МЕТОД-КОПИЛКА. ГЛАВА

Методика расчета А, Б категорий помещений.
Расчет избыточного давления взрыва для горючих газов, паров легковоспламеняющихся и горючих жидкостей

Согласно [1] при определении избыточного давления взрыва ΔР для горючих газов и паров легковоспламеняющихся и горючих жидкостей применяются 2 формулы:

  1. Для индивидуальных горючих веществ, состоящих из атомов углерода, водорода, кислорода, азота, фтора, хлора, брома и иода (С, Н, О, N, F, Сl, Вr, I). К данной группе относятся, например, метан (СН4), метанол (СН3OH), аминоуксусная кислота (Н2NСН2COOH). В дальнейшем изложении будем обозначать эту группу абривеатурой ИГВ1.
  2. Для индивидуальных горючих веществ, не относящиеся к ИГВ1, а также для смесей рассматриваемых на этой странице горючих веществ. В качестве примеров укажем силан (SiH4), метилат натрия (СН3NaO) и обозначим эту группу как ИГВ2.

ΔP = (Pmax - P0 )
V
mZ
 Vсв ρг,п 
·
V
 100 
Cст
·
V
1
 Kн 
 , где:
V
Pmax
кПа
максимальное давление, развиваемое при сгорании стехиометрической газовоздушной или паровоздушной смеси в замкнутом объеме;
[подробнее]
Значение Pmax определяется экспериментально или по справочным данным.
При отсутствии данных допускается приниматьравным 900 кПа.
P0
кПа
начальное давление;
[подробнее]
Значение P0 допускается принимать равным 101 кПа
m
кг
масса горючего газа или паров легковоспламеняющихся и/или горючих жидкостей, вышедших в результате расчетной аварии в помещение;
[подробнее]
Значения m для газа (ГорГаз) и жидкости (ЛВЖиГЖ) вычисляются по отдельным алгоритмам.
При определении m следует учесть, что допускается учитывать:
  • работу аварийной вентиляции, если она обеспечена резервными вентиляторами, автоматическим пуском при превышении предельно допустимой взрывобезопасной концентрации и электроснабжением по первой категории надежности по Правилам устройства электроустановок (ПУЭ), при условии расположения устройств для удаления воздуха из помещения в непосредственной близости от места возможной аварии;
  • постоянно работающую общеобменную вентиляцию, обеспечивающую концентрацию горючих газов и паров в помещении, не превышающую предельно допустимую взрывобезопасную концентрацию, рассчитанную для аварийной вентиляции. Указанная общеобменная вентиляция должна быть оборудована резервными вентиляторами, включающимися автоматически при остановке основных. Электроснабжение указанной вентиляции должно осуществляться не ниже чем по первой категории надежности по ПУЭ
При расчетах учет вентиляции заключается в том, что массу m горючих газов (расчитанную по алгоритму ГорГаз) или паров легковоспламеняющихся или горючих жидкостей (алгоритм ЛВЖиГЖ), нагретых до температуры вспышки и выше, поступивших в объем помещения, следует разделить на коэффициент K, определяемый по формуле:
K=AT+1, где:
A
c-1
кратность воздухообмена, создаваемого аварийной вентиляцией;
T
c
продолжительность поступления горючих газов и паров легковоспламеняющихся и горючих жидкостей в объем помещения
[подробнее]
Это время принимается равным:
  • времени срабатывания системы автоматики отключения трубопроводов согласно паспортным данным установки, если вероятность отказа системы автоматики не превышает 0,000001 в год или обеспечено резер- вирование ее элементов;
  • 120 с, если вероятность отказа системы автоматики превышает 0,000001 в год и не обеспечено резер- вирование ее элементов;
  • 300 с при ручном отключении

Алгортмы для расчета m:


Масса горючего газа, вышедшего в помещение, вычисляется по формуле:
m=(Va+V1Т +V2Т )·ρг, где
ρг
кг/м3
плотность горючего газа;
 
Vа
м3
объем газа, вышедшего из аппарата;
[подробнее]
Значение Vа определяется по формуле:
Va=0,01·P1V, где
P1
кПа
давление газа в аппарате;
V1
м3
объем аппарата
V1Т 
м3
объем газа, вышедшего из трубопровода до его отключения;
[подробнее]
V1Т  определяется по формуле:
V1Т=qT, где
q
м3/c
расход газа
[подробнее]
определяется в соответствии с технологическим регламентом в зависимости от давления в трубопроводе, его диаметра, температуры газовой среды и т.п.
T
c
расчетное время отключения трубопроводов
[подробнее]
T следует принимать равным:
  • времени срабатывания системы автоматики отключения трубопроводов согласно паспортным данным установки, если вероятность отказа системы автоматики не превышает 0,000001 в год или обеспечено резер- вирование ее элементов;
  • 120 с, если вероятность отказа системы автоматики превышает 0,000001 в год и не обеспечено резер- вирование ее элементов;
  • 300 с при ручном отключении
V2Т 
м3
объем газа, вышедшего из трубопровода после его отключения;
[подробнее]
V2Т  расчитывается с помощью формулы:
V2Т=0,01·π·P2(r12·L1+r22·L2+...+rn2·Ln) , где
P2
кПа
максимальное давление в трубопроводе по технологическому регламенту
ri
м
внутренний радиус трубопроводов
Li
м
длина трубопроводов от аварийного аппарата до задвижек

Масса m паров жидкости , поступивших в помещение, складывается из масс паров от различных источников испарения (поверхность разлитой жидкости, поверхность со свеженанесенным составом, открытые емкости и т.п.). Как правило, в выражении для пределения массы паров жидкости фигурируют три слагаемых:
m=mр+mемк+mсв.окр
Слагаемые, входящие в эту формулу, представляют собой массы жидкости, испарившейся, соответственно, с поверхности разлива mр, с поверхностей открытых емкостей mемк, с поверхностей, на которые она нанесена непосредственно перед расчетной аварией (свежеокрашенных поверхностей) mсв.окр. Каждое из слагаемых рассчитывается по одному и тому же алгоритму
[подробнее]
m=WFиT, где
W
кг/(с·м2)
 интенсивность испарения;
[подробнее]
W определяется по справочным и экспериментальным данным. Для ненагретых выше расчетной температуры (окружающей среды) ЛВЖ при отсутствии данных допускается рассчитывать по формуле:
W=10-6·ηM ½·Pн


В случае, когда аварийная ситуация связана с возможным поступлением жидкости в распыленном состоянии, то в формулу добавляется еще одно слагаемое mаэро
[подробнее]
mаэро учитывает общую массу поступившей жидкости от распыляющих устройств, исходя из продолжительности их работ.
Z
б/р
коэффициент участия горючих газов и паров в горении;
[подробнее]
Допускается принимать значение Z по таблице:
Значение
Z 		Вид горючего вещества
1,0 Водород
0,5 Горючие газы (кроме водорода)
0,3 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
0,0 Легковоспламеняющиеся и горючие жидкости, нагретые ниже температуры вспышки, при отсутствии возможности образования аэрозоля
Коэффициент Z также может быть рассчитан на основе характера распределения газов и паров ненагретых легковоспламеняющихся жидкостей в объеме помещения (см. главу «Расчетное определение коэффициента Z участия в горении горючих газов и паров ненагретых легковоспламеняющихся жидкостей»)
Vсв
м3
свободный объем помещения;
[подробнее]
Определяется как разность между геометрическим объемом помещения (Vпом) и объемом, занимаемым технологическим оборудованием (Vто)
Vсв=Vпом - Vто
Если Vто определить невозможно, то допускается принимать Vсв=0,8⋅Vпом
ρг,п
кг/м3
плотность газа или пара при расчетной температуре
[подробнее]
Данный параметр рассчитывается по формуле:
ρг,п=
V
M
 V0(1+0,00367·tр ) 
Здесь:
М
кг
кмоль
молярная масса
V0
м3
кмоль
мольный объем при нормальных условиях
[подробнее]
При одинаковых условиях 1 моль любого газа занимает один и тот же объем. Этот объем называется мольным (молярным) объемом газа и при нормальных условиях (температуре 0 °С = 273 К, давлении 101 кПа = 760 мм рт. ст. = 1 атм) равен 22,413
tр
°C
расчетная температура
[подробнее]
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
Cст
%объемн.
стехиометрическая концентрация горючего газа или паров легковоспламеняющейся или горючей жидкости
[подробнее]
Определяется следующим образом:
Cст=
V
100
 1+4,84·β 
Здесь:
β - стехиометрический коэффициент кислорода в реакции сгорания, вычисляемый по соотношению:
β=nC +(nH -nX ) /4-nO /2, где
nC , nH , nX , nO - число атомов угдерода, водорода, галоидов и кислорода, соответственно, в молекуле горючего вещества.
Kн
б/р
коэффициент, учитывающий негерметичность помещения и неадиабатичность процесса горения. Допускается принимать равным 3

ΔP = 
V
mHT P0 Z
 Vсв ρвCpT0 
·
V
1
 Kн 

В формуле:

m
кг
масса горючего газа или паров легковоспламеняющихся и/или горючих жидкостей, вышедших в результате расчетной аварии в помещение;
[подробнее]
Значения m для газа (ГорГаз) и жидкости (ЛВЖиГЖ) вычисляются по отдельным алгоритмам.
При определении m следует учесть, что допускается учитывать:
  • работу аварийной вентиляции, если она обеспечена резервными вентиляторами, автоматическим пуском при превышении предельно допустимой взрывобезопасной концентрации и электроснабжением по первой категории надежности по Правилам устройства электроустановок (ПУЭ), при условии расположения устройств для удаления воздуха из помещения в непосредственной близости от места возможной аварии;
  • постоянно работающую общеобменную вентиляцию, обеспечивающую концентрацию горючих газов и паров в помещении, не превышающую предельно допустимую взрывобезопасную концентрацию, рассчитанную для аварийной вентиляции. Указанная общеобменная вентиляция должна быть оборудована резервными вентиляторами, включающимися автоматически при остановке основных. Электроснабжение указанной вентиляции должно осуществляться не ниже чем по первой категории надежности по ПУЭ
При расчетах учет вентиляции заключается в том, что массу m горючих газов (расчитанную по алгоритму ГорГаз) или паров легковоспламеняющихся или горючих жидкостей (алгоритм ЛВЖиГЖ), нагретых до температуры вспышки и выше, поступивших в объем помещения, следует разделить на коэффициент K, определяемый по формуле:
K=AT+1, где:
A
c-1
кратность воздухообмена, создаваемого аварийной вентиляцией;
T
c
продолжительность поступления горючих газов и паров легковоспламеняющихся и горючих жидкостей в объем помещения
[подробнее]
Это время принимается равным:
  • времени срабатывания системы автоматики отключения трубопроводов согласно паспортным данным установки, если вероятность отказа системы автоматики не превышает 0,000001 в год или обеспечено резер- вирование ее элементов;
  • 120 с, если вероятность отказа системы автоматики превышает 0,000001 в год и не обеспечено резер- вирование ее элементов;
  • 300 с при ручном отключении

Алгортмы для расчета m:


Масса горючего газа, вышедшего в помещение, вычисляется по формуле:
m=(Va+V1Т +V2Т )·ρг, где
ρг
кг/м3
плотность горючего газа;
 
Vа
м3
объем газа, вышедшего из аппарата;
[подробнее]
Значение Vа определяется по формуле:
Va=0,01·P1V, где
P1
кПа
давление газа в аппарате;
V1
м3
объем аппарата
V1Т 
м3
объем газа, вышедшего из трубопровода до его отключения;
[подробнее]
V1Т  определяется по формуле:
V1Т=qT, где
q
м3/c
расход газа
[подробнее]
определяется в соответствии с технологическим регламентом в зависимости от давления в трубопроводе, его диаметра, температуры газовой среды и т.п.
T
c
расчетное время отключения трубопроводов
[подробнее]
T следует принимать равным:
  • времени срабатывания системы автоматики отключения трубопроводов согласно паспортным данным установки, если вероятность отказа системы автоматики не превышает 0,000001 в год или обеспечено резер- вирование ее элементов;
  • 120 с, если вероятность отказа системы автоматики превышает 0,000001 в год и не обеспечено резер- вирование ее элементов;
  • 300 с при ручном отключении
V2Т 
м3
объем газа, вышедшего из трубопровода после его отключения;
[подробнее]
V2Т  расчитывается с помощью формулы:
V2Т=0,01·π·P2(r12·L1+r22·L2+...+rn2·Ln) , где
P2
кПа
максимальное давление в трубопроводе по технологическому регламенту
ri
м
внутренний радиус трубопроводов
Li
м
длина трубопроводов от аварийного аппарата до задвижек

Масса m паров жидкости , поступивших в помещение, складывается из масс паров от различных источников испарения (поверхность разлитой жидкости, поверхность со свеженанесенным составом, открытые емкости и т.п.). Как правило, в выражении для пределения массы паров жидкости фигурируют три слагаемых:
m=mр+mемк+mсв.окр
Слагаемые, входящие в эту формулу, представляют собой массы жидкости, испарившейся, соответственно, с поверхности разлива mр, с поверхностей открытых емкостей mемк, с поверхностей, на которые она нанесена непосредственно перед расчетной аварией (свежеокрашенных поверхностей) mсв.окр. Каждое из слагаемых рассчитывается по одному и тому же алгоритму
[подробнее]
m=WFиT, где
W
кг/(с·м2)
 интенсивность испарения;
[подробнее]
W определяется по справочным и экспериментальным данным. Для ненагретых выше расчетной температуры (окружающей среды) ЛВЖ при отсутствии данных допускается рассчитывать по формуле:
W=10-6·ηM ½·Pн


В случае, когда аварийная ситуация связана с возможным поступлением жидкости в распыленном состоянии, то в формулу добавляется еще одно слагаемое mаэро
[подробнее]
mаэро учитывает общую массу поступившей жидкости от распыляющих устройств, исходя из продолжительности их работ.
HТ
Дж/кг
теплота сгорания
[подробнее]
Теплота сгорания - это количество теплоты, выделяющейся в ходе химической реакции горения при полном сгорании вещества, отнесенное к единице массы или объема топлива.
Значения теплоты сгорания:
  • приведены в различных справочных изданиях, напр. в [3].
    См. также наш online-справочник
  • определяются с помощью расчетных методов, часть которых приведена в [3].
    См. также online-расчеты на нашем сайте
  • получают в ходе натурных экспериментов
P0
кПа
начальное давление;
[подробнее]
Значение P0 допускается принимать равным 101 кПа
Z
б/р
коэффициент участия горючих газов и паров в горении;
[подробнее]
Допускается принимать значение Z по таблице:
Значение
Z 		Вид горючего вещества
1,0 Водород
0,5 Горючие газы (кроме водорода)
0,3 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
0,0 Легковоспламеняющиеся и горючие жидкости, нагретые ниже температуры вспышки, при отсутствии возможности образования аэрозоля
Коэффициент Z также может быть рассчитан на основе характера распределения газов и паров ненагретых легковоспламеняющихся жидкостей в объеме помещения (см. главу «Расчетное определение коэффициента Z участия в горении горючих газов и паров ненагретых легковоспламеняющихся жидкостей»)
Vсв
м3
свободный объем помещения;
[подробнее]
Определяется как разность между геометрическим объемом помещения (Vпом) и объемом, занимаемым технологическим оборудованием (Vто)
Vсв=Vпом - Vто
Если Vто определить невозможно, то допускается принимать Vсв=0,8⋅Vпом
ρв
кг/м3
плотность воздуха при начальной температуре
[подробнее]
Зависимость плотности сухого воздуха от температуры T, измеряемой в K, при атмосферном давлении 760 мм.рт.ст. может быть выражена формулой:
ρв=353/T
Плотность воздуха в зависимости от температуры, влажности и давления можно рассчитать на этой странице нашего сайта.
Cр
Дж·кг-1·К-1
теплоемкость воздуха
[подробнее]
Значения данного параметра зависят от температуры, давления и влажности воздуха. Так значения Cр для сухого и 100%-влажного воздуха при нормальных условях составляют соответственно 1,005 кДж·кг-1·К-1 и 1,0301 кДж·кг-1·К-1
Согласно [1] допускается принимать Cр = 1,01·103 Дж·кг-1·К-1
T0
К
начальная температура воздуха
Kн
б/р
коэффициент, учитывающий негерметичность помещения и неадиабатичность процесса горения. Допускается принимать равным 3

Литература:

  1. СП 12.13130.2009. СВОД ПРАВИЛ «ОПРЕДЕЛЕНИЕ КАТЕГОРИЙ ПОМЕЩЕНИЙ, ЗДАНИЙ И НАРУЖНЫХ УСТАНОВОК ПО ВЗРЫВОПОЖАРНОЙ И ПОЖАРНОЙ ОПАСНОСТИ» Официальное издание - М.: ФГУ ВНИИПО МЧС России, 2009
  2. А.Я. Корольченко, Д.О. Загорский.  КАТЕГОРИРОВАНИЕ ПОМЕЩЕНИЙ И ЗДАНИЙ ПО ВЗРЫВОПОЖАРНОЙ И ПОЖАРНОЙ ОПАСНОСТИ   М.: «Пожнаука», 2010
  3. А.Я. Корольченко, Д.А. Корольченко ПОЖАРОВЗРЫВООПАСНОСТЬ ВЕЩЕСТВ И МАТЕРИАЛОВ И СРЕДСТВА ИХ ТУШЕНИЯ. Справочник: в 2-х ч. - изд. 2-е перераб. и доп.  М.: «Пожнаука», 2004

К НАЧАЛУ ГЛАВЫ
Яндекс.Метрика

© Дизайн: Jewel, scripteden.com

© Верстка, программирование: web-студия «ГСПБ», 2016