азот, так как его больше всего в продуктах горения. Из табл. 2 приложение 2 [5] видно, что при температуре 2200 °С теплосодержание азота 74121,1 кДж/кмоль. Уточним, сколько потребовалось бы тепла, чтобы нагреть продукты горения до такой температуры:
/>(кДж/кмоль)
Но это больше, чем выделилось тепла в результате реакции горения />≥ , поэтому можно сказать, что температура горения меньше, чем 2200 °С. Воспользуемся методом последовательных приближений и определим, сколько потребуется тепла для нагревания продуктов горения до 2100 °С:
/>(кДж/кмоль)
Т.к. уже меньше, чем />, то из этого можно сделать вывод, что температура горения дипропилового эфира имеет значение между 2100 и 2200 °С.
продолжение--PAGE_BREAK--
Уточним искомую температуру линейной интерполяцией между двумя этими ближайшими значениями:
/>
Давление взрыва определим по формуле:
/>(атм)
Определение адиабатической температуры горения и давления взрыва смеси газов
Аналогично пункту 1.5.1. проведем расчет среднего теплосодержания продуктов горения смеси газов:
/>(кДж/кмоль)
Из табл. 2 приложение 2 [5], теплосодержание азота при температуре 700 °С 21331,3 (кДж/кмоль). Вычислим, сколько потребовалось бы тепла, чтобы нагреть продукты реакций до такой температуры:
/>(кДж/кмоль)
Это больше, чем выделилось тепла в результате реакций горения (окисления) ≥ , поэтому можно сказать, что температура горения (окисления) смеси газов меньше, чем 700 °С. Определим, сколько потребуется тепла для нагревания продуктов реакций до 600 °С:
/>(кДж/кмоль)
Т.к. ≤ , уточним искомую температуру линейной интерполяцией:
/>
Определим давление взрыва:
/>(атм)
Определение концентрационных пределов воспламенения веществ
а) Дипропиловый эфир:
/>
/>
/>
б) Смесь газов:
/>
/>
/>
/>
/>
/>
/>
/>
/>
/>
/>
Определение температуры вспышки и температурных пределов воспламенения паров дипропилового эфира
а) Определение температуры вспышки.
ТВСПопределим из уравнения Блинова:
/>
/>
С помощью уравнения Антуана определим Р:
/>
где A= 6,2408; В = 1397,34; СА= 240,177 – постоянные Антуана
Примем t1= -7 />; Т1=266 К
/>
/>
/>
Выбираем t2= -6 ; Т2=267 К
/>
/>
Так как то методом линейной интерполяции определяем :
/>
/>
б) Определение температурных пределов:
/>
Где A= 6,2408; В = 1397,34; СА= 240,177 – постоянные Антуана
/>
/>
Сравнение расчетных значений показателей пожарной опасности дипропилового эфира со справочными и расчет относительной погрешности
Таблица 1. Расчетные и справочные данные
№ п/п
Показатель
Размерность
Расчетные значения
Справочные значения
Относительная погрешность
1.
Теплота горения Qн
кДж/моль
3761,5
3760,0
0,04
2.
Темпер. горения Тгор
/>
2118
1536,0
40,6
3.
Давление взрыва Рвзр
атм
9,66
-
-
4.
НКПВ (φн)
%
1,21
1,22
0,8
5.
ВКПВ (φв)
%
7,43
-
-
6.
НТПВ (tн)
/>
продолжение--PAGE_BREAK----PAGE_BREAK--
F1, м2
0,84
5,84
1,68
3,36
F1/Sn
3,36∙10-2
0,23
1,77∙10-2
2,69∙10-2
Sn/Fпола
1
0,2
0,76
1
αв
1,9
4,9
1,9
1,9
Fпр, м2
2,52
17,52
5,04
10,08
Fпр/Sn
0,1
0,7
0,053
0,081
Vм, кг/( м2∙с)
0,009
0,014
0,014
0,008
Fогр, м2
147,48
185,6
732,5
1022,42
q, кВт/м2
22,7
26,4
29,9
34,3
t, °С
450
950
700
700
Плотность теплового потока на заданные моменты времени составит:
/>
/>
/>
/>
/>
Рис. 2. Изменение температуры пожара во времени
Время свободного развития пожара составляет приблизительно 20 мин. Из рис. 1 видно, что площадь пожара в это время будет 70 м2, т.е. огнем будет охвачено полностью первое помещение и часть второго и третьего помещений. К этому времени температура пожара достигнет 800 °С. Следовательно работа личного состава без снижения температуры невозможна.
Определение характеристик поражающих факторов и степени их воздействия на людей и окружающую среду
Исходные данные:
Масса хранящихся на объекте ГСМ (СУГ), Q = 100 т.
Размер объекта: 2х4 км.
Плотность рабочего персонала на объекте, Пр = 2 тыс. чел./м2.
Плотность населения в поселке, Пн = 2 тыс. чел./м2.
Расстояние от объекта до поселка, х = 0,5 км.
Наименование СДЯВ, А – сероуглерод.
Количество выброшенного СДЯВ, Q0– 50 т.
Степень вертикальной устойчивости воздуха: изотермия.
Температура воздуха, t = 0 °С.
Скорость ветра, Vв = 5 м/с.
Характер разлива: свободно.
Определить:
При взрыве хранилища СУГ:
Ожидаемую степень разрушения производственного кирпичного здания на расстоянии 300 м от хранилища сжиженных углеводородных газов;
Является ли объект экономики потенциально опасным при:
а) мгновенном и полном разрушении резервуара с СУГ;
б) неполном разрушении резервуара.
При взрыве склада ГСМ:
Величину радиуса смертельного поражения при взрыве топливовоздушной смеси (ТВС) в результате полного разрушения емкостей с бензином;
Ожидаемую степень разрушения зданий и сооружений в поселке на расстоянии 500 м от склада ГСМ.
Решение.
При взрыве хранилища СУГ:
В очаге взрыва газовоздушной смеси (ГВС) (Рис. 3) выделяются зоны, имеющие форму полусфер: I зона (детонационной волны) радиусом R1.
IIзона (действия продуктов взрыва), радиус которой R2/>R11,7 ∙ 81138 м.
/>
Рис. 3. Зоны в очаге поражения при взрыве ТВС.
Производственное здание находится за пределами этих двух зон и оказалось в третьей зоне ударной воздушной волны. По графику (рис. 8 [5]), находим, что при массе взрывоопасной ГВС 100 т на расстоянии 300 м от центра взрыва величина избыточного давления должна составить 50 кПа (или 0,5 кг/см2).
Избыточное давление величиной 50 кПа вызовет сильные разрушения производственного кирпичного здания (табл. 12 приложения 2 [5]).
При мгновенном и полном разрушении резервуара во зрыве участвует вся масса СУГ (100 т). По табл. 9 [5] определяем, что число погибших из числа персонала 129 чел., а радиус смертельного поражения достигнет 139 м. Хотя среди населения жертв нет, так как расстояние от объекта экономики до поселка больше 139 м, объект при полном разрушении резервуара является потенциально опасным (погибло больше 10 человек).
При неполном разрушении резервуара облако ТВС образуется из 50 % массы СУГ, т.е. Q = 50 т. Среди населения в этом случае так же жертв нет, а среди персонала они достигнут 51 человека. Радиус смертельных поражений составит 88 м.
продолжение--PAGE_BREAK--