CHÁY NỔ DO CÁC HẠT BỤI - Phần 3 docx

Vì bình chứa có lỗ thoát, do đókhi có hiện tượng nổ, lỗ thoát sẽ tự động mở ra và làm giảm áp suất tăng trong bình.Phương trình PT 1 chỉ có giá trị cho bình chứa có tỉ lệ chiều dài - đườ

CHÁY NỔ DO CÁC HẠT BỤI

Phần Ba

1. Lời mở đầu

công thức Trên đây các công thức trình bày với mục đích là cho các bạn có một khái niệm cách tính như thế nào nên các công thức trình bày trên đây không nêu hết các điều kiện để ứng dụng cho các công thức

nghiệm mới hơn

Fluid Dynamics) Đây là PP dùng máy điện toán để giải mô hình toán học Mô hình toán học được phát triển từ hiện tượng vật lý và hoá học trong điều kiện đã cho

2. Phương pháp của National Fire Protection Association [1]

Phương pháp (PP) của National Fire Protecttion Association (NFPA) được công bố 2–12–

1987 PP NFPA trình bày ở đây dựa vào tài liệu 1988 Tài liệu này đã được hoàn chỉnh bởiThe American National Standards Institute Cho các đọc giả muốn nghiên cứu nên tìm tàiliệu mới hơn

a) Bình chứa có sức chịu đựng thấp (Pred <= 0,1 bar)

PP này ứng dụng trong trường hợp bình có sức chịu đựng thấp như phòng (xưởng) làm việc, các toà nhà cao hay một trong một số bình chứa nào đó bằng nhựa hoặc kim loại mỏng, v.v

(1)

Aaf là diện tích của lỗ thoát (m2), C là hằng số do thực nghiệm ((kPa)0,5), hằng số C chỉ ở

(áp suất tối đa có thể đạt được nếu có hiện tượng nổ) (kPa) Vì bình chứa có lỗ thoát, do đókhi có hiện tượng nổ, lỗ thoát sẽ tự động mở ra và làm giảm áp suất tăng trong bình.

Phương trình (PT) (1) chỉ có giá trị cho bình chứa có tỉ lệ chiều dài - đường kính (L/D) nhỏ

(hydraulic diameter) và Dh có công thức

b) Bình chứa có sức chịu đựng cao (Pred > 0,1 bar)

Để cho việc tính cửa sổ của lỗ thoát, người ta đưa ra một lực mới gọi là “lực mở” có nghĩa là

lực để mở cửa của lỗ thoát [2]

(3)

Fv gọi là lực mở tác dụng vào cánh cửa của lỗ thoát (N), Aaf là diện tích của lỗ thoát (m2), Pred là áp suất giảm (105 bar hay N/m2).

Pred ở đây có nghĩa là khi xảy ra trường hợp cháy nổ trong bình chứa, áp suất tăng lên cho tới khi áp suất P bằng Pred (P = Pred) , thì cánh cửa của lỗ thoát sẽ mở ra Chúng ta có thể quyết định được Pred bằng cách như tính lực của lò xo để giữ cánh cửa sổ của lỗ thoát đóng

Trong thực tế, cửa sổ của lỗ thoát mở rất chậm so với sự tăng trưởng mau lẹ của áp suất,

do đó thời gian mở và đóng cửa sổ cũng phải được tìm hiểu Thời gian cho mỗi lần mở-đóngđược tính như sau [2]

(4)

tF là thời gian cho một lần mở-đóng (s), Kst là hằng số của hạt nổ (-) (có thể coi bài trước) ,

V là thể tích bình chứa (m3), Pred là áp suất giảm (N/m2), Aaf là diện tích lỗ thoát (m2)

c) Phương pháp đồ thị cho chất khí

PP đồ thị dựa vào các dữ kiện từ thí nghiệm Vài điều lưu ý khi dùng PP này là:

o PP này có thể không thích hợp cho việc tính diện tích của lỗ thoát.

o PP này ứng dụng cho bình chứa với tỉ lệ dài-đường kính (L/D) nhỏ hơn 5

o “Ống” của lỗ thoát có thể làm tăng áp suất vì sự rối xảy ra trong đó Nếu xử dụng ống cho việc tíng lỗ thoát thì diện tích lỗ thoát phải lớn hơn diện tích đã tìm ra

o Độ cong của ống cũng có thể làm tăng áp suất vì sự rối loạn

Đồ thị dùng để tíng diện tích lỗ thoát (DTLT) cho khí methane (CH4) chỉ trong Hình 3.2,

propane (C3H8) Hình 3.3, khí từ than đá (coal gas) hình 3.4, hydrogen (H2) 3.5 Những đồ thị kể trên được phát triển với những điều kiện sau:

Hình 3.2 – 3.5 chỉ đồ thị dùng tính diện tích lỗ thoát cho bình chứa cho các chất khí methane (CH4), propane (C3H8), khí than đá (coal gas) và hydrogen (H2)

Hình 3.2: Đồ thị tính DTLT cho hỗn hợp khí methane (CH4) và không khí.

