Исследование пожароопасных свойств метилового спирта

МЧС России

Санкт-Петербургский университет

Государственной противопожарной службы

Кафедра физико-химических основ процессов горения и тушения

КУРСОВАЯ РАБОТА

Тема: «Исследование пожароопасных свойств метилового спирта»

Выполнил:

Проверил:

заместитель начальника кафедры

капитан внутренней службы

Мельник Антон Анатольевич

Дата сдачи на проверку: «___»_________200__г.

Дата защиты: «___» ________ 200__ г.

Оценка________________

_____________________________

(подпись научного руководителя)

Санкт-Петербург 2007

МЧС России

Санкт-Петербургский университет

Государственной противопожарной службы

Кафедра физико-химических основ процессов горения и тушения

УТВЕРЖДАЮ

Научный руководитель

_____________________________________

^{(ученая степень, ученое звание, специальное звание)}

_____________________________________

^{(подпись) (инициалы, фамилия)}

^{«____»___________________200__г.}

ПЛАН-ГРАФИК

выполнения курсовой работы

Тема_________________________________________________________

_____________________________________________________________

Курсант (слушатель, студент) ___________________________________

^{(Ф.И.О., факультет, курс, № группы)}

_______________________________________________________________________

Разделы, подразделы

и их содержание

Срок

выполнения

Отметка научного руководителя о выполнении

1 часть

10.02.2007г.

2 часть

01.03.2007г.

3 часть

20.03.2007г.

4,5 часть

10.04.2007г.

Сдача на проверку

30.04.2007г.

Подпись курсанта (слушателя, студента) ___________________

СОДЕРЖАНИЕ:

Сводная таблица …………………………………………………………………………….55

Общие сведения.

Метиловый спирт ICSC: 0113

метанол

древесный спирт

CAS № 78-83-1 CH4O

RTECS № NP9625000 Молекулярная масса: 32.04

ООН № 1212

ЕС № 603-004-00-6

ВИДЫ ОПАСНОСТИ / ВОЗДЕЙСТВИЯ ОСТРАЯ ОПАСНОСТЬ / СИМПТОМЫ ПРЕДУПРЕЖДЕНИЕ ПЕРВАЯ ПОМОЩЬ / ЛИКВИДАЦИЯ ПОЖАРА

ПОЖАРНАЯ ОПАСНОСТЬ Огнеопасно.

НЕ ДОПУСКАТЬ открытого огня, искр и курения.

Средства тушения преимущественно порошки ПСБ и ПФA, с пеной ПО-1, порошком, форэтон, пеной, спиртоустойчивой пеной, порошком, двуокисью углерода,

ВЗРЫВООПАСНОСТЬ

При температуре выше 28°C могут образоваться взрывоопасныe смеси пар/воздух.

При температуре выше 28°C применять закрытую систему, вентиляцию, защищенное от взрыва электрооборудование.

В случае пожара: сохранять бочки и пр. охлажденными, обливая их водой.

ВОЗДЕЙСТВИЕ

Сильный, преим. нервный и сосудистый яд с резко выраженным кумулятивным действием; отравление наступает при приеме внутрь (смертельная доза для человека 30 г, а 5-10 г могут вызвать тяжелое отравление), вдыхании паров и проникновении через кожу. ПДК 5мг/м³

Обратиться за медицинской помощью.

ЛИКВИДАЦИЯ УТЕЧЕК . УПАКОВКА И МАРКИРОВКА.

Собрать подтекающую жидкость в герметичные контейнеры. Засыпать оставшуюся жидкость песком или инертным абсорбентом, собрать и удалить его в безопасное место.

Символ: Xn

R: 10-20

S: (2-)16

Примечание: C

Классификация ООН

Класс опасности ООН: 3

Группа упаковки ООН: III

ПЕРВАЯ ПОМОЩЬ ХРАНЕНИЕ

Карта Транспортной Безопасности: TEC (R)-583 Код NFPA: H1; F3; R0;

Защищенным от огня. Отдельно от сильных окислителей,

МЕТАНОЛ ICSC: 0113

ВАЖНЫЕ ДАННЫЕ

ФИЗИЧЕСКОЕ СОСТОЯНИЕ, ВНЕШНИЙ ВИД:

БЕСЦВЕТНАЯ ЖИДКОСТЬ С ХАРАКТЕРНЫМ ЗАПАХОМ.

Пар тяжелее воздуха и может стелиться по земле; возможно возгорание на расстоянии. Пар хорошо смешивается с воздухом, легко образует взрывчатые смеси.

ХИМИЧЕСКАЯ ОПАСНОСТЬ:

Реагирует с сильными окислителями, такими как триоксид хрома с опасностью пожара.

НОРМАТИВЫ ДЛЯ РАБОЧЕЙ ЗОНЫ:

TLV (предельная пороговая концентрация, США): 50 ppm; 152 мг/м^3 (как TWA - среднесменная концентрация, США) (ACGIH 1994-1995). MAС (максимальная допустимая концентрация, США): 100 ppm; 300 мг/м^3; (1994)

ПУТИ ПОСТУПЛЕНИЯ:

Вещество может всасываться в организм при вдыхании паров, через кожу и через рот.

РИСК ПРИ ВДЫХАНИИ:

Опасное загрязнение воздуха будет достигаться довольно медленно при испарении этого вещества при 20°C.

ФИЗИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА:

Температура кипения: 64.9°C

Температура плавления: -93.9°C

Относительная плотность (вода = 1): 0.786

Давление паров, кПа при 20°C: 0.13

Теплота образования: - 201.3 кДж/моль

Относительная плотность пара (воздух = 1): 1.1

Температура вспышки: 6°C c.c.

Температура самовоспламенения: 470°C

2. Определение характеристик горения.

2.1. Характер свечения пламени.

метилового спирта –СН₄О.

Характер свечения пламени при горении веществ зависит от процентного содержания элементов в веществе, главным образом, углерода, водорода, кислорода и азота.

Свечение пламени связано с наличием несгоревших раскаленных твердых частиц углерода С, а также трехатомных молекул.

Если в горючем веществе при термическом разложении углерод не образуется, то вещество горит бесцветным пламенем как, например, в случае горения водорода Н₂.

При термическом разложении веществ с массовой долей углерода менее 50 % и содержащих в своем составе кислород (более 30 %) несгоревших частиц углерода образуется очень мало, и в момент образования они успевают окислиться до СО.

СН₃ОН СО + 2Н₂

Такие вещества имеют голубоватые пламена (пламя угарного газа СО, метанола СН₃ОН и этанола С₂Н₅ОН).

При горении веществ, содержащих более 75 % углерода (ацетилен С₂Н₂, бензол С₆Н₆), в зоне горения образуется настолько много частиц С, что поступающего путем диффузии воздуха не хватает для полного окисления всего углерода.

С₆Н₆ 6С + 3Н₂

Не окислившийся в пламени углерод выделяется в виде копоти, и пламя при горении таких веществ будет ярким и коптящим.

Если кислород в веществе отсутствует или его содержание не превышает 30 %, но, в свою очередь, и массовая доля углерода не очень велика (менее 75 %), то при термическом разложении будет выделяться значительное количество частиц углерода, но при нормальном доступе воздуха в зону горения они успевают окислиться до СО₂.

Возможная реакция при термическом разложении ацетона :

СН₃СОСН₃ СО + 2С + 3Н₂.

В подобных случаях пламя будет яркое, но не коптящее.

Массовые доли углерода и кислорода в молекуле изобутилового спирта составляют:

 (С) = = 37.5%;  (Н) = = 12.5%;  (О) = = 50%;

Массовая доля углерода < 75 %, а массовая доля кислорода > 30 %, следовательно, при горении метилового спирта пламя будет бесцветное или голубоватое.

2.2. Теоретический и практический расход воздуха на горение.

Расчет объема воздуха, необходимого для горения, предполагает вычисление:

а) теоретического объема воздуха V_в^теор и б) практического объема воздуха V_в^пр, затраченного на горение (с учетом коэффициента избытка воздуха).

Стехиометрическое количество воздуха в уравнении реакции горения предполагает, что при данном соотношении компонентов, участвующих в реакции горения, воздух расходуется полностью. Объем воздуха в данном случае называется теоретическим (V_в^теор).

Горение может происходить не только при стехиометрическом соотношении компонентов, но и при значительном отклонении от него. Как правило, в условиях пожара на сгорание вещества воздуха затрачивается больше, чем определяется теоретическим расчетом. Избыточный воздух V_в в реакции горения не расходуется и удаляется из зоны реакции вместе с продуктами горения. Таким образом, практический объем воздуха равен:

V_в^пр = V_в^теор + V_в

и, следовательно, избыток воздуха будет равен:

V_в= V_в^пр- V_в^теор

Обычно в расчетах избыток воздуха при горении учитывается с помощью коэффициента избытка воздуха (). Коэффициент избытка воздуха показывает, во сколько раз в зону горения поступило воздуха больше, чем это теоретически необходимо для полного сгорания вещества:

Для горючих смесей стехиометрического состава (т.е. состава, соответствующего уравнению реакции горения) коэффициент избытка воздуха  = 1, при этом реальный расход воздуха равен теоретическому. В этом случае обеспечивается оптимальный режим горения.

При  > 1 горючую смесь называют бедной по горючему компоненту, а при  < 1 – богатой по горючему компоненту.

Избыток воздуха имеется только в смеси, бедной по горючему компоненту. Из формул (3.2) и (3.3) следует

V_в= V_в^теор( 1)

В закрытом объеме диффузионное горение большинства горючих материалов возможно только до определенной пороговой концентрации кислорода, так называемой остаточной концентрации кислорода в продуктах горения  (О₂)^ПГ. Для большинства органических веществ она составляет 12 – 16 % О₂. Для некоторых веществ, например, ацетилена С₂Н₂, ряда металлов, горение возможно и при значительно меньшем содержании кислорода (до 5 % объемных О₂).

Зная содержание кислорода в продуктах горения, можно определить коэффициент избытка воздуха (коэффициент участия воздуха в горении) на реальном пожаре:

Расчет выполняется двумя способами: по уравнению химической реакции и по элементному составу вещества:

способ

Записываем уравнение реакции горения изобутилового спирта:

СН₄О + 1.5 (О₂ + 3,76·N₂) → СО₂ + 2Н₂О + 1.5·3,76·N₂

По условию масса изобутилового спирта равна 1 кг., условия нормальные, тогда:

m=1кг. V_в.^теор.-Х

С₄Н₁₀О + 6 (О₂ + 3,76·N₂) → 4СО₂ + 5Н₂О + 6·3,76·N₂

М=32кг/кмоль 1.5·4,76·V_m

V_в^теор = 5 м³.

==3,2

φ(О₂)^ПГ=14,4 %

V_в^пр = V_в^теор   =5*3.2 = 16 м³.

V_в= V_в^теор( 1)=5·(3,2-1)=11 м³.

способ

Процентный элемент состава изобутилового спирта:

 (С) = 37.5%;  (Н) = 12,5%;  (О) = 50%;

Найдем объем воздуха на горение по формуле для изобутилового спирта с известным процентным составом, тогда:

V_в^теор =

= 5м³.

V_в^пр = V_в^теор   =5·3,2 = 16м³.

V_в= V_в^теор( 1)=5·(3,2-1)=11м³.

Ответ: практический объем воздуха равен 16 м³, а теоретический

объем воздуха равен 5 м³ при коэффициенте избытка воздуха

равном 3,2.

2.3. Объём и состав продуктов полного сгорания.

Состав продуктов горения зависит от химической природы горючего материала и условий его горения. Практически всегда органические вещества горят с образованием продуктов полного и неполного горения.

К продуктам полного сгорания относятся: углекислый газ, образующийся при горении углерода, разложении карбонатов; водяной пар, образующийся при горении водорода и испарении влаги в исходном веществе; оксид серы (IV) SO₂ и азот – продукты горения соединений, содержащих серу и азот.

Продукты неполного сгорания – это оксид углерода (II) – угарный газ СО, сажа С, продукты термоокислительного разложения – смолы.

Неорганические вещества сгорают, как правило, до соответствующих оксидов.

Выход продуктов горения количественно установить невозможно из-за чрезвычайной сложности их состава, поэтому материальный баланс процесса горения рассчитывается из предположения, что вещество сгорает полностью до конечных продуктов. При этом в состав продуктов горения включают также азот воздуха, израсходованного на горение, и избыток воздуха при  > 1.

Как и в случае расчета объема воздуха, необходимого для горения, свои особенности имеет расчет продуктов горения для индивидуальных веществ, смеси газов и веществ с известным элементным составом.

m=1кг. Х₁ Х₂ Х₃

СН₄О + 1.5 (О₂ + 3,76·N₂) → СО₂ + 2Н₂О + 1.5·3,76·N₂

М=74,12кг/кмоль V_m 2·V_m 1.5·3.76·V_m

V_ПГ= 6 м³.

Избыток воздуха определим по формуле (3.4):

V_в= V_в^теор( 1)=8,63·(3,5-1)=21,6м³.

С учетом избытка воздуха практический объем продуктов горения составит:

V_ПГ^* = V_ПГ+ V_в = 6 + 11 = 17 м³.

По уравнению реакции определяем объем СО₂, Н₂О и N₂.

V(СО₂) = х₂ = = 0.7 м³

V(Н₂О) = х₃ = = 1,4 м³

V(N₂) = х₄ = =3.95 м³

V_в=11м³ (рассчитано).

Объемная концентрация каждого компонента смеси рассчитывается следующим образом:

^об (СО₂) = = = 4.1 %

^об (Н₂О) = = = 8.2 %

^об (N₂) = = =23.2 %

^об (О₂) = = =50.8 %

^об (V_в) = = = 64.7%

Проверка:

∑φ^об. = 100 % ± 1 %. 4.1+8.2+23.2+64.7 = 100 %,

Ответ: теоретический объем продуктов горения составил 6 м³,а практический объем продуктов горения- 17 м³. В процентном составе СО₂- 4.1 %, Н₂О- 8.2%, N₂- 23.2%, V_в – 64.7%

2.4. Низшая теплота горения.

Энтальпией горения (Н_гор, кДж/моль) вещества называется тепловой эффект реакции окисления 1 моль горючего вещества с образованием высших оксидов.

Теплота горения (Q_гор) численно равна энтальпии горения, но противоположна по знаку.

В пожарно-технических расчетах часто пользуются понятием удельной теплоты горения. Удельная теплота горения – это количество теплоты, которое выделяется при полном сгорании единицы массы или объема горючего вещества. Размерность удельной теплоты горения – кДж/кг или кДж/м³.

В зависимости от агрегатного состояния воды в продуктах горения различают низшую и высшую теплоту горения. Если вода находится в парообразном состоянии, то теплоту горения называют низшей теплотой горения Q_н. Если пары воды конденсируются в жидкость, то теплота горения – высшая Q_в.

Температура пламени достигает 100 К и выше, а вода кипит при 373 К, поэтому в продуктах горения на пожаре вода всегда находится в парообразном состоянии, и для расчетов в пожарном деле используется низшая теплота горения Q_н.

Низшая теплота горения индивидуальных веществ может быть определена переводом значения Н_гор, кДж/моль в Q_н, кДж/кг или кДж/м³. Для веществ сложного элементного состава низшая теплота горения может быть определена по формуле Д.И. Менделеева.

Q_Н = 339,4(C) + 1257(H)  108,9 [((O) +(N)) (S)]  25,1[9(H) +(W)], кДж/кг,

где

 (С),  (Н),  (S),  (О), (N) – – массовые доли элементов в веществе, %;  (W) – содержание влаги в веществе, %.

Для нашего вещества:

 (С) = 37.5%;  (Н) = 12,5%;  (О) = 50%; тогда:

Q_Н = 339,437.5 + 125712,5  108,95025,1[912,5+ 0] =

= 23025 кДж/кг.

Ответ: низшая теплота горения СН₄О равна 23025 кДж/кг

2.5 Стехиометрическая концентрация паров в смеси.

Стехиометрическая концентрация паров в смеси рассчитывается по следующим формулам:

Объемная концентрация:

Массовая канцентрация:

кг/м³.

Подставим наши данные:

кг/м³=180 г/м³.

Ответ: стехиометрическая концентрация в паровоздушной смеси

метилового спирта равна 12.3% (объемная) и 0,18 кг/м³ (массовая)- это является опасной концентрацией

2.6 Температура горения адиабатическая.

Алгоритм расчета температуры горения

1. Рассчитать суммарный объем продуктов горения и отдельно объем каждого компонента продуктов горения.

V_ПГ^пр = V(CO₂) + V(H₂O) + V(N₂) + V(SO₂) + V_возд

Расчет объема продуктов горения выполняется в зависимости от характера горючего вещества (индивидуальное вещество, смесь газов или вещество сложного элементного состава).

Для индивидуальных веществ можно также определять количество продуктов горения в молях (коэффициенты в уравнении реакции горения).

2. Рассчитать низшую теплоту сгорания вещества.

Для индивидуальных веществ расчет выполняется по I следствию закона Гесса (при наличии табличных значений энтальпий образования).

По формуле Д.И. Менделеева расчет Q_н может быть выполнен как для веществ с известным элементным составом, так и для индивидуальных веществ.

3. Если по условию задачи есть теплопотери (), то рассчитывается количество тепла, пошедшего на нагрев продуктов горения Q_ПГ

Q_ПГ = Q_н (1 – ), кДж/кг или кДж/м³

4. Находим среднее теплосодержание продуктов горения Q_ср

при отсутствии теплопотерь ()

Q_ср = , кДж/м³

при наличии теплопотерь

Q_ср = , кДж/м³

5. По значению Q_ср с помощью таблиц приложений 3 и 4 (“Теплосодержание газов при постоянном давлении”), ориентируясь на азот , приближенно определяем температуру горения Т₁.

При подборе температуры горения ориентируются на азот, т.к. в большей степени продукты горения состоят именно из азота. Однако, поскольку теплосодержание углекислого газа и паров воды выше, чем у азота, то их присутствие в продуктах горения несколько понижает температуру горения, поэтому ее нужно принимать несколько ниже (на 100-200⁰С), чем по азоту.

6. Рассчитываем теплосодержание продуктов горения при выбранной температуре Т₁:

где

Q¹(CO₂), Q¹(H₂O), Q¹(N₂), Q¹(SO₂), Q¹(возд) – табличные значения теплосодержания газов

при выбранной температуре Т₁.

7. Сравниваем Q¹_ПГ с Q_н или Q_ПГ, рассчитанных по п.2 или п.3.

Если Q¹_ПГ < Q_н (Q_ПГ), то выбираем температуру Т₂> Т₁ на 100⁰С;

если Q¹_ПГ > Q_н (Q_ПГ), то выбираем температуру Т₂< Т₁ на 100⁰С .

8. Повторяем расчет теплосодержания продуктов горения при новой температуре Т₂:

9. Расчет проводим до получения неравенства:

Q¹_ПГ < Q_н (Q_ПГ) < Q²_ПГ , где

Q¹_ПГ и Q²_ПГ – теплосодержание продуктов горения при температурах Т₁ и Т₂,

отличающихся на 100⁰С.

10. Интерполяцией определяем температуру горения Т_Г:

Т_Г= Т₁ +

Если потери тепла не учитывались, то получаем адиабатическую температуру горения, а если учитывались, то  действительную температуру горения вещества.

Для метилового спирта:

СН₄О + 1.5 (О₂ + 3,76·N₂) → СО₂ + 2Н₂О + 6·3,76·N₂

nвозд=1.5·4,76=7.14 моль

2.  nвозд=7.14·(1-1)=0 моль

3. V_ПГ^пр =6+ 0=6 м³/кг.

теплопотерь нет

4. Q_ср = = = 3838 Дж/моль

5. Т₁ принимаем равную 2500⁰ С.

6. Q¹_пг = 6209,6·0,7 + 5136,5·1,4+ 3797,4·3,95 = =26537,53Дж.

7. Q¹_ПГ < Q_ПГ, выбираем температуру Т₂>Т₁ на 100⁰С;

Т₂ = 2400⁰ С.

8. Q²_пг = 5933·0,7 + 4890,9·1.4 + 3633,1·3,95 =

=25350 кДж.

9. Q³_пг = 5660,7·0,7 + 4667,1·1.4 + 3469,3·3,95 =

=24200 кДж.

10. Q⁴_пг = 5392,5·0,7 + 4405,8 ·1.4 + 3306,3·3,95 =

=23020 кДж.

11. Q⁴_ПГ < Q_ПГ < Q³_ПГ

10. Т_Г=Т₁+ = 2000 + + = 2202К.

Ответ: температура горения метилового спирта равна =2202К.

3. Определение показателей пожарной опасности.

3.1. Температура вспышки.

Температура вспышки - наименьшая температура конденсированного вещества, при которой в условиях специальных испытаний над его поверхностью образуются пары, способные вспыхивать в воздухе от источника зажигания; устойчивое горение при этом не возникает.

Вспышка - быстрое сгорание газо- , паровоздушной смеси над поверхностью горючего вещества, сопровождающееся кратковременным видимым свечением.

Значение температуры вспышки следует применять для характеристики пожарной опасности жидкости, включая эти данные в стандарты и технические условия на вещества; при определении категории помещений по взрывопожарной и пожарной опасности в соответствии с требованиями норм технологического проектирования, при разработке мероприятий по обеспечению пожарной безопасности и взрывобезопасности в соответствии с требованиями ГОСТ 12.1.004 и ГОСТ 12.1.010.

1-й способ.

t_всп = t_кип - 18

К – коэффициент горючести.

К = 4 n(C) + 4 n(S) + n(H) + n(N) – 2 n(O) – 2 n(Cl) – 3 n(F) – 5 n(Br),

где:

n(C), n(S), n(H), n(N), n(O), 2 n(Cl), n(F), n(Br) – число атомов углерода, серы, водорода, азота, кислорода, хлора, фтора и брома в молекуле вещества.

Для изобутилового спирта:

К = 4·1 + 1·4 - 2 = 6, тогда:

t_всп = 64.9 - 18 = 20.8⁰ С.

2-й способ.

, ^оС.

где а₀ - размерный коэффициент, равный минус 73,14 °С;

а₁ -. безразмерный коэффициент, равный 0,659;

t_кип- температура кипения исследуемой жидкости, °С;

а_j - эмпирические коэффициенты, приведённые в табл. 9.3. в зависимости от связей в структурной формуле вещества;

l_j - количество связей вида j в молекуле исследуемой жидкости.

Структурная формула метилового спирта:

Н─ С─OH

t_всп =- 73,14 + 0,659·64.9 + (1.105·3+2,47+23,9) = -0.7⁰ С.

Ответ: температура вспышки метилового спирта равна по 1-му способу 20.8⁰С , по 2-му способу -0.7⁰С.

(ГОСТ-12.1.044-89 приложение 2)

3.2. Температура воспламенения.

