ССБТ. Пожарная безопасность технологических процессов. Общие требования. Методы контроля

r - расстояние от геометрического центра газопаровоздушного облака, м;

m_пр - приведенная масса газа или пара, кг, рассчитанная по формуле

, (Е.2)

где Q_сг - удельная теплота сгорания газа или пара, Дж/кг;

Z - коэффициент участия, который допускается принимать равным 0,1;

Q₀ - константа, равная 4,52·10⁶ Дж/кг;

m_г,п - масса горючих газов и (или) паров, поступивших в результате аварии в окружающее пространство, кг.

Е.3. Импульс волны давления i, Па·с, рассчитывают по формуле

. (E.3)

Пример - Рассчитать избыточное давление и импульс волны давления при выходе в атмосферу пропана, хранящегося в сферической емкости объемом 600 м³, на расстоянии 500 м от нее.

Данные для расчета.

Объем емкости 600 м³. Температура 20 °С. Плотность сжиженного пропана 530 кг/м³. Степень заполнения емкости 80 % (по объему). Удельная теплота сгорания пропана 4,6·10⁷ Дж/кг. Принимается, что в течение времени, необходимого для выхода сжиженного газа из емкости, весь пропан испаряется.

Расчет.

Находим приведенную массу m_пр по формуле (Е.2):

m_пр = 4,6·10⁷/4,52·10⁶ (0,8 · 530 · 600) · 0,1 = 2,59·10⁵ кг.

Находим избыточное давление Dр по формуле (E.1):

Dр = 101 [0,8 (2,59·10⁵)^0,33/500 + 3 (2,59·10⁵)^0,66/500² + 5 (2,59·10⁵)/500³] = 16,2 кПа.

Находим импульс волны давления i по формуле (Е.З):

i = 123 (2,59·10⁵)^0,66/500 = 1000 Па·с.

ПРИЛОЖЕНИЕ Ж (рекомендуемое)

МЕТОД РАСЧЕТА ПАРАМЕТРОВ ВОЛНЫ ДАВЛЕНИЯ ПРИ ВЗРЫВЕ РЕЗЕРВУАРА С ПЕРЕГРЕТОЙ ЖИДКОСТЬЮ ИЛИ СЖИЖЕННЫМ ГАЗОМ ПРИ ВОЗДЕЙСТВИИ НА НЕГО ОЧАГА ПОЖАРА.

Ж.1. При попадании замкнутого резервуара со сжиженным газом или жидкостью в очаг пожара может происходить нагрев содержимого резервуара до температуры, существенно превышающей нормальную температуру кипения, с соответствующим повышением давления. За счет нагрева несмоченных стенок сосуда уменьшается предел прочности их материала, в результате чего при определенных условиях оказывается возможным разрыв резервуара с возникновением волн давления и образованием «огненного шара». Расчет параметров «огненного шара» изложен в приложении Д. Порядок расчета параметров волн давления изложен ниже. Разрыв резервуара в очаге пожара с образованием волн давления получил название BLEVE (Boiling Liquid Expanding Vapour Explosion - взрыв расширяющихся паров вскипающей жидкости).

Ж.2. Возможность возникновения BLEVE для конкретного вещества, хранящегося в замкнутой емкости, определяют следующим образом.

Ж.2.1. Рассчитывают d по формуле

, (Ж.1)

где С_р - удельная теплоемкость жидкой фазы, Дж/кг;

Т - температура жидкой фазы, соответствующая температуре насыщенного пара при давлении срабатывания предохранительного клапана, К;

Т_кип - температура кипения вещества при нормальном давлении, К;

L - удельная теплота испарения при нормальной температуре кипения Т_кип, Дж/кг.

Ж.2.2. Если d < 0,35, BLEVE не происходит. При d 0,35 вероятность возникновения данного явления велика.

Ж.3. Параметрами волны давления, образующейся при BLEVE, являются избыточное давление в положительной фазе волны Dр и безразмерный импульс положительной фазы волны i.