Hình 3.3: Đồ thị tính DTLT cho hỗn hợp khí propane (C 3 H 8 ) và không khí.

Hình 3.4: Đồ thị tính DTLT cho hỗn hợp khí từ than đá (coal gas) và không khí.

Hình 3.5: Đồ thị tính DTLT cho hỗn hợp khí hydrogen (H 2 ) và không khí.

Đồ thị trong Hình 3.2 – 3.5 có thể tính theo công thức từ thực nghiệm như sau Công thức này phát triển từ đồ thị nên không tốt (chính xác) hơn đồ thị

(5)

Aaf là diện tích lổ thoát (m2), V là thể tích bình chứa (m3), Pred là áp suất giảm (bar), Pstat là

áp suất thủy tĩnh, a, b, c và d là hằng số do thực nghiệm (xem Bảng 3.2)

cm/s) vào khoảng 1,3 lần VTCT của propane có thể dùng đồ thị trong Hình 3.3

Từ Hình 3.3 cho propane (C3H8) và Hình 3.5 cho hydrogen (H2), ta đọc được diện tích của lỗ

là 2029 bar/s cho cùng một điều kiện thử Dùng PP interpolation để tính diện tích lỗ thoát cho loại khí đốt ở trên

Trong trường hợp có sự hiện diện của của sự rối loạn (turbulence) trong bình chứa, PP đồ thịkhông thể ứng dụng trực tiếp Với khí đốt có (dP/dt)max  (dP/dt)max,p (trong trường hợp cháy tầng), đồ thị cho hydrogen (Hình 3.5) có thể ứng dụng trong trường hợp rối loạn

“Extrapolation” cho đồ thị có thể ứng dụng nếu Pstat  0,05 bar và 0,1  Pred  2,0 bar Pstat

có thể “extrapolate” lên nhưng Pred – Pstat  0,05 bar

d) Phương pháp đồ thị cho chất rắn (hạt bụi)

Hình 3.6 – 3.11 chỉ các đồ thị dùng tính diện tích lỗ thoát (DTLT) cho hạt bụi và không khí(KK) Các đồ thị này dựa vào nhiều thí nghiệm với bốn loại bụi và bốn loại bình chứa (1, 10,

30 và 60 m3) Đồ thị này trình bày trong VDI Richlinie 3673 [4]

Hình 3.6 – 3.13 chỉ đồ thị dùng tính diện tích lỗ thoát cho bình chứa cho các hạt bụi

Hình 3.6: Đồ thị tính DTLT cho hạt bụi và không khí Biết K st, P stat = 0,1 bar.

Hình 3.7: Đồ thị tính DTLT cho hạt bụi và không khí Biết K st, P stat = 0,2 bar.

Hình 3.8: Đồ thị tính DTLT cho hạt bụi và không khí Biết K st, P stat = 0,5 bar.

Hình 3.9: Đồ thị tính DTLT cho hạt bụi và không khí Biết loại hạt bụi (Classes of

Dusts, St-) , P stat = 0,1 bar.

Hình 3.10: Đồ thị tính DTLT cho hạt bụi và không khí Biết loại hạt bụi (Classes of

Dusts, St-) , P stat = 0,2 bar.

Hình 3.11: Đồ thị tính DTLT cho hạt bụi và không khí Biết loại hạt bụi (Classes of

Dusts, St-) , P stat = 0,5 bar.

Hình 3.12: Đồ thị tính DTLT cho hạt bụi và không khí Loại hạt bụi St-1 , P max = 9,0 bar.

Hình 3.13: Đồ thị tính DTLT cho hạt bụi và không khí Loại hạt bụi St-2 , P max = 9,0 bar.

