Экспериментальное исследование теплофизических параметров пожарной опасности при испарении ЛВЖ с поверхности разлива

При оценке пожарной опасности технологической системы необходимо определить экспериментальным путем массу испарившейся ЛВЖ. Только при отсутствии экспериментальных данных интенсивность испарения допускается определять по справочным материалам.

Этот параметр пожарной опасности используют для расчета:

o размеры зоны взрывоопасных концентраций паров при испарении ЛВЖ с поверхности разлива;

o опасных факторов пожара при сгорании паровоздушных смесей в открытом пространстве;

o критериев категорирования помещений и наружных установок по взрывопожарной и пожарной опасности и классов взрывоопасных зон.

Здесь в настоящей работе в соответствии с ГОСТом Р 12.3. 047-98 «Пожарная безопасность технологических процессов. Общие требования. Методы контроля» отрабатывается метод экспериментального определения массы испарившейся ЛВЖ с поверхности разлива в неподвижную среду.

1. Записать название работы, а также содержание задачи, на решение которой направлено выполнение данной работы.

2. Изложить основные положения метода экспериментального определения массы паров при испарении ЛВЖ с поверхности разлива. Нарисовать схему лабораторной установки.

3. Провести эксперимент по определению массы испарившейся ЛВЖ.

4. Обработать экспериментальные данные.

5. По указанию преподавателя разработать схему и описание технического решения, обеспечивающего снижение пожарной опасности процесса испарения с поверхности разлива ЛВЖ.

Метод экспериментального определения массы паров при испарении ЛВЖ с поверхности разлива в неподвижную среду.Этот метод основан на решении уравнения нестационарной диффузии при испарении ЛВЖ с поверхности разлива в неподвижную среду.

Уравнение, описывающее массу испарившейся ЛВЖ, имеет вид

(9.1)

где φ_s – концентрация насыщенных паров, об.доли; ρ_п – плотность пара,
кг×м^-3; D_t – коэффициент диффузии, м²×с^-1; F_р - площадь разлива ЛВЖ, м².

Определение φ_s, ρ_п и D_t для многокомпонентных жидкостей с неизвестными теплофизическими свойствами связано с определенными трудностями. Эти величины можно рассматривать как константы для определенных условий изучения процесса испарения ЛВЖ. В таких допущениях уравнение (9.1) можно представить в следующем виде

(9.2)

где коэффициент

кг с ^-0,5. (9.3)

Таким образом, экспериментальное исследование для описания массы паров при испарении ЛВЖ с неизвестными теплофизическими свойствами с поверхности разлива, направлено к определению коэффициента К.

(9.4)

Многочисленными экспериментальными исследованиями по изучению процессов испарения с поверхности разлива ЛВЖ, проведенными в Академии ГПС МЧС России, установлено, что при площади разлива более 0,5 м² процессами диффузии по горизонтали можно пренебречь. В таком случае можно исследовать процесс испарения в виде условно вырезанного горизонтально цилиндра на поверхности разлива ЛВЖ.

При испарении ЛВЖ в дегазированную изотермическую камеру создается избыточное давление паров, которое несложно измерить манометром. Поэтому в основу экспериментального метода определения массы испарившейся ЛВЖ положено уравнение газового состояния

(9.5)

где P_п - избыточное давление паров в камере, создаваемое испаряющейся ЛВЖ, Па; V_к - объем камеры, в которой происходит процесс испарения, м³; m_п - масса испарившейся ЛВЖ (паров), кг; R - универсальная газовая постоянная; T_р - рабочая температура ЛВЖ, К; М - молярная масса,
кг×кмоль^-1.

Избыточное давление паров, создаваемое испаряющейся ЛВЖ, можно определить при помощи U-образного водяного манометра.

Решение уравнения (7.16) относительно значения m_п позволяет получить расчетную формулу для экспериментального определения массы испарившейся ЛВЖ

m_п = 1,18×10^-3 М V_к h / T_р, (9.6)

где h - показания U-образного водяного манометра, мм вод. ст.

Опыты проводят на лабораторной установке, схема которой показана на рис. 9.1.

Рис. 9.1. Схема

лабораторной установки:

1 - U–образный манометр; 2 - крышка с краном; 3, 5, 7, 10 - краны; 4 - микрокомпрессор; 6 - ультратермостат; 8 - емкость; 9 – испарительная камера объемом 7,67×10^-4 м³ (поверхность испарения 2,37×10^–3 м²); 11 – сосуд для нагрева ЛВЖ

Установка состоит из камеры 9, объемом 7,67×10^-4 м³, где происходит испарение исследуемой ЛВЖ с поверхности испарения равной 2,37×10^–3 м². Давление паров испаряющейся ЛВЖ фиксируют по U-образному водяному манометру 1. Сосуд 11 предназначен для предварительного нагрева исследуемой ЛВЖ. Ультратермостат 6 обеспечивает изотермический режим проведения опытов благодаря циркуляции воды в рубашках сосуда 11 и в испарительной камере 9. Микрокомпрессор 4 служит для продувки испарительной камеры от паров ЛВЖ после окончания проведения опытов.