Logo GenDocs.ru

Поиск по сайту:  


Загрузка...

Расчетно-графическая работа - Расчет избыточного давления, развиваемого при сгорании паровоздушных смесей в помещении. Вариант 18 - файл 1.doc


Расчетно-графическая работа - Расчет избыточного давления, развиваемого при сгорании паровоздушных смесей в помещении. Вариант 18
скачать (189 kb.)

Доступные файлы (1):

1.doc189kb.19.11.2011 12:35скачать

содержание
Загрузка...

1.doc

Реклама MarketGid:
Загрузка...
Федеральное агентство по образованию
ГОУ ВПО Уфимский Государственный Авиационный Технический Университет

расчетно-графическая работа

по дисциплине «Теория горения и взрыва»

на тему:

«Расчет избыточного давления, развиваемого при сгорании паровоздушных смесей в помещении»


Вариант 18

Выполнил:

“____” _________ 2007г.

Проверил:

“____” _________ 2007г.

Уфа – 2007г.

Краткая теория
При расчете значений критериев пожарной опасности при сгорании газопаровоздушных смесей в качестве расчетного следует выбирать наиболее неблагоприятный вариант развития пожара (в период пуска, остановки, загрузки, выгрузки, складирования, ремонта, аварии аппаратов или технологического процесса), при котором в помещение поступает (или постоянно находится) максимальное количество наиболее опасных в отношении последствий сгорания газопаровоздушных смесей и пожара веществ и материалов.

Количество поступивших в помещение веществ, которые могут образовать горючие газовоздушные или паровоздушные смеси, определяют, исходя из следующих предпосылок:

1. происходит расчетная авария одного из аппаратов;

2. все содержимое аппарата поступает в помещение;

3. происходит одновременно утечка веществ из трубопроводов, питающих аппарат по прямому и обратному потоку в течение времени, необходимого для отключения трубопроводов.

Расчетное время отключения трубопроводов определяют в каждом конкретном случае, исходя из реальной обстановки, и оно должно быть минимальным с учетом паспортных данных на запорные устройства, характера технологического процесса и вида расчетной аварии.

Быстродействующие клапаны-отсекатели должны автоматически перекрывать подачу газа или жидкости при нарушении электроснабжения;

1. происходит испарение с поверхности разлившейся жидкости;

2. происходит также испарение жидкостей из емкостей, эксплуатируемых с открытым зеркалом жидкости, и со свежеокрашенных поверхностей;

3. длительность испарения жидкости принимают, равной времени ее полного испарения, но не более 3600 с.

Свободный объем помещения определяют как разность между объемом помещения и объемом, занимаемым технологическим оборудованием. Если свободный объем помещения определить невозможно, то его допускается принимать условно, равным 80% геометрического объема помещения.

Определение пожароопасных свойств веществ и материалов проводят на основании результатов испытаний или расчетов по стандартным методикам с учетом параметров состояния (давление, температура и т.д.).

Допускается использование справочных данных, опубликованных головными научно-исследовательскими организациями в области пожарной безопасности или выданных Государственной службой стандартных справочных данных.

Допускается использование показателей пожарной опасности для смесей веществ и материалов по наиболее опасному компоненту.
Расчет избыточного давления для горючих газов, паров легковоспламеняющихся и горючих жидкостей.

Избыточное давление p, кПа, для индивидуальных горючих веществ, состоящих из атомов С, N,O, Cl, Br, I, F, рассчитывают по формуле

p=(p-p)

где p- максимальное давление, развиваемое при сгорании стехиометрической газовоздушной или паровоздушной смеси в замкнутом объеме, определяемое экспериментально или по справочным данным. При отсутствии данных допускается принимать p, равным 900 кПа.

p- начальное давление, кПа (допускается принимать равный 101,325 кПа).

m - масса горючего газа (ГГ) или паров легковоспламеняющихся (ЛВЖ) и горючих жидкостей (ГЖ), вышедших в результате расчетной аварии в помещение.

Z – коэффициент участия горючего при сгорании газопаровоздушной смеси, который допускается принимать Z по таблице.

