1 Завдання на виконання модульної контрольної роботи № 1

1.1 Завдання для оцінки кількості горючих речовин, що виходять назовні під час локального та повного пошкодження технологічного обладнання

Вибір варіанту виконується за списком у журналі:

І-й варіант (перші 10 за списком у журналі) — задача 1.1 (10 варіантів);

ІІ-й варіант (від 11 до 20 за списком у журналі)— задача 1.2 (10 варіантів);

ІІІ-й варіант (від 21 до 30 за списком у журналі)— задача 1.3 (10 варіантів).

Завдання 1.1

Визначити об’єм зони вибухонебезпечних концентрацій, що може утворитися внаслідок повного випаровування горючої рідини, яка виходить назовні при локальному пошкодженні днища апарата (аварію ліквідовано через 10 хвилин). Вентиляція в приміщенні відсутня. Вільний об’єм приміщення 850 м³, а площа підлоги 120 м². Діаметр отвору у днищі апарата d_отв, вид ЛЗР, робочій тиск в апараті Р_р, температура рідини і повітря в приміщені t_p, а також висота стовпа рідини Н наведені в таблиці 1.1. Коефіцієнт витрат дорівнює 0.4.

Таблиця 1.1

№ варіанта	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
Рідина	Ацетон	Толуол	Етанол	Бензол	Метанол	Ацетон	Етанол	Метанол	Бензол	Толуол
dотв, мм	2	2,5	3	3,5	4	4,5	5	4,5	4	3,5
Pp, МПа	0,15	0,15	0,2	0,25	0,3	0,35	0,4	0,45	0,5	0,5
tp,0C	20	18	26	20	22	18	20	28	26	22
H, м	5	4	3	2	1	2	3	4	5	3

Завдання 1.2

Визначити об’єм зони вибухонебезпечних концентрацій і при необхідності тривалість утворення ВНК у всьому об’ємі виробничого приміщення при локальному пошкодженні апарата з горючим газом (пошкодження ліквідовано через 15 хвилин). Приміщення обладнане аварійною вентиляцією кратністю А год^-1. Вид горючого газу, діаметр отвору в стінці апарата d_отв, робочий тиск в апараті P_р, геометричний об’єм приміщення V_r наведені в таблиці 1.2. Коефіцієнт витрати дорівнює 0.65, а температура газу в апараті дорівнює 20°С.

Таблиця 1.2

№ варіанта	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
Газ	Етан	Етилен	Метан	Сірководень	Водень	Аміак	Етан	Етилен	Метан	Водень
dотв, мм	15	20	25	30	10	15	20	25	30	15
Pp, МПа	0,8	0,9	1,0	0,5	1,2	1,1	1,0	0,8	0,4	0,9
Vг, м3	600	900	1200	2000	1500	1200	1600	2000	2400	800
А, 1/год	4	5	6	7	8	9	10	7	8	10

Завдання 1.3

У всмоктуючий колектор газового компресора, який працює під розрідженням, підсмоктується повітря через тріщину, що утворилася в зварному сполученні. Компресор стискає чистий горючий газ. Визначити концентрацію повітря у колекторі після його пошкодження і зробити висновок про пожежовибухонебезпеку газовоповітряної суміші, що утворюється якщо температура газу в колекторі t_p=40°C, а навколишнього повітря t_p=20°C. Вид горючого газу в колекторі, площа отвору f_отв, витрати газу q та розрідження в колекторі P_п наведені в таблиці 1.3. Коефіцієнт витрат слід прийняти рівним 0.27.

Таблиця 1.3

№ варіанта	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
Газ	Ацетилен	Водень	Оксид вуглецю (СО)	Етан	Ацетилен	Метан	Оксид вуглецю (СО)	Водень	Етан	Метан
fотв, мм2	8	10	12	14	16	18	20	21	22	23
q, м3/год	0,5	2,6	10,7	8,8	6,9	12,0	4,1	7,2	8,3	1,4
Pp, КПа	20	10	4	0,6	15	0,1	8	0,2	12	20

Приклад виконання завдання 1.1

Завдання

Визначити об’єм зони вибухонебезпечних концентрацій, що може утворитися внаслідок повного випаровування горючої рідини, яка виходить назовні при локальному пошкодженні днища апарата ( аварія ліквідовано через 10 хвилин). Вентиляція в приміщенні відсутня. Вільний об’єм приміщення 850 м³, а площа підлоги 120 м². Діаметр отвору у днищі апарата d_отв=3,6 мм, вид ЛЗР- толуол, робочій тиск а апараті Р_р=0,56 МПа, температура рідини і повітря в приміщені t_p=23^оС, а також висота стовпа рідини Н=4м. Коефіцієнт витрат дорівнює 0.4, густина рідини = 865,8кг/м³

Розв’язання:

1. Знаходимо надлишковий тиск середовища в апараті над поверхнею рідини за формулою:

(1.1)

,

де – надлишковий тиск середовища в апараті над поверхнею рідини, Па;

– абсолютний робочий тиск середовища в апараті, Па.

2. Приведений напір в апараті, під дією якого відбувається витікання рідини через отвір (м), знаходять за формулою

, (1.2)

де – густина речовини при робочій температурі, кг/м³;

=9,81 м/c² - прискорення сили ваги;

Н– висота стовпа рідини, м.

.

3. Далі необхідно знайти швидкість витікання рідини через отвір в корпусі апарата (Р=const), що визначають за формулою

, (1.3)

де – приведений напір в апараті, під дією якого відбувається витікання рідини через отвір,(м).

=34,02 м/c.

4. Для того, щоб знайти кількість горючих речовин, що виходять назовні, необхідно знайти переріз отвору:

(1.4)

=0,0000125 м².

5. Кількість горючих речовин, що виходять назовні під час локальних пошкоджень апаратів, визначають за формулою:

(1.5)

де – кількість горючих речовин, що виходять назовні, кг;

– коефіцієнт витрати;

– переріз отвору, через який горюча речовина виходить назовні, м²;

– швидкість витікання речовини через отвір, м/c;

- густина речовини при робочій температурі, кг/м³;

– тривалість витікання речовини через отвір, c.

м² .

6. Визначаємо об’єм зони вибухонебезпечних концентрацій, що може утворитися внаслідок повного випаровування горючої рідини, яка виходить назовні при локальному пошкодженні днища апарата:

*K_б,

де - об’єм місцевої зони ВНК,м³;

- нижня концентраційна межа поширення полум’я, кг/м³;

К_б – коефіцієнт запасу надійності, дорівнює 2.

Відповідь: об’єм зони вибухонебезпечних концентрацій становить , що може утворитися внаслідок повного випаровування горючої рідини, яка виходить назовні при локальному пошкодженні днища апарата ( аварія ліквідовано через 10 хвилин).

Приклад виконання завдання 1.2

Завдання 1.2

Визначити об’єм зони вибухонебезпечних концентрацій і при необхідності тривалість утворення ВНК у всьому об’ємі виробничого приміщення при локальному пошкодженні апарата з горючим газом етаном (пошкодження ліквідовано через 15 хвилин). Приміщення обладнане аварійною вентиляцією кратністю А=5год^-1. Діаметр отвору в стінці апарата d_отв=16мм, робочий тиск в апараті P_р=0.9МПа, геометричний об’єм приміщення V_r=700м³. Коефіцієнт витрати дорівнює 0.65, а температура газу в апараті дорівнює 20°С.

Розв’язання.

1. Визначаємо критичний тиск за формулою:

, (1.6)

де k – показник адіабати. Значення k – для етану з табл. 5 додатку Б дорівнює 1.22.

Тоді

= = 5.02·10⁵Па = 502·КПа

де k – показник адіабати. Значення k – для різних парів та газів наведені в табл. 5 додатку Б.

2) Швидкість витікання перегрітих парів або газів через отвір залежить від режиму витікання та визначається за наступними формулами:

для докритичного режиму витікання, коли Р_с>Р_кр

, (1.7)

для критичного режиму витікання, коли Р_с Р_кр

, (1.8)

де Р_с – тиск навколишнього середовища, до якого відбувається витікання газів, Па (Р_с=Р_бар);

R - універсальна газова стала. R=8314,31 Дж/кг·К.

У нашому випадку Р_c Р_кр (1.01325·10⁵ КПа 502КПа)

= =

= = 298,478м/с.

3) Для того, щоб знайти кількість горючих речовин, що виходять назовні необхідно знайти переріз отвору, через який горюча речовина виходить назовні за формулою (1.4)

= 0,0002 м².

4) Також визначаємо молярний об’єм газу за робочих умов за формулою:

, (1.9)

де V₀ = 22.41 м³/кмоль – молярний об’єм парів або газів у нормальних умовах;

Т₀=273.15К – температура у нормальних фізичних умовах;

Р₀=1.01325·10⁵ Па – тиск у нормальних фізичних умовах (Р₀=10⁵ Па);

Т_р та Р_р – відповідно робоча температура (К) та робочий тиск системи, Па.

= 2.7 м³/кмоль.

5) Густину газів або пари при робочій температурі визначаємо за формулою

кг/м³. (1.10)

6) Кількість горючих речовин, що виходять назовні під час локальних пошкоджень апаратів, визначаємо за формулою:

, (1.11)

де – кількість горючих речовин, що виходять назовні, кг;

– коефіцієнт витрати;

– переріз отвору, через який горюча речовина виходить назовні, м²;

– швидкість витікання речовини через отвір, м/c;

- густина речовини при робочій температурі, кг/м³;

– тривалість витікання речовини через отвір, c.

м²

7) Визначаємо об’єм зони вибухонебезпечних концентрацій, що може утворитися у об’ємі виробничого приміщення при локальному пошкодженні апарата з горючим газом етаном:

*K_б,

де - об’єм місцевої зони ВНК,м³;

- нижня концентраційна межа поширення полум’я, кг/м³;

К_б – коефіцієнт запасу надійності, дорівнює 2.

Розрахований об’єм більш ніж об’єм приміщення. Приміщення буде заповнено швидше ніж за час аварії. Для розрахунку часу заповнення приміщення треба розрахувати інтенсивність надходження етану.

8) Інтенсивність надходження парів або газів до приміщення визначається за формулою:

q = (1.12)

або

, (1.13)

де - кількість горючих речовин, що виходять назовні, кг;

- коефіцієнт витрати змінюється в межах 0,45 0,85;

- переріз отвору, через який горюча речовина виходить назовні, м²;

- швидкість витікання речовини через отвір, м/с;

- густина речовини при робочій температурі, кг/м³;

- тривалість витікання, с.

q=11,9м³/с

9) Тривалість утворення ВНК у виробничому приміщенні (при пошкодженні апаратів з газами та парами) розраховується за формулами:

за відсутності повітрообміну в приміщенні

(1.14)

за наявності повітрообміну в приміщенні

, (1.15)

де – тривалість наростання ВНК в приміщенні, c;

а – продуктивність вентиляційної системи, м³/с;

q – інтенсивність надходження парів або газів до приміщення з апарата, м³/с.

=1,73с

Відповідь: приміщення може бути заповнено вибухонебезпечною концентрацією за 1,73 секунди внаслідок виходу етану з апарату.

Приклад виконання завдання 1.3

Завдання 1.3

У всмоктуючий колектор газового компресора, який працює під розрідженням, підсмоктується повітря через тріщину, що утворилася в зварному сполученні. Компресор стискає чистий ацетилен. Визначити концентрацію повітря у колекторі після його пошкодження і зробити висновок про пожежовибухонебезпеку газовоповітряної суміші, що утворюється якщо температура газу в колекторі t_p=40°C, а навколишнього повітря t_c=20°C. Площа отвору f_отв=9 мм², витрати газу q=0,6 м³/год та розрідження в колекторі P_p =20КПа. Коефіцієнт витрат слід прийняти рівним 0,27.

Розв’язання.

1. Визначаємо критичний тиск за формулою

, (1.16)

де Р_с – тиск навколишнього середовища, з якого відбувається витікання газів, Па (Р_с=Р_бар);

k – показник адіабати. Значення k – для ацетилену з табл. 5 додатку Б дорівнює 1.26.

Тоді

= = 5,35·10⁴Па = 53,5·КПа

2. Швидкість підсмоктування перегрітих парів або газів через отвір залежить від режиму витікання та визначається за наступними формулами:

для докритичного режиму витікання, коли Р_р>Р_кр

, (1.17)

для критичного режиму витікання, коли Р_с Р_кр

, (1.18)

де R - універсальна газова стала. R=8314,31 Дж/кг·К.

У нашому випадку Р_р Р_кр (20КПа 55.3КПа)

= =

= = 330,64м/с.

3. Інтенсивність надходження повітря до колектора визначається за формулою

q = , (1.19)

де - коефіцієнт витрати, 0.27;

- переріз отвору, через який горюча речовина виходить назовні, м²;

- швидкість підсмоктування речовини через отвір, м/с.

У нашому випадку маємо: q_п = = 0.27 9 10 ^-6 330,64 =

= 0.000785 м³/с.

4. Концентрація повітря у колекторі після його пошкодження визначається за формулою

, (1.20)

- концентрація повітря у колекторі, об. ч.

Відповідь: газовоповітряна суміш пожежовибухонебезпена тому, що концентрація повітря у колекторі 0,83 об. ч., що відповідає концентрації ацетилену у 0,17 об. ч. і знаходиться у межах поширення полум’я < < (0,025<0,17<0,81).