54 Взрыв газо- и паро- воздушной смеси.

Горючие газы могут воспламеняться или взрываться, если они смешаны в определенных соотношениях с воздухом и нагреты не ниже температуры их воспламенения. Воспламенение и дальнейшее самопроизвольное горение газовоздушной смеси при определенных соотношениях газа и воздуха возможно при наличии источника огня (даже искры).

Различают нижний и верхний пределы взрываемости — минимальное и максимальное процентное содержание газа в смеси, при которых может произойти воспламенение ее и взрыв.

По химической сущности взрыв газовоздушной смеси — процесс очень быстрого (мгновенного) горения, приводящий к образованию продуктов горения, имеющих высокую температуру) и резкому возрастанию их давления.

Расчетное избыточное давление при взрыве таких смесей следующее: природный газ — 0,75 МПа, пропана и бутана — 0,86, водорода — 0,74, ацетилена — 1,03 МПа. В практических условиях температура взрыва не достигает максимальных значений и возникающие давления ниже указанных, однако они вполне достаточны для разрушения не только обмуровки котлов, зданий, но и металлических емкостей, если в них произойдет взрыв.

Пределы взрываемости смесей горючих газов с воздухом различны и зависят от химического свойства газов.

Основной причиной образования взрывных газовоздушных смесей является утечка газа из систем газоснабжения и отдельных ее элементов (неплотность закрытия арматуры, износ сальниковых уплотнений, разрывы швов газопроводов, негерметичность резьбовых соединений и т. д.), а также несовершенная вентиляция помещений, топки и газоходов котлов и печей, подвальных помещений и различных колодцев подземных коммуникаций. Задачей эксплуатационного персонала газовых систем и установок является своевременное выявление и устранение мест утечек газа и строгое выполнение производственных инструкций по использованию газообразного топлива, а также безусловное качественное выполнение планово-предупредительного осмотра и ремонта систем газоснабжения и газового оборудования.

55 Теория горения газовых смесей. Давление взрыва.

Теория горения.

При адиабатич. сжигании горючей смеси, т.е. в отсутствие теплообмена между реагирующей системой и окружающей средой, м. б. рассчитаны кол-во выделившегося при горении тепла, т-ра ТГ, к-рая была бы достигнута при полном сгорании (т. наз. адиабатич. т-ра горения), и состав продуктов, если известны состав исходной смеси и термодинамич. ф-ции исходной смеси и продуктов. Если состав продуктов заранее известен, ТГ м. б. рассчитана из условия равенства внутр. энергии системы (при пост. объеме) или ее энтальпии (при пост. давлении) в исходном и конечном состояниях с помощью соотношения: ТГ = Т0 + Qr/C, где Т0-начальная т-ра смеси, С-средняя в интервале т-р от Т0 до ТГ уд. теплоемкость исходной смеси (с учетом ее изменения при возможных фазовых переходах), (QГ-УД- теплота сгорания смеси при т-ре ТГ. При относительном содержании а0 в смеси компоненты, полностью расходуемой в р-ции (напр., горючего), QГ = Q*а0 где Q-тепловой эффект р-ции горения. Значение Тр при пост, объеме больше, чем при пост. давлении, поскольку в последнем случае часть внутр. энергии системы расходуется на работу расширения. На практике условия адиабатич. горения обеспечиваются в тех случаях, когда р-ция успевает завершиться прежде, чем станет существенным теплообмен между реакц. объемом и окружающей средой, напр. в камерах сгорания крупных реактивных двигателей, в больших реакторах, при быстро распространяющихся волнах горения.

Термодинамич. расчет дает лишь частичную информацию о процессе - равновесный состав и т-ру продуктов. Полное описание горения, включающее также определение скорости процесса и критич. условий при наличии тепло-и массообмена с окружающей средой, можно провести только в рамках макрокинетич. подхода, рассматривающего хим. р-цию во взаимосвязи с процессами переноса энергии и в-ва (см. Макрокинетика). В случае заранее перемешанной смеси горючего и окислителя р-ция горения может происходить во всем пространстве, занятом горючей смесью (объемное горение), или в сравнительно узком слое, разделяющем исходную смесь и продукты и распространяющемся по горючей смеси в виде т. наз. волны горения. В неперемешанных системах возможно диффузионное горение, при к-ром р-ция локализуется в относительно тонкой зоне, отделяющей горючее от окислителя, и определяется скоростью диффузии реагентов в эту зону.

ДАВЛЕНИЕ ВЗРЫВА — давление, развивающееся при взрыве в замкнутом объеме горючих смесей оптимального состава. Учитывается при расчетах взрывозащищенности промышленных установок, корпусов защищенного электрооборудования, а также предохранительных клапанов и разрывных мембран.

56 Конденсированный взрыв.

Взрыв конденсированных взрывчатых веществ - относятся к классу химических взрывов и представляют серьёзную опасность для населения и персонала опасного объекта. Взрыв КВВ возникает в местах хранения, транспортирования, переработки конденсированных взрывчатых веществ.

57 Концентрационные пределы распространения плпмени.

Нижний (верхний) концентрационный предел распространения пламени (НКПРП и ВКПРП) — минимальная (максимальная) концентрация горючего вещества (газа, паров горючей жидкости) в однородной смеси с окислителем (воздух, кислород и др.) при котором возможно распространение пламени по смеси на любое расстояние от источника зажигания (открытое внешнее пламя, искровой разряд).

Область значений графика зависимости КПРП в системе «горючий газ — окислитель», соответствующая способности смеси к воспламенению образует область воспламенения.

На значения НКПРП и ВКПРП оказывают влияние следующие факторы:

Свойства реагирующих веществ;

Давление (обычно повышение давления не сказывается на НКПРП, но ВКПРП может сильно возрастать);

Температура (повышение температуры расширяет КПРП за счёт увеличения энергии активации);

Негорючие добавки — флегматизаторы;

Размерность КПРП может выражаться в объёмных процентах или в г/м³.

Внесение в смесь флегматизатора понижает значение ВКПРП практически пропорционально его концентрации вплоть до точки флегматизации, где верхний и нижний пределы совпадают. НКПРП при этом повышается незначительно. Для оценки способности к воспламенению системы «Горючее+Окислитель+Флегматизатор» строят так называемый пожарный треугольник — диаграмму, где каждой вершине треугольника соответствует стопроцентное содержание одного из веществ, убывающее к противолежащей стороне. Внутри треугольника выделяют область воспламенения системы. В пожарном треугольнике отмечают линию минимальной концентрации кислорода (МКК), соответствующей такому значению содержания окислителя в системе, ниже которого смесь не воспламеняется. Оценка и контроль МКК важна для систем, работающих под вакуумом, где возможен подсос атмосферного воздуха через неплотности технологического оборудования.

В отношении жидких сред применимы также температурные пределы распространения пламени (ТПРП) — такие температуры жидкости и её паров в среде окислителя, при которых её насыщенные пары образуют концентрации, соответствующие КПРП.

КПРП определяют расчётным путём или находят экспериментально.

Применяется при категорировании помещений и зданий по взрывопожарной и пожарной опасности, для анализа риска аварии и оценки возможного ущерба, при разработке мер по предотвращению пожаров и взрывов в технологическом оборудовании.