|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
АвтоАвтоматизацияАрхитектураАстрономияАудитБиологияБухгалтерияВоенное делоГенетикаГеографияГеологияГосударствоДомДругоеЖурналистика и СМИИзобретательствоИностранные языкиИнформатикаИскусствоИсторияКомпьютерыКулинарияКультураЛексикологияЛитератураЛогикаМаркетингМатематикаМашиностроениеМедицинаМенеджментМеталлы и СваркаМеханикаМузыкаНаселениеОбразованиеОхрана безопасности жизниОхрана ТрудаПедагогикаПолитикаПравоПриборостроениеПрограммированиеПроизводствоПромышленностьПсихологияРадиоРегилияСвязьСоциологияСпортСтандартизацияСтроительствоТехнологииТорговляТуризмФизикаФизиологияФилософияФинансыХимияХозяйствоЦеннообразованиеЧерчениеЭкологияЭконометрикаЭкономикаЭлектроникаЮриспунденкция |
МЕТОД РАСЧЕТА ИЗБЫТОЧНОГО ДАВЛЕНИЯ, РАЗВИВАЕМОГО ПРИ СГОРАНИИ ГАЗОПАРОВОЗДУШНЫХ СМЕСЕЙ В ПОМЕЩЕНИИА.1 Выбор и обоснование расчетного варианта. А.1.1. При расчете значений критериев пожарной опасности при сгорании газопаровоздушных смесей в качестве расчетного следует выбирать наиболее неблагоприятный вариант развития пожара (в период пуска, остановки, загрузки, выгрузки, складирования, ремонта, нормальной работы, аварии аппаратов или технологического процесса), при котором в помещение поступает (или постоянно находится) максимальное количество наиболее опасных в отношении последствий сгорания газопаровоздушных смесей и пожара веществ и материалов. А.1.2. Количество поступивших в помещение веществ, которые могут образовать горючие газовоздушные или паровоздушные смеси, определяют, исходя из следующих предпосылок: а) происходит расчетная авария одного из аппаратов согласно А.1.1; б) все содержимое аппарата поступает в помещение; в) происходит одновременно утечка веществ из трубопроводов, питающих аппарат по прямому и обратному потоку в течение времени, необходимого для отключения трубопроводов. Расчетное время отключения трубопроводов определяют в каждом конкретном случае, исходя из реальной обстановки, и оно должно быть минимальным с учетом паспортных данных на запорные устройства, характера технологического процесса и вида расчетной аварии. Расчетное время отключения трубопроводов следует принимать равным: - времени срабатывания системы автоматики отключения трубопроводов согласно паспортным данным установки, если вероятность отказа системы не превышает 0,000001 в год или обеспечено резервирование ее элементов (но не более 120 с); - 120 с, если вероятность отказа системы автоматики превышает 0,000001 в год и не обеспечено резервирование ее элементов; - 300 с при ручном отключении. Не допускается использование технических средств для отключения трубопроводов, для которых время отключения превышает вышеприведенные значения. Быстродействующие клапаны-отсекатели должны автоматически перекрывать подачу газа или жидкости при нарушении электроснабжения; г) происходит испарение с поверхности разлившейся жидкости. Площадь испарения при разливе на пол определяют (при отсутствии справочных данных), исходя из расчета, что 1 л смесей и растворов, содержащих 70 % и менее (по массе) растворителей, разливается на площади 0,5 м2, а остальных жидкостей - на 1 м2 пола помещения; д) происходит также испарение жидкостей из емкостей, эксплуатируемых с открытым зеркалом жидкости, и со свежеокрашенных поверхностей; е) длительность испарения жидкости принимают, равной времени ее полного испарения, но не более 3600 с. А.1.3. Свободный объем помещения определяют как разность между объемом помещения и объемом, занимаемым технологическим оборудованием. Если свободный объем помещения определить невозможно, то его допускается принимать условно равным 80 % геометрического объема помещения. А.1.4. Определение пожароопасных свойств веществ и материалов проводят на основании результатов испытаний или расчетов по стандартным методикам с учетом параметров состояния (давление, температура и т. д.) Допускается использование справочных данных, опубликованных головными научно-исследовательскими организациями в области пожарной безопасности или выданных Государственной службой стандартных справочных данных. Допускается использование показателей пожарной опасности для смесей веществ и материалов по наиболее опасному компоненту. А.2. Расчет избыточного давления для горючих газов, паров легковоспламеняющихся и горючих жидкостей. А.2.1. Избыточное давление D p, кПа, для индивидуальных горючих веществ, состоящих из атомов С, Н, О, N, Cl, Вг, I, F, рассчитывают по формуле , (А.1). где pmax - 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 pmax равным 900 кПа; p 0 - начальное давление, кПа (допускается принимать равным 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; Vсв - свободный объем помещения, м3; rг,.п - плотность газа или пара при расчетной температуре tр кг/м3, вычисляемая по формуле , (А.2) где М - молярная масса, кг/кмоль; V 0 - мольный объем, равный 22,413 м3/кмоль; tр - 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 tр по каким-либо причинам определить не удается, допускается принимать ее равной 61 °С; Сст - стехиометрическая концентрация ГГ или паров ЛВЖ и ГЖ, % (об.), вычисляемая по формуле , (А.3) где - стехиометрический коэффициент кислорода в реакции сгорания; nc, nH, nO, nX - число атомов С, Н, О и галоидов в молекуле горючего; Кн - коэффициент, учитывающий негерметичность помещения и неадиабатичность процесса горения. Допускается принимать Кн равным трем. Таблица А.1