Температура воспламенения

Температура воспламенения - наименьшая температура вещества, при которой в условиях специальных испытаний вещество выделяет горючие пары и газы с такой скоростью, что при воздействии на них источника зажигания наблюдается воспламенение.

Воспламенение - пламенное горение вещества, инициированное источником зажигания и продолжающееся после его удаления.

Значение температуры воспламенения следует применять при определении группы горючести вещества, оценке пожарной опасности оборудования и технологических процессов, связанных с переработкой горючих веществ, при разработке мероприятий по обеспечению пожарной безопасности в соответствии с требованиями ГОСТ 12.1.004 и ГОСТ 12.1.010, а также необходимо включать в стандарты и технические условия на жидкости.

Температура воспламенения жидкости рассчитывается по той же формуле что и температура вспышки, но со своими коэффициентами:

, ^оС,

где:

а₀ = - 47,78 С;

а₁ = 0,882;

t_кип - температура кипения жидкости, С;

а_j- коэффициент j-той химической связи, приведены в табл. 9.5

l_j - число химических связей вида j в молекуле жидкоcти

t_восп = -47,78 + 0,882·64.9 + ( – 2,118·3-0,111+8,216) = 11.2⁰ С.

Ответ: температура воспламенения метилового спирта равна 11.2^ОС

ГОСТ 12.1.044-89 приложение 3

3.3 Температура самовоспламенения.

Температура самовоспламенения - наименьшая температура окружающей среды, при которой в условиях специальных испытаний наблюдается самовоспламенение вещества.

Самовоспламенение - резкое увеличение скорости экзотермических объемных реакций, сопровождающееся пламенным горением и/или взрывом.

Значение температуры самовоспламенения следует применять при определении группы взрывоопасной смеси по ГОСТ 12.1.011 для выбора типа взрывозащищенного электрооборудования, при разработке мероприятий по обеспечению пожаровзрывобезопасности технологических процессов в соответствии с требованиями ГОСТ. 12.1.004 и ГОСТ 12.1.010, а также необходимо включать в стандарты или технические условия на вещества и материалы.

Расчетные формулы:

где C_i-длина i-той углеродной цепи в молекуле,

- число цепей.

где S - число концевых групп в молекуле( -СН₃, -С₆Н₅ и т.д.)

Для спиртов алифатического ряда концевой считается и гидроксильная группа -ОН. Из общего числа цепей последовательно выбирают цепи с одинаковым числом углеродных атомов, причем для ароматических соединений атомы углерода ароматического ядра в расчет не включаются. Для спиртов расчетная длина цепи, содержащая гидроксильную группу, увеличивается на единицу по сравнению с фактической углеродной цепью. Для ароматических соединений длина цепи, содержащая арильный радикал, уменьшается на единицу по сравнению фактической длиной.

L_ср = 4, по таблице определяем температуру самовоспламенения – 695 К или – 422⁰ С.

Однако этот расчет можно применить к определенному классу веществ, поэтому температуру самовоспламенения в основном определяют по справочным данным. t_смв = 440 ⁰ С.

Ответ: температура самовоспламенения по данным справочника Баратова Т_смв=440^ОС

(Справочник Баратова)

3.4. Концентрационные пределы распространения пламени.

Нижний (верхний) концентрационный предел распространения пламени - минимальное (максимальное) содержание горючего вещества в однородной смеси с окислительной средой, при котором возможно распространение пламени по смеси на любое расстояние от источника зажигания.

Значения концентрационных пределов распространения пламени необходимо включать в стандарты или технические условия на газы, легковоспламеняющиеся индивидуальные жидкости и азеотропные смеси жидкостей, на твердые вещества, способные образовывать взрывоопасные пылевоздушные смеси (для пылей определяют только нижний концентрационный предел). Значения концентрационных пределов следует применять при определении категории помещений по взрывопожарной и пожарной опасности в соответствии с требованиями норм технологического проектирования; при расчете взрывобезопасных концентраций газов, паров и пылей внутри технологического оборудования и трубопроводов, при проектировании вентиляционных систем, а также при расчете предельно допустимых взрывобезопасных концентраций газов, паров и пылей в воздухе рабочей зоны с потенциальными источниками зажигания в соответствии с требованиями ГОСТ 12.1.010, при разработке мероприятий по обеспечению пожарной безопасности объекта в соответствии с требованиями ГОСТ 12.1.004.

φ_н = = = 5,64 %.

φ_в = = = 34,5 %.

Для расчета массовой концентрации:

С_н = = = 0,08 кг/м³.

С_в = = = 0,5кг/м³.

Ответ: область распространение пламени для метилового спирта: 5,64-34.5% (об.), 0,08-0,5 кг/м³(масс.).

(ГОСТ 12.1.044-89 приложение 4)

3.5. Температурные пределы распространения пламени.

Температурные пределы распространения пламени - такие температуры вещества, при которых его насыщенный пар образует в окислительной среде концентрации, равные соответственно нижнему (нижний температурный предел) и верхнему (верхний температурный предел) концентрационным пределам распространения пламени.

Значения температурных пределов распространения пламени следует применять при разработке мероприятий по обеспечению пожаровзрывобезопасности объекта в соответствии с требованиями ГОСТ 12.1.004 и ГОСТ 12.1.010; при расчете пожаровзрывобезопасных температурных режимов работы технологического оборудования; при оценке аварийных ситуаций, связанных с разливом горючих жидкостей, для расчета концентрационных пределов распространения пламени, а также необходимо включать в стандарты или технические условия на горючие жидкости.

Температурные пределы Т_н и Т_в связаны с КПР пламени зависимостью:

где _пр - нижний или верхний КПР, %;

Р₀ - атмосферное давление, кПа;

А, В, С_а - константы уравнения Антуана для давления насыщенных паров,(Справочник Баратова).

А=7,3522

В=1660,454.

С=245,818.

Тогда:

= 6,06 ⁰С.

=39.89⁰ С.

Если неизвестна зависимость давления насыщенного пара от температуры, то для веществ, состоящих из атомов С, Н, О, N значение нижнего или верхнего температурного предела (t_п) вычисляют по формуле

t_п = а₀ + а₁t_кип +

где а₀ — размерный коэффициент, равный минус 62,46°С для нижнего и минус 41,43°С для верхнего пределов;

а₁ — безразмерный коэффициент, равный 0,655 для нижнего и 0,723 для верхнего пределов;

a_j — эмпирические коэффициенты, характеризующие вклад j-х структурных групп.

НТПР = -62,46 + 0,655·107,8 + ( – 0,009·3+0,11+19,75) = 25,2⁰ С.

ВТПР = -41,43 + 0,723·107,8 + ( 0,570·3+1,267+17,8) = 56,1⁰ С.

Ответ: температурные пределы распространения пламени для метилового спирта равны t_н=0,3^ОС и t_в=26,3^ОС.

(ГОСТ12.1.044 приложение 6)

3.6. Нормальная скорость распространения пламени паровоздушной смеси (максимальная нормальная скорость горения).

Нормальная скорость распространения пламени - скорость перемещения фронта пламени относительно несгоревшего газа в направлении, перпендикулярном к его поверхности.

Значение нормальной скорости распространения пламени следует применять в расчетах скорости нарастания давления взрыва газо- и паровоздушных смесей в закрытом, негерметичном оборудовании и помещениях, критического (гасящего) диаметра при разработке и создании огнепреградителей, площади легкосбрасываемых конструкций, предохранительных мембран и других разгерметизирующих устройств; при разработке мероприятий по обеспечению пожаровзрывобезопасности технологических процессов в соответствии с требованиями ГОСТ 12.1.004 и ГОСТ 12.1.010.

Максимальная нормальная скорость горения – максимальная линейная скорость распространения фронта пламени в газовых смесях, определяемая в специальных условиях.

Максимальная нормальная скорость распространения пламени в настоящей работе определяется по справочной литературе и расчетом.

Максимальная скорость горения S_u для органических веществ, состоящих из атомов С, Н, N, O, S и структурных групп, представленных в таблице, вычисляется по формуле:

где - число структурных групп j-го вида в молекуле; - коэффициент, соответствующий j-й структурной группе; n_C – число атомов углерода в молекуле; - показатель степени, равный двум; S_u₀ – значение нормальной скорости горения

Для органических веществ, состоящих из атомов С, Н, N, O, и для веществ, состоящих из структурных групп, не учтенных в таблице максимальная нормальная скорость горения вычисляется по формуле:

где Т – адиабатическая температура горения смеси стехиометрического состава.

Для веществ, состоящих из структурных групп, приведенных в таблице, значение Т может быть определено по формуле:

где m_j – число структурных групп j-го вида в молекуле;

Таким образом для изобутилового спирта:

= = 0,55 м/с.

(ГОСТ 12.1.044-89 приложение 7).

3.7. Критический диаметр огнегасящего канала и безопасного экспериментального максимального зазора.

Расчет критического диаметра d_кр длинного цилиндрического огнегасящего канала производится по формуле:

где Ре_кр = 72 – число Пекле; Su – нормальная скорость горения; С_pv – удельная теплоемкость, Дж/кг·К; λ – коэффициент теплопроводности исходной смеси, Вт/м·К; Т – температура, К; Р – давление, Па; R – универсальная газовая постоянная, равная 8,31 Дж/моль·К; М – молярная масса, кг/моль.

Максимальный экспериментальный безопасный зазор (БЭМЗ) рассчитывается по формуле:

БЭМЗ = d_кр/3

Относительная средняя квадратическая погрешность расчета составляет 18%.

Для метилового спирта:

= 3.3 мм.

БЭМЗ = d_кр/3 = 3,3/3 = 1.1 мм

3.8. Минимальная энергия зажигания.

Минимальная энергия зажигания - наименьшая энергия электрического разряда, способная воспламенить наиболее легко воспламеняющуюся смесь горючего вещества с воздухом.

Значение минимальной энергии зажигания следует применять при разработке мероприятий по обеспечению пожаровзрывобезопасных условий переработки горючих веществ и обеспечения электростатической искробезопасности технологических процессов в соответствии с требованиями ГОСТ 12.1.004, ГОСТ 12.1.010 и ГОСТ 12.1.018.

Минимальная энергия зажигания Е_min - это наименьшее значение электрического разряда, способного воспламенить наиболее легковоспламеняющуюся смесь горючего газа, пара или пыли с воздухом.

Минимальная энергия зажигания - один из показателей пожарной опасности веществ, применяется при разработке мероприятий по пожаровзрывобезопасности и электростатической искробезопасности технологических процессов с обращающимися горючими газами, жидкостями и пылями. Эти мероприятия касаются выбора взрывобезопасного электрооборудования, материалов, условий их безопасной эксплуатации и т.д.

Минимальная энергия зажигания зависит от множества различных параметров. Она определяется экспериментально.

Минимальная энергия зажигания в курсовой работе определяется по справочной литературе и расчетом.

Минимальная энергия зажигания W (Дж) рассчитывается по формуле6

где α= 0,5 – коэффициент пропорциональности ; q- удельное объемное количество тепла, необходимое для нагрева горючей смеси от её начальной температуры t_н до температуры самовоспламенения. Дж/м³; l_к – величина критического зазора, м.

Удельное объемное количество тепла, необходимое для нагрева горючей смеси от t_нач до t_св, рассматривается как тепло, нужное для нагрева воздуха q_г, и вычисляется (Дж) по формуле

где С_Р – теплоемкость воздуха, Дж/(кг град); ρ_г – плотность воздуха, кг/м³.

Величину q_г можно вычислить по таблице 12.

При расчете критического зазора зажигания l_киспользуется значения максимального экспериментального безопасного зазора (МЭБЗ), ГОСТ 12.1.001-78:

Таким образом для метилового спирта:

Е_min=0,17 мДж

Ответ: минимальная энергия зажигания равна 0,17 мДж

3.9. Способность гореть и взрываться при взаимодействии с водой, кислородом и другими веществами.

Способность взрываться и гореть при взаимодействии с водой, кислородом воздуха и другими веществами - это качественный показатель, характеризующий особую пожарную опасность некоторых веществ.

Данные о способности веществ взрываться и гореть при взаимном контакте необходимо включать в стандарты или технические условия на вещества, а также следует применять при определении категории помещений по взрывопожарной и пожарной опасности в соответствии с требованиями норм технологического проектирования; при выборе безопасных условий проведения технологических процессов и условий совместного хранения и транспортирования веществ и материалов; при выборе или назначении средств пожаротушения.

Сущность метода определения способности взрываться и гореть при взаимном контакте веществ заключается в механическом смешивании исследуемых веществ в заданной пропорции и оценке результатов испытания.

(ГОСТ 12.1.044-89 п.4.15).

3.10. Минимальная флегматизирующая концентрация флегматизатора.

Минимальная флегматизирующая концентрация флегматизатора - наименьшая концентрация флегматизатора в смеси с горючим и окислителем, при которой смесь становится неспособной к распространению пламени при любом соотношении горючего и окислителя.

Значение минимальной флегматизирующей концентрации флегматизатора следует применять при разработке мероприятий по обеспечению пожаровзрывобезопасности технологических процессов методом флегматизации в соответствии с требованиями ГОСТ 12.1.004 и ГОСТ 12.1.010.

Ф_гф - концентрация горючего в экстремальной точке области воспламенения, объемные проценты;

μ_гф – то же, но в нормальных долях, моль/моль;

φ_ф - минимальная флегматизирующая концентрация негорючего компонента, объемные проценты;

μ_Ф - мольная доля флегматизатора в смеси;

φ_кис(ф) – минимальное взрывоопасное содержание кислорода в воздухе в точке флегматизации, (объемные проценты);

Концентрация флегматизатора в экстремальной точке рассчитывается по формуле:

где h' и h" - параметры, зависят от рода флегматизатора, приведены в таблице 9, а ΔН_f⁰ – энтальпия образования горючего, причём, если параметры h даны в моль/Дж. то и ΔН_f⁰ – необходимо брать в Дж/моль; индексом m_j в формуле обозначено число атомов и групп одного вида в молекуле горючего. (Справочник Баратова ).

В расчетной работе необходимо определить минимальную флегматизирующую концентрацию для водяного пара, СО₂ и N₂.

Разбавление азотом: m_c = 1, m_h = 4, m_o = 1.

φ_ф = 100·(0,800·10^-5·276300 + 0,780 + (1,651·1 + 0,527·4 + 0,446·1))/2,236 – 1 + (5,000·1 + 1,250·4 - 2,500·1) =49,1%.

Разбавление водяным паром:

φ_ф = 100·(0,735·10^-5·276300 + 0,579 + (1,251·1 + 0,418·4 + 0,542·1))/2,020 – 1 + (4,642·4 + 1,160·10 - 2,321·1) = 39%.

Разбавление двуокисью углерода:

φ_ф = 100·(0,864·10^-5·276300 + 1,256 + (2,5277·1 + 0,7592·4+ 0,197·1))/2,8 – 1 + (5,964·4 + 1,486·10 - 2,973·1) = 31,8 %.

Ответ: минимальная флегматизирующая концентрация флегматизатора

равна для водяного пара- 49,1%, для углекислого газа- 39%, для

азота- 31,8%.

3.11. МВСК Минимальное взрывоопасное содержание кислорода.

Минимальное взрывоопасное содержание кислорода - такая концентрация кислорода в горючей смеси, состоящей из горючего вещества, воздуха и флегматизатора, меньше которой распространение пламени в смеси становится невозможным при любой концентрации горючего в смеси, разбавленной данным флегматизатором.

