1. laboratorijas darbs

13. variants (apliecības pēdējie divi cipari)

Sprādzienbīstamība un ugunsbīstamība

 

Darba mērķis 

Sniegt topošajiem speciālistiem teorētiskas zināšanas un praktiskas iemaņas, kuras būs nepieciešamas, strādājot sprādzienbīstamos un ugunsbīstamos, ar bīstamām ķīmiskām vielām un produktiem objektos un lai nodrošinātu aizsardzību radiācijas gadījumā.

 

Situācijas apraksts

Ražošanas ceha ģeometriskais tilpums V_ģ ir 9000 m³. Ražošanas procesā izmanto viegli uzliesmojošu šķidrumu benzolu C₆H₆, kura uzliesmošanas temperatūra ir t_uzliesm = −11 °C. Tehnoloģiskajās iekārtās benzola temperatūra it t₀ = 25 °C, tik pat liela temperatūra ir ražošanas telpā.

Pēkšņi hermētiskumu zaudē visbīstamākā tehnoloģiskā iekārta, kuras tilpums V_a = X m³ un kas piepildīta ar benzolu (piepildīšanas koeficients ε =0,7). Iekārtas avārija notiek benzola iepildīšanas laikā. Cilvēks no sprādziena vietas atrodas X metru attālumā, sprādziena temperatūra T_spr= 2000 K.

X–varianta numurs, kas vienāds ar diviem pēdējiem cipariem studenta apliecībā.

 

Darba uzdevumi

1. Aprēķināt sprādziena pārspiedienu ΔP (kPa) un noteikt, kādus postījumus sprādziens nodarīs ēkai.
2. Aprēķināt sprādzienā izstaroto siltuma enerģiju un noteikt, kādas sekas tā izraisīs.
3. Noteikt sprādzienbīstamās darbavietas zonas.

 

Darba teorētiskais pamatojums

1. Sprādziena pārspiediena ΔP (kPa) aprēķināšana un sprādziena postījumu noteikšana

 

Lai aprēķinātu sprādziena pārspiedienu ΔP (kPa), jāizmanto formula (1) gāzu, šķidrumu tvaiku sprādziena gadījumā un formula (2) putekļu sprādziena gadījumā.

 

                                                (1)

                                                                        (2)

 

Apzīmējumi formulās (1) un (2)

ΔP – sprādziena pārspiediens.

Sprādziena pārspiediena robeža  ΔP > 5 kPa. Ja  sprādziena pārspiediens ir mazāks par šo robežu, telpu neuzskata par sprādzienbīstamu.

                                               

P_max – stehiometriskā gāzu gaisa vai tvaiku gaisa maisījuma sprādziena spiediens noslēgtā tilpumā (var pieņemt, ka P_max = 900 kPa).

 

P₀ – sākotnējais spiediens telpā, kPa (var pieņemt, ka P₀ = 101 kPa).

m – degošas gāzes (DG) vai viegli uzliesmojošu šķidrumu (VUŠ) un degošu šķidrumu (DŠ) tvaika masa.

Aprēķina, izmantojot formulu m = V_aρ_gε,                                                      (3)                                     

kur ρ_g – benzola blīvums līdz sprādzienam (var pieņemt, ka ρ_g = 760 kg/m³).

 

z – koeficients, kas raksturo degošas vielas līdzdalību sprādzienā un ko var aprēķināt pēc gāzu un tvaiku attiecības telpā; z skaitliskās vērtības apkopotas 1. tabulā.

1. tabula

Degošu vielu koeficienta z vērtības

Degošās vielas veids	Koeficients z
Degošas gāzes, izņemot ūdeņradi	0,5
Viegli uzliesmojoši un degoši šķidrumi, sasildīti līdz uzliesmošanas temperatūrai un vairāk, izņemot AOS (augsttemperatūras organiskie siltumnesēji)	0,3
Viegli uzliesmojoši un degoši šķidrumi, kuru temperatūra zemāka par uzliesmojuma temperatūru, bet var izveidoties aerosols	0,3
Viegli uzliesmojoši un degoši šķidrumi, kuru temperatūra zemāka par uzliesmojuma temperatūru un aerosols izveidoties nevar	0

 

V_b – sprādziena izplatības tilpums, m³ 

Var pieņemt, ka V_b = 0,8V_ģ 

No situācijas apraksta V_ģ = 9000 m³

 

ρ_gt – gāzes vai tvaika blīvums (kg/m³) līdz sprādziena brīdim, ja temperatūra telpā ir t₀.

 

      Gāzes un tvaika blīvumu aprēķina pēc  formulas:

,                                                           (5)

 

kur M – molmasa, g/mol;

V₀ – moltilpums (V₀ = 22,413 l/mol);

 

t₀ – telpas temperatūra, °C.