V - свободный объем помещения, м3

ρв – плотность воздуха, ρв=1,293 кг/м3;

ρm – плотность горючего газа (для метана 0,717 кг/м3);

Кн – коэффициент, учитывающий негерметичность помещения и неадиабатичность процесса горения. Допускается принимать Кн=3;
В качестве расчетной температуры следует принимать максимально возможную температуру воздуха в помещении в соответствующей климатической зоне или максимально возможную температуру воздуха по технологическому регламенту с учетом возможного повышения температуры в аварийной ситуации. Если такого значения расчетной температуры определить не удается, допускается принимать ее равной 61 градусу по Цельсию.
^ Задание на расчетно-графическую работу
Через помещение, свободный объем которого V=75м3 проходит трубопровод с проходным сечением диаметром d=100мм, по которому транспортируется газ с расходом q=0,10,2 при нормальных условиях и с максимальным давлением Pm=125кПа. Трубопровод оснащен системой автоматического отключения со временем срабатывания t=185 сек. и с обеспечением резервирования её элементов. Длина отсекаемого участка трубопровода Lтр=10м.

Рассчитать избыточное давление, температуру и состав продуктов сгорания при горении газовоздушной смеси, возникающем при аварийной разгерметизации трубопровода в производственном помещении.

Произвести оценку возможной степени поражения здания, при необходимости обозначить меры по повышению безопасности сооружения.

Решение


  1. Теоретический объем сухого воздуха (м33), необходимый для полного сгорания сухого газообразного топлива:

V0=0,0478[ 0,5(CO+H2)+1,5H2S+2CH2+(m+n/4)CmHn-O2]

  1. Объем газа поступившего в помещение в результате аварийной ситуации:

Vm=V1m+V2m

V1m=qt

V2m=0,001PrL

  1. Коэффициент избытка воздуха образовавшейся в помещении газовоздушной смеси:

=V/(VmmL0)

4. Объемная концентрация газа в помещении:

С=%

5. Объем газа в помещении при коэффициенте избытка воздуха равном 1:

V=

6. Стехиометрическая концентрация газа:

С=

7. Масса газа, поступившего в помещение при =1:

m=V

8. Избыточное давление в помещении:

p=(p-p)
Вычисления
1. Теоретический объем сухого воздуха (м33), необходимый для полного сгорания сухого газообразного топлива:

V0=0,0478[ 0+0+0+0,5100-0]=2,39 м33

2.Объем газа поступившего в помещение в результате аварийной ситуации:

При q=0,1

V1m=0,1185=18,5 м3

V2m=0,000013,1412500010=0,098 м3

Vm=18,5+0,098=18,598 м3

Vm=18,60 м3


При q=0,2

V1m=0,2185=37 м3


V2m=0,013,1412510=0,098 м3

Vm=37+0,098=37,098 м3

Vm=37,10 м3

3.Стехиометрический коэффициент водорода:

Для расчета стехиометрического коэффициента, запишем реакцию горения водорода:

2H2+O22H2O

2моля H2 +1мольO22моля H2O

(1*4)кг Н2+(16*2)кг О2

4 кг 2Н2 + 32 кг О2

4 32

1 х

Х= 8 кг.

Таким образом, для сжигания 1 кг водорода потребуется 8 кг кислорода. Так как кислород составляет 23,2% воздуха, можно рассчитать стехиометрический коэффициент для водорода:

L0=(8100)/23,2=34,48

4. Коэффициент избытка воздуха образовавшейся в помещении газовоздушной смеси:

При q=0,1

min=(751,293)/(18,600,0934,48)=1,68

При q=0,2

max=(751,293)/(37,100,0934,48)=0,84

5. Объемная концентрация газа в помещении:

При q=0,1

Сmin=(18,60/18,60+75)100=19,87% об.

При q=0,2

Сmax=(37,10/37,10+75)100=33,10 % об.

  1. Сравнив данные в п.5 с таблицей №3 можно прийти к выводу, что данная газовоздушная смесь, при q=0,1 может воспламениться, т.к. объемные концентрационные пределы для водорода составляют от 4,1% до 74%.

  2. При помощи программы АСТРА выполняю расчет температуры горения и концентрации образовавшихся продуктов сгорания для диапазона изменения коэффициента избытка воздуха =0,81,6 с шагом 0,1. Строю зависимости температуры горения, CO и CO2 от . См. приложение №1.

  3. Объем газа в помещении при коэффициенте избытка воздуха, равном 1:

V=(751,293)/(0,0934,48)=31,25 м3

9. Стехиометрическая концентрация газа:

С=(31,25/(31,25+75))100=29,41 % об.

