А.2 Расчет избыточного давления для горючих газов, паров легковоспламеняющихся и горючих жидкостей

↑

▷ Содержание

⇐ ПредыдущаяСтр 4 из 17Следующая ⇒

А.2.1 Избыточное давление D р, кПа, для индивидуальных горючих веществ, состоящих из атомов С, Н, О, N, C l, Вr, I, F, рассчитывают по формуле

, (А.1)

где p _max — максимальное давление, развиваемое при сгорании стехиометрической газовоздушной или паровоздушной смеси в замкнутом объеме, определяемое экспериментально или по справочным данным в соответствии с требованиями А. 1.4. При отсутствии данных допускается принимать p _max равным 900 кПа;

р ₀ — начальное давление, кПа (допускается принимать равный 101 кПа);

т — масса горючего газа (ГГ) или паров легковоспламеняющихся (ЛВЖ) и горючих жидкостей (ГЖ), вышедших в результате расчетной аварии в помещение, вычисляемая для ГГ по формуле (А. 14), а для паров ЛВЖ и ГЖ по формуле (А. 19), кг;

Z — коэффициент участия горючего при сгорании газопаровоздушной смеси, который может быть рассчитан на основе характера распределения газов и паров в объеме помещения согласно А.2.3 и А. 2.4. Допускается принимать Z по таблице А.1;

V _св — свободный объем помещения, м³;

r _{г, п} ^— плотность газа или пара при расчетной температуре t _р, кг/м³, вычисляемая по формуле

, (А.2)

где М— молярная масса, кг/кмоль;

v ₀ — мольный объем, равный 22,413 м³/кмоль;

t _р — расчетная температура, °С.

В качестве расчетной температуры следует принимать максимально возможную температуру воздуха в данном помещении в соответствующей климатической зоне или максимально возможную температуру воздуха по технологическому регламенту с учетом возможного повышения температуры в аварийной ситуации. Если такого значения расчетной температуры t _р по каким-либо причинам определить не удается, допускается принимать ее равной 61 °С;

С _ст — стехиометрическая концентрация ГГ или паров ЛВЖ и ГЖ, % (об.), вычисляемая по формуле

, (А.3)

где — стехиометрический коэффициент кислорода в реакции сгорания;

n _с, n _н, n _о, n _х — число атомов С, Н, О и галоидов в молекуле горючего;

К н — коэффициент, учитывающий негерметичность помещения и неадиабатичность процесса горения. Допускается принимать К н равным трем.

Таблица А.1

А.2.2 Расчет D р, кПа, для индивидуальных веществ, кроме упомянутых в А.2.1, а также для смесей может быть выполнен по формуле

(А.4)

где H _т — теплота сгорания, Дж/кг;

r_в — плотность воздуха при начальной температуре Т ₀, кг/м³;

С _р — теплоемкость воздуха, Дж/(кг·К) [допускается принимать равной 1,01·10³ Дж/(кг·К)];

Т ₀ — начальная температура воздуха, К.

А.2.3 Приведенные в А.2.3 и А.2.4 расчетные формулы применяются для случая 100 т/ (r_r,п V _св) < 0,5 С _НКПР, [ С _НКПР - нижний концентрационный предел распространения пламени горючего газа или пара, % (об.)] и помещений в форме прямоугольного параллелепипеда с отношением длины к ширине не более пяти.

Коэффициент участия Z горючих газов и паров ненагретых выше температуры окружающей среды легковоспламеняющихся жидкостей при сгорании газопаровоздушной смеси для заданного уровня значимости Q (С > ) (уровень значимости—вероятность того, что значение концентрации С превысит значение математического ожидания этой случайной величины ) рассчитывают по формулам:

при Х_НКПР £ 0,5 l и Y_НКПР £ 0,5 b

, (А.5)

при Х_НКПР > 0,5 l и Y_НКПР > 0,5 b

, (А.6)

где т — масса газа или паров ЛВЖ, поступающих в помещение в соответствии с А.2.6 и А.2.7, кг;

d — допустимые отклонения концентраций при задаваемом уровне значимости Q(C > ), приведенные в таблице А.2;

Х _НКПР, Y _НКПР, Z _НКПР ^— расстояния по осям X, Y, Z от источника поступления газа или пара, ограниченные нижним концентрационным пределом распространения пламени, соответственно, м; рассчитываются по формулам (Б.5 — Б.7);

l, b — длина и ширина помещения, соответственно, м;