 

C_st – DG vai VUŠ un DŠ tvaiku stehiometriskā koncentrācija apjoma procentos, kuru aprēķina pēc formulas:

 

,                                                                                   (6)

 

 kur β - stehiometriskais skābekļa koeficients degšanas reakcijā, ko aprēķina pēc formulas

.                                                                       (7)

Savukārt n_C, n_H, n_O, n_X ir ķīmisko elementu C, H, O un halogēnu (N, Cl, Br, J, F) atomu skaits degošās vielas molekulā.

 

k_n – telpas nehermētiskuma un degšanas reakcijas neadiabātiskuma ievērošanas koeficients. Var pieņemt k_n = 3.

                                                             

H_T – sadegšanas siltums, J/kg.

 

ρ_g – gaisa blīvums (kg/m³) līdz sprādziena brīdim, ja temperatūra telpā ir t₀ (var aprēķināt, izmantojot formulu (5).

 

C_p – gaisa siltumietilpība, J/(kg·K);

(var pieņemt, ka C_p = 1,01·10³ J/kg·K)

 

T₀ – sākotnējā gaisa temperatūra telpā, K.

 

2. tabula

Sprādziena sekas atkarībā no pārspiediena

 

Sekas	ΔP, kPa
Bojāgājušie 100%	800–500
Bojāgājušie 50%	500–350
Bojāgājušie 10%	300–200
Ēkas sagrāve	71,2
Dzelzceļa vagonu iznīcināšana	49,9
Vidēji bojājumi	16,4

 

3. tabula

Bojājumu raksturojums atkarībā no pārspiediena

Bojājums	Raksturojums	ΔP, kPa
Nelieli bojājumi	Vājāko būvju bojājumi Ķieģeļu būves	8 – 20 8 – 12
Vidēji bojājumi	Sagrautas vājākās konstrukcijas (logi, vitrīnas, durvis, stipri bojātas nesošās starpsienas) Dzelzsbetona ēkas un būves	12 – 30         20 – 30
Stipri bojājumi	Lielas deformācijas nesošajās konstrukcijās, lielas pārseguma daļas sagrāve	20 – 45
Pilnīga sagrāve	Būvju un iekārtu sagrāve Dzelzsbetona ēkas un būves Ķieģeļu būves	30 – 60 45 – 60   30 – 40

 

 

 

1. Sprādzienā izstarotās siltuma enerģijas aprēķināšana un sprādzienā izstarotās siltuma enerģijas seku noteikšana

 

 

  Lai aprēķinātu sprādzienā izdalīto siltuma enerģiju, izmanto šādu formulu:

.                             (8)

Apzīmējumi formulā (8)

E – sprādzienā izstarotā siltuma enerģija, kJ/m2.

 

m – degošas gāzes (DG) vai viegli uzliesmojošu šķidrumu (VUŠ) un degošu šķidrumu (DŠ) tvaika masa (kg). Var aprēķināt, izmantojot formulu (3).

 

L – attālums no sprādziena vietas, m.

 

T_spg – sprādziena temperatūra, K.

 

4. tabula

Sprādzienā izstarotās siltumenerģijas sekas

Sprādziena izstarotās siltumenerģijas sekas	Sprādziena izstarotā  siltumenerģija, kJ/m3
I pakāpes apdegumi	50–120
II pakāpes apdegumi	120–200
III pakāpes apdegumi	200–300
Deg koka elementi	400
Deg jumta elementi	710

 

 

1. Sprādzienbīstamu darba vietu zonu noteikšana

 

Lai izpildītu 3. darba uzdevumu, jāizmanto šādas formulas (9) gāzu, šķidrumu tvaiku sprādziena gadījumā un formula (10) putekļu sprādziena gadījumā.

 

                                    (9)

 

                                    (10)

 

Apzīmējumi formulās (9) un (10)

 

 R₁ – bīstamās zonas (pussfēras) rādiuss gāzu, šķidrumu tvaiku sprādziena gadījumā.

 R₂ – bīstamās zonas (pussfēras) rādiuss putekļu sprādziena gadījumā.

Pārējos apzīmējumus skat. iepriekš.

 

 

! Ja sprādzienbīstamā zona pārsniedz vairāk nekā 5% no kopējā ģeometriskā tilpuma V_ģ, tad visa ēka ir sprādzienbīstama zona.Lai to izdarīt jāaprieķina

 puslodes tilpums bīstamās zonas ar formulu V = 2/3πR³ un pēc tam salīdzinot ar  kopējo ģeometrisko tilpumu V_ģ