4.3. Для горючих пылей полиэтилена, алюминия и пшеничной муки избыточное давление взрыва ??Р (кПа) согласно п. 3.6 НПБ 105-95 в зависимости от параметра m/Vcв (г ?? м-3) может быть определено по номограмме (рис. 28).
4.4. Определяется категория помещения по взрывопожарной и пожарной опасности на основании полученного значения величины избыточного давления взрыва ??Р (кПа). Если ??Р > 5 кПа, то помещение относится к взрывопожароопасной категории Б. Если ??Р ?? 5 кПа, то помещение не относится к взрывопожароопасной категории Б и дальнейшее определение категории помещения в зависимости от пожароопасных свойств и количеств обращающихся в помещении веществ и материалов осуществляется в соответствии с требованиями п. 2.2 НПБ 105-95.
5. ПОРЯДОК ОПРЕДЕЛЕНИЯ И УПРОЩЕННЫЕ МЕТОДЫ РАСЧЕТА ПАРАМЕТРОВ ПОЖАРНОЙ ОПАСНОСТИ ГОРЮЧИХ ЖИДКОСТЕЙ И ТВЕРДЫХ ГОРЮЧИХ ВЕЩЕСТВ И МАТЕРИАЛОВ
5.1. Если в помещении присутствуют различные горючие вещества и материалы, то оценку пожарной опасности (категории В1 - В4) допускается проводить по веществу, имеющему наибольшую низшую теплоту сгорания , принимая массу этого вещества равной полной массе горючих веществ, присутствующих в помещении, а площадь размещения - полной площади, занятой горючими веществами.
5.2. Для приближенной оценки категории используются номограммы вида G = f (S), где G - количество вещества или материала данного вида, S - площадь, на которой размещено данное вещество или материал (рис. 29). Прямые I, II, III являются графиками следующих функций:
I: G = 2200 S /;
II: G = 1400 S /; (44)
III: G = 180 S /;
где G выражено в кг, S - в м2, - в МДж ?? кг -1.
5.3. На этой номограмме проводится вертикальная линия, отвечающая предельной площади размещения пожарной нагрузки Sпред = 0,64 ?? Н2 (Н - величина, определенная в п. 1 примечания к табл. 4 НПБ 105-95).
5.4. Если точка, отвечающая реальным для помещения величинам G и S, лежит ниже прямой III (точка 1), то проверяется принадлежность помещения к категории В4 по п. 1 примечания к табл. 4 НПБ 105-95. Если сформулированные там условия выполняются, помещение относится к категории В4, в противном случае - к категории В3.
5.5. Если точка лежит между прямыми II и III (I и II соответственно) - точка 2 (3) и левее прямой S = Sпpeд, то помещение относится к категории В3 (В2). Если указанные точки лежат правее прямой S = Sпpeд (точки 2 и 3 соответственно), то помещение относится к категории В2 (В1).
5.6. Если точка лежит выше прямой I (точка 4), помещение относится к категории В1.
5.7. Значения берутся по справочным данным [5; приложения 2 - 4].
5.8. Номограммы вида (1) для конкретных материалов, составляющих пожарную нагрузку помещений, приведены на рис. 29 - 39. Определение по ним пожароопасных категорий производится согласно процедуре, изложенной в пп. 5.1 - 5.6.
6. ТИПОВЫЕ ПРИМЕРЫ РАСЧЕТОВ КАТЕГОРИЙ ПОМЕЩЕНИЙ И ЗДАНИЙ ПО ВЗРЫВОПОЖАРНОЙ И ПОЖАРНОЙ ОПАСНОСТИ
6.1. Помещения с горючими газами
Пример 1
1. Исходные данные.
1.1. Аккумуляторное помещение объемом Vп = 27,2 м3 оборудуется аккумуляторными батареями СК-4 из 12 аккумуляторов и СК-1 из 13 аккумуляторов.
1.2. Максимальная абсолютная температура воздуха согласно СНиП 2.01.01-82 [1] в районе строительства 38 °С (г. Екатеринбург).
1.3. Обоснование расчетного варианта наиболее неблагоприятного в отношении взрыва периода.
1.3.1. При расчете избыточного давления взрыва в качестве расчетного варианта принимается наиболее неблагоприятный в отношении взрыва период, связанный с формовкой и зарядкой полностью разряженных батарей с напряжением более 2,3 В на элемент и наибольшим значением зарядного тока, превышающим в четыре раза максимальный зарядный ток.
