Характеристики горючих газов и их смесей с воздухом

Вещество	, кг/м^3	, МДж/кг	НКПВ…ВКПВ, % объемные	, % объемные
Ацетилен	1,18	48,2	2,5…81,0	7,41
Бутан	2,67	45,8	1,8…9,1	2,99
Водород	0,089	120,0	4,0…75,0	28,57
Метан	0,72	50,0	5,0…16,0	9,09
Пропан	2,01	46,4	2,1…9,5	3,85
Пропилен	1,88	45,8	2,2…10,3	4,26
Этан	1,36	47,4	2,9…15,0	5,41
Этилен	1,26	47,2	3,0…32,0	6,25

Примечание: – плотность горючего вещества при нормальных условиях, – удельная теплота сгорания горючего вещества, - стехиометрическая концентрация горючего вещества.

Данные по энергии ударной волны позволяют провести приближенное сравнение ее поражающего действия для взрывов ГВС и конденсированных ВВ, используя величину тротилового эквивалента по ударной волне. Предполагаем, что разрушения одинаковы при равных энергиях, идущих на образование ударных волн:

,

(1.21)

где 0,4 и 0,9 – доли энергии взрывов ГВС и конденсированных ВВ соответственно, расходующихся на образование ВУВ; – массы горючего вещества в облаке ГВС и тротила; – удельные теплоты сгорания горючего вещества и взрыва тротила; – доля горючего вещества в облаке ГВС, участвующей во взрыве: для открытого пространства принимают , для помещений .

Тогда тротиловый эквивалент взрыва ГВС по ударной волне:

.

(1.22)

При оценке поражающего действия ВУВ взрыва ГВС с помощью - диаграмм расчет избыточного давления и импульса фазы сжатия производят по формулам, полученным на основе данных экспериментов и аварийных взрывов.

Режим взрывного превращения (дефлаграция или детонация) зависит от характеристики окружающего пространства (табл. 1.10), свойств горючего вещества (табл. 1.11) и определяется с помощью экспертной таблицы 1.12.

Т а б л и ц а 1.10

Классификация окружающего пространства по видам в соответствии

Со степенью его загроможденности

Вид	Характеристика окружающего пространства
	Наличие длинных труб, полостей, каверн, заполненных горючей смесью, при сгорании которой возможно ожидать формирование турбулентных струй продуктов сгорания с размером не менее трех размеров детонационной ячейки данной смеси
	Сильно загроможденное пространство: наличие полузамкнутых объемов, высокая плотность размещения технологического оборудования, лес, большое количество повторяющихся препятствий
	Среднезагроможденное пространство: отдельно стоящие технологические установки, резервуарный парк
	Слабо загроможденное и свободное пространство

Как следует из приведенных данных, только в загроможденных помещениях, когда образуются завихрения и струи горящей смеси, способствующие ее турбулизации, возможен переход горения некоторых веществ в режим детонации. В свободном пространстве взрыв ГВС протекает в режиме дефлаграции.

Т а б л и ц а 1.11

Классификация горючих веществ по степени чувствительности

К детонации

Класс горючего вещества	Горючее вещество
1 – особо чувствительные вещества, размер детонационной ячейки менее 2 см	Ацетилен, водород, гидразин, окись этилена, окись пропилена
2 – чувствительные вещества, размер детонационной ячейки 2-10 см	Акролеин, бутан, бутилен, пропан, пропилен, этан, этилен
3 – среднечувствительные вещества, размер детонационной ячейки 10-40 см	Ацетон, бензин, гексан, октан, сероводород, метиловый и этиловый спирты
4 – слабочувствительные вещества, размер детонационной ячейки более 40 см	Аммиак, бензол, дизтопливо, дихлорэтан, керосин, метан, фенол

 

Т а б л и ц а 1.12

Экспертная таблица для определения режима взрывного превращения

Класс горючего вещества	Вид окружающего пространства

Примечание: режим 1 – детонация, скорость фронта пламени 500 м/с; режим 2 – дефлаграция 300 500 м/с; режим 3 – дефлаграция 200 300 м/с; режим 4 – дефлаграция 150 200 м/с; режим 5 – дефлаграция м/с; режим 6 – дефлаграция м/с, где – масса горючего вещества в облаке ГВС, кг.

При определении параметров взрывной волны: избыточного давления и импульса фазы сжатия используется свойство подобия взрывов и расчет ведется через безразмерные параметры.

Безразмерные избыточное давление и импульс зависят от безразмерного расстояния и вычисляются по формулам:

в случае детонации:

при 0,2 24	;	(1.23а)
	;	(1.23б)
при	; ;	(1.23в)

в случае дефлаграции:

при	;	(1.24 а)
	;	(1.24 б)
при	; ,	(1.24 в)

где ; – расстояние от центра облака до объекта, м; Па; – энергозапас облака ГВС, Дж (если облако ГВС лежит на земле, величина удваивается); – масса горючего вещества в облаке ГВС, кг (если величина неизвестна, ее определяют по объему облака, принимая концентрацию горючего вещества равной НКПВ); – удельная теплота сгорания горючего вещества, Дж/кг; – скорость фронта пламени, м/с.

Размерные избыточное давление в ВУВ и импульс фазы сжатия рассчитываются с помощью выражений:

, ,

(1.25)

где – избыточное давление в ВУВ, Па; – импульс фазы сжатия, Па·с.

Взрыв газовоздушной и пылевоздушной смесей в помещении. При воспламенении газовоздушных и пылевоздушных смесей в помещении взрыв происходит, как правило, в режиме дефлаграции (хотя полностью исключить детонацию нельзя). Развитие взрывного процесса возможно при достижении концентрации горючего вещества НКПВ. Для горючих газов эти данные приведены в табл. 1.9, а для пыли с размером частиц менее 100 мкм рассчитываются с помощью выражения:

НКПВ=0,8/ ,

(1.26)

где НКПВ измеряется в кг/м³; – удельная теплота взрыва пыли (табл. 1.13), МДж/кг.

Т а б л и ц а 1.13