МЧС России
Санкт-Петербургский университет
Государственной противопожарной службы
Кафедра физико-химических основ процессов горения и тушения
КУРСОВАЯ РАБОТА
Тема: «Исследование пожароопасных свойств метилового спирта»
Выполнил:
Проверил:
заместитель начальника кафедры
капитан внутренней службы
Мельник Антон Анатольевич
.
Дата сдачи на проверку: «___»_________200__г.
Дата защиты: «___» ________ 200__ г.
Оценка________________
_____________________________
(подпись научного руководителя)
Санкт-Петербург 2007
МЧС России
Санкт-Петербургский университет
Государственной противопожарной службы
Кафедра физико-химических основ процессов горения и тушения
| УТВЕРЖДАЮ |
Научный руководитель _____________________________________ (ученая степень, ученое звание, специальное звание)
_____________________________________ (подпись) (инициалы, фамилия)
«____»___________________200__г.
|
ПЛАН-ГРАФИК
выполнения курсовой работы
Тема_________________________________________________________
_____________________________________________________________
Курсант (слушатель, студент) ___________________________________
(Ф.И.О., факультет, курс, № группы)
_______________________________________________________________________
Разделы, подразделы и их содержание |
Срок выполнения |
Отметка научного руководителя о выполнении |
| 1 часть | 10.02.2007г. | |
| 2 часть | 01.03.2007г. | |
| 3 часть | 20.03.2007г. | |
| 4,5 часть | 10.04.2007г. | |
| Сдача на проверку | 30.04.2007г. |
Подпись курсанта (слушателя, студента) ___________________
СОДЕРЖАНИЕ
:
1.
Общие сведения.
4
2. Определение характеристик горения.
7
2.1. Характер свечения пламени.
7
2.2. Теоретический и практический расход воздуха на горение.
8
2.3. Объём и состав продуктов полного сгорания.
11
2.4. Низшая теплота горения.
14
2.5 Стехиометрическая концентрация паров в смеси.
15
2.6 Температура горения адиабатическая.
16
3. Определение показателей пожарной опасности.
20
3.1. Температура вспышки.
20
3.2. Температура воспламенения.
21
3.3 Температура самовоспламенения.
22
3.4. Концентрационные пределы распространения пламени.
24
3.5. Температурные пределы распространения пламени.
25
3.6. Нормальная скорость распространения пламени паровоздушной смеси (максимальная нормальная скорость горения).
27
3.7. Критический диаметр огнегасящего канала и безопасного экспериментального максимального зазора.
29
3.8. Минимальная энергия зажигания.
30
3.9. Способность гореть и взрываться при взаимодействии с водой, кислородом и другими веществами.
32
3.10. Минимальная флегматизирующая концентрация флегматизатора.
32
3.11. МВСК Минимальное взрывоопасное содержание кислорода.
34
3.12. Максимальное давление взрыва.
35
3.13 Вывод…………………………………………………………………………………...36
4. Расчет аварийной ситуации.
36
4.1. Интенсивность испарения при заданных условиях.
36
4.2. Время образования минимальной взрывоопасной концентрации паров в помещении.
37
4.3. Избыточное давление взрыва газопаровоздушной смеси при выбранной аварийной ситуации.
37
4.4. Размер взрывоопасной зоны.
40
4.5. Определение класса зоны по ПУЭ.
43
4.6. Определение тротилового эквивалента взрыва паровоздушной смеси.
46
4.7. Определение радиусов зон разрушения.
47
4.8 Исследование возможности снижения пожарной опасности помещения
.
48
4.8.1.
Ограничение объема хранения
.
48
4.8.2.
Ограничением площади разлива жидкости
.
50
4.8.3.
Устройством аварийной вытяжной вентиляции в помещении
.
51
4.9 Вывод
…………………………………………………………………………………….52
5. Выбор и обоснование огнетушащих средств
.
53
Рекомендуемый список литературы
..
54
Сводная таблица …………………………………………………………………………….55
1.
Общие сведения.
Метиловый спирт ICSC: 0113
метанол
древесный спирт
CAS № 78-83-1 CH4O
RTECS № NP9625000 Молекулярная масса: 32.04
ООН № 1212
ЕС № 603-004-00-6
ВИДЫ ОПАСНОСТИ / ВОЗДЕЙСТВИЯ ОСТРАЯ ОПАСНОСТЬ / СИМПТОМЫ ПРЕДУПРЕЖДЕНИЕ ПЕРВАЯ ПОМОЩЬ / ЛИКВИДАЦИЯ ПОЖАРА
ПОЖАРНАЯ ОПАСНОСТЬ Огнеопасно.
НЕ ДОПУСКАТЬ открытого огня, искр и курения.
Средства тушения преимущественно порошки ПСБ и ПФA, с пеной ПО-1, порошком, форэтон, пеной, спиртоустойчивой пеной, порошком, двуокисью углерода,
ВЗРЫВООПАСНОСТЬ
При температуре выше 28°C могут образоваться взрывоопасныe смеси пар/воздух.
При температуре выше 28°C применять закрытую систему, вентиляцию, защищенное от взрыва электрооборудование.
В случае пожара: сохранять бочки и пр. охлажденными, обливая их водой.
ВОЗДЕЙСТВИЕ
Сильный, преим. нервный и сосудистый яд с резко выраженным кумулятивным действием; отравление наступает при приеме внутрь (смертельная доза для человека 30 г, а 5-10 г могут вызвать тяжелое отравление), вдыхании паров и проникновении через кожу. ПДК 5мг/м³
Обратиться за медицинской помощью.
ЛИКВИДАЦИЯ УТЕЧЕК . УПАКОВКА И МАРКИРОВКА.
Собрать подтекающую жидкость в герметичные контейнеры. Засыпать оставшуюся жидкость песком или инертным абсорбентом, собрать и удалить его в безопасное место.
Символ: Xn
R: 10-20
S: (2-)16
Примечание: C
Классификация ООН
Класс опасности ООН: 3
Группа упаковки ООН: III
ПЕРВАЯ ПОМОЩЬ ХРАНЕНИЕ
Карта Транспортной Безопасности: TEC (R)-583 Код NFPA: H1; F3; R0;
Защищенным от огня. Отдельно от сильных окислителей,
МЕТАНОЛ
ICSC: 0113
ВАЖНЫЕ ДАННЫЕ
ФИЗИЧЕСКОЕ СОСТОЯНИЕ, ВНЕШНИЙ ВИД:
БЕСЦВЕТНАЯ ЖИДКОСТЬ С ХАРАКТЕРНЫМ ЗАПАХОМ.
Пар тяжелее воздуха и может стелиться по земле; возможно возгорание на расстоянии. Пар хорошо смешивается с воздухом, легко образует взрывчатые смеси.
ХИМИЧЕСКАЯ ОПАСНОСТЬ
:
Реагирует с сильными окислителями, такими как триоксид хрома с опасностью пожара.
НОРМАТИВЫ ДЛЯ РАБОЧЕЙ ЗОНЫ
:
TLV (предельная пороговая концентрация, США): 50 ppm; 152 мг/м^3 (как TWA - среднесменная концентрация, США) (ACGIH 1994-1995). MAС (максимальная допустимая концентрация, США): 100 ppm; 300 мг/м^3; (1994)
ПУТИ ПОСТУПЛЕНИЯ
:
Вещество может всасываться в организм при вдыхании паров, через кожу и через рот.
РИСК ПРИ ВДЫХАНИИ
:
Опасное загрязнение воздуха будет достигаться довольно медленно при испарении этого вещества при 20°C.
ФИЗИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА
:
Температура кипения: 64.9°C
Температура плавления: -93.9°C
Относительная плотность (вода = 1): 0.786
Давление паров, кПа при 20°C: 0.13
Теплота образования: - 201.3 кДж/моль
Относительная плотность пара (воздух = 1): 1.1
Температура вспышки: 6°C c.c.
Температура самовоспламенения: 470°C
2. Определение характеристик горения.
2.1. Характер свечения пламени.
метилового спирта –СН4
О.
Характер свечения пламени при горении веществ зависит от процентного содержания элементов в веществе, главным образом, углерода, водорода, кислорода и азота.
Свечение пламени связано с наличием несгоревших раскаленных твердых частиц углерода С, а также трехатомных молекул.
Если в горючем веществе при термическом разложении углерод не образуется, то вещество горит бесцветным пламенем как, например, в случае горения водорода Н2
.
При термическом разложении веществ с массовой долей углерода менее 50 % и содержащих в своем составе кислород (более 30 %) несгоревших частиц углерода образуется очень мало, и в момент образования они успевают окислиться до СО.
СН3
ОН СО + 2Н2
Такие вещества имеют голубоватые пламена (пламя угарного газа СО, метанола СН3
ОН и этанола С2
Н5
ОН).
При горении веществ, содержащих более 75 % углерода (ацетилен С2
Н2
, бензол С6
Н6
), в зоне горения образуется настолько много частиц С, что поступающего путем диффузии воздуха не хватает для полного окисления всего углерода.