1.3.2. Происходит зарядка аккумуляторных батарей с максимальной номинальной емкостью (А ?? ч). Количество одновременно заряжаемых батарей устанавливается в зависимости от эксплуатационных условий, мощности и напряжения внешнего источника тока. Продолжительность поступления водорода в помещение соответствует конечному периоду зарядки при обильном газовыделении и принимается равным 1 ч (Т = 3600 с).
1.3.3. За расчетную температуру принимается максимальная абсолютная температура наружного воздуха в населенном пункте (климатической зоне) согласно СНиП 2.01.01-82 [1].
1.4. Расчет поступающего в помещение водорода при зарядке аккумуляторных батарей.
1.4.1. Масса водорода, выделившегося в одном элементе при установившемся динамическом равновесии между силой зарядного тока и количеством выделяемого газа, составляет
кг ?? А-1 ?? с-1,
где F = 9,65 ?? 104 А ?? с ?? моль-1 - постоянная Фарадея; А - атомная единица массы водорода, равная 1 а.е.м = 1 ?? 10-3 кг - моль-1; Z = 1-валентность водорода; I - сила зарядного тока, А; Т - расчетное время зарядки, с.
1.4.2. Объем водорода, поступающего в помещение при зарядке нескольких батарей, м3, можно определить из выражения
,
где ??г - плотность водорода при расчетной температуре воздуха, кг ?? м -3; Ii - максимальный зарядный ток i-й батареи, А; ni - количество аккумуляторов i-й батареи.
Плотность водорода определяется по формуле
, кг ?? м-3,
где М - масса одного киломоля водорода, равная 2 кг ?? кмоль-1; V0 - объем киломоля газа при нормальных условиях, равный 22,413 м3 ?? кмоль-1; ?? = 0,00367 град-1 - коэффициент температурного расширения газа; tp - расчетная температура воздуха, °С.
Максимальная сила зарядного тока принимается по ГОСТ 825-73 "Аккумуляторы свинцовые для стационарных установок".
1.5. Стехиометрическая концентрация водорода Сст рассчитывается по формуле (3) НПБ 105-95
(об.);
.
1.6. Плотность водорода при расчетной температуре воздуха будет равна
кг ?? м-3.
1.7. Объем водорода, поступающего в аккумуляторное помещение при зарядке двух батарей СК-4 и СК-1, составит
кг ?? м-3.
1.6. Свободный объем аккумуляторного помещения составит
Vcв = 0,8 ?? Vп = 0,8 ?? 27,2 = 21,76 м3
2. Избыточное давление взрыва ??Р водорода в аккумуляторном помещении согласно формуле (2) Пособия (Vн = т/??г) будет равно
кПа
Так как расчетное избыточное давление взрыва более 5 кПа, то аккумуляторное помещение следует относить к категории А.
3. Расчет избыточного давления взрыва водорода ??Р в аккумуляторном помещении с учетом работы аварийной вентиляции (по п. 3.7 НПБ 105-95 [2], продолжительность поступления водорода з объем помещения Т= 3600 с).
3.1. При кратности воздухообмена, создаваемого аварийной вентиляцией, равной 8 ч-1, объем водорода, поступающего в помещение, составит
м3.
Избыточное давление взрыва ??P при этом будет равно
кПа
3.2. При оборудовании аккумуляторного помещения аварийной вентиляцией с кратностью воздухообмена А = в ч-1, отвечающей требованиям п. 3.7 НПБ 105-95, СНиП 2.04.05-91 * [3] и ПУЭ [4], допускается не относить аккумуляторное помещение к категории А.
Согласно п. 2.2 и табл.1 НПБ 105-95 при расчетном давлении взрыва менее 5 кПа аккумуляторное помещение следует относить к категории В4.
Пример 2
1. Исходные данные.
1.1. Пост диагностики автотранспортного предприятия для грузовых автомобилей, работающих на сжатом природном газе. Объем помещения Vп = 300 м3 Свободный объем помещения Vсв = 0,8 ?? Vп = 0,8 ?? 300 = 240 м3. Объем баллона со сжатым природным газом V = 50 л = 0,05 м3. Давление в баллоне P1 = 2 ?? 104 кПа.
1.2. Основной компонент сжатого природного газа - метан (98 % (об.)). Молярная масса метана М = 16,04 кг ?? кмоль-1.