Dр, кПа, и i, Па·с, рассчитывают по формулам:

, (Ж.2)

(Ж.3)

где р₀ - атмосферное давление, кПа (допускается принимать равным 101 кПа);

r - расстояние до разрушающегося технологического оборудования, м;

m_пр - приведенная масса, кг, рассчитанная по формуле

m_пр = Е_иэ /Q₀, (Ж.4)

где Е_иэ - энергия, выделяющаяся при изоэнтропическом расширении среды, находящейся в резервуаре, Дж;

Q₀ - константа, равная 4,52·10⁶ Дж/кг.

Ж.4. Е_иэ, Дж, рассчитывают по формуле

Е_иэ = С_эфф m (T – T_кип), (Ж.5)

где т - масса вещества в резервуаре, кг;

С_эфф - константа, равная 500 Дж/(кг·К);

Т - температура вещества в резервуаре в момент его взрыва, К;

Т_кип -температура кипения вещества при атмосферном давлении, К.

При наличии в резервуаре предохранительного клапана Т, К, допускается рассчитывать по формуле

, (Ж.6)

где А, В, C_а - константы Антуана вещества;

р_к - давление срабатывания предохранительного клапана, кПа.

Константа А должна соответствовать давлению, выраженному в килопаскалях.

Пример - Расчет параметров ударной волны при BLEVE.

Данные для расчета.

Рассчитать параметры положительной фазы волны давления на расстоянии 750 м от эпицентра аварии, связанной с развитием BLEVE на железнодорожной цистерне вместимостью 50 м³ с 10 т жидкого пропана. Цистерна имеет предохранительный клапан на давление срабатывания 2,0 МПа.

Расчет.

Энергию, выделившуюся при расширении среды в резервуаре, рассчитывают по формуле (Ж.5).

Е_иэ = С_эфф m (T – T_кип),

где т = 4·10⁴ кг - масса пропана в цистерне;

С_эфф - константа, равная 500 Дж/(кг·К);

Т_кип = -43 + 273 = 230 К - температура кипения пропана при постоянном давлении.

Т, К, находим по формуле (Ж.6)

,

где р_к = 2,000 кПа, А = 5,949, В = 812,648, С_а = 247,55.

Отсюда

Получим Е_иэ

Е_иэ = 4·10⁴ (332 - 230) 500 = 2,06·10⁹ Дж.

Находим приведенную массу т_пр, кг, по формуле (Ж.4)

т_пр = 2,06·10⁹/(4,52·10⁶) = 456 кг.

Вычислим Dр и i по формулам (Ж.2) и (Ж.З)

Dр = 101 (0,8 · 456⁰³³/750 + 3 · 456^0,66/750² + 5 · 456³/750) = 0,86 кПа,

i = 123 · 456^0,66/750 = 9,7 Па·с.

ПРИЛОЖЕНИЕ И (рекомендуемое)

МЕТОД РАСЧЕТА ПАРАМЕТРОВ ИСПАРЕНИЯ ГОРЮЧИХ НЕНАГРЕТЫХ ЖИДКОСТЕЙ И СЖИЖЕННЫХ УГЛЕВОДОРОДНЫХ ГАЗОВ.

И.1. Интенсивность испарения W, кг/(с·м²), определяют по справочным и экспериментальным данным. Для ненагретых выше температуры окружающей среды ЛВЖ, при отсутствии данных допускается рассчитывать W по формуле ¹⁾

, (И.1)

___________

¹⁾ Формула применима при температуре подстилающей поверхности от минус 50 до плюс 40 °С.

где h - коэффициент, принимаемый по таблице И.1 в зависимости от скорости и температуры воздушного потока над поверхностью испарения;

М - молярная масса, г/моль;

р_н - давление насыщенного пара при расчетной температуре жидкости t_p, определяемое по справочным данным, кПа.

Таблица И.1

Скорость воздушного потока в помещении, м/с

Значение коэффициента h при температуре t, °С, воздуха в помещении

10

15

20

30

35

0,0

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

И.2. Для сжиженных углеводородных газов (СУГ) при отсутствии данных допускается рассчитывать удельную массу паров испарившегося СУГ m_СУГ, кг/м², по формуле ¹⁾

_____________

¹⁾ Формула применима при температуре подстилающей поверхности от минус 50 до плюс 40 °С.

