Оценка показателей взрывопожаробезопасности горючих веществ

Норма́льные усло́вия — стандартные физические условия, с которыми обычно соотносят свойства веществ (при нормальных условиях, при н. у., англ. Атмосферное давление 101325 Па = 760 мм рт. ст..

Температура воздуха 273,15 K = 0° C.

Закон Авогадро- «в равных объёмах различных газов, взятых при одинаковых температуре и давлении, содержится одно и тоже число молекул»

1следствие - Один моль любого газа при одинаковых условиях занимает одинаковый объём. В частности, при нормальных условиях, т.е. при 0° С (273К) и 101,3 кПа, объём 1 моля газа, равен 22,4 л. 2следствие - молярная масса первого газа равна произведению молярной массы второго газа на относительную плотность первого газа по второму.

Уравне́ние состоя́ния — уравнение, связывающее между собой термодинамические (макроскопические) параметры системы, такие, как температура, давление, объём, химический потенциал и др. Уравнение состояния можно написать всегда, когда можно применять термодинамическое описание явлений. При этом реальные уравнения состояний реальных веществ могут быть крайне сложными.

pV = nRT, R — универсальная газовая постоянная, общая для всех газов,

— число, пропорциональное числу молекул или атомов газа (так называемое число молей газа

 

Различают высшую и низшую теплотворные способности. Высшая теплотворная способность – количество теплоты, выделяемой при полном сгорании топлива, охлаждении продуктов сгорания до температуры топлива и конденсации водяного пара, образовавшегося при окислении водорода, входящего в состав топлива.

 

Низшая теплотворная способность – количество теплоты, выделяемой при полном сгорании топлива без конденсации водяного пара.

 

Для расчета высшей (Qв) и низшей (Qн) теплотворных способностей (теплот сгорания) используются формулы, предложенные Д.И. Менделеевым:

 

Qв= 339,1C + 1030H – 108,9 (O-S) (в кДж/кг)

 

Qв= 8100C + 30 000H + 2600 (S-O) (в  ккал/кг)

 

Qн= 339,1C + 1030H – 108,9 (O-S) –  16,75W (в кДж/кг)

 

Qн= 8100C + 30 000H + 2600 (S-O) –  600 (9Н + W) (в ккал/кг),

 

 

Она содержит основные характеристики поведения газов: p, V и T — соответственно давление, объем и абсолютная температура  газа (в градусах Кельвина), R — универсальная газовая постоянная, общая для всех газов, а n — число, пропорциональное числу молекул или атомов газа (так называемое число молей газа

ПОКАЗАТЕЛИ ПОЖАРОВЗРЫВООПАСНОСТИ  ВЕЩЕСТВ И МАТЕРИАЛОВ — совокупность свойств веществ (материалов), характеризующих их способность к возникновению и распространению горения. Различают по агрегатному состоянию:

 

газы — вещества, давление насыщенных паров которых при  температуре 25°C и давлении 101,3 кПа  превышает 101,3 кПа;

 

жидкости — вещества, давление насыщенных паров которых при температуре 25°C и давлении 101,3 кПа меньше 101,3 кПа; к жидкостям относят также твердые плавящиеся вещества, температура плавления или каплепадения которых меньше 50°C;

 

твердые вещества (материалы) — индивидуальные вещества и их смесевые композиции с температурой плавления или каплепадения больше 50°C, а также вещества, не имеющие температуры плавления (напр., древесина, ткани и т. п.);

 

пыли — диспергированные твердые вещества (материалы) с размером частиц менее 850 мкм.

 

Номенклатура показателей  и их применяемость для характеристики пожаровзрывоопасности веществ  и материалов приведены в таблице. Допускается использовать и др. показатели.уры самовоспламенения по средней длине углеродной цепи

Показатели пожаровзрывоопасности можно разделить на 2 группы:

 

показатели, относящиеся  к возникновению горения, — горючесть, минимальная энергия зажигания, температура вспышки, температура  воспламенения, температура самовоспламенения, минимальное взрывоопасное содержание кислорода, температура тления и др.;

 

показатели, относящиеся  к распространению горения, —  кислородный индекс, нормальная скорость распространения пламени, скорость выгорания, индекс распространения  пламени, максимальное давление взрыва, скорость нарастания давления взрыва.

 

Раздел 3. Расчет показателей взрывопожароопасности  горючего вещества

 

 

1.Температура самовоспламенения рассчитывается по формуле

 

 ,                 при

 - условная средняя длина молекулы соединения

 

,

где - число цепей в молекуле соединения

m – число концевых групп в молекуле

Длину цепи молекулы рассчитывают по формуле

- эквивалентная длина функциональной  группы или цикла, входящего   в j-ю цепь

 

вычисляется по формуле:

 

где - общее число атомов углерода в молекуле

- общее число функциональных  групп,циклов и локализованных  кратных связей углерод-углерод  в молекуле

a,b – табличные коэффициенты(табл 2,[1])

 

2.Температура самовоспламенения спирта рассчитывается по формуле

 

,

где a,b – табличные коэффициенты (табл 3,[1])

- температура самовоспламенения алкана

3. Температура самовоспламенения угля рассчитывается по формуле

- эмпирический коэффициент (табл. 4.6,[2])

 

СО                 

Уголь С

Этиловый спирт

2.Расчет температуры вспышки

    2.1 Расчет температуры вспышки в закрытом тигле

          Температура вспышки жидкостей  рассчитывается по формуле:

              ,

  - размерный коэффициент, равный минус 73,14

  - безразмерный коэффициент, равный 0,659

- температура кипения исследуемой жидкости,

- эмпирический коэффициент(табл. 4,[1])

- количество связей вида j  в молекуле исследуемой жидкости

СО   

Температура вспышки  спиртов вычисляется по формуле:

 

где a,b – эмпирические коэффициенты (табл 5,[1])

Этиловый спирт

2.1 Расчет температуры вспышки  в открытом тигле

 

  - размерный коэффициент, равный минус 73

  - безразмерный коэффициент,  равный 0,409

- эмпирический коэффициент (табл. 6,[1])

СО   

Этиловый спирт

 

3.Расчет температуры  воспламенения жидкостей

 

          Температура воспламенения  жидкостей  рассчитывается по формуле

 

 

  - размерный коэффициент,  равный минус 47,78

  - безразмерный коэффициент,  равный 0,882

- эмпирический коэффициент (табл. 7,[1])

СО   

 

          Температура воспламенения  спирта  рассчитывается по формуле

 

К – эмпирический коэффициент  равный 6*10^-4 для спиртов 

 

4.Расчет концентрационных  пределов распространения пламени 

 

  4.1 Расчет концентрационных  пределов распространения пламени для начальной температуры  25⁰С

 

Нижний предел распространения  пламени в %

или по формуле

 

где - эмпирический параметр теплоты образования вещества,

моль*КДж^-1

- стандартная теплота образования  вещества в газообразном состоянии  при 25⁰С, КДж* моль^-1

, , - коэффициенты, характеризующие вклад j-х атомов (С,N,O,H,Cl),r и s-x структурных групп,влияющих на ниэний предел;

, , - число атомов j-го элемента, r и s-x структурных групп в молекуле вещества

l,p,q – число химических элементов и типов структурных групп в молекуле вещества

значения  , , в (табл. 8,[1])

значения  в (табл. 9,[1])

СО

 

%

 

Этиловый спирт

%об

 

Верхний предел распространения пламени в %об. вычисляют в зависимости от величины стехиометрического коэффициента (β) по формуле:

 

 при β≤8

, - коэффициенты,учитывающие химическое строение вещества(табл. 10,11,[1])

- число связей j-го элемента

СО

%об

 

 

Этиловый спирт

%об

5.Расчет температурных  пределов распространения пламени

 

 

Нижний или верхний температурный пределы рассчитываются по формуле

 

 

  - размерный коэффициент,  равный минус 62,46 для нижнего и минус 41,43 для верхнего пределов

 

  - безразмерный коэффициент,  равный 0,655 для нижнего и 0,723 для  верхнего предела

- эмпирический коэффициент (табл.15,[1])

 СО

     Нижний температурный предел

    Верхний температурный предел

Этиловый спирт

     Нижний температурный предел

       Верхний температурный предел

6.Расчет минимальной  флегматизирующей концентрации  азота

 

,%об

, -концентрации флегматизатора и горючего в экстремальной точке области распространения пламени

 

- для N равно 34,9 КДж* моль^-1

СО

 

Этиловый спирт

%

%

%

7.Расчет минимального  взрывоопасного содержания кислорода  (МВСК) 

 

МВСК=(100-- - )0,20642

СО

МВСК=(100— - )0,20642=6,13%

Этиловый спирт

МВСК=(100— - )0,20642=12,21%

 

 

 

 

Заключение

 

В ходе работы вычислены  показатели взрывопожароопасности оксида углерода(температура самовоспламенения ,температура вспышки ,температура воспламенения ,нижний и верхний концентрационные пределы % об, % об, нижний и верхний температурные пределы , , МВСК=6,13%

Этилового спирта (температура самовоспламенения температура вспышки , % об, % об; , ,минимальную флегматизирующая концентрация азота %, МВСК=12,21%.Для угля температура самовоспламенения .

Данные расчетные данные взрывопожаробезоопасности соответствуют  теоретическим с учетом погрешности формул.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Список литературы

 

1. Акатьев В.А., Крылов В.Ф. Оценка показателей взрывопожароопасности горючих веществ / Учебное пособие. – М.: РГСУ, 2008. – 36 с.

 

2.А.Я Корольченко,Д.А Корольченко. Пожаровзрывоопасность веществ и материалов и средства их тушения.Справочник:в 2-х частях.-2-изд.перераб и доп.- М.:Асс. «Пожнаука»»2004.г-Ч.1 -713с,Ч2-774с

 

3. Баратов А. Н., Пчелинцев В. А. Пожарная безопасность/ Учебное пособие. – М.:

АСВ, 1997. – 176 с.

4 Гельфанд Б.Е., Сильников М. В. Химические и физические взрывы. Параметры и

контроль. - С.-Петербург: ООО "Издательство "Полигон"