МИНИСТЕРСТВО РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ ПО ДЕЛАМ
ГРАЖДАНСКОЙ ОБОРОНЫ, ЧРЕЗВЫЧАЙНЫМ СИТУАЦИЯM
И ЛИКВИДАЦИИ ПОСЛЕДСТВИЙ СТИХИЙНЫХ БЕДСТВИЙ

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ
«ВСЕРОССИЙСКИЙ ОРДЕНА «ЗНАК ПОЧЕТА»
НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ИНСТИТУТ
ПРОТИВОПОЖАРНОЙ ОБОРОНЫ»

ПОСОБИЕ
ПО ПРИМЕНЕНИЮ СП 12.13130.2009
«ОПРЕДЕЛЕНИЕ КАТЕГОРИЙ ПОМЕЩЕНИЙ,
ЗДАНИЙ И НАРУЖНЫХ УСТАНОВОК
ПО ВЗРЫВОПОЖАРНОЙ И ПОЖАРНОЙ
ОПАСНОСТИ»

Москва 2014

Авторы: И.М. Смолин, Н.Л. Полетаев, Д.М. Гордиенко, Ю.Н. Шебеко, Е.В. Смирнов (ФГБУ ВНИИПО МЧС России).

Пособие разработано в связи с утверждением и введением в действие приказом МЧС России от 25.03.2009 г. № 182 СП 12.13130.2009 «Определение категорий помещений, зданий и наружных установок по взрывопожарной и пожарной опасности».

Приведены порядок определения и упрощенные методы расчета параметров взрывопожарной опасности и категорий помещений по взрывопожарной и пожарной опасности, порядок определения категорий наружных установок по пожарной опасности, сведения о пожаровзрывоопасных и физико-химических свойствах широко применяемых легковоспламеняющихся и горючих жидкостей, горючих газов, горючих пылей и твердых горючих веществ и материалов. Представлены примеры расчетов категорий помещений, зданий и наружных установок по взрывопожарной и пожарной опасности конкретных объектов.

Пособие предназначено для практического использования организациями, занимающимися вопросами категорирования производственных и складских помещений, зданий и наружных установок по взрывопожарной и пожарной опасности.

1. ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ

В связи с утверждением и введением в действие приказом МЧС России от 25.03.2009 г. № 182 СП 12.13130.2009 «Определение категорий помещений, зданий и наружных установок по взрывопожарной и пожарной опасности» возникла необходимость переработки ранее действовавшего Пособия по применению НПБ 105-95 «Определение категорий помещений и зданий по взрывопожарной и пожарной опасности».

Актуальность переработки Пособия по применению НПБ 105-95 определялась введением категорирования наружных установок по пожарной опасности и методов расчета критериев пожарной опасности наружных установок в НПБ 105-03 и в дальнейшем в СП 12.13130.2009, внесением Изменения № 1 к СП 12.13130.2009, уточняющего расчетный метод определения категории помещения В4 и расчетный метод определения горизонтальных размеров зон, ограничивающих газо- и паровоздушные смеси с концентрацией горючего выше нижнего концентрационного предела распространения пламени, введением в СП 12.13130.2009 расчетного метода определения массы паров, нагретых до температуры кипения легковоспламеняющихся и горючих жидкостей, и обращениями граждан и организаций по вопросам определения категорий помещений, зданий и наружных установок по взрывопожарной и пожарной опасности, касающимися положений НПБ 105-03, СП 12.13130.2009 и Пособия по применению НПБ 105-95.

Значительная часть предложений и замечаний относилась к пожеланиям включить в документ порядок определения и упрощенные методы расчета параметров взрывопожарной опасности и категорий помещений по взрывопожарной и пожарной опасности, порядок определения категорий наружных установок по пожарной опасности, сведения о пожаровзрывоопасных и физико-химических свойствах широко применяемых легковоспламеняющихся жидкостей (ЛВЖ), горючих жидкостей (ГЖ), горючих газов (ГГ), горючих пылей и твердых горючих веществ и материалов, а также примеры расчетов категорий помещений, зданий и наружных установок по взрывопожарной и пожарной опасности конкретных объектов. Материалы такого рода являются предметом рассмотрения настоящего методического документа, содержащего подробные разъяснения по практическому использованию расчетных методов определения категорий помещений, зданий и наружных установок по взрывопожарной и пожарной опасности.

