Плотности энерговыделения
Опасность статического электричества при электризации жидких углеводородов можно оценить, зная величину электрического заряда. При увеличении плотности электрического заряда напряженность поля может достигнуть такой величины, при которой произойдет электрический пробой. Величина электрического заряда, соответствующая пробою диэлектрика (нефтепродукта), будет предельной, больше которой не может быть плотность электрического заряда в трубопроводе. Предельная величина электрического заряда в трубопроводе прямо пропорциональна относительной диэлектрической проницаемости жидкости, пробивной напряженности электрического поля и обратно пропорциональна диаметру трубопровода. Увеличение диаметра трубы приводит к уменьшению предельной величины заряда статического электричества. При увеличении времени выдержки жидких углеводородов под напряжением предельная величина заряда уменьшается. С увеличением площади поверхности электродов предельная величина заряда жидкого диэлектрика снижается при постоянном напряжении. Предельная величина заряда очищенных диэлектриков сильно зависит от давления. При возрастании давления предельная величина заряда увеличивается.
Для нефтебазовых операций характерно образование электрических зарядов в насосах, фильтрах и т. д. Поэтому при входе жидкости в трубопровод в ней может содержаться начальный объемный заряд q0, наличие которого может повлиять на распределение плотности электрического заряда по длине трубопровода. Для решения задачи необходимо также задать условия образования электрического заряда на стенке трубопровода.
Выражение (2.40) определяет закон изменения объемной плотности электрического заряда по длине трубопровода и по радиусу трубы. Сила тока электризации
Из уравнений (2.53) и (2.54), описывающих изменение объемной плотности электрического заряда по длине трубопровода, следует, что при х = 0 р = ро, а при к -»• со
С учетом последнего выражения изменение плотности электрического заряда по длине трубопровода можно представить в виде;
Так же как и для плотности электрического заряда, силу тока электризации можно представить в виде:
При увеличении плотности электрического заряда в трубопроводе напряженность поля может достигнуть такой величины, при которой произойдет электрический пробой. Величина электрического заряда, соответствующая пробою диэлектрика, будет предельной. Больше этой величины плотность электрического заряда в трубопроводе быть не может.
Наибольшая напряженность электрического поля в трубопроводе будет при наибольшей величине плотности электрического заряда и при r=R:
Рис. 9. График зависимости предельной объемной плотности электрического заряда рт от диаметра трубопровода D
По данным расчета построен график зависимости наибольшей плотности электрического заряда в зависимости от диаметра трубопровода (рис. 9),
4 Формула (2.83) выражает изменение объемной плотности электрического заряда по длине стального трубопровода без внутреннего изоляционного покрытия. По этой формуле определяют изменение электрического заряда в трубопроводе со слоем изоляционного покрытия, когда оно не оказывает влияния на скорость утечки заряда на заземленную стенку трубы.
(V — объем сферы; р — плотность среды). При делении обеих цастей двух последних уравнений на начальную энергию сферы получается выражение для плотности энерговыделения:
Имеются сообщения, что из 71 случая взрывов паровых облаков только три были связаны с водородом. Как уже отмечалось, в СССР из 150 промышленных взрывов 27 связаны со взрывами водорода и только в замкнутых объемах помещений. Крупных взрывов водорода в открытой атмосфере не зарегистрировано. По сравнению с ежегодным мировым объемом производства водорода (1200 км3) число его взрывов в виде неорганизованного облака невелико, что также обусловлено его свойствами. При аварийных сбросах водорода в атмосферу вследствие низкой его плотности (0,09 кг/м3) образование облака значительной массы в наземных слоях атмосферы оказывается редким явлением. Вместе с тем феноменальные взрывоопасные свойства — широкий интервал концентрационных пределов воспламенения [4—74% (об.)], низкое минимальное содержание кислорода в смеси (5% в отличие от углеводородных газов —11%), высокая скорость горения (2,67 м/с), низкий уровень энергии зажигания смеси (0,017 МДж; для углеводородов — 0,24 МДж) — способствуют, быстрому воспламенению (самовоспламенению) смесей в начальной стадии истечения водорода в атмосферу до образования больших масс газовых смесей. Однако вследствие высокой объемной плотности энерговыделения водородовоздушных смесей даже в небольших замкнутых объемах помещений взрывы их оказываются весьма разрушительными. Следует полагать также, что опасность взрывов водорода в незамкнутых объемах значительно выше при аварийных выбросах жидкого водорода или внезапных единовременных выбросах больших масс газообразного водорода.