А.2.2. Расчет D p, кПа, для индивидуальных веществ, кроме упомянутых в А.2.1, а также для смесей может быть выполнен по формуле , (А.4) где HT - теплота сгорания, Дж/кг; rв - плотность воздуха при начальной температуре Т 0, кг/м3; Ср - 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 [СНКПР - 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 не нагретых выше температуры окружающей среды легковоспламеняющихся жидкостей при сгорании газопаровоздушной смеси для заданного уровня значимости (уровень значимости - вероятность того, что значение концентрации С превысит значение математического ожидания этой случайной величины ) рассчитывают по формулам: при и , (А.5) при XНКПР > 0,5 l и YНКПР > 0,5 b , (А.6) где m - 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 , приведенные в таблице А.2; XНКПР, YНКПР, ZНКПР - 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 - -шина 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 , (А.9) где Сн -концентрация насыщенных паров при расчетной температуре tр, °С, воздуха в помещении, % (об.). Концентрация Сн может быть найдена по формуле , (А.10) где рн - давление насыщенных паров при расчетной температуре (находится по справочной литературе), кПа; р 0 - атмосферное давление, равное 101 кПа; rп - плотность паров, кг/м3; при подвижности воздушной среды для паров легковоспламеняющихся жидкостей . (А.11) Таблица А.2 Значения допустимых отклонений d концентраций при уровне значимости .
Рисунок А.1. Зависимость коэффициента Z от X. Уровень значимости выбирают, исходя из особенностей технологического процесса. Допускается принимать 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 (А.12) где С * = j Сст (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 K = AT+ 1, (A.13) где А - кратность воздухообмена, создаваемого аварийной вентиляцией, c-1; Т- продолжительность поступления горючих газов и паров легковоспламеняющихся и 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 m, кг, поступившего в помещение при расчетной аварии газа рассчитывают по формуле , (A.14) где Vа - объем газа, вышедшего из аппарата, м3; Vт - объем газа, вышедшего из трубопроводов, м3. При этом: , (А.15) где p 1 - давление в аппарате, кПа; V - объем аппарата, м3. , (А.16) где V 1 т - объем газа, вышедшего из трубопровода до его отключения, м3; V 2 т - объем газа, вышедшего из трубопровода после его отключения, м3. , (А.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 р 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 , (А.19) где mр - масса жидкости, испарившейся с поверхности разлива, кг; mемк - масса жидкости, испарившейся с поверхностей открытых емкостей, кг; mсв.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 = W Sи T, (А.20) где W- интенсивность испарения, кг/(с·м2); Sи - площадь испарения, м2, определяемая в соответствии с А.1.2 в зависимости от массы жидкости mп, 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 mп, 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 Vсв = 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 tp = 36 °С. Молярная масса ацетона М = 58,08 кг/кмоль. Химическая формула ацетона С3Н6О. Максимальное давление при сгорании стехиометрической паровоздушной смеси ацетона в замкнутом объеме Рmax = 572 кПа. Расчет. Стехиометрический коэффициент кислорода в реакции сгорания ацетона равен . Стехиометрическая концентрация паров ацетона составит (об.). Плотность паров ацетона rп при расчетной температуре tp равна кг/м3. Тогда избыточное давление D р при сгорании паровоздушной смеси ацетона для расчетной аварии составит 308,7 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 Vсв = 200 м3, проходит трубопровод с проходным сечением диаметром dтр = 50 мм, по которому транспортируется водород Н2 с максимальным расходом q = 5·10-3 м3/с при нормальных условиях и с максимальным давлением рт = 150 кПа. Трубопровод оснащен системой автоматического отключения с временем срабатывания 2 с и с обеспечением резервирования ее элементов. Задвижки системы установлены перед стенойпомещения в месте ввода трубопровода и за стеной данного помещения в месте вывода трубопровода. Длина отсекаемого участка трубопровода Lтр = 10 м. Максимально возможная температура для данной климатической зоны tp = 39 °С. Плотность водорода rв при данной tp равна 0,0787 кг/м3. Молярная масса водорода М = 2,016 кг/кмоль. Максимальное давление при сгорании стехиометрической газовоздушной смеси водорода в замкнутом объеме pmax = 730 кПа. Расчет. Объем водорода, поступившего в помещение в результате аварийной разгерметизации трубопровода, будет