, (И.2)

где М - молярная масса СУГ, кг/моль;

L_исп - мольная теплота испарения СУГ при начальной температуре СУГ Т_ж, Дж/моль;

Т₀ - начальная температура материала, на поверхность которого разливается СУГ, соответствующая расчетной температуре t_р, К;

Т_ж - начальная температура СУГ, К;

l_тв - коэффициент теплопроводности материала, на поверхность которого разливается СУГ, Вт/(м·К);

а - эффективный коэффициент температуропроводности материала, на поверхность которого разливается СУГ, равный 8,4·10^-8 м²/с;

t - текущее время, с, принимаемое равным времени полного испарения СУГ, но не более 3600 с;

Re = - число Рейнольдса (v - скорость воздушного потока, м/с; d - характерный размер пролива СУГ, м; u_в - кинематическая вязкость воздуха при расчетной температуре t_p, м²/с);

l_в - коэффициент теплопроводности воздуха при расчетной температуре t_p, Вт/(м·К).

Примеры - Расчет параметров испарения горючих ненагретых жидкостей и сжиженных углеводородных газов.

1. Определить массу паров ацетона, поступающих в объем помещения в результате аварийной разгерметизации аппарата.

Данные для расчета.

В помещении с площадью пола 50 м² установлен аппарат с ацетоном максимальным объемом V_ап = 3 м³. Ацетон поступает в аппарат самотеком по трубопроводу диаметром d = 0,05 м с расходом q, равным 2·10^-3 м³/с. Длина участка напорного трубопровода от емкости до ручной задвижки L₁ = 2 м. Длина участка отводящего трубопровода диаметром d = 0,05 м от емкости до ручной задвижки L₂ равна 1 м. Скорость воздушного потока u в помещении при работающей общеобменной вентиляции равна 0,2 м/с. Температура воздуха в помещении t_p =20 °С. Плотность r ацетона при данной температуре равна 792 кг/м³. Давление насыщенных паров ацетона при t_p равно 24,54 кПа.

Расчет.

Объем ацетона, вышедшего из напорного трубопровода, V_н.т составляет

,

где t - расчетное время отключения трубопровода, равное 300 с (при ручном отключении).

Объем ацетона, вышедшего из отводящего трубопровода V_от составляет

Объем ацетона, поступившего в помещение

Исходя из того, что 1 л ацетона разливается на 1 м² площади пола, расчетная площадь испарения S_р = 3600 м² ацетона превысит площадь пола помещения. Следовательно, за площадь испарения ацетона принимается площадь пола помещения, равная 50 м².

Интенсивность испарения равна:

Масса паров ацетона, образующихся при аварийной разгерметизации аппарата т, кг, будет равна

т = 0,655·10^-3 · 50 · 3600 = 117,9 кг.

2. Определить массу газообразного этилена, образующегося при испарении пролива сжиженного этилена в условиях аварийной разгерметизации резервуара.

Данные для расчета.

Изотермический резервуар сжиженного этилена объемом V_и.р.э = 10000 м³ установлен в бетонном обваловании свободной площадью S_об = 5184 м² и высотой отбортовки Н_об = 2,2 м. Степень заполнения резервуара a = 0,95.

Ввод трубопровода подачи сжиженного этилена в резервуар выполнен сверху, а вывод отводящего трубопровода снизу.

Диаметр отводящего трубопровода d_тp = 0,25 м. Длина участка трубопровода от резервуара до автоматической задвижки, вероятность отказа которой превышает 10^-6 в год и не обеспечено резервирование ее элементов, L = 1 м. Максимальный расход сжиженного этилена в режиме выдачи G_ж.э = 3,1944 кг/с. Плотность сжиженного этилена r_ж.э при температуре эксплуатации Т_эк = 169,5 К равна 568 кг/м³. Плотность газообразного этилена r_г.э при Т_эк равна 2,0204 кг/м³. Молярная масса сжиженного этилена М_ж.э = 28·10^-3 кг/моль. Мольная теплота испарения сжиженного этилена L_исп при Т_эк равна 1,344·10⁴ Дж/моль. Температура бетона равна максимально возможной температуре воздуха в соответствующей климатической зоне T_б = 309 К. Коэффициент теплопроводности бетона l_б = 1,5 Вт/(м·К). Коэффициент температуропроводности бетона а = 8,4·10^-8 м²/с. Минимальная скорость воздушного потока u_min = 0 м/с, а максимальная для данной климатической зоны u_max = 5 м/с. Кинематическая вязкость воздуха v_в при расчетной температуре воздуха для данной климатической зоны t_p = 36 °С равна 1,64·10^-5 м²/с. Коэффициент теплопроводности воздуха l_в при t_p равен 2,74·10^-2 Вт/(м·К).