Значение минимального взрывоопасного содержания кислорода следует применять при разработке мероприятий по обеспечению пожаровзрывобезопасности технологических процессов в соответствии с требованиями ГОСТ 12.1.004 и ГОСТ 12.1.010.

Минимальное взрывоопасное содержание кислорода— такая концентрация кислорода в горючей смеси, состоящей из горючего вещества, воздуха и флегматизатора, меньше которой распространение пламени в смеси становится невозможным при любой концентрации горючего в смеси, разбавленной данным флегматизатором.

Минимальное взрывоопасное содержание кислорода (МВСК) в объемных процентах рассчитывается по формуле :

φ_О2 = ,

тогда:

при разбавлении азотом:

φ_О2 = = 10,53 %.

при разбавлении водяным паром:

φ_О2 = = 12,68%.

при разбавлении двуокисью углерода:

φ_О2 = = 14,04 %.

Ответ: минимальное взрывоопасное содержание кислорода для

водяного пара равно- 12,68%, для углекислого газа- 8,77%,

для азота- 10,53%.

3.12. Максимальное давление взрыва.

Максимальное давление взрыва - наибольшее избыточное давление, возникающее при дефлаграционном сгорании газо-, паро- или пылевоздушной смеси в замкнутом сосуде при начальном давлении смеси 101,3 кПа.

Значение максимального давления взрыва следует применять при определении категории помещений по взрывопожарной и пожарной опасности в соответствии с требованиями норм технологического проектирования, при разработке мероприятий по обеспечению пожаровзрывобезопасности технологических процессов в соответствии с требованиями ГОСТ 12.1.004 и ГОСТ 12.1.010.

Р_взр = , где

Р₀ – начальное давление, кПа (МПа);

Т₀ – начальная температура, К;

Т_взр – температура взрыва, К;

m – число молей (киломолей) газообразных продуктов горения;

n – число молей (киломолей) исходных газообразных веществ.

Р_взр = =808,07 кПа.

СН₄О + 1,5 (О₂ + 3,76·N₂) → СО₂ + 2Н₂О + 1.5·3,76·N₂

m = 1+2+1.5·3,76 = 8,64 киломоль.

n = 1 + 1,5·4,76 = 8,14 киломоль.

Т_взр = 2202 К.

Ответ: максимальное давление взрыва равно 808,07 кПа.

(ГОСТ 12.1.044 приложение 11)

3.13.Вывод: проведя анализ пожарной опасности данного вещества, можно дать рекомендации по работе с ним, например, данное вещество имеет t_всп=- 0,7 ⁰С - это вещество относится к ЛВЖ; КПР-1,04%-6,84%-пожаровзрывоопасная зона; оно опасно при взаимодействии с галогенами и с сильными окислителями.

4. Расчет аварийной ситуации.

4.1. Интенсивность испарения при заданных условиях.

1. Скорость воздушного потока – 0,37 м/с;

2. Площадь помещения –780 м²;

3. Высота помещения – 4.8 м;

4. Объем емкости ( аппарата ) – 200 литров;

5. Температура в помещении – 40⁰ С.

W_исп=10^-6·η··Р_н,

по таблице 3 НПБ 105-03 принимаем коэффицент η=2,3.

Молярная масса изобутилового спирта равна: М = 32 кг/кмоль.

Давление насыщенного пара:

В пожарных расчетах наиболее распространенным способом определения давления насыщенного пара при заданной температуре является расчет по уравнению Антуана:

; Р_s ,

где

Р_s - давление насыщенного пара, кПа;

t_Р - рабочая (заданная) температура, ⁰С;

А, В, С - константы уравнения Антуана из справочной литературы.

А=7,3522.

В=1660,454.

С=245,818.

Р_s = = 34,8 кПа.

Тогда:

W_исп=10^-6·2,3··34,8= 453,03·10^-6 кг/м²·с.

Ответ: скорость испарения составила 453,03·10^-6 кг/м²·с

( НПБ 105-03)

4.2. Время образования минимальной взрывоопасной концентрации паров в помещении.

Из предыдущих расчетов известно, что минимальная взрывоопасная концентрация паров равна 0,08 кг/м³.

0,058 кг - 1 м³

mкг - 1600 м³

m = = 92,8кг - минимальная взрывоопасная концентрация для объёма равного 1600 м³.

2.Время образования минимальной взрывоопасной концентрации выражается из формулы:

m = W_исп·S_исп·τ_исп.

Тогда:

τ_исп = ;

Все данные для этого расчета у нас имеются.

τ_исп = = 1865,5 сек. = 31мин.

Ответ: в рассмотренном помещении при выбранной аварийной ситуации

минимальная среднеобъемная взрывоопасная концентрация паров

в помещении образуется через 31 минуты после аварии.

4.3. Избыточное давление взрыва газопаровоздушной смеси при выбранной аварийной ситуации.

Избыточное давление взрыва Р для индивидуальных горючих веществ (газов и паров ЛВЖ и ГЖ), состоящих из атомов С, Н, О, N, Cl, Br, I, F, определяется по формуле

Расчет избыточного давление взрыва для индивидуальных веществ производится согласно ГОСТ Р 12.3.047 – 98 и НПБ 105-03.

, кПа.

Где,

Р_MAX - максимальное давление взрыва стехиометрической газовоздушной и паровоздушной смесив замкнутом объеме. Определяется экспериментально или по справочным данным. При отсутствии данных допускается принимать Р_MAX = 900 кПа.

Р₀ - начальное давление, кПа. Допускается принимать равным 101,3кПа.

m - масса горючего газа или паров ЛВЖ и ГЖ, вышедших в результате аварии в помещение.

Z - коэффициент участия горючего во взрыве. Допускается принимать значение Z по таблице.

V_СВ - свободный объем помещения, м³. Свободный объем помещения определяется как разность между объемом помещения и объемом, занимаемым технологическим оборудованием.

Если свободный объем помещения определить невозможно, то его допускается принимать равным 80 % геометрического объема помещения.

V_СВ= 0,8V_.

_Г - плотность газа или пара при расчетной температуре t_РАСЧ, кг/м³,

где

, кг/м³, а , м³/кмоль.

Если принять, что давление в помещении равно нормальному атмосферному давлению (101,3 кПа) то плотность газа или пара можно рассчитать по следующей формуле:

, кг/м³, где

М - молярная масса газа или пара, кг/кмоль;

Примечание: Бывают случаи, когда рассчитанная таким образом масса паров превышает массу жидкости. Это говорит о том, что жидкость испарится полностью менее чем за час. В этом случае расчетная масса паров принимается равной массе жидкости.

V₀ - молярный объем при нормальных условиях, равный 22,4 м³/кмоль.

t_РАСЧ - расчетная температура, ⁰С.

С_СТЕХ - стехиометрическая концентрация горючих газов или паров ЛВЖ и ГЖ, % (объемных). Стехиометрическая концентрация вычисляется по формуле

, % ,

Где:

 - стехиометрический коэффициент кислорода в уравнении реакции горения. Коэффициент  также может быть рассчитан по следующей формуле:

Где:

n_C, n_H, n_X,, n_O - число атомов С, Н, О, галогенов в молекуле горючего вещества.

К_Н - коэффициент, учитывающий негеометричность помещения и неадиабатичность процесса горения. Допускается принимать К_Н= 3.

Для того, чтобы воспользоваться этой формулой необходимо рассчитать массу, стехиометрическую концентрацию и свободный объем помещения. По условию время испарения не более часа.

m = W_исп·S_исп·τ_исп = 453·10^-6·200·3600 = 158 кг.

= = 12,3 %.

V_СВ= 0,8V_ПОМЕЩ = 0,8· = 2995,2 м³.

=1,25 , кг/м³,

= = 17,8кПа.

Ответ: избыточное давление взрыва газопаровоздушной смеси

равно 17,8 кПа.

4.4. Размер взрывоопасной зоны.

Метод расчета размеров зон, ограниченных НКПР газов и паров, при аварийном поступлении горючих газов и паров ненагретых легковоспламеняющихся жидкостей в помещение регламентируется ГОСТ Р 12.3.047 – 98 и НПБ 105-03.

Расстояния Х_НКПР, Y_НКПР и Z_НКПР для ГГ и ЛВЖ, ограничивающие область концентраций, превышающих НКПР, рассчитывают по формулам:

Х_НКПР = ,

Y_НКПР = ,

Z_НКПР = ,

Где:

К₁ – коэффициент, принимаемый равным:

1,1314 для горючих газов и

1,1958 для легковоспламеняющихся жидкостей;

К₂ – коэффициент, равный:

1 для ГГ и

Т/3600 для ЛВЖ;

Т – продолжительность поступления паров ЛВЖ, с;

К₃ – коэффициент, принимаемый равным:

0,0253 для ГГ при отсутствии подвижности воздушной среды,

0,02828 для ГГ при подвижности воздушной среды,

0,04714 для ЛВЖ при отсутствии подвижности воздушной среды,

0,3536 для ЛВЖ при подвижности воздушной среды;

l – длина помещения , м;

b – ширина помещения, м;

h – высота помещения, м;

 – допустимые отклонения концентраций при задаваемом уровне значимости. При уровне значимости Q = 0,05 значения  будут равны:

1,27 для ЛВЖ при работающей вентиляции,

1,25 для ЛВЖ при неработающей вентиляции,

1,37 для ГГ при работающей вентиляции,

1,38 для ГГ при неработающей вентиляции;

С₀ – предэкспоненциальный множитель, % (объемн.), равный:

С₀ =

для ГГ при отсутствии подвижности воздушной среды,

С₀ =

для ГГ при подвижности воздушной среды,

U – подвижность воздушной среды, м/с;

С₀ =

для ЛВЖ при отсутствии подвижности воздушной среды,

С₀ =

для ЛВЖ при подвижности воздушной среды;

С_Н – концентрация насыщенных паров при расчетной температуре, кПа.

С_Н может быть рассчитана по формуле:

С_Н = ,

Где:

Р_Н – давление насыщенных паров при расчетной температуре, кПа;

Р₀ – атмосферной давление, равное 101, 3 кПа;

_п – плотность паров, кг/м³.

Плотность паров _п рассчитывается по формуле:

_п = М/V_м, кг/м³.

При отрицательных значениях логарифмов расстояния Х_НКПР, Y_НКПР и Z_НКПР принимают равным 0.

Во всех случаях значения расстояний Х_НКПР, Y_НКПР и Z_НКПР должны быть не менее 0,3 м для ГГ и ЛВЖ.

В нашем случае при нерабочей вентиляции:

С₀ = = = 13,12

С_Н = = = 34,4

Х_НКПР = = = 28 м.

Y_НКПР = = = 14,35м.

Z_НКПР = = = 1,02 м.

при работающей вентиляции:

Х_НКПР = = = 34 м.

Y_НКПР = = =17,5 м.

Z_НКПР = = = 1,24 м.

(НПБ 105-03 )

4.5. Определение класса зоны по ПУЭ.

Электрооборудование и электрические сети являются потенциальными источниками зажигания на любом объекте, поэтому при проектировании и строительстве производственных объектов, одной из наиболее важных задач является выбор электрооборудования. Для этого ПУЭ предусматривает определение классов пожароопасных или взрывоопасных зон в производственных помещениях.

Выбор и установка электрооборудования (машин, аппаратов, устройств), электропроводок и кабельных линий производятся в соответствии с Правилами устройства электроустановок на основе классификации взрывоопасных и пожароопасных зон, и взрывоопасных смесей.

Класс взрывоопасной зоны, в соответствии с которым производится выбор электрооборудования, определяется технологами совместно с электриками проектной или эксплуатирующей организации.

При определении взрывоопасных зон принимается, что:

а) взрывоопасная зона в помещении занимает весь объем помещения, если объем взрывоопасной смеси превышает 5 % свободного объема помещения;

б) взрывоопасной считается зона в помещении в пределах до 5 м по горизонтали и вертикали от технологического аппарата, из которого возможно выделение горючих газов или паров ЛВЖ, если объем взрывоопасной смеси равен или менее 5 % свободного объема помещения. Помещение за пределами взрывоопасной зоны следует считать невзрывоопасным, если нет других факторов, создающих в нем взрывоопасность.

Объемы взрывоопасных газо- и паровоздушной смесей, а также время образования паровоздушной смеси определяются в соответствии с НПБ 105.

Минимальной взрывоопасной концентрацией горючего в смеси является НКПР. При этом необходимо учитывать коэффициент безопасности, который принимается в соответствии с ГОСТ 12.1.044-89* равным 0,8.

Для определения объема взрывоопасной смеси необходимо:

1. Определить количество паров, выходящих в объем помещения

Определяем объем, занимаемый 65,4 кг паров:

плотность паров равна:

2. Определить минимальную взрывоопасную концентрацию смеси

Минимальная взрывоопасная концентрация паров в смеси с учетом коэффициента безопасности составляет:

Определяем объем взрывоопасной смеси. Составляем пропорцию:

135 м³ -------- 4,5 %

Х м³ -------- 100%

взрывоопасная концентрация при рассматриваемой аварийной ситуации образуется в объеме 3000 м³, это более 5% от свободного объема помещения.

3. Определение категории и группы взрывоопасной смеси

БЭМЗ для изобутилового спирта составляет 1,1 мм. В соответствии с п.7.3.26 ПУЭ категория взрывоопасной смеси IIА.

Температура самовоспламенения метилового спирта 470°С. В соответствии с п.7.3.27 ПУЭ группа взрывоопасной смеси Т1.

Вывод: В помещении обращается ЛВЖ, категория взрывоопасной смеси IIА, группа взрывоопасной смеси Т1. Образование взрывоопасной концентрации в помещении возможно только в результате аварийной ситуации. Объем взрывоопасной смеси превышает 5% свободного объема помещения. В соответствии с ПУЭ, класс зоны во всем объеме рассматриваемого помещения - В-Iа.

Зоны класса В-Iа — зоны, расположенные в помещениях, в которых при нормальной эксплуатации взрывоопасные смеси горючих газов (независимо от нижнего концентрационного предела воспламенения) или паров ЛВЖ с воздухом не образуются, а возможны только в результате аварий или неисправностей.

4.6. Определение тротилового эквивалента взрыва паровоздушной смеси.

Для сравнительной оценки уровня воздействия взрыва газо- паровоздушной смеси используется тротиловый эквивалент взрыва.

Тротиловым эквивалентом взрыва называется условная масса тринитротолуола (тротила), взрыв которой адекватен по степени разрушения взрыву парогазовой среды с учетом реальной доли участия во взрыве горючего вещества.

Тротиловый эквивалент взрыва определяется по формуле:

W_Т = , кг,

где

0,4 – доля энергии взрыва парогазовой смеси, затрачиваемой непосредственно на формирование ударной волны;

0,9 – доля энергии взрыва тринитротолуола, затрачиваемой непосредственно на формирование ударной волны;

Q_H – удельная (низшая) теплота сгорания парогазовой среды , кДж/кг;

Q_Т – удельная теплота взрыва ТНТ (q_Т = 4240 кДж/кг);

z – доля приведенной массы паров, участвующей во взрыве.

W_Т = = = 118,6кг.

Ответ: тротиловый эквивалент составляет 118,6 кг.

4.7. Определение радиусов зон разрушения.

