Целью дисциплины «Теория горения и взрыва» является изучение физико-химических основ горения в свете современных представлений теории горения и взрыва, а также оценка взрывобезопасности на различных объектах железнодорожного транспорта.
Задачи дисциплины:
- Изучение основных понятий, терминов и определений в рассматриваемой области знаний.
- Анализ физико-химических свойств горючих газов.
- Теория горения газов, реакции горения и их тепловой эффект, изучение цепного механизма реакций горения.
- пределы воспламенения и температуры горения.
- Расчет давления, развиваемого при взрыве газов.
- Классификация методов сжигания.
- Основы теории диффузионного горения.
- Горение и токсичные продукты сгорания, механизмы их образования.
- Взрывы, пожары и оценка взрывобезопасности.
Основные физико-химические свойства горючих газов.
Ацетилен – согласно ГОСТ 5191-79 обозначается буквой А
Ацетилен – один из основных горючих газов, применяемых при газовой резке и сварке металлов, химическая формула С2Н2.
Технический ацетилен (с примесями) обладает специфичным резким неприятным запа-хом, вызванный содержащимися в нем примесями сернистого водорода, фосфористого водо-рода, аммиака и т.д. Длительное вдыхание его вызывает тошноту, головокружение и даже отравление. Ацетилен обладает наркотическим действием.
Газообразный ацетилен легче воздуха и накапливается в высших точках слабо проветри-ваемых помещений, где возможно образование ацетилено-воздушной смеси. С воздухом и кислородом ацетилен образует взрывоопасные смеси.
Ацетилен обладает способностью самовоспламеняться в чистом виде (термический рас-пад ацетилена) и в смеси с воздухом, температура самовоспламенения – 335 оС. При длительном соприкосновении ацетилена с медью и серебром образуются взрывоопасные соединения.
Пропан-бутановая смесь – согласно ГОСТ 5191-79 обозначается буквой П
Пропан-бутан – смеси искусственных газов пропана С3Н8 – до 30% и бутана С4Н10 – до 70%, присутствуют, кроме того, в небольших количествах некоторые другие газы. Легко сжижаем, хранится в баллонах в сжиженном состоянии.
Пропан-бутановые смеси значительно тяжелее воздуха, поэтому при утечке они скапли-ваются внизу над полом помещения и во всевозможных углублениях, что может привести к образованию взрывоопасных концентраций.
Природный газ (метан) – в соответствии с ИСО 5175-87 обозначается буквой М
Природный газ представляет собой смесь различных углеводородов с преимуществен-ным содержанием метана СН4 (до 90 – 98 % по объему), не имеет цвета, обладает легким за-пахом чеснока и токсичными удушающими свойствами, в два раза легче воздуха, поэтому при утечках скапливается в верхней части помещения.
Транспортировка природных газов к месту потребления производится по трубопроводам под небольшим избыточным давлением или, реже, в баллонах под давлением до 15 МПа.
Основные газовые законы.
Закон Бойля-Мариотта
Изотермический процесс (T = const, m = const):
где
p1, p2 и p3– давления газа в состоянии 1, 2 и 3 (Па); V1, V2 и V3– объемы газа в состоянии 1, 2 и 3 (м3).
При увеличении объема газа его давление во столько же раз уменьшается и наоборот. Этим можно воспользоваться для проверки результата.
Закон Шарля Изобарический закон в российских учебниках называется законом Гей-Люссака.
Процессы можно считать изобарными, если они проходят: в цилиндре с незакрепленным поршнем (без учета трения); в воздушных шариках при небольших растяжениях или сжатиях. Изобарный процесс (p = const; m = const):
P/Т=const
где V1 и V2 – объемы газа в состоянии 1 и 2 (м3 ); T1 и T2 – температуры газа в состоянии 1 и 2 (К). В уравнении задана абсолютная термодинамическая температура (по шкале Кельвина), причем T = (t + 273) К. Нет обязательного условия, чтобы начальный параметр был задан при 0 ºС. При увеличении объема газа его абсолютная температура во столько же раз увеличивается и наоборот. Этим можно воспользоваться для проверки результата.
Закон Гей-Люссака
газовый закон: для данной массы данного газа при постоянном давлении отношение объема к абсолютной температуре есть величина постоянная