Расчет.

При разрушении изотермического резервуара объем сжиженного этилена составит

Свободный объем обвалования V_об = 5184 · 2,2 = 11404,8 м³.

Ввиду того, что V_ж.э < V_об примем за площадь испарения S_исп свободную площадь обвалования S_об, равную 5184 м².

Тогда массу испарившегося этилена т_и.э с площади пролива при скорости воздушного потока v = 5 м/с рассчитывают по формуле (И.2)

Масса т_и.э при u = 0 м/с составит 528039 кг.

ПРИЛОЖЕНИЕ К (рекомендуемое)

МЕТОДЫ РАСЧЕТА ТЕМПЕРАТУРНОГО РЕЖИМА ПОЖАРА В ПОМЕЩЕНИЯХ ЗДАНИЙ РАЗЛИЧНОГО НАЗНАЧЕНИЯ.

К.1. Условные обозначения:

V - объем помещения, м³;

S - площадь пола помещения, м²;

А_i - площадь i-го проема помещения, м²;

h_i - высота i-го проема помещения, м;

А = - суммарная площадь проемов помещения, м²;

- приведенная высота проемов помещения, м;

П - проемность помещения, рассчитывается по формуле (K.1) или (К.2), м^0,5;

Р_i - общее количество пожарной нагрузки i-го компонента твердых горючих и трудногорючих материалов, кг;

q - количество пожарной нагрузки, отнесенное к площади пола, кг/м;

q_кр.к - удельное критическое количество пожарной нагрузки, кг/м²;

q_k - количество пожарной нагрузки, отнесенное к площади тепловоспринимающих поверхностей помещения, кг/м²;

П_ср - средняя скорость выгорания древесины, кг/(м² мин);

- средняя скорость выгорания i-го компонента твердого горючего или трудногорючего материала, кг/(м²·мин);

- низшая теплота сгорания древесины, МДж/кг;

- низшая теплота сгорания i-го компонента материала пожарной нагрузки, МДж/кг;

e_ф - степень черноты факела;

Т₀ - температура окружающего воздуха, К;

T_w - температура поверхности конструкции, К;

t - текущее время развития пожара, мин;

t_н.с.п - минимальная продолжительность начальной стадии пожара, мин;

- предельная продолжительность локального пожара при горении ЛВЖ и ГЖ, мин.

К.2 Определение интегральных теплотехнических параметров объемного свободно развивающегося пожара в помещении.

К.2.1 Определение вида возможного пожара в помещении.

Вычисляется объем помещения V.

Рассчитывают проемность помещений П, м^0,5, объемом V 10 м³

, (К.1)

для помещений с V > 10 м³

, (K.2)

Из справочной литературы выбирают количество воздуха, необходимое для сгорания 1 кг материала i-й пожарной нагрузки V_0i, нм³/кг.

Рассчитывают количество воздуха, необходимое для сгорания 1 кг материала пожарной нагрузки

, (К.3)

Определяют удельное критическое количество пожарной нагрузки q_кр.к, кг/м², для кубического помещения объемом V, равным объему исследуемого помещения

, (К.4)

Вычисляют удельное значение пожарной нагрузки q_k, кг/м², для исследуемого помещения

, (К.5)

где S - площадь пола помещения, равная V^0,667.

Сравнивают значения q_k и q_кр.к. Если q_k < q_кр.к, то в помещении будет пожар, регулируемый нагрузкой (ПРН); если q_k q_кр.к, ,то в помещении будет пожар, регулируемый вентиляцией (ПРВ).