p0 - 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;
??г,.п - плотность газа или пара при расчетной температуре tр кг/м3, вычисляемая по формуле
,(А.2)
где М - молярная масса, кг/кмоль;
V0 - 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
|
Вид горючего вещества |
Значение |
|
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 |
А.2.2. Расчет ??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;
??в - плотность воздуха при начальной температуре Т0, кг/м3;
Ср - теплоемкость воздуха, Дж/(кг·К) [допускается принимать равной 1,01·103 Дж/кг·К)];
Т0 - 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;
?? - 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;
С0 - 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;
р0 - атмосферное давление, равное 101 кПа;
??п - плотность паров, кг/м3;
при подвижности воздушной среды для паров легковоспламеняющихся жидкостей
.(А.11)
Таблица А.2
Значения допустимых отклонений ?? концентраций при уровне значимости .
|
Характер распределения концентраций |
|
?? |
|
Для горючих газов при отсутствии подвижности воздушной среды |
0,100000 |
1,29 |
|
|
0,050000 |
1,38 |
|
|
0,010000 |
1,53 |
|
|
0,003000 |
1,63 |
|
|
0,001000 |
1,70 |
|
|
0,000001 |
2,04 |
|
Для горючих газов при подвижности воздушной среды |
0,100000 |
1,29 |
|
|
0,050000 |
1,37 |
|
|
0,010000 |
1,52 |
|
|
0,003000 |
1,62 |
|
|
0,001000 |
1,70 |
|
|
0,000001 |
2,03 |
|
Для паров легковоспламеняющихся жидкостей при отсутствии подвижности воздушной среды |
0,100000 |
1,19 |
|
|
0,050000 |
1,25 |
|
|
0,010000 |
1,35 |
|
|
0,003000 |
1,41 |
|
|
0,001000 |
1,46 |
|
|
0,000001 |
1,68 |
|
Для паров легковоспламеняющихся жидкостей при подвижности воздушной среды |
0,100000 |
1,21 |
|
|
0,050000 |
1,27 |
|
|
0,010000 |
1,38 |
|
|
0,003000 |
1,45 |
|
|
0,001000 |
1,51 |
|
|
0,000001 |
1,75 |
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* = ?? Сст (?? - 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 p1 - давление в аппарате, кПа;
V - объем аппарата, м3.
,(А.16)
где V1 т - объем газа, вышедшего из трубопровода до его отключения, м3;
V2 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 р2 - максимальное давление в трубопроводе по технологическому регламенту, кПа;
r1, 2, …, n - внутренний радиус трубопровода, м;
l1, 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 ??п при расчетной температуре tp равна
кг/м3.
Тогда избыточное давление ??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 стеной помещения 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 ??в 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 ??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 ??а 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 ?? = 0,1 м/с.