В Пособии приведены порядок определения и упрощенные методы расчета параметров взрывопожарной опасности и категорий помещений по взрывопожарной и пожарной опасности, порядок определения категорий наружных установок по пожарной опасности, сведения о пожаровзрывоопасных свойствах широко применяемых горючих веществ и материалов и типовые примеры расчетов категорий помещений, зданий и наружных установок по взрывопожарной и пожарной опасности конкретных объектов.

Пособие рассматривает расчетные методы определения категорий помещений (А, Б, В1 - В4, Г, Д), зданий (А, Б, В, Г, Д) и наружных установок (АН, БН, ВН, ГН, ДН) по взрывопожарной и пожарной опасности, в которых находятся (обращаются) горючие газы, легковоспламеняющиеся и горючие жидкости, горючие пыли и твердые горючие вещества и материалы.

Последовательность и порядок проведения необходимых вычислений, выбор исходных данных, обоснование расчетного варианта с учетом особенностей технологических процессов производства отражены в типовых примерах расчетов категорий помещений, зданий и наружных установок по взрывопожарной и пожарной опасности.

Данные, необходимые для проведения указанных выше расчетов, представлены в прил. 1 - 4.

2. ПОРЯДОК ОПРЕДЕЛЕНИЯ И УПРОЩЕННЫЕ МЕТОДЫ РАСЧЕТА ПАРАМЕТРОВ ВЗРЫВОПОЖАРНОЙ ОПАСНОСТИ ГОРЮЧИХ ГАЗОВ

2.1. В соответствии с положениями приложения А [1] определяется масса горючего газа (ГГ) m (кг), вышедшего в результате расчетной аварии в помещение.

2.2. Согласно химической формуле ГГ [2; приложение 1] определяется значение стехиометрического коэффициента кислорода в реакции сгорания β по формуле (А.3) [1].

2.3. Стехиометрическая концентрация ГГ C_ст (% об.) рассчитывается по формуле (А.3) [1].

2.4. В соответствии с [3] определяется абсолютная максимальная температура воздуха для данной климатической зоны, соответствующая расчетной температуре t_р (°С) в рассматриваемом помещении.

2.5. Из справочных данных [2; приложение 1] определяется молярная масса M (кг ∙ кмоль^-1) ГГ и удельная теплота сгорания Н_т (Дж ∙ кг^-1).

2.6. Плотность ГГ ρ_г (кг ∙ м³) рассчитывается по формуле (А.2) [1].

2.7. Согласно п. А.1.4 [1] определяется свободный объем помещения V_св (м³).

2.8. Избыточное давление взрыва ∆Р (кПа) для ГГ, указанных в п. А.2.1 [1], кроме водорода, при значении Z = 0,5 определяется по формуле

2.9. Для водорода, метана, этана, пропана и бутана избыточное давление взрыва ∆Р (кПа) согласно может быть определено по формулам: п. А.2.1 [1] может быть определено по формулам:

- для водорода (Z = 1,0)

- для метана (Z = 0,5)

- для этана (Z = 0,5)

- для пропана (Z = 0,5)

- для бутана (Z = 0,5)

2.10. Избыточное давление взрыва ∆P (кПа) для ГГ, указанных в п. А.2.2 [1], кроме водорода, при значении Z = 0,5 определяется по формуле

2.11. Для водорода, метана, этана, пропана и бутана избыточное давление взрыва ∆P (кПа), согласно п. А.2.2 [1], может быть определено по формулам:

- для водорода (Z = 1,0)

- для метана (Z = 0,5)

- для этана (Z = 0,5)

- для пропана (Z = 0,5)

- для бутана (Z = 0,5)

2.12. Определяется категория помещения по взрывопожарной и пожарной опасности на основании полученного значения избыточного давления взрыва ∆P (кПа). Если ∆P > 5 кПа, то помещение относится к взрывопожароопасной категории А. Если ∆Р ≤ 5 кПа, то помещение не относится к взрывопожароопасной категории А и дальнейшее определение категории помещения в зависимости от пожароопасных свойств и количества обращающихся в помещении веществ и материалов осуществляется в соответствии с требованиями п. 5.2 [1].

