---

Избыточное давление коррелирует согласно критериальному соотношению (Т.5) с отношением (c / m)², а не просто c. Как показали исследования, уменьшение размера ячейки турбулизирующей решетки, приводящей к возрастанию фактора турбулизации в 1,75 раза (с 8 до 14), сопровождается существенно меньшим увеличением отношения c /m — лишь в 1,11 раза. Сказанное необходимо учитывать при факторе турбулентности c ³ 5.

Т.5 Определение нормальной скорости распространения пламени и термодинамических параметров

Т.5.1 Нормальная скорость характеризует реакционную способность горючих газовых смесей при фронтальных режимах горения. Наиболее перспективным является экспериментально-расчетный метод оптимизации, позволяющий определять нормальную скорость в бомбе постоянного объема в широком диапазоне температур и давлений. Метод изложен в ГОСТ 12.1.044.

Входящая в критериальные соотношения (Т.1) и (Т.2) в составе комплекса Анормальная скорость распространения пламени при давлении и температуре, соответствующих началу развития процесса горения, может быть определена экспериментально или взята из научно-технической литературы, прошедшей оценку достоверности приведенных в ней данных. Если данные по нормальной скорости при характерных для технологического процесса давления р и температуре Т отсутствуют, то в ограниченном диапазоне экстраполяции можно воспользоваться для оценки формулой

, (Т6)

где — известное значение нормальной скорости при давлении р₀ и температуре Т₀;

п и т — соответственно барический и температурный показатели.

В диапазоне давлений от 0,04 до 1,00 МПа и температур от 293 до 500 К для стехиометрических смесей метана, пропана, гсксана, гептана, ацетона, изопропанола и бензола с воздухом барический показатель с ростом давления и температуры свежей смеси увеличивается и находится в диапазоне от 3,1 до 0,6. При значениях давления и температуры, близких к атмосферным, барический и температурный показатели для горючих паровоздушных смесей могут быть приняты в первом приближении соответственно равными п = -0,5 и т = 2,0.

Т.5.2 Термодинамические параметры Е_i, p_e,g_b определяют термодинамическим расчетом, например на компьютерах по известным методикам.

Коэффициент расширения Е_i равен по определению

,

где и — соответственно температура и молекулярная масса продуктов сгорания горючей смеси.

Молекулярную массу смеси идеальных газов М, кг/моль, определяют по формуле

, (Т.7)

где М_j и n_j — соответственно молекулярная масса и мольная доля j-го компонента смеси.

Коэффициент расширения может быть также определен из приближенного уравнения

. (Т.8)

Таблица Т. 2 — Результаты расчета значений p_e,g_b, Е_i, и S_u для некоторых стехиометрических газопаровых смесей при начальном давлении 0,1 МПа и температуре 298,15 К

В таблице Т.2 приведены рассчитанные на компьютере значения термодинамических параметров для некоторых стехиометрических газопаровых смесей в предположении, что продукты сгорания состоят из следующих 19 компонентов в газовой фазе: Н₂, Н₂О, СО₂, N₂, Ar, С, Н, О, N, CO, CH₄, HCN, О₂, О₃, ОН, NO, NO₂, NН₃, HNO₃. Стехиометрическая концентрация горючего j_ст в воздухе средней влажности определялась по известной формуле

, (Т.9)

где b — стехиометрический коэффициент, равный количеству молекул кислорода, необходимых для сгорания одной молекулы горючего.

Для многокомпонентных смесей и смесей, проведение расчетов по которым по тем или иным причинам вызывает трудности, определение максимального относительного давления p_e, а следовательно, и коэффициента расширения Е_i по формуле (Т.8) проводят по соответствующей методике ГОСТ 12.1.044.

Т. 6 Формулы для расчета безопасной площади разгерметизации оборудования и помещений, в которых обращается горючая пыль

Т.6.1 Расчет безопасной площади разгерметизации низкопрочных замкнутых оболочек, не выдерживающих избыточное давление свыше 10 кПа, производится по формуле

(Т.10)

где F — безопасная площадь разгерметизации (суммарная площадь легкосбрасываемых покрытий), м²;

С — константа, определяемая по таблице Т.3;

F_s — площадь внутренней поверхности замкнутой оболочки, м²;

Ртах и — максимально допустимое избыточное давление взрыва пыли в защищаемом объеме при наличии истечения через сбросные отверстия, кПа.

Уровень взрывопожароопасности пыли зависит от индекса взрывопожароопасности K_st и определяется по таблице Т.4.

Удельная масса легкосбрасываемого покрытия, как правило, не должна превышать 4,0 кг/м².

Т.6.2 Расчет безопасной площади разгерметизации высокопрочных замкнутых оболочек, находящихся под давлением, близким к атмосферному, выдерживающих избыточное давление свыше 10 кПа, производится по формуле

,

где a = 0,000571 exp(0,0197 P_s,u);

b = 0,978 exp(-0,001037 P_s,u);

с = -0,687 exp(0,00223 P_s,u);

К_st — индекс взрывопожароопасности пыли, МПа · м/с;

P_s,u — избыточное давление вскрытия сбросного сечения, кПа;

V — объем защищаемой емкости, м³.

Область применения расчета по формуле (Т.11)

L / D < 5;

1 < V < -1000;

10 < Ртах и < 200;

5 < К_st< 60;

P_s,u> 5;

Ртах и - P_s,u > 5

95 < Р_i< 120,

где L, D — соответственно линейный и поперечный размеры оболочки, м;

P_i— абсолютное начальное давление горючей смеси в аппарате, при котором происходит инициирование горения, кПа.

Удельная масса запорного элемента, как правило, не должна превосходить 12,0 кг/м². При необходимости установки сбросных каналов их диаметр должен быть не менее диаметра сбросного отверстия при минимальной длине и количестве изгибов. Установка сбросного канала приводит к существенному росту требуемой величины Ртах и.

Т.7 Формулы для расчета безопасной площади разгерметизации оборудования и помещений, в которых обращаются гибридные смеси

Для гибридной взрывоопасной смеси (горючего газа с горючей пылью) расчет ведут по более опасной компоненте (обычно газу).

Пример

Данные для расчета

Технологический аппарат объемом 12 м³ рассчитан на максимальное избыточное давление 0,2 МПа (абсолютное давление 0,3 МПа) и предназначен для работы при атмосферном давлении с содержащей ацетон реакционной массой. Аппарат имеет рубашку обогрева (80 °С). Необходимо определить безопасную площадь разгерметизации. Нормальная скорость распространения пламени наиболее опасной стехиометричсской ацетоно-воздушной смеси при атмосферном давлении и температуре (298 К) составляет 0,32 м/с. Следовательно, при температуре в аппарате 80 °С (353 К) максимальная нормальная скорость распространения пламени в соответствии с (Т.6)

S_u= 0,32 (353/298)² м · c^-l » 0,45 м/с.

Для стехиометрической ацетоно-воздушной смеси p_e = 9,28; Е_i = 7,96; М_i= 58 · 0,05 + 28 · 0,95 = 29,5 кг/моль. Так как p_m = 0,3/0,1 = 3 превышает значение 2, то для вычисления безопасной площади разгерметизации воспользуемся критериальным соотношением (Т.2). Выражение для комплекса подобия W в соответствии с (Т.3) и определенными значениями и М_i может быть записано в виде

,

где F— площадь разгерметизации, м².

Следовательно, критериальное соотношение (Т.2) относительно F можно записать в виде

м²_.

С увеличением степени негерметичности сосуда объемом около 10 м³F/V^0,667 от 0,025 до 0,25 значение фактора турбулентности возрастает от 2,5 до 5. Предположим, что c ⁼ 2,5 при m = 1. При этом минимальная площадь разгерметизации F = 0,175 м², а значит F/V^0,667 = 0,03. Последнее подтверждает, что значение фактора турбулентности выбрано правильно. Действительно, если бы мы предположили, что c = 5, то получили бы слишком низкое для такой степени турбулентности значение F/V^0,667= 0,06 (вместо 0,25). Итак, безопасная площадь разгерметизации составляет в данном случае 0,175 м², что равнозначно сбросному отверстию диаметром 0,47 м.

ПРИЛОЖЕНИЕ У

(рекомендуемое)

ТРЕБОВАНИЯ К ПРОТИВОПОЖАРНЫМ ПРЕГРАДАМ

У.1 К противопожарным преградам относят противопожарные стены, перегородки, перекрытия, зоны. тамбуры-шлюзы, двери, окна, люки, клапаны.

Область применения противопожарных преград установлена в СНиП 2.01.02 части 2 [I]. У.2 Типы противопожарных преград и их минимальные пределы огнестойкости следует принимать по таблице У.1. Противопожарные стены, перегородки, перекрытия, конструкции противопожарных зон и тамбуров-шлюзов, а также заполнение световых проемов в противопожарных преградах должны выполняться из негорючих материалов.

Таблица У.1

Допускается в противопожарных дверях и люках первого и второго типов применять древесину, защищенную со всех сторон негорючими материалами толщиной не менее 4 мм или подвергнутую глубокой пропитке антипиренами или другой огнезащитной обработке, обеспечивающей ее соответствие требованиям, предъявляемым к трудногорючим материалам.

Допускается в качестве противопожарных применять перегородки из гипсокартонных листов с каркасом из негорючих материалов, с пределом огнестойкости не менее 1,25 ч для перегородок первого типа и 0,75 ч — для перегородок второго типа. Узлы сопряжения этих перегородок с другими конструкциями должны иметь предел огнестойкости не менее 1,25 и 0,75 ч соответственно.

У.3 Предел огнестойкости противопожарных дверей и ворот следует определять по ГОСТ 30247.2, а противопожарных окон, люков и клапанов по ГОСТ 30247.0 и ГОСТ 30247.1. При этом предельные состояния по огнестойкости для окон характеризуются только обрушением и потерей плотности, а для противопожарных дверей лифтовых шахт — только теплоизолирующей способностью и потерей плотности дверного полотна.

У.4 В противопожарных стенах первого и второго типов следует предусматривать противопожарные двери, ворота, окна и клапаны соответственно первого и второго типов.

В противопожарных перегородках первого типа следует предусматривать противопожарные двери, ворота, окна и клапаны второго типа, а в противопожарных перегородках второго типа — противопожарные двери и окна третьего типа.