ΠΑΡΑΔΕΙΓΜΑΤΑ ΛΥΜΕΝΩΝ ΑΣΚΗΣΕΩΝ 9 ο Εξάμηνο Ακ. Έτος 2018-2019
ΑΚΗΣΗ 5. Αμμωνία βρίσκεται αποθηκευμένη σε κυλινδρική δεξαμενή επί του εδάφους. Η θερμοκρασία του περιεχομένου της δεξαμενής είναι ίδια με του περιβάλλοντος. Να περιγράψετε ποιοτικά τα φαινόμενα διαρροής της αμμωνίας για τις εξής περιπτώσεις μικρή τρύπα στο ανώτερο σημείο της δεξαμενής μικρή τρύπα πλησίον του πυθμένα και καταστροφική διάρρηξη (πολύ μεγάλη τρύπα) της δεξαμενής Σελ. 2
1. Εκτίμηση φαινομένου. Συνεπώς για την αποθήκευση της αμμωνίας σε ατμοσφαιρική θερμοκρασία αυξάνω πίεση ώστε να έχω υγροποιημένο αέριο Σελ. 3
Ερώτημα 1 ο : Μικρή τρύπα στο ανώτερο σημείο της δεξαμενής Εκροή αερίου Ο ρυθμός εκροής εξαρτάται από τη διαφορά πίεσης ανάμεσα στην πίεση αποθήκευσης και την ατμοσφαιρική πίεση και από το μέγεθος της οπής Το υγρό αρχίζει να βράζει Υπό προϋποθέσεις παρατηρείτε φαινόμενο σαμπάνιας Η προσφορά θερμότητας είναι από το ίδιο το υγρό και άρα ελαττώνεται η θερμοκρασίας αποθήκευσης Ελάττωση πίεσης κορεσμού με αποτέλεσμα τον περιορισμό του ρυθμού εκροής Σελ. 4
Ερώτημα 2 ο : Μικρή τρύπα πλησίον του πυθμένα Εκροή υγρού; Ο ρυθμός εκροής εξαρτάται από τη διαφορά πίεσης ανάμεσα στην πίεση στο σημείο της οπής και την ατμοσφαιρική πίεση και από το μέγεθος της οπής Το υγρό που διαφεύγει στην αρχή εκτονώνεται αδιαβατικά (flash evaporation) αναγκάζοντας ένα μέρος του εξερχόμενου υγρού να εξατμιστεί άμεσα ενώ το υπόλοιπο δημιουργεί λίμνη που εξατμίζεται. Αυτό προκαλεί ψύξη του εξερχόμενου υγρού (θερμοκρασία κορεσμού σε ατμοσφαιρικές συνθήκες) με αποτέλεσμα η εξάτμιση του υγρού που σχηματίζει τη λίμνη να εξαρτάται από το ποσό της θερμότητας που προσφέρεται από το έδαφος, το είδος του εδάφους και σε μικρότερο βαθμό από τη συναγωγή λόγω του διερχόμενου αέρα. Η υδροστατική πίεση έχει χαμηλή τιμή και θεωρείται αμελητέα. Το ύψος του αποθηκευμένου υγρού εντός της δεξαμενής μειώνεται. Σελ. 5
Ερώτημα 3 ο : Καταστροφική διάρρηξη (πολύ μεγάλη τρύπα) της δεξαμενής Στιγμιαία εκροή - BLEVE; Εκροή όλου του περιεχομένου της δεξαμενής σε μικρό χρονικό διάστημα. Αδιαβατική εκτόνωση (λόγω ατμοσφαιρικών συνθηκών) σε μίγμα υγρού αερίου (εκτόνωση πολλαπλάσια του αρχικού όγκου) Εάν η διάρρηξη προκύψει από υπερθέρμανση της δεξαμενής (έντονη προσφορά θερμότητας π.χ. λόγω πυρκαγιάς) όλο το περιεχόμενο (ή μέρος αυτού) έχει εξατμιστεί και δημιουργεί απότομα μίγμα ατμών αέρα που αναφλέγεται απότομα δημιουργώντας πύρινη σφαίρα (φαινόμενο BLEVE). Σελ. 6
ΑΚΗΣΗ 6. Να υπολογιστεί η επικίνδυνη απόσταση L κατά την εκδήλωση γλώσσας φωτιάς από τη δημιουργία οπής 20cm σε δεξαμενή που περιέχει μεθάνιο σε θερμοκρασία 15 C και πίεση 10 atm. Δίνονται: Μοριακό βάρος μεθανίου: 16,042 g/mol Άνω όριο αναφλεξιμότητας μεθανίου: 150000 ppm Κάτω όριο αναφλεξιμότητας μεθανίου: 50000 ppm Μοριακό βάρος αέρα: 28,96 g/mol Θερμοκρασία περιβάλλοντος: 15 C Ατμοσφαιρική πίεση: 1 atm R: 0,02 atm lt/k/mole γ: 1,31 Σελ. 7
1. Εκτίμηση φαινομένου. Γλώσσα Φωτιάς Χαρακτηριστικά: Σχήμα Κυλίνδρου Μήκος κυλίνδρου: L f = d u / K 1 Διάμετρος κυλίνδρου: d f = d u / [2 K 1 sqrt(b 2 )] Επικίνδυνη Απόσταση: L = 2 L f Σελ. 8
Βήμα 1 ο : Υπολογισμός Κ 1 Κ 1 = 0,32 ρ g,a b 1 j st /[sqrt (ρ g,u) (b 1 +b 2 )] με: b 1 = 50,5 + 48,2 ρ g,a 9,95 (ρ g,a) 2 b 2 = 23 + 41 ρ g,a Όπου: ρ g,a = ρ g /ρ a, σχετική πυκνότητα αερίου ως προς τον αέρα σε συνθήκες περιβάλλοντος ρ g,u = ρ g,u /ρ a, σχετική πυκνότητα αερίου στην οπή ως προς τον αέρα j st = sqrt(j uel j lel ), στοιχειομετρική σύνθεση ρ g,u = ρ g,r (2/(γ+1)) 1/(γ-1) Σελ. 9
Βήμα 1 ο : Υπολογισμός Κ 1 ρ a = (Μ a P a )/(R T a ) = = 1,226 gr/lt ρ g = (Μ g P a )/(R T a ) = = 0,679 gr/lt Ρ g,r = (Μ g P r )/(R T r ) = = 6,793 gr/lt Οπότε: ρ g,u = ρ g,r (2/(γ+1)) 1/(γ-1) = = 4,268 gr/lt ρ g,a = ρ g /ρ a = = 0,554 ρ g,u = ρ g,u /ρ a = = 3,480 Σελ. 10
Βήμα 1 ο : Υπολογισμός Κ 1 j st = sqrt(j uel j lel ) = = 0,087 (προσοχή j uel = 150000/1000000 & J lel = 50000/1000000) b 1 = 74,147 b 2 = 45,711 Κ 1 = 0,005 Σελ. 11
Βήμα 2 ο : Υπολογισμός μήκος κυλίνδρου L f L f = d u / K 1 = = 39,288 m Βήμα 3 ο : Υπολογισμός επικίνδυνης απόστασης L L = 2 L f = = 78,575 m Σελ. 12
ΑΚΗΣΗ 7. Εύφλεκτο υγρό Α είναι αποθηκευμένο σε κάθετη κυλινδρική δεξαμενή. Σε απόσταση x = 420m από τη δεξαμενή βρίσκεται παιδική χαρά. Να υπολογίσετε σε ποια ζώνη προστασίας (Ι, ΙΙ ή ΙΙΙ) βρίσκεται η παιδική χαρά εάν υπάρξει απότομη έκρηξη της δεξαμενής (Fireball). Δίνονται: Μάζα υγρού Α εντός της δεξαμενής = 77000 kg Πίεση εντός της δεξαμενής = 1.8 atm Θερμότητα καύσης = 30830 kj/kg Για απλοποίηση υπολογισμών θεωρείστε ότι ισχύει L 2 = x 2 + r 2 f Σελ. 13
Βήμα 1 ο : Υπολογισμός t f Θεωρώντας ότι όλη η αποθηκευμένη μάζα του προπανίου συμμετέχει στη δημιουργία της πύρινης σφαίρας τότε: t f = 0,852 m 0,26 = 15.883 s (χρονική διάρκεια πύρινης σφαίρας) Βήμα 2 ο : Υπολογισμός r f r f = 3,24 m 0,325 = 125,503 m Βήμα 3 ο : Υπολογισμός L L = sqrt(r f2 + x 2 ) = 438,350 m Σελ. 14
Βήμα 4 ο : Υπολογισμός q(l) q(l) = τα h c f m (1-δ) / (4 π L 2 γ) f = 0,27 P 0,32 = 0,156 (P σε MPa) τα = 1, δ = 0,26, γ =0,825 (από σημειώσεις) q(l) = 9,971 kw/m 2 Βήμα 5 ο : Υπολογισμός δόσης θερμικής ακτινοβολίας σε απόσταση x για ακίνητο παρατηρητή ισχύει: D = q(l) 4/3 t f D = 340,844 (kw/m 2 ) 4/3 s Σελ. 15
Βήμα 6 ο : Ζώνη Προστασίας? Ζώνη προστασίας Επιπτώσεις Ένταση θερμικής ακτινοβολίας (kw/m 2 ) Ζώνη I Ζώνη ΙΙ Ζώνη ΙΙΙ Εξαιρετικά σοβαρές, εγκαύματα γ βαθμού σε ποσοστό πάνω από 50% (ακτίνα πρόκλησης θανάτων) Σοβαρές, εγκαύματα γ βαθμού στο 1% του πληθυσμού (ακτίνα πρόκλησης σοβαρών τραυματισμών) Μέτριες, εγκαύματα α βαθμού σε σημαντικό μέρος του πληθυσμού (ακτίνα πρόκλησης μικρών τραυματισμών) Δόση (TDU) 15 1500 6 450 3 170 Σελ. 16
170TDU 450TDU 1500TDU Σελ. 17