С6
Н6
6С + 3Н2
Не окислившийся в пламени углерод выделяется в виде копоти, и пламя при горении таких веществ будет ярким и коптящим.
Если кислород в веществе отсутствует или его содержание не превышает 30 %, но, в свою очередь, и массовая доля углерода не очень велика (менее 75 %), то при термическом разложении будет выделяться значительное количество частиц углерода, но при нормальном доступе воздуха в зону горения они успевают окислиться до СО2
.
Возможная реакция при термическом разложении ацетона :
СН3
СОСН3
СО + 2С + 3Н2
.
В подобных случаях пламя будет яркое, но не коптящее.
1. Массовые доли углерода и кислорода в молекуле изобутилового спирта составляют:
w (С) = = 37.5%
; w (Н) = = 12.5%
; w (О) = = 50%
;
Массовая доля углерода < 75 %, а массовая доля кислорода > 30 %, следовательно, при горении метилового спирта пламя будет бесцветное или голубоватое.
2.2. Теоретический и практический расход воздуха на горение.
Расчет объема воздуха, необходимого для горения, предполагает вычисление:
а) теоретического объема воздуха Vв
теор
и б) практического объема воздуха Vв
пр
, затраченного на горение (с учетом коэффициента избытка воздуха).
Стехиометрическое количество воздуха
в уравнении реакции горения предполагает, что при данном соотношении компонентов, участвующих в реакции горения, воздух расходуется полностью. Объем воздуха в данном случае называется теоретическим (
V
в
теор
)
.
Горение может происходить не только при стехиометрическом соотношении компонентов, но и при значительном отклонении от него. Как правило, в условиях пожара на сгорание вещества воздуха затрачивается больше, чем определяется теоретическим расчетом. Избыточный воздух DVв
в реакции горения не расходуется и удаляется из зоны реакции вместе с продуктами горения. Таким образом, практический объем воздуха равен:
V
в
пр
=
V
в
теор
+
D
V
в
и, следовательно, избыток воздуха
будет равен:
D
V
в
=
V
в
пр
-
V
в
теор
Обычно в расчетах избыток воздуха при горении учитывается с помощью коэффициента избытка воздуха
(a
). Коэффициент избытка воздуха показывает, во сколько раз в зону горения поступило воздуха больше, чем это теоретически необходимо для полного сгорания вещества:
Для горючих смесей стехиометрического состава (т.е. состава, соответствующего уравнению реакции горения) коэффициент избытка воздуха a = 1, при этом реальный расход воздуха равен теоретическому. В этом случае обеспечивается оптимальный режим горения.
При a > 1 горючую смесь называют бедной по горючему компоненту
, а при a < 1 – богатой по горючему компоненту
.
Избыток воздуха имеется только в смеси, бедной по горючему компоненту. Из формул (3.2) и (3.3) следует
D
V
в
=
V
в
теор
(
a
-
1)
В закрытом объеме диффузионное горение большинства горючих материалов возможно только до определенной пороговой концентрации кислорода, так называемой остаточной концентрации кислорода в продуктах горения
j
(О2
)ПГ
.
Для большинства органических веществ она составляет 12 – 16 % О2
. Для некоторых веществ, например, ацетилена С2
Н2
, ряда металлов, горение возможно и при значительно меньшем содержании кислорода (до 5 % объемных О2
).
Зная содержание кислорода в продуктах горения, можно определить коэффициент избытка воздуха (коэффициент участия воздуха в горении) на реальном пожаре:
Расчет выполняется двумя способами: по уравнению химической реакции и по элементному составу вещества:
1.
способ
Записываем уравнение реакции горения изобутилового спирта:
СН4
О + 1.5 (О2
+ 3,76·N2
) → СО2
+ 2Н2
О + 1.5·3,76·N2
По условию масса изобутилового спирта равна 1 кг., условия нормальные, тогда:
m=1кг. Vв.
теор.
-Х
С4
Н10
О + 6 (О2
+ 3,76·N2
) → 4СО2
+ 5Н2
О + 6·3,76·N2
М=32кг/кмоль 1.5·4,76·Vm
Vв
теор
= 5 м3
.
==3,2
φ(О2
)ПГ
=14,4 %
Vв
пр
= Vв
теор
×a =5*3.2 = 16 м3
.
D
V
в
=
V
в
теор
(
a
-
1)=
5·(3,2-1)=11 м3
.
2.
способ
Процентный элемент состава изобутилового спирта:
w (С) = 37.5%
; w (Н) = 12,5%
; w (О) = 50%
;
Найдем объем воздуха на горение по формуле для изобутилового спирта с известным процентным составом, тогда:
Vв
теор
=
= 5м3
.
Vв
пр
= Vв
теор
×a =5·3,2 = 16м3
.
D
V
в
=
V
в
теор
(
a
-
1)=
5·(3,2-1)=11м3
.
Ответ
: практический объем воздуха равен 16 м3
, а теоретический
объем воздуха равен 5 м3
при коэффициенте избытка воздуха
равном 3,2.
2.3. Объём и состав продуктов полного сгорания.
Состав продуктов горения зависит от химической природы горючего материала и условий его горения. Практически всегда органические вещества горят с образованием продуктов полного и неполного горения.
К продуктам полного сгорания
относятся: углекислый газ, образующийся при горении углерода, разложении карбонатов; водяной пар, образующийся при горении водорода и испарении влаги в исходном веществе; оксид серы (IV) SO2
и азот – продукты горения соединений, содержащих серу и азот.
Продукты неполного сгорания
– это оксид углерода (II) – угарный газ СО, сажа С, продукты термоокислительного разложения – смолы.
Неорганические вещества сгорают, как правило, до соответствующих оксидов.
Выход продуктов горения количественно установить невозможно из-за чрезвычайной сложности их состава, поэтому материальный баланс процесса горения рассчитывается из предположения, что вещество сгорает полностью до конечных продуктов. При этом в состав продуктов горения включают также азот воздуха, израсходованного на горение, и избыток воздуха при a > 1.
Как и в случае расчета объема воздуха, необходимого для горения, свои особенности имеет расчет продуктов горения для индивидуальных веществ, смеси газов и веществ с известным элементным составом.
m=1кг. Х1
Х2
Х3
СН4
О + 1.5 (О2
+ 3,76·N2
) → СО2
+ 2Н2
О + 1.5·3,76·N2
М=74,12кг/кмоль Vm
2·Vm
1.5·3.76·Vm
V
ПГ
= 6 м3
.
Избыток воздуха определим по формуле (3.4):
D
V
в
=
V
в
теор
(
a
-
1)=
8,63·(3,5-1)=21,6м3
.
С учетом избытка воздуха практический объем продуктов горения составит:
VПГ
*
= VПГ
+ DVв
= 6 + 11 = 17 м3
.
По уравнению реакции определяем объем СО2
, Н2
О и N2
.
V(СО2
) = х2
= = 0.7 м3
V(Н2
О) = х3
= = 1,4 м3
V(N2
) = х4
= =3.95 м3
DVв
=11м3
(рассчитано).
Объемная концентрация каждого компонента смеси рассчитывается следующим образом:
jоб
(СО2
) = = = 4.1 %
jоб
(Н2
О) = = = 8.2 %
jоб
(N2
) = = =23.2 %
jоб
(О2
) = = =50.8 %
jоб
(DVв
) = = = 64.7%
Проверка:
∑φоб.
= 100 % ± 1 %. 4.1+8.2+23.2+64.7 = 100 %,
Ответ
: теоретический объем продуктов горения составил 6 м3
,а практический объем продуктов горения- 17 м3
. В процентном составе СО2
- 4.1 %, Н2
О- 8.2%, N2
- 23.2%, DVв
– 64.7%
2.4. Низшая теплота горения.
Энтальпией горения
(DНгор
, кДж/моль) вещества называется тепловой эффект реакции окисления 1 моль горючего вещества с образованием высших оксидов.
Теплота горения
(Qгор
) численно равна энтальпии горения, но противоположна по знаку.
В пожарно-технических расчетах часто пользуются понятием удельной теплоты горения. Удельная теплота горения
– это количество теплоты, которое выделяется при полном сгорании единицы массы или объема горючего вещества. Размерность удельной теплоты горения – кДж/кг или кДж/м3
.
В зависимости от агрегатного состояния воды в продуктах горения различают низшую и высшую теплоту горения. Если вода находится в парообразном состоянии, то теплоту горения называют низшей теплотой горения
Q
н
. Если пары воды конденсируются в жидкость, то теплота горения – высшая
Q
в
.
Температура пламени достигает 100 К и выше, а вода кипит при 373 К, поэтому в продуктах горения на пожаре вода всегда находится в парообразном состоянии, и для расчетов в пожарном деле используется низшая теплота горения Qн
.
Низшая теплота горения индивидуальных веществ может быть определена переводом значения DНгор
, кДж/моль в Qн
, кДж/кг или кДж/м3
. Для веществ сложного элементного состава низшая теплота горения может быть определена по формуле Д.И. Менделеева.
