А.2.2 Расчет Dр, кПа, для индивидуальных веществ, кроме упомянутых в А.2.1, а также для смесей может быть выполнен по формуле
(А.4)
где Hт — теплота сгорания, Дж/кг;
rв — 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 100 т/(rr,пVсв) < 0,5 СНКПР, [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 ненагретых выше температуры окружающей среды легковоспламеняющихся жидкостей при сгорании газопаровоздушной смеси для заданного уровня значимости Q (С > ) (уровень значимости—вероятность того, что значение концентрации С превысит значение математического ожидания этой случайной величины ) рассчитывают по формулам:
при ХНКПР £ 0,5 l и YНКПР £ 0,5 b
, (А.5)
при ХНКПР > 0,5 l и YНКПР > 0,5 b
, (А.6)
где т — масса газа или паров ЛВЖ, поступающих в помещение в соответствии с А.2.6 и А.2.7, кг;
d — допустимые отклонения концентраций при задаваемом уровне значимости Q(C > ), приведенные в таблице А.2;
ХНКПР, 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 — длина 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
, (A.9)
где Сн —концентрация насыщенных паров при расчетной температуре tр, °С, воздуха в помещении, % (об.).
Концентрация Сн может быть найдена по формуле
, (A.10)
где pн — давление насыщенных паров при расчетной температуре (находится по справочной литературе), кПа;
p0 — атмосферное давление, равное 101 кПа.
rп — плотность паров, кг/м3;
при подвижности воздушной среды для паров легковоспламеняющихся жидкостей
, (А.11)
Таблица А.2— Значения допустимых отклонений 5 концентраций при уровне значимости Q (С > )
|
Характер распределения концентраций |
Q (С > ) |
d |
|
Для горючих газов при отсутствии подвижности воздушной среды |
0,100 000 |
1,29 |
|
|
0,050 000 |
1,38 |
|
|
0,010 000 |
1,53 |
|
|
0,003 000 |
1,63 |
|
|
0,001 000 |
1,70 |
|
|
0,000 001 |
2,04 |
|
Для горючих газов при подвижности воздушной среды |
0,100 000 |
1,29 |
|
|
0,050 000 |
1,37 |
|
|
0,010 000 |
1,52 |
|
|
0,003 000 |
1,62 |
|
|
0,001 000 |
1,70 |
|
|
0,000 001 |
2,03 |
|
Для паров легковоспламеняющихся жидкостей при отсутствии подвижности воздушной среды |
0,100 000 |
1,19 |
|
|
0,050 000 |
1,25 |
|
|
0,010 000 |
1,35 |
|
|
0,003 000 |
1,41 |
|
|
0,001 000 |
1,46 |
|
|
0,000 001 |
1,68 |
|
Для паров легковоспламеняющихся жидкостей при подвижности воздушной среды |
0,100 000 |
1,21 |
|
|
0,050 000 |
1,27 |
|
|
0,010 000 |
1,38 |
|
|
0,003 000 |
1,45 |
|
|
0,001 000 |
1,51 |
|
|
0,000 001 |
1,75 |
Рисунок А. 1 — Зависимость коэффициента Z от X
Уровень значимости Q (С > ) выбирают, исходя из особенностей технологического процесса. Допускается принимать Q (C > ) 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
(A.12)
где С * = j Сст (j — 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
К = АТ + 1, (А.13)
где А — кратность воздухообмена, создаваемого аварийной вентиляцией, с-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 т, кг, поступившего в помещение при расчетной аварии газа рассчитывают по формуле
т = (Vа+ Vт) r г, (А.14)
где Vа — объем газа, вышедшего из аппарата, м3;
Vт — объем газа, вышедшего из трубопроводов, м3.
При этом:
Vа= 0,01 p1V, (A. 15)
где р1— давление в аппарате, кПа;
V— объем аппарата, м3.
Vт= V1т+V2т, (A. 16)
где V1т— объем газа, вышедшего из трубопровода до его отключения, м3;
V2т— объем газа, вышедшего из трубопровода после его отключения, м3.
V1т= qT, (A 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 p2— 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
т = mp + темк + mсв.окр , (А. 19)
где mp— масса жидкости, испарившейся с поверхности разлива, кг;
темк— 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 = WSиT, (A.20)
где W— интенсивность испарения, кг/(с·м2);
Sи — площадь испарения, м2, определяемая в соответствии с А. 1.2 в зависимости от массы жидкости тп, 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 tр = 36 °С. Молярная масса ацетона М = 58,08 кг/кмоль.
Химическая формула ацетона С3Н6O. 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 ларов ацетона составит
% (об.).
Плотность паров ацетона rп при расчетной температуре tр равна
кг/м3
Тогда избыточное давление Dр при сгорании паровоздушной смеси ацетона для расчетной аварии составит
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 = 10м. Максимально возможная температура для данной климатической зоны tp= 39 °С. Плотность водорода rв 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 рmax= 730 кПа.
Расчет
Объем водорода, поступившего в помещение в результате аварийной разгерметизации трубопровода, будет равен
Vв = V1т+V2т = 0,01 + 0,02945 = 0,03945 м3 ,
V1т = q · T = 5 · 10-3· 2 = 0,01 м3,
м3.
Масса водорода, поступившего в помещение при расчетной аварии, составит
mв = Vв rв = 0,03945 · 0,0787 = 3,105 · 10-3 кг.
Стехиометрический коэффициент кислорода в реакции сгорания водорода равен
Стехиометрическая концентрация водорода составит
% (об.).
Избыточное давление Dр 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 da = 0,5 м и высотой ha = 1 м, в котором содержится 25 кг ацетона. Расчетная температура в помещении tр = 30 °С. Плотность паров ацетона рa при tр равна 2,33 кг/м3. Давление насыщенных паров ацетона рн при tр 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 v = 0,1 м/с.
Расчет
Параметры С0, ХНКПР, YНКПР, ZНКПР приведены в примере 1 раздела Б.2.
Так как при работающей и неработающей вентиляции
при ХНКПР < 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 13х13 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 tp= 30 °С. Плотность метана rм 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 v = 0,1 м/с.
