Определение ударной волны, импульса сжатия, пожара разлития при взрыве баллона с этилнитратом объемом 500 литров

Страницы работы

8 страниц (Word-файл)

Фрагмент текста работы

Формулировка задания :

На местности средней загроможденности расположен баллон с этилнитратом V= 500л. На расстоянии  50м от баллона находится резервуар с жидкостью(мазут),  m=100 т. Вследствие аварии произошел взрыв баллона с этилнитратом, в результате которого случился пожар, вызванный разлитием мазута.

Определить: ударную волну ΔРф, Импульс сжатия  I+ ,пожар разлития, безопасное расстояние для человека, проанализировать на каком расстоянии он не получить ожоги.

Решение:

Этилнитрат— C2H5ONO2, сложный эфир этилового спирта и азотной кислоты, типичный представитель класса сложных эфиров. Применяется в органическом синтезе в качестве нитрующего агента, в том числе для получения лекарственных препаратов и красителей.

Бесцветная, легко подвижная жидкость с приятным запахом, Тпл −94,6 °C−102 °C, Ткип 87,2 °C.Этилнитрат плохо растворяется в воде (1,3 г/100 мл при 35 °C и 3,09 г/100мл 55 °C) хорошо в спирте и большинстве органических растворителей, образует азеотропные смеси (с 22% воды Ткип 74,35 °C, с 57% метилового спирта Ткип 61,77 °C)

В кислой и щелочной среде этилнитрат легко гидролизуется с образованием этилового спирта. В присутствии оснований этилнитрат способен нитровать амины, ароматические и алифатические соединения, содержащие активные СН2-группы, а также может выступать в качестве алкилирующего агента для аминов, сульфидов, азидов и некоторых других соединений . Восстановление этилнитрата различными реагентами, такими как FeCl2, LiAlH4, N2H4 и некоторыми другими, приводит к образованию этанола с высокими выходами .

Взрыв - это быстро протекающий процесс физического и химического превращения вещества, сопровождающееся выделением энергии  с образованием ударной волны, способную выполнить механическую работу.

По формуле определяем величину безразмерного радиуса:

R* =R*()-1/3

,где :

R- расстояние от эпицентра взрыва[м]=50м;

P0-начальное давление[кПа]=101,3кПа;

E-эффективность энергозапаса горючей смеси

Находим в справочнике значение Сг (концентрация вещества) . Для этилнитрата она будет равна 96%

Переведем концентрацию из объемной доли  в единицы [кг/м3]

С=0,01*с[%об.]*ρг   [кг/м3]

, где

ρг-плотность этилнитрата- 1108 кг/м3 с=0,01*96*1108кг/м3=1063,68 кг/м3

сстх- стехиометрическая концентрация вещества.

По таблице определяем стехиометрическую концентрацию бутана , она равна 1,350 кг/м3. Отсюда следует что, при сг >cстх  :

Эффективность  энергозапаса горючей смеси :

, где

Мг  - молярная масса газа  [г/моль] ;

Qpн-низшая теплота сгорания [МДж/кг]

По справочнику находим значения Мг=58 г/моль и Qpн=118.68 МДж/м3

Для расчета следует произвести перевод из МДж/м3 в МДж/кг

Переводим 118.68/ρ = 118.68 МДж/м3 / 2,703кг/м3 = 43,9МДж/кг

Следовательно безразмерный радиус будет равен:

R*=15*()-1/3=2.55

Определяем детонацию газового облака :

Ln P*=10124-1.66lnR*+0.26lnR*2      ,при        R*>0.2

LnP*=1.124-1.66ln2.55+0.26ln6.5

P*=e0.06 = 1.06

 Определяем избыточное давление  на фронте ударной волны

ΔРф=Р*Р0 кПа

ΔРф=1.06*101.3=107.56 кПа

LnP*=1,124-1,729+0,541=-0,06

P*=e0.06=1.06

ΔРф=Р*Р0=1.06*101,3=107.56 кПа

lnI*=3.4217-0.898lnR*+0.0096lnR*2=3.4217-0.84+0.017=2.5987

I*= e2.5987=13.446

Определяем импульс фазы сжатия :

I+=

,где α = 400 - скорость звука [м/с];

Пожар разлития .

Одной из наиболее опасных аварий, которая может произойти на местности, является пожар разлития горючей жидкости (например, нефтепродуктов). Эти пожары характеризуются сложными процессами развития, требуют больших усилий и значительного числа средств для их ликвидации и, как правило, носят затяжной характер. Последнее обеспечивает длительное воздействие опасных и вредных факторов на людей. При таких пожарах тяжесть последствий определяется токсическим и термическим поражениями.

Для оценки поражения местностиопределяем Площадь поверхности горючей жидкости при свободном разлитии :

Fраз =      ,  [м2];   

,где

h-Глубина заполнения поддона горючей жидкости[м] , h=0.05 м

m-масса жидкости [кг];

ρ =950 [кг/м3]- плотность жидкости .

Fраз=

Определяем диаметр пожара разлития:

D= 2r = = 51.78 м

Следовательно r = 18,3м

Массовая скорость выгорания :

mвыг=c*ρж*Qнр/Lисп  [кг/м2с]       

,где с- коэффициент пропорциональности =1,25*10-6м/с;

Qpн = 42,84 * 103 [МДж/кг] - низшая теплота сгорания .

Lисп  = 210*103 – скрытая теплота испарения

mвыг = (1.25*106*950*42.84*106)/210*103 = 0.24 [кг/м2с]

При скорости ветра ω =2м/с, определяем величину безразмерной скорости ветра:

ω в=ω(mвыг*g*D/ρп)-1/3   

,где

ρп-плотность пара и воздуха=1,21кг/м3;

D-диаметр пожара разлития=51.78м;

g-ускорение свободного падения=9,8м/с2;

mвыг- массовая скорость выгорания=0,24кг/м2с;

ω-скорость ветра=2м/с.

ω вc=2(0,24*9,8*51.78/1,21)-1/3= 0,22

Геометрические параметры факела пожара разлития

Формула Томаса:

                                                

,где a = 55, b = 0.67, c = -0.21

ρп - плотность пара и воздуха=1,21кг/м3;

D-диаметр пожара разлития=36,6м;

g-ускорение свободного падения=9,8м/с2;

mвыг- массовая скорость выгорания=0,24кг/м2с;

Определяем Плотность теплового потока :

По таблице  берем расстояние и рассчитываем плотность теплового потока :

R=45 м, ϕ = 1

qпад=qсоб*ϕ*exp[-7.0*10-4(R-r)]   [кВт/м2]   ,где

qсоб – собственная по поверхности плотность потока собственного излучения пламени; для мазута она равна 60 кВт/м2.

ϕ-угловой коэффициент излучения с площадки на боковую поверхность пламени.

qпад=60 кВт/м2*1* exp[[-7.0*10-4(45 м-25.89м)]= 59.4 кВт/м2

R=110 м, ϕ = 0,30

qпад=60 кВт/м2*0,30* exp[[-7.0*10-4(110м-25.89м)]=16.98 кВт/м2

R=160 м, ϕ=0,18

qпад=60 кВт/м2*0,18* exp[[-7.0*10-4(160м-25.89м)] =9.8 кВт/м2

R=200 м, ϕ=0,07

qпад=60 кВт/м2*0,07* exp[[-7.0*10-4(200м-25.89м)] =5.3 кВт/м2

R=250 м, ϕ=0,07

qпад=60 кВт/м2*0,07* exp[[-7.0*10-4(250м-25.89м)] =4.9 кВт/м2

Исходя из расчетов  определяем безразмерный радиус с учетом безопасного расстояния :

R*=R *()-1/3   =250*0.17=42.5

lnP*=1.124-1.66*lnR*+lnR*2=1.124-1.66ln42.5+0.26ln1806=1.124-6.22+1.94=

=- 3.156

P*=e-3.156= 0.0426

ΔPф=Р*Р0=0,0426*101,3=4.315 кПа

Сильное поражение .

Определяем Пробит Функции для установления процента поражения людей на определенном расстоянии :

В соответствии с теорией риска аварий мера вероятности поражения объекта носит название «пробит-функция» - Pr, которая нашла широкое применение, как в отечественной, так и в зарубежной науке и практике управления промышленной безопасностью.

Pr=-5.74*ln{4.2(1+ ΔPф / Р0)+1.3(I+( Р00.5*m1/3}=-5.74ln{4.2/(1+107.56/101.3)+1.3(192.93/101.30.5*501/3)}=-11.61

По таблице определяем процент поражения людей, он будет составлять 3.82% - столько процентов людей получат среднее поражение (контузия).

Термическое воздействие на человека :

Pr= -38.1 + 3.02ln(q4/3*τ)

.где τ = (35/q)1.33– время достижения порога боли, с

qпад при R=45 м

Pr=-38.1 + 3.02ln(59.44/3*(35/59.4)1.33=36.736

По таблице процент поражения людей составил 4.67%,что означает что на расстоянии 45 м люди получат ожоги II степени.

Pr= -38.1 + 3.02ln(q4/3*τ)

, где

qпад при R=250 м

Pr=-38.1 + 3.02ln(4.94/3*(35/4.9)1.33=-7.753

По таблице процент поражения людей составил 3.59%,что означает что на расстоянии 250 м люди получат ожоги I степени

Похожие материалы

Информация о работе