2. Обоснование расчетного варианта аварии.
При определении избыточного давления взрыва ??Р в качестве расчетного варианта аварии принимается разгерметизация одного баллона со сжатым природным газом и поступление его в объем помещения. За расчетную температуру принимается максимальная абсолютная температура воздуха в данном районе (Москва) согласно СНиП 2.01.01-82 tр = 37 °С.
Плотность метана при tp = 37 °С
кг ?? м-3.
3. Масса поступившего в помещение при расчетной аварии метана т определяется по формулам (6) и (7) НПБ 105-95:
Va = 0,01 ?? 2 ?? 104 ?? 0,05 = 10м3;
m =10 ?? 0,6301 = 6,301 кг.
4. Избыточное давление взрыва ??Р, определенное по формуле (9) или номограмме (рис. 19) Пособия, составит
??Р = 2,36 ?? 103 ?? 6,301/240 = 62 кПа.
По номограмме при m/Vcв ?? 104 = 6,301/240 ?? 104 = 262,5
??Р > 12кПа.
5. Расчетное избыточное давление взрыва превышает 5 кПа, следовательно, помещение поста диагностики относится к категории А.
Пример 3
1. Исходные данные.
1.1. Помещение участка наращивания кремния. Наращивание поликристалла кремния осуществляется методом восстановления тетрахлорида кремния в атмосфере водорода на двух установках с давлением в их реакторах P1 = 200 кПа. Водород подается к установкам от коллектора, расположенного за пределами участка, по трубопроводу из нержавеющей стали диаметром d = 0,02 м (радиусом r = 0,01 м) под давлением Р2 = 300 кПа. Суммарная длина трубопровода от автоматической задвижки с электроприводом, расположенной за пределами участка, до установок составляет L1 = 15 м. Объем реактора V = 0,09 м3 Температура раскаленных поверхностей реактора t = 1200 °С. Время автоматического отключения по паспортным данным Та = 3 с. Расход газа в трубопроводе q = 0,06 м3 ?? с-1. Размеры помещения LxSxH = 15,81 х 15,81 х 6 м. Объем помещения Vп = 1500 м3. Свободный объем помещения Vcв=0,8 ?? 1500 = 1200 м3. Площадь помещения F = 250 м2.
1.2. Молярная масса водорода М = 2,016 кг ?? кмоль-1. Нижний концентрационный предел распространения пламени водорода СНКПР = 4,1 % (об.). Стехиометрическая концентрация водорода Сст = 29,24 % (об.). Максимальное давление взрыва водорода Рmах = 730 кПа. Тетрахлорид кремния - негорючее вещество. Образующиеся в результате химической реакции вещества - негорючие.
2. Обоснование расчетного варианта аварии.
При определении избыточного давления взрыва в качестве расчетного варианта аварии принимается разгерметизация одного реактора и выход из него и подводящего трубопровода водорода в объем помещения. За расчетную температуру принимается максимальная абсолютная температура воздуха в данном районе (г. Воронеж) согласно СНиП 2.01.01-82 tp=41 °С. Плотность водорода при tp = 41 °С
кг ?? м-3.
Расчетное время отключения трубопровода по п. 3.2 в) НПБ 105-95 Та = 120 с.
3. Масса поступившего в помещение при расчетной аварии водорода т определяется по формулам (6) - (10) НПБ 105-95:
Va = 0,01 ?? 200 ?? 0,09 = 0,18 м3;
V1т = 0,06 ?? 120 = 7,2 м3;
V2т = 0,01 ?? 3,14 ?? 300 ?? 0,012 ?? 15 = 0,014 м3;
Vт = 7,2 + 0,014 = 7,214 м3;
m = (0,18+7,214) ?? 0,0782 = 0,5782 кг.
4. Определение коэффициента участия водорода во взрыве Z проводим в соответствии с приложением НПБ 105-95.
4.1. Средняя концентрация водорода в помещении Cср составит
(об.).
Сср = 0,62 % (об.) < 0,5 ?? СНКПР = 0,5 ?? 4,1 = 2,05 % (об.), следовательно, можно определить значение коэффициента участия водорода во взрыве Z расчетным методом.
4.2. Значение предэкспоненциального множителя С0 составит
(об.).
4.3. Расстояния ХНКПР, уНКПР и ZНКПР составят:
м;
м.
4.4. Расчетное значение коэффициента Z будет равно
.
