2. Расчет критериев взрывопожарной опасности

помещений

При расчете значений критериев взрывопожароопасности в качестве расчетного следует выбирать наиболее неблагоприятный вариант аварии или период нормальной работы аппаратов, при котором во взрыве участвует наибольшее количество вещества, на более опасных в отношении последствий взрыва.

Количество поступающих в помещение веществ, которые могут образовать взрывоопасные смеси, определяется, исходя из следующих предпосылок: происходит расчетная авария одного из аппаратов; все содержимое поступает в помещение; происходит одновременно утечка вещества из трубопроводов, питающих аппарат по прямому и обратному потоку в течение времени, необходимого для отключения трубопроводов.

Расчетное время отключения трубопроводов следует принимать равным: 12 с, если вероятность отказа системы автоматики не превышает 10^-6 в год или обеспечено резервирование ее элементов; 120 с, если вероятность отказа системы автоматики превышает 10^-6 в год или не обеспечено резервирование ее элементов; 300 с при ручном отключении.

Площадь испарения при разливе на пол определяется, исходя из расчета, что 1л смесей и растворов, содержащих 70% и менее растворителей, разливается на площади 0,5 м², а остальная жидкость - на 1 м² пола помещения. Происходит также испарение жидкости из емкостей, эксплуатируемых с открытым зеркалом жидкости или со свежекрашенных поверхностей. Длительность испарения жидкости применяется равной времени ее полного испарения, но не более 3600 с.

Избыточное давление взрыва ΔР для индивидуальных горючих веществ, состоящих из атомов С, N, О, Н, CI, Вr, I, F, определяется по формуле:

, (1.1)

где Р_max - максимальное давление взрыва смеси, определяемое по справочным данным или принимается = 900 кПа; Р₀ =101 кПа; m - масса горюче­го газа или паров ЛВЖ, вычисляемое по формулам (1.5), (1.11), кг; z - коэффициент участия горючего во взрыве (см. табл.1.2); V_СВ - свободный объем помещения, м³; _Г,П - плотность газа или пара, кг/м³; С_СТ,- стехиометрическая концентрация газов или паров ЛВЖ и ГЖ, % /об, вычисляемая по формуле:

, (1.2)

где - стехиометрический коэффициент кислорода в реакции сгорания; n_C, n_Н, n_О, n_Х, - число атомов С, Н, О, галоидов в молекуле горючего; К_П - коэффициент, учитывающий негерметичность помещения и неадиабатичность процесса горения, равный 3.

Таблица 1.2

Значение коэффициента участия горючего во взрыве

Виды горючего вещества	Значение z
Горючие газы	0,5
ЛВЖ и ГЖ, нагретые до температуры вспышки	0,3
ЛВЖ и ГЖ, нагретые ниже температуры вспышки, при наличии возможности образования аэрозоля	0,3
То же при отсутствии возможности образования аэрозоля	1

Расчет Р для индивидуальных веществ, кроме вышеупомянутых, а также для смесей может быть выполнен по формуле:

, (1.3)

где Н_Т - теплота сгорания, Дж/кг; _В - плотность воздуха до взрыва при начальной температуре Т_О К, кг/м³; С_P - теплоемкость воздуха, Дж/кг ·К (допускается = 1,01 ·10³ Дж/кг ·К); Т_О- начальная температура воздуха, К.

При определении массы горючих газов или паров ГЖ следует разделить на коэффициент К, определяемый по формуле:

, (1.4)

где А - кратность воздухообмена, создаваемого аварийной вентиляцией, с^-1 ; Т - продолжительность поступления ГГ и паров ЛВЖ и ГЖ в объем помещения, с.

Масса (в кг), поступившего в помещение при расчетной аварии газа, определяется по формуле

, (1.5)

где Vа - объем газа, вышедшего из аппарата, м³ ; V_Т - объем газа, вышед­шего из трубопроводов, м³.

, (1.6)

где Р₁ - давление в аппарате, кПа; V_АП - объем аппарата, м³.

, (1.7)

V_1T - объем газа, вышедшего из трубопроводов до его отключения, м³; V_2T - объем газа, вышедшего из трубопровода после его отключения, м³.

, (1.8)

где q - расход газа, определяемый в зависимости от давления в трубопро­воде, его диаметра, температуры газовой среды и т.д., м³/с; Т- время аварий, с.

, (1.9)

где Д - диаметр трубопровода, см; P₁ - давление в трубопроводе, кгс/см²; Р₂ - атмосферное давление = I кгс/см²; при P₁<2 кгс/см² п= I; при P₁>2 п = 2; d- относительная плотность газа или паров ЛВЖ; L - длина тру­бопровода от арматуры до аппарата, км; Т - температура в трубопроводе, К.

, (1.10)

где Р₂¹-максимальное давление в трубопроводе по технологическому регламенту, кПа; r -внутренний радиус трубопроводов, м; L - длина трубопроводов от аварийного аппарата до задвижек, м.

Масса паров жидкости, поступивших в помещение при наличии нескольких источников испарения (поверхность разлитой жидкости, поверхность со свеженанесенным составом, открытые емкости и т.п.), определяется из выражения:

. (1.11)

При этом каждое из слагаемых определяется по формуле:

, (1.12)

где W – интенсивность испарения, кгс/см²; F_П – площадь испарения, м².