3. ПОРЯДОК ОПРЕДЕЛЕНИЯ И УПРОЩЕННЫЕ МЕТОДЫ РАСЧЕТА ПАРАМЕТРОВ ВЗРЫВОПОЖАРНОЙ ОПАСНОСТИ ЛЕГКОВОСПЛАМЕНЯЮЩИХСЯ И ГОРЮЧИХ ЖИДКОСТЕЙ

3.1. Согласно пп. 2.1 - 2.7 разд. 2 настоящего Пособия определяются значения соответствующих параметров для легковоспламеняющихся (ЛВЖ) и горючих жидкостей (ПК).

3.2. Из справочной литературы [2] находятся значения констант Антуана А, В и С_а и расчетным путем определяется значение давления насыщенного пара Р_н (кПа) по формуле

3.3. Интенсивность испарения ЛВЖ и ГЖ W (кг ∙ с^-1 ∙ м^-2), указанных в п. А.2.7 [1], может быть рассчитана по формуле (А.13) [1].

3.4. По табл. А.2 [1] выбирается значение коэффициента η. При отсутствии аварийной вентиляции или постоянно работающей общеобменной вентиляции в помещении значение коэффициента η принимается равным 1,0. При наличии аварийной или постоянно работающей общеобменной вентиляции в помещении, удовлетворяющей требованиям п. А.2.3 [1], определяется скорость воздушного потока в помещении U = А ∙ L, где А - кратность воздухообмена аварийной вентиляции (с^-1) и L - длина помещения, м. Исходя из значений U и t_p определяется значение коэффициента η.

3.5. Определяется значение молярной массы ЛВЖ и ГЖ M (кг ∙ кмоль^-1) [2; приложения 1, 2]. По формуле (А.13) [1] рассчитывается значение интенсивности испарения ЛВЖ и ГЖ W (кг ∙ с^-1 ∙ м^-2).

3.6. По п. А.2.5 [1] рассчитывается масса паров ЛВЖ и ГЖ m (кг), поступивших в помещение.

3.7. Избыточное давление взрыва ∆Р (кПа) для ЛВЖ и ГЖ, указанных в п. А.2.1 [1], при значении Z = 0,3 определяется по формуле

3.8. Для дизельного топлива зимнего, бензина АИ-93 зимнего, гексана, м-ксилола, толуола, диэтилового эфира, ацетона и этилового спирта избыточное давление взрыва ∆P (кПа) согласно п. А.2.1 [1] при значении Z = 0,3 может быть определено по формулам:

- для дизельного топлива зимнего

- для бензина АИ-93 зимнего

- для гексана

- для м-ксилола

- для толуола

- для диэтилового эфира (при t_p < t_кип = 34,5 °С - температура кипения диэтилового эфира):

- для ацетона

- для этилового спирта

3.9. Избыточное давление взрыва ∆Р (кПа) для ЛВЖ и ГЖ, указанных в п. А.2.2 [1], при значении Z = 0,3 определяется по формуле

3.10. Для м-ксилола, гексана, бензина АИ-93 зимнего, дизельного топлива зимнего, толуола, диэтилового эфира, ацетона и этилового спирта избыточное давление взрыва ∆Р (кПа) согласно п. А.2.2 [1] при значении Z = 0,3 может быть определено по формулам:

- для м-ксилола

- для гексана

- для бензина АИ-93 зимнего

- для дизельного топлива зимнего

- для толуола

- для диэтилового эфира (при t_p < t_кип = 34,5 °С - температура кипения диэтилового эфира)