равен м3, м3, м3. Масса водорода, поступившего в помещение при расчетной аварии, составит кг. Стехиометрический коэффициент кислорода в реакции сгорания водорода равен . Стехиометрическая концентрация водорода составит % (об.). Избыточное давление D р 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 Нп = 3 м установлен аппарат с ацетоном. Аппарат представляет собой цилиндр диаметром основания dа = 0,5 м и высотой ha = 1 м, в котором содержится 25 кг ацетона. Расчетная температура в помещении tp = 30 °С. Плотность паров ацетона rа при tp равна 2,33 кг/м3. Давление насыщенных паров ацетона pн при tp равно 37,73 кПа. Нижний концентрационный предел распространения пламени СНКПР = 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 u = 0,1 м/с. Расчет. Параметры С 0, XНКПР, YНКПР, ZНКПР приведены в примере 1 раздела Б.2. Так как при работающей и неработающей вентиляции XНКПР < 0,5 l и YНКПР < 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 13´13 м и высотой Hп = 3 м находится баллон с 0,28 кг метана. Газовый баллон имеет высоту hб = 1,5 м. Расчетная температура в помещении = 30 °С. Плотность метана rм при tp равна 0,645 кг/м3. Нижний концентрационный предел распространения пламени метана СНКПР = 5,28 % (об.). При работающей общеобменной вентиляции подвижность воздушной среды в помещении u = 0,1 м/с. Расчет. С 0, XНКПР, YНКПР, ZНКПР приведены в примере 2 раздела Б.2. Так как при неработающей вентиляции XНКПР < 0,5 l и YНКПР < 0,5 b, коэффициент Z составит A.3. Горючие пыли. А.3.1. Расчет избыточного давления при сгорании пылевоздушной смеси в помещении. A.3.1.1. Избыточное давление при сгорании пылевоздушной смеси D р, кПа, рассчитывают по формуле , (А.21) где M - расчетная масса взвешенной в объеме помещения горючей пыли, образовавшейся в результате аварийной ситуации, кг; HT - теплота сгорания пыли, Дж/кг; р 0 - начальное атмосферное давление, кПа (допускается принимать равным 101 кПа); Z- доля участия взвешенной горючей пыли при сгорании пылевоздушной смеси; Vсв - свободный объем помещения, м3; rв - плотность воздуха до сгорания пылевоздушной смеси при начальной температуре Т 0, кг/м3; Ср - теплоемкость воздуха, Дж/(кг·К) [допускается принимать равной 1010 Дж/(кг·К)]; Т 0 - начальная температура воздуха, К; Кн - коэффициент, учитывающий негерметичность помещения и неадиабатичность процесса горения. Допускается принимать Кн 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. M, кг, рассчитывают по формуле (А.23) где Мвз - расчетная масса взвихрившейся пыли, кг; Мав - расчетная масса пыли, поступившей в помещение в результате аварийной ситуации, кг; rст - стехиометрическая концентрация горючей пыли в аэровзвеси, кг/м3; Vав - расчетный объем пылевоздушного облака, образованного при аварийной ситуации в объеме помещения, м3. В отсутствие возможности получения сведений для расчета Vав допускается принимать М = Мвз + Мав. A.3.1.4. Мвз рассчитывают по формуле Мвз = Квз Мп, (А.24) где Квз - доля отложенной в помещении пыли, способной перейти во взвешенное состояние в результате аварийной ситуации. В отсутствие экспериментальных сведений о Квз допускается полагать Квз = 0,9; Мп - масса отложившейся в помещении пыли к моменту аварии, кг. А.3.1.5. Мав рассчитывают по формуле , (А.25) где Мап - 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; Кп - коэффициент пыления, представляющий отношение массы взвешенной в воздухе пыли ко всей массе пыли, поступившей из аппарата в помещение. В отсутствие экспериментальных сведений о Кп допускается полагать: - Кп = 0,5 - для пылей с дисперсностью не менее 350 мкм; - Кп = 1,0 - для пылей с дисперсностью менее 350 мкм. А.3.1.6. Мп рассчитывают по формуле , (А.26) где Кг - доля горючей пыли в общей массе отложений пыли; Ку - коэффициент эффективности пылеуборки. Принимают равным 0,6 при сухой и 0,7 - при влажной (ручной) пылеуборке; при механизированной вакуумной пылеуборке для ровного пола Ку 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. Mk (k = 1, 2) рассчитывают по формулам , (A.27)
При отсутствии сведений о коэффициентах В 1 и B 2 допускается полагать В 1 = 1, B 2 = = 0. А.3.1.8. М 1 и М 2 могут быть определены экспериментально (или по аналогии с действующими образцами производства) в период максимальной загрузки оборудования по формуле , (А.28) где Gij, Fij - соответственно интенсивность пылеосаждения и площадь для труднодоступных (i = 1) и доступных (i = 2) участков; j - номер участка пылеосаждения; Тi - промежуток времени между генеральными (i = 1) и текущими (i = 2) пылеуборками. A.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. - рmax - 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; - (dp/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; - Kst - индекс взрывопожароопасности пыли, кПа/м·с; Kst = (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:
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. Поиск по сайту: |
Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав. Студалл.Орг (0.034 сек.) |