В промышленных условиях опасными считаются все вещества и их смеси, при разложении которых выделяется тепло. Способность веществ к термическому разложению определяется прежде всего строением их молекул, что не всегда учитывается при разработке процессов, поэтому при эксплуатации производств часто допускается образование и накопление большого количества нестабильных соединений в технологических системах, не всегда выбираются оптимальные режимы, исключающие взрывы этих веществ. Основные типичные ВВ и их физико-химические характеристики приведены в табл. 2.1. Эти характеристики ВВ являются определяющими показателями их чувствительности и разрушающей способности^ Так, по хими-ческ^мустр_оению вещества нетрудно качественно определить его На§и]пьно?№ и склонность к взрывчатому разложению. По удел^дой_теплоте_химического разложения и скорости реакций могут быть определены такие параметры, кйТэнергия взрыва, тротиловый эквивалент, плотность энерговыделения на единицу "объёма и удельная скорость энерговыделения (мощность) . Вещества, близкие по плотности энерговыделения, генерируют подобные ударные волны соответствующей разрушающей способности. Существует также зависимость давления детонации от объемной плотности энерговыделения.
Несмотря на различие в химическом строении приведенных в таблице ВВ и большой разброс показателей их взрывчатых свойств, наблюдается равенство (сходимость) отношений плотности энерговыделения к давлению детонации, которые численно близки и находятся в весьма узком интервале 0,260—0,344. Вещества, приведенные в таблице, вследствие высокой плотности их энерговыделения генерируют практически идеальные и подобные ударные волны, хотя и различной разрушающей способности. Свойства ударных волн, генерируемых подобными источниками, могут быть определены на основании знания единственного параметра — суммарного энерговыделения без учета его плотности и мощности источника.
Трихлорид азота NCls относится к нестабильным соединениям азота. При нормальных условиях он представляет собой жидкость с температурой кипения 71 °С и плавления —40 "С, плотностью 1633 кг/м3. В чистом виде взрывается при 93 °С как в жидком, так и в парообразном состоянии. По сообщениям различных авторов, энергия взрывчатого разложения составляет «1340 и 1850 кДж/кг, что примерно в 3 раза меньше энергии взрыва ТНТ. Вследствие более низкой объемной плотности энерговыделения при взрывчатом разложении NC13 избыточное давление взрыва составляет 536 МПа, что примерно в 80—50 раз меньше максимального давления, которое достигается при детонации типичных ВВ; при разложении 1 кг трихлорида азота выделяется «370 м3 газов. Поэтому бризантность (мощность) NC13 несколько ниже бризантности черного пороха. Однако взрывы трихлорида азота ripH накоплении его в технологической аппаратуре в значительных количествах могут вызывать разрушения с выбросом в атмосферу жидкого хлора. Следует учитывать и высокую чувствительность М€Ц к источникам инициирования — удару и трению, нагреванию, воздействию солнечного света. Он способен взрываться при контакте с некоторыми органическими и неорганическими веществами, иодом, фосфо-
Следует отметить, что, несмотря на сравнительно небольшую энергию взрыва, разрушения оказались ощутимыми и опасными вследствие высокой плотности энерговыделения, обусловливающей локальные тяжелые повреждения конструктивных элементов зданий. Подобные взрывные явления опасны для жизни людей (обслуживающего персонала) вследствие, возможного поражения осколками разрушающихся оболочек и вторичных поражающих факторов при обрушениях зданий и других строительных конструкций.
опасной среды. Если плотность газовых сред на три порядка меньше плотности конденсированных ВВ, то примерно на четыре порядка оказываются меньше давление взрыва, удельная плотность энерговыделения и другие параметры, характеризующие разрушающую способность ударных волн при одинаковых значениях тротилового эквивалента. Отношение плотности энерговыделения qv к давлению взрыва Рмакс для близких по химическому строению веществ практически одинаково, как это видно из табл. 4.1. Этим можно еоспользоваться для ориентировочного определения давления взрыва горючих смесей различного состава, так как в реальных условиях не всегда имеются необходимые исходные данные для расчета давления и других параметров ударных волн. Ниже приведены значения этого соотношения для различных классов химических соединений, которые соответствуют значениям соотношения для смесей паров этих веществ с воздухом:
Избыточное давление взрыва, в частности в технологических процессах окисления горючих веществ кислородом и хлорирования, может быть ориентировочно определено непосредственно по значениям объемной плотности энерговыделения смесей горючих газов (паров) с воздухом, кислородом или другими окислителями в широком интервале концентраций.
При оценке чувствительности веществ к источникам инициирования взрыва следует учитывать и конкретные производственные условия, при которых реальная энераия инициирований взрыва одного и того же вещества может существенно отличаться от стандартизованной. Так, для близких по химическому строению веществ чувствительность их к источникам зажигания существенно возрастает с повышением плотности энерговыделения смеси. Приведённые в справочной литературе показатели, характеризующие чувствительность веществ к источникам инициирования взрыва, не следует принимать за абсолютную истину для всех случаев. Необходимо определять эти показатели с учетом реальных технологических процессов и моделей возникновения аварийных ситуаций и развития аварий.
При реальных аварийных катастрофических выбросах парогазовых и жидких горючих сред в атмосфере образуются неорганизованные облака больших объемов, содержащие мелкодисперсную жидкость, что обусловливает дополнительную неоднородность концентраций горючих веществ в различных локальных зонах. В общем случае при аварийных интенсивных выбросах горючих жидкостей из технологических систем зоны мелкодисперсной распыленной жидкости в воздухе образуются в областях, близких к источникам выброса. В этих объемах концентрация горючего вещества может превышать ВКПВ и соответственно будут достигаться максимальные значения объемной плотности энерговыделения, давления взрыва и других параметров ударных волн. По мере удаления от источника выброса концентрация вещества (паров) в воздухе будет снижаться до минимальных значений1 (НКПВ), что повлечет за тобой также снижение плотности энерговыделения и т. д.
Если предположить', что' при взрыве такой бомбы вся масса этиленоксида в виде паров равномерно перемещалась во всем объеме облака (600 м3), то ее концентрация в^воздухе окажется меньшей НКПВ; ВКПВ [80% (об.)] соответствует плотности смеси 1,83 кг/м3 и плотности энерговыделения 0,821 МДж/м3. Стехиометрическому же соотношению перемешенной смеси паров с воздухо'м соответствуют концентрация этиленоксида 28,6% (об.) и плотность энерговыделения 3,802 МДж/м3, а при <7макс = 4 максимальное избыточное давление взрыва составляет-0,99 МПа, что в два раза меньше давления, достигаемого при взрыве указанной бомбы с жидким топливом.
 Читайте далее:
 Проведение технического
Проведение внеочередного инструктажа
Проведении экспертизы
Проведении газосварочных
Применение дистанционного управления
Проведении лабораторных
Проведении подготовительных
Проведении противопожарных
Плотность ионизации
Проведении технологического
Проведению ремонтных
Проведенных экспериментов
Проведено испытание
Проверяется соответствие
Проверяет соответствие
|