Q
Н
= 339,4
×
w
(C) + 1257
×
w
(H)
-
108,9 [(
w
(O) +
w
(N))
-
w
(S)]
-
25,1[9
×
w
(H) +
w
(W)],
кДж/кг,
где
w
(С),
w
(Н),
w
(
S
),
w
(О),
w
(
N
)
– – массовые доли элементов в веществе, %; w
(
W
)
– содержание влаги в веществе, %.
Для нашего вещества:
w (С) = 37.5%
; w (Н) = 12,5%
; w (О) = 50%
; тогда:
QН
= 339,4×37.5 + 1257×12,5- 108,9×50-25,1[9×12,5+ 0] =
= 23025 кДж/кг.
Ответ: низшая теплота горения СН4
О равна 23025 кДж/кг
2.5 Стехиометрическая концентрация паров в смеси.
Стехиометрическая концентрация паров в смеси рассчитывается по следующим формулам:
Объемная концентрация:
%.
Массовая канцентрация:
кг/м3
.
Подставим наши данные:
%.
кг/м3
=180 г/м3
.
Ответ:
стехиометрическая концентрация в паровоздушной смеси
метилового спирта равна 12.3% (объемная) и 0,18 кг/м3
(массовая)- это является опасной концентрацией
2.6 Температура горения адиабатическая.
Алгоритм расчета температуры горения
1. Рассчитать суммарный объем продуктов горения и отдельно объем каждого компонента продуктов горения.
VПГ
пр
= V(CO2
) + V(H2
O) + V(N2
) + V(SO2
) +
D
Vвозд
Расчет объема продуктов горения выполняется в зависимости от характера горючего вещества (индивидуальное вещество, смесь газов или вещество сложного элементного состава).
Для индивидуальных веществ можно также определять количество продуктов горения в молях (коэффициенты в уравнении реакции горения).
2. Рассчитать низшую теплоту сгорания вещества.
Для индивидуальных веществ расчет выполняется по I следствию закона Гесса (при наличии табличных значений энтальпий образования).
По формуле Д.И. Менделеева расчет Q
н
может быть выполнен как для веществ с известным элементным составом, так и для индивидуальных веществ.
3. Если по условию задачи есть теплопотери (h
), то рассчитывается количество тепла, пошедшего на нагрев продуктов горения Q
ПГ
Q
ПГ
=
Q
н
(1
–h
)
, кДж/кг или кДж/м3
4. Находим среднее теплосодержание продуктов горения Q
ср
при отсутствии теплопотерь (h
)
Q
ср
=
, кДж/м3
при наличии теплопотерь
Q
ср
=
, кДж/м3
5. По значению Q
ср
с помощью таблиц приложений 3 и 4 (“Теплосодержание газов при постоянном давлении”), ориентируясь на азот
, приближенно определяем температуру горения Т1
.
При подборе температуры горения ориентируются на азот, т.к. в большей степени продукты горения состоят именно из азота. Однако, поскольку теплосодержание углекислого газа и паров воды выше, чем у азота, то их присутствие в продуктах горения несколько понижает температуру горения, поэтому ее нужно принимать несколько ниже (на 100-2000
С), чем по азоту.
6. Рассчитываем теплосодержание продуктов горения при выбранной температуре Т1
:
где
Q
1
(
CO
2
),
Q
1
(
H
2
O
),
Q
1
(
N
2
),
Q
1
(
SO
2
),
Q
1
(возд)
– табличные значения теплосодержания газов
при выбранной температуре Т1
.
7. Сравниваем Q
1
ПГ
с Q
н
или Q
ПГ
, рассчитанных по п.2 или п.3.
Если Q
1
ПГ
< Q
н
(
Q
ПГ
),
то выбираем температуруТ2
> Т1
на 1000
С;
если Q
1
ПГ
> Q
н
(
Q
ПГ
),
то выбираем температуруТ2
< Т1
на 1000
С .
8. Повторяем расчет теплосодержания продуктов горения при новой температуре Т2
:
9. Расчет проводим до получения неравенства:
Q
1
ПГ
< Q
н
(
Q
ПГ
) <
Q
2
ПГ
, где
Q
1
ПГ
иQ
2
ПГ
– теплосодержание продуктов горения при температурах Т1
и Т2
,
отличающихся на 1000
С.
10. Интерполяцией определяем температуру горения ТГ
:
ТГ
= Т1
+
Если потери тепла не учитывались, то получаем адиабатическую температуру горения, а если учитывались, то - действительную температуру горения вещества.
Для метилового спирта:
СН4
О + 1.5 (О2
+ 3,76·N2
) → СО2
+ 2Н2
О + 6·3,76·N2
1. nвозд=1.5·4,76=7.14 моль
2. Dnвозд=7.14·(1-1)=0 моль
3. VПГ
пр
=6+ 0=6 м3
/кг.
теплопотерь нет
4. Q
ср
=
=
= 3838 Дж/моль
5. Т1
принимаем равную 25000
С.
6. Q1
пг
= 6209,6·0,7 + 5136,5·1,4+ 3797,4·3,95 = =26537,53Дж.
7. Q1
ПГ
< QПГ
, выбираем температуру Т2
>Т1
на 1000
С;
Т2
= 24000
С.
8. Q2
пг
= 5933·0,7 + 4890,9·1.4 + 3633,1·3,95 =
=25350 кДж.
9. Q3
пг
= 5660,7·0,7 + 4667,1·1.4 + 3469,3·3,95 =
=24200 кДж.
10. Q4
пг
= 5392,5·0,7 + 4405,8 ·1.4 + 3306,3·3,95 =
=23020 кДж.
11. Q4
ПГ
< QПГ
< Q3
ПГ
10. ТГ
=Т1
+ = 2000 + + = 2202К.
Ответ:
температура горения метилового спирта равна =2202К.
3. Определение показателей пожарной опасности.
3.1. Температура вспышки.
Температура вспышки - наименьшая температура конденсированного вещества, при которой в условиях специальных испытаний над его поверхностью образуются пары, способные вспыхивать в воздухе от источника зажигания; устойчивое горение при этом не возникает.
Вспышка - быстрое сгорание газо- , паровоздушной смеси над поверхностью горючего вещества, сопровождающееся кратковременным видимым свечением.
Значение температуры вспышки следует применять для характеристики пожарной опасности жидкости, включая эти данные в стандарты и технические условия на вещества; при определении категории помещений по взрывопожарной и пожарной опасности в соответствии с требованиями норм технологического проектирования, при разработке мероприятий по обеспечению пожарной безопасности и взрывобезопасности в соответствии с требованиями ГОСТ 12.1.004 и ГОСТ 12.1.010.
1-й способ.
tвсп
= tкип
- 18
К – коэффициент горючести.
К
= 4 n(C) + 4 n(S) + n(H) + n(N) – 2 n(O) – 2 n(Cl) – 3 n(F) – 5 n(Br)
,
где:
n
(
C
),
n
(
S
),
n
(
H
),
n
(
N
),
n
(
O
), 2
n
(
Cl
),
n
(
F
),
n
(
Br
)
– число атомов
углерода, серы, водорода, азота, кислорода, хлора, фтора и брома в молекуле вещества.
Для изобутилового спирта:
К = 4·1 + 1·4 - 2 = 6, тогда:
tвсп
= 64.9 - 18 = 20.80
С.
2-й способ.
, о
С.
где а0
- размерный коэффициент, равный минус 73,14 °С;
а1
-. безразмерный коэффициент, равный 0,659;
tкип
- температура кипения исследуемой жидкости, °С;
аj
- эмпирические коэффициенты, приведённые в табл. 9.3. в зависимости от связей в структурной формуле вещества;
lj
- количество связей вида j в молекуле исследуемой жидкости.
Структурная формула метилового спирта:
Н
|
Н─ С─OH
|
H
tвсп
=- 73,14 + 0,659·64.9 + (1.105·3+2,47+23,9) = -0.70
С.
Ответ: температура вспышки метилового спирта равна по 1-му способу 20.8 0
С , по 2-му способу -0.7 0
С.
(ГОСТ-12.1.044-89 приложение 2)
3.2. Температура воспламенения.
Температура воспламенения
Температура воспламенения - наименьшая температура вещества, при которой в условиях специальных испытаний вещество выделяет горючие пары и газы с такой скоростью, что при воздействии на них источника зажигания наблюдается воспламенение.
Воспламенение - пламенное горение вещества, инициированное источником зажигания и продолжающееся после его удаления.
Значение температуры воспламенения следует применять при определении группы горючести вещества, оценке пожарной опасности оборудования и технологических процессов, связанных с переработкой горючих веществ, при разработке мероприятий по обеспечению пожарной безопасности в соответствии с требованиями ГОСТ 12.1.004 и ГОСТ 12.1.010, а также необходимо включать в стандарты и технические условия на жидкости.
Температура воспламенения жидкости рассчитывается по той же формуле что и температура вспышки, но со своими коэффициентами:
, о
С,
где:
а0
= - 47,78 °С;
а1
= 0,882;
tкип
- температура кипения жидкости, °С;
аj
- коэффициент j-той химической связи, приведены в табл. 9.5
lj
- число химических связей вида j в молекуле жидкоcти
tвосп
= -47,78 + 0,882·64.9 + ( – 2,118·3-0,111+8,216) = 11.20
С.
