Материал: Сборник задач по безопасности жизнедеятельности. Соловьева Э.В., Колотушкин В.В

19.2. Задания для самостоятельного решения

1. При разгерметизации технологического блока внутри производственного помещения произошел взрыв аммиака. Объем помещения 2520 м³, объем газа в помещении 500 м³. Определить давление ударной волны при разрушении ограждающих конструкций и его воздействие на воздушные линии электропередач, находящиеся на расстоянии 70 м от контура помещения.

2. При разгерметизации технологического блока внутри производственного помещения произошел взрыв метана. Объем помещения 15000 м³, объем газа в помещении 1100 м³. Определить давление ударной волны при разрушении ограждающих конструкций и его воздействие на металлический мост пролетом 120 м, находящийся на расстоянии 50 м от контура помещения.

3. При разгерметизации технологического блока внутри производственного помещения произошел взрыв бензола. Объем помещения 20000 м³, объем газа в помещении 450 м³. Определить давление ударной волны при разрушении ограждающих конструкций и его воздействие на промышленное здание, находящееся на расстоянии 150 м от контура помещения.

4. При разгерметизации технологического блока внутри производственного помещения произошел взрыв ксилола. Объем помещения 12250 м³, объем газа в помещении 200 м³. Определить давление ударной волны при разрушении ограждающих конструкций и его воздействие на грузовой автомобиль, находящийся на расстоянии 150 м от контура помещения.

5. При разгерметизации технологического оборудования внутри производственного помещения произошел взрыв бензола. Объем помещения 22340 м³, объем газа в помещении 600 м³. Определить давление ударной волны при разрушении ограждающих конструкций и его воздействие на наземный трубопровод, находящийся на расстоянии 600 м от контура помещения.

20. Взрывы пылевоздушных смесей

20.1. Общие сведения

При нарушении герметичности технологических аппаратов пыль выбрасывается в помещение, где вместе с накопившейся пылью смешивается с воздухом, образуя пылевоздушную смесь (ПВС), способную гореть. Искровой разряд приводит к взрывному горению смеси.

Энергия взрыва определяется из выражения

, кДж , (20.1)

где Q – удельная теплота сгорания вещества, образовавшего пыль, кДж/кг (табл. 20.1);

m – расчетная масса пыли, кг.

Таблица 20.1

Показатели взрывных явлений пыли

При оперативном прогнозировании расчетная масса пыли определяется из условия, что свободный объем помещения будет полностью заполнен взвешенным дисперсным продуктом, при этом образуется пылевоздушная смесь стехиометрической концентрации.

Масса пыли определяется по формуле

m= , кг, (20.2)

где V - свободный объем помещения (V =0,8· ), м ;

С – стехиометрическая концентрация пыли, г/м ,

С 3 φ , (20.3)

где φ - нижний концентрационный предел распространения пламени – это минимальное содержание пыли в смеси с воздухом, при котором возможно возгорание

Давление во фронте ударной волны определяется с использованием табл. 18.2 (задача 18).

20.2. Задания для самостоятельного решения

1. В цехе по производству полистирола при разгерметизации технологического блока возможно поступление пыли в помещение и ее взрыв. Объем помещения =1200 м³. Определить давление ударной волны на расстоянии 40 м от контура помещения при разрушении его ограждающих конструкций.

2. В цехе по переработке метилцеллюлозы при разгерметизации технологического блока возможно поступление пыли в помещение и ее взрыв. Объем помещения =2325 м³. Определить давление ударной волны на расстоянии 50 м от контура помещения при разрушении его ограждающих конструкций.

3. В цехе по производству нафталина при разгерметизации технологического блока возможно поступление пыли в помещение и ее взрыв. Объем помещения =1982 м³. Определить давление ударной волны на расстоянии 50 м от контура помещения при разрушении его ограждающих конструкций.

4. В цехе по производству адипиновой кислоты при разгерметизации технологического блока возможно поступление пыли в помещение и ее взрыв. Объем помещения =1564 м³. Определить давление ударной волны на расстоянии 30 м от контура помещения при разрушении его ограждающих конструкций.

5. В цехе по переработке серы при разгерметизации технологического блока возможно поступление пыли в помещение и ее взрыв. Объем помещения =6200 м³. Определить давление ударной волны на расстоянии 30 м от контура помещения при разрушении его ограждающих конструкций.

