ПАРАМЕТРЫ ГОРЕНИЯ И ВЗРЫВА. МЕТОДЫ И ПРИМЕРЫ РАСЧЕТА
МИНОБРНАУКИ РОССИИ
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение
высшего профессионального образования
«Казанский национальный исследовательский технологический университет»
Казанский межвузовский инженерный центр «Новые технологии»
ФГБОУ ВПО «КНИТУ»
Определение расчетных величин пожарного риска
на производственных объектах, параметров горения и взрыва горючего вещества
(специальности «Техносферная безопасность»,
«Автоматизированное производство
химических предприятий»)
Учебное пособие
Казань
ФГБОУ ВПО «КНИТУ»
2012
УДК 614
ББК 38.96я7
Х 98
Хусаинов, Р. М.
Определение расчетных величин пожарного риска на производственных объектах, параметров горения и взрыва горючего вещества: учебное пособие / Р.М. Хусаинов; Казан. нац. иссл. технол. ун-т – Казань: ФГБОУ ВПО «КНИТУ», 2012. – 164 с.
ISBN
Рассматриваются системы показателей пожарной опасности веществ и материалов как совокупности предельных условий параметров возникновения и прекращения горения. Представлены методика и порядок определения расчетных величин пожарного риска на производственных объектах
Предназначено для студентов, бакалавров, магистров и преподавателей:
заочного отделения специальности 280700 – «Техносферная безопасность» КМИЦ «Новые технологии» ФГБОУ ВПО «КНИТУ»;
очного отделения специальности 240706.65 – «Автоматизированное производство химических предприятий» кафедры «Оборудование химических заводов» ФГБОУ ВПО «КНИТУ».
|
|
|
Подготовлено в КМИЦ «Новые технологии» ФГБОУ ВПО «КНИТУ» совместно с кафедрой «Оборудование химических заводов» ФГБОУ ВПО «КНИТУ».
Печатается по решению редакционно-издательского совета ФГБОУ ВПО «Казанского национального исследовательского технологического университета»
Рецензенты: профессор каф.ИНЭК, д.х.н С.В.Фридланд
зам. ген. директора по научной работе
ОАО «КазХимНИИ», канд. хим. наук В.В.Уваев
| ISBN | © | Хусаинов Р.М. 2012 г. |
| © | Казанский национальный исследовательский технологический университет, 2012 |
ВВЕДЕНИЕ
«Производственная безопасность» является научно-учебной дисциплиной, изучающей производственные опасности с целью разработки профилактических мер защиты от них производственного персонала.
В учебном пособии представлены методика и порядок определения расчетных величин пожарного риска на производственных объектах, даны основные термины и определения, показаны алгоритмы анализа пожарной опасности производственного объекта и оценки последствий воздействия опасных факторов пожара на людей для различных сценариев его развития.
|
|
|
На основании изложенного материала предлагается теоретически на основании расчетных методов определить параметры горения и взрыва выбранного горючего вещества, охарактеризовать его пожаровзрывоопасные свойства и сравнить полученные расчетные значения с экспериментально установленными показателями пожарной опасности, имеющимися в справочной литературе. Для помещений заданных размеров определить массу горючего вещества, при испарении которого в помещении образуется наиболее взрывоопасная паровоздушная смесь, определить тротиловый эквивалент взрыва такой смеси, рассчитать безопасное расстояние по действию воздушной ударной волны и количество флегматизатора, необходимого для предотвращения взрыва.
Прежде чем приступить к выполнению контрольной работы рекомендуется самостоятельно познакомиться с методами расчета параметров горения и взрыва, представленными в настоящем учебном пособии. Приведенные конкретные примеры помогут при выполнении расчетов по контрольной работе.
ПОТЕНЦИАЛЬНЫЕ ИСТОЧНИКИ АВАРИЙНЫХ ВЗРЫВОВ, ИХ КЛАССИФИКАЦИЯ
Аварийный взрыв - чрезвычайная ситуация, возникающая в самый неожиданный момент времени в ограниченном пространстве спонтанно по стечению обстоятельств (совокупности состояний протекающих процессов) или в результате ошибочных действий отдельного лица (лиц), причиной или следствием которой стал взрыв на потенциально опасном объекте, оказывающая негативное влияние на окружающую среду.
|
|
|
Взрыв в воздушной среде - локализованный в пространстве процесс быстрого перехода потенциальной энергии источника (химической, тепловой, электрической, механической) в кинетическую энергию окружающей среды в форме волны давления, колебаний грунта, летящих предметов и теплового излучения области энерговыделения.
Взрывоустойчивость объекта - свойство объекта выполнять свои функции при воздействии механических факторов аварийного взрыва без нарушения безопасности.
Взрывчатые вещества - химические соединения или смеси, способные под воздействием внешнего импульса (удара, тепла и т.д.) к протекающим с большой скоростью экзотермическим химическим реакциям.
Воздушная ударная волна - распространяющееся с большой скоростью в атмосфере возмущение, на переднем фронте которого скачкообразно изменяются все физические параметры (давление, плотность, температура и массовая скорость). Для воздушной ударной волны характерно наличие двух фаз - сжатия и разрежения с давлением выше и, соответственно, ниже атмосферного.
|
|
|
Вторичные осколки - незакрепленные предметы, находящиеся на территории объекта или его сооружений и вовлекаемые в движение проходящей ВУВ от аварийного взрыва.
Детонационный взрыв облаков газо- и топливновоздушных смесей - энерговыделение в объеме облака при распространении экзотермической химической реакции со сверхзвуковой скоростью.
Дефлаграционный взрыв облаков газо- и топливновоздушных смесей - энерговыделение в объеме облака при распространении экзотермической химической реакции с дозвуковой скоростью (взрывное горение).
Источник аварийных взрывов - объект, содержащий взрывоопасные вещества или взрывоопасные смеси (ВВ, ГВС, ТВС) и определяемый в связи с этим как потенциально опасный объект.
Объект - здание, сооружение или комплекс, функционирующий как единое целое.
Первичные осколки - продукты разрушения оболочек резервуаров или контейнеров при взрывах внутри (зданий, сооружений или комплексов) объектов.
Поражающие факторы взрыва в атмосфере - следствия взрывных процессов, представляющие опасность для строительных конструкций, оборудования и человека. Наибольшим разрушающим потенциалом и дальнодействием обладают воздушные ударные и сейсмовзрывные волны, а также летящие предметы (первичные и вторичные осколки, обломки, детали оборудования). Вторичным фактором взрыва в атмосфере является пожар.
Сейсмовзрывные волны - возмущения, распространяющиеся в грунте и вызывающие колебания оснований зданий и сооружений. Различают первичные сейсмовзрывные волны, распространяющиеся от места взрыва, и вторичные, в том числе генерируемые ВУВ.
Стехиометрическая смесь - смесь ГВС (ТВС), на каждый моль горючего вещества которой приходится необходимое количество молей кислорода для окисления, т.е. химическая реакция завершается полностью.
Сценарий - логическая последовательность взаимосвязанных состояний объекта или сложной технической системы, возможных при внешних воздействиях.
В качестве объектов, содержащих потенциальные источники аварийных взрывов, следует рассматривать (перечень неисчерпывающий):
- компоненты химических и нефтеперегонных комплексов;
- хранилища энергоносителей (жидких и газообразных) и ВВ;
- транспортные магистрали (воздушные, наземные, водные);
- транспортные сооружения (доки, терминалы, причалы, порты);
- буровые вышки, нефтяные скважины;
- шахты, карьеры;
- трубопроводы для перекачки жидких и газообразных энергоносителей;
- объекты оборонного комплекса.
Для определения степени опасности потенциальных источников аварийных взрывов на объектах полезна следующая информация:
- данные о количествах опасных материалов;
- параметры технологических процессов;
- максимальные объемы резервуаров, складов и других хранилищ;
- технические характеристики трубопроводов (маршруты, конструкции, изолирующие системы, эксплуатационные условия);
- наличие (отсутствие) аварий на анализируемом объекте - источники, сценарии их протекания и предусмотренные системы предупреждения взрыва и/или последствий взрыва;
- возможность взаимодействия материалов, хранящихся на разных складах или применяемых в различных процессах;
- максимальное количество ВВ;
- данные о розе ветров и других метеорологических особенностях района;
- физико-механические и динамические характеристики грунтов в данном районе.
В целях обеспечения необходимого и достаточного консерватизма оценок при определении параметров поражающих факторов от источников аварийных взрывов следует принимать во внимание:
- возможность инициирования одного источника другим (например, ударная волна от взрыва конденсированного ВВ может вызвать разрушение или разгерметизацию емкости с горючим веществом или опрокидывание железнодорожного состава, в котором имеются потенциальные источники взрыва);
- тепловое излучение часто приводит к нагреву близко расположенных емкостей с перегретой жидкостью, что является причиной взрыва емкости, а если в емкости находится горючее вещество, к последующему взрыву газо- и капельно-воздушного облака; летящий осколок может пробить трубопровод или емкость под давлением и т.д.);
- возможность совместного воздействия поражающих факторов от различных источников на объект.
В случае разгерметизации емкости с горючим газом под давлением истекает высокоскоростная турбулентная струя. Режим смешения с воздухом определяется ее параметрами и не зависит от метеоусловий. Размеры взрывоопасного облака определяются поверхностью, на которой концентрация ВВ соответствует нижнему концентрационному пределу, а скорость взрывного превращения - скоростным характеристикам турбулентной струи. При расчете параметров взрывной волны, генерированной сгоранием такого облака, следует использовать консервативный подход, считая, что струя направлена в сторону объекта.
В таблице 1 представлена классификация аварийных взрывов.
Таблица – 1 Классификация аварийных взрывов
| Тип аварийного взрыва | Ведущий взрывной процесс генерации ВУВ | Особые условия |
| Взрыв ВВ | Детонация ВВ | 1. ВВ в прочной оболочке 2. ВВ без оболочки или в непрочной оболочке |
| Взрыв ТВС в замкнутом объеме при отсутствии начального избыточного давления | 1. Объемная детонация смеси 2. Объемная дефлаграция смеси | 1. Газо- и паровоздушная смесь 2. Капельно-воздушная смесь 3. Пылевзвешенная смесь |
| Взрыв ТВС в замкнутом объеме при наличии начального избыточного давления | 1. Объемная детонация смеси 2. Объемная дефлаграция смеси | 1. Горение смеси после разрушения емкости 2. Без горения смеси после разрушения емкости |
| Взрыв облака ТВС в неограниченном пространстве | 1. Объемная детонация смеси 2. Объемная дефлаграция смеси | - |
| Разрушение емкости с газами или жидкостями, в том числе емкостей с перегретыми жидкостями | Распад начального разрыва (скачка) | 1. Без горения смеси после разрушения емкости 2. При горении смеси внутри емкости 3. Горение смеси после разрушения емкости |
В случае взрыва конденсированного ВВ значения параметров ВУВ допускается определять только одним параметром - полным энерговыделением. Взрыв облака горючей смеси может происходить в одном из двух качественно отличающихся режимах - дефлаграционном и детонационном. В процессе развития взрыва возможен переход из первого режима во второй.
В случае детонационного взрыва параметры ВУВ определяются энергией, выделившейся при взрыве облака ГВС. При дефлаграционном взрыве облака горючей смеси параметры ВУВ зависят от скорости распространения пламени, геометрии и размеров облака.
Перечень потенциальных источников аварийных взрывов представлен в таблице 2.
Таблица – 2 Перечень потенциальных источников аварийных взрывов
| Идентификационный признак | Наименование или функциональное назначение объекта | Определяемые технические характеристики | Рекомендуемая расчетная модель |
| ВВ | 1. Хранилище (склад) ВВ или изделий, содержащих ВВ 2. Перевозки ВВ и изделий, содержащих ВВ | 1. Тип и коэффициент эквивалентности ВВ 2. Полная масса ВВ 3. Геометрия объема, занимаемого ВВ | Детонация ВВ |
| Энергоносители в резервуарах | 1. Емкости для топлив и масел 2. Ресиверы или баллоны с газообразными или жидкими углеводородами 3. Железнодорожные и автомобильные емкости для углеводородов 4. Газгольдер | 1. Тип энергоносителя и физико-химические характеристики его горения и взрыва 2. Объем резервуара 3. Давление в резервуаре | Детонация ГВС (ТВС) Дефлаграция ГВС (ТВС) Разрушение резервуаров внутренним давлением |
| Расходуемые энергоносители | 1. Отсек электролизной 2. Водородная станция 3. Дизельная 4. Котельная 5. Автомобили, работающие на газовом топливе | 1. Тип энергоносителя 2. Объем емкости или производительность 3. Размеры помещения 4. Физико-химические характеристики горения и взрыва | Детонация ГВС (ТВС) Дефлаграция ГВС (ТВС) |
| Сосуды высокого давления | Баллоны со сжатыми инертными газами (воздух, азот, аргон, гелий и т.д.) | 1. Объем сосуда 2. Давление в сосуде 3. Вид газа | Разрушение резервуаров внутренним давлением |
Примечание: для каждого типа аварийного взрыва ведущий взрывной процесс и особые условия его протекания могут реализовываться в любом сочетании. В графе «Особые условия» отражены либо специфика реализации каждого взрывного процесса, либо дополнительные факторы
При разрушении емкости или аппарата со сжиженным горючим газом, хранящимся при температуре окружающей среды, происходит быстрое вскипание жидкого газа и диспергирование его на мелкие капли. Следует определять долю диспергированного вещества, используя диаграммы состояния. Оставшаяся часть вещества попадает на грунт и испаряется. Образовавшееся после испарения и диспергирования облако растекается под действием силы тяжести, перемешиваясь с воздухом. Одновременно происходит дрейф и рассеивание облака под действием атмосферной турбулентности.
Следует оценивать взрывоопасность такого облака. Принимается, что дрейф (если позволяет рельеф местности) происходит по направлению к объекту. Необходимо учитывать, что дрейф в сторону другого источника взрыва может привести к покрытию источника облаком горючей смеси и усилению взрывного воздействия облака и источника на объект.
ПАРАМЕТРЫ ГОРЕНИЯ И ВЗРЫВА. МЕТОДЫ И ПРИМЕРЫ РАСЧЕТА
Дата добавления: 2019-01-14; просмотров: 499; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!