SuCpvPM

где Рер = 72 - число Пекле; Su - нормальная скорость горения; Cpv - удельная теплоёмкость, Дж/(кг-К); к - коэффициент теплопроводности исходной смеси, Вт/(м-К); Т - температура, К; Р - давление, Па; R - универсальная газовая постоянная, равная 8,31, Дж/(моль-К); М - молярная масса, кг/моль.

Максимальный экспериментальный безопасный зазор (БЭМЗ) рассчитывается по формуле

БЭМЗ=-. (59)

Относительная средняя квадратическая пофешность расчёта составляет 18 %.

Наибольшую длину цепи имеет фуппа -СН2-СН2-СН-СН3

В связи с этим аналогом является 2-метилбутан

СН3-СН2-СН-СНз, температура самовоспламенения которого

432 °С. Температура самовоспламенения изоамилового эфира изомасляной кислоты равна

= 0,8439 • 432 + 46,4 = 411 °С. Экспериментальное значение температуры самовоспламенения paBjp,-Р °С, относительная пофешность расчета равна 5,4 %.

2.4. Методы расчета критического диаметра огнегасящего канала и безопасного экспериментального максимального зазора

Расчёт критического диамефа dyp длинного цилиндрического огнегасящего канала производится по формуле

Pep>.RT

= , . (58)

2.15. Метод расчета максимальной скорости распространения пламени вдоль поверхности горючей жидкости

Максимальная скорость распространения пламени вдоль поверхности горючей жидкости вычисляется по формуле

Sl=(0,8 + 0,4aV).Su, (60)

где av - максимальная степень расширения продуктов горения, вычисляемая по п. 2.11; Su - максимальная нормальная скорость горения смеси паров жидкости с воздухом, вычисляемая по п. 2.12.

Пример. Рассчитать максимальную скорость распросфа-нения пламени вдоль поверхности бензола. Исходные данные: максимальная нормальная скорость горения смеси паров бензола с воздухом 0,45 м/с, максимальная степень расширения продуктов горения смеси паров бензола с воздухом 8,0.

Используя формулу (60), получаем:

Sl=(0,8+0,4 8,0) 0,45=1,8 м/с.

3. МЕТОДЫ РАСЧЕТА ПОКАЗАТЕЛЕЙ ПОЖАРОВЗРЫВООПАСНОСТИ АЭРОВЗВЕСЕЙ ТВЕРДЫХ ВЕЩЕСТВ

3.1. Исходные данные для расчета показателей пожаровзрывоопасности аэровзвесей твердых веществ

В настоящем разделе руководства рассматриваются методы расчета показателей пожаровзрывоопасности органических дис-персньЕХ материалов. Данные методы расчета были использованы применительно к комбикормовым и зерновым пьшям, а также к органическим химическим и биохимическим реактивам.

Для использования этих методов требуются исходные данные по исследуемым образцам материалов, а именно теплота сгорания вещества и элементный состав материала. При отсутствии этих сведений возможно экспериментальное определение указанных физико-химических характеристик вещества по известным методикам, либо использование обобщенных значений показателей, величина которых выбрана исходя из условий надежности результатов оценки пожаровзрывоопасности вещества.

Действие методов расчета распространяется только на органические вещества, в состав которых входят атомы С, Н, О, N, доля примесей других атомов в горючем веществе не должна превышать 6 % (масс), при этом в расчетах используется информация только об атомах С, Н, О, N, входящих в состав вещества. Например, в состав шрота подсолнечного (ГОСТ 11246) входят элементы С, Н, О, N, S в соотко цении соответственно, 41,72; 6,5; 2,8; 0,44 и 0,038 % (масс). Принимая во внимание, что содержание серы в веществе менее 6 % (масс), в дальнейшем рассматриваем шрот подсолнечный как вещество, в состав которого входят только атомы С, Н, О, N в указанном выше соотношении.

Для индивидуальных веществ молекулярная масса М определяется выражением

М = 12гпс+тн+16то+14mN , (61)

где Шс, Шн, то, т. - соответственно число атомов углерода, водорода, кислорода и азота, входящих в молекулу вещества.

Если структурная формула отсутствует (смеси индивидуальных веществ, полимеры, зерновые и комбикормовые пыли и т. д.) или о ней нет сведений, то молекула вещества моделируется набором атомов С, Н, О, N в количестве, вычисляемом следующим образом:

тс = -г; тн = С , mg =

Шы =

(62)

12 " 16 14

где Сс Сн, Со, Cn - содержание атомов С, Н, О, N в составе горючего материала, % (масс).

При этом количество атомов того или иного вида в молекуле (шс, тн,то, т) может быть дробным.

Пример 1. Определить величину М для аминоуксусной кислоты C2H5O2N.

По формуле (61) вычисляем:

М = 12-2 + 5 + 16-2 + 14-1 = 75. Пример 2. Определить количество атомов С, Н, О, N и молекулярную массу ячменя дробленого (ГОСТ 16470).

Исходные данные: содержание, С, Н, О, N в веществе соответственно 43,47; 6,0; 46,01; 3,1% (масс). По формулам (62) подучим:

43,47 „ 46,01 3,1

Шс = = 3,6; Шн = 6,0 ; Шо = = 2,9, Шм = - = 0,22 .

М = 12 3,6 + 6,0 +16 2,9 +14 0,22 = 98,6.

3.2. Метод расчета нижнего концентрационного предела распространения пламени

Величина нижнего концентрационного предела распространения пламени по аэровзвесям вычисляется по формуле

> ,HKnP=8 10V(-AH°,), (63)

где НКЛР - нижний концентрационный предел распространения пламени, г/м; теплота сгорания вещества, кДж/кг.

Относительная средняя квадратическая пофешность расчета по формуле (63) составляет 19 %.

Пример. Вычислить НКПР для шрота подсолнечного (ГОСТ 11246) и полистирола, теплота сгорания которых составляет соспьетсгвенно - минус 18,4-103 „ минус 42103 мДж/кг. Экспериментальная величина предела равна соответственно 40 г/мЗ и 20 г/мЗ.

Используя формулу (63), получаем:

для подсолнечного шрота

НКПР= 8 10 /(18,4 103) = 43 7 j,/m3,

для полистирола

HKnP=8 10V(4,2 10*) = 19 г/мЗ.

Относительная пофешность расчета для выбранных материалов составляет соответственно 9,2 и 5 %.

При отсутствии возможности использовать для оценки величины НКПР формулу (63), допускается полагать значение НКПР равным 40 г/мЗ - для зерновых и комбикормовых пы-лей и 15 г/мЗ - для органических химических и биохимических реактивов.

3.3. Метод расчета максимального давления взрыва

Величина максимального избыточного давления взрыва аэровзвесей Рах > находившихся первоначально в нормальных

Р°,, =0,34-Су-С,-101,3,

(65)

Су = 2000 + 24,4 С, (Q -С5)/(С, - С3)-С4/С3;

С, = 1 + (шо + niN +1/2 тн)/9,бр Б ;

Сз = Шс + 1/2 Шн + 1/2 + 3,8р;

Сз = 53тс +23тн +14тм +110р;

С4 (0,83тс + 0,33тн + 0,24mN + 1,8р)-10;

С5 = 8,5(7,6тс + 19,2тн -4,Зто -4,3тм)/р + 255;

Сб=8,5.10-з(дН°,)-М/р;

где М - молекулярная масса, рассчитываемая по формуле (61); р - стехиометрический коэффициент кислорода:

р = тс+(1/4)тн-(1/2)то. (66)

Относительная средняя квадратическая погрешность расчета по формуле (64) составляет 23 %.

При разработке систем пожаровзрывозащиты производства, когда расчетное значение показателя соответствует результатам крупномасштабных огневых испытаний, рекомендуется использовать оценку показателя Рщах "° формуле

Ртах = PSax • (67)

При отсутствии возможности расчета показателя по формуле (64) допускается принимать значение Р,.,,;;, равное 1,2 МПа.

Пример 1. Рассчитать максимальное даление взрыва аэровзвеси мелкодисперсного шрота подсолнечного (ГОСТ 11246). Экспериментальное значение показателя составляет 532 кПа.

Исходные данные (см. приложение): Шс =3,5; т„ =6,5; то=2,8; Шм =0,44; (-АН°г)=18,4-103 кДж/кг.

Рассчитьшаем вспомогательные коэффициенты формулы (65): .

М = 12-3,5 + 6,5 + 16-2,8 + 14-0,44 = 99,5;

р = 3.5+ 6,5/4-2,8/2 = 3,73; Ci = 1 + (2,8 + 0,44 + 6,5/2)/(9,6 3,73) = 1,18; Сг = 3,5 + 6,5/2 + 0,44/2 + 3,8 • 3,73 = 21; Сз = 53 • 3,5 + 23 • 6,5 +14 • 0,44 + ПО • 3,73 = 748;

С4 = (0,83-3,5+ 0,33-6,5+ 0,24-0,44+ 1,8-3,73)-10 =1,2-10*; Сз = 8,5 • (7,6 • 3,5 +19,2 • 6,5 - 4,3 • 2,8 - 4,3 0,44)/3,73 + 255 = 570; Сб = 8,5 • 10-3 . 4 . jqsJ. 995/3 73 = 42 10;

Cj = 2000+ 34,4 21(4,2 10 - 570J/(l,18 • 748) -1,2 10V748 = 2503. Отсюда в соответствии с формулами (65, 64) следует: Р =0,34-2503-1,18-101,3 = 903 кПа; Ртах = 0,7 • 903 = 632 кПа. Относительная ошибка расчета равна 18 %. Рекомендуемое значение параметра ддя разработки систем взрьшозащиты

Ртах = PLx = 903 кПа.

Пример 2. Рассчитать максцмальное давление взрыва аэровзвеси мелкодисперсного полистирола. Химическая формула элементарного звена -CgHg. Теплота сгорания (-АН°г)=

= 42-103 кДж/кг. Экспериментальное значение показателя 610 кПа.

Рассчитываем вспомогательные коэффициенты формулы

(65):

М = 12-8 + 8 + 1б-0 + 14-0 = 104; р = 8 + 8/4-0/2 = 10;

Ci = 1 + (О + О + 8/2)/(9,6 • 10) = 1,04;

Cj =8 + 8/2 + 0/2 + 3,8-10 = 50;

условиях (начальное давление воздуха 101,3 кПа, начальная температура аэровзвеси 25 °С), вычисляется по формуле

Ртах =0,7-Р,,, (64)

где Pj„aj( - максимальное давление взрыва аэровзвеси, кПа;

Ртах максимальное давление взрыва, рассчитанное в предложении адиабатичности процесса горения и отсутствии диссоциации продуктов горения, кПа.

Величина Р" рассчитывается по формуле