Ответ: температура воспламенения метилового спирта равна 11.2О
С
ГОСТ 12.1.044-89 приложение 3
3.3 Температура самовоспламенения.
Температура самовоспламенения - наименьшая температура окружающей среды, при которой в условиях специальных испытаний наблюдается самовоспламенение вещества.
Самовоспламенение - резкое увеличение скорости экзотермических объемных реакций, сопровождающееся пламенным горением и/или взрывом.
Значение температуры самовоспламенения следует применять при определении группы взрывоопасной смеси по ГОСТ 12.1.011 для выбора типа взрывозащищенного электрооборудования, при разработке мероприятий по обеспечению пожаровзрывобезопасности технологических процессов в соответствии с требованиями ГОСТ. 12.1.004 и ГОСТ 12.1.010, а также необходимо включать в стандарты или технические условия на вещества и материалы.
Расчетные формулы:
где Ci
-длина i-той углеродной цепи в молекуле,
- число цепей.
где S - число концевых групп в молекуле( -СН3
, -С6
Н5
и т.д.)
Для спиртов алифатического ряда концевой считается и гидроксильная группа -ОН. Из общего числа цепей последовательно выбирают цепи с одинаковым числом углеродных атомов, причем для ароматических соединений атомы углерода ароматического ядра в расчет не включаются. Для спиртов расчетная длина цепи, содержащая гидроксильную группу, увеличивается на единицу по сравнению с фактической углеродной цепью. Для ароматических соединений длина цепи, содержащая арильный радикал, уменьшается на единицу по сравнению фактической длиной.
Lср
= 4, по таблице определяем температуру самовоспламенения – 695 К или – 4220
С.
Однако этот расчет можно применить к определенному классу веществ, поэтому температуру самовоспламенения в основном определяют по справочным данным. tсмв
= 440 0
С.
Ответ: температура самовоспламенения по данным справочника Баратова Тсмв
=440 О
С
(Справочник Баратова)
3.4. Концентрационные пределы распространения пламени.
Нижний (верхний) концентрационный предел распространения пламени - минимальное (максимальное) содержание горючего вещества в однородной смеси с окислительной средой, при котором возможно распространение пламени по смеси на любое расстояние от источника зажигания.
Значения концентрационных пределов распространения пламени необходимо включать в стандарты или технические условия на газы, легковоспламеняющиеся индивидуальные жидкости и азеотропные смеси жидкостей, на твердые вещества, способные образовывать взрывоопасные пылевоздушные смеси (для пылей определяют только нижний концентрационный предел). Значения концентрационных пределов следует применять при определении категории помещений по взрывопожарной и пожарной опасности в соответствии с требованиями норм технологического проектирования; при расчете взрывобезопасных концентраций газов, паров и пылей внутри технологического оборудования и трубопроводов, при проектировании вентиляционных систем, а также при расчете предельно допустимых взрывобезопасных концентраций газов, паров и пылей в воздухе рабочей зоны с потенциальными источниками зажигания в соответствии с требованиями ГОСТ 12.1.010, при разработке мероприятий по обеспечению пожарной безопасности объекта в соответствии с требованиями ГОСТ 12.1.004.
φн
= = = 5,64 %.
φв
= = = 34,5 %.
Для расчета массовой концентрации:
Сн
= = = 0,08 кг/м3
.
Св
= = = 0,5кг/м3
.
Ответ:
область распространение пламени для метилового спирта: 5,64-34.5% (об.), 0,08-0,5 кг/м3
(масс.).
(ГОСТ 12.1.044-89 приложение 4)
3.5. Температурные пределы распространения пламени.
Температурные пределы распространения пламени - такие температуры вещества, при которых его насыщенный пар образует в окислительной среде концентрации, равные соответственно нижнему (нижний температурный предел) и верхнему (верхний температурный предел) концентрационным пределам распространения пламени.
Значения температурных пределов распространения пламени следует применять при разработке мероприятий по обеспечению пожаровзрывобезопасности объекта в соответствии с требованиями ГОСТ 12.1.004 и ГОСТ 12.1.010; при расчете пожаровзрывобезопасных температурных режимов работы технологического оборудования; при оценке аварийных ситуаций, связанных с разливом горючих жидкостей, для расчета концентрационных пределов распространения пламени, а также необходимо включать в стандарты или технические условия на горючие жидкости.
Температурные пределы Тн
и Тв
связаны с КПР пламени зависимостью:
где jпр
- нижний или верхний КПР, %;
Р0
- атмосферное давление, кПа;
А, В, Са
- константы уравнения Антуана для давления насыщенных паров,(Справочник Баратова).
А=7,3522
В=1660,454.
С=245,818.
Тогда:
= 6,06 0
С.
=39.890
С.
Если неизвестна зависимость давления насыщенного пара от температуры, то для веществ, состоящих из атомов С, Н, О, N значение нижнего или верхнего температурного предела (t
п
)
вычисляют по формуле
tп
= а0
+ а1
tкип
+
где а0
— размерный коэффициент, равный минус 62,46°С для нижнего и минус 41,43°С для верхнего пределов;
а1
— безразмерный коэффициент, равный 0,655 для нижнего и 0,723 для верхнего пределов;
aj
— эмпирические коэффициенты, характеризующие вклад j-х структурных групп.
НТПР = -62,46 + 0,655·107,8 + ( – 0,009·3+0,11+19,75) = 25,20
С.
ВТПР = -41,43 + 0,723·107,8 + ( 0,570·3+1,267+17,8) = 56,10
С.
Ответ:
температурные пределы распространения пламени для метилового спирта равны tн
=0,3О
С и tв
=26,3 О
С.
(ГОСТ12.1.044 приложение 6)
3.6. Нормальная скорость распространения пламени паровоздушной смеси (максимальная нормальная скорость горения).
Нормальная скорость распространения пламени - скорость перемещения фронта пламени относительно несгоревшего газа в направлении, перпендикулярном к его поверхности.
Значение нормальной скорости распространения пламени следует применять в расчетах скорости нарастания давления взрыва газо- и паровоздушных смесей в закрытом, негерметичном оборудовании и помещениях, критического (гасящего) диаметра при разработке и создании огнепреградителей, площади легкосбрасываемых конструкций, предохранительных мембран и других разгерметизирующих устройств; при разработке мероприятий по обеспечению пожаровзрывобезопасности технологических процессов в соответствии с требованиями ГОСТ 12.1.004 и ГОСТ 12.1.010.
Максимальная нормальная скорость горения
– максимальная линейная скорость распространения фронта пламени в газовых смесях, определяемая в специальных условиях.
Максимальная нормальная скорость распространения пламени в настоящей работе определяется по справочной литературе и расчетом.
Максимальная скорость горения Su
для органических веществ, состоящих из атомов С, Н, N, O, S и структурных групп, представленных в таблице, вычисляется по формуле:
где - число структурных групп j-го вида в молекуле; - коэффициент, соответствующий j-й структурной группе; nC
– число атомов углерода в молекуле; - показатель степени, равный двум; Su
0
– значение нормальной скорости горения
Для органических веществ, состоящих из атомов С, Н, N, O, и для веществ, состоящих из структурных групп, не учтенных в таблице максимальная нормальная скорость горения вычисляется по формуле:
где Т – адиабатическая температура горения смеси стехиометрического состава.
Для веществ, состоящих из структурных групп, приведенных в таблице, значение Т может быть определено по формуле:
,
где mj
– число структурных групп j-го вида в молекуле;
Таким образом для изобутилового спирта:
= = 0,55 м/с.
(ГОСТ 12.1.044-89 приложение 7).
3.7. Критический диаметр огнегасящего канала и безопасного экспериментального максимального зазора
.
Расчет критического диаметра dкр
длинного цилиндрического огнегасящего канала производится по формуле:
где Рекр
= 72 – число Пекле; Su – нормальная скорость горения; Сpv
– удельная теплоемкость, Дж/кг·К; λ – коэффициент теплопроводности исходной смеси, Вт/м·К; Т – температура, К; Р – давление, Па; R – универсальная газовая постоянная, равная 8,31 Дж/моль·К; М – молярная масса, кг/моль.
Максимальный экспериментальный безопасный зазор (БЭМЗ) рассчитывается по формуле:
БЭМЗ = dкр
/3
Относительная средняя квадратическая погрешность расчета составляет 18%.
Для метилового спирта:
= 3.3 мм.
БЭМЗ = dкр
/3 = 3,3/3 = 1.1 мм
3.8. Минимальная энергия зажигания.
Минимальная энергия зажигания - наименьшая энергия электрического разряда, способная воспл
Значение минимальной энергии зажигания следует применять при разработке мероприятий по обеспечению пожаровзрывобезопасных условий переработки горючих веществ и обеспечения электростатической искробезопасности технологических процессов в соответствии с требованиями ГОСТ 12.1.004, ГОСТ 12.1.010 и ГОСТ 12.1.018.
Минимальная энергия зажигания Е
min
-
это наименьшее значение электрического разряда, способного воспламенить наиболее легковоспламеняющуюся смесь горючего газа, пара или пыли с воздухом.
Минимальная энергия зажигания - один из показателей пожарной опасности веществ, применяется при разработке мероприятий по пожаровзрывобезопасности и электростатической искробезопасности технологических процессов с обращающимися горючими газами, жидкостями и пылями. Эти мероприятия касаются выбора взрывобезопасного электрооборудования, материалов, условий их безопасной эксплуатации и т.д.
Минимальная энергия зажигания зависит от множества различных параметров. Она определяется экспериментально.
Минимальная энергия зажигания в курсовой работе определяется по справочной литературе и расчетом.
Минимальная энергия зажигания W (Дж) рассчитывается по формуле6
,
где α= 0,5 – коэффициент пропорциональности ; q- удельное объемное количество тепла, необходимое для нагрева горючей смеси от её начальной температуры tн
до температуры самовоспламенения. Дж/м3
; lк
– величина критического зазора, м.
Удельное объемное количество тепла, необходимое для нагрева горючей смеси от tнач
до tсв
, рассматривается как тепло, нужное для нагрева воздуха qг
, и вычисляется (Дж) по формуле
,
где СР
– теплоемкость воздуха, Дж/(кг град); ρг
– плотность воздуха, кг/м3
.
Величину qг
можно вычислить по таблице 12.
При расчете критического зазора зажигания lк
используется значения максимального экспериментального безопасного зазора (МЭБЗ), ГОСТ 12.1.001-78:
Таким образом для метилового спирта:
Еmin
=0,17 мДж
Ответ:
минимальная энергия зажигания равна 0,17 мДж
3.9. Способность гореть и взрываться при взаимодействии с водой, кислородом и другими веществами.
Способность взрываться и гореть при взаимодействии с водой, кислородом воздуха и другими веществами - это качественный показатель, характеризующий особую пожарную опасность некоторых веществ.
Данные о способности веществ взрываться и гореть при взаимном контакте необходимо включать в стандарты или технические условия на вещества, а также следует применять при определении категории помещений по взрывопожарной и пожарной опасности в соответствии с требованиями норм технологического проектирования; при выборе безопасных условий проведения технологических процессов и условий совместного хранения и транспортирования веществ и материалов; при выборе или назначении средств пожаротушения.
Сущность метода определения способности взрываться и гореть при взаимном контакте веществ заключается в механическом смешивании исследуемых веществ в заданной пропорции и оценке результатов испытания.
(ГОСТ 12.1.044-89 п.4.15).
3.10. Минимальная флегматизирующая концентрация флегматизатора.
Минимальная флегматизирующая концентрация флегматизатора - наименьшая концентрация флегматизатора в смеси с горючим и окислителем, при которой смесь становится неспособной к распространению пламени при любом соотношении горючего и окислителя.
Значение минимальной флегматизирующей концентрации флегматизатора следует применять при разработке мероприятий по обеспечению пожаровзрывобезопасности технологических процессов методом флегматизации в соответствии с требованиями ГОСТ 12.1.004
и ГОСТ 12.1.010
.
Фгф
- концентрация горючего в экстремальной точке области воспламенения, объемные проценты;
μгф
– то же, но в нормальных долях, моль/моль;
φф
- минимальная флегматизирующая концентрация негорючего компонента, объемные проценты;
μФ
- мольная доля флегматизатора в смеси;
φкис(ф)
– минимальное взрывоопасное содержание кислорода в воздухе в точке флегматизации, (объемные проценты);
Концентрация флегматизатора в экстремальной точке рассчитывается по формуле:
где h' и h" - параметры, зависят от рода флегматизатора, приведены в таблице 9, а ΔНf
0
– энтальпия образования горючего, причём, если параметры h даны в моль/Дж. то и ΔНf
0
– необходимо брать в Дж/моль; индексом mj
в формуле обозначено число атомов и групп одного вида в молекуле горючего. (Справочник Баратова ).
В расчетной работе необходимо определить минимальную флегматизирующую концентрацию для водяного пара, СО2
и N2
.
Разбавление азотом:
mc
= 1, mh
= 4, mo
= 1.
φф
= 100·(0,800·10-5
·276300 + 0,780 + (1,651·1 + 0,527·4 + 0,446·1))/2,236 – 1 + (5,000·1 + 1,250·4 - 2,500·1) =49,1%.
Разбавление водяным паром:
φф
= 100·(0,735·10-5
·276300 + 0,579 + (1,251·1 + 0,418·4 + 0,542·1))/2,020 – 1 + (4,642·4 + 1,160·10 - 2,321·1) = 39%.
Разбавление двуокисью углерода:
φф
= 100·(0,864·10-5
·276300 + 1,256 + (2,5277·1 + 0,7592·4+ 0,197·1))/2,8 – 1 + (5,964·4 + 1,486·10 - 2,973·1) = 31,8 %.
Ответ: минимальная флегматизирующая концентрация флегматизатора
равна для водяного пара- 49,1%, для углекислого газа- 39%, для
азота- 31,8%.
3.11. МВСК Минимальное взрывоопасное содержание кислорода.
Минимальное взрывоопасное содержание кислорода - такая концентрация кислорода в горючей смеси, состоящей из горючего вещества, воздуха и флегматизатора, меньше которой распространение пламени в смеси становится невозможным при любой концентрации горючего в смеси, разбавленной данным флегматизатором.
Значение минимального взрывоопасного содержания кислорода следует применять при разработке мероприятий по обеспечению пожаровзрывобезопасности технологических процессов в соответствии с требованиями ГОСТ 12.1.004
и ГОСТ 12.1.010
.
Минимальное взрывоопасное содержание кислорода— такая концентрация кислорода в горючей смеси, состоящей из горючего вещества, воздуха и флегматизатора, меньше которой распространение пламени в смеси становится невозможным при любой концентрации горючего в смеси, разбавленной данным флегматизатором.
Минимальное взрывоопасное содержание кислорода (МВСК) в объемных процентах рассчитывается по формуле :
φО2
= ,
тогда:
при разбавлении азотом:
φО2
= = 10,53 %.
при разбавлении водяным паром:
φО2
= = 12,68%.
при разбавлении двуокисью углерода:
φО2
= = 14,04 %.
Ответ: минимальное взрывоопасное содержание кислорода для
водяного пара равно- 12,68%, для углекислого газа- 8,77%,
для азота- 10,53%.
3.12. Максимальное давление взрыва.
Максимальное давление взрыва - наибольшее избыточное давление, возникающее при дефлаграционном сгорании газо-, паро- или пылевоздушной смеси в замкнутом сосуде при начальном давлении смеси 101,3 кПа.
Значение максимального давления взрыва следует применять при определении категории помещений по взрывопожарной и пожарной опасности в соответствии с требованиями норм технологического проектирования, при разработке мероприятий по обеспечению пожаровзрывобезопасности технологических процессов в соответствии с требованиями ГОСТ 12.1.004 и ГОСТ 12.1.010.
Рвзр
= , где
Р0
– начальное давление, кПа (МПа);
Т0
– начальная температура, К;
Твзр
– температура взрыва, К;
m
– число молей (киломолей) газообразных продуктов горения;
n
– число молей (киломолей) исходных газообразных веществ.
Рвзр
= =808,07 кПа.
СН4
О + 1,5 (О2
+ 3,76·N2
) → СО2
+ 2Н2
О + 1.5·3,76·N2
m = 1+2+1.5·3,76 = 8,64 киломоль.
n = 1 + 1,5·4,76 = 8,14 киломоль.
Твзр
= 2202 К.
Ответ:
максимальное давление взрыва равно 808,07 кПа.
(ГОСТ 12.1.044 приложение 11)
3.13
.Вывод:
проведя анализ пожарной опасности данного вещества, можно дать рекомендации по работе с ним, например, данное вещество имеет tвсп
=- 0,7 0
С - это вещество относится к ЛВЖ; КПР-1,04%-6,84%-пожаровзрывоопасная зона; оно опасно при взаимодействии с галогенами и с сильными окислителями.
4. Расчет аварийной ситуации.
4.1. Интенсивность испарения при заданных условиях.
1. Скорость воздушного потока – 0,37 м/с;
2. Площадь помещения –780 м2
;
3. Высота помещения – 4.8 м;
4. Объем емкости ( аппарата ) – 200 литров;
5. Температура в помещении – 400
С.
Wисп
=10-6
·η··Рн
,
по таблице 3 НПБ 105-03 принимаем коэффицент η=2,3.
Молярная масса изобутилового спирта равна: М = 32 кг/кмоль.
Давление насыщенного пара:
В пожарных расчетах наиболее распространенным способом определения давления насыщенного пара при заданной температуре является расчет по уравнению Антуана
:
; Р
s
,
где
Р
s
- давление насыщенного пара, кПа;
tР
- рабочая (заданная) температура, 0
С;
А, В, С
- константы уравнения Антуана из справочной литературы.
А=7,3522.
