Определение условий самовозгорания 
Таблица п2.2. 2. пример расчета критической температуры. 3. пример расчета... Определение условий самовозгорания 
Таблица п2.2. 2. пример расчета критической температуры. 3. пример расчета...

Определение условий самовозгорания => Таблица п2.2. 2. пример расчета критической температуры. 3. пример расчета критического размера. 4. пример расчета...

 
Пожарная безопасность - главная
Написать нам
ГОСТы, документы

 

Пожарная безопасность ->  Методики ->  Определение условий самовозгорания -> 
1
2
3
4
текст целиком
 

Таблица П2.2

 

 

 

 

Размер r, м

Т0, К

M,

Дж × м × К

кг×моль

N,

Дж × м × К

кг×моль

E,

Дж/моль

Qk0/l, м×К/кг

0,0175

485

1,87 × 108

 

 

 

0,025

475

9,08 × 107

 

 

 

0,035

466

4,57 × 107

1,38 × 1022

128980

1,07 × 1017

0,05

456

2,19 × 107

0,07

446

1,08 × 107

 

 

 

0,10

436

5,12 × 106

 

 

 

 

10. Повторяя расчет по пп. 1-9 с величиной энергии активации Е = 128980, найдем новые значения энергии активации Е = 128950 Дж/моль и предэкспоненциального множителя Qk0/l = 1,05 × 1017 м × К/кг. Так как последние величины практически не отличаются от предыдущих, процесс итераций следует прекратить и за кинетические параметры реакции окисления хлопка принять Е = 128950 Дж/моль и Qk0/l = 1,05 × 1017 м × К/кг.

 

2. Пример расчета критической температуры

 

Рассчитать критическую температуру окружающей среды при транспортировании костной муки в железнодорожных вагонах. Вагон представляет собой параллелепипед шириной 2,75 м, длиной 15,7 м и высотой 2,7 м.

Исходными данными для расчета являются:

• плотность материала r = 660 кг/м3;

• коэффициент теплопроводности материала l = 0,14 Вт/(м × К);

• теплоемкость исследуемого материала с = 780 Дж/(кг × К);

• теплота реакции Q = 350000 Дж/кг;

• энергия активации реакции окисления Е = 50740 Дж/моль;

• предэкспоненциальный множитель Qk0/l = 2,46 × 108 м × К/кг.

1. Для заданной формы и размеров вагона определим в соответствии с прил. 1 величину критерия Франк-Каменецкого d0.

2. Отношение квадратов полувысоты вагона к эквивалентной сфере Франк-Каменецкого рассчитаем как для прямоугольного бруса по выражению (П10):

где

а, b, с - половины сторон бруса, а - наименьшая сторона;

р = b/a, q = с/а.

Подставляя p, q в эти равенства, получим:

3. Средний радиус эквивалентной сферы Семенова равен:

где V, S - объем и поверхность грузового пространства вагона.

4. На основании (П19) и двух последних выражений отношение квадратов радиусов эквивалентных сфер Франк-Каменецкого и Семенова составит

5. Фактор формы прямоугольного бруса по (П14) равен:

j = 3s - 1 = 3 × 0,962 - 1 = 1,89.

6. Согласно (П15) функция F(j) будет равна:

7. В соответствии с (П16) параметр d0 составит:

8. Подставим полученную величину d0 в формулу

вместо dкр и, решив ее относительно Т0, получим нулевое приближение для этой температуры, равное 260 К.

9. С помощью полученной величины рассчитаем:

- параметр, определяющий выгорание вещества;

- параметр, характеризующий реакцию окисления.

10. Так как для размеров упаковок, превышающих 1 м, j(Bi) » 1, безразмерное значение критического параметра Франк-Каменецкого, учитывающего выгорание вещества и свойства реакции горения, определим по формуле (15):

dкр = d0 (1 + 2,4g2/3) (1 + b) = 1,78 (1 + 2,4 × 0,0252/3) (1 + 0,043) = 2,23.

11. Решив уравнение (11) относительно температуры, получим Т0 = 263 К (или -10 °С). Следовательно, при перевозке костной муки в железнодорожных вагонах при температуре воздуха, превышающей -10 °С, возможно самовозгорание транспортируемого продукта.

 

3. Пример расчета критического размера

 

Рассчитать минимальный безопасный размер насыпи при транспортировании костной муки в железнодорожных вагонах.

Расчет проведем для верхней границы диапазона климатического перепада температур воздуха в средней полосе России, равной 40 °С, или 313 К.

Исходными данными для расчета критического размера являются:

• плотность упаковки материала r = 660 кг/м3;

• коэффициент теплопроводности материала l = 0,14 Вт/(м × К);

• теплоемкость исследуемого материала с = 780 Дж/(кг × К);

• теплота реакции Q = 350000 Дж/кг;

• энергия активации реакции окисления Е = 50740 Дж/моль;

• предэкспоненциальный множитель Qk0/l = 2,46 × 108 м × К/кг.

1. Выполнив расчет в соответствии с пп. 1-7 предыдущего примера, найдем, что d0 = 1,78.

2. Для температуры Т0 = 313 К вычислим параметры b и g по уравнениям (8) и (9):

3. Считая j(Bi) = 1, определим параметр dкр по формуле

dкр = d0 (1 + b) (1 + 2,4g2/3) = 1,78 (1 + 0,0513) (1 + 2,4 × 0,03582/3) = 2,36.

4. В первом приближении минимальный размер найдем из выражения (16):

5. По уравнениям (1) и (2) для полученного размера вычислим число Рэлея:

6. Коэффициент теплоотдачи a найдем по уравнению (4):

Вт/(м×К),

где теплопроводность воздуха определена по формуле (5):

lв = 6,98 × 10-3 + 6,41 × 10-5Т0 = 6,98 × 10-3 + 6,41 × 10-5 × 313 = 0,027 Вт/(м × К).

7. Вычислим критерий Био, соответствующий размеру и коэффициенту теплоотдачи для каждого образца:

8. Величина функции j(Bi), учитывающей интенсивность теплообмена образца с воздухом, для полученного значения Bi составит:

9. Критическое значение параметра Франк-Каменецкого будет равно:

dкр = d0j (Bi) (1 + b) (1 + 2,4g2/3) = 1,78 × 0,911 (1 + 0,0513) (1 + 2,4 × 0,03582/3) = 2,15.

10. По формуле (16) вычислим новое значение размера насыпи материала:

11. Сравнивая это значение r с его величиной, полученной в п. 5, видим, что учет интенсивности теплообмена практически не изменил значения критического размера. Перевозка костной муки в железнодорожных вагонах насыпью представляет опасность самовозгорания этого продукта.

 

4. Пример расчета времени индукции

 

Рассчитать время индукции при перевозке костной муки в вагоне при температуре 20 °С (293 К).

Исходными данными для расчета являются:

• температура перевозки материала Т0 = 293 К;

• критическая температура самовозгорания для заданного размера и формы упаковки материала Ткр = 263 К;

• фактор формы упаковки материала j = 1,11;

• размер упаковки r = 1,35 м;

• плотность упаковки материала r = 660 кг/м3;

• коэффициент теплопроводности материала l = 0,14 Вт/(м × К);

• теплоемкость исследуемого материала с = 780 Дж/(кг × К);

• теплота реакции Q = 350000 Дж/кг;

• энергия активации реакции окисления Е = 50740 Дж/моль;

• предэкспоненциальный множитель Qk0/l = 2,46 × 108 м × К/кг.

1. По температуре T0 вычислим параметры b и g с помощью формул (8) и (9):

2. По уравнениям (1) и (2) найдем число Рэлея:

3. Коэффициент теплоотдачи a определим по уравнению (4):

где теплопроводность воздуха рассчитана по формуле (5):

lв = 6,98 × 10-3 + 6,41 × 10-5Т0 = 6,98 × 10-3 + 6,41 × 10-5 × 293 = 0,026 Вт/(м × К).

4. Вычислим критерий Био, соответствующий размеру и коэффициенту теплоотдачи для каждого образца:

5. По формуле (11) рассчитаем параметр d, соответствующий температуре хранения Т0, и параметр dкр для критической температуры Ткр:

6. Вычислим относительное удаление от предела воспламенения:

и функции

7. Рассчитаем безразмерное время индукции:

t = f1 (D, g)f2 (j, Bi, D) (1 + 2b) = 1,1 × 0,924 (1 + 2 × 0,048) = 1,11.

8. Определим размерное время индукции tи (с) по формуле

 

5. Пример расчета критической температуры нагретой поверхности

оборудования для отложений веществ

 

Рассчитать критическую температуру наружной поверхности электрооборудования для отложений шламовой муки толщиной 1 см.

Исходными данными для расчета критической температуры отложений на нагретой поверхности оборудования являются:

• температура среды, в которой образуются отложения, Т0 = 300 К;

• толщина отложений h = 0,01 м;

• коэффициент теплопроводности материала l = 0,055 Вт/(м × К);

• теплоемкость исследуемого материала с = 1550 Дж/(кг × К);

• энергия активации реакции окисления Е = 66597 Дж/моль;

• удельное тепловыделение Q = 349637 Дж/кг;

• предэкспоненциальный множитель Qk0/l = 2,55 × 1013 м × К/кг.

1. Принимая в первом приближении величину критерия Bi = 4 и температуру нагретой поверхности оборудования тг равной 500 К, вычислим среднюю (между температурами нагретой поверхности и газового пространства) температуру Тср по формуле (22):

2. Рассчитаем комплекс g/аn и коэффициент теплопроводности воздуха по уравнениям (23) и (24):

lв = 6,98 × 10-3 + 6,41 × 10-5 Тср = 6,98 × 10-3 + 6,41 × 10-5 × 311 = 2,6915 × 10-2.

3. По найденным выше значениям определим другую величину критерия Био по выражению (25):

где С - коэффициент, равный 0,27 для горизонтальной пластины, обращенной горячей стороной вниз (принимаем в нашем случае как наиболее жесткий вариант).

4. Найденное в п. 3 значение Bi отличается от принятого в п. 1 более чем на 10 %. Подставим последнее значение Bi в формулы (22)-(25) и получим величину Bi = 1,15. Так как это значение отличается от предыдущего более чем на 10 %, подставим последнее значение Bi в формулы (22)-(25) и получим величину Bi = 1,14.

Так как последняя и предыдущая величины отличаются друг от друга менее чем на 10 %, в дальнейших расчетах используется величина Bi = 1,14.

5. Произведем вычисления по формулам (26)-(28):

а = 1 + 2,28 = 1 + 2,28 е-0,65 × 6,4113 = 1,0353;

6. Для температуры Тг определим параметры b, g и вычислим критическую величину d:

dкр = d(1 + b) (1 + 2,4g2/3) = 3,9326 (1 + 0,0624)(1 + 2,4 × 0,13832/3) = 6,86.

7. Подставим величину dкр в уравнение (11) и найдем новое значение температуры: Тг=544 К.

8. Используя это значение Тг, повторим расчет параметров по пп. 1-7. Найдем новое значение температуры: Тг = 549 К.

Используя это значение Тг, повторим расчет параметров по пп. 1-7. Найдем новое значение температуры: Тг = 549,5 К.

9. Так как предыдущее и последнее значения температуры отличаются друг от друга менее чем на 1 °С, за критическую температуру примем результат последнего расчета.

 

6. Пример расчета критической температуры среды в воздуховоде

для отложений материалов

 

Рассчитать критическую температуру газовой среды внутри воздуховода для отложений шламовой муки толщиной 1 см.

Исходными данными для расчета критической температуры отложений на нагретой поверхности оборудования являются:

• температура внутренней поверхности воздуховода Т0 = 300 К;

• толщина отложений h = 0,01 м;

• внутренний диаметр воздуховода D = 0,3 м;

• скорость движения среды в воздуховоде V = 1 м/с;

• коэффициент теплопроводности материала l = 0,055 Вт/(м × К);

• теплоемкость исследуемого материала с = 1550 Дж/(кг × К);

• энергия активации реакции окисления Е = 66597 Дж/моль;

• удельное тепловыделение Q = 349637 Дж/кг;

• предэкспоненциальный множитель Qk0r/l = 2,55 × 1013 К/м2.

1. Принимая в первом приближении величину критерия Био на холодной стенке слоя Bix = 4 и температуру газовой среды внутри воздуховода Тг равной 530 К, вычислим среднюю (между температурами холодной поверхности и газового пространства) температуру Тср по формуле (30):

2. Рассчитаем комплекс g/an и коэффициент теплопроводности воздуха по уравнениям (23) и (24):

lв = 6,98 × 10-3 + 6,41 × 10-5 Тср = 6,98 × 10-3 + 6,41 × 10-5 × 313 = 2,7043 × 10-2.

3. По найденным выше значениям определим другую величину критерия Био на холодной стенке по выражению (31):

Найденное значение Bix отличается от принятого ранее более чем на 10 %. Подставим последнее значение Bix в формулы (30), (23), (24), (31) и получим новую величину Bix = 1,71. Найденное значение Bix отличается от принятого ранее более чем на 10 %. Подставим последнее значение Bix в формулы (29), (23), (24), (30) и получим новую величину Bix = 1,69.

Так как последняя и предыдущая величины отличаются друг от друга менее чем на 10 %, в дальнейших расчетах используется величина Bix = 1,69.

4. Определим значение кинематической вязкости воздуха по выражению (32):

n = 7,87 × 10-11 + 5,01 × 10-8 Тср - 6,4 × 10-6 = 7,87 × 10-11 × 3262 + 5,01 × 10-8 ´

´ 326 - 6,4 × 10-6 = 1,8296 × 10-5.

5. Вычислим величину критерия Био на горячей стенке слоя по формуле (33):

6. Произведем вычисления по формулам (26), (27) и (34):

а = 1 + 2,28= 1 2,28е-0,65 × 6,5619 = 1,032;

7. Для температуры Тг определим параметры b, g и вычислим критическую величину d:

dкр = d (1 + b) (1 + 2,4g2/3) = 3,17(1 + 0,06613) (1 + 2,4 × 0,15542/3) = 5,72.

8. Подставим величину dкр в уравнение (11) и найдем новое значение температуры: Тг=537 К.

9. Используя это значение Тг, повторим расчет по пп. 1-8 и найдем новое значение температуры: Тг = 539 К.

Используя это значение Тг, повторим расчет по пп. 1-8 и найдем новое значение температуры: Тг = 539,9 К.

Так как предыдущее и последнее значения температуры отличаются друг от друга менее чем на 1 К, примем последнее значение за критическую температуру.

 

1
2
3
4
текст целиком

 

Краткое содержание:

МИНИСТЕРСТВО РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ ПО ДЕЛАМ ГРАЖДАНСКОЙ

ОБОРОНЫ, ЧРЕЗВЫЧАЙНЫМ СИТУАЦИЯМ И ЛИКВИДАЦИИ ПОСЛЕДСТВИЙ

СТИХИЙНЫХ БЕДСТВИЙ

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ «ВСЕРОССИЙСКИЙ ОРДЕНА

ПРОТИВОПОЖАРНОЙ ОБОРОНЫ»

МЕТОДИКА ОПРЕДЕЛЕНИЯ УСЛОВИЙ ТЕПЛОВОГО

САМОВОЗГОРАНИЯ ВЕЩЕСТВ И МАТЕРИАЛОВ

1. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ

1.1. Аппаратура

1.2. Подготовка и проведение испытаний

Таблица 1

Таблица 2

2. РАСЧЕТ УСЛОВИЙ ТЕПЛОВОГО ВЗРЫВА

2.1. Определение параметров кинетического уравнения реакции окисления

Таблица 3

Таблица 4

2.2. Расчет критической температуры

Таблица 5

2.3. Расчет критического размера

2.4. Расчет времени индукции

3. РАСЧЕТ КРИТИЧЕСКИХ УСЛОВИЙ ДЛЯ ОТЛОЖЕНИЙ

ГОРЮЧИХ МАТЕРИАЛОВ

3.1. Критическая температура отложений на нагретой поверхности оборудования

3.2. Критическая температура для отложений материала на стенках трубопровода

3.3. Критический размер отложений на нагретой поверхности оборудования

3.4. Критическая температура для отложений материала

в технологическом оборудовании

ПРИЛОЖЕНИЕ 1

1. Расчет критерия Франк-Каменецкого d0 для некоторых форм упаковок материалов

2. Пример расчета параметра d0 для бесконечного квадратного стержня

ПРИЛОЖЕНИЕ 2

1. Пример расчета кинетических параметров реакции окисления

Таблица П2.1

Таблица П2.2

2. Пример расчета критической температуры

3. Пример расчета критического размера

4. Пример расчета времени индукции

5. Пример расчета критической температуры нагретой поверхности

оборудования для отложений веществ

6. Пример расчета критической температуры среды в воздуховоде

для отложений материалов

7. Пример расчета критической температуры нагрева тепловой

изоляции технологического трубопровода

8. Пример расчета критического размера отложений вещества

на нагретой поверхности оборудования

9. Пример расчета критической температуры для отложений

веществ в технологическом оборудовании

ОГЛАВЛЕНИЕ

1. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ

2. РАСЧЕТ УСЛОВИЙ ТЕПЛОВОГО ВЗРЫВА

3. РАСЧЕТ КРИТИЧЕСКИХ УСЛОВИЙ ДЛЯ ОТЛОЖЕНИЙ ГОРЮЧИХ МАТЕРИАЛОВ

ПРИЛОЖЕНИЕ 1

ПРИЛОЖЕНИЕ 2

Рейтинг@Mail.ru