 |
Расчет избыточного давления взрыва
|
|
|
|
Избыточное давление взрыва для индивидуальных горючих веществ, состоящих из атомов С, Н, О, N, Cl, Br, I, F, определяется по формуле:
, (11.4)
где P max - максимальное давление взрыва стехиометрической газовоздушной или паровоздушной смеси в замкнутом объеме, определяемое по справочным данным [3]; при их отсутствии принимается равным 900 кПа; Р 0 - начальное давление, принимаемое равным 101 кПа; т - масса горючего газа, паров ЛВЖ или горючих жидкостей, вышедших при расчете в помещение, кг; Z - коэффициент участия горючего во взрыве, принимаемый равным 1 для водорода, 0,5 -для других горючих газов, 0,3 - для ЛВЖ и горючих жидкостей, 0,5 - для горючих пылей; V cв - свободный объем помещения, м, принимаемый равным 80 % объема помещения; ρг - плотность газа или пара при расчетной температуре, кг/м3; С ст - стехиометрическая концентрация горючего, % об., вычисляемая по формуле:
, (11.5)
где 
- стехиометрический коэффициент кислорода в реакции сгорания (п С, п Н, п 0, пх - число атомов С, Н, О и галоидов в молекуле горючего); К н - коэффициент, учитывающий негерметичность помещения и неадиабатичность процесса горения, принимаемый равным 3.
Расчет избыточного давления взрыва (кПа) для остальных горючих веществ и для их смесей может быть выполнен по формуле:
, (11.6)
где Н т - теплота сгорания, кДж/кг; ρв - плотность воздуха до взрыва при температуре Т; С р - теплоемкость воздуха, принимается равной 1,01кДж/(кг·К); Т0 - начальная температура воздуха, К.
Если в помещении ведется работа с использованием горючих газов, то производится расчет избыточного давления по формуле (11.4) или (11.6), причем масса (кг) поступившего в помещение при расчетной аварии газа определяется по формуле:
|
|
|
т = (Vа + V т) ρг, (11.7)
где Vа - объем газа, вышедшего из аппарата, м3; V т - объем газа, вышедшего из трубопроводов, м3.
При этом:
Vа = 0,01 Р 1 V, (11.8)
где Р 1 - давление в аппарате, кПа; V - объем аппарата, м3;
V т = V 1т + V 2т, (11.9)
где V 1т - объем газа, вышедшего из трубопровода до его отключения, м3:
V 1т = qt, (11.10)
где q - расход газа в трубопроводе, м3/с; t - время отключения трубопровода;
V 2т - объем газа, вышедшего из трубопровода после его отключения, м3:
V 2т = 0,01π Р 2 r 2 L, (11.11)
где Р 2 - давление в трубопроводе, кПа; r - внутренний диаметр трубопровода, м;
L - длина трубопровода от аварийного аппарата до вентиля или задвижки, м.
Время отключения трубопровода t принимается равным 120 с, если имеется система автоматического отключения, и равным 300 с при ручном отключении.
При проведении работ с ЛВЖ и горючими жидкостями избыточное давление взрыва в помещении также определяется по формуле (11.4) или (11.6). Масса (кг) паров жидкости, поступивших в помещение при наличии нескольких источников испарения (поверхность разлитой жидкости, поверхность со свеженанесенным составом при окраске, промывке или покрытии, поверхность открытых емкостей), определяется по формуле:
т = т р + т от + т с, (11.12)
где т р - масса паров, поступивших с поверхности разлива, кг; т от - масса паров, поступивших с открытых поверхностей, кг; т с - масса паров, поступивших с поверхностей, на которые нанесен применяемый состав, кг.
При этом каждое из слагаемых в формуле (11.12) определяется по формуле:
m = WF j t, (11.13)
где W — интенсивность испарения, кг/(с·м2); F j - площадь испарения, м2; t - время испарения, с.
Интенсивность испарения W, кг/(с·м2) определяется по справочным или экспериментальным данным. Для ЛВЖ при комнатной температуре расчет производится по формуле:
, (11.14)
где η - коэффициент, принимаемый по табл. 11.4 в зависимости от скорости и температуры воздушного потока над поверхностью испарения; Р н - давление насыщенного пара жидкости при расчетной температуре, кПа, определяемое по уравнению Антуана; М - молекулярная масса, г/моль.
|
|
|
Таблица 11.4
Значения коэффициентов для расчета интенсивности испарения ЛВЖ
| Скорость воздушного потока в помещении, м/с | Значение коэффициента η при температуре t, °С, в помещении | ||||
| 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 |
Площадь испарения F в случае пролива ЛВЖ и горючих жидкостей определяется исходя из расчета, что 1 л смесей и растворов, содержащих по массе 70 % и менее растворителей, разливается по площади 0,5 м2, а остальных жидкостей - на 1 м2 пола помещения.
Длительность испарения жидкости t принимается равной времени полного испарения, но не более 3600 с.
Как правило, количество дисперсных горючих материалов, которые имеются в лаборатории и могут перейти в ее объем с образованием взрывоопасных аэровзвесей при авариях, недостаточно для развития избыточного давления более 5 кПа. Чтобы убедиться в этом, достаточно произвести обратный расчет по уравнению (9.5), решив его относительно m - массы материала, участвующего во взрыве, и сопоставив полученное значение этой массы, необходимое для создания избыточного давления в 5 кПа, с реальным количеством материала, который может принять участие во взрыве. Если первая величина заведомо больше второй, то помещение относят к категории В.
Расчет избыточного давления (кг) при взрыве горючих порошков и пылей производится по формуле:
, (11.15)
где Н т - теплота сгорания материала, Дж/кг; ρв - плотность воздуха до взрыва, кг/м3, при начальной температуре Т 0; С р - теплоемкость воздуха, Дж/(кг·К) (допускается принимать равной 1,01 кДж/(кг·К); Z - коэффициент участия взвешенной горючей пыли во взрыве, следует принимать равным 1 для порошков металлов и сплавов (в том числе и порошков кремния, употребляемого в полупроводниковом производстве); К н следует принимать равным 3, если рассчитывается избыточное давление в большом помещении (например, здании мастерской или цеха, имеющем большую площадь проемов), и равным 2, если расчет ведется для относительно небольшого помещения (камеры вентиляционных установок, помещение для установки фильтров или циклонов и т.п.); m - расчетная масса взвешенной в объеме помещения пыли при аварийной ситуации, кг, определяемая по формуле:
|
|
|
т = т вз + т ав, (11.16)
где т вз - расчетная масса взвихрившейся пыли, кг:
т вз = К вз т п, (11.17)
где К вз - доля отложившейся в помещении пыли, способной перейти во взвешенное состояние в результате аварийной ситуации (при отсутствии экспериментальных сведений, допускается принимать К вз = 0,9), т п - масса отложившейся в помещении пыли к моменту аварии, кг; т ав - расчетная масса пыли, поступившей в помещение в результате аварийной ситуации, кг:
т ав = (т ап + q τ) К п, (11.18)
где т ап - масса горючей пыли, выбрасываемой в помещение из аппарата, кг; q - количество пылевидных веществ, поступающих в аварийный аппарат по трубопроводам до момента их отключения, кг/с; τ - время отключения, равное 120 с при автоматическом отключении и 300 с при отключении вручную; К п - коэффициент пыления, представляющий отношение массы взвешенной в воздухе пыли ко всей массе пыли, поступившей из аппарата в помещение (при отсутствии экспериментальных сведений о величине К п допускается принимать для пылей с дисперсностью не менее 350 мкм К п = 0,5, для пылей с дисперсностью менее 350 мкм К п = 1,0); т п - масса отложившейся в помещении пыли к моменту аварии, кг:
т п = К г (т 1 + т 2) / К у, (11.19)
тi = Мi (1 - α) β i, (11.20)
где тi (i = 1,2) - масса пыли, оседающей на различных поверхностях в помещении за межуборочный период; т 1 - масса пыли, оседающей на труднодоступных для уборки поверхностях помещения в период между генеральными уборками, кг; т 2 - масса пыли, оседающей на доступных для уборки поверхностях в помещении за период времени между текущими уборками, кг; М 1 - масса пыли, выделяющейся в объем помещения за период времени между генеральными уборками, кг; М 2 - масса пыли, выделяющейся в объем помещения за период времени между текущими уборками, кг; β1, β2 - доли выделяющейся в объем помещения пыли, оседающей соответственно на труднодоступных и доступных для уборки поверхностях помещения (β1 + β2 = 1; допускается принимать β1 = 1, β2 = 0); К у - коэффициент эффективности пылеуборки (принимается при сухой пылеуборке равным 0,6); К г -доля горючей пыли в общей массе отложений пыли.
|
|
|
Порядок выполнения работы
1. Ознакомиться с методикой категорирования помещений по взрывопожарной и пожарной опасности.
2. Выбрать и записать в отчет исходные данные варианта (см. табл. 11.5)
3. Провести расчеты.
4. Определить избыточное давление взрыва или удельную пожарную нагрузку, а затем категорию здания по взрывопожарной и пожарной опасности (если нужно), описать данную категорию зданий. Сделать выводы.
5. Подписать отчет и сдать преподавателю.
|
|
|
