ОСНОВНЫЕ ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ПОЛОЖЕНИЯ

3.1. Оценка пожарной опасности среды внутри
технологического оборудования

Условия образования горючей среды внутри производственных аппаратов зависят от пожаровзрывоопасных свойств и агрегатного состояния веществ, обращающихся в технологическом процессе, конструктивных особенностей и режимов работы оборудования.

1. Если в газовом пространстве оборудования с горючими жидкостями имеется воздух или другой окислитель выполнение условий пожаровзрывобезопасности возможно, если выполняется следующее условие:

или (1)

Тогда условие пожаровзрывоопасности будет иметь вид

(1а)

где φ_р—действительная (рабочая) объёмная доля паров горючей жидкости в аппарате, % об. (г·м^-3);

φ_НТ и φ_ВТ — соответственно нижний и верхний концентрационные пределы распространения пламени по смеси горючего вещества с воздухом, % об. (г·м^-3);

φ_г.без – безопасная концентрация горючего вещества, % об. (г·м^-3);

R – воспроизводимость метода определения показателя пожарной опасности при доверительной вероятности 95%;

Согласно п. 4.10.4.3 ГОСТ 12.1.044 воспроизводимость метода экспериментального определения концентрационных пределов распространения пламени по газо- и паровоздушным смесям при доверительной вероятности 95 % не должна превышать 0,3 % об. На нижнем пределе и 0,6 % об. На верхнем пределе.

Значенияφ_НТ и φ_ВТ (приведенные к 298 К) приведены в табл. 1 приложения.

Определить значения величинφ_НТ и φ_ВТ при температуре паровоздушной смеси, отличной от 298 К, можно определить по формулам:

, (2)

(2а)

где Т_р – рабочая температура паровоздушной смеси в аппарате, К

В аппаратах с длительно хранящимися и, особенно, нагретыми горючими жидкостями концентрация паров в свободном пространстве близка к насыщенной, т.е. φ _р = φ _s.

, (3)

где φ_s – концентрация насыщенного пара при рабочей температуре жидкости;

P_s – давление насыщенного пара при рабочей температуре жидкости, Па;

P_общ – общее давление в свободном объеме аппарата, Па.

Давление насыщенного пара P_s жидкости может быть найдено из справочной литературы или определено расчетным путем, например, по уравнению Антуана.

, (4)

А, В и С_а – константы, зависящие от свойств горючей жидкости;

t_р – рабочая температура жидкости, °С.

Для пересчёта концентрационных пределов воспламенения из объёмных долей в граммы на м³ используют соотношение

, (5)

гдеφ_Н и φ_В – концентрационные пределы воспламенения в объёмных долях;

- концентрационные пределы воспламенения в кг/м³;

М – молекулярная масса паров или газов, кг/кмоль;

V_t – молярный объём паров или газов при рабочих условиях, м³/кмоль, определяется по формуле

, (6)

где V₀=22,4135 м³/кмоль – молярный объём паров или газов при нормальных условиях;

T₀=273,15 К (~273 К) – температура при нормальных физических условиях (t₀=0°C);

P₀=1,01325·10⁵ Па (~1·10⁵ Па) – давление при нормальных условиях (P₀=760 мм рт. Ст.).

Условие образования взрывоопасных концентраций в свободном пространстве аппарата, насыщенном парами горючей жидкости, может быть записано следующим образом

t_нпв-Dt £ t £ t_впв+Dt (7)

где t_нпв и t_впв — соответственно нижний и верхний температурные пределы воспламенения (распространения пламени);

Dt – температурный коэффициент запаса надежности; обычно принимают Dt = 10ºС.

2. Аппараты с газами.

В период нормальной эксплуатации оборудования с горючими газами или перегретыми парами взрывоопасные смеси образуются в аппаратах, в которые (по условиям технологического процесса) подаётся кислород, воздух, хлор и другие окислители, если выполняется соотношение (1).

Рабочую объёмную долю газа в смеси с окислителем можно определить, исходя из материального баланса аппарата, по формуле

, (8)

, (8а)

где V_Г и V_ок – количество горючего газа и окислителя в аппарате, м³;

G _Г и G_ок – объёмные расходы горючего газа и окислителя, м³/с.

3. При эксплуатации аппаратов с открытой поверхностью испарения (окрасочные, закалочные, пропиточные ванны, ёмкости для промывки деталей и другие подобные аппараты) взрывоопасные концентрации паров над зеркалом горючей жидкости образуется при выполнении условия

t_р ≥ t_всп-Dt(9)

t_всп– температура вспышки горючей жидкости, ºС (см. табл. 1 приложения).

4. Концентрационные пределы воспламенения газовых смесей, состоящих из нескольких горючих компонентов, оценивают по правилу Ле Шателье:

, (10)

где j_см – концентрационный предел распространения пламени (нижний или верхний) смеси;

j_I – объёмная доля i-го компонента в смеси;

j_I,В – концентрационный предел распространения пламени (нижний или верхний) i-го компонента.

Температурные пределы воспламенения паров горючей жидкости можно пересчитать в концентрационные (или наоборот), используя формулу

(11)

где j_нв – концентрационный предел распространения пламени (нижний или верхний);

P_s,В – давление насыщенных паров жидкости, соответствующее нижнему или верхнему температурным пределам воспламенения, Па.

5. В аппаратах часто находятся не индивидуальные горючие жидкости, а их растворы (в том числе водные). В этом случае давление насыщенных паров компонентов над раствором определяется по закону Рауля (для идеальных растворов):

(12)

где P_s,I^' - парциальное давление i-го компонента над раствором, Па;

P_s,I – давление насыщенного пара чистого i-го компонента при данной температуре, Па;

X_i – мольная доля i-го компонента в растворе.

Пересчёт относительного объёмного или массового содержания компонентов в растворе в мольные доли компонентов производится по формулам (для двухкомпонентных растворов, содержащих компоненты А и В):

(13)

(14)

где j_а, j_в – соответственно объёмная доля компонентов А и В в растворе; j_в=1-j_а;

r_а, r_в – плотность чистых компонентов А и В, кг/м³;

С_а, С_в – массовая доля компонентов А и В в растворе; С_в=1- С_а;

М_а, М_в – молекулярные массы чистых компонентов А и В, кг/моль;

х_а, х_в – мольные доли компонентов А и В в растворе;

х_в=1- х_а.

6. В процессе транспортирования твёрдых горючих материалов (в виде кусков или измельчённых) образование взрывоопасных пылевоздушных смесей происходит при выполнении соотношения:

, (15)

где j_р – фактическая концентрация пыли в аппарате или помещении с учетом наличия взвешенной и осевшей пыли, г/ м³;

j_н – нижний концентрационный предел воспламенения пыли, г/м³;

R – воспроизводимость метода определения показателя пожарной опасности при доверительной вероятности 95%;

Согласно п. 4.11.4.7 ГОСТ 12.1.044 воспроизводимость метода экспериментального определения показателей взрыва пылевоздушных смесей – максимального давления взрыва, нижнего концентрационного предела распространения пламени, минимального взрывоопасного содержания кислорода и минимальной флегматизирующей концентрации флегматизатора не должна превышать значений:

Поиск по сайту: