Помощь в написании студенческих работ
Антистрессовый сервис

Разработка методики определения коэффициента диффузии паров пожароопасных жидкостей в воздухе

ДиссертацияПомощь в написанииУзнать стоимостьмоей работы

Часто на промышленных объектах ЛВЖ и ГЖ находятся в замкнутых объемах либо по технологическим соображениям, либо появляются в результате аварийного разлива. Процесс их испарения, образование горючей среды над поверхностью испарения в замкнутых и смежных с ними объемах, повторное формирование взрывоопасной среды после вентиляции технологических аппаратов и помещений обусловлены переносом паров… Читать ещё >

Разработка методики определения коэффициента диффузии паров пожароопасных жидкостей в воздухе (реферат, курсовая, диплом, контрольная)

Содержание

  • Глава 1. Анализ состояния вопроса, цель и задачи исследования
    • 1. 1. Современные подходы к анализу горючести паровоздушной среды при обеспечении пожарной безопасности
    • 1. 2. Процесс испарения жидкости и кинетика образования паровоздушных концентраций
    • 1. 3. Анализ существующих методов определения коэффициентов диффузии паров
    • 1. 4. Роль коэффициента диффузии паров ЛВЖ и ГЖ в задачах пожарной безопасности. Цель и задачи исследований
  • Глава 2. Методика проведения исследований
    • 2. 1. Теоретические предпосылки
    • 2. 2. Исследуемые вещества
    • 2. 3. Экспериментальная установка
    • 2. 4. Порядок подготовки и проведения опытов
    • 2. 5. Методика обработки экспериментальных данных
    • 2. 6. Погрешности при определения темпа насыщения
  • Глава 3. Экспериментальные результаты и их обсуждение
    • 3. 1. Экспериментальные данные, полученные на известной лабораторной установке, и их анализ
    • 3. 2. Влияние конвективных возмущений на процесс диффузионного насыщения паровоздушного пространства
    • 3. 3. Попоавка Стебана, её ооль пои учёте конвективной составляющей
  • А 1 / 1 IV
  • ЗА Экспериментальные данные, полученные на модифицированной лабораторной установке, и их анализ
    • 3. 5. Влияние конденсации на процесс диффузионного насыщения паровоздушного пространства
    • 3. 6. Выбор оптимальных условий проведения опытов и их экспериментальная проверка
  • Глава 4. Методика определения коэффициента диффузии паров пожароопасных жидкостей в воздухе
    • 4. 1. Способ и устройство
    • 4. 2. Методика проведения испытаний и обработки экспериментальных данных

На современном этапе широко применяются легковоспламеняющиеся (ЛВЖ) и горючие (ГЖ) жидкости, которые представляют явную пожарную опасность. Пожары, связанные с производством,/хранением и переработкой этих жидкостей, наносят значительный ущерб жизни и здоровью людей, уничтожают материальные ценности и негативно влияют на экологию. В сложившихся экономических условиях часто имеют место случаи нарушения технологии производства, хранения и перевозки пожароопасных жидкостей, которые приводят к их фальсификации и отклонениям по показателям пожарной опасности от требований стандартов. С каждым годом растет количество новых жидкостей, состав которых часто преднамеренно скрывается фирмами-изготовителями, что приводит к невозможности определения их фактической степени пожарной опасности. Существенная доля ЛВЖ и ГЖ приходится на продукты нефтепереработки и углеводородные топлива, которые являются сложными многокомпонентными смесями, что так же осложняет оценку их пожарной опасности и необходимой степени противопожарной защиты того или иного промышленного объекта.

Учитывая изложенное, существует необходимость постоянного совершенствования нормативно-технической базы, необходимой для контроля и профилактики пожаров и загораний, связанных с применением ЛВЖ и ГЖ, со стороны органов государственной противопожарной службы.

В вопросах, связанных с обеспечением пожарной безопасности объектов, на которых применяются ЛВЖ и ГЖ, работа ведется по следующим основным направлениям: предотвращение возможности образования горючей средыисключение возможных источников зажиганияв случае возникновения пожара — ограничение его размеров, принятие необходимых мер для его локализации и ликвидации. Данная диссертационная работа относится к области, связанной с 5 прогнозированием процессов испарения ЛВЖ и ГЖ и образованием горючей паровоздушной среды.