10. Масса газа, поступившая в помещение при =1:

m=31,250,09=2,81 кг

11. Избыточное давление в помещении:

p=(730-101)0,47 кПа

12. Сравнив полученное избыточное давление в помещении p=0,47 кПа с таблицей, прихожу к выводу, что рассчитанное давление меньше, чем предельно допустимое избыточное давление при сгорании газовоздушных смесей в помещениях. При данном значении избыточного давления разрушение здания не произойдет.
^ Меры по организации безопасной работы трубопровода
Для организации безопасной работы трубопровода необходимо улучшить систему вентиляции, а также сократить время срабатывания системы автоматики.

При сокращении времени срабатывания системы автоматики необходимо, чтобы объемная концентрация газа Сmin была ниже низшего предела воспламенения для водорода, т.е.,

СminC= 4,1 % об.

Нахожу это условие:

С=,

пусть х − объем Vm , тогда

(100х)/(х+75)4,1

100х4,1х+307,5

х3,21 м3

Значит необходимый объем должен быть меньше значения, равного 3,21 м3 .

Vm=V1m+V2m

V1m=qt

V2m=0,01PrL

То есть Vm= (qt + 0,01PrL)3,21м3 .

Тогда, чтобы выполнялось необходимое условие, необходимо, чтобы при

q=0,1 это уравнение имело решение, т.е.

0,1t + 0,0983,21

t31,1 сек.

Т.е., необходимо уменьшить время срабатывания автоматического отключателя до 30 секунд, вместо изначально заданных 185 секунд. Тогда при утечке газа из трубопровода, воспламенения не произойдет.

Приложение №1

┌───────────────────────────── Исходные данные ──────────────────────────────┐

p = 0.125, I = 0,

ALPHA = 0.8, 0.9, 1.0, 1.1, 1.2, 1.3, 1.4, 1.5, 1.6,

OX = ( N76.8 O23.2),

Fuel = ( H2 [0] );

