ЗАЩИТА ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ КОММУНИКАЦИЙ ОТ РАСПРОСТРАНЕНИЯ ПОЖАРА

1. Производственные коммуникации защищаются от распространения пламени огнепреградителями. На парогазовоздушных коммуникациях устанавливаются сухие огнепреградители (сетчатые, кассетные, гравийные, металлокерамические), основной расчётный параметр которых – критический диаметр канала или огнепреграждающего элемента – определяют по формуле

, (62)

где d_кр – критический диаметр канала огнепреградителя, м;

Ре_кр – критическое значение числа Пекле на пределе гашения пламени; обычно принимают Ре_кр=65;

Т_р – начальная (рабочая) температура, К;

Р_р – давление горючей смеси, Па;

U_н – нормальная скорость распространения пламени, м/с; максимальное значение этой величины для смесей различных газов и паров с воздухом приведены в таблице 1 приложения;

l - коэффициент теплопроводности горючей смеси, Вт/(м·К);

С_р – удельная теплоёмкость горючей смеси при постоянном давлении, Дж/(кг·К).

Коэффициент теплопроводности двухкомпонентной горючей парогазовоздушной смеси определяют по формуле

l=j_г·l_г+(1-j_г)·l_в, (63)

где «г», «в» - индексы, относящиеся к соответствующим показателям горючего газа (пара) и воздуха;

j_г – объёмная доля горючего компонента в стехиометрической смеси;

l_г – коэффициент теплопроводности горючего газа (пара), Вт/(м·К);

l_в – коэффициент теплопроводности воздуха, Вт/(м·К).

Значения коэффициентов теплопроводности некоторых горючих газов и паров приведены в таблице 6 приложения, воздуха – в таблице 7 приложения.

Коэффициент теплопроводности многокомпонентных газовых смесей рассчитывают по формуле

, (64)

где j_I, l_I, М_i – соответственно мольная доля, коэффициент теплопроводности и молекулярная масса I – го компонента газовой смеси.

Значение удельной теплоёмкости горючей смеси находят по формуле

, (65)

где С_р.в – теплоёмкость воздуха, Дж/(кг·К);

С_р.г – теплоёмкость горючих паров или газов, Дж/(кг·К); значения теплоёмкости некоторых горючих веществ приведены в таблице 6 приложения.

Для обеспечения надёжности гашения пламени фактический диаметр d каналов огнепреградителя должен быть меньше критического, т.е.

, (66)

где d – фактический диаметр каналов огнепреградителя, м;

К_н – коэффициент запаса надёжности, К_н³2.

2. При расчёте насадочных огнепреградителей определяют диаметр гранул, гидравлическое сопротивление слоя насадки и диаметр сечения защитного устройства. Если насадка огнепреградителя состоит из гранулированных тел (гравий, кольца, стеклянные или фарфоровые шарики) примерно одинакового размера, диаметр частиц, условно принимаемых шарообразными, находят из соотношения

d_гр=(3…4)d, (67)

где d_гр – диаметр гранул насадки огнепреградителя, м.

Потери напора в слое сухой насадки определяют по формуле

, (68)

где DР – сопротивление слоя насадки, Па;

Н – высота слоя, м;

w - действительная скорость парогазовоздушной смеси в слое насадки, м/с.

Действительную скорость газовой смеси находят из соотношения

, (69)

где w_ф – фиктивная скорость, равная отношению максимального объёмного расхода газовой смеси (через огнепреградитель) ко всей площади поперечного сечения слоя насадки, м/с;

e - свободный объём насадки;

r_t – плотность парогазовоздушной смеси, кг/м³;

d_э – эквивалентный диаметр огнегасящих каналов, м; он может быть найден через свободный объём насадки и её удельную поверхность (S, м^-1):

, (70)

Свободный объём и удельная поверхность некоторых видов насадок приведены в таблице 8 приложения.

l - коэффициент гидравлического слоя насадки; является функцией числа Рейнольдса для газового потока в пористом слое:

, (71)

где m - коэффициент динамической вязкости газовой смеси (Па·с) при температуре Т₀;

, (72)

где М_см – кажущаяся молекулярная масса смеси, кг/моль;

m - коэффициент динамической вязкости i-го компонента при температуре смеси, Па·с (см. таблицу 6 приложения).