21. Взрывы при аварийной разгерметизации магистрального газопровода

21.1. Общие сведения

Аварии при разгерметизации газопроводов сопровождаются следующими процессами и событиями: истечением газа до срабатывания отсекающей арматуры (импульсом на закрытие арматуры является снижение давления продукта); закрытие отсекающей арматуры; истечение газа из участка трубопровода, отсеченного арматурой.

В местах повреждения происходит истечение газа под высоким давлением в окружающую среду. На месте разрушения в грунте образуется воронка. Метан поднимается в атмосферу (легче воздуха), а другие газы или их смеси оседают в приземном слое. Смешиваясь с воздухом газы образуют облако взрывоопасной смеси.

Статистика показывает, что примерно 80 % аварий сопровождается пожаром. Искры возникают в результате взаимодействия частиц газа с металлом и твердыми частицами грунта. Обычное горение может трансформироваться во взрыв за счет самоускорения пламени при его распространении по рельефу и в лесу.

Взрывное горение при авариях на газопроводе может происходить также по одному из двух режимов – дефлаграционному или детонационному. При оперативном прогнозировании принимают, что процесс развивается в детонационном режиме.

Дальность распространения облака (рис 21.1) взрывоопасной смеси в направлении ветра определяется по эмпирической формуле

, м, (21.1)

где М – разовый расход газа, кг/с;

25 – коэффициент пропорциональности, ;

W – скорость ветра, м/с.

Рис. 21.1. Расчетная схема к определению давлений

при аварии на газопроводе: Δ Р -  давление в зоне детонации; ΔРф – давление во фронте воздушной ударной волны; r₀ – радиус зоны детонации;

R – расстояние от расчетного центра взрыва

Тогда граница зоны детонации, ограниченная радиусом r₀ , в результате истечения газа за счет нарушения герметичности газопровода может быть определена по формуле

, м. (21.2)

Массовый секундный расход газа М из газопровода для критического режима истечения, когда основные его параметры (расход, скорость истечения) зависят только от параметров разгерметизированного трубопровода, может быть определена по формуле

, кг/с, (21.3)

где Ψ – коэффициент, учитывающий расход газа от состояния потока (принять Ψ=0,7);

F – площадь отверстия истечения, принимаемая равной площади сечения трубопровода, м²;

μ – коэффициент расхода, учитывает форму отверстия (μ=0,7÷0,9), в расчетах принимается 0,8;

Р_г – давление газа в трубопроводе, Па;

V_г – удельный объем транспортируемого газа при параметрах в газопроводе. Определяется по формуле

, м³/кг, (21.4)

где Т – температура транспортируемого газа, К;

R₀ – удельная газовая постоянная, определяемая по данным долевого состава газа и молярным массам компонентов смеси из соотношения

, Дж/кггК, (21.5)

где 8314 – универсальная газовая постоянная, Дж/кмольК;

q_к – количество компонентов газа, доли единиц;

m_к – молярная масса компонентов, кг/кмоль (табл. 21.1);

n – число компонентов.

Таблица 21.1

Молярная масса некоторых веществ

Моля́рная ма́сса вещества — отношение массы вещества к количеству моль этого вещества, то есть масса одного моля вещества.

Молярные массы сложных молекул можно определить, суммируя молярные массы входящих в них элементов. Например, молярная масса воды (H₂O) есть M_H2O = 2 M_H +M_O = 2·1+16 = 18 (г/моль).

В зоне действия детонационной волны давление принимается равным 1,7 МПа. Давление во фронте воздушной волны на различном расстоянии от газопровода определяется с использованием данных табл. 21.2.

Таблица 21.2

Значение давления во фронте ударной волны

При прогнозировании последствий случившейся аварии на газопроводе зону детонации и зону действия воздушной ударной волны принимают с учетом направления ветра. При этом считают, что граница зоны детонации распространяется от трубопровода по направлению ветра на расстоянии 2r₀ , расположенных с каждой из его сторон. Это связано с тем, что облако взрывоопасной смеси может распространяться в любую сторону от трубопровода, в зависимости от направления ветра. За пределами зоны детонации по обе стороны от трубопровода находятся зоны действия воздушной ударной волны. На плане местности эти зоны также имеют вид полосовых участков вдоль трубопровода.

При разработке разделов проекта ИТМ ГОЧС на планах местности вдоль магистральных нефте- и газопроводов наносятся зоны возможных сильных разрушений, границы которых определяются величиной избыточного давления 50 кПа.