Контрольная работа по "Безопасности жизнедеятельности"

МИНИСТЕРСТВО  ПО ЧРЕЗВЫЧАЙНЫМ СИТУАЦИЯМ РЕСПУБЛИКИ БЕЛАРУСЬ

 

 

КОМАНДНО-ИНЖЕНЕРНЫЙ ИНСТИТУТ

 

 

 

Кафедра пожарной профилактики и предупреждения чрезвычайных ситуаций

 

 

 

 

 

Расчетно-графическая  работа №1

 

ПО ДИСЦИПЛИНЕ

 

ПОЖАРНАЯ БЕЗОПАСНОСТЬ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ

 

 

Номер зачетной книжки 54

          

 

 

 

 

                                                                  

 

 

                                                                   Выполнила:

        курсант 33 взвода 

 

       Проверил: старший преподаватель

       кафедры  ПП и ПЧС

       капитан  внутренней службы

       Кудряшов  В.А.

 

 

 

 

 

 

МИНСК 2009 
Задача №1 (42)

 

 

       Дать заключение о выполнимости условия пожаровзрывобезопасности в аппарате периодического действия при его нормальной работе, определить суммарное количество паров, выходящих из этого аппарата при открывании крышки и заполнении растворителем, а также оценить объем взрывоопасной зоны, который при этом может образоваться. Вид ЛВЖ – бензол, рабочая температура аппарата равна 25 ºC, объем аппарата составляет 20 м³, рабочее давление равно 1,5·10⁵ Па, степень его заполнения 0,5.

 

Решение

 

Суммарное количество паров бензола составляет пары, выходящие из аппарата при открывании крышки и пары, вышедшие при заполнении его растворителем.

1. Определяем количество паров, вышедших при открывании крышки.

Принимаем, что пары перед  открыванием крышки находятся под рабочим давлением и заполняют весь объем опорожненного аппарата, 20 м³.

Определим давление насыщенных паров бензола внутри аппарата:

 

, (1.1)

 

где А, В, С_А – константы Антуана, t – рабочая температура аппарата, ºC.         

Концентрация насыщенных паров бензола в воздухе соответствует доле давления насыщенного пара в общем давлении воздуха:

 

. (1.2)

 

При открывании крышки рабочее  давление понижается до атмосферного, следовательно, объем паров бензола  увеличивается, что приводит к его выходу из аппарата.

Из уравнения газового состояния количество паров , выходящих из аппарата при открывании крышки, составит:

 

(1.3)

 

2. Определяем количество паров, вышедших при последующем заполнении аппарата.

Так как аппарат заполняют частично, объем вышедшего пара составит:

 

, (1.4)

 

где ε – степень  заполнения аппарата; – объем аппарата. 

Из уравнения газового состояния количество паров жидкости, вышедших из аппарата в период загрузки, составит:

 

. (1.5)

 

Суммарное количество паров бензола, вышедших из аппарата за полный цикл работы, составляет:

 

. (1.6)

 

3. Проверяем условие  пожаровзрывобезопасности вблизи аппарата при выходе паров бензола с учетом  воспроизводимости метода определения концентрационного предела воспламенения, равного, соответственно, 0,3% на нижнем пределе и 0,6% на верхнем пределе:

 

, (1.10)

 

, (1.11)

 

. (1.12)

 

где , – нижний и верхний концентрационные пределы распространения пламени соответственно, % об.

Условие пожаровзрывобезопасности выполняется.

4. Определим объем взрывоопасной зоны вблизи выхода бензола. Молярный объем паров жидкости при рабочем давлении и рабочей температуре составит:

 

 (1.7)

 

 

где – молярный объем паров бензола при нормальных условиях;  
– температура при нормальных физических условиях.

Определяем массу паров  в 1 м³ воздуха:

 

 кг/ м³, (1.8)

 

Таким образом, объем  взрывоопасной зоны вблизи аппарата составит:

 

, (1.9)

 

где – коэффициент безопасности.

Вывод

При нормальной работе аппарата периодического действия, в котором обращается бензол объемом 10 м³, образуется взрывоопасная зона вблизи аппарата объемом 537,26 м³, за счет поступивших наружу 9,01 кг паров указанного вещества.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Задача №2 (110)

 

 

Определить общее количество сероводорода, вышедшего при полном разрушении аппарата (газ в аппарат подавался по двум трубопроводам) и объем газового облака с горючей концентрацией, которое при этом может образоваться. Объем аппарата составляет 12 м³, давление в аппарате 1,4 МПа, диаметр трубопроводов, по которым поступает газ, 70 мм, расходы компрессоров равны соответственно 14 м³/c и 5 м³/c. Время отключения трубопроводов 120 с, расстояние от аппарата до задвижек на трубопроводах по 12 м.

 

Решение

 

1. Общее количество сероводорода, вышедшего при полном разрушении аппарата, составляет количество газа, вышедшего из аппарата и подающих трубопроводов в течение времени их отключения.

Определяем площадь сечения трубопровода, по которому поступает газ:

 

           (2.1)    (2.1)

 

 

Определяем общее количество газа, вышедшего из аппарата при полном его разрушении:

 

     

                                                                                                                          

где q₁, q₂ – соответственно производительность компрессоров, питающих аппарат, м³/c; – соответственно длина трубопроводов, из которого происходит истечение газа, м; – плотность газа, м³/кг.

 

2. Определим объем газового облака с горючей концентрацией, которое образуется при полном разрушении аппарата.

Определяем массу сероводорода в 1 м³ воздуха:

 

. (2.3)

 

Таким образом, объем газового облака с горючей концентрацией составит:

 

, (2.4)

 

где – коэффициент безопасности.

Вывод

При полном разрушении аппарата, в котором обращается сероводород объемом 12 м³, общее количество газа, вышедшего из аппарата, составит 258,28 кг. При этом объем газового облака с горючей концентрацией, который при этом может образоваться, равен 15799,35 м³.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Задача №3 (112)

 

 

Определить конечное давление в горизонтально расположенной цилиндрической емкости, которая оказалась полностью заполненной сжиженным газом, а также внутреннее напряжение, возникающее в стенке этой емкости, и необходимую величину свободного объема при заполнении емкости. Принять, что начальное давление было 1,2 МПа, стенки емкости изготовлены из стали марки 20ХМ. Вид сжиженного газа – аммиак, начальная и конечная  температуры в емкости равны соответственно 20 ºC и 35 ºC, диаметр цилиндрической части емкости составляет 5 м, ее длина 9 м и толщина стенки 0,012 м. Емкость находилась в эксплуатации 5 лет, стенки подвергались коррозии со скоростью 0,4 мм в год.

 

Решение

 

1. Емкость с аммиаком имеет особую опасность, так как она заполнена полностью без парового пространства. Повышение температуры в емкости вызывает увеличение объема сжиженного газа и некоторое изменение объема самой емкости, причем объем аммиака изменяется в значительно большей степени, чем объем емкости. Стенки емкости гасят стремление сжиженного газа к расширению, за счет чего в сосуде возникает избыточное давление.

Конечное давление в горизонтально расположенной емкости будет состоять из начального давления в этой емкости и избыточного, которое образуется при повышении температуры.

Приращение давления напрямую зависит от коэффициентов объемного расширения и сжатия аммиака. При начальной температуре в емкости эти коэффициенты соответственно равны 0,00234 К^-1 и 128·10^-11 Па^-1, при конечной – 0,00271 К^-1 и 171,5·10^-11 Па^-1.

Так как с изменением температуры коэффициенты объемного расширения и сжатия изменяются, то при определении приращения давления в емкости следует принимать их среднее значение:

 

(3.1)

 

где и – соответственно средние значения коэффициентов объемного расширения и сжатия аммиака при начальной и конечной температуре в емкости, , Па^-1; α – коэффициент линейного расширения материала стенок емкости, К^-1;

Конечное давление в нагреваемой емкости определяем из выражения:

 

, (3.2)

 

3. При проверке емкости на прочность внутреннее напряжение в стенках аппарата необходимо определять с учетом потерь на коррозию.

Определяем соотношение между  наружным и внутренним диаметрами емкости:

 

                                              

.                                        (3.3)

 

Внутреннее напряжение, возникающее в стенках емкости, определяем из выражения:

 

, (3.4)

 

где – внутренний диаметр емкости, м; – толщина стенки емкости, м;  
С – прибавка на коррозию, м; φ – коэффициент прочности шва.

Определяем нормативно допускаемое напряжение стенок емкости:

 

. (3.5)

 

где – предел прочности материала, Па; – запас прочности по пределу прочности (при расчете химического оборудования принимаем 4,25), Па.

Расчетное допускаемое  напряжение для емкости с аммиаком определяем по формуле:

 

Па, (3.6)

 

где – поправочный коэффициент.

Проверяем условие прочности:

 

≤ , (3.7)

 

> Па.  (3.8)

 

Условие прочности не выполняется. При полном заполнении емкости аммиаком и данных условиях эксплуатации, она разрушится. Для того чтобы исключить разрушение емкости, в ней необходимо предусмотреть свободное пространство.

2. При заполнении емкости  аммиаком, величина свободного пространства должна быть достаточной, чтобы выполнить роль газового колпака, и устранить опасность образования чрезмерно больших давлений при повышении температуры.

Определяем допустимую степень заполнения емкости:

 

. (3.9)

 

Определяем объем горизонтально расположенной цилиндрической емкости:

 

 (3.10)

 

где – длина емкости, м.

Величина свободного пространства в емкости определятся  выражением:

 

.

 

Вывод

Конечное давление в горизонтально расположенной цилиндрической емкости, полностью заполненной аммиаком, составляет 25,99·10⁶ Па при этом внутреннее напряжение, возникающее в стенке этой емкости, равно 56,613·10⁸ Па. Для того, чтобы емкость не разрушилась по действием избыточного давления, величина свободного объема в ней должна составлять не менее 6,675 м³.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Задача №4 (139)

 

 

       Определить площадь сечения предохранительного клапана, который устанавливается на ректификационной колонне. Через клапан стравливаются пары бензола. Рабочее давление в колонне 0,8 МПа, рабочая температура  
100 ºC, производительность колонны по пару составляет 450 кг/ч. Стравливание происходит на факел через сепаратор, в котором давление равно 0,115 МПа. Коэффициент расхода равен 0,8. 

 

Решение:

 

Площадь сечения предохранительного клапана, который устанавливается на ректификационной колонне, определяется в зависимости от производительности колонны по пару, избыточного давления среды, в которую производится стравливание и избыточного давления срабатывания предохранительного клапана.

1. Определяем избыточное давление среды в аппарате:

 

. (4.1)

 

Давление срабатывания предохранительного клапана зависит  от избыточного давления в аппарате и определяется выражением:

 

                               (4.2)

 

2. Определяем избыточное давление среды, в которую производится стравливание паров бензола:

      (4.3)

 

где – давление в сепараторе, Па.

3. Определяем отношение избыточного давления среды, в которую стравливаются пары и давление срабатывания предохранительно клапана:

 

     (4.4)

 

Используя  данное отношение  и показатель адиабаты для паров  бензола, по справочным данным определяем коэффициент расширения паров бензола при истечении его через отверстие, который составляет 0,474.

4. Определим плотность паров бензола при срабатывании клапана:

 

                        

               (4.5)