- для ацетона

- для этилового спирта

3.11. Для ацетона и бензина АИ-93 зимнего избыточное давление взрыва ∆Р (кПа) согласно п. А.2.1 [1] в зависимости от параметра  (m_ж - масса поступившей в помещение ЛВЖ) при значении Z = 0,3, при условии полного испарения с поверхности разлива (менее площади помещения), температуре t_р = 45 °С и отсутствии подвижности воздуха в помещении может быть рассчитано при указанных условиях и для различных значений температуры t_р по формулам:

- для ацетона:

 

 

 

 

 

- для бензина АИ-93 зимнего:

 

 

 

 

 

3.12. Определяется категория помещения по взрывопожарной и пожарной опасности на основании полученного значения избыточного давления взрыва ∆Р (кПа). Если ∆Р > 5 кПа, то помещение относится к взрывопожароопасной категории А (Б). Если ∆Р ≤ 5 кПа, то помещение не относится к взрывопожароопасной категории А (Б) и дальнейшее определение категории помещения в зависимости от пожароопасных свойств и количества обращающихся в помещении веществ и материалов осуществляется в соответствии с требованиями п. 5.2 [1].

4. ПОРЯДОК ОПРЕДЕЛЕНИЯ И УПРОЩЕННЫЕ МЕТОДЫ РАСЧЕТА ПАРАМЕТРОВ ВЗРЫВОПОЖАРНОЙ ОПАСНОСТИ ГОРЮЧИХ ПЫЛЕЙ

4.1. В соответствии с положениями приложения А [1] определяется масса взвешенной в объеме помещения горючей пыли m (кг), образовавшейся в результате аварийной ситуации.

4.2. Избыточное давление взрыва ∆Р (кПа) для горючих пылей согласно п. А.2.2 [1] при значении Z = 0,5 определяется по формуле

где H_т - теплота сгорания вещества, МДж ∙ кг^-1.

4.3. Расчет стехиометрической концентрации твердого горючего с известной химической брутто-формулой, включающей, например, атомы С, Н, N, О, Р, Аl в воздухе, производится на основе химического уравнения окисления данного вещества воздухом с брутто-формулой (О₂ + 3,77N₂) до следующих соответствующих продуктов взаимодействия: СО₂, Н₂О, N₂, Р₂О₅, Al₂O₃ и др. Перечень упомянутых продуктов взаимодействия атомов можно найти в книге В.Т. Монахова [4].

Для твердого вещества с неизвестной химической брутто-формулой величину стехиометрической концентрации ρ_st,X можно определить экспериментально, например, в стандартных опытах по определению теплоты сгорания, где потребуется дополнительно измерить уменьшение массы кислорода ∆m_О в камере для сжигания в атмосфере кислорода пробной навески данного вещества ∆m_X: ρ_st,X = (∆m_X / ∆m_О) ∙ М_О, где М_О ≈ 0,24 кг ∙ м^-3 - масса кислорода в 1 м³ воздуха нормального состава при комнатной температуре.

4.4. Определяется категория помещения по взрывопожарной и пожарной опасности на основании полученного значения величины избыточного давления взрыва ∆Р (кПа). Если ∆Р > 5 кПа, то помещение относится к взрывопожароопасной категории Б. Если ∆Р ≤ 5 кПа, то помещение не относится к взрывопожароопасной категории Б и дальнейшее определение категории помещения в зависимости от пожароопасных свойств и количеств обращающихся в помещении веществ и материалов осуществляется в соответствии с требованиями п. 5.2 [1].

5. ТИПОВЫЕ ПРИМЕРЫ РАСЧЕТОВ КАТЕГОРИЙ ПОМЕЩЕНИЙ И ЗДАНИЙ ПО ВЗРЫВОПОЖАРНОЙ И ПОЖАРНОЙ ОПАСНОСТИ

5.1. Помещения с горючими газами

Пример 1

1. Исходные данные.

1.1. Аккумуляторное помещение объемом V_п = 27,2 м³ оборудуется аккумуляторными батареями СК-4 из 12 аккумуляторов и СК-1 из 13 аккумуляторов.