Зоной разрушения считается площадь с границами, определяемыми радиусами R, центром которой является рассматриваемый технологический блок или наиболее вероятное место разгерметизации технологической системы. Границы каждой зоны характеризуются значениями избыточных давлений по фронту ударной волны DР и соответственно безразмерным коэффициентом К.

Радиус зоны разрушения (м) в общем виде определяется выражением:

R = , где

К — безразмерный коэффициент, характеризующий воздействие взрыва на объект.

При массе паров т более 5000 кг радиус зоны разрушения может определяться выражением:

R = .

R = = 6 м

Ответ: радиус зоны разрушения составляет 6 м.

4.8 Исследование возможности снижения пожарной опасности помещения

Очевидно, что уровень пожарной опасности помещения определяет требуемые расходы на системы противопожарной защиты. Часто для оптимизации расходов на проектирование, строительство и эксплуатацию объектов требуется снизить их пожарную опасность.

В классификации помещений на взрывопожароопасные и пожароопасные определяющим показателем является величина избыточного давления взрыва в случае аварийной ситуации. Граничным значением принято 5 кПа, поскольку при таком давлении взрыва возможно повреждение человека волной давления (см. п.4.3).

Основными способами снижения пожарной опасности помещений, в которых обращаются ЛВЖ или ГЖ являются:

ограничение объемов используемых жидкостей;
ограничение площади возможного разлива жидкостей;
устройством аварийной вентиляции.

4.8.1 Ограничение объема хранения

Определяется максимальный объем сосуда (аппарата) с жидкостью в рассматриваемом помещении, при котором избыточное давление взрыва (см. п.4.3 курсовой работы) не превышает 5 кПа.

В качестве аварийной ситуации принимаем разрушение аппарата, выход жидкости в объем помещения, ее испарение с образованием взрывоопасной паровоздушной смеси.

1. Избыточное давление при взрыве паров:

= 32,7кПа.

Определяем количество паров жидкости в помещении, при взрыве которого избыточное давление взрыва составит 5 кПа

Определяем количество паров, образующихся при разливе 1 литра жидкости

W_исп=10^-6·2,3··34,8= 453,03·10^-6 кг/м²·с.

С учетом того, что 1 л изобутилового спирта разливается на площадь 1 м², площадь испарения составляет 1 м².

Время полного испарения 1 литра жидкости составляет:

это более 3600 сек.

За один час испарится:

4. Определяем площадь, с которой испарится 9,9 кг жидкости за один час:

Таким образом, для того чтобы за один час испарилось 9,9 кг изобутилового спирта, необходимо разлить 30,9 л жидкости. Т.е. при хранении изобутилового спирта в аппаратах менее чем по 30,9 л, избыточное давление взрыва в случае аварийной ситуации составит менее 5 кПа.

5. Произведем проверочный расчет:

Объем жидкости 27,4 л

Площадь разлива 27,4 м²

Масса паров, образующихся за один час

= 4,99 кПа.

Вывод: при использовании емкостей для метилового спирта объемом не более 27,4 л избыточное давление взрыва в случае аварийной ситуации не превысит 5 кПа.

Ограничением площади разлива жидкости

Количество испаряющейся жидкости в случае аварийной ситуации можно уменьшить путем ограничения площади разлива. Для этого могут быть предусмотрены обвалования, бортики, аварийный слив и т.п. Расчет максимальной площади обвалования производится аналогично как в п.4.8.2. При этом необходимо рассчитать минимальную высоту обвалования.

При определении высоты обвалования, учитывается, что фактическая высота должна быть не менее чем на 0,1 м больше расчетной.

V_апп=S_исп h_обвал.

V_апп= 200 л= 0,2 м³

S_исп=27,4 м²

h_обвал.=

Проверка: Объем жидкости 0,2 м³

Площадь разлива 27,4 м²

Масса паров, образующихся за один час

= 4,99 кПа.

Ответ: площадь обвалования составила 27,4 м².

При хранении емкости с метиловым спиртом в обваловании площадью 27,4 м² и более, высотой 0,109 м избыточное давление взрыва составит не более 5 кПа и помещение перейдет в пожароопасную категорию.

Устройством аварийной вытяжной вентиляции в помещении

В случае обращения в помещении горючих газов, легковоспламеняющихся или горючих жидкостей при определении значения массы т горючего вещества для расчета избыточного давления взрыва, допускается учитывать работу аварийной вентиляции, если она обеспечена резервными вентиляторами, автоматическим пуском при превышении предельно допустимой взрывобезопасной концентрации и электроснабжением по первой категории надежности (ПУЭ), при условии расположения устройств для удаления воздуха из помещения в непосредственной близости от места возможной аварии.

При этом массу m горючих газов или паров легковоспламеняющихся или горючих жидкостей, нагретых до температуры вспышки и выше, поступивших в объем помещения, следует разделить на коэффициент К, определяемый по формуле

К = АТ + 1,

где А – кратность воздухообмена, создаваемого аварийной вентиляцией, с^-1; Т – продолжительность поступления горючих газов и паров легковоспламеняющихся и горючих жидкостей в объем помещения (в случае испарения жидкости – 3600 сек, или время полного испарения).

Кратность воздухообмена обычно обозначается n и показывает сколько раз за один час полностью меняется атмосфера в помещении, т.е. размерность [1/час]. Поэтому при выполнении расчетов, необходимо привести это значение к размерности [1/сек].

Так же необходимо учесть, что при работе аварийной вентиляции скорость воздушных потоков в помещении может увеличиться, что приведет к увеличению интенсивности испарения. Скорость воздушного потока в помещении при работе аварийной вентиляции определяется по формуле:

где l - длина помещения, м;

n - кратность воздухообмена ч^-1.

Принимаем n=2,5

Помещение оборудовано аварийной вентиляцией обеспечивает вентиляцию помещения кратностью воздухообмена равной 2,5.

W=10^-6η√МР_н

ω=L/τ=2·l·g/3600=2·20·7/3600=0,054 м/с

в соответствии с таблицей №3 НПБ 105-03 при температуре 40^ОС и скорости воздушного потока 0,054 м/с η=1,2

W_исп=10^-6·1,2··25= 169,7·10^-6 кг/м²·с.

m_ав=102,2 /(1+7 · 3600/3600)= 4,7 кг

= 3,75 кПа.

Ответ: при кратности воздухообмена равной 2,5, давление взрыва будет меньше 5 кПа.

5. Выбор и обоснование огнетушащих средств

Осуществляется по справочникам, выбираются все ОТВ с указанием их расходных показателей: интенсивности подачи, удельного расхода, времени тушения поверхностным и объемным способом.

Вода

Воздушно-механическая пена средней кратности на основе ПО-1Д, Сампо, ПО-6К, ПО-3АИ

Объёмное тушение

Порошки

Наиболее целесообразные средства тушения

СО₂

Хладоны

85% (масс) СО₂ + 15% (масс) C₂F₄Br₂(CF₂Br)

ПСБ-3

П-2АП, пир. А, ПФ

ПГС-М, ПС, МГС, РС, ПФК

СИ-2

I, л/(м²·с) при t=(30-60) мин

G, кг/м³ при t=2 мин

ε·10⁴, кг/(кВт·с)

G, кг/м³

ε·10⁴, кг/(кВт·с)

G, кг/м³

G, кг/м²

0,25

0,7

0,22

0,27

1,50

(0,66)

1,42

(0,89; 0,65; 0,47)

При крупных проливах – распыленная вода, пена, порошок ПСБ

В помещениях объёмное тушение

Малые очаги – СО₂, вода

Исследование пожароопасных свойств метилового спирта

УТВЕРЖДАЮ

3.7. Критический диаметр огнегасящего канала и безопасного экспериментального максимального зазора.

4.8 Исследование возможности снижения пожарной опасности помещения

Рекомендуемый список литературы

Нравится материал? Поддержи автора!

Ещё документы из категории химия: