Оценка взрыво- и пожароопасности производственных объектов, перерабатывающих пылеобразующие материалы (90

Расчетное время отключения трубопроводов определяют в каждом конкретном случае, исходя из реальной обстановки, с учетом технических характеристик отключающих запорных устройств и характера технологического процесса. Для трубопроводов, оснащенных электроприводными отключающими запорными устройствами с дистанционным управлением, это время не превышает 120 с, а при ручном управлении принимается – 300 с. В качестве отключающих устройств служат также автоматические пламяотсекатели, секторные затворы, шнековые питатели, порционные весы и другие механизмы, обеспечивающие гарантированное запирание движущегося потока сыпучих и пылевидных материалов.

Расчетную массу взвешенной в объеме помещения пыли m, образовавшейся в результате аварийной ситуации, определяют по формуле

где mав - масса пыли, поступившей в помещение в результате аварийной ситуации, кг; mвз – масса взвихрившейся пыли, кг.

Величину mав рассчитывают по формуле:

где man – масса пыли, выбрасываемой в помещение из аппарата, кг; q – производительность, с которой продолжается поступление пылеобразующего технологического потока к разгерметизированному участку (в аварийный аппарат) из смежного оборудования, кг/с; Т – время, необходимое для отключения этого потока, с; KП – коэффициент пыления, представляющий отношение массы взвешенной в воздухе пыли ко всей массе пыли, поступившей из аппарата в помещение. Допускается принимать KП=0,5 – для пылей с дисперсностью не менее 350 мкм; для пылей с дисперсностью менее 350 мкм.

Массу взвихрившейся пыли mвз определяют по формуле:

11

(допускается принимать равной 0,9) ; KГ – доля горючей пыли в общей массе отложенной пыли; KУ – коэффициент эффективности ручной пылеуборки, который принимается равным 0,6 при сухой и 0,7 – при влажной уборке. При механизированной вакуумной пылеуборке для ровного пола КУ принимают равным 0,9; для пола с выбоинами (до 5% от площади пола) – 0,7; m1 – масса пыли, оседающий на труднодоступных для уборки поверхностях в помещении за период времени между генеральными уборками, кг; m2 – масса пыли, оседающей на доступных для уборки поверхностях в помещении период времени между текущими уборками, кг.

Масса пыли mi (i=1,2), оседающей на различных поверхностях в помещении за межуборочный период, вычисляются по формуле:

период времени между генеральными уборками из всех j пылящего оборудования, кг; М2= ∑ М2 j масса пыли, выделяющаяся в объем

j

помещения за период времени между текущими уборками из всех j пылящего оборудования, кг; α - доля выделяющейся в помещение пыли, которая удаляется вытяжными вентиляционными системами (допускается принимать α =0); β1 , β2 - доли выделяющейся пыли, оседающей соответственно на труднодоступных и доступных для

аэрозоли не относится к категории взрывопожароопасной Б (по табл.1), то следует осуществить проверку принадлежности помещения к категории В1-В4 – пожароопасной .

Определение категории пожарной опасности помещения (В1- В4) осуществляется путем сравнения максимального значения удельной пожарной нагрузки q на любом выделенном участке помещения с величиной удельной пожарной нагрузки, приведенной ниже [3]:

категория В1 q > 2200 МДж/м2; категория В2 q = 1401-2200 МДж/м2;

12

категория В3 q = 181-1400 МДж/м2; категория В4 q = 1-180 МДж/м2;

Здесь удельная пожарная q вычисляется из соотношения:

справочным данным, приложение табл.1), МДж/кг; S - площадь размещения пожарной нагрузки, м2 (но не менее 10 м2).

3. ПРИМЕРЫ РАСЧЕТА КАТЕГОРИИ ВЗРЫВОПОЖАРНОЙ И ПОЖАРНОЙ ОПАСНОСТИ

ПРОИЗВОДСТВЕННОГО ПОМЕЩЕНИЯ.

Пример 1. Определить категорию взрывопожарной и пожарной опасности производственного помещения, в котором осуществляется производство нетканых материалов из гранулированного полипропилена экструзионным методом.

Известно, что в производственном зале размером 24х60 м и высотой 12 м установлены 2 расходных бункера емкостью по 20 м3. В бункера гранулы полипропилена подаются по трубопроводу вакуумзагрузчиком из силосов хранения. Вакуумзагрузчики имеют максимальную производительность 1,5 т/час. Из расходных бункеров полимер через дозатор поступает на экструдер и далее на выработку ткани. Коэффициент заполнения бункеров гранулами ϕ не более 0,8. Максимальное содержание пыли полипропилена, имеющей дисперсность менее 350 мкм, составляет 0,3 кг на одну тонну гранул. Коэффициент герметичности технологического оборудования и трубопроводов 1,5%.

Предусмотрены меры, снижающие попадание горючей пыли в помещение и накопление ее на поверхности оборудования и строительных конструкций: производится текущая уборка помещения 1 раз в смену, генеральная уборка в труднодоступных местах - 2 раза в месяц; пыль полимера при вакуумной загрузке в систему пневмотранспорта собирается в циклонах и фильтрах и затем направляется на утилизацию. Уборка пыли осуществляется

13

механизировано промышленными пылесосами. При этом принимается, что на полу имеются выбоины. Производственный зал оборудован системами общеобменной и местной вытяжной вентиляции, работающими с коэффициентами улова пыли α =0,95. Полагается, что площадь труднодоступных и доступных для уборки пыли поверхностей составляет 10% и 90% от общей площади всех поверхностей, на которых может оседать пыль.

Отдельные физические и взрывоопасные свойства полипропилена представлены в приложении табл. 2.

Решение.

Определим массу пыли mab, поступившей в помещение в результате аварийного разрушения одного из расходных бункеров и последующего выброса гранул полипропилена. Исходя из принятой методики [3], вся пыль содержащаяся в бункере поступит в объем помещения (коэффициент пыления КП=1), т.е.

man = Van · ρ ·ϕ ·0,3=20·0,5·0,8·0,3 = 2,4кг,

где Van – объем бункера, м3; ρ - насыпная плотность гранулированного полипропилена, т/м3 (известно, что S = 0,5 т/м3);

ϕ = 0,8 – коэффициент заполнения бункера; 0,3 – количество пыли в одной тонне гранулированного полипропилена, кг/т.

Вычислим количество пыли, которое может поступить в помещение с момента аварийного разрушения бункера до прекращения подачи полипропилена по трубопроводам из смежного оборудования (из силосов хранения гранул). Максимальная производительность вакуумзагрузчиков 1,5 т/ч. При ручном управлении аппаратами время отключения принимается 300 с. Тогда

mTP = qT = 1,500·0,3·300/3600 = 0,0375кг Следовательно: mав = mаn+mTP = 2,4375 кг

Масса взвихрившейся в момент аварии пыли mвз определяется с учетом эффективности работы вентиляционных систем, тщательности уборки пыли осевшей на полу, на оборудовании и строительных конструкциях и других факторов. В рассматриваемом случае в окружающее пространство может поступить до 1,5% пыли, содержащейся в гранулированном полимере, и при производительности вакуумзагрузчиков 1,5 т/ч в помещение может выделиться пыли в количестве: Q:

Q = 1,5·0,3·0,015 = 0,00675 кг/ч.

14

Масса пыли М, выделяющаяся в помещение за время между генеральными пылеуборками (τ1=15 дней или 360 часов) и текущими пылеуборками (1 раз в смену или 8 часов) будет равна соответственно:

М1 = Q· τ1 = 0,00675·360 = 2,43 кг;

М2 = Q· τ2 = 0,00675·8 = 0,054 кг.

Часть, выделяющейся в помещение пыли, М1 и М2 будет оседать на различных поверхностях. При эффективности работы вытяжных вентиляционных систем равной 0,95 и β1 =0,1 , β2 =0,9 , получим, соответственно:

m1 = M1 (1 - α )β1 = 2,43(1 - 0,95) ·0,1 = 0,01215 кг;

m2 = M 2 (1 -α )β2 = 0,054(1 - 0,95) ·0,9 = 0,00243 кг.

Суммарная масса взвихрившейся в момент аварии пыли будет

Т.к. ∆ Р меньше 5 кПа производственное помещение не относится к категории Б [2].

С учетом положений Федерального закона ФЗ-123 [2] оценим принадлежности помещения к категории пожароопасной.

При категорировании по пожарной опасности производственное помещение делится на участки с различной пожарной нагрузкой. В рассматриваемом примере условно считаем, что пожарная нагрузка равномерно распределена по всему

15

производственному залу, т.е. все помещение считается одним участком, и полагается, что единовременно в зале может находиться в рулонах еще до 4т произведенной ткани.

Тогда

Q = Σ Gi QHi /s = (2·20·0,5·0,8+4)46000/1440 = 638,9МДж/м2

Следовательно, согласно положениям [4] производственный зал будет относиться к категории В3 по пожарной опасности.

Пример 2.

Определить категорию взрывопожарной и пожарной опасности помещения склада бестарного хранения муки в бункерах. Мука к складу доставляется муковозами, из которых по разгрузочному рукаву пневмотранспортом подается в бункер с производительностью до 8 т/ч.

В помещении склада размером 19х14 м и высотой 6 м установлены 2 бункера емкостью по 26 м3. Коэффициент заполнения бункеров не более 0,8. Средний размер частиц муки менее 50 мкм.

Коэффициент герметичности технологического оборудования и трубопроводов ϕ г = 0,1%. Выделяющаяся из оборудования пыль может находиться во взвешенном состоянии, а также в осевшем виде на оборудовании и конструкциях помещения склада.

Предусмотрены меры, снижающие попадание пыли в помещение и накопление ее на поверхности оборудования и на конструкциях помещения: производится 1 раз в смену текущая уборка помещения от пыли; генеральная уборка в труднодоступных местах – 2 раза в месяц. Уборка помещения производится промышленными пылесосами. Полы ровные. Бункера оснащены аспирационной системой вентиляции, работающей с коэффициентом удаления пыли

α = 0,7.

Оценку взрывоопасности выполнить на случай разрыва (разгерметизации) разгрузочного рукава. При этом расчетное время отключения системы подачи муки с закрытием запорных устройств принять равным 120 с.

Отдельные физические и взрывопожароопасные свойства муки представлены в приложении табл.1 и табл.2.

16

Решение.

Определим массу муки, поступающей в помещение склада в результате разрыва (разгерметизации) разгрузочного рукава. Предполагается, что вся выделившаяся мука переходит во взвешенное состояние, т.е. коэффициент пыления Кп = 1,0

mTP = q·T = 8000·120/3600 = 266,67кг.

В процессе эксплуатации технологического оборудования (бункеров, трубопроводов) дополнительно в помещение могло поступить муки в количестве Q:

Q = q·ϕ г= 8000·0,001 = 8 кг/ч.

Тогда масса пыли М1, выделяющегося в помещение за время между генеральными уборками (за 15 дней или 360 часов) и текущими уборками М2 (1 раз в смену или 8 часов) будет равна

М1 = Q·τ1 = 8·360 = 2880 кг;

М2 = Q·τ2 = 8·8 = 64 кг.

Часть выделившейся муки М1 и М2 будет оседать на различных поверхностях. Принимается, что из общей массы пыли, поступающей в помещение 5% оседает в труднодоступных местах, 95% - в местах доступных для уборки. С учетом работающей аспирационной системы имеем:

(Обозначения и численные значения коэффициентов были представлены ранее).

Общая масса взвешенной в объеме помещения муки составляет

m = maв + mвз = 266,67+61,44= 328,11 кг.

Избыточно давление взрыва ∆p при разрыве рукава с последующим воспламенением муки в помещении склада составит

17

ρ= mHT P0 z 328,11×16800 ×101× 0,5

∆VCB ρBCpT0 KH = 19 ×14 × 6 × 0,8 ×1,2 ×1,01× 293 × 3 = 204,65 кПа.

Вывод: т.к. мука относится к взрывоопасным пылям, а давление взрыва в объеме помещения в случае аварийной разгерметизации технологической системы превысит 5 кПа, то помещение склада относится к категории взрывопожароопасной Б. Для данного помещения не требуется производить расчет по

пожарной опасности.

Пример 3.

Цех по производству мебели по индивидуальным заказам обеспечивает изготовление в месяц до 42 комплектов изделий, т.е. в среднем 2 комплекта за 1 рабочую смену при 8-часовом односменном режиме работы. В качестве исходного материала применяются доски, бруски, древесностружечные и древесноволокнистые плиты (в данном примере не рассматриваются процессы лакирования, полирования, покраски деталей). Для обработки заготовок применяют следующие станки: круглопильный марки ЦПА-40, ленточнопильный ПС-40-01, фуговальный СФ-6-1, шипорезный ШПК-40, сверлильный СВА-2М, шлифовальный ШлПС-5П. Известно, что для изготовления одного комплекта мебели непосредственная продолжительность использования станков (чистое время обработки деталей) составляет: станков типа ЦПА-40 - 0,1 ч; типа ПС-40-01, СФ6-1, ШПК-40, СВА- 2М- по 0,2 ч; типа ШпПС-5П- 0,3 ч. Все оборудование цеха размещено

впомещении размером 30х9х6 м.

Впроцессе обработки на станках древесных материалов образуются стружка, опилки, древесная и абразивная пыль. Долю горючей древесной пыли в общей массе выделяющейся пыли можно принять равной KГ=0,95. Максимальный выход отходов при использовании деревообрабатывающих станков приведен в табл.3. Все деревообрабатывающие станки оснащены местными вытяжными системами вентиляции (аспирационными системами). Эффективность пылеулавливания таких систем приближенно можно принять равной 95%, т.е. 5% пыли выделяется в объем производственного помещения. Размеры частиц пыли менее 100 мкм, а влажность – менее 20% (масс).

Сцелью ограничения накопления горючей пыли на поверхности оборудования и на конструкциях помещения осуществляется ежесменная текущая уборка и генеральная уборка в

18

труднодоступных местах 1 раз в месяц. Уборка помещения от пыли производится промышленными пылесосами. Полы в помещении неровные, имеются трещины. Полагается, что площадь труднодоступных и доступных для уборки пыли поверхностей составляет 10% и 90% от общей площади, на которой может отлагаться пыль.

Требуется определить категорию производственного помещения мебельного цеха по взрывопожарной и пожарной

опасности.

Решение:

1. Вычислим количество пыли m, образующейся в процессе изготовления мебели за 1 час:

где N - количество мебели (комплектов), изготовляемых за рабочую смену продолжительностью Т = 8 часов, шт.; i– тип (марка) станка; τi – продолжительность работы i-го станка при обработке j-материала; GПi - максимальный выход пылевидных отходов в процессе работы i-го станка, м3/ч (принимается по табл. 3 приложения); ρj - плотность j-й породы древесины или материала древесины, кг/м3. Величина ρj определяется из справочной литературы. Для сведения: плотность (при 12%-ной влажности) березы составляет 670 кг/м3, дуба – 690 кг/м3, липы – 495 кг/м3, сосны обыкновенной – 500 кг/м3, плиты древесноволокнистой марок М-4, М-12 – не более 800 кг/м3. В рассматриваемом примере для упрощения задачи принимаем, что мебель изготавливается только из сосны, т.е. считаем j =1. Подставим конкретные числовые значения параметров, входящих в выражение

(8):

M = 2 ·500[0,0115·0,1+0,029·0,2+0,03·0,2+0,007·0,2+0,00312·0,2+

8

+0,0052·0,3]=2,079 кг

По формуле (8) определим массу пыли оседающей на различных поверхностях за межуборочный период. При этом принимается, что 1 месяц состоит из 21 рабочей смены. При заданных

19

условиях получим, что за период между генеральными уборками выделится и осядет на труднодоступных местах древесной пыли в количестве

m1 = 21·8·m(1-α ) β1 = 21·8·2,079(1-0,95)·0,1 = 1,746кг.

Одновременно в период между текущими уборками (за 8 часов) осаждается пыли в количестве

m2 = 8·m(1-α ) β2 = 8·2,079(1-0,95)·0,9 = 0,748 кг.

При определенных внешних воздействиях пыль, осевшая на поверхности оборудования и в конструкциях помещения, может взвихриться. Масса взвихрившейся пыли mвз рассчитывается по формуле (4):

Здесь коэффициент уборки KУ по условиям задания принимается равным 0,7.

Исходя из предположения, что вся масса взвихрившейся пыли может воспламениться, определим по формуле (1) избыточное давление взрыва в объеме помещения. Исключить возможность взрыва пылевоздушной смеси нельзя, т.к. размеры частиц пыли менее 100 мкм при влажности менее 20% (масс). Подставляя в (1) расчетные и другие данные имеем:

3,046 ×18730 ×101× 0,5 ∆Р = (30 ´ 9 ´ 6) × 0,8 ×1,2 ×1,01× 293 × 3 = 2,087 кПа.

Здесь удельная теплота сгорания для сосны принята по табл.1 приложения.

Так как величина ∆Р меньше 5 кПа, производственное помещение мебельного цеха не может быть отнесено по взрывопожароопасности к категории Б.

Оценим категорию помещения по пожарной опасности путем расчета величины удельной пожарной нагрузки q по соотношению (6).

Для расчета q необходимо знание количества j-го материала используемого в помещении.

Допустим, что для изготовления одного комплекта мебели требуется до 140 кг заготовок из массива сосны и 20 кг

20