1.2. Максимальная абсолютная температура воздуха согласно [3] в районе строительства 38 °С (г. Екатеринбург).

1.3. Обоснование расчетного варианта наиболее неблагоприятного в отношении взрыва периода.

1.3.1. При расчете избыточного давления взрыва в качестве расчетного варианта принимается наиболее неблагоприятный в отношении взрыва период, связанный с формовкой и зарядом полностью разряженных батарей с напряжением более 2,3 В на элемент и наибольшим значением зарядного тока, превышающим в четыре раза максимальный зарядный ток.

1.3.2. Происходит заряд аккумуляторных батарей с максимальной номинальной емкостью (А ∙ ч). Количество одновременно заряжаемых батарей устанавливается в зависимости от эксплуатационных условий, мощности и напряжения внешнего источника тока. Продолжительность поступления водорода в помещение соответствует конечному периоду заряда при обильном газовыделении и принимается равной 1 ч (T = 3600 с).

1.3.3. За расчетную температуру принимается максимальная абсолютная температура наружного воздуха в населенном пункте (климатической зоне) согласно СНиП 23-01-99^* [3].

1.4. Расчет поступающего в помещение водорода при заряде аккумуляторных батарей.

1.4.1. Масса водорода, выделившегося в одном элементе при установившемся динамическом равновесии между силой зарядного тока и количеством выделяемого газа, составляет:

где F = 9,65 ∙ 10⁴ А ∙ с ∙ моль^-1 - постоянная Фарадея; А - атомная единица массы водорода, равная 1 а.е.м = 1 ∙ 10^-3 кг ∙ моль^-1; Z = 1 - валентность водорода; I - сила зарядного тока, А; T - расчетное время заряда, с.

1.4.2. Объем водорода, поступающего в помещение при заряде нескольких батарей, м³, можно определить по формуле

где ρ_г - плотность водорода при расчетной температуре воздуха, кг ∙ м^-3 ; I_i - максимальный зарядный ток i-й батареи, А; n_i - количество аккумуляторов i-й батареи. Плотность водорода определяется по формуле

где M - масса одного киломоля водорода, равная 2 кг ∙ кмоль^-1; V₀ - объем киломоля газа при нормальных условиях, равный 22,413 м³ ∙ кмоль^-1; α = 0,00367 град^-1 - коэффициент температурного расширения газа; t_p - расчетная температура воздуха, °С.

Максимальная сила зарядного тока принимается по ГОСТ 825-73 «Аккумуляторы свинцовые для стационарных установок».

1.5. Стехиометрическая концентрация водорода С_ст рассчитывается по формуле А.3 [1]:

 

1.6. Плотность водорода при расчетной температуре воздуха будет равна:

1.7. Объем водорода, поступающего в аккумуляторное помещение при зарядке двух батарей СК-4 и СК^-1, составит: У

1.8. Свободный объем аккумуляторного помещения составит:

2. Избыточное давление взрыва ∆Р водорода в аккумуляторном помещении согласно формуле (2) Пособия будет равно:

Так как расчетное избыточное давление взрыва более 5 кПа, то аккумуляторное помещение следует относить к категории А.

3. Расчет избыточного давления взрыва ∆Р водорода в аккумуляторном помещении с учетом работы аварийной вентиляции или постоянно работающей общеобменной вентиляции, отвечающей требованиям п. А.2.3 [1] (продолжительность поступления водорода в объем помещения Т = 3600 с).

3.1. При кратности воздухообмена, создаваемого аварийной вентиляцией, равной 8 ч^-1, объем водорода, поступающего в помещение, составит:

Избыточное давление взрыва ∆Р при этом будет равно:

3.2. При оборудовании аккумуляторного помещения аварийной вентиляцией или постоянно работающей вентиляцией с кратностью воздухообмена А = 8 ч^-1, отвечающей требованиям п. А.2.3 [1], СП 7.13130.2009 [5] и ПУЭ [6], допускается не относить аккумуляторное помещение к категории А.

Согласно п. 5.2 и табл. 1 [1] при расчетном давлении взрыва, не превышающем 5 кПа, аккумуляторное помещение следует относить к категории В1 - В4 в зависимости от пожарной нагрузки, находящейся в аккумуляторном помещении.

Пример 2

1. Исходные данные.

1.1. Пост диагностики автотранспортного предприятия для грузовых автомобилей, работающих на сжатом природном газе. Объем помещения V_п = 300 м³. Свободный объем помещения V_св = 0,8 ∙ V_п = 0,8 ∙ 300 = 240 м³. Объем баллона со сжатым природным газом V = 50 л = 0,05 м³. Давление в баллоне Р₁ = 2 ∙ 10⁴ кПа.

1.2. Основной компонент сжатого природного газа - метан (98 % (об.). Молярная масса метана M = 16,04 кг ∙ кмоль^-1.

2. Обоснование расчетного варианта аварии.

При определении избыточного давления взрыва ∆Р в качестве расчетного варианта аварии принимается разгерметизация одного баллона со сжатым природным газом и поступление его в объем помещения. За расчетную температуру принимается максимальная абсолютная температура воздуха в данном районе (г. Москва) согласно СНиП 23-01-99^* [3] t_р = 37 °С.

Плотность метана при t_p = 37 °С составит:

3. Масса поступившего в помещение при расчетной аварии метана m определяется по формулам (А.6) и (А.7) [1]:

 

4. Избыточное давление взрыва ∆Р, определенное по формуле (9) Пособия, составит:

5. Расчетное избыточное давление взрыва превышает 5 кПа, следовательно, помещение поста диагностики относится к категории А.

Пример 3

1. Исходные данные.

1.1. Помещение участка наращивания кремния. Наращивание поликристалла кремния осуществляется методом восстановления тетрахлорида кремния в атмосфере водорода на двух установках с давлением в их реакторах P₁ = 200 кПа. Водород подается к установкам от коллектора, расположенного за пределами участка, по трубопроводу из нержавеющей стали диаметром d = 0,02 м (радиусом r = 0,01 м) под давлением P₂ = 300 кПа. Суммарная длина трубопровода от автоматической задвижки с электроприводом, расположенной за пределами участка, до установок составляет L₁ = 15 м. Объем реактора V = 0,09 м³. Температура раскаленных поверхностей реактора t = 1200 °С. Время автоматического отключения по паспортным данным Т_а = 3 с. Расход газа в трубопроводе q = 0,06 м³ ∙ с^-1. Размеры помещения L×S×H = 15,81 ∙ 15,81 ∙ 6 м. Объем помещения V_п = 1500 м³. Свободный объем помещения V_св = 0,8 ∙ 1500 = 1200 м³. Площадь помещения F = 250 м².

1.2. Молярная масса водорода M = 2,016 кг ∙ кмоль^-1. Нижний концентрационный предел распространения пламени водорода C_НКПР = 4,1 % (об.). Стехиометрическая концентрация водорода С_cт = 29,24 % (об.). Максимальное давление взрыва водорода Р_max = 730 кПа. Тетрахлорид кремния - негорючее вещество. Образующиеся в результате химической реакции вещества - негорючие.

2. Обоснование расчетного варианта аварии.

При определении избыточного давления взрыва в качестве расчетного варианта аварии принимается разгерметизация одного реактора и выход из него и подводящего трубопровода водорода в объем помещения. За расчетную температуру принимается максимальная абсолютная температура воздуха в данном районе (г. Воронеж) согласно [3] t_p = 41 °С. Плотность водорода при t_р = 41 °С . Расчетное время отключения трубопровода по п. А.1.2 в) [1] T_а = 120 с.

3. Масса поступившего в помещение при расчетной аварии водорода m определяется по формулам (А.6) - (А.10) [1]:

V_а = 0,01 ∙ 200 ∙ 0,09 = 0,18 м³;

V_1т = 0,06 ∙ 120 = 7,2 м³;

V_2т = 0,01 ∙ 3,14 ∙ 300 ∙ 0,01² ∙ 15 = 0,014 м³;

V_т = 7,2 + 0,014 = 7,214 м³;

m = (0,18 + 7,214) ∙ 0,0782 = 0,5782 кг.

4. Коэффициент участия водорода во взрыве Z определяется в соответствии с приложением Д [1].

4.1. Средняя концентрация водорода C_ср в помещении составит:

 

C_ср = 0,62 % (об.) < 0,5 ∙ С_НКПР = 0,5 ∙ 4,1 = 2,05 % (об.).

Следовательно, можно определить значение коэффициента участия водорода во взрыве Z расчетным методом.

4.2. Значение предэкспоненциального множителя С₀ составит:

4.3. Расстояния Х_НКПР, Y_НКПР и Z_НКПР составят:

 

4.4. Расчетное значение коэффициента участия водорода во взрыве Z будет равно:

5. Избыточное давление взрыва ∆Р согласно формуле (А.1) [1] составит:

6. Расчетное избыточное давление взрыва не превышает 5 кПа. Помещение участка наращивания кремния не относится к категории А. Согласно п. 5.2 и табл. 1 [1] при расчетном давлении взрыва, не превышающем 5 кПа, данное помещение следует относить к категории В1 - В4 в зависимости от пожарной нагрузки, находящейся в помещении участка наращивания кремния.

5.2. Помещения с легковоспламеняющимися жидкостями

Пример 4

1. Исходные данные.

1.1. Помещение складирования ацетона. В помещении хранится десять бочек с объемом ацетона в каждой по V_a = 80 л = 0,08 м³. Размеры помещения L×S×Н = 12 ∙ 6 ∙ 6 м. Объем помещения V_п = 432 м³. Свободный объем помещения V_св = 0,8 ∙ 432 = 345,6 м³. Площадь помещения F = 72 м².

1.2. Молярная масса ацетона M = 58,08 кг ∙ кмоль^-1. Константы уравнения Антуана: А = 6,37551; В = 1281,721; С_а = 237,088. Химическая формула ацетона С₃Н₆О. Плотность ацетона (жидкости) ρ_ж = 790,8 кг ∙ м^-3. Температура вспышки ацетона t_всп = -18 °С.

2. Обоснование расчетного варианта аварии.

При определении избыточного давления взрыва в качестве расчетного варианта аварии принимается разгерметизация одной бочки и разлив ацетона по полу помещения, исходя из условия, что 1 л ацетона разливается на 1 м² пола помещения. За расчетную температуру принимается абсолютная температура воздуха в данном районе (г. Мурманск) согласно [3] t_р = 32 °С.

3. Определение параметров взрывопожарной опасности проводим в соответствии с требованиями [1] и данного Пособия.

3.1. По формуле (А.2) [1] определяется значение плотности паров ацетона при расчетной температуре t_р = 32 °С:

3.2. Согласно Пособию определяется значение давления насыщенных паров ацетона  откуда расчетное значение Р_н = 40,95 кПа).

3.3. По формуле (А.13) [1] определяется значение интенсивности испарения ацетона

4. Расчетная площадь разлива содержимого одной бочки ацетона составляет:

F_и = 1,0 ∙ V_a = 1,0 ∙ 80 = 80 м².

Поскольку площадь помещения F = 72 м² меньше рассчитанной площади разлива ацетона F_и = 80 м², то окончательно принимаем F_и = F = 72 м².

5. Масса паров ацетона, поступивших в помещение, m рассчитывается по формуле (А.12) [1]:

m = 3,1208∙ 10^-4 ∙ 72 ∙ 3600 = 80,891 кг.

В этом случае испарится только масса разлившегося из бочки ацетона и m = m_п = V_a ∙ ρ_ж = 0,08 ∙ 790,8 = 63,264 кг.

6. Избыточное давление взрыва ∆Р согласно формуле (20) Пособия будет равно:

7. Расчетное избыточное давление взрыва превышает 5 кПа, следовательно, помещение складирования ацетона относится к категории А.