Вязкость газов зависит от температуры:

, (73)

здесь m_t – вязкость компонента смеси при рабочей температуре, Па·с;

m₀ – табличное значение коэффициента вязкости (обычно при температуре 273 К), Па·с;

С – константа (С=1,45·Т_кип), К.

Значения динамических коэффициентов вязкости при атмосферном давлении (~1·10⁵ Па) и константа С приведены в таблице 6 приложения.

Вязкость двухкомпонентных газовых смесей «воздух (в) – горючий газ (пар) (г)» определяют из выражения

(74)

Для зернистого слоя насадки огнепреградителя величина l определяется по следующим формулам (в зависимости от числа Рейнольдса):

При Re<10 ; (75)

При 10£ Re £250 ; (75а)

При 250£ Re £5000 . (75б)

Диаметр сечения огнепреградителя определяется по формуле

, (76)

где D – диаметр сечения огнепреградителя, заполненного насадкой, м;

W – максимальный расход горючей смеси, м³/с.

Величину w находят методом последовательных приближений из выражений (68) и (69) при условии, что сопротивление слоя чистой насадки не должно превышать 100…300 Па, т.е.

(77)

3. Продолжительность аварийного слива горючих жидкостей из емкостного оборудования определяется зависимостью

, (78)

гдеt_сл – продолжительность аварийного слива, с;

t_опор – продолжительность опорожнения аппарата, с;

t_оп – продолжительность операций по приведению системы слива в действие, с (обычно t_оп не превышает 60…300 с);

[t_сл.] – допустимая продолжительность аварийного режима, с; в большинстве случаев [t_сл.]=900 с или обосновывается расчётом, исходя из огнестойкости строительных конструкций и оборудования, и среднего времени от момента вызова пожарных подразделений до начала тушения пожара.

Продолжительность опорожнения аппаратов постоянного по высоте сечения определяют по формуле:

, (79)

где F – площадь поперечного сечения аппарата, м²;

Н_пр.1, Н_пр.2 – соответственно максимальный и минимальный уровни жидкости в аппарате (м), определяемые по формуле (28). В формуле (28):

Н – расстояние (по вертикали) от уровня жидкости в аппарате до выходного сечения аварийного трубопровода (или уровня жидкости в аварийной ёмкости), м; при сливе горючей жидкости из аппарата самотёком Н_пр=Н;

Р_р.и. – избыточное давление среды в аппарате над поверхностью жидкости, Па (Р_р.и.=Р_р-1·10⁵ Па; здесь Р_р – абсолютное рабочее давление среды в аппарате, Па);

r_t – плотность жидкости при рабочей температуре, кг/м³;

g=9,81 м/с² – ускорение свободного падения;

f_вых – сечение сливного трубопровода на выходе в аварийную ёмкость, м²;

j_сист – коэффициент расхода системы, определяемый методом приближений из выражения

, (80)

здесь z_сис – коэффициент сопротивления системы:

(81)

z_I – коэффициент местного сопротивления на рассматриваемом участке; величина местных сопротивлений z_I принимается:

на вход струи с острыми краями ………………………………….…..1,78

на колено …………………………………………………………………..1,00

на задвижку …………………………………………………………....0,05-0,1

на вентиль……………………………………………………………….0,6-5,0

на выход струи ………………………………….…………………..…….1,78

d_вых – внутренний диаметр аварийного трубопровода на выходе, м;

d_i, l_i – соответственно внутренний диаметр и длина рассматриваемого участка трубопровода, м;

l_I – коэффициент сопротивления трения, в среднем равный 0,03; величину l_I определяют в зависимости от режима движения жидкости (числа Рейнольдса) по формулам (39)…(39в):

В формулу определения числа Рейнольдса входит средняя скорость движения жидкости в аварийном трубопроводе, которую определяют как

(82)

4. Диаметр аварийного трубопровода оценивают по формуле:

где V_ж – объём сливаемой жидкости, м³;

Величину j_сист ориентировочно определяют по формуле (80).

,

а величину t_опор принимают равной величине не более 600 с (10 мин).

5. Продолжительность опорожнения аппаратов определяют по формулам:

а) горизонтального цилиндрического резервуара (цистерны) – см. формулу (79)

,

где L_ц, D_ц – соответственно длина и диаметр цистерны, м;

Н – расстояние (по вертикали) от выпускного отверстия цистерны до выходного сечения аварийного трубопровода, м.

б) шарового резервуара – см. формулу (79)

,

где D_ш – диаметр шарового резервуара, м.

в) конической ёмкости – см. формулу (79)

,

где D₁, D₂ – диаметры соответственно верхнего и нижнего сечений конуса, расположенных на расстоянии (по вертикали) Н₁ и Н₂ от выходного сечения аварийного трубопровода, м.

6. Продолжительность аварийной перекачки горючей жидкости из аварийной зоны в менее опасную зону (при известных гидравлических характеристиках трубопровода и напора насоса) определяют по формуле:

, (84)

где t_п – продолжительность перекачки, с;

V_ж – объём перекачиваемой жидкости, м³;

f_тр – сечение трубопровода, м²;

P_р – давление, развиваемое насосом, Па;

Н – разность отметок уровней жидкости в опорожняемом аппарате и аварийной ёмкости, м; в случае перекачки жидкости на отметки, расположенные ниже отметки опорожняемого аппарата, принимается знак плюс; если отметка выше отметки опорожняемого аппарата – минус.

7. Продолжительность аварийного выпуска горючих паров и газов из технологических аппаратов, работающих под давлением, определяется зависимостью

(85)

где t_вып – продолжительность аварийного выпуска, с;

t_вып^кр – продолжительность выпуска паров и газов с критической скоростью, с; определяется по формуле:

, (86)

t_вып^докр – продолжительность выпуска паров и газов с докритической скоростью, с; определяется по формуле:

, (86а)

t_ол – продолжительность операций по приведению системы в действие, с; (обычно t_ол=60с);

[t]_вып – допустимая продолжительность аварийного режима, с; в большинстве случаев [t]_вып не должно превышать 300 с;

Р_с – давление среды, в которую производится сбрасывание газов или паров из аппарата, Па (при сбросе в атмосферу Р_с=Р_бар);

Р_кр – критическое давление, определяемое из выражения (31).

Если Р_с>Р_кр, скорость истечения паров или газов из аппаратов будет меньше критической. В этом случае в уравнении (85) величина t_вып^кр отсутствует.

8. Удельная рабочая площадь мембранного устройства, т.е. площадь отверстия, образующегося после разрушения мембраны, отнесённая к 1м³ свободного объёма защищаемого аппарата, определяется по формуле:

, (87)

где DV_t – избыточное количество продуктов горения (взрыва), которое необходимо отвести на 1м³ свободного объёма аппарата, м³/м³; величину DV_t определяют по формулам:

(88)

или

(88а)

где Р_max – максимальное давление взрыва горючей среды в аппарате, Па; значения Р_max некоторых парогазовоздушных смесей (в зависимости от состава) приведены в табл. 9 приложения;

Р_разр – давление разрушения мембран, Па; принимают следующие значения:

Таблица 30

V_t.г – объём газообразных продуктов, выделяющихся при сгорании (взрыве) 1м³ горючей смеси стехиометрического состава, м³/м³; величину V_t.г можно определить по формуле

(89)

где Т_взр – температура взрыва, К;

Sm_i; Sn_i – количество молей (соответственно) продуктов сгорания и исходной горючей смеси;

t - время достижения максимального давления взрыва, с.

Время достижения максимального давления взрыва зависит от объёма аппарата. Для аппаратов сравнительно небольшого объёма время достижения максимального давления взрыва можно определить по формуле:

(90)

t₀ – время достижения максимального давления взрыва при взрыве горючих смесей в бомбе ёмкостью 0,01 м³ и начальном давлении 0,1 Мпа приведены в табл. 9 приложения.

Время достижения максимального давления взрыва в крупногабаритных аппаратах, например, резервуарах, определяют по формуле:

(91)

U_н – скорость распространения пламени, м/с;

w - скорость истечения газов через отверстие, образовавшееся при разрушении мембраны, м/с;

При докритическом режиме истечения (когда Р_с>Р_кр) скорость истечения определяют по формуле:

Р_кр – критическое давление, Па, определяемое из выражения (31)

при Р_с<P_кр

где m - коэффициент скорости (для отверстий круглой формы m=0,7).

Общую площадь мембранного устройства (м²) определяют по формуле:

, (92)

где V_св – свободный объём защищаемого аппарата, м³;

f – удельная площадь мембраны, м²/м³.

Если все мембраны имеют один и тот же диаметр (D₁ = D₂ = D_n = D),

(93)

n – количество предохранительных клапанов.

Толщину мембраны определяют по формуле

(94)

где К – коэффициент, зависящий от материала мембраны;

К=0,33-0,38 – для алюминиевых мембран;

К=0,15-0,18 – для медных мембран.

4. Последовательность оформления расчётов первой части РГР:

1. Определение категории помещения краскоприготовительного отделения окрасочного цеха.

1.2. Исходные данные. В соответствии заданным вариантом выписываются необходимые для расчёта данные.

1.3. Обоснование расчётного варианта. Обоснование расчётного варианта производится на основании ТКП 474-2013.

1.4. Расчёт избыточного давления взрыва. Расчёт избыточного давления взрыва производится в соответствии с ТКП 474-2013 в следующем порядке:

1.4.1. Избыточное давление взрыва DР для индивидуальных горючих веществ, состоящих из атомов С, Н, О, N, Cl, Br, I, F, определяется по формуле

где V_св=0,8·L·S·H

P_max – максимальное давление взрыва, кПа;

P₀ – атмосферное давление, кПа;

Z – коэффициент участия паров ЛВЖ во взрыве;

V_cв – свободный объем помещения, м³;

m – масса испарившейся жидкости, кг;

ρ_п – плотность пара, кг/м³;

C_ст – стехиометрическая концентрация ЛВЖ, %;

К_н – коэффициент учитывающий не герметичность помещения и неадиабатичность процесса горения принимаем равным 3.

1.4.2. Определяется масса ЛВЖ, поступившая в помещение по формулам:

m_ж=(V_A+V_T) ρ_ж

m_ж - масса ЛВЖ, поступившей в помещение, кг

r_ж – плотность жидкости кг/м³

V_A – объем жидкости вышедшей из аппарата, м³

V_A = V_P ε

V_P – расчетный объем аппарата, м³

ε – степень заполнения аппарата.

V_1T – объем жидкости, вышедшей из аппарата до отключения, м³;

V_2T - объем жидкости, вышедшей из аппарата после отключения, м³;

q – производительность насоса, м³/с;

Т – время отключения насоса, с.

d_H – диаметр напорного трубопровода, м;

l_H – длина напорного трубопровода, м;

d_OT – диаметр отводящего трубопровода, м;

l_OT – длина отводящего трубопровода, м;

1.4.3. Определяется масса испарившейся ЛВЖ по формулам:

1.4.3.1. Определяется площадь испарения в соответствии с п.А 2.2. ТКП 474-2013

,

где V_лвж – объём жидкости, вышедшей из аппарата при аварии, л.

1.4.3.2. Определяется давление насыщенных паров.

P_H – давление насыщенных паров, кПа;

t_ж – рабочая температура, °С

А,В,С_А – константы уравнения Антуана

1.4.3.3. Определяется интенсивность испарения.

W = 10^-6×h× ×P_н

М – молекулярная масса, кг/кмоль;

Р_Н – давление насыщенных паров, кПа;

h - коэффициент, принимаемый по таблице А.1 ТКП 474-2013 в зависимости от скорости и температуры воздушного потока над поверхностью испарения. Коэффициент h рассчитываем, применяя метод интерполяции, по формуле.

Определяется скорость движения воздуха в помещении U (м·с^-1) из выражения

,

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

L – длина помещения, м.

1.4.3.4. Определяется время полного испарения разлившейся в помещении ЛВЖ

,

но не более Т=3600 с.

1.4.3.5. Определяется масса испарившейся с поверхности разлива жидкости.

m=W×F_и×Т

F_И – площадь разлива, м²;

Т – время полного испарения, с;

Определяется коэффициент К с целью учёта работы аварийной вентиляции.

К = А×Т + 1,

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

Т - продолжительность поступления ГГ и паров ЛВЖ и ГЖ в объем помещения, с (принимается по п. А.1.2. ТКП 474-2013).

1.4.4. Определяется средняя концентрация паров ЛВЖ по формулам:

1.4.4.1. Определяется плотность пара.

V₀ – молярный объем, м³/кмоль;

T_P – расчетная температура, °С;

М – молярная масса, кг/кмоль;

1.4.4.2. Определяется средняя концентрация паров ЛВЖ в помещении и сравнивается с нижним концентрационным пределом распространения пламени.

m – масса испарившейся жидкости, кг;

r_гп – плотность пара, кг/м³;

V_св – свободный объем помещения, м³;

Если С_ср< 0,5·С_нкпр, то производится расчёт взрывоопасной зоны, а также величины коэффициента участия паров ненагретых ЛВЖ во взрыве;

Если С_ср≥ 0,5·С_нкпр, то объём зоны взрывоопасных концентраций принимается равным объёму помещения, а коэффициент участия паров ЛВЖ во взрыве принимается по табл. Б.2 ТКП 474-2013.

1.4.5. Определяется коэффициент участия паров ЛВЖ во взрыве Z.

1.4.5.1. Определяется концентрация насыщенных паров

1.4.5.2. Определяется величина С^*

j - эффективный коэффициент избытка горючего, %;

С_ст – стехиометрическая концентрация ЛВЖ, %;

где

b - стехиометрический коэффициент кислорода в реакции сгорания;

b = n_c +

n_c, n_н, n_к, n_o – число атомов С,Н,О и галоидов в молекуле

Определяется значение Х по формуле

при С_н£С^*;

Х=1 при С_н>С^*

По номограмме приложения Б ТКП 474-2013 определяется значение коэффициента участия паров ЛВЖ во взрыве Z

Если Z=0, то расчёт на этом прекращают и помещение относят к категории В.

Если 0< Z<0,3, то производится дополнительный расчёт величины Z. Результат этого расчёта является окончательным.

Если Z=0,3, то в формуле расчёта избыточного давления взрыва принимается значение коэффициента участия паров ЛВЖ во взрыве Z=0,3.

1.4.5.3. Определяются размеры взрывоопасной зоны (расстояния по осям X_нкпр, Y_нкпр, Z_нкпр от источника поступления паров ЛВЖ, ограниченные нижним концентрационным пределом распространения пламени)

Х_НКПР = К₁×L

Y_НКПР = К₁×S ×

Z_НКПР = К₃ Н

Где К₁ = 1,1958 для ЛВЖ;

К₂ = для ЛВЖ;

К₃ = 0,04714 для ЛВЖ при отсутствии подвижности воздушной среды и

К₃ = 0,3536 для ЛВЖ при подвижности воздушной среды.

С₀ - предэкспоненциальный множитель, % (об.),

При отсутствии подвижности воздушной среды для паров ЛВЖ

С₀ = С_Н

При подвижности воздушной среды для паров ЛВЖ

С₀ = С_Н

1.4.5.4. Производится расчёт коэффициента участия паров ЛВЖ во взрыве Z

при Х_НКПР L и Y_НКПР£

Z =

при X_НКПР> L и Y_НКПР > S

Z = F × Z_НКПР ,

1.4.6. Заключение о категории помещения. Производится на основании произведенного расчёта и таблицы 1 ТКП 474-2013. Указываются размеры взрывоопасной зоны.

2. Если в результате расчёта получилась категория помещения «В», то определяется категория помещений В1–В4 в соответствии с п.5.3. ТКП 474-2013.

2.1. Определяется пожарная нагрузка

G - количество материала пожарной нагрузки, кг;

- низшая теплота сгорания материала пожарной нагрузки, МДж×кг^-1

2.2. Определяется количество материала пожарной нагрузки

2.3. Производится расчёт удельной пожарной нагрузки

где S - площадь размещения пожарной нагрузки, м²

Определение категории здания по взрывопожарной и пожарной опасности. Определяется в соответствии п.6. ТКП 474-2013.

Поиск по сайту: