Расчет.
Параметры С0, XНКПР, YНКПР, ZНКПР приведены в примере 1 раздела Б.2.
Так как при работающей и неработающей вентиляции
XНКПР < 0,5 l и YНКПР < 0,5 b,
коэффициент Z составит:
при работающей вентиляции
при неработающей вентиляции
.
4. Определить коэффициент Z участия метана при сгорании газовоздушной смеси для случая аварийной разгерметизации газового баллона с метаном.
Данные для расчета.
На полу помещения размером 13??13 м и высотой Hп = 3 м находится баллон с 0,28 кг метана. Газовый баллон имеет высоту hб = 1,5 м. Расчетная температура в помещении = 30 °С. Плотность метана ??м при tp равна 0,645 кг/м3. Нижний концентрационный предел распространения пламени метана СНКПР = 5,28 % (об.). При работающей общеобменной вентиляции подвижность воздушной среды в помещении ?? = 0,1 м/с.
Расчет.
С0, XНКПР, YНКПР, ZНКПР приведены в примере 2 раздела Б.2.
Так как при неработающей вентиляции
XНКПР < 0,5 l и YНКПР < 0,5 b,
коэффициент Z составит
A.3. Горючие пыли.
А.3.1. Расчет избыточного давления при сгорании пылевоздушной смеси в помещении.
A.3.1.1. Избыточное давление при сгорании пылевоздушной смеси ??р, кПа, рассчитывают по формуле
,(А.21)
где M - расчетная масса взвешенной в объеме помещения горючей пыли, образовавшейся в результате аварийной ситуации, кг;
HT - теплота сгорания пыли, Дж/кг;
р0 - начальное атмосферное давление, кПа (допускается принимать равным 101 кПа);
Z- доля участия взвешенной горючей пыли при сгорании пылевоздушной смеси;
Vсв - свободный объем помещения, м3;
??в - плотность воздуха до сгорания пылевоздушной смеси при начальной температуре Т0, кг/м3;
Ср - теплоемкость воздуха, Дж/(кг·К) [допускается принимать равной 1010 Дж/(кг·К)];
Т0 - начальная температура воздуха, К;
Кн - коэффициент, учитывающий негерметичность помещения и неадиабатичность процесса горения.
Допускается принимать Кн 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 %).
А.3.1.2. Z рассчитывают по формуле
Z = 0,5 F,(A.22)
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.
А.3.1.3. M, кг, рассчитывают по формуле
(А.23)
где Мвз - расчетная масса взвихрившейся пыли, кг;
Мав - расчетная масса пыли, поступившей в помещение в результате аварийной ситуации, кг;
??ст - стехиометрическая концентрация горючей пыли в аэровзвеси, кг/м3;
Vав - расчетный объем пылевоздушного облака, образованного при аварийной ситуации в объеме помещения, м3.
В отсутствие возможности получения сведений для расчета Vав допускается принимать М = Мвз + Мав.
A.3.1.4. Мвз рассчитывают по формуле
Мвз = Квз Мп,(А.24)
где Квз - доля отложенной в помещении пыли, способной перейти во взвешенное состояние в результате аварийной ситуации. В отсутствие экспериментальных сведений о Квз допускается полагать Квз = 0,9;
Мп - масса отложившейся в помещении пыли к моменту аварии, кг.
А.3.1.5. Мав рассчитывают по формуле
,(А.25)
где Мап - масса горючей пыли, выбрасываемой в помещение при разгерметизации одного из технологических аппаратов, кг. При отсутствии ограничивающих выброс пыли инженерных устройств следует полагать, что в момент расчетной аварии происходит аварийный выброс в помещение всей находившейся в аппарате пыли;
q - производительность, с которой продолжается поступление пылевидных веществ в аварийный аппарат по трубопроводам до момента их отключения, кг/с;
Т - расчетное время отключения, определяемое в каждом конкретном случае, исходя из реальной обстановки. Следует принимать равным времени срабатывания системы автоматики, если вероятность ее отказа не превышает 0,000001 в год; 120 с, если вероятность отказа системы автоматики превышает 0,000001 в год; 300 с при ручном отключении;
Кп - коэффициент пыления, представляющий отношение массы взвешенной в воздухе пыли ко всей массе пыли, поступившей из аппарата в помещение. В отсутствие экспериментальных сведений о Кп допускается полагать:
- Кп = 0,5 - для пылей с дисперсностью не менее 350 мкм;
- Кп = 1,0 - для пылей с дисперсностью менее 350 мкм.
А.3.1.6. Мп рассчитывают по формуле
,(А.26)
где Кг - доля горючей пыли в общей массе отложений пыли;
Ку - коэффициент эффективности пылеуборки. Принимают равным 0,6 при сухой и 0,7 - при влажной (ручной) пылеуборке; при механизированной вакуумной пылеуборке для ровного пола Ку принимается равным 0,9, для пола с выбоинами (до 5 % площади) - 0,7;
М1 - масса пыли, оседающей на труднодоступных для уборки поверхностях в помещении за период времени между генеральными уборками, кг;
М2 - масса пыли, оседающей на доступных для уборки поверхностях в помещении за период времени между текущими пылеуборками, кг.
