Задание по физике. ДВФУ

Контрольное задание Через помещение проходит трубопровод с проходным сечением диаметром dтр, мм, по которому транспортируется газ. Задвижки системы отключения установлены перед стеной помещения в месте ввода трубопровода и за стеной данного помещения в месте вывода трубопровода. Задание: Определить избыточное давление, развиваемое при сгорании газовоздушной смеси водорода, возникающей при аварийной разгерметизации трубопровода в производственном помещении. Определить категорию производственного помещения по взрывопожарной и пожарной опасности. Выбор варианта выполняется по последней цифре Вашего логина: Логин ХХ-ХХ-3 Вариант 3 Логин ХХ-ХХ-15 Вариант 5 Логин ХХ-ХХ-10 Вариант 0 и т.д. Исходные данные Вариант 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 Vп, м3 200 250 300 350 400 450 500 550 600 650 dтр1, мм 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140 dтр2, мм 70 50 90 50 100 60 70 130 110 120 Газ Ацетилен Бензол Бутан-н Этан Этанол Метан Метанол Пропан Пропилен Водород q, м3/с 5·10-3 6·10-3 7·10-3 8·10-3 9·10-3 10·10-3 11·10-3 12·10-3 13·10-3 14·10-3 Vап, м3 2,7 2,0 2,5 3,0 4,85 3,5 6,4 7,0 9,0 7,4 Р1, кПа 170 170 180 190 200 210 220 230 240 250 P2, кПа 150 160 170 180 190 200 210 220 230 240 Т, с 2 4 3 120 300 2 4 3 120 300 Lтр1, м 10 9 8 7 11 12 13 14 15 16 Lтр2, м 5 6 7 9 10 8 10 12 9 11 Рmax, кПа 700 720 740 760 800 820 840 860 880 900 tp, С 28 29 30 31 35 36 30 37 38 39 Методические указания к решению Рассчитаем массу горючего вещества m, кг, поступившего в помещение при расчетной аварии газа, по формуле: т = (Va + VT) ·r, где r – плотность газа при нормальных условиях (табл. 1); Vа – объем газа, вышедшего из аппарата, м3; VT – объем газа, вышедшего из трубопроводов, м3. При этом Vа = 0,01Р1·Vап, где P1 – давление в аппарате, кПа; Vап – объем аппарата, м3; VТ = V1Т + V2Т, где V1Т – объем газа, вышедшего из трубопровода до его отключения, м3; V2Т – объем газа, вышедшего из трубопровода после его отключения, м3; V1Т = q·T, где q – расход газа, определяемый в соответствии с технологическим регламентом в зависимости от давления в трубопроводе, его диаметра, температуры газовой среды и т.д., м3с-1; Т — расчетное время отключения трубопроводов время, с. V2Т = 0,01·? ·Р2·(r12 L1 + r22 L2 + … rп2 Lп), где P2 – максимальное давление в трубопроводе по технологическому регламенту, кПа; r – внутренний радиус трубопроводов, м; L – длина трубопроводов от аварийного аппарата до задвижек, м. Рассчитать плотность газа или пара при расчетной температуре tp, кгм-3, вычисляемая по формуле: где М – молярная масса, кгкмоль-1 (табл.1); V0 – мольный объем, равный 22,413 м3кмоль-1; tp – расчетная температура, С. Определить стехиометрическую концентрацию ГГ или паров ЛВЖ и ГЖ, % (об.), вычисляемая по формуле: где β – стехиометрический коэффициент кислорода в реакции сгорания; β=n_c+(n_H-n_x)/4-n_0/2, где nC, nH, nO, nX – число атомов С, Н, О и галоидов в молекуле горючего (табл. 1). Избыточное давление взрыва Р для индивидуальных горючих веществ, состоящих из атомов С, Н, О, N, С1, Вr, I, F, определяется по формуле: где Рmax – максимальное давление взрыва стехиометрической газовоздушной или паровоздушной смеси в замкнутом объеме, кПа; Р0 – начальное давление, кПа (допускается принимать равным 101 кПа); т – масса горючего газа (ГГ) или паров легковоспламеняющихся (ЛВЖ) и горючих жидкостей (ГЖ), вышедших в результате расчетной аварии в помещение, кг; Z – коэффициент участия горючего во взрыве, который может быть рассчитан на основе характера распределения газов и паров в объеме помещения. Допускается принимать значение Z = 0,5; Vсв – свободный объем помещения, м3; Vсв = 0,8·Vп , где Vп – объем помещения, м3; г.п – плотность газа или пара при расчетной температуре tp, кгм-3; Кн – коэффициент, учитывающий негерметичность помещения и неадиабатичность процесса горения. Допускается принимать Кн равным 3. Категорию помещения по взрывопожарной и пожарной опасности принять в соответствии с табл. 2. Таблица 1 Газ Формула Молярная масса, М, кг·кмоль-1 Плотность при нормальных условиях r кг/м3 Температура вспышки °C Ацетилен С2Н2 26,04 1,17 –84 Бензол С6Н6 78,1 3,73 –12 Бутан (н) С4Н10 58,1 2,71 –69 Этан С2Н6 30,1 1,35 152 Этанол С2Н5ОН 45,11 2,19 13 Этилен С2Н4 28,05 1,26 136,1 Метан СН4 16,04 0,72 –162 Метанол СН3ОН 32,04 1,52 15,6 Пропан С3Н8 44,09 2,01 –96 Пропилен С3Н6 42,08 1,91 –107,8 Толуол С2Н8 92,11 4,87 4 Водород Н2 2,016 0,090 –253 Таблица 2 Категория помещения Характеристика веществ и материалов, находящихся (обращающихся) в помещении 1 2 А Взрывопожаро-опасная Горючие газы, легковоспламеняющиеся жидкости с температурой вспышки не более 28 °С в таком количестве, что могут образовывать взрывоопасные парогазовоздушные смеси, при воспламенении которых развивается расчетное избыточное давление взрыва в помещении, превышающее 5 кПа. Вещества и материалы, способные взрываться и гореть при взаимодействии с водой, кислородом воздуха или друг с другом в таком количестве, что расчетное избыточное давление взрыва в помещении превышает 5 кПа Б Взрывопожаро-опасная Горючие пыли или волокна, легковоспламеняющиеся жидкости с температурой вспышки более 28 °С, горючие жидкости в таком количестве, что могут образовывать взрывоопасные пылевоздушные или паровоздушные смеси, при воспламенении которых развивается расчетное избыточное давление взрыва в помещении, превышающее 5 кПа В1-В4 пожаро-опасные Горючие и трудногорючие жидкости, твердые горючие и трудногорючие вещества и материалы (в том числе пыли и волокна), вещества и материалы, способные при взаимодействии с водой, кислородом воздуха или друг с другом только гореть, при условии, что помещения, в которых они имеются в наличии или обращаются, не относятся к категориям А или Б Г Негорючие вещества и материалы в горячем, раскаленном или расплавленном состоянии, процесс обработки которых сопровождается выделением лучистого тепла, искр и пламени; горючие газы, жидкости и твердые вещества, которые сжигаются или утилизируются в качестве топлива Д Негорючие вещества и материалы в холодном состоянии