F— площадь пола помещения, м²;

С ₀ — предэкспоненциальный множитель, % (об.), равный:

при отсутствии подвижности воздушной среды для горючих газов

, (А.7)

при подвижности воздушной среды для горючих газов

, (А.8)

где U— подвижность воздушной среды, м/с;

при отсутствии подвижности воздушной среды для паров легковоспламеняющихся жидкостей

, (A.9)

где С _н —концентрация насыщенных паров при расчетной температуре t _р, °С, воздуха в помещении, % (об.).

Концентрация С _н может быть найдена по формуле

, (A.10)

где p _н — давление насыщенных паров при расчетной температуре (находится по справочной литературе), кПа;

p ₀ — атмосферное давление, равное 101 кПа.

r_п — плотность паров, кг/м³;

при подвижности воздушной среды для паров легковоспламеняющихся жидкостей

, (А.11)

Таблица А.2— Значения допустимых отклонений 5 концентраций при уровне значимости Q (С > )

Характер распределения концентраций	Q (С > )	d
Для горючих газов при отсутствии подвижности воздушной среды	0,100 000	1,29
	0,050 000	1,38
	0,010 000	1,53
	0,003 000	1,63
	0,001 000	1,70
	0,000 001	2,04
Для горючих газов при подвижности воздушной среды	0,100 000	1,29
	0,050 000	1,37
	0,010 000	1,52
	0,003 000	1,62
	0,001 000	1,70
	0,000 001	2,03
Для паров легковоспламеняющихся жидкостей при отсутствии подвижности воздушной среды	0,100 000	1,19
	0,050 000	1,25
	0,010 000	1,35
	0,003 000	1,41
	0,001 000	1,46
	0,000 001	1,68
Для паров легковоспламеняющихся жидкостей при подвижности воздушной среды	0,100 000	1,21
	0,050 000	1,27
	0,010 000	1,38
	0,003 000	1,45
	0,001 000	1,51
	0,000 001	1,75

Рисунок А. 1 — Зависимость коэффициента Z от X

Уровень значимости Q (С > ) выбирают, исходя из особенностей технологического процесса. Допускается принимать Q (C > ) равным 0,05.

А.2.4 Коэффициент Z участия паров ненагретых легковоспламеняющихся жидкостей при сгорании паровоздушной смеси может быть определен по номограмме, приведенной на рисунке А.1.

Х рассчитывают по формулам

(A.12)

где С * = j С_ст (j — эффективный коэффициент избытка горючего, принимаемый равным 1,9).

А.2.5 В случае обращения в помещении горючих газов, легковоспламеняющихся или горючих жидкостей при определении массы т, входящей в формулы (А.1) и (А.4), допускается учитывать работу аварийной вентиляции, если она обеспечена резервными вентиляторами, автоматическим пуском при превышении предельно допустимой взрывобезопасной концентрации горючих газов и паров и электроснабжением по первой категории надежности (ПУЭ) при условии расположения устройств для удаления воздуха из помещения в непосредственной близости от места возможной аварии.

При этом массу т горючих газов, паров легковоспламеняющихся или горючих жидкостей, нагретых до температуры вспышки и выше, поступивших в объем помещения, следует разделить на коэффициент К, рассчитанный по формуле

К = АТ + 1, (А.13)

где А — кратность воздухообмена, создаваемого аварийной вентиляцией, с^-1;

Т— продолжительность поступления горючих газов и паров легковоспламеняющихсяи горючих жидкостей в объем помещения, с (принимается по А. 1.2). Если в расчетной аварийной ситуации участвует аппарат (А. 1.2, перечисления а, б) с горючим газом или паровой фазой, то продолжительность поступления Т принимается равной 0 с.

А.2.6 Массу т, кг, поступившего в помещение при расчетной аварии газа рассчитывают по формуле

т = (V _а + V _т ) r _г, (А.14)

где V _а — объем газа, вышедшего из аппарата, м³;

V _т — объем газа, вышедшего из трубопроводов, м³.

При этом:

V _а = 0,01 p ₁ V, (A. 15)

где р ₁ — давление в аппарате, кПа;

V— объем аппарата, м³.