В=1660,454.
С=245,818.
Р
s
= = 34,8 кПа.
Тогда:
Wисп
=10-6
·2,3··34,8= 453,03·10-6
кг/м2
·с.
Ответ: скорость испарения составила 453,03·10-6
кг/м2
·с
( НПБ 105-03)
4.2. Время образования минимальной взрывоопасной концентрации паров в помещении.
Из предыдущих расчетов известно, что минимальная взрывоопасная концентрация паров равна 0,08 кг/м3
.
0,058 кг - 1 м3
mкг - 1600 м3
m = = 92,8кг - минимальная взрывоопасная концентрация для объёма равного 1600 м3
.
2.Время образования минимальной взрывоопасной концентрации выражается из формулы:
m = Wисп
·Sисп
·τисп
.
Тогда:
τисп
= ;
Все данные для этого расчета у нас имеются.
τисп
= = 1865,5 сек. = 31мин.
Ответ
: в рассмотренном помещении при выбранной аварийной ситуации
минимальная среднеобъемная взрывоопасная концентрация паров
в помещении образуется через 31 минуты после аварии.
4.3. Избыточное давление взрыва газопаровоздушной смеси при выбранной аварийной ситуации.
Избыточное давление взрыва DР для индивидуальных горючих веществ (газов и паров ЛВЖ и ГЖ), состоящих из атомов С, Н, О, N, Cl, Br, I, F, определяется по формуле
Расчет избыточного давление взрыва для индивидуальных веществ производится согласно ГОСТ Р 12.3.047 – 98
и НПБ 105-03.
, кПа.
Где,
РMAX
- максимальное давление взрыва стехиометрической газовоздушной и паровоздушной смесив замкнутом объеме. Определяется экспериментально или по справочным данным. При отсутствии данных допускается принимать РMAX
= 900 кПа.
Р0
- начальное давление, кПа. Допускается принимать равным 101,3кПа.
m
- масса горючего газа или паров ЛВЖ и ГЖ, вышедших в результате аварии в помещение.
Z
- коэффициент участия горючего во взрыве. Допускается принимать значение Z
по таблице.
VСВ
- свободный объем помещения, м3
. Свободный объем помещения определяется как разность между объемом помещения и объемом, занимаемым технологическим оборудованием.
Если свободный объем помещения определить невозможно, то его допускается принимать равным 80 % геометрического объема помещения.
VСВ
= 0,8V.
r
Г
- плотность газа или пара при расчетной температуре tРАСЧ
, кг/м3
,
где
, кг/м3
, а , м3
/кмоль.
Если принять, что давление в помещении равно нормальному атмосферному давлению (101,3 кПа) то плотность газа или пара можно рассчитать по следующей формуле:
, кг/м3
, где
М
- молярная масса газа или пара, кг/кмоль;
Примечание:
Бывают случаи, когда рассчитанная таким образом масса паров превышает массу жидкости. Это говорит о том, что жидкость испарится полностью менее чем за час. В этом случае расчетная масса паров принимается равной массе жидкости.
V0
- молярный объем при нормальных условиях, равный 22,4 м3
/кмоль.
tРАСЧ
- расчетная температура, 0
С.
ССТЕХ
- стехиометрическая концентрация горючих газов или паров ЛВЖ и ГЖ, % (объемных). Стехиометрическая концентрация вычисляется по формуле
, % ,
Где:
b
-
стехиометрический коэффициент кислорода в уравнении реакции горения. Коэффициент b
также может быть рассчитан по следующей формуле:
,
Где:
nC
, nH
, nX,
, nO
- число атомов С, Н, О, галогенов в молекуле горючего вещества.
КН
- коэффициент, учитывающий негеометричность помещения и неадиабатичность процесса горения. Допускается принимать КН
= 3.
Для того, чтобы воспользоваться этой формулой необходимо рассчитать массу, стехиометрическую концентрацию и свободный объем помещения. По условию время испарения не более часа.
m = Wисп
·Sисп
·τисп
= 453·10-6
·200·3600 = 158 кг.
= = 12,3 %.
VСВ
= 0,8VПОМЕЩ
= 0,8· = 2995,2 м3
.
=1,25 , кг/м3
,
=
= = 17,8кПа.
Ответ:
избыточное давление взрыва газопаровоздушной смеси
равно 17,8 кПа.
4.4. Размер взрывоопасной зоны.
Метод расчета размеров зон, ограниченных НКПР газов и паров, при аварийном поступлении горючих газов и паров ненагретых легковоспламеняющихся жидкостей в помещение регламентируется ГОСТ Р 12.3.047 – 98 и НПБ 105-03.
Расстояния ХНКПР
,
Y
НКПР
и Z
НКПР
для ГГ и ЛВЖ, ограничивающие область концентраций, превышающих НКПР, рассчитывают по формулам:
ХНКПР
= ,
Y
НКПР
= ,
ZНКПР
= ,
Где:
К1
– коэффициент, принимаемый равным:
1,1314
для горючих газов и
1,1958
для легковоспламеняющихся жидкостей;
К2
– коэффициент, равный:
1
для ГГ и
Т/3600
для ЛВЖ;
Т
– продолжительность поступления паров ЛВЖ, с;
К3
– коэффициент, принимаемый равным:
0,0253
для ГГ при отсутствии подвижности воздушной среды,
0,02828
для ГГ при подвижности воздушной среды,
0,04714
для ЛВЖ при отсутствии подвижности воздушной среды,
0,3536
для ЛВЖ при подвижности воздушной среды;
l
– длина помещения , м;
b
– ширина помещения, м;
h
– высота помещения, м;
d
– допустимые отклонения концентраций при задаваемом уровне значимости. При уровне значимости Q
= 0,05
значения d
будут равны:
1,27
для ЛВЖ при работающей вентиляции,
1,25
для ЛВЖ при неработающей вентиляции,
1,37
для ГГ при работающей вентиляции,
1,38
для ГГ при неработающей вентиляции;
С0
– предэкспоненциальный множитель, % (объемн.), равный:
С0
=
для ГГ при отсутствии подвижности воздушной среды,
С0
=
для ГГ при подвижности воздушной среды,
U – подвижность воздушной среды, м/с;
С0
=
для ЛВЖ при отсутствии подвижности воздушной среды,
С0
=
для ЛВЖ при подвижности воздушной среды;
СН
– концентрация насыщенных паров при расчетной температуре, кПа.
СН
может быть рассчитана по формуле:
СН
= ,
Где:
РН
– давление насыщенных паров при расчетной температуре, кПа;
Р0
– атмосферной давление, равное 101, 3 кПа;
r
п
– плотность паров, кг/м3
.
Плотность паров r
п
рассчитывается по формуле:
r
п
= М/
V
м
, кг/м3
.
При отрицательных значениях логарифмов расстояния ХНКПР
,
Y
НКПР
и Z
НКПР
принимают равным 0.
Во всех случаях значения расстояний ХНКПР
,
Y
НКПР
и Z
НКПР
должны быть не менее 0,3 м для ГГ и ЛВЖ.
В нашем случае при нерабочей вентиляции:
С0
= = = 13,12
СН
= = = 34,4
ХНКПР
= = = 28 м.
Y
НКПР
= = = 14,35м.
ZНКПР
= = = 1,02 м.
при работающей вентиляции:
ХНКПР
= = = 34 м.
Y
НКПР
= = =17,5 м.
ZНКПР
= = = 1,24 м.
(НПБ 105-03 )
4.5. Определение класса зоны по ПУЭ.
Электрооборудование и электрические сети являются потенциальными источниками зажигания на любом объекте, поэтому при проектировании и строительстве производственных объектов, одной из наиболее важных задач является выбор электрооборудования. Для этого ПУЭ предусматривает определение классов пожароопасных или взрывоопасных зон в производственных помещениях.
Выбор и установка электрооборудования (машин, аппаратов, устройств), электропроводок и кабельных линий производятся в соответствии с Правилами устройства электроустановок на основе классификации взрывоопасных и пожароопасных зон, и взрывоопасных смесей.
Класс взрывоопасной зоны, в соответствии с которым производится выбор электрооборудования, определяется технологами совместно с электриками проектной или эксплуатирующей организации.
При определении взрывоопасных зон принимается, что:
а) взрывоопасная зона в помещении занимает весь объем помещения, если объем взрывоопасной смеси превышает 5 % свободного объема помещения;
б) взрывоопасной считается зона в помещении в пределах до 5 м по горизонтали и вертикали от технологического аппарата, из которого возможно выделение горючих газов или паров ЛВЖ, если объем взрывоопасной смеси равен или менее 5 % свободного объема помещения. Помещение за пределами взрывоопасной зоны следует считать невзрывоопасным, если нет других факторов, создающих в нем взрывоопасность.
Объемы взрывоопасных газо- и паровоздушной смесей, а также время образования паровоздушной смеси определяются в соответствии с НПБ 105.
Минимальной взрывоопасной концентрацией горючего в смеси является НКПР. При этом необходимо учитывать коэффициент безопасности, который принимается в соответствии с ГОСТ 12.1.044-89* равным 0,8.
Для определения объема взрывоопасной смеси необходимо:
1. Определить количество паров, выходящих в объем помещения
Определяем объем, занимаемый 65,4 кг паров:
плотность паров равна:
2. Определить минимальную взрывоопасную концентрацию смеси
Минимальная взрывоопасная концентрация паров в смеси с учетом коэффициента безопасности составляет:
Определяем объем взрывоопасной смеси. Составляем пропорцию:
135 м3
-------- 4,5 %
Х м3
-------- 100%
взрывоопасная концентрация при рассматриваемой аварийной ситуации образуется в объеме 3000 м3
, это более 5% от свободного объема помещения.
3. Определение категории и группы взрывоопасной смеси
БЭМЗ для изобутилового спирта составляет 1,1 мм. В соответствии с п.7.3.26 ПУЭ категория взрывоопасной смеси IIА.
Температура самовоспламенения метилового спирта 470°С. В соответствии с п.7.3.27 ПУЭ группа взрывоопасной смеси Т1.
Вывод:
В помещении обращается ЛВЖ, категория взрывоопасной смеси IIА, группа взрывоопасной смеси Т1. Образование взрывоопасной концентрации в помещении возможно только в результате аварийной ситуации. Объем взрывоопасной смеси превышает 5% свободного объема помещения. В соответствии с ПУЭ, класс зоны во всем объеме рассматриваемого помещения - В-Iа.
Зоны класса В-Iа
— зоны, расположенные в помещениях, в которых при нормальной эксплуатации взрывоопасные смеси горючих газов (независимо от нижнего концентрационного предела воспламенения) или паров ЛВЖ с воздухом не образуются, а возможны только в результате аварий или неисправностей.
4.6. Определение тротилового эквивалента взрыва паровоздушной смеси.
Для сравнительной оценки уровня воздействия взрыва газо- паровоздушной смеси используется тротиловый эквивалент взрыва.
Тротиловым эквивалентом взрыва
называется условная масса тринитротолуола (тротила), взрыв которой адекватен по степени разрушения взрыву парогазовой среды с учетом реальной доли участия во взрыве горючего вещества.
Тротиловый эквивалент взрыва определяется по формуле:
W
Т
= , кг,
где
0,4
– доля энергии взрыва парогазовой смеси, затрачиваемой непосредственно на формирование ударной волны;
0,9
– доля энергии взрыва тринитротолуола, затрачиваемой непосредственно на формирование ударной волны;
QH
– удельная (низшая) теплота сгорания парогазовой среды , кДж/кг;
Q
Т
– удельная теплота взрыва ТНТ (qТ
= 4240 кДж/кг);
z – доля приведенной массы паров, участвующей во взрыве.
W
Т
= = = 118,6кг.
Ответ: тротиловый эквивалент составляет 118,6 кг.
4.7. Определение радиусов зон разрушения.
Зоной разрушения считается площадь с границами, определяемыми радиусами R
,
центром которой является рассматриваемый технологический блок или наиболее вероятное место разгерметизации технологической системы. Границы каждой зоны характеризуются значениями избыточных давлений по фронту ударной волны DР и соответственно безразмерным коэффициентом К.
Радиус зоны разрушения (м) в общем виде определяется выражением:
R = , где
К —
безразмерный коэффициент, характеризующий воздействие взрыва на объект.
При массе паров т
более 5000 кг радиус зоны разрушения может определяться выражением:
R = .
R = = 6 м
Ответ: радиус зоны разрушения составляет 6 м.
4.8 Исследование возможности снижения пожарной опасности помещения
Очевидно, что уровень пожарной опасности помещения определяет требуемые расходы на системы противопожарной защиты. Часто для оптимизации расходов на проектирование, строительство и эксплуатацию объектов требуется снизить их пожарную опасность.
В классификации помещений на взрывопожароопасные и пожароопасные определяющим показателем является величина избыточного давления взрыва в случае аварийной ситуации. Граничным значением принято 5 кПа, поскольку при таком давлении взрыва возможно повреждение человека волной давления (см. п.4.3).
Основными способами снижения пожарной опасности помещений, в которых обращаются ЛВЖ или ГЖ являются:
1. ограничение объемов используемых жидкостей;
2. ограничение площади возможного разлива жидкостей;
3. устройством аварийной вентиляции.
4.8.1 Ограничение объема хранения
Определяется максимальный объем сосуда (аппарата) с жидкостью в рассматриваемом помещении, при котором избыточное давление взрыва (см. п.4.3 курсовой работы) не превышает 5 кПа.
В качестве аварийной ситуации принимаем разрушение аппарата, выход жидкости в объем помещения, ее испарение с образованием взрывоопасной паровоздушной смеси.
1. Избыточное давление при взрыве паров:
= 32,7кПа.
2. Определяем количество паров жидкости в помещении, при взрыве которого избыточное давление взрыва составит 5 кПа
=>
3. Определяем количество паров, образующихся при разливе 1 литра жидкости
Wисп
=10-6
·2,3··34,8= 453,03·10-6
кг/м2
·с.
С учетом того, что 1 л изобутилового спирта разливается на площадь 1 м2
, площадь испарения составляет 1 м2
.
Время полного испарения 1 литра жидкости составляет:
,
это более 3600 сек.
За один час испарится:
4. Определяем площадь, с которой испарится 9,9 кг жидкости за один час:
Таким образом, для того чтобы за один час испарилось 9,9 кг изобутилового спирта, необходимо разлить 30,9 л жидкости. Т.е. при хранении изобутилового спирта в аппаратах менее чем по 30,9 л, избыточное давление взрыва в случае аварийной ситуации составит менее 5 кПа.
5. Произведем проверочный расчет:
Объем жидкости 27,4 л
Площадь разлива 27,4 м2
Масса паров, образующихся за один час
= 4,99 кПа.
Вывод: при использовании емкостей для метилового спирта объемом не более 27,4 л избыточное давление взрыва в случае аварийной ситуации не превысит 5 кПа.
4.8.2
Ограничением площади разлива жидкости
Количество испаряющейся жидкости в случае аварийной ситуации можно уменьшить путем ограничения площади разлива. Для этого могут быть предусмотрены обвалования, бортики, аварийный слив и т.п. Расчет максимальной площади обвалования производится аналогично как в п.4.8.2. При этом необходимо рассчитать минимальную высоту обвалования.
При определении высоты обвалования, учитывается, что фактическая высота должна быть не менее чем на 0,1 м больше расчетной.
Vапп
=Sисп
× hобвал.
Vапп
= 200 л= 0,2 м3
Sисп
=27,4 м2
hобвал.
=
Проверка: Объем жидкости 0,2 м3
Площадь разлива 27,4 м2
Масса паров, образующихся за один час
= 4,99 кПа.
Ответ: площадь обвалования составила 27,4 м2
.
При хранении емкости с метиловым спиртом в обваловании площадью 27,4 м2
и более, высотой 0,109 м избыточное давление взрыва составит не более 5 кПа и помещение перейдет в пожароопасную категорию.
4.8.3
Устройством аварийной вытяжной вентиляции в помещении
В случае обращения в помещении горючих газов, легковоспламеняющихся или горючих жидкостей при определении значения массы т
горючего вещества для расчета избыточного давления взрыва, допускается учитывать работу аварийной вентиляции, если она обеспечена резервными вентиляторами, автоматическим пуском при превышении предельно допустимой взрывобезопасной концентрации и электроснабжением по первой категории надежности (ПУЭ), при условии расположения устройств для удаления воздуха из помещения в непосредственной близости от места возможной аварии.
При этом массу m
горючих газов или паров легковоспламеняющихся или горючих жидкостей, нагретых до температуры вспышки и выше, поступивших в объем помещения, следует разделить на коэффициент К,
определяемый по формуле
К = АТ + 1,
где А –
кратность воздухообмена, создаваемого аварийной вентиляцией, с-1
; Т –
продолжительность поступления горючих газов и паров легковоспламеняющихся и горючих жидкостей в объем помещения (в случае испарения жидкости – 3600 сек, или время полного испарения).
Кратность воздухообмена обычно обозначается n и показывает сколько раз за один час полностью меняется атмосфера в помещении, т.е. размерность [1/час]. Поэтому при выполнении расчетов, необходимо привести это значение к размерности [1/сек].
Так же необходимо учесть, что при работе аварийной вентиляции скорость воздушных потоков в помещении может увеличиться, что приведет к увеличению интенсивности испарения. Скорость воздушного потока в помещении при работе аварийной вентиляции определяется по формуле:
,
где l
- длина помещения, м;
n - кратность воздухообмена ч-1
.
Принимаем n=2,5
Помещение оборудовано аварийной вентиляцией обеспечивает вентиляцию помещения кратностью воздухообмена равной 2,5.
W=10-6
η√МРн
ω=L/τ=2·l·g/3600=2·20·7/3600=0,054 м/с
в соответствии с таблицей №3 НПБ 105-03 при температуре 40О
С и скорости воздушного потока 0,054 м/с η=1,2
Wисп
=10-6
·1,2··25= 169,7·10-6
кг/м2
·с.
mав
=102,2 /(1+7 · 3600/3600)= 4,7 кг
= 3,75 кПа.