Под труднодоступными для уборки площадями подразумевают такие поверхности в производственных помещениях, очистка которых осуществляется только при генеральных пылеуборках. Доступными для уборки местами являются поверхности, пыль с которых удаляется в процессе текущих пылеуборок (ежесменно, ежесуточно и т. п.).
А.3.1.7. Mk (k = 1, 2) рассчитывают по формулам
,(A.27)
|
где |
- масса пыли, выделяющаяся в объем помещения за период времени между генеральными пылеуборками, кг; |
|
М11 ,..., М1n |
- масса пыли, выделяемая соответствующей единицей пылящего оборудования за тот же период времени, кг; |
|
|
- масса пыли, выделяющаяся в объем помещения за период времени между текущими пылеуборками, кг; |
|
М21,..., М2n |
- масса пыли, выделяемая соответствующей единицей пылящего оборудования за тот же период времени, кг; |
|
А |
- доля выделяющейся в объем помещения пыли, которая удаляется вытяжными вентиляционными системами. В отсутствие экспериментальных сведений об А полагают А = 0; |
|
В1, B2 |
- доли выделяющейся в объем помещения пыли, оседающей соответственно на труднодоступных и доступных для уборки поверхностях помещения (В1 + B2 = 1). |
При отсутствии сведений о коэффициентах В1 и B2 допускается полагать В1 = 1, B2 = = 0.
А.3.1.8. М1 и М2 могут быть определены экспериментально (или по аналогии с действующими образцами производства) в период максимальной загрузки оборудования по формуле
,(А.28)
где Gij, Fij - соответственно интенсивность пылеосаждения и площадь для труднодоступных (i = 1) и доступных (i = 2) участков;
j - номер участка пылеосаждения;
Тi - промежуток времени между генеральными (i = 1) и текущими (i = 2) пылеуборками.
A.3.2. Характеристики сгорания пылепаровоздушных смесей в технологическом аппарате.
А.3.2.1. Сгорание пылевоздушной смеси в аппарате может протекать как в режиме медленного, дозвукового горения, так и в режиме детонации. В подавляющем большинстве практических случаев встречается медленный (дефлаграционный) режим горения, к которому относят информацию (А.3.2.2, А.3.2.3).
А.3.2.2. Основными расчетными (в предположении достаточной стойкости корпуса аппарата к напряжениям разрыва и деформации) характеристиками взрыва пылевоздушных смесей в аппарате считают.
- рmax - максимальное давление при сгорании пылевоздушной смеси в аппарате, кПа, определяемое как наибольшее давление при сгорании, достигаемое в объеме аппарата при взрывном горении оптимальной пылевоздушной смеси;
- (dp/dt)max - максимальную скорость нарастания давления при сгорании пылевоздушной смеси в аппарате, кПа/с, определяемую как наибольший наклон зависимости давления при сгорании оптимальной пылевоздушной смеси в аппарате от времени при точечном зажигании в оптимальном месте;
- Kst - индекс взрывопожароопасности пыли, кПа/м·с; Kst = (dp/dt)max V 1/3 (V - объем аппарата, м3).
А.3.2.3. Для не слишком протяженных технологических аппаратов объемом свыше 16 л справедливы эмпирические правила, в соответствии с которыми:
|
pmax1 = pmax2; Kst1 = Kst2, |
(А.29) |
где 1, 2 - индексы, относящиеся к двум произвольно выбранным аппаратам.
Для аппарата объемом менее 16 л расчетные значения характеристик сгорания пылевоздушных смесей (по результатам испытаний в крупномасштабной емкости) обладают достаточным запасом надежности.
А.3.2.4. Оценка расчетных значений параметров сгорания пылевоздушных смесей для протяженных аппаратов (с отношением максимального габаритного размера к минимальному порядка 5 и более), а также горения, протекающего в режиме детонации, возможна на основе экспертных заключений.
Пример.
Данные для расчета.
Рассчитать избыточное давление при сгорании полиэтиленовой пыли в помещении для следующих исходных данных: Мвз = 10 кг; Мав = 90 кг; F = 0,3; HT = 47·106 Дж/кг; Vсв = 2000 м3; Vав = 20 м3; Рв = 1,2 кг/м3; Т0 = 298 К; ??ст = 0,1 кг·м3.
Определяем Z по формуле (А.22)
Z = 0,5 F = 0,5·0,3 = 0,15.
Определяем М по формуле (А.23)
отсюда следует, что М = 14 кг.
Принимая Кн = 3 и подставляя исходные данные в выражение для расчетного избыточного давления при сгорании пылевоздушной смеси, получим:
кПа.
ПРИЛОЖЕНИЕ Б
(обязательное)
МЕТОД РАСЧЕТА РАЗМЕРОВ ЗОН, ОГРАНИЧЕННЫХ НИЖНИМ КОНЦЕНТРАЦИОННЫМ ПРЕДЕЛОМ РАСПРОСТРАНЕНИЯ ПЛАМЕНИ (НКПР) ГАЗОВ И ПАРОВ.
