Расчет тротилового эквивалента взрыва и безопасного расстояния по действию воздушных ударных волн

Р е ш е н и е.

Расчет максимального давления взрыва парогазовых смесей

Паровоздушные горючие смеси взрывоопасны. В закрытой емкости при наличии теплового источника воспламенение паровоздушной смеси сопровождается взрывом, как и газовоздушной смеси с присущими ей аналогичными закономерностями

Максимальное давление взрыва – это давление, которое возникает в

результате сгорания или детонации парогазовых смесей при условии реализации изобаро-изохорического процесса.

Максимальное давление взрыва для парогазовых смесей углеводород-

ных топлив рассчитывается по формуле:

Pвзрmax = Po∙Tвзр∙nпгnс∙Tо

где Pвзрmax – максимальное давление взрыва, Па; Po, Tо, nс – давление, температура, количество смеси до взрыва, соответственно в Па, К, молях; Tвзр, nпг – температура взрыва, количество продуктов горения, соответственно в К, молях.

П р и м е р 1. Рассчитать максимальное давление взрыва бутано-

воздушной смеси стехиометрического состава. На момент взрыва давление

и температура были близки к нормальным условиям (Р _о=105 Па, Т =273 К).

Температура взрыва 2905 К.

1. Определяем состав и объем исходной смеси и продуктов горения.

Запишем уравнение химической реакции:

С₄Н₁₀ + 6,5О₂ + (6,5·3,76)N₂ = 4СО₂ +5Н₂О + (6,5∙3,76)N₂.

Из уравнения реакции следует: количество исходной смеси стехио-

метрического состава равно 31,9 моля, количество продуктов сгорания 33,4 моля.

2. Рассчитываем максимальное давление взрыва бутано-воздушной

смеси:

Pвзрmax =Po∙Tвзр∙nпгnс∙Tо =103 ∙2905∙33,∙431,9∙273=11,14∙10³Па

4. Избыточное давления взрыва Δ Р будет равно:

∆ P=Pвзрmax - 1·10⁵ Па = 11,14·10⁵ - 1×105 = 10,14·10⁵ Па.

Тротиловый эквивалент вещества рассчитывается по формуле:

η_тнт=QвзрQТНТ

где η - тротиловый эквивалент парогазовой смеси;

Q_взр = Q_н – теплота взрыва вещества, кДж/кг;

Q_ТНТ = 4,19∙10³ кДж/кг – теплота взрыва тротила (тринитротолуола).

Тротиловый эквивалент взрыва (мощность взрыва) – это отношение

энергии, выделившейся при взрыве к теплоте взрыва 1 кг тротила. Из определения тротилового эквивалента взрыва следует, что тротиловый эквивалент взрыва есть условное количество взорвавшегося тротила.

Тротиловый эквивалент взрыва (мощность взрыва) парогазовых сме-

сей рассчитывается по формуле:

М_тнт=Qвзр∙m∙γQТНТ

или М _ТНТ = h ∙ m ∙ g

где М_ТНТ – масса условно взорвавшегося тротила;

m – количество горючего вещества пожаровзрвывоопасной смеси;

g – доля потенциальной энергии, перешедшей в кинетическую энергию взрыва.

При взрыве парогазовой смеси углеводородных топлив в ограничен-

ном объеме (помещении, оборудовании) коэффициент g принимается рав-

ным 1, при взрыве в неограниченном объеме (взрыв облака парогазовой

смеси) коэффициент g, как правило, принимают равным 0,4.

Размер безопасной зоны по действию давления воздушной ударной

волны взрыва рассчитывают по формуле:

R _без =15 3МТНТ

где R_без – безопасное расстояние по действию ударной волны взрыва, м;

М_ТНТ – тротиловый эквивалент взрыва, кг.

П р и м е р 1. Рассчитать тротиловый эквивалент взрыва бутана.

Р е ш е н и е:

1. Теплота взрыва бутана принимается равной его низшей теплоте

сгорания. Значение Q _н для бутана составляет 2,67·10³ кДж/моль. При пере-

счете на 1 кг бутана теплота взрыва составит:

Q _взр = 2,67∙ 10358∙10-3=кДж/моль кг/моль = 46∙10³ кДж/кг.

2. Тротиловый эквивалент взрыва бутана в смеси стехиометрического состава будет:

η_С4Н10 =QвзрС4Н10Qтнт=46∙1034,187∙103=10.9=11

П р и м е р 2. Рассчитать тротиловый эквивалент возможного аварийного взрыва 20 кг бутана с воздухом:

а) в технологическом оборудовании;

б) в облаке.

Дата добавления: 2014-12-07