└────────────────────────────────────────────────────────────────────────────┘

Xapaктepиcтики paвновесия - СИ

P= 125OO+OO T= 24477+O4 V= 73286+O1 S= 11925+O2 I= OOOOO-OO

U=-916O9+O3 M= 45O12+O2 Cp= 19113+O1 k= 12435+O1 Cp"= 26O73+O1

k"= 11969+O1 A= 1O456+O4 Mu= 7O925-O4 Lt= 22O56+OO Lt"= 4O1O6+OO

MM= 22216+O2 Cp.г= 19113+O1 k.г= 12435+O1 MM.г= 22216+O2 R.г= 37426+O3

Z= OOOOO-OO Пл= OOOOO-OO Bm= 18464+OO

Coдepжaниe кoмпoнeнтoв - мoль/кг

O 71389-O2 O2 11421-O1 H 23543+OO

H2 38819+O1 OH 17786+OO HO2 81222-O5

H2O 15176+O2 H2O2 17224-O5 N 53977-O5

N2 25495+O2 NO 27786-O1 NO2 1O271-O5

N2O 14691-O5 NH 64766-O5 NH2 28133-O5

NH3 11881-O4 HNO 36O16-O5 HNO2 15634-O6

Xapaктepиcтики paвновесия - СИ

P= 125OO+OO T= 24883+O4 V= 71475+O1 S= 11571+O2 I= OOOOO-OO

U=-89344+O3 M= 43184+O2 Cp= 18473+O1 k= 12413+O1 Cp"= 29613+O1

k"= 11782+O1 A= 1O236+O4 Mu= 71895-O4 Lt= 2O72O+OO Lt"= 4483O+OO

MM= 23157+O2 Cp.г= 18473+O1 k.г= 12413+O1 MM.г= 23157+O2 R.г= 359O6+O3

Z= OOOOO-OO Пл= OOOOO-OO Bm= 18434+OO

Coдepжaниe кoмпoнeнтoв - мoль/кг

O 19857-O1 O2 61O91-O1 H 19796+OO

H2 19836+O1 OH 3O277+OO HO2 31854-O4

H2O 14964+O2 H2O2 43866-O5 N 77893-O5

N2 25585+O2 NO 69265-O1 NO2 57881-O5

N2O 37473-O5 NH 6O871-O5 NH2 17O68-O5

NH3 43399-O5 HNO 66242-O5 HNO2 58876-O6

Xapaктepиcтики paвновесия - СИ

P= 125OO+OO T= 24742+O4 V= 68915+O1 S= 11275+O2 I= OOOOO-OO

U=-86144+O3 M= 41874+O2 Cp= 179O2+O1 k= 12414+O1 Cp"= 3O899+O1

k"= 11714+O1 A= 1OO17+O4 Mu= 71792-O4 Lt= 19452+OO Lt"= 44989+OO

MM= 23881+O2 Cp.г= 179O2+O1 k.г= 12414+O1 MM.г= 23881+O2 R.г= 34817+O3

Z= OOOOO-OO Пл= OOOOO-OO Bm= 18172+OO

Coдepжaниe кoмпoнeнтoв - мoль/кг

O 37782-O1 O2 26271+OO H 11959+OO

H2 84689+OO OH 4O614+OO HO2 9O749-O4

H2O 14422+O2 H2O2 86324-O5 N 67235-O5

N2 25638+O2 NO 14O21+OO NO2 25O45-O4

N2O 77O97-O5 NH 36258-O5 NH2 7O37O-O6

NH3 12686-O5 HNO 88639-O5 HNO2 17425-O5

Xapaктepиcтики paвновесия - СИ

P= 125OO+OO T= 24O79+O4 V= 65652+O1 S= 11O22+O2 I= OOOOO-OO

U=-82O66+O3 M= 4O989+O2 Cp= 17377+O1 k= 1244O+O1 Cp"= 26272+O1

k"= 11832+O1 A= 98362+O3 Mu= 7O671-O4 Lt= 18294+OO Lt"= 34489+OO

MM= 24397+O2 Cp.г= 17377+O1 k.г= 1244O+O1 MM.г= 24397+O2 R.г= 34O81+O3

Z= OOOOO-OO Пл= OOOOO-OO Bm= 17656+OO

Coдepжaниe кoмпoнeнтoв - мoль/кг

O 42597-O1 O2 67656+OO H 56141-O1

H2 35112+OO OH 39968+OO HO2 15O94-O3

H2O 13581+O2 H2O2 11355-O4 N 34986-O5

N2 25682+O2 NO 19931+OO NO2 621O1-O4

N2O 11O81-O4 NH 14845-O5 NH2 23O15-O6

NH3 37223-O6 HNO 8O548-O5 HNO2 32575-O5

Xapaктepиcтики paвновесия - СИ

P= 125OO+OO T= 23221+O4 V= 62327+O1 S= 1O8O3+O2 I= OOOOO-OO

U=-779O9+O3 M= 4O351+O2 Cp= 1691O+O1 k= 12475+O1 Cp"= 22547+O1

k"= 11982+O1 A= 9652O+O3 Mu= 69134-O4 Lt= 17282+OO Lt"= 26485+OO

MM= 24783+O2 Cp.г= 1691O+O1 k.г= 12475+O1 MM.г= 24783+O2 R.г= 3355O+O3

Z= OOOOO-OO Пл= OOOOO-OO Bm= 17O76+OO

Coдepжaниe кoмпoнeнтoв - мoль/кг

O 3472O-O1 O2 11744+O1 H 243O3-O1

H2 15514+OO OH 32715+OO HO2 1737O-O3

H2O 1268O+O2 H2O2 11458-O4 N 143O2-O5

N2 25732+O2 NO 222O5+OO NO2 1O161-O3

N2O 12457-O4 NH 52821-O6 NH2 72812-O7

NH3 12289-O6 HNO 58726-O5 HNO2 43763-O5

Xapaктepиcтики paвновесия - СИ

P= 125OO+OO T= 22339+O4 V= 5922O+O1 S= 1O611+O2 I= OOOOO-OO

U=-74O25+O3 M= 39853+O2 Cp= 16499+O1 k= 12513+O1 Cp"= 2O256+O1

k"= 12114+O1 A= 94641+O3 Mu= 675O7-O4 Lt= 16396+OO Lt"= 21859+OO

MM= 25O92+O2 Cp.г= 16499+O1 k.г= 12513+O1 MM.г= 25O92+O2 R.г= 33137+O3

Z= OOOOO-OO Пл= OOOOO-OO Bm= 16533+OO

Coдepжaниe кoмпoнeнтoв - мoль/кг

O 24315-O1 O2 166O3+O1 H 1O348-O1

H2 72328-O1 OH 24639+OO HO2 1668O-O3

H2O 11834+O2 H2O2 1O189-O4 N 53224-O6

N2 25786+O2 NO 21923+OO NO2 13426-O3

N2O 124O6-O4 NH 18O44-O6 NH2 23392-O7

NH3 44333-O7 HNO 38868-O5 HNO2 498O1-O5

Xapaктepиcтики paвновесия - СИ

P= 125OO+OO T= 21488+O4 V= 56383+O1 S= 1O442+O2 I= OOOOO-OO

U=-7O48O+O3 M= 39447+O2 Cp= 16136+O1 k= 12551+O1 Cp"= 1876O+O1

k"= 12226+O1 A= 92795+O3 Mu= 659OO-O4 Lt= 15611+OO Lt"= 19O43+OO

MM= 2535O+O2 Cp.г= 16136+O1 k.г= 12551+O1 MM.г= 2535O+O2 R.г= 32799+O3

Z= OOOOO-OO Пл= OOOOO-OO Bm= 16O53+OO

Coдepжaниe кoмпoнeнтoв - мoль/кг

O 15786-O1 O2 21O31+O1 H 44O74-O2

H2 34977-O1 OH 17828+OO HO2 14594-O3

H2O 11O68+O2 H2O2 85O92-O5 N 19O29-O6

N2 25839+O2 NO 2O323+OO NO2 15833-O3

N2O 116O4-O4 NH 6O966-O7 NH3 1695O-O7

HNO 24586-O5 HNO2 51984-O5

Xapaктepиcтики paвновесия - СИ

P= 125OO+OO T= 2O686+O4 V= 538O9+O1 S= 1O291+O2 I= OOOOO-OO

U=-67262+O3 M= 391O6+O2 Cp= 15814+O1 k= 12588+O1 Cp"= 17714+O1

k"= 12322+O1 A= 91O18+O3 Mu= 64354-O4 Lt= 1491O+OO Lt"= 17178+OO

MM= 25571+O2 Cp.г= 15814+O1 k.г= 12588+O1 MM.г= 25571+O2 R.г= 32515+O3

Z= OOOOO-OO Пл= OOOOO-OO Bm= 15634+OO

Coдepжaниe кoмпoнeнтoв - мoль/кг

O 98376-O2 O2 24975+O1 H 18883-O2

H2 1737O-O1 OH 12636+OO HO2 1212O-O3

H2O 1O382+O2 H2O2 687O5-O5 N 66868-O7

N2 25889+O2 NO 18176+OO NO2 17473-O3

N2O 1O475-O4 NH 2O6O5-O7 HNO 152O6-O5

HNO2 51664-O5

Xapaктepиcтики paвновесия - СИ

P= 125OO+OO T= 19937+O4 V= 51472+O1 S= 1O156+O2 I= OOOOO-OO

U=-64341+O3 M= 38814+O2 Cp= 15531+O1 k= 12623+O1 Cp"= 16947+O1

k"= 124O3+O1 A= 89319+O3 Mu= 62882-O4 Lt= 14285+OO Lt"= 15849+OO

MM= 25764+O2 Cp.г= 15531+O1 k.г= 12623+O1 MM.г= 25764+O2 R.г= 32272+O3

Z= OOOOO-OO Пл= OOOOO-OO Bm= 15267+OO

Coдepжaниe кoмпoнeнтoв - мoль/кг

O 59896-O2 O2 28466+O1 H 81538-O3

H2 88O29-O2 OH 88599-O1 HO2 97593-O4

H2O 97694+O1 H2O2 54441-O5 N 23348-O7

N2 25934+O2 NO 159O6+OO NO2 185O3-O3

N2O 92531-O5 HNO 93OO3-O6 HNO2 49852-O5
Табл. Зависимость температуры T, концентрации CO, CO2 ,
от коэффициента избытка воздуха α:


Коэффициент
избытка воздуха α

Т, К

V(NO)

V(O)

0,8

2447,7

0,027786

0,0071389

0,9

2488,3

0,069265

0,019857

1,0

2474,2

0,14021

0,037782

1,1

2407,9

0,19931

0,042597

1,2

2322,1

0,22205

0,034720

1,3

2233,9

0,21923

0,024315

1,4

2148,8

0,20323

0,015786

1,5

2068,6

0,18176

0,0098376

1,6

1993,7

0,15906

0,0059896



График зависимости T, K от коэффициента избытка воздуха.



График зависимости концентрации NO от коэффициента избытка воздуха.



График зависимости концентрации O от коэффициента избытка воздуха.




Скачать файл (189 kb.)

Поиск по сайту:  

© gendocs.ru
При копировании укажите ссылку.
обратиться к администрации
Рейтинг@Mail.ru