Часто на промышленных объектах ЛВЖ и ГЖ находятся в замкнутых объемах либо по технологическим соображениям, либо появляются в результате аварийного разлива. Процесс их испарения, образование горючей среды над поверхностью испарения в замкнутых и смежных с ними объемах, повторное формирование взрывоопасной среды после вентиляции технологических аппаратов и помещений обусловлены переносом паров от поверхности жидкости и смешиванием их с воздухом. Определяющим фактором процесса образования паровоздушных концентраций является молекулярный перенос, обусловленный диффузией паров в воздухе.

В настоящее время существуют различные модели для описания процессов молекулярного переноса, в которые входит коэффициент диффузии паров пожароопасных жидкостей в воздухе. Однако справочные данные по коэффициентам диффузии имеются не по веем ЛВЖ и ГЖ и практически отсутствуют по их смесям. Особенно сложно рассчитать коэффициенты диффузии углеводородных топлив, так как они представляют собой сложную многокомпонентную смесь.

В действующих нормативно-технических документах по категорированию помещений по взрывопожароопасности и по расчету паровоздушных концентраций, образующихся в результате испарения ЛВЖ и ГЖ, в основном используются эмпирические зависимости, в которые коэффициент диффузии паров вообще не входит. С помощью них оценивается только конечное состояние паровоздушной среды, которое наступает через длительный промежуток времени. Однако горючие паровоздушные концентрации могут образовываться практически сразу при разливе и испарении ЛВЖ, при эксплуатации аппаратов с переменным уровнем жидкости, температурой и давлением. Затруднения в применении имеющихся моделей для расчета паровоздушных концентраций, с учетом динамики их образования, вызваны отсутствием стандартизованной методики определения коэффициентов 6 диффузии паров ДВЖ и ГЖ в воздухе, особенно для жидкостей сложного состава, что существенно снижает качество прогноза образования взрывоопасных зон при разработке противопожарных мероприятий, проведении пожарно-технических экспертиз и выявлении причин произошедших пожаров.

Проведенный анализ существующих методов показал, что наиболее простым и доступным является экспериментальный метод определения коэффициента диффузии по кинетике насыщения замкнутого объема парами испаряющейся жидкости (метод проф. А. С. Ирисова), который был разработан для исследования процессов испарения в поршневых двигателях, но использовался, в основном, применительно к расчету потерь от испарения в нефтехимической промышленности. Данный метод наряду с достоинствами имеет существенный недостаток, вызванный использованием в расчетной формуле по определению коэффициента диффузии постоянной установки, которой фактически не существует, что сужает область применения метода и существенно снижает точность экспериментальных результатов. Д. т. н., профессором Киселевым Я. С. вместо постоянной установки была предложена модель, в которой учтены геометрические размеры испарительной камеры и введен относительный градиент концентрации паров.

Цель данной диссертационной работы состояла в разработке методики определения коэффициента диффузии паров пожароопасной жидкости в воздухе. За прототип был выбран метод определения коэффициента диффузии по кинетике насыщения замкнутого объема парами испаряющейся жидкости, заключающийся в регистрации избыточного давления в замкнутом объеме во времени, вычислении по полученным данным темпа насыщения, а затем коэффициента диффузии паров.

Предварительные исследования, проведенные на известной лабораторной установке с использованием модели проф. Киселева Я. С., приводили к тому, что отклонения расчетных значений коэффициентов диффузии от справочных составляли 50% и более. Анализ этого явления показал, что в ходе проведения 7 опытов при испарении жидкости возникают искажающие факторы, основными из которых являются конвективные возмущения, ускоряющие процесс насыщения, и частичная конденсация паров на внутренних стенках замкнутого объема, замедляющая его, а так же влияющие на значение относительного градиента концентрации паров. Данные факторы в принятой диффузионной модели проф. Киселева Я. С. не учитываются, что затрудняет ее применение для расчетов коэффициента диффузии.

На основании предварительных исследований было показано, что конвективные возмущения существенно зависят от высоты паровоздушного пространства и давления насыщенных паров жидкости. Их влияние на известной лабораторной установке исключить не удалось. Однако были определены условия проведения эксперимента, при которых влияние конвективных возмущений на процесс насыщения паровоздушного пространства парами жидкости являлось бы минимальным.

По результатам данных исследований сконструирована и изготовлена модифицированная лабораторная установка, основным ее отличием от ранее существующей явились определенные геометрические размеры испарительной камеры. Основную часть исследований проводили на модифицированной лабораторной установке, основной задачей которых явился поиск оптимальной высоты паровоздушного пространства испарительной камеры, при которой влияние искажающих факторов можно было бы учесть в расчетной формуле по определению коэффициента диффузии паров.

По результатам проведенных исследований найдены оптимальные размеры испарительной камеры и определены условия проведения опытов, при которых конвективные возмущения можно корректно учесть в расчетной формуле через давление насыщенных паров жидкости, а конденсациюзначением относительного градиента концентрации, постоянным для различных жидкостей.

В результате работы разработана методика определения коэффициента диффузии паров жидкостей в воздухе, включающая требования к лабораторной 8 установке, последовательность проведения опытов и порядок обработки экспериментальных данных с помощью ПЭВМ. 9.

Заключение

.

По результатам проделанной работы можно сделать следующие выводы: 1. Исследована кинетика насыщения свободного пространства замкнутого объема в испарительной камере лабораторной установки парами испаряющейся жидкости. Показано, что процесс насыщения определяется главным образом молекулярной диффузией паров в воздухе. Искажающими факторами являются конвективные возмущения и частичная конденсация паров на внутренних стенках замкнутого объема. Несмотря на наличие искажающих факторов, процесс насыщения паровоздушного пространства описывается экспоненциальным законом с переменным значением относительного градиента концентрации, входящего в показатель экспоненты.

2. Показано, что конвективные возмущения, ускоряющие процесс насыщения и увеличивающие численное значение относительного градиента концентрации, зависят от давления насыщенных паров, геометрических характеристик испарительной камеры, а также условий проведения опытов. Определены геометрические размеры испарительной камеры и условия проведения опытов, позволяющие корректно учесть конвективные возмущения через давление насыщенных паров.

3. Оценено влияние конденсации паров на стенках испарительной камеры на процесс насыщения замкнутого объема парами испаряющейся жидкости. Показано, что конденсация уменьшает численное значение относительного градиента. Определены условия, при которых относительный градиент для различных жидкостей является величиной постоянной.

4. На основании обобщения результатов исследований разработан способ и устройство, позволяющие определять коэффициент диффузии паров жидкости по кинетике насыщения замкнутого объема парами испаряющейся жидкости.

5. Разработана методика определения коэффициента диффузии предлагаемым способом, включающая последовательность проведения испытаний и порядок математической обработки экспериментальных данных с помощью ПЭВМ.

Показать весь текст

Список литературы

  1. НПБ 105−95. Определение категории помещений и зданий по взрывопожарной и пожарной опасности.
  2. ГОСТ 12.1.044−89. Пожаровзрывоопасность веществ и материалов. Номенклатура показателей и методы их определения.
  3. ГОСТ Р 12.3.047−98. Пожарная безопасность технологических процессов.
  4. ВНТИ 5−95. Нормы технологического проектирования предприятий по обеспечению нефтепродуктами (нефтебаз).
  5. ОНТП 24−86. Общесоюзные нормы технологического проектирования.
  6. М. В., Смирнов В. С. Пожарная профилактика в технологических процессах, связанных с обращением горючих и легковоспламеняющихся жидкостей. М.: Комхоз, 1955. — 290 с.
  7. Л. В., Захаров И. Д., Камнев М. Д., Логинов Ф. Л., Тарасова Т. А. Пожарная профилактика в промышленности. М.: Стройиздат, 1972. — 375 с.
  8. М. В., Волков О. М., Шатров Н. Ф. Пожарная профилактика технологических процессов производств. М.: ВИПТШ МВД СССР, 1986. — 370 с.
  9. В. С., Петров А. П., Рябиков В. С. Пожарная безопасность промышленности и агропромышленного комплекса: Учебн. для пожарно-технических училищ. М.: Стройиздат, 1987. — 477 с.
  10. М. В. Основы пожарной профилактики в технологических процессах производств. М.: Высш. шк., 1972. — 338 с.
  11. М. В., Волков О. М., Исправникова А. Г., Клубань В С, Савушкина А. Н. Пожарная профилактика технологических процессов производств. М.: ВИПТШ МВД СССР, 1976. — 293 с.
  12. О. М. Пожарная безопасность резервуаров с нефтепродуктами. -М.: Недра, 1984.-251 с.187
  13. О. М., Проскуряков Г. А. Пожарная безопасность на предприятиях транспорта и хранения нефти и нефтепродуктов. М.: Недра, 1981.-256 с.
  14. В. П. Пожарная безопасность при хранении легковоспламеняющихся и горючих жидкостей на промышленных предприятиях. -М.: Стройиздат, 1996, с. 96.
  15. А. Е. Курс общей физики. -М.: Наука, 1986. 432 с.
  16. JI. Д., Ахизер А. И., Лифшиц Е. М. Курс общей физики. Механика и молекулярная физика. М.: Наука, 1965. — 384 с.
  17. Д. В. Общий курс физики. Термодинамика и молекулярная физика. -М.: Наука, 1990. 591 с.
  18. И.П. Термодинамика. М.: Высшая школа, 1976. — 444 с.
  19. Ч. Статистическая термодинамика. Пер. с англ. -М.: Наука, 1977. 336 с.
  20. Т. И. Курс физики: Учеб. пособие для вузов. 2-е изд., перераб. и доп. — М.: Высшая школа, 1990. — 478 с.
  21. П. Г., Саушев В. С. Горение и свойства горючих веществ: Уч. пос. М.: ВИПТШ МВД СССР, 1975. — 277 с.
  22. А. С, Испаряемость жидких топлив для поршневых двигателей и методы ее исследования. М.: Гостоптехиздат, 1955. — 325 с.
  23. Н. Н. Борьба с потерями от испарения нефти и нефтепродуктов. -М.: Гостоптехиздат, 1961.-243 с.
  24. Ф. Ф., Черникин В, И. О коэффициенте диффузии паров нефтепродуктов в воздух: сб. тр. /НИИ по транспорту и хранению нефти и нефтепродуктов/, 1961, вып. 1, с. 146−150.
  25. Ф. Ф., Черникин В. И. Коэффициент диффузии паров нефтей и нефтепродуктов в воздух: сб. тр. /НИИ по транспорту и хранению нефти и нефтепродуктов/, 1963, вып. 2, с. 217−224.188
  26. Ф. Ф., Черникин В. И. Потери нефтей и нефтепродуктов от испарения в подземных резервуарах. М.: Недра, 1966. — 290 с.
  27. Ф. Ф. Конвективный теплообмен в технологических процессах нефтяной и газовой промышленности: уч. пособие. Уфа: Изд. УНЧ, 1991.-72 с.
  28. А. Н., Смольн И. М., Вагмон JI. П. Закономерности формирования локальных паровоздушных взрывоопасных объемов в помещениях: сб. тр. Моск. Хим.-техн. инст. -М.: 1985, с. 63−65.
  29. Блинов 3. И., Худяков Г. Н. Диффузионное горение жидкостей. М.: АНСССР, 1961. — 208 с.
  30. Ю. И. Тепломассообмен при расчете тепловых и диффузионных потоков. Л.: Химия, 1986. — 144 с.
  31. Г. М. Регулярный тепловой режим. М.: Гостехиздат, 1954. -408 с.
  32. А.Я., Здравчер 3. Н., Влиев Д. М., Милошев М. С. Расчетные методы определения концентрационных пределов воспламенения нефтепродуктов. РЖ № 10, 1986 г.
  33. В. В. Исследование температурной зависимости коэффициентов диффузии газов: а/р дис. Алма-Ата, 1961. 25 с.
  34. В. В., Косов Н. Д. Исследование температурной зависимости коэффициента диффузии газов. Минск, 1960. — 60 с.
  35. В. Б. Потери нефтепродуктов от испарения и борьба с ними. Обз. инф.-М.: 1970.-53 с.
  36. Грю К. Э., Иббс T. JI. Термическая диффузия в газах. М.: Гостехиздат, 1956. 183 с.
  37. М. И. К теории пограничного слоя при испарении: а/р дис. Ташкент, АНСССР, 1960. — 30 с.
  38. Я.С. О едином подходе к рассмотрению вопросов тепло- и массообмена в задачах пожарной безопасности судов и других объектов189транспортного комплекса: сб. науч. тр. Проблемы противопожарной защиты судов" М.: ВНИИПО, 1991. 26−39 с.
  39. Я. С., Бушнев Г. В. Исследование процесса насыщения свободного пространства технологического аппарата парами испаряющейся жидкости: мет. указ. к выц. лаб. и курс. раб. СПб, СПбИПБ МВД РФ, 1997. — 27 с.
  40. И. Я. Исследование процессов испарения и конденсационного роста капель: а/р дис. М.: АНСССР, 1971. — 21 с.
  41. И. М. Химическая кинетика в гомогенных и гетерогенных нефтяных системах: уч. пособие -М.: МИНГ, 1987. 125 с.
  42. У. и др. Молекулярная диффузия и спектры (пер. с англ.) М: Мир, 1987. — 379 с.
  43. В. А. Исследование испарения нефтей и нефтепродиктов из резервуаров в условиях интенсификации технологических процессов: а/р дис.-Уфа, 1987.-23 с.
  44. Л. И. Физика горения и взрыва. Новосибирск, 1980. -143 с.
  45. В. Т., Граценкова В. Я., Делаева В. А., Красивская М. О. Сравнительный расчет пределов воспламенения паров и газов различными методами: инф. письмо М.: ВНИИПО МВД СССР, 1971. -15 с.
  46. Р. Т. Исследования по унификации методов определения области воспламенения газов и паров в воздухе при атмосферном давлении: а/р дис. М.: 1972. — 27 с.
  47. В. Ф. и др. Методика расчета потери от испарения нефти и нефтепродуБсгов от испарения из наземных резервуаров и борьба с ними: уч. пос. Уфа.: УНЧ, 1987. — 73 с.
  48. Г. Л. и др. Классическая кинетическая теория жидкостей и газов (пер. с англ.) М.: Мир, 1980. — 423 с.190
  49. С. П., Карташов Э. М. Диффузия в химико-технологических процессах. -М.: Химия, -1993. 453 с.
  50. П.П. Оптический метод измерения коэффициентов диффузии газов. Минск, 1960. — 153 с.
  51. JI. П. Прогнозирование теплофизических свойств жидкостей и газов. -М.: Энергоатомиздат, 1988. 167 с.
  52. Франк-Каменецкий. Диффузия и теплопередача в химической кинетике. -М, Химия, 1961.-458 с.
  53. Д., Паунд Г. Испарение и конденсация (пер. с анкл.) М.: Металлургия, 1966. — 66 с.
  54. Физические величины: справочник под. ред. И. С. Григорьева -М.: 1991, Химия. 1232 с.
  55. Физико-химические свойства индивидуальных углеводородов: справочник под. ред. М. Д. Тиличеева -М-Л.: Гостоптехиздат, 1951, 3,4,6 том.
  56. Легковоспламеняющиеся и горючие жидкости: справочник под. ред. Н. А. Тарасова-Агалкова, -М.: АНСССР, 1956. 111 с.
  57. Н.В. Справочник по теплофизическим свойствам газов и жидкостей. -М.: Недра, 1972. 450 с.
  58. А.Н., Корольченко Г. Н., Кравчук и др. Пожаровзрывоопасность веществ и материалов и средства их тушения: справ, пос. в 2-х книгах. -М.: Химия, 1990. 496 е., 384 с.
  59. Н. В. Справочник показателей качества химических реактивов. -М.: Химия, 1968.- 150 с.
  60. Ю. Д. Исследование коэффициента диффузии системы «Пары топлива Т-5 воздух». — Труды Моск. авиац. ин-та, 1961, вып. 132, с. 144−160.
  61. Ю. Д. Коэффициенты диффузии бинарных смесей паров некоторых углеводородов с воздухом. — в кн. Тепло- и массоперенос, т. 1: Минск, АН БССР, 1962, с. 191−195.191
  62. Т. Б., Кишиневский М. X. Экспериментальное определение коэффициентов молекулярной диффузии. в кн.: Материалы докл. 1-й научно-техн. конфер. Кишиневск. политехи, ин-та. — Кишинев, 1965, с. 77−78.
  63. Н. Д., Курлапов Л. И., Богатырев А. Ф. Стационарный метод измерения истинных коэффициентов диффузии. в кн. Физика (сб. трудов соискателей и аспирантов МВ и ССО КазССР), вып. 4, — Алма-Ата, 1969, с. 30−37.
  64. Н. Д., Мартынова Г. П. Влияние времени установления квазистационарной диффузии на точность определения коэффициента диффузии. в кн.: Нек. вопросы общей и прикл. физики, — Алма-Ата, Наука, 1966, с. 105−108.
  65. Н. Д., Сармасаев М. Т. Нестационарный диффузионный бароэффект. в кн. Физика (сб тр. аспир. и соиск. МВ и ССО КазССР), вып. 4, — Алма-Ата, 1969, с. 63−67.
  66. И. Р., Хазанова Н. Е., Лесневская Л. С. Об уравнении диффузии Фика. -Инж. физ. 1962, т. 5, № 2, с. 101−103.
  67. Л. И., Косов Н. Д. Стационарный метод определения коэффициента взаимной диффузии газов. в кн. Физика (сб. ст. соиск. и аспир. МВ и ССО КазССР), 1968, вып. 3, с. 224−230.
  68. Ю. Т. Метод изотопного обмена для определения давления насыщенного пара и коэффициента диффузии. Ж. физ. химии., 1961, т. 35, № 10, с. 2199−2209.
  69. Ю. Т. О свойствах переноса газообразных предельных углеводородов. Ж. физ. химии., 1966, т. 40, вып. 6, с. 1177−1181.
  70. Э. М., Усманов А. Г. Измерение коэффициентов диффузии паров некоторых предельных углеводородов. Изв. высш. учеб. заведений: Химия и хим. технология, т. 9, № 6,1966, с. 991−992.192
  71. Э. М., Усманов А. Г. Подобие процессов молекулярной диффузии газов и паров. сб. тр. Казанск. хим. — технол. ин-т, 1964, вып. 32, с. 17−22.
  72. А. В. Теория сушки: учебн. пос. для ВУЗов Изд. 2-е перераб. и доп. -М.: Энергоиздат, 1968, 472 с.
  73. Я. С., Киселев Н. Я. Методические указания по обработке экспериментальных данных способом наименьших квадратов в лабораторных, курсовых и дипломных работах. СПб.: ВПТШ МВД РФ, 1992. -17 с.
  74. А. С. Инструкция по методике определения скорости статического испарения топлива. -М.: Стандартгиз, 1934, 15 с.
  75. А. С., Панютин Н. С. Таблица физико-химических констант углеводородных и моторных топлив. М.: Стандартгиз, 1934, — 24 с.
  76. А. С., Мешков К. В. Испаряемость моторных топлив. М.: Гостранстехиздат, 1937, — 112 с.
  77. Н. А., Кувшинский Е. В. Определение коэффициентов диффузии в воздух паров циклогексана, хлороформа и ацетона: Ж. техн. физ.,№ 11, 1948.
  78. . В., Прохором П. С., Малкина А. Д. Новые диффузионно-манометрические приборы для измерения КД испаряемости и содержания паров различных жидкостей в атмосфере: Ж. физ. химии, т. 24. вып. 4, 1950.
  79. Stefan J. Wien. Вег. (2), 1871, т. 63,63- 1872, т. 65,323- 1878 т. 78, 957- 1879, т. 80, 161- 1889, т. 98.1418- Ann. d. Phys., 1890, т. 41,725.
  80. Winkelmann А. Ann. d. Phys. n. 22, 1 и 152- т. 23,203,1884- т. 26,105, 1885- т. 33, 445, 1888- т. 36, 93, 1889.
  81. В. С., Акимов М. Н., Кузьмин А. А. Основные понятия метрологии и методические указания по обработке результатов измерений. Л.: ВПТШ МВД СССР, 1990, — 50 с.193
  82. С. Л., Кафаров В. В. Метооды оптимизации эксперимента в химической технологии. М.: Высш. шк., 1985, — 38 с.
  83. . В. В., Чернова И. А. Статистические методы планирования экстремальных экспериментов. -М.: Наука, 1965, 135 с.
  84. Г. В., Розенблит М. С. Практикум по методологии научных исследований. -М.: Лесотехн. инст., 1981, 29 с.
  85. С. В. Планирование и статистическая обработка результатов эксперимента. СПб, Лесотехн. академия, 1994, — 32 с.
  86. ГОСТ 1756–52. Методы определения давления насыщенных паров.
Заполнить форму текущей работой