Б.1. Метод расчета зон, ограниченных НКПР газов и паров, при аварийном поступлении горючих газов и паров ненагретых легковоспламеняющихся жидкостей в открытое пространство при неподвижной воздушной среде.
Б.1.1. Расстояния XНКПР, YНКПР и ZНКПР, м, для ГГ и ЛВЖ, ограничивающие область концентраций, превышающих НКПР, рассчитывают по формулам
для ГГ
,(Б.1)
,(Б.2)
для паров ЛВЖ
,(Б.3)
,(Б.4)
где mг - масса поступившего в открытое пространство ГГ при аварийной ситуации, кг;
??г - плотность ГГ при расчетной температуре и атмосферном давлении, кг/м3:
тп - масса паров ЛВЖ, поступивших в открытое пространство за время полного испарения, но не более 3600 с, кг;
??п - плотность паров ЛВЖ при расчетной температуре и атмосферном давлении, кг/м3;
рн - давление насыщенных паров ЛВЖ при расчетной температуре, кПа;
К - коэффициент (К = для ЛВЖ);
Т - продолжительность поступления паров ЛВЖ в открытое пространство, с:
СНКПР - нижний концентрационный предел распространения пламени ГГ или паров ЛВЖ, % (об.).
Б.1.2. Радиус Rб, м, и высоту Zб, м, зоны, ограниченной НКПР газов и паров, вычисляют исходя из значений XНКПР, YНКПР и ZНКПР.
При этом Rб > XНКПР, Rб > YНКПР и Zб > h + Rб для ГГ и Zб > ZНКПР для ЛВЖ (h - высота источника поступления газа от уровня земли, м).
Для ГГ геометрически зона, ограниченная НКПР газов, будет представлять цилиндр с основанием радиусом Rб и высотой h = 2Rб при Rб < h и hб = h + Rб при Rб > h, внутри которого расположен источник возможного выделения ГГ.
Для ЛВЖ геометрически зона, ограниченная НКПР паров, будет представлять цилиндр с основанием радиусом Rб и высотой h = ZНКПР при высоте источника паров ЛВЖ h < ZНКПР и hб = h + ZНКПР при h ZНКПР.
За начало отсчета зоны, ограниченной НКПР газов и паров, принимают внешние габаритные размеры аппаратов, установок, трубопроводов и т. п.
Б.1.3. Во всех случаях значения XНКПР, YНКПР и ZНКПР должны быть не менее 0,3 м для ГГ и ЛВЖ.
Примеры.
1. Определить размеры зоны, ограниченной НКПР паров, при аварийной разгерметизации трубопровода, транспортирующего ацетон.
Данные для расчета.
Трубопровод, транспортирующий ацетон, проложен на открытом пространстве на высоте h = 0,5 м от поверхности земли. Трубопровод оснащен ручными задвижками.
Масса паров ацетона, поступивших в открытое пространство за время полного испарения, определена в соответствии с приложением И и составляет ma = 240 кг при времени испарения Т = 3600 с. Максимально возможная температура для данной климатической зоны tp = 36 °С. Плотность паров ацетона ??а при tp равна 2,29 кг/м3. Нижний концентрационный предел распространения пламени паров ацетона CНКПР = 2,7 % (об.). Давление насыщенных паров ацетона рн при tp равно 48,09 кПа.
Расчет.
Расстояния XНКПР, YНКПР и ZНКПР для ацетона, ограничивающие область концентраций, превышающих НКПР, составят
Таким образом, граница зоны, ограниченной НКПР паров, по горизонтали будет проходить на расстоянии 41,43 м от обечайки трубопровода, а по вертикали - на высоте hб = ZНКПР = 1,55 м от поверхности земли.
2. Определить размеры зоны, ограниченной НКПР газов, при аварийной разгерметизации емкости с метаном на открытом пространстве.
Данные для расчета.
При разгерметизации емкости в атмосферу поступит 20 кг метана. Емкость представляет собой цилиндр с основанием радиусом 1 м и высотой ha = 10 м. Максимально возможная температура для данной климатической зоны tр = 30 °С. Плотность метана ??м при tр равна 0,645 кг/м3. Нижний концентрационный предел распространения пламени метана СНКПР = 5,28 % (об.).
Расчет.
Расстояния XНКПР, YНКПР и ZНКПР для метана, ограничивающие область концентраций, превышающих НКПР, составят
м,
м.
Таким образом, для расчетной аварии емкости с метаном геометрически зона, ограниченная НКПР газов, будет представлять цилиндр с основанием радиусом Rб = 26,18 м и высотой hб = ha + Rб = 10 + 26,18 = 36,18 м. За начало зоны, ограниченной НКПР газов, принимают внешние габаритные размеры емкости.
Б.2. Метод расчета размеров зон, ограниченных НКПР газов и паров, при аварийном поступлении горючих газов и паров ненагретых легковоспламеняющихся жидкостей в помещение.
