Характеристики газовоздушных смесей

(, – нижний и верхний соответственно концентрационные пределы воспламенения; , – то же для детонации; - концентрация горючей примеси, при которой ГВС наиболее чувствительна к детонации; – теплота взрыва)

Газ	Хим. Ф-ла	, кг/м^3	, кг/м^3	, кг/м^3	, кг/м^3	ρ^٭, кг/м^3	, м	, МДж/кг
Ацетилен	С2Н2	0,021	0,86			0,145	1,56	48,3
Бутан	С4Н10	0,045	0,22	0,065	0,135			45,8
Водород	Н2	0,0033	0,062			0,026	54,8
Метан	СН4	0,033	0,10			0,088
Пропан	С3Н8	0,038	0,17	0,059	0,138	0,112	42,9	46,4
Пропилен	С3Н6	0,038	0,18	0,066	0,159	0,124	29,3	45,8
Этан	С2Н6	0,036	0,185	0,054	0,123	0,076	54,8	46,4
Этилен	С2Н4	0,034	0,37			0,119	15,6	47,4

При оценке возможных последствий взрыва ГВС из всех условий детонации горючей смеси относительно точно можно рассчитать только радиус облака ГВС , поэтому из трех условий детонации используется только первое: .

Следует отметить, что максимальное избыточное давление в ударной волне имеет место при стехиометрическом составе смеси. Стехиометрической называется оптимальная по составу смесь, в которой количество всех компонентов (горючего вещества и воздуха) полностью соответствует реакции взрывчатого превращения. Недостаток воздуха ведет к неполному сгоранию примеси; избыток воздуха, не участвуя в реакции, только лишь нагревается за счет взрыва, уменьшая тем самым энергию, идущую на ударную волну.

Для взрыва в режиме детонации ГВС стехиометрического состава дав-

ление во фронте детонационной волны, распространяющейся по облаку ГВС, и избыточное давление во фронте ударной волны на расстоянии от центра взрыва определяются выражениями:

, кПа при

, кПа при (1.21)

, кПа при .

Радиус облака ГВС для наиболее распространенных газов: бутан, бутилен, метан, пропан, пропилен, этан, этилен рассчитывается по формуле:

, м, (1.22)

где – масса горючего вещества в облаке ГВС, кг.

При определении величины принимают: , где – масса сжатого или сжиженного газа в разгерметизированной емкости или выброшенного в атмосферу при аварии на газопроводе. Коэффициент выбирают в зависимости от способа хранения или транспортировки горючего вещества: для сжатых газов и газов при атмосферном давлении; для газов, сжиженных под давлением; для газов, сжиженных охлаждением; при растекании легковоспламеняющихся жидкостей.

Формулы для расчета величины при детонации ГВС получены на основе численного решения задачи взрыва. Использование формулы Садовского в этом случае приводит к значительным погрешностям, так как она получена для взрыва точечного заряда, диаметр же облака ГВС может достигать нескольких десятков – сотни метров.

Дефлаграционный взрыв облака ГВС

При дефлаграционном взрыве волна давления отличается от “классической” воздушной ударной волны более плавным нарастанием избыточного давления до максимального значения 20-100 кПа.

Приближенный расчет избыточного давления на расстояниях, превышающих радиус облака ГВС в полтора-два раза, может быть про-

изведен по формуле Садовского для наземного взрыва. Тротиловый эквивалент взрыва ГВС в этом случае находится на основе энергетического подхода по формуле, аналогичной (1.20):

, (1.23)

где – масса горючего вещества в облаке ГВС, кг; – теплота взрыва газа, Дж/кг; – теплота взрыва тротила, Дж/кг; – доля прореагировавшего при дефлаграционном взрыве горючего вещества.

Величина составляет 0,02-0,1, при оценочных расчетах полагают . Масса горючего вещества в облаке ГВС рассчитывается так же, как и для взрыва в режиме детонации.

Пример 2. Произошел взрыв облака газовоздушной смеси, образовавшейся при разрушении емкости, содержащей 100 т сжиженного под давлением пропана. Определить избыточное давление во фронте УВ на расстоянии 400 м от аварийной емкости.

Решение. 1. Рассчитываем радиус облака ГВС ( кг, ):

м.

Для пропана м, , следовательно имеет место детонация газовоздушной смеси.

2. Находим избыточное давление для :

кПа.

Пример 3. Определить избыточное давление во фронте УВ на расстоянии 200 м от взрыва облака газовоздушной смеси, образовавшейся при разгерметизации емкости, в которой находилось 20 т сжиженного этана при температуре окружающей среды.

Решение. 1. Определяем радиус облака ГВС:

м.

Для этана м, , следовательно имеет место дефлаграционный взрыв.

2. Находим тротиловый эквивалент взрыва:

кг.

3. По формуле Садовского рассчитываем для наземного взрыва:

кПа.

Взрыв газовоздушной и пылевоздушной смесей в помещении

При воспламенении газовоздушной смеси в помещении происходит, как правило, дефлаграционный взрыв (хотя полностью исключить детонацию нельзя). Образующиеся газообразные продукты взрыва остаются в замкнутом объеме, поэтому для расчета давления может быть использовано уравнение состояния идеального газа. Применяя его к исходной газовоздушной смеси (до взрыва) и нагретым продуктам взрыва при неизменном объеме, можно получить приближенную формулу для расчета избыточного давления ∆Р в помещении:

, (1.24)

где – избыточное давление взрыва, кПа; – масса горючего газа или паров горючей жидкости в помещении, кг; - теплота взрыва горючего вещества, кДж/кг; – свободный объем помещения, м³; – соответственно давление (кПа), плотность (кг/м³), температура (К) воздуха в помещении до взрыва; Дж/(кг·К) – удельная теплоемкость воздуха при постоянном давлении; – коэффициент, учитывающий долю горючего вещества, участвующего во взрыве; – коэффициент, учитывающий негерметичность помещения ( для герметичных помещений, для помещений с окнами и дверьми в обычном исполнении).

Выражение (1.24) используется и для расчета давления взрыва аэрозолей и горючих пылей. В этом случае и – масса и теплота взрыва горючего вещества; для аэрозоля принимают , для пылей . Значения теплоты взрыва некоторых горючих пылей приведены в табл. 1.13.

Таблица 1.13

Дата добавления: 2014-11-18