Главная страница Случайная страница
КАТЕГОРИИ:
АвтомобилиАстрономияБиологияГеографияДом и садДругие языкиДругоеИнформатикаИсторияКультураЛитератураЛогикаМатематикаМедицинаМеталлургияМеханикаОбразованиеОхрана трудаПедагогикаПолитикаПравоПсихологияРелигияРиторикаСоциологияСпортСтроительствоТехнологияТуризмФизикаФилософияФинансыХимияЧерчениеЭкологияЭкономикаЭлектроника
Метод расчета избыточного давления при сгорании газопаровоздушных смесей в помещении
|
|
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 этом в помещение поступает (или постоянно находится) максимальное количество наиболее опасных в отношении последствий сгорания газопаровоздушных смесей и пожара веществ и материалов. 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;
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.
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.
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.
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.).
Расчет избыточного давления для горючих газов, паров легковоспламеняющихся и горючих жидкостей
Избыточное давление D р, кПа, для индивидуальных горючих веществ, состоящих из атомов С, Н, О, N, C l, Вr, I, F, рассчитывают по формуле
, (2.1)
где p max — максимальное давление, развиваемое при сгорании стехиометрической газовоздушной или паровоздушной смеси в замкнутом объеме. 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, кг;
Z — коэффициент участия горючего при сгорании газопаровоздушной смеси. Допускается принимать Z по таблице 2.1; V св — свободный объем помещения, м3; ρ г, п — плотность газа или пара при расчетной температуре t р, кг/м3;
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 определить не удается, допускается принимать ее равной 61 °С;
С ст — стехиометрическая концентрация ГГ или паров ЛВЖ и ГЖ, % (об.), вычисляемая по формуле
, (2.2)
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 2.1
| Вид горючего вещества | Значение Z |
| Водород и нагретые выше температуры вспышки высокотемпературные органические теплоносители | 1, 0 |
| Горючие газы | 0, 5 |
| Легковоспламеняющиеся и горючие жидкости, нагретые до температуры вспышки и выше | 0, 3 |
| Легковоспламеняющиеся и горючие жидкости, нагретые ниже температуры вспышки, при наличии возможности образования аэрозоля | 0, 3 |
| Легковоспламеняющиеся и горючие жидкости, нагретые ниже температуры вспышки, при отсутствии возможности образования аэрозоля | 0, 0 |
Расчет избыточного давления для индивидуальных веществ и смесей
Расчет D р, кПа, для индивидуальных веществ, кроме упомянутых выше, а также для смесей может быть выполнен по формуле
(2.3)
где H т — теплота сгорания, Дж/кг;
ρ 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.
Примеры расчета избыточного давления, развиваемого при сгорании газопаровоздушных смесей в помещении:
Пример 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 Рmax = 572 кПа.
Расчет
Стехиометрический коэффициент кислорода в реакции сгорания ацетона равен
Стехиометрическая концентрация паров ацетона составит
%(об.).
Плотность паров ацетона ρ п при расчетной температуре t р равна
кг/м3
Тогда избыточное давление D р при сгорании паровоздушной смеси ацетона для расчетной аварии составит
кПа
Пример 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 ρ 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
mв = Vв ρ 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
Расчет избыточного давления при сгорании пылевоздушной смеси в помещении
Избыточное давление при сгорании пылевоздушной смеси D p, кПа, рассчитывают по формуле
, (2.4)
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;
ρ 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 %).
Z рассчитывают по формуле
Z = 0, 5 F, (2.5)
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.