V _т = V _1т +V _2т , (A. 16)

где V _1т — объем газа, вышедшего из трубопровода до его отключения, м³;

V _2т — объем газа, вышедшего из трубопровода после его отключения, м³.

V _1т = qT, (A 17)

где q — расход газа, определяемый в соответствии с технологическим регламентом в зависимости от давления в трубопроводе, его диаметра, температуры газовой среды и т.д., м³/с;

Т— время, определяемое по А. 1.2, с.

, (А.18)

где p ₂ — максимальное давление в трубопроводе по технологическому регламенту, кПа;

r _{1,2,... n} — внутренний радиус трубопровода, м;

l _{1,2,... n} —длина трубопровода от аварийного аппарата до задвижек, м.

А.2.7 Массу паров жидкости т, поступивших в помещение при наличии нескольких источников испарения (поверхность разлитой жидкости, поверхность со свеженанесенным составом, с которой происходит испарение легколетучих веществ, открытые емкости и т.п.), рассчитывают по формуле

т = m _p + т _емк + m _св.окр, (А. 19)

где m _p— масса жидкости, испарившейся с поверхности разлива, кг;

т _емк ^— масса жидкости, испарившейся с поверхностей открытых емкостей, кг;

m _св.окр ^— масса жидкости, испарившейся с поверхностей, на которые нанесен применяемый состав, кг. При этом каждое из слагаемых в формуле (А. 19) определяют по формуле

т = WS _и T, (A.20)

где W— интенсивность испарения, кг/(с·м²);

S _и — площадь испарения, м², определяемая в соответствии с А. 1.2 в зависимости от массы жидкости т _п, поступившей в помещение.

Если аварийная ситуация связана с возможным поступлением жидкости в распыленном состоянии, то она должна быть учтена в формуле (А. 19) введением дополнительного слагаемого, учитывающего общую массу поступившей жидкости от распыляющих устройств, исходя из продолжительности их работ.

Масса паров жидкости, поступивших в помещение при аварийной ситуации, может быть определена экспериментально или расчетным путем.

А.2.8 Массу поступившей в помещение жидкости m _п, кг, определяют в соответствии с А. 1.2.

Примеры — Расчет избыточного давления, развиваемого при сгорании газопаровоздушных смесей в помещении

1. Определить избыточное давление, развиваемое при сгорании паровоздушной смеси ацетона, возникающей при аварийной разгерметизации аппарата в производственном помещении.

Данные для расчета

В помещение со свободным объемом V _св = 160 м³ при аварийной разгерметизации аппарата поступает 117,9 кг паров ацетона (определенных в соответствии с приложением И). Максимально возможная температура для данной климатической зоны t _р = 36 °С. Молярная масса ацетона М = 58,08 кг/кмоль.

Химическая формула ацетона С₃Н₆O. Максимальное давление при сгорании стехиометрической паровоздушной смеси ацетона в замкнутом объеме Р_max = 572 кПа.

Расчет

Стехиометрический коэффициент кислорода в реакции сгорания ацетона равен

Стехиометрическая концентрация ларов ацетона составит

% (об.).

Плотность паров ацетона r_п при расчетной температуре t _р равна

кг/м³

Тогда избыточное давление D р при сгорании паровоздушной смеси ацетона для расчетной аварии составит

кПа

2. Определить избыточное давление, развиваемое при сгорании газовоздушной смеси водорода, возникающей при аварийной разгерметизации трубопровода в производственном помещении.

Данные для расчета

Через помещение, свободный объем которого V _св = 200 м³, проходит трубопровод с проходным сечением диаметром d _тр = 50 мм, по которому транспортируется водород Н₂ с максимальным расходом q = 5·10^-3 м³/с при нормальных условиях и с максимальным давлением р _т = 150 кПа. Трубопровод оснащен системой автоматического отключения с временем срабатывания 2 с и с обеспечением резервирования ее элементов. Задвижки системы установлены перед стеной помещения в месте ввода трубопровода и за стеной данного помещения в месте вывода трубопровода. Длина отсекаемого участка трубопровода L _тр = 10м. Максимально возможная температура для данной климатической зоны t _p = 39 °С. Плотность водорода r_в при данной t _p равна 0,0787 кг/м³. Молярная масса водорода М = 2,016 кг/кмоль. Максимальное давление при сгорании стехиометрической газовоздушной смеси водорода в замкнутом объеме р _max = 730 кПа.

