ПРИКЛАД 12-Г.

Визначити небезпечні зони при вибуху місткості, в якій міститься 100 т зрідженого бутан-пропана та оцінити характер руйнувань промислової будівлі з металевим каркасом на відстані 500 м від місця вибуху. Коефіцієнт переходу рідкого продукту в ГПС Кн=1.

1. Визначення радіусу зони детонаційної хвилі (зони 1):

м.

 

2. Визначення радіусу зони дії продуктів вибуху (зона 2):

м.

 

3. Визначення надмірного тиску вибухової хвилі на відстані 500 м від місця вибуху:

.

Оскільки кПа.

 

Згідно додатку 41 можна очікувати слабких пошкоджень промислової будівлі з металевим каркасом на відстані 500 м від місця вибуху.

 

 

Для пилоповітряних сумішей вугільного пилу РВ = (4…5)·105 Па. Навантаження на огороджувальні конструкції, що виникає під час вибуху, досягає сотень кілопаскалей. Допустимий надмірний тиск для конструкцій приймається набагато меншим (див. додаток 41). Таким чином, для зменшення тиску на будівельні конструкції необхідно застосувати відповідні заходи, наприклад, забезпечити швидке зниження тиску на них після вибуху.

Під час вибуху газоповітряної суміші всередині приміщення зміну тиску в ньому можна охарактеризувати графіком на рис. 12.7, на якому продемонстровано зменшення тиску вибухув закритому приміщенні при застосуванні ЛСК.

Оскільки конструкції приміщення мають власну міцність, яка дозволяє витримувати певний тиск, то надмірний об'єм продуктів вибуху, який потрібно видалити із приміщення для недопущення його пошкодження, можна визначити за формулою:

 

, (12.48)

 

де: Рдоп – допустимий тиск на конструкції приміщення, Па.

 

Швидкість витікання та витрати газу при адіабатичному стисканні залежать від відношення тиску в середовищі, в яке витікає газ Ра , до тиску в замкненому приміщенні РПГ, де відбулася реакція.

 

 

Рисунок 12.7 – Схема зміни тиску при вибуху

1– крива зміни тиску в закритому приміщенні;

2 крива зміни тиску в будинку з вибуховими отворами (ЛСК)

 

Відношення Радоп, при якому витрати газу стають максимальними, при незруйнованому об'ємі приміщення називається критичним і позначається nкр.

Для двоатомних газів nкр= 0,528. Тобто для будь-яких значень має зберігатися нерівняння Ра доп> 0,528. Це означає, наприклад, що при Ра= 1·105 Па, Рдоп буде знаходитися в межах 1,15·105…1,5·105 Па. Для цього випадку розрахункова формула для визначення швидкості витікання υ має наступний вид:

, (12.49)

де g – прискорення сили ваги, м/с2;

Vt – питомий об’єм продуктів горіння з урахуванням температури, м3/Н;

φ – коефіцієнт витрати;

Ра – тиск середовища, в яке відбувається витікання, Н/м2;

k – показник адіабати для двоатомних газів (відношення питомої теплоємності при Р=const до питомої теплоємкості при V=const). Для розрахунків показника адіабати k виходять з наступних значень молярної теплоємності газів:

– одноатомний газ μсυ=12,6 кДж/моль·град;

– двохатомний газ μсυ=21 кДж/моль·град;

– трьох- і багатоатомний газ μсυ=29,4 кДж/моль·град.

Між молярними теплоемкостями ідеальних газів при P=const і υ=const існує залежність μср - μсυ=8,4 кДж/моль град. Таким чином, μср для двохатомних газів, до числа яких відносяться продукти згоряння, буде дорівнювати 29,4 кДж/моль·град. Для цих умов:

 

. (12.50)

 

Якщо підставити у формулу (12.49) значення питомого об’єму газу Vt з урахуванням поправки на температуру:

, (12.51)

де ρ0 – питома вага продуктів згоряння при 0 °С, Н/м3; TПГ – температура згоряння при вибуху, К; Т0 – початкова температура продуктів згоряння, К.

 

Тоді в перетвореному виді формула (12.49) матиме вигляд:

. (12.52)

 

Якщо у формулу (12.52) підставити значення φ=0,75, g=9,81 м/с2, k=1,4, Pа=105 Н/м2, То=273 К, γo= 12,93 Н/м3, то в остаточному виді:

. (12.53)

 

Для недопущення пошкодження приміщення, в якому стався вибух, треба, щоб продукти вибуху мали змогу витікати назовні через прорізи. Площа вибухових прорізів відповідає вимогам безпеки при дотриманні двох умов:

 

∆Vв = ∆Vі ; (12.54)

, (12.55)

 

де ∆Vв — надлишковий об’єм продуктів згоряння, що утворилися при вибуху, м3;

∆Vі витрата продуктів згоряння при витіканні через вибуховий проріз, м3;

швидкість зміни тиску при вибуху, Н/м, с;

швидкість зміни тиску при витіканні, Н/м, с.

 

З рівняння нерозривності відомо, що

 

, (12.56)

 

де fВП – площа вибухових прорізів, м2; υ – швидкість витікання продуктів згоряння, м/с; tB – час вибуху, с.

 

З формули (12.56) витікає:

(12.57)

 

З формул (12.53) і (12.57) в остаточному виді знаходиться площа вибухових прорізів fВП:

 

. (12.58)

 

З формули (12.57) видно, що між припустимими тиском на конструкції і площею вибухових прорізів існує зв'язок. Чим міцніше конструкція, тим менше може бути площа вибухових прорізів. Попередні розрахунки, а також аналіз вибухів показують, що при площі вибухових прорізів, що рекомендується нормами і дорівнює 0,05 м23, тиск при вибуху може значно перевищити припустимий і зруйнувати будівельні конструкції. Виходячи з цього нормами рекомендується визначати площу вибухових прорізів розрахунком.

 

У випадку, коли Рдоп=1,5 × 104 Н/м2.

 

. (12.59)

 

Залежність площі вибухових прорізів від різних факторів представлена на рис. 12.8. Графіками цього малюнка можна користатися для визначення площі прорізів. Для цього потрібно знати надлишковий об’єм продуктів горіння при вибуху, припустимий тиск на конструкції і температуру горіння при вибуху.

Легкоскидна конструкція розкривається миттєво при досягненні в приміщенні тиску, що дорівнює Рдоп. При цьому зміна тиску в будинку з легкоскидними конструкціями характеризується схемою, яка наведена на рис.1.

Противибуховий захист повинен створити такі умови, щоб тиск під час вибуху не перевищував допустимий.

Іншими словами, конструктивні елементи будівель та споруд повинні забезпечувати зниження тиску під час вибуху в замкнутому просторі до величини, яка є безпечною.

Якщо рішення противибухового захисту забезпечують зниження тиску під час вибуху до 5 кПа, то перевірка несучої здатності основних конструкцій не потрібна.

У протилежному випадку необхідно виконати розрахунок вибухостійкості конструкцій і, в разі потреби, передбачати їх зміцнення.

 

Рдоп, Н/м2

1,05·105 1,15·105 1,25·105 1,35·105

Рисунок 12.8 – Графік визначення площі вибухових прорізів у залежності від тиску, що допускається, на будівельні конструкції

1 - Тв=2073 К; ΔVв=5,6…6,05 м33; 2 - Тв=2273 К; ΔVв=6,3…6,75 м33; 3 - Тв=2473 К; ΔVв=6,95…7,4 м33; 4 - Тв=2773 К; ΔVв=8…8,45 м33; 5 - Тв=3073 К; ΔVв=9…9,45 м33; 6 - Тв=3273 К; ΔVв=9,6…10,05 м33; 7 - ΔVв=5 м33;

 

return false">ссылка скрыта

Вибух, як один з вторинних проявів небезпечних факторів пожежі, приводить до руйнування будівель та споруд і нерідко супроводжується загибеллю людей. Противибуховий захист будівель та споруд повинен здійснюватися на стадії проектування.

 

Дослідженнями встановлено, що фронт полум'я має форму сфери, всередині якої знаходяться продукти горіння, а поза неї незгорівша суміш. Сферичний фронт полум'я зберігається до моменту торкання ним стінок приміщення.

Розміщення джерела запалювання в суміші суттєво не впливає на величину надмірного тиску, але впливає на час вибуху. При розрахунку часу вибуху робиться припущення, що джерело запалювання розміщується в геометричному центрі вибухонебезпечного об'єму. Це найгірший випадок, тому що проходить найбільше зростання тиску.

Різке підвищення тиску до небезпечного для конструкцій при вибуху починається з моменту досягнення фронтом полум'я 0,4-0,5 R. Іншими словами, мить досягнення максимального тиску фіксується, як мить досягнення фронтом полум'я стінок приміщення.

Таким чином, час вибуху (розрахунковий) може бути визначений як час переміщення фронту полум'я від центру сфери до стінки приміщення. Фронт полум'я проходить відстань 0,5r.

 

, (12.60)

 

де: vн – швидкість розповсюдження полум'я, м/с.

 

Розрізнюють нормальну швидкість розповсюдження полум'я vн, яка менша від тієї, що спостерігається, на ступінь розширення продуктів згоряння при вибуху e. Вона залежить від складу суміші, тиску та температури. Розповсюдження полум'я йде тільки за рахунок теплопередачі.

Враховуючи вираз радіуса сфери через об'єм

 

 

і те, що об'єм вибухонебезхпечної суміші Vcум рівняється об'єму приміщення Vпр, можна розрахувати час вибуху:

 

. (12.61)

 

Дані величин vн та e дуже обмежені.

Для розрахунків на практиці рекомендують час вибуху приймати:

- для газоповітрянної суміші – 0,1 с;

- для пароповітрянної суміші – 0,2 с;

- для пилоповітрянної суміші – 0,3 с.