5. Избыточное давление взрыва ??Р согласно формуле (1) НПБ 105-95 составит
кПа.
6. Расчетное избыточное давление взрыва менее 5 кПа. Помещение участка наращивания кремния не относится к категории А. Согласно п. 2.2 и табл. 1 НПБ 105-95 при расчетном давлении взрыва менее 5 кПа данное помещение следует относить к категории В4.
6.2. Помещения с легковоспламеняющимися жидкостями
Пример 4
1. Исходные данные.
1.1. Помещение складирования ацетона. В помещении хранится десять бочек с ацетоном, каждая объемом по Vа = 80 л = 0,08 м3. Размеры помещения LxSxH = 12 х 6 х 6 м. Объем помещения Vп = 432 м3. Свободный объем помещения Vcв = 0,8 ?? 432 = 345,6 м3. Площадь помещения F = 72 м2
1.2. Молярная масса ацетона М = 58,08 кг ?? кмоль-1. Константы уравнения Антуана: А=6,37551; В = 1281,721; СА = 237,088. Химическая формула ацетона С3Н6О. Плотность ацетона (жидкости) ??ж = 790,8 кг ?? м-3. Температура вспышки ацетона tвсп = -18 °С.
2. Обоснование расчетного варианта аварии.
При определении избыточного давления взрыва в качестве расчетного варианта аварии принимается разгерметизация одной бочки и разлив ацетона по полу помещения, исходя из расчета, что 1 л ацетона разливается на 1 м2 пола помещения. За расчетную температуру принимается абсолютная температура воздуха в данном районе (г. Мурманск) согласно СНиП 2.01.01-82 tp = 32 °С.
3. Определение параметров взрывопожарной опасности проводим с использованием номограмм Пособия.
3.1. В соответствии с рис. 2 Пособия для tp = 32 °С определяется значение параметра хt=0,896.
3.2. Рассчитывается значение параметра М ?? хt = 58,08 ?? 0,896 = 52,0.
3.3. Согласно рис. 6 Пособия для значения параметра М ?? xt = 52,0 определяется значение плотности паров ацетона при расчетной температуре ??п = 2,32 кг ?? м-3
(расчетное кг ?? м-3)
3.4. Рассчитывается значение параметра tp + СА = 32 + 237,088 ?? 270 (269,088).
3.5. Согласно рис. 7 Пособия для значения параметров tp + СА = 270 и Вх = 1000 определяется значение параметра = 3,7.
Искомое значение параметра
хв = (1281,721/1000) ?? 3,7 ?? 4,7 (4,724).
3.6. Согласно рис. 8 Пособия для значения параметров хв = 4,7 и А = 6,4 (6,37551) определяется значение параметра IgРН = 1,68.
3.7. Согласно рис. 9 Пособия для значения параметра IgРН = 1,68 определяется значение давления насыщенных паров ацетона РН ш 47 кПа (IgРН = 6,37551 - 1281,7217(32 + 237,088) = = 1,612306, откуда расчетное значение РН = 40,95 кПа). Следовательно, графическое определение при больших значениях давления насыщенных паров ацетона РН дает довольно завышенные значения с определенным запасом по сравнению с расчетом по формуле Антуана.
3.8. Согласно рис. 11 Пособия для значения молярной массы ацетона М = 58 (58,08) определяем значение параметра = 7,62. Далее рассчитываем значение параметра
х?? = 10-3 ?? ?? ?? ?? РН = 10-3 ?? ?? РН (при ?? = 1,0) = 10-3 ?? 7,62 ?? 47 ?? 0,36 (0,358).
3.9. Согласно рис. 15 Пособия для значения параметра х?? = 0,36 определяем значение интенсивности испарения ацетона W = 3,6 ?? 10-4 кг ?? м-2 ?? с-1
(расчетное значение W = 10-6 ?? ?? 40,95 = 3,1208 ?? 10-4 кг ?? м-2 ?? с-1).
4. Расчетная площадь разлива содержимого одной бочкг. ацетона составляет
Fи = 1,0 ?? Va = 1,0 ?? 80 = 80 м2.
Поскольку площадь помещения F = 72 м2 меньше рассчитанной площади разлива ацетона Fи= 30 м2, то окончательнопринимаем Fи = F = 72 м2.
5. Масса паров ацетона, поступивших в помещение, т рассчитывается по формуле (12) НПБ 105-95
