Реферат Теорія горіння та вибуху

Страница 1 из 3 | Следующая страница

Федеральне агентство за освітою РФ

Державне освітнє установа вищого професійної освіти

«>Уфимский Державний Нафтовий Технічний Університет»

Кафедра «Промислова безпека продукції та охорона праці»

Контрольна робота з предмета:

Теорія горіння й Великого вибуху

Уфа - 2010


1.  Теоретичні питання вибуху

У технологічними процесами, що з здобиччю, транспортуванням, переробкою, отриманням, зберіганням та застосуванням горючих газів (РР) і легкозаймистих рідин (>ЛВЖ), завжди є небезпека освіти вибухонебезпечних газо- іпаровоздушних сумішей.

>Взривоопасную середу спроможні створити суміші речовин (газів, парів,пилей) з повітрям та інші окислювачами (кисень, озон. хлор, окисли азоту та ін.) і ті речовини, схильні до вибуховому перетворенню (ацетилен, озон,гидразин та інших.).

Причинами вибухів найчастіше є порушення правил безпечної експлуатації устаткування, витоку газів черезнеплотности в з'єднаннях, перегрів апаратів, надмірної підвищення тиску, відсутність належного контролю над технологічним процесом, розрив чи поломка деталей устаткування й ін.

Джерелом ініціювання вибуху є:

відкрите полум'я, палаючі і розпечені тіла;

електричні розряди;

- теплові прояви хімічних реакцій і механічних впливів;

іскри від удару й тертя:

ударні хвилі;

- електромагнітні та інші випромінювання.

Відповідно до ПБ 09-540-03 Вибух це:

>I.Процесс швидкоплинного вивільнення потенційної енергії, пов'язані з раптовим зміною стану речовини і що супроводжується стрибком тиску, або ударної хвилею.


2.Кратковременное вивільнення внутрішньої енергії, що дає надлишкове тиск

Вибух може статися з горінням (процесом окислення) чи ні нього.

Параметри й поліпшуючи властивості, що характеризують вибухонебезпечність середовища:

- температура спалахи;

- концентраційні і температурні межі запалення;

- температурасамовоспламенения;

- нормальна швидкість поширення полум'я;

- мінімальне вибухонебезпечне зміст кисню (окислювача);

-мінімальна енергія запалювання;

-чутливість до механічного впливу (удару і тертю). Небезпечними і шкідливими чинниками, які впливають на працюючих

у вибуху, є:

-ударна хвиля, у фронті якої тиск перевищує дозволене значення;

- полум'я;

->обрушивающиеся конструкції, устаткування, комунікації, будівлі і спорудження та їхразлетающиеся частини;

-які утворилися вибухом і (чи)виделившиеся з ушкодженого устаткування шкідливі речовини, зміст що у повітрі робочої зони перевищує гранично припустимі концентрації.

Основні чинники, що характеризують небезпека вибуху:

- максимальне тиск і температура вибуху;

- швидкість наростання тиску вибухом;

- тиск у фронті ударної хвилі;

-дробящие і фугасні властивості вибухонебезпечною середовища.

Від вибуху вихідна потенційна енергія речовини перетворюється, зазвичай, в енергію нагрітих стиснутих газів, що у своє чергу за її розширенні перетворюється на енергію руху, стискування, розігріву середовища. Частина енергії залишається як внутрішньої (теплової) енергіїрасширившихся газів.

Повне кількістьвиделившейся вибухом енергії визначає загальні параметри (обсягу, площі) руйнацій. Концентрація енергії (енергія в одиниці обсягу) визначає інтенсивність руйнацій в осередку вибуху. Ці характеристики своєю чергою залежить від швидкості вивільнення енергії вибухонебезпечною системою, яка зумовлює вибуховий хвилі.

Вибухи, найчастіші на практиці розслідування, можна підрозділити на дві основні групи: хімічні і її фізичне вибухи.

До хімічним вибухів ставляться процеси хімічного перетворення речовини, виявляються горінням і які характеризуються виділенням теплової енергії за стислий період часу й у тому обсязі, що утворюються хвилі тиску, що ширяться джерела вибуху.

До фізичним вибухів ставляться процеси, що призводять до вибуху і пов'язані з хімічними перетвореннями речовини.

Причиною випадкових вибухів найчастіше є процеси горіння. Вибухи що така найчастіше трапляються при зберіганні, транспортуванні і виготовленні вибухових речовин (ВР). Вона має місце:

- при обертанні з ВР і вибухонебезпечними речовинами хімічної та нафтохімічної промисловості;

- при витоках газу в житлових будинках;

під час виготовлення, транспортуванні та збереженнілегколетучих чи скраплених горючих речовин;

при промиванні резервуарів для зберігання рідкого палива;

під час виготовлення, зберіганні та використання горючих пилових систем і спроби деякихсамовозгорающихся твердих і рідких речовин.

Особливості хімічного вибуху

Існують дві основні типу вибухів: вибух конденсованого ВР і об'ємний вибух (вибух парівпилегазових сумішей). Вибухи конденсованих ВР викликаються усіма твердими ВР і щодо незначним числом рідких ВР, включаючи нітрогліцерин. Такі ВР зазвичай мають щільність 1300-1800кг/м3, проте первинні ВР містять свинець чи ртуть, мають трохи великі щільності.

Реакції розкладання:

Найпростіший випадок вибуху - процес розкладання із заснуванням газоподібних продуктів. Наприклад, розкладання пероксиду водню з великим тепловим ефектом й утворенням водяної пари та кисню:

>2Н2О2 2Н2О2 + О2 + 106кДж/моль

>Пероксид водню небезпечний, починаючи з концентрації 60%.

Розпад при терті чи ударіазида свинцю:

>Pb(N3)2 Pb -и3N2 + 474кДж/моль.

>Тринитротолуол (ТНТ) є речовиною з «дефіцитом кисню» і тому однією з основних продуктів її розпаду є вуглець, що сприяє освіті диму при вибухи ТНТ.

Речовини, схильні довзривчатому розкладанню, майже завжди містять одну чи кілька характерних хімічних структур, відповідальних за раптове розвиток процесу з великої кількості енергії. Ці структури включають такі групи:

-NO2 іNО3 - в органічних і неорганічних речовинах;

->N=N-N - в органічних і неорганічнихазидах;

->NX3, де X -галоид,

->N=C вфульминатах.

З законівтермохимии можна виявити сполуки, процес розкладання яких може бути вибухонебезпечним. Однією з вирішальних чинників, визначальних потенційну небезпеку системи, є превалювання її внутрішнього енергії в початковому стані проти кінцевим станом. Таке умова виконується при поглинанні тепла (ендотермічна реакція) у процесі утворення речовини. Прикладом відповідного процесу є освіту ацетилену з елементів:

>2С +Н2 СН=СН - 242кДж/моль.

До речовин не вибухонебезпечним, які втрачають тепло у процесі утворення (>екзотермическая реакція), ставляться, наприклад, діоксид вуглецю

З + О2 СО2 + 394кДж/моль.

Слід враховувати, що "застосування законівтермохимии дозволяє лише виявити можливість вибухового процесу. Здійснення його залежить від швидкості реакції і гуманітарної освіти летючих продуктів. Приміром, реакція парафіну свічки з киснем, попри високуекзотермичность, не призводить до вибуху через її низькою швидкості.

Реакція2Аl+4АС2О2 Аl2О3 +2Fе як така, попри високуекзотермичность, теж призводить до вибуху, бо утворюються газоподібні продукти.

>Окислительно-восстановительние реакції, що є основою реакцій горіння, у зазначеній причини можутьприводив до вибуху лише за умовблагоприятствующих досягненню високих швидкостей реакції та зростання тиску. Від згоряння сильнодиспергированних твердих речовин і рідин можуть призвести за умов закритого обсягу до зростання надлишкового тиску до 8 бар Порівняно рідко, наприклад, у системах рідкого повітря, де аерозоль є туман з олійних крапель.

При реакціях полімеризації, супроводжуванихекзотермическим ефектом, і наявності леткої мономера часто досягається стадія, коли він може відбутися небезпечне підвищення тиску, декому речовин як-отетиленоксид, полімеризація може початися вже при кімнатної температурі особливо коли вихідні сполуки забруднюються речовинами, які прискорюють полімеризацію.Этиленоксид може такожизомеризоваться в ацетальдегідекзотермическим шляхом:

>СН2СН2О —СН3НС = Про + 113,46кДж/моль

Реакції конденсації широко застосовують у виробництві фарб, лаків і смол і внаслідокекзотермичности процесу наявності летючих компонентів наводять часом до вибухів

Для з'ясування загальних умов,благоприятствующих виникненню горіння та її переходу у вибух, розглянь графік (малюнок 1) залежності температури,развиваемой в займистою системі, від часу за наявності із нею об'ємноготепловиделения з допомогою хімічної реакції і тепловтрат.

Якщо уявити температуруТ1 на графіці яккритическою точку, коли він виникає горіння у системі, стає зрозуміло, що за умови, коли має місце перевищення тепловтрат надтеплоприходом, таке горіння виникнути неспроможна. Цей процес відбувається починається лише за досягненні рівності між швидкостямитепловиделения і тепловтрат (у точці торкання відповідних кривих) і далі здатний прискорюватися на підвищення температури і. цим, тиску до вибуху.

Отже, за наявності умов,благоприятствующих теплоізоляції, перебігекзотермической реакції в займистою системі можуть призвести як до горінню, до вибуху.

Виникаючі неконтрольовані реакції, сприятливі вибуху, обумовлені тим, що швидкість перенесення тепла, наприклад, і посудинах є лінійної функцією різниці температур між реакційної масою і охолоджувачем, тоді як швидкістьекзотермической реакції і тим самим, приплив тепла від нього зростає по статечному, закону зі збільшенням початкових концентрацій реагентів і швидко зростає у разі підвищення температури внаслідок експоненційною залежності швидкості хімічної реакції від температури (законАррениуса). Ці закономірності зумовлюють найменші швидкості горіння суміші і температуру на нижньому концентраційному межі запалення. Із наближенням концентрації пального й окислювача достехиометрическим швидкість горіння і температура зростають до максимальних знамень.

Концентрація газустехиометрического складу - концентрація пального газу суміші зокислительной середовищем, коли він забезпечується повне на всі сто хімічне взаємодія пального й окислювача суміші.

3. Особливості фізичного вибуху

Фізичні вибухи, зазвичай, пов'язують із вибухами судин тиску парів і пазів. Причому основною причиною їх знань не хімічна реакція, а фізичний процес, обумовлений вивільненням внутрішній енергії стиснутого чи скрапленого газу. Сила таких вибухів залежить від внутрішнього тиску, а руйнації викликаються ударної хвилею від розширюваного газу чи осколкамиразорвавшегося судини. Фізичний вибух може статися у разі, наприклад, падіння переносного балона з газом під тиском і зриву вентиля, понижувального тиск. Тиск скрапленого газу рідко перевищує 40 бар (критичне тиск більшості звичайних скраплених газів).

До фізичним вибухів ставляться також явище так званої фізичної детонації. Це виникає при змішанні гарячої і холодної рідин, коли температура а такою значно перевищує температуру кипіння інший (наприклад, виливання розплавленого металу у воду). У що виниклапарожидкостной суміші випаровування може протікати вибуховим чином внаслідок та розвитку процесів тонкоїфлегматизации крапель розплаву, швидкого тепловідведення від нього і перегріву холодної рідини із сильним їїпарообразованием.

Фізична детонація супроводжується виникненням ударної хвилі з "надлишковим тиском в рідкої фазі, що досягає у низці випадках понад тисячу атмосфер. Багато рідини зберігаються або використовуються за умов, коли тиск їхніх парів значно перевищує атмосферне. До таких рідин ставляться: скраплені горючі гази (наприклад, пропан, бутан) скрапленіхладагенти аміак чи фреон, збережені при кімнатної температурі, метан, який має зберігатися при зниженою температурі, перегріта вода в парових казанах. Якщо ємність з перегрітої рідиною пошкоджується, це відбувається витікання пара в навколишнє простір та швидке часткове випаровування рідини. При досить швидкому закінченні і розширенні пара у довкіллі генеруються вибухові хвилі. Причинами вибухів ємностей із газами і парами під тиском є:

- тріщини корпусу через поломки будь-якого вузла, ушкодження чи корозії при неправильної експлуатації;

- перегрів судини з допомогою порушень велектрообогреве чи режимі роботи топкового устрою (у разі тиск всередині судини підвищується, а міцність корпусу знижується до, коли відбувається нею ушкодження);

- вибух судини при перевищенні припустимого тиску.

Вибухи газових ємностей з наступним горінням у атмосфері основу своєї містять ті самі, описаних вищою, і притаманні фізичних вибухів. Основне відмінність залежить від освіті у разі вогняного кулі, розмір якої кількості викинутого у повітря газоподібного пального. Це кількість залежить, своєю чергою від фізичної стану, де знаходиться газ ємності. При змісті пального на газоподібному змозі їх кількість вийде значно менше, ніж у випадку зберігання ЕВР у тієї ж ємності в рідкому вигляді. Параметри вибуху, які обумовлюють її наслідки, переважно визначаються характером розподілу енергії у сфері вибуху, і її розподілом тоді, як вибухова хвиля поширюється джерела вибуху.

 

4. Енергетичний потенціал

 

Вибух має великий руйнівною здатністю. Найважливішою характеристикою вибуху є сумарна енергія речовини. Це називають енергетичним потенціалом вибухонебезпечності, він входить в усі параметри, що характеризують масштаби і наслідки вибуху.

Енергетичний потенціал вибухонебезпечності Є (>кДж) блоку визначається повної енергією згорянняпарогазовой фази, що у блоці, з урахуванням величини роботи їїадиабатического розширення, і навіть величини енергії повного згорянняиспарившейся рідини з максимально можливої площі її протоки, у своїй вважається:

-при аварійної розгерметизації апарату відбувається його повне розкриття (руйнація);

-площа протоки рідини визначається з конструктивних рішень будівель або майданчики зовнішньої установки;

- час випаровування приймається трохи більше 1 години:


Є=ЕII1+ЕII2+ЕII1+ЕII2+ЕII3+ЕII4 ,

вибух пожежний приміщення небезпека

деЕI1 - сума енергійадиабатического розширення й згорянняпарогазовой фази (>ПГФХ безпосередньо що у блоці,кДж;

>ЕI2 - енергія згорянняГПФ, що надійшла доразгерметизированному ділянці від суміжних об'єктів (блоків),кДж;

>ЕII1- енергія згорянняГТГФ,образующейся з допомогою енергії перегрітоїЖФ аналізованого блоки і що надійшла від суміжних об'єктівкДж;

>ЕII2 - енергія згорянняПГФ,образующейся з рідкої фази (>ЖФ) з допомогою тепла екзотермічних реакцій, непрекращающихся при розгерметизації,кДж;

>ЕII3 - енергія згорянняПГФ.образующейся зЖФ з допомогоютеплопритока від зовнішніх теплоносіїв,кДж;

>ЕII4 - енергія згорянняПГФ,образующейся з пролитої на тверду поверхню (підлогу, піддон, грунт тощо.)ЖФ з допомогою тепловіддачі від довкілля (твердої поверхні, і повітря, до рідини з її поверхні),кДж.

По значенням загальних енергетичних потенціалів вибухонебезпечності і визначаються величини наведеної є і відносного енергетичного потенціалу, характеризуючих вибухонебезпечність технологічних блоків.

Наведена маса - це "спільна маса горючих парів (газів) вибухонебезпечного парогазового хмари, наведена до єдиної удільної енергії згоряння, рівної 46000 кДж/кг:


Відносний енергетичний потенціал вибухонебезпечностіQв технологічного блоку, що характеризує повну енергію згоряння може бути розрахунковим методом за такою формулою:

де Є - загальний енергетичний потенціал вибухонебезпечності технологічного блоку.

По значенням відносних енергетичних потенціалівОв до наведеної масіпарогазовой середовища т здійснюєтьсякатегорирование технологічних блоків. Показники категорії вибухонебезпечності технологічних блоків наведені у таблиці 1.

Таблиця №
Категорія вибухонебезпечності >Ов >m
I >37 >5000
II 27 − 37 2000−5000
III <27 <2000

5. >Тротиловий еквівалент. Надлишкове тиск у фронті ударної хвилі

Для оцінки рівня впливу випадкових і навмисних в зривів широко застосовується метод оцінки через тротиловий еквівалент. У цій методу ступінь руйнації характеризуютьтротиловим еквівалентом, де визначають масу тротилу, яку вимагають, щоб викликати даний рівеньразрушений.Тротиловий еквівалент вибухупарогазовой середовищаW (кг) визначається в умовах адекватності характеру і рівня дозволу при вибухи парогазових хмар, і навіть твердих і рідких хімічно нестабільних сполук, розраховується за формулам:


1 Для парогазових середовищ

де 0,4 частка енергії вибухупарогазовой середовища,затрачиваемая безпосередньо формування ударної хвилі;

0,9 частка енергії вибуху тринітротолуолу (ТНТ),затрачиваемая безпосередньо формування ударної хвилі;

>q/ питома теплота

Страница 1 из 3 | Следующая страница

Схожі реферати:

Навігація