Интенсивность испарения определяется по справочникам или экспериментальным данным. Для ЛВЖ при отсутствии данных допускается рассчитывать по формуле:

, (1.13)

где  - коэффициент, принимаемый по табл. 1.3 в зависимости от скорости и температуры воздушного потока над поверхностью испарения; М – молекулярная масса; Р_Н – давление насыщенных паров при расчетной температуре жидкости, определяемой по справочным данным, кПа.

Таблица 1.3

Значение коэффициента 

Скорость воздушного потока в помещении, м/с	Значение коэффициента при температуре 0С воздуха в помещении ()
	10	15	20	30	35
0	1,0	1,0	1,0	1,0	1,0
0,1	3,0	2,6	2,4	1,8	1,6
0,2	4,6	3,8	3,5	2,4	2,3
0,5	6,6	5,7	5,4	3,6	3,2
1,0	10,0	8,7	7,7	5,6	4,6

Определение пожароопасной категории помещения осуществляется путем сравнения максимального значения удельной временной пожарной нагрузки на любом из участков с величиной удельной пожарной нагрузки, приведенной в табл. 1.4.

Таблица 1.4

Пожароопасная категория помещения

Категория помещения	Удельная пожарная нагрузка g на участке, мДж.м-2.
В1	Более 2200
В2	1401-2200
В3	181-1400
В4	1-180

Пожарная нагрузка , мДж, определяется по формуле:

, (1.14)

где - количество - го материала пожарной нагрузки, кг; - низшая теплота сгорания - го материала пожарной нагрузки, мДж^.кг^-1.

Удельная пожарная нагрузка g, мДж^.м^-2, определяется из соотношения:

g , (1.15)

где S – площадь размещения пожарной нагрузки, м² (но не менее 10 м²).

В помещении категорий В₁-В₄ допускается наличие нескольких участков с пожарной нагрузкой, не превышающей значений, приведенных в табл. 1.4. В помещениях категории В₄ расстояния между этими участками должны быть более предельных l_пр. В табл. 1.5 приведены рекомендуемые значения предельных расстояний l_пр в зависимости от величины критической плотности падающих лучистых потоков q_кр, кВт^.м^-2, для пожарной нагрузки, состоящей из твердых горючих и негорючих материалов. Значения l_пр приведенные в табл.1.5, рекомендуются при условии, если L>11м; если L<11м, то предельное расстояние определяется как:

L = l_пр + ( 11 – L ), (1.16)

Таблица 1.5

Предельное расстояние l_пр

qкр,кВт.м-2	5	10	15	20	25	30	40	50
lпр,м	12	8	6	5	4	3,8	3,2	2,8

Значение q_кр для некоторых материалов пожарной нагрузки приведены в табл.1.6.

Таблица 1.6

Критические плотности лучистых потоков

Материалы	qкр, кВт.м-2
Древесина ( сосна влажностью 12%)	13,9
Древесина – стружечные плиты (плотностью 417 кг.м-3)	8,3
Торф кусковой	9,8
Хлопок – волокно	7,5
Слоистый – пластик	15,4
Стеклопластик	15,3
Пергамин	17,4
Резина	147,8
Уголь	35,0
Рулонная кровля	17,4
Сено, солома (с влажностью до 8%)	7,0

Если пожарная нагрузка состоит из различных материалов, то значение q_кр определяется по материалу с минимальным значением q_кр.

Для материалов пожарной нагрузки с неизвестными значениями q_кр значения предельных расстояний принимаются l_кр>12 м.

Для пожарной нагрузки, состоящий из ЛВЖ или ГЖ, рекомендуемое расстояние l_кр между соседними участками размещения пожарной нагрузки рассчитывается по формулам:

l_кр 15 м при L 11. (1.17)

l_пр 26 - L при L < 11. (1.18)

Таблица 1.7

Варианты заданий для расчета

Вещества	Объем аппарата, м3	Давление в аппарате, кПа	Длина трубопровода, м	Темпер. в трубопроводе, 0С	Объем помещения, м3	Площадь разлива, м2
Пропан	0,05	3000	20	20	500	-
Этанол	0,03	101	-	20	400	4
Этанол	0,02	101	-	15	300	12
Ацетон	0,01	101	-	20	200	20

Задание: рассчитать избыточное давление взрыва и установить категорию взрывопожарной и пожарной опасности помещения.

Решение:

1. Определить стехиометрическую концентрацию газов (1.2).

2. Определить объем газа, вышедшего из аппарата (1.6).

3. Определить объем газа, вышедшего из трубопроводов до его отключения (1.8,1.9).

4. Определить объем газа, вышедшего из трубопроводов после его отключения (1.10).

5. Определить объем газа, вышедшего из трубопроводов (1.7).

6. Определить массу поступающего в помещение при расчетной аварии газа (1.5).

7. Определить избыточное давление взрыва газа (1.1).

8. Определить интенсивность испарения жидкости (1.13).

9. Определить массу паров жидкости, поступающих в помещение (1.12).

10. Определить избыточное давление взрыва паров жидкости.

11. Установить категорию взрывопожарной опасности помещения (табл.1.1).