Курсовая работа (п): Расчет взрывопожароопасности метана, нефти, торфа

Расчет взрывопожароопасности метана, нефти, торфа

                                                Оглавление

1.  Введение……………………………………………………………………....2

1.1.  Применение в промышленности метана, п-гептана и торфа…………….3

1.2.  Основные требования к зданиям для размещения взрывоопасных

         производств………………………………………………………………...4

2.  Формирование исходных данных

2.1.  Газообразное вещество – метан…………………………………………....5

2.1.1.  Краткие сведения…………………………………………………………5   

2.1.2.  Теплофизические показатели метана…………………………………….5

2.1.3.  Термодинамические показатели воздуха………………………………...6

2.2.  Жидкое вещество:  n-гептан (производная от нефти)…………………….7 

2.3.  Твердое вещество: фрезерный торф………………………………………..7

3.  Теоретические материалы

3.1.  Некоторые сведения из молекулярной физики…………………………...8

3.2.  Уравнение материального баланса…………………………………………8

3.3.  Теплота сгорания вещества………………………………………………….9

3.4.  Пожаровзрывоопасность веществ и материалов…………………………10

4.  Расчет характеристик пожаровзрывоопасности  веществ и материалов.

4.1.  Расчет температуры вспышки п-гептана…………………………………..12  4.2.  Расчет температуры воспламенения п-гептана……………………………12   4.3   Расчет температур самовоспламенения метана, п-гептана и

        фрезерного торфа…………………………………………………………....13                                                                                      

4.4.  Расчет концентрационных пределов распространения  пламени

        метана и п-гептана…………………………………………………………..14

4.5.  Температурные пределы распространения пламени п-гептана………….15  4.6.   Минимальная флегматизирующая концентрация инертного

         разбавителя для метана и п-гептана………………………………………16

4.7.   Минимальное  взрывоопасное  содержание  кислорода

         в  метане  и  п-гептане……………………………………………………..16

4.8.  Максимальное давление взрыва для метана и п-гептана………………...17

     Заключение…………………………………………………………………….19

     Приложение …………………………………………………………………..20

 Список  литературы…………………………………………………………23 1.Введение

Пожары и взрывы являются наиболее древним техногенным бедствием для людей, их жилищ и хозяйственных сооружений. Интенсификация производства в современных условиях сопровождается процессами, негативно влияющих на состояние пожарной безопасности. Примерами этого могут служить многочисленные случаи возникновения техногенных пожаров и рост масштабов их воздействия на окружающую среду.

В конце июля, августе и начале сентября 2010 года в России на всей территории сначала Центрального федерального округа, а затем и в других регионах России возникла сложная пожарная обстановка из-за аномальной жары и отсутствия осадков. Торфяные пожары Подмосковья сопровождались запахом гари и сильным задымлением в Москве и во многих других городах. По состоянию на начало августа 2010 года, в России пожарами было охвачено около 200 тыс. га в 20 регионах (Центральная Россия и Поволжье, Чукотка, Дагестан). Торфяные пожары были зафиксированы в Московской области, Свердловской, Кировской, Тверской, Калужской и Псковской областях.

3 июня 1989 года произошла крупнейшая железнодорожная катастрофа: при прохождении двух встречных поездов на перегоне Улу-Теляк - Казаяк (Башкортостан). Причина - взрыв скопившейся вблизи и на железнодорожном полотне углеводородно-воздушной смеси. Энергия взрыва была эквивалентна взрыву 250-300 тонн тротила. В его эпицентре оказались два пассажирских поезда: Новосибирск — Адлер и Адлер — Новосибирск. Были сброшены с путей 11 вагонов, из них 7 сгорели полностью, 26 вагонов выгорели как изнутри, так и снаружи. Погибли, по разным данным, 575 или 645 человек.

Пожар в клубе «Хромая лошадь» — крупнейший по числу жертв пожар в постсоветской России, произошедший 5 декабря 2009 года в ночном клубе «Хромая лошадь» в Перми и повлёкший смерть 156 человек.

Взрывы на шахте «Распадская» 8—9 мая 2010 года — два взрыва, произошедшие в мае 2010 года на крупнейшей угольной шахте в России. Погибших уже 75, а пропавших без вести все еще 16 человек.

            1.1.  Применение в промышленности метана, п-гептана и торфа.

     Метан — наиболее термически устойчивый насыщенный углеводород. Его широко используют как бытовое и промышленное топливо и как сырьё для промышленности. Так, хлорированием метана производят метилхлорид, метиленхлорид, хлороформ, четырёххлористый углерод.

        При неполном сгорании метана получают сажу, при каталитическом окислении — формальдегид, при взаимодействии с серой — сероуглерод.

       Термоокислительный крекинг и электрокрекинг метана— важные промышленные методы получения ацетилена.

      Каталитическое окисление смеси метана с аммиаком лежит в основе промышленного производства синильной кислоты. Метан используют как источник водорода в производстве аммиака, а также для получения водяного газа (т.н. синтез-газа): CH₄ + H₂O → CO + 3H₂, применяемого для промышленного синтеза углеводородов, спиртов, альдегидов и др.  Важное производное метана — нитрометан.    Метан широко используется в качестве моторного топлива для автомобилей.

     Гептан играет важную роль при каталитическом реформинге и ароматизации нефтепродуктов. Применяется в качестве эталонного топлива при определении октанового числа автомобильных и авиационных бензинов при производстве топлив, в химической промышленности при производстве пластических масс.

     Области применения торфа: приготовление компостов ; компонент удобрений; овощеводство и цветоводство (парниковый грунт, брикеты и горшочки для выращивания рассады, сеянцев и саженцев древесных пород); озеленение (торфодерновые ковры); антисептич. подстилочный материал (на животноводч. и птицеводч. фермах); газо- и водопоглотитель (адсорбент для очистки сточных вод и вод, загрязненных нефтью); строительство (как малотеплопроводный и звукоизоляц. материал); получение металлургич. кокса, активного угля, торфяного воска; медицина ( торфогрязелечение); топливо (преим. на электростанциях, реже для коммунально-бытовых целей).

                 1.2.  Основные требования к зданиям для размещения

                                  взрывоопасных производств.

       При проектировании зданий необходимо соблюдать требования стандартов СЭВ по обеспечению пожарной безопасности, надежности, защиты от коррозии и шума, охраны труда и окружающей среды, параметров микроклимата, а также требования технологии.

        Для предупреждения распространения пожара между зданиями строительными нормами устанавливаются определенные расстояния, называемые противопожарными разрывами.  При определении величины противопожарных разрывов в резервуарных парках нефти и нефтепродуктов учитывают пожарную опасность хранящихся веществ.

       Для ограничения распространения пожаров в зданиях и технологических установках    применяются    специальные    технические    устройства и конструктивные решения, к которым относятся:  противопожарная стена; противопожарное   перекрытие;   противопожарный   отсек   (зона); тамбур; противопожарное      окно;      конструкция      пропуска коммуникаций; противопожарная   дверь;   легкосбрасываемая  конструкция; противодымная защита; эвакуационная система; дыхательный    клапан-огнепреградитель;    клапан-отсекатель; клапан аварийного   сброса;   клапан   взрывной   (мембранный);   аварийный слив; гидрозатвор; клапан-мигалка; факельное хозяйство.

     Противопожарные стены применяют для уменьшения противопожарного разрыва между зданиями, а также для разделения зданий цехов на противопожарные отсеки с разной категорией пожарной опасности. Противопожарные стены должны опираться на фундаменты или фундаментные |балки, возводиться на всю высоту здания или сооружения и разделять конструкции .

      Двери и ворота в противопожарных преградах должны иметь приспособления для самозакрывания и уплотнители в притворах; противопожарные окна делают не открывающимися. Общая площадь проемов в противопожарных преградах (противопожарные двери, ворота, люки и др.) не должна превышать 25% их площади.

                                  2.Формирование исходных данных

Вариант №26

Газообразное вещество – метан.

        Жидкое вещество – нефть (n-гептан – производная от нефти)

Твердое вещество – торф (фрезерный).

                       2.1. Газообразное вещество – метан

                      2.1.1.  Краткие сведения

Мета́н — простейший углеводород, бесцветный газ без запаха, химическая формула — CH₄. Длина углеродной цепи l_СН4 = 1. Малорастворим в воде, легче воздуха. Температура плавления -182,48 °С; температура кипения -161,49 °С; р_крит.= 4,6 МПа.    Взрывоопасен.   С воздухом метан образует горючие и взрывчатые смеси, что является основной  причиной взрывов на угольных шахтах. Т всп. -187,9 °С,  Т. самовоспл. -537,8 °С, КПВ 5-15%. Метан нетоксичен ПДК 300 мг/м3

2.1.2. Теплофизические показатели метана

Молярная масса:  

Удельная газовая постоянная:   ,

где     – универсальная газовая постоянная.

Удельный объём:       ,  

  где – объём, занимаемый киломолем газа.

Плотность:       

Изобарная теплоёмкость (мольная):   

Изохорная теплоёмкость (мольная):   

Термодинамические параметры на линии насыщения  P,V,T  берутся по таблицам в приложении.

Показатель адиабаты:    

Теплота образования метана:  – 74,85 кДж/моль

Удельная теплота сгорания (формулы Д. И. Менделеева).

Низшая:        

где  C,H,W,S – суммарное содержание веществ в %,

                  О – суммарное содержание кислорода и азота в %

Для метана СН₄:   ,

                по таблице:      

2.1.3. Термодинамические показатели воздуха

    Объёмный состав воздуха в %:         

   Молярная масса:  

          где:  – содержание компонента смеси в долях,

                          – молярная масса компонента в смеси в кг/кмоль.

   Удельная газовая постоянная:   ,

где        – универсальная газовая постоянная.

 Плотность:                          ,

      где:      ,      

  Удельный объём:          .

  Изобарная теплоёмкость (мольная):   

  Изохорная теплоёмкость (мольная):   

  Показатель адиабаты:   

     Уравнение материального баланса процесса горения метана с воздухом

                        CH₄ + 2O₂ + 2*3,76N₂ = CO₂ + 2H₂O + 2*3,76N₂

      содержит: 1 моль метана,  2моля кислорода и 2*3,76 моля азота.

               Концентрация горючего в стехиометрической смеси:

                (по табл. данным –  9,5%),

              где   п – количество молей газа.    

                    2.2. Жидкое вещество:  n-гептан (производная от нефти)

Химическая формула и название: С₇Н₁₆ – n-гептан.

Структурная формула:  СН₃– СН₂– СН₂– СН₂– СН₂– СН₂– СН₃,  где:  С–Н   -16 связей,   С–С  -6 связей.       Число концевых функциональных групп (метил– СН₃) М_р=2.