Hình 3.6 – 3.13 có thể biểu diễn bằng các công thức từ thực nghiệm như sau Chú ý các công thức này tính gần đúng từ các đồ thị nên sự chính xác kém hơn các đồ thị

Hình 3.6 –3.8

(6)với

a = 0,000571·exp{2·Pstat};

b = 0,978·exp{-0,105·Pstat};

c = - 0,687·exp{0,226·Pstat}

Hình 3.9 (Pstat = 0,1 bar)

(7)với

Loại hạt bụi K st (bar m/s)

3 Phương pháp của VDI [4]

Verein Deutscher Ingenieure (VDI) phân ra hai loại bình chứa: 1) loại bình ngắn và 2) loại

bình dài Bình ngắn theo VDI là bình có tỉ lệ giữa chiều dài và đường kính (chiều ngang) (L/D) nhỏ hơn hoặc bằng 2 (L/D  2) và bình dài là bình có L/D > 2

Hai loại trộn lẫn giữa hạt bụi và không khí (KK) được định nghĩa: 1) trộn đều và 2) trộn không đều Trộn đều có nghĩa là KK trộn lẫn với các hạt đều nhau và trộn không đều là ngược lại các hạt dính chùm với nhau

Các hạt bụi cháy nổ phân loại như sau:

Phương trình (PT) (10) có giá trị cho

o Thể tích bình chứa 0,1  V  10.000 m3

o Áp suất tối đa ban đầu Pb  0,2 bar

o Áp suất tĩnh 0,1  Pstat  1 bar

o “Áp suất giảm” tối đa 0,1  Pred  2 bar

o Áp suất tăng tối đa 5  Pmax  10 bar cho hạt bụi 10  Kst  300 bar m /s

5  Pmax  12 bar cho hạt bụi 300  Kst  800 bar m /s

 Trường hợp trộn không đều

Cho chiều dài bình chứa L  10 m

(13)

PT(11) và (12) có giá trị khi

o Không có vật cản trong bình chứa

o Vận tốc ban đầu của hỗn hợp (hạt-KK) 15  U  40 m/s

o Vận tốc của thể tích hỗn hợp Q  2500 m3/h

o Thể tích bình chứa 5  V  10.000 m3

o Áp suất tối đa ban đầu Pbeg  0,1 bar

o Áp suất tĩnh Pstat  0,1 bar

o “Áp suất giảm” tối đa 0,1  Pred  2 bar

o Áp suất tăng tối đa 8  Pmax  9 bar

o Hằng số nổ tối đa 50  Kst  300 bar m /s

PT(11) đã ứng dụng trong trường hợp với vận tốc KK cao, tuy nhiên vận tốc thể tích Q 

5000 m 3 /h, bình chứa có áp suất chịu đựng tối đa P < 0,25 bar và Pred  0,1 bar [5,6] Cho trường hợp cung cấp hạt bụi thử bằng cách rơi tự do, PT(12) giới hạn vận tốc trọng lượng M

 8000 kg/h

b) Bình chứa dài (L/D  2,0)

Chiều dài của bình chứa không ảnh hưởng tới hạt bụi trong trường hợp trộn đều và Pred  1,5 bar hay hạt bụi trong trường hợp trộn không đều và Pred  2,0 bar Trong các trường hợpnày công thức (PT) cho bình chứa ngắn (L/D  2) xử dụng

Diện tích lỗ thoát (DTLT) cho bình chứa dài có thể tính

(14)

với Aaf,L là DTLT cho bình chứa dài (L/D > 2) (m2), Aaf là DTLT cho bình chứa ngắn (L/D  2)

có cùng thể tích (m2), A là diện tích lỗ thoát tăng thêm vì L/D > 2 (m2)

Cho trường hợp trộn đều

(15)

Cho trường hợp trộn không đều

(16)

với AH là DTLT tăng lên cho hạt bụi trong trường hợp trộn đều (m2), Aaf là DTLT cho bình

bình chứa (m)

c) Bình chứa không phải hình tròn

Bình chứa không phải là hình tròn như hành lang của toà nhà, công thức tính DTLT cho hạt bụi với trường hợp trộn đều có thể ứng dụng

For rektangulær beholderne som f.eks siloens kælder, korridor, designes

aflastningsarealerne som for støv med homogent fordeling

Cho Pstat = 0,1 bar và PBem = Pred vào PT(10), ta được

(19)

4 Kết luận

Phương pháp (PP) tính diện tích lỗ thoát của NFPA và VDI đã được trình bày Bạn có thể xử dụng các PP này cho các trường hợp đơn giản Cho các trường hợp phức tạp nên tham khảo tài liệu mới hơn và các tài liệu khác Trong thực tế không đám cháy nào giống đám cháy nào, nên các PP được hoàn thành từ các thí nghiệm đơn giản (để dễ kiểm soát và đo được) không thể đúng hoàn toàn cho các công trình (hình dáng bình chứa, quá trình sản xuất, v.v.) phức tạp được