Расчет

Объем водорода, поступившего в помещение в результате аварийной разгерметизации трубопровода, будет равен

V _в = V _1т ⁺ V _2т = 0,01 + 0,02945 = 0,03945 м³,

V _1т = q · T = 5 · 10^-3 · 2 = 0,01 м³,

м³.

Масса водорода, поступившего в помещение при расчетной аварии, составит

m_в = V_в r_в = 0,03945 · 0,0787 = 3,105 · 10^-3 кг.

Стехиометрический коэффициент кислорода в реакции сгорания водорода равен

Стехиометрическая концентрация водорода составит

% (об.).

Избыточное давление Dр при сгорании водородовоздушной смеси, образующейся в результате расчетной аварии, равно

кПа

3. Определить коэффициент Z участия паров ацетона при сгорании паровоздушной смеси для случая разгерметизации аппарата с ацетоном.

Данные для расчета

В центре помещения размером 40х40 м и высотой Н _п = 3 м установлен аппарат с ацетоном. Аппарат представляет собой цилиндр диаметром основания d _a = 0,5 м и высотой h _a= 1 м, в котором содержится 25 кг ацетона. Расчетная температура в помещении t _р = 30 °С. Плотность паров ацетона р_a при t _р равна 2,33 кг/м³. Давление насыщенных паров ацетона р _н при t _р равно 37,73 кПа. Нижний концентрационный предел распространения пламени С _НКПР ⁼ 2,7 % (об.). В результате разгерметизации аппарата в объем помещения поступит 25 кг паров ацетона за время испарения Т = 208 с. При работающей общеобменной вентиляции подвижность воздушной среды в помещении v = 0,1 м/с.

Расчет

Параметры С ₀, Х _НКПР, Y _НКПР, Z _НКПР приведены в примере 1 раздела Б.2.

Так как при работающей и неработающей вентиляции

при Х_НКПР < 0,5 l и Y_НКПР < 0,5 b

коэффициент Z составит:

при работающей вентиляции

при неработающей вентиляции

4. Определить коэффициент Z участия метана при сгорании газовоздушной смеси для случая аварийной разгерметизации газового баллона с метаном.

Данные для расчета

На полу помещения размером 13х13 м и высотой H _п = 3 м находится баллон с 0,28 кг метана. Газовый баллон имеет высоту h _б = 1,5 м. Расчетная температура в помещении t _p = 30 °С. Плотность метана r_м при t _p равна 0,645 кг/м³. Нижний концентрационный предел распространения пламени метана С _НКПР = 5,28 % (об.). При работающей общеобменной вентиляции подвижность воздушной среды в помещении v = 0,1 м/с.

Расчет

C ₀, X_НКПР, Y_НКПР, Z_НКПР приведены в примере 2 раздела Б.2.

Так как при неработающей вентиляции

при Х_НКПР < 0,5 l и Y_НКПР < 0,5 b

коэффициент Z составит

А.3 Горючие пыли

А.3.1 Расчет избыточного давления при сгорании пылевоздушной смеси в помещении

А.3.1.1 Избыточное давление при сгорании пылевоздушной смеси D p, кПа, рассчитывают по формуле

, (A.21)

где М— расчетная масса взвешенной в объеме помещения горючей пыли, образовавшейся в результате аварийной ситуации, кг;

Н _т — теплота сгорания пыли, Дж/кг;

p ₀ — начальное атмосферное давление, кПа (допускается принимать равным 101 кПа);

Z — доля участия взвешенной горючей пыли при сгорании пылевоздушной смеси;

V _св — свободный объем помещения, м³;

r_в — плотность воздуха до сгорания пылевоздушной смеси при начальной температуре То, кг/м³;

С _р — теплоемкость воздуха, ДжДкг·Л) [допускается принимать равной 1010 Дж/(кг·А)];

Т о — начальная температура воздуха, К,

К _н — коэффициент, учитывающий негерметичность помещения и неадиабатичность процесса горения.

Допускается принимать К _н равным трем.

К пылям, способным образовывать горючие пылевоздушные смеси, относят дисперсные материалы, характеризующиеся наличием показателей пожарной опасности: нижним концентрационным пределом распространения пламени, максимальным давлением, развиваемым при сгорании пылевоздушной смеси (более 50 кПа), и скоростью его нарастания, минимальным пожароопасным содержанием кислорода (менее 21 %).

А. 3.1.2 Z рассчитывают по формуле

Z = 0,5 F, (A.22)

где F— массовая доля частиц пыли размером менее критического, с превышением которого аэровзвесь становится взрывобезопасной, т. е. неспособной распространять пламя.

В отсутствие возможности получения сведений для расчета Z допускается принимать Z = 0,5.

А. 3.1.3 М, кг, рассчитывают по формуле

(A.23)

где М _вз — расчетная масса взвихрившейся пыли, кг;

М _ав — расчетная масса пыли, поступившей в помещение в результате аварийной ситуации, кг;

р_ст — стехиометрическая концентрация горючей пыли в аэровзвеси, кг/м³;

V _ав — расчетный объем пылевоздушного облака, образованного при аварийной ситуации в объеме помещения, м³.

В отсутствие возможности получения сведений для расчета V _ав допускается принимать

М = М _вз + М _ав.

А.3.1.4 М _вз рассчитывают по формуле

М _вз = К _вз М _п, (А.24)

где К _вз — доля отложенной в помещении пыли, способной перейти во взвешенное состояние в результате аварийной ситуации. В отсутствие экспериментальных сведений о К _вз допускается полагать К _вз = 0,9;

М _п — масса отложившейся в помещении пыли к моменту аварии, кг.

А.3.1.5 М _ав рассчитывают по формуле

М _ав = (М _ап + qТ) К п, (А.25)

где М _ап — масса горючей пыли, выбрасываемой в помещение при разгерметизации одного из технологических аппаратов, кг. При отсутствии ограничивающих выброс пыли инженерных устройств следует полагать, что в момент расчетной аварии происходит аварийный выброс в помещение всей находившейся в аппарате пыли;

q — производительность, с которой продолжается поступление пылевидных веществ в аварийный аппарат по трубопроводам до момента их отключения, кг/с;

Т— расчетное время отключения, определяемое в каждом конкретном случае, исходя из реальной обстановки. Следует принимать равным времени срабатывания системы автоматики, если вероятность ее отказа не превышает 0,000001 в год; 120 с, если вероятность отказа системы автоматики превышает 0,000001 в год; 300 с при ручном отключении;

k _п— коэффициент пыления, представляющий отношение массы взвешенной в воздухе пыли ко всей массе пыли, поступившей из аппарата в помещение. В отсутствие экспериментальных сведений о K _п допускается полагать:

- k _п = 0,5 — для пылей с дисперсностью не менее 350 мкм;

- k _п = 1,0 — для пылей с дисперсностью менее 350 мкм.

А.3.1.6 М _п рассчитывают по формуле

, (A.26)

где K _r — доля горючей пыли в общей массе отложений пыли;

K _у — коэффициент эффективности пылеуборки. Принимают равным 0,6 при сухой и 0,7 — при влажной (ручной) пылеуборке; при механизированной вакуумной пылеуборке для ровного пола K _у принимается равным 0,9, для пола с выбоинами (до 5 % площади) — 0,7;

М ₁ — масса пыли, оседающей на труднодоступных для уборки поверхностях в помещении за период времени между генеральными уборками, кг;

М ₂ — масса пыли, оседающей на доступных для уборки поверхностях в помещении за период времени между

текущими пылеуборками, кг.

Под труднодоступными для уборки площадями подразумевают такие поверхности в производственных помещениях, очистка которых осуществляется только при генеральных пылеуборках. Доступными для уборки местами являются поверхности, пыль с которых удаляется в процессе текущих пылеуборок (ежесменно, ежесуточно и т. п.).

А. 3.1.7 M _k (k= 1,2) рассчитывают по формулам

m ₁ = M ₁' (1 - A) B ₁, M ₂ = M ₂' (1 - A) B ₂, (A.27)

где M ₁' = (M ₁₁+ M ₁₂+,..., + M _1n) — масса пыли, выделяющаяся в объем помещения за период времени между генеральными пылеуборками, кг;

M ₁₁,..., M _1n — масса пыли, выделяемая соответствующей единицей пылящего оборудования за тот же период времени, кг;

M ₂' ⁼ (M ₂₁ +M ₂₂ +,..., +М _2n) — масса пыли, выделяющаяся в объем помещения за период времени между текущими пылеуборками, кг;

M ₂₁,..., М _2n — масса пыли, выделяемая соответствующей единицей пылящего оборудования за тот же период времени, кг;

А — доля выделяющейся в объем помещения пыли, которая удаляется вытяжными вентиляционными системами. В отсутствие экспериментальных сведений об А полагают А = 0;

B ₁, В ₂ — доли выделяющейся в объем помещения пыли, оседающей соответственно на труднодоступных и доступных для уборки поверхностях помещения (B ₁ +B ₂ = 1).

При отсутствии сведений о коэффициентах B ₁ и В ₂ допускается полагать b₁ = 1, В ₂ = 0.

А.3.1.8 M ₁ и M ₂ могут быть определены экспериментально (или по аналогии с действующими образцами производства) в период максимальной загрузки оборудования по формуле

, (А.28)

где G_ij, F_ij — соответственно интенсивность пылеосаждения и площадь для труднодоступных (i = 1) и доступных (i = 2) участков;

j — номер участка пылеосаждения;

T_i — промежуток времени между генеральными (i = 1) и текущими (i = 2) пылеуборками.

А.3.2 Характеристики сгорания пылепаровоздушных смесей в технологическом аппарате

А.3.2.1 Сгорание пылевоздушной смеси в аппарате может протекать как в режиме медленного, дозвукового горения, так и в режиме детонации. В подавляющем большинстве практических случаев встречается медленный (дефлаграционный) режим горения, к которому относят информацию (А.3.2.2, А.3.2.3).

А.3.2.2 Основными расчетными (в предположении достаточной стойкости корпуса аппарата к напряжениям разрыва и деформации) характеристиками взрыва пылевоздушных смесей в аппарате считают:

- р_max ^— максимальное давление при сгорании пылевоздушной смеси в аппарате, кПа, определяемое как наибольшее давление при сгорании, достигаемое в объеме аппарата при взрывном горении оптимальной пылевоздушной смеси;

- (d p /dt)_max — максимальную скорость нарастания давления при сгорании пылевоздушной смеси в аппарате, кПа/с, определяемую как наибольший наклон зависимости давления при сгорании оптимальной пылевоздушной смеси в аппарате от времени при точечном зажигании в оптимальном месте;

- k _st — индекс взрывопожароопасности пыли, кПа/м · с; k _st = (dp/dt) _max V ^1/3 (V— объем аппарата, м³).

А.3.2.3 Для не слишком протяженных технологических аппаратов объемом свыше 16 л справедливы эмпирические правила, в соответствии с которыми:

Р _mах1 = Р _mах2; (А.29)

k _st1 = k _st2 ,

где 1,2— индексы, относящиеся к двум произвольно выбранным аппаратам.

Для аппарата объемом менее 16 л расчетные значения характеристик сгорания пылевоздушных смесей (по результатам испытаний в крупномасштабной емкости) обладают достаточным запасом надежности.

А.3.2.4 Оценка расчетных значений параметров сгорания пылевоздушных смесей для протяженных аппаратов (с отношением максимального габаритного размера к минимальному порядка 5 и более), а также горения, протекающего в режиме детонации, возможна на основе экспертных заключений.

Пример

Данные для расчета

Рассчитать избыточное давление при сгорании полиэтиленовой пыли в помещении для следующих исходных данных: М _вз = 10 кг; M _ав = 90 кг; F = 0,3; H _т = 47·10⁶ Дж/кг; V _св = 2000 м³; V _ав = 20 м³; Р _в = 1,2 кг/м³; T _о = 298 К; p_ст = 0,1 кг·м³.

Определяем Z по формуле (А.22)

Z = 0,5 F = 0,5 · 0,3 = 0,15.

Определяем М по формуле (А.23)

отсюда следует, что М = 14 кг.

Принимая К _н = 3 и подставляя исходные данные в выражение для расчетного избыточного давления при сгорании пылевоздушной смеси, получим:

кПа.

ПРИЛОЖЕНИЕ Б

(обязательное)

Познавательные статьи:



Психологические особенности спортивного соревнования

Приготовление дезинфицирующих растворов различной концентрации

Занятость населения и рынок труда

Социальный статус семьи и её типология