Ответ:
при кратности воздухообмена равной 2,5, давление взрыва будет меньше 5 кПа.
5. Выбор и обоснование огнетушащих средств
Осуществляется по справочникам, выбираются все ОТВ с указанием их расходных показателей: интенсивности подачи, удельного расхода, времени тушения поверхностным и объемным способом.
| Вода | Воздушно-механическая пена средней кратности на основе ПО-1Д, Сампо, ПО-6К, ПО-3АИ | Объёмное тушение | Порошки | Наиболее целесообразные средства тушения | |||||
| СО2
|
Хладоны | 85% (масс) СО2
+ 15% (масс) C2 F4 Br2 (CF2 Br) |
ПСБ-3 | П-2АП, пир. А, ПФ | ПГС-М, ПС, МГС, РС, ПФК | СИ-2 | |||
| I, л/(м2
·с) при t=(30-60) мин |
I, л/(м2
·с) при t=(30-60) мин |
G, кг/м3
при t=2 мин |
G, кг/м3
при t=2 мин |
G, кг/м3
при t=2 мин |
ε·104
G, кг/м3
|
ε·104
G, кг/м3
|
G, кг/м2
|
G, кг/м2
|
|
| 0,25 | - | 0,7 | 0,22 | 0,27 | 1,50 (0,66) |
1,42 (0,89; 0,65; 0,47) |
- | - | При крупных проливах – распыленная вода, пена, порошок ПСБ В помещениях объёмное тушение Малые очаги – СО2
|
Рекомендуемый список литературы
1. Основная
1.1. Теоретические основы процессов горения /Кутуев Р.Х., Малинин В.Р., Кожевникова Н.Ю. и др.: Учебник. - СПб.: СПбВПТШ МВД РФ, 1996. -236с.
1.2. Решетов А.П., Ловчиков В.А. Теоретические основы процессов горения: Учебно-методическое пособие по решению задач. - СПб: СПбИПБ МВД России, 1997. - 123 с.
1.3. Пожаровзрывоопасность веществ и материалов и средства их тушения. Справочник под редакцией А.Н. Баратова и А.Я. Корольченко - М.:Химия, 1990.
1.4. Расчет основных показателей пожаровзрывоопасности веществ и материалов: Руководство. – М.: ВНИИПО, 2002. – 77 с.
1.5. С.И. Таубкин. Пожар и взрыв. Особенности их экспертизы. – М.:ВНИИПО МВД России, 1999. – 600 с.
1.6. Власов Д.А. Взрыв и его последствия: Учебное пособие. – СПб.: СПбГТИ (ТУ), 2001. – 152 с.
2. Дополнительная
2.1. Демидов П.Г., Саушев B.C. Горение и свойства горючих веществ: Учебное пособие. М.: ВИПТШ МВД СССР, 1984.
2.2. Абдурагимов И.М. и др. Физико-химические основы развития и тушения пожаров (Учебное пособие) М.: ВИПТШ МВД СССР, 1980.
2.3. Химия. Большой энциклопедический словарь / Гл. ред. И.Л. Кнуянц. - М.: Большая Российская энциклопедия, 2000. - 792 с.
2.4. Пожарная безопасность. Взрывоопасность / А.Н.Баратов, Е.Н.Иванов, А.Н.Корольченко и др. – М.: Химия, 1987.-272с.
2.5. Пожарная опасность веществ и материалов, применяемых в химической промышленности: Справочник / Под ред. Рябова И.В. – М.: Химия, 1970. – 336 с.
2.6. Иванников В.П., Клюс П.П. Справочник руководителя тушения пожара. – М.: Стройиздат, 1987
2.7. Драйздейл Д. Введение в динамику пожаров /Пер. с англ. К.Г. Бомштейна; Под. ред. Ю.А. Кошмарова, В.Е. Макарова. – М.: Стройиздат, 1990. – 424 с.: ил. – Перевод. изд. An Introduction to Fire Dynamics/ D. Drysdale. – John Wiley and Sons, Chichester, 1985. – ISBN 5-274-00771-6.
2.8. Краткая химическая энциклопедия (в 5-ти томах), 1987.
2.9. Справочник химика, в 6-ти томах.
3. Нормативно-техническая
3.1. ГОСТ 2.105-95 ЕСКД. Общие требования к текстовым документам.
3.2. ГОСТ 7.1-84. Система стандартов по информации, библиотечному и издательскому делу. Библиографическое описание документа. Общие требования и правила составления.
3.3. ГОСТ 7.9-95. Система стандартов по информации, библиотечному и издательскому делу. Реферат и аннотация. Общие требования.
3.4. ГОСТ 7.32-2001. Система стандартов по информации, библиотечному и издательскому делу. Отчет о научно-исследовательской работе. Структура и правила оформления.
3.5. ГОСТ 12.1.004-91* Пожарная безопасность. Общие требования.
3.6. ГОСТ 12.1.044-89. Пожаровзрывоопасность веществ и материалов. Номенклатура показателей и методы их определения.
3.7. ГОСТ Р 12.3.047-98 Пожарная безопасность технологических процессов
3.8. НПБ 105-03 Определение категорий помещений, зданий и наружных установок по взрывопожарной и пожарной опасности.
3.9. Пособие по применению НПБ 105-95 "Определение категорий помещений и зданий по взрывопожарной и пожарной опасности" при рассмотрении проектно-сметной документации /Шебеко Ю.Н. и др. - М.: ВНИИПО, 1998. - 119 с
3.10. ПУЭ-85. Правила устройства электроустановок / Минэнерго СССР. - М.: Энергоатомиздат, 1986. - 648 с.
3.11. ПБ 09-170-97 Общие правила взрывобезопасности для взрывопожароопасных химических, нефтехимических и нефтеперерабатывающих производств
| № п/п
|
Наименование
|
Данные по пожарной опасности
|
|||
| справочные
|
расчетные
|
Требования пожаровзрывобезопасности
(с учетом коэффициентов безопасности)
|
|||
| 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | |
| 1. | Общие сведения:
Название вещества Структурная формула Область применения |
метиловый спирт СН4
лвж |
|||
| Физико-химические свойства | |||||
| 2. | Агрегатное состояние Внешний вид, цвет и запах |
Жидкость бесцветная |
|||
| Плотность, кг/м.куб | 786,9 | ||||
| Относительная плотность пара по воздуху | 1,1 | ||||
| Температура плавления Тпл, о
С |
------ | ||||
| Температура кипения, Ткип, о
С |
64,9 | ||||
| Коэффициент диффузии пара в воздухе, кв.см/с | 0,162 | ||||
Растворимость в воде, % |
Хорошо растворим | ||||
| Характеристики горения | |||||
| 3. | Расход воздуха на горение м.куб/кг: Теоретический Практический |
5 16 |
|||
| Коэффициент избытка воздуха | 3,2 | ||||
Объем продуктов горения, м.куб/кг: Теоретический Практический |
9,5 31,1 |
||||
Состав продуктов горения практический, % об СО2
Н2
N2
|
4,1 8,2 74,1 |
||||
Стехиометрическая концентрация, % об. г/м.куб |
12,3 180 |
||||
| Низшая теплота горения Qн, кДж/кг | 23025 | ||||
| Температура горения адиабатическая Тгор, К | 2202 | ||||
| Показатели пожарной опасности | |||||
| 4. | Температура вспышки, tвсп, о
С |
6 |
0,7 | лвж | |
| Температура воспламенения tв, о
С |
13 | 11,2 | |||
| Температура самовоспламенения tсв, о
С |
440 | 440 | tбез
0,8 ·440=352 0
|
||
Концентрационные пределы распространения пламени, % об.: НКПР ВКПР |
6,98 35,5 |
5,64 34,5 |
С источником зажигания: φбез
=5,64÷
Без источника зажигания: φбез
=5,64÷
|
||
Температурные пределы распространения пламени, о
НТПР ВТПР |
5 39 |
6 39,9 |
НТПР-10≤tбез
-4 ≤ tбез
|
||
| Минимальная энергия зажигания, Emin, мДж | 0,17 | 0,14 | Еmin
без. ≤0,4Еmin заж =0,4·0,17=0,068 |
||
| Способность гореть и взрываться при взаимодействии с H2
O, O2 , и др. |
Опасно при взоимодействии с алогенами и с сильными окислитеями | ||||
| Нормальная скорость распространения пламени, Uн
, м/с |
0,572 | ---- | |||
| Максимальное давление взрыва, Pmax, кПа | 620 | ---- | |||
Минимальная флегматизирующая концентрация % об. N2
CO2
H2
|
49 38,6 32 |
---- | |||
| Рекомендуемые огнетушащие вещества
|
|||||
| 5. | Вода (интенсивность подачи) | ||||
| Пена (интенсивность подачи) | |||||
| Негорючие газы (наименование, расход) | |||||
| Хладоны (наименование, расход) | |||||
| Порошки (наименование, расход) | |||||