Взрыв газовоздушной и пылевоздушной смесей в помещении

В основе вычислений давления при взрыве газовоздушной смеси в замкнутом объеме лежит уравнение состояния

(5.38)

где P - давление взрыва, атм; М - масса взрывчатого вещества, кг; V - объем, м³; Т - температура взрыва, К; N - число молей газообразных продуктов, образующихся при взрыве 1 кг взрывчатого вещества; R - газовая постоянная: R =1.99 кал/моль×град =0.082 (литр×атм)/(моль×град).

На базе уравнения (5.38) получено соотношение

, (5.39)

где Р ₀, Р - начальное давление газовоздушной смеси и давление при взрыве, атм. (1 атм =101.3 кПа);

Т ₀, Т - начальная температура смеси и температура взрыва, К;

N ₀, N - число молей смеси и число молей продуктов взрыва соот-ветственно.

Максимальное давление взрыва, как отмечалось неоднократно, имеет место при стехиометрической концентрации горючей примеси r_п.стх., определяемой по соотношению (5.27). При изменении концентрации r в диапазоне от НКП до ВКП давление взрыва при r_п < r_{п.стх .} и r_п. > r_{п.стх .} меньше, чем при r_п.=r_{п.стх .} (на практике максимальное давление взрыва имеет место при концентрации, несколько превышающей стехиометрическую). Для определения давления по формулам (5.38) и (5.39) необходимо знать реакцию взрывчатого превращения ГВС и температуру взрыва.

При взрыве ГВС, содержащей газы вида С_aH_b, реакция взрывчатого превращения имеет вид (1.39).

Температура взрыва вычисляется по соотношению Q_v = T, где Q_v – теплота взрыва, средняя теплоемкость продуктов взрыва при изменении температуры от начальной Т₀ до температуры взрыва Т; n_i - число молей i-го продукта взрыва; - его теплоемкость.

В качестве примера определим максимальное давление взрыва пропано-воздушной смеси в замкнутом объеме при стехиометрической концентрации горючей примеси. Реакция взрывчатого превращения такой смеси имеет вид:

Подсчитаем теплоемкости продуктов взрыва:

3 CO₂ 3·(9 + 0.00093t) = 27 + 0.00279t

4 H₂O 4·(5.96 + 0.00135t) = 23.84 + 0.0054t

18.8 N ₂ 18.8·(4.96 + 0.0006 t) = 93.25 + 0.01128 t

Всех продуктов 144.1 + 0.01947 t

Теплота взрыва пропана Q_v = 46.4 МДж/кг = 2042 кДж/моль = 487·10³ кал/моль.

Получаем уравнение:

0.01947t² + 144.1t – 487·10³ = 0

Отсюда

Так как температура взрыва T = t + 273 °, получаем Т =2510 + 273 ≈ 2780 К.

По приведенной выше реакции взрывчатого превращения пропано-воздушной смеси находим N ₀ = 24.8; N = 25.8. Положим в соотношении (5.39) значения P ₀=101.3 кПа, T ₀ = 288 K, тогда давление рассматриваемого взрыва оценивается величиной

;

При взрыве в производственных и жилых помещениях давление Р ослабляется вследствие наличия оконных и дверных проемов и неполного участия горючей смеси во взрыве. Давление взрыва в этом случае определяется по приближенному соотношению

(5.40)

Здесь – избыточное давление взрыва, кПа; М – масса горючего газа или паров легковоспламеняющихся и горючих жидкостей, вышедших в результате аварии в помещение, кг; Q_v – теплота взрыва горючего вещества, кДж/кг; P ₀, ρ ₀, T ₀ - давление в кПа, плотность в кг/м³, температура воздуха в помещении в ºK до взрыва соответственно; C_p – удельная теплоемкость воздуха (C_p =1.01 кДж/кг·град.); V ₀ – свободный объем помещения, м³; коэффициенты α =0.5, χ =3.

В соотношении (5.40) коэффициент α учитывает долю горючего вещества, участвующего во взрыве, коэффициент χ - негерметичность помещения.

Соотношение (5.40) используется также при оценке давления взрыва аэрозолей и горючих пылей.

При взрыве аэрозолей под величинами М, Q_v в этом соотношении подразумевают массу в кг. и теплоту взрыва в кДж/кг горючего вещества в составе аэрозоля; величины P ₀, ρ ₀, T ₀, V ₀, C_p сохраняют прежние значения; коэффициенты α =0.3, χ =3. Значения Q_v в важных частных случаях образования аэрозолей таким топливом как бензин, керосин, мазут, нефть составляют 42·10³, 44·10³, 39.8·10³, 42·10³ кДж/кг соответственно.

При взрыве горючих пылей под величинами M, Q_v понимают массу в кг и теплоту взрыва в кДж/кг горючей пыли, величины P ₀, ρ ₀, T ₀, V ₀, C_p имеют прежний смысл, коэффициенты α =0.5, χ =3.

Значения теплоты взрыва горючих пылей Q_v приведены в табл. 33 [9].

Таблица 33