Прогнозирование зоны взрыва пылевоздушного облака и мероприятия по защите персонала

Практическое занятие № 8

Прогнозирование зоны взрыва пылевоздушного облака и мероприятия по защите персонала

Цель: привить практические навыки по расчетам параметров взрыва пылевоздушного облака (ПВ) и разработке мероприятий по защите при взрывах.

Учебные вопросы:

1.   Прогнозирование и оценка параметров взрыва ПВ облака, возможных потерь и ущерба.                                  

2. Разработка  мероприятии  по   защите   от поражающих факторов взрывов (ПФВ).Решение ситуационных задач.

Общие положения

Взрывы пыли известны с давних пор: на угольных шахтах, элеваторах и других пылеобразующих производствах. В настоящее время примерно 50% взрывов ПВ облаков (пылевоздушных смесей - ПВС) происходит при работе с мукой, зерном, сахаром и т.п., 8% - с металлами, 4% - с серой. Смесь воздуха с распылённым твёрдым веществом, парогазовоздушные смеси называют объёмно-детонирующими (ОДС). Механизм взрыва ОДС аналогичен и методики расчетов параметров отличаются только коэффициентами. При определении расчётной массы пыли М_п, поступившей в окружающее пространство, можно принять её равной свободному объему производственного помещения V_o, м³, т.е. не учитывать отдельно массу взвихрившейся пыли, массу вышедшей пыли из технологического аппарата при аварии и т.п.

Пылевзвеси характеризуются широким   интервалом концентрационных пределов распространения пламени - от десятков граммов до килограммов в 1 м³ воздуха. Верхние концентрационные пределы (ВКПР) обычно достаточно велики, поэтому более важен нижний предел (НКПР), а также более высокие концентрации, при которых достигается максимальная объёмная плотность энерговыделения.

Образование ПВ облака возможно на установках дробления, например, угля; в ёмкостях хранения, например, полистирола, полиэтилена; на элеваторах; на технологических установках и трубопроводах и т.д. Механизм взрыва: дефлаграционное обычное горение, сферическое распространение фронта горения и разгон до скорости 2 км×с^-1, детонационное взрывное горение, детонационная волна. В ПВ облаке диаметром менее 5 м фронт горения не успевает разогнаться до нужной скорости и взрыва не происходит, но облако выжигается. На этом основан один из методов защиты.

Условие задачи

В производственном помещении при технологической аварии возможно распыление твёрдого вещества в виде полусферического облака. В результате механического (например, удар), электрического (искра), электромагнитного излучения и т.п. инициирующего воздействия возможен взрыв.

Необходимо оценить параметры взрыва и возможные потери вероятностным методом.

Таблица 8.1.

Исходные данные

Порядок выполнения

1, Прогнозирование и оценка параметров взрыва ПВ облака, возможных потерь и ущерба:

-  определение расчетной массы пыли в производственном помещении  М_n

кг где V_o - свободный объём помещения (до 80% от полного объёма), м³;

С  - стехиометрическая концентрация пыли, г×м ^-3.

Допускается принимать С=ЗС_нкпр(табл.8.1), где С_нкпр - нижний концентрационный предел распространения пламени, т.е. минимальное содержание пыли в смеси с воздухом, при котором возможно возгорание;

-  определение приведенной массы горючей пыли т_пр

 кг где Q_тn, Q_tht  - теплота сгорания пыли (табл. 8.1) и тринитротолуола

4520 кДж×  кг ^-1;

Z -   коэффициент участия пыли в горении, равный 0,1.

В обоснованных случаях допускается не менее 0,02;

-  определение избыточного давления во фронте ударной волны при взрыве ПВ облака  DР_ф

кПа где Р_о = 101,3 кПа атмосферное давление;

R - расстояние от центра ПВ облака (геометрического центра технологической установки), м. Задача решается для 3-4 расстояний (с использованием данных ПЗ №6, рис. 6.1) для определения радиусов поражения персонала;

- определение импульса фазы сжатия I₊

-определение пробит-функции для летального поражения людей (ПЗ № 6, таблица 6.3)

P_r1=5 - 0,26In(V₁)

где

где V₁ - фактор опасности, учитывающий перепад давления в ударной волне и импульс статического давления;

-  определение вероятности поражения людей (ПЗ № 6, табл.6.2);

-  определение величины пробит-функции для полного разрушения зданий Р_r2

Р_r2 =5 -0,22In(V₂)

- определение вероятности полного разрушения зданий (табл.6.2).

Выводы: оцените возможность решения обратной задачи, т.е. на каких предельных расстояниях от центра взрыва ПВ облака возможны, например, поражения людей и слабые повреждения зданий.

2. Разработка мероприятий по защите от поражающих факторов взрывов (ПФВ). Решение ситуационных задач

Оценивая ПФВ необходимо иметь ввиду, что в некоторых отраслях промышленности до 30% взрывов сопровождаются пожарами. Взрыв - это быстропротекающий процесс высвобождения внутренней энергии вещества, создающий избыточное давление. В результате технологических взрывов, наряду с гибелью людей, происходит разрушение строительных конструкций, оборудования, выход из поврежденных аппаратов АХОВ, разлет осколков и т.п.

Ситуационные задачи:

2.1.  Перечень проводимых на предприятии мероприятий по обеспечению безопасности технологического процесса (например,  предотвращение взрывов и пожаров внутри технологического оборудования).

2.2.  Условия,  обеспечивающие  взрывобезопасное  проведение  отдельного (конкретного)     технологического     процесса     (например,     надёжное энергообеспечение).

2.3.  Оптимальные условия взрывобезопасности технологического процесса (например, введение дополнительной очистки от примесей, способных образовывать взрывопожароопасные смеси).

2.4.  Требования   к   устойчивости   технологической   системы   (например, исключение нарушения герметичности).

2.5.  Кто на предприятии организует разработку планов ликвидации аварии (в т.ч. взрывов, пожаров и т.п.) и примерное содержание плана?

2.6.  Назовите и обоснуйте применение предохранительных конструкций и оборудования для снижения тяжести аварии (взрыва).

2.7.  Назовите виды взрывозащищенного электрооборудования (например, взрывонепроницаемая оболочка, способная выдержать давление взрыва внутри неё и предотвращающая распространение взрыва из оболочки в окружающую среду).

2.8.  Перечислите первоочередные аварийно-спасательные работы, которые необходимо       провести       в       случае       возможной       локальной (технологической) аварии (например, тушение пожара).

2.9.  Перечислите федеральные законы РФ в области ГО (например, об аварийно-спасательных службах и статусе  спасателей,  о пожарной безопасности).

2.10.  Назовите    возможные    принципы    действия    пылеулавливающего оборудования (например, тканевые фильтры).

Отчетность на занятии

А.      Аналогично ПЗ №6,7.

Б.  Каждая ситуационная задача выдается преподавателем на 2-3        студентов, ответы обсуждаются коллективно, оформляются   индивидуально.

Рекомендуемая литература

Аналогична указанной в ПЗ № 6.