Теплота взрыва горючих пылей

Для пылей определяют величину НКП. Значения НКП при диаметре частиц менее 100 мкм находят по соотношению

НКП = 800/ Q_v, (5.41)

где НКП – нижний концентрационный предел, кг/м³;

Q_v – теплота взрыва пыли, кДж/кг.

При концентрации пыли ρ_п > 0.65 кг/м³ пылевоздушная смесь считается пожароопасной.

Пример. Определить возможность взрыва и давление взрыва в котельной, работающей на газовом топливе, если при аварии произошел выброс из трубопровода горючего газа (пропана) массой М = 400 кг. Теплота взрыва пропана Q_v = 46.4 МДж/кг, объем котельной, не занятый оборудованием, V ₀=8000 м ³, температура, плотность и давление воздуха до взрыва Т ₀=288 К, ρ ₀=1.25 кг/м ³, Р ₀ = 101 кПа соответственно.

Решение. 1. Определяем концентрацию горючей примеси в атмосфере котельной

ρ_п = М/V ₀ = 400/8000 = 0.05 кг/м ³

Взрыв возможен, так как согласно данным табл.30

НКП < ρ_п = 0.05 кг/м ³ < ВКП

2. По формуле (5.40) вычисляем давление взрыва

кПа

Пример. Определить давление в помещении угольного склада при взрыве пылевоздушной смеси. Масса угольной пыли М = 200 кг, теплота взрыва Q_v =32 МДж/кг, объем помещения V ₀ = 4000 м ³, температура, плотность и давление воздуха до взрыва в помещении угольного склада такие же, как в предыдущем примере.

Решение. Давление взрыва находим по формуле (5.40)

кПа

Очевидно, что при заданных значениях величин P ₀, ρ ₀, T ₀, V ₀, C_p, давление взрыва ГВС, ПВС и аэрозоля в помещении зависит от массы М, теплоты взрыва горючей примеси Q_v, значений коэффициентов α и χ.

Пример расчета максимального давления взрыва ГВС в замкнутом объеме приводился в начале настоящего параграфа.

Максимальное давление взрыва газовзвесей в замкнутом объеме , кПа, может быть определено по следующему соотношению [9]:

(5.42)

где

Здесь n_C, n_H, n_O, n_N - количество атомов углерода, водорода, кислорода, азота в молекуле горючего вещества соответственно; Q_v – теплота взрыва этого вещества, кДж/кг.

Пример. Определить максимальное давление взрыва угольной пыли в замкнутом объеме (теплота взрыва Q_v = 32 МДж/кг).

Решение. 1. Находим вспомогательные коэффициенты формулы (5.42)

Окончательно имеем

кПа.

По формулам (5.38) – (5.40) определяется давление дефлаграционного взрыва, имеющего место, как правило, при образовании взрывоопасных смесей в помещении.

При детонации ГВС (такой случай исключить полностью нельзя) давление во фронте детонационной волны находится по формуле (4.75). В результате взаимодействия этой волны с оградительными конструкциями давление в замкнутом объеме может достигать до 10 МПа [31].

При взрыве ГВС, ПВС и аэрозоля в помещении, если давление (30..50) кПа, здание, как правило, будет разрушено (полностью или частично). При разрушении здания в окружающем воздушном простран- стве формируется воздушная ударная волна; имеют место также тепловое излучение взрыва и разлет осколков, образующихся при разрушении зда- ния. В приближенных расчетах принимают , где - энергия взрыва в помещении, - энергия, идущая на образование ударной волны, - кинетическая энергия оскол- ков, - энергия, расходуемая на тепловое излучение, при этом . Условие () в последнем соотношении связано с тем обстоятельством, что часть энергии взрыва в помещении расходуется на разрушении конструкций здания.

Существуют определенные трудности (и различия) в оценке коэффициентов . Ниже используются рекомендации [33], согласно которым при взрыве ГВС в помещении значения , , ; при взрыве ПВС , , .

Расчет давления во фронте ударной волны за пределами здания проводится по формулам (5.1), (5.11), последнюю из которых в данном случае записывают в виде

, (5.43)

где величины G, M, Q_v, Q_v.тр. имеют прежний смысл, коэффициент α = 0.5 в случае взрыва горючих газов, пылей и α =0.3 при взрыве аэрозолей; коэффициент β ₁ определен выше (при взрыве аэрозолей допустимо принимать β ₁ = 0.7).

Поражающее действие теплового излучения рассматривалось в Главе 3.

Способы расчета дальности разлета осколков в случаях, когда они являются определяющим поражающим фактором взрыва, рассматриваются в § 5.6.