Пример 5

1. Исходные данные.

1.1. Помещение промежуточного топливного бака резервной дизельной электростанции унифицированной компоновки. В помещении находится топливный бак с объемом дизельного топлива марки «З» (ГОСТ 305-82) V_a = 6,3 м³. Размеры помещения L×S×Н = 4,0 ∙ 4,0 ∙ 3,6 м. Объем помещения V_п = 57,6 м³. Свободный объем помещения V_св = 0,8 ∙ 57,6 = 46,08 м³. Площадь помещения F = 16 м². Суммарная длина трубопроводов диаметром d₁ = 57 мм = 0,057 м (r₁ = 0,0285 м), ограниченная задвижками (ручными), установленными на подводящем и отводящем участках трубопроводов, составляет L₁ = 10 м. Расход дизельного топлива в трубопроводах q = 1,5 л ∙ с^-1 = 0,0015 м³ ∙ с^-1.

1.2. Молярная масса дизельного топлива марки «З» M = 172,3 кг ∙ кмоль^-1. Брутто-формула С_12,343Н_23,889. Плотность жидкости при температуре t = 25 °С ρ_ж = 804 кг ∙ м^-3. Константы уравнения Антуана: А = 5,07828; В = 1255,73; С_а = 199,523. Температура вспышки t_всп > 40 °С. Теплота сгорания . Нижний концентрационный предел распространения пламени C_НКПР = 0,6 % (об.).

2. Обоснование расчетного варианта аварии.

При определении избыточного давления взрыва в качестве расчетного варианта аварии принимается разгерметизация топливного бака и выход из него и подводящих и отводящих трубопроводов дизельного топлива в объем помещения. За расчетную температуру принимается максимальная абсолютная температура воздуха в данном районе (г. Благовещенск) согласно [3] t_p = 41 °С. Плотность паров дизельного топлива при t_p = 41 °С . Расчетное время отключения трубопроводов по п. А.1.2 [1] Т_а = 300 с, длительность испарения по п. А.1.2 е) [1] Т = 3600 с.

3. Объем V_ж и площадь разлива F_и поступившего при расчетной аварии дизельного топлива определяются в соответствии с положениями п. А.1.2 [1]:

 

 

Поскольку площадь помещения F = 16 м² меньше рассчитанной площади разлива дизельного топлива F_и = 6776 м², то окончательно принимаем F_и = F = 16 м².

4. Определяем давление насыщенных паров дизельного топлива P_н при расчетной температуре t_p = 41 °С:

 

P_н = 0,72 кПа.

5. Интенсивность испарения W дизельного топлива составит:

6. Масса паров дизельного топлива, поступивших в помещение, m будет равна:

m = 9,45 ∙ 10^-6 ∙ 16 ∙ 3600 = 0,5443 кг.

7. Определение коэффициента участия паров дизельного топлива во взрыве Z проводим в соответствии с приложением Д [1].

7.1. Средняя концентрация паров дизельного топлива C_ср в помещении составит:

 

C_ср = 0,18 % (об.) < 0,5 ∙ С_НКПР = 0,5 ∙ 0,6 = 0,3 % (об.).

Следовательно, можно определить значение коэффициента участия паров дизельного топлива во взрыве Z расчетным методом.

7.2. Значение С_н будет равно:

7.3. Значение стехиометрической концентрации паров дизельного топлива C_ст согласно формуле (А.3) [1], исходя из химической брутто-формулы дизельного топлива, составит:

 

7.4. Значение параметра С^* будет равно:

C^* = 1,9 ∙ 1,12 = 2,13 % (об.).

7.5. Поскольку С_н = 0,71 % < C^* = 2,13 % (об.), то рассчитываем значение параметра X:

7.6. Согласно рис. Д.1 приложения Д [1] при значении X = 0,33 определяем значение коэффициента участия паров дизельного топлива во взрыве Z = 0.

8. Избыточное давление взрыва ∆Р согласно формуле (А.1) [1] составит:

9. Расчетное избыточное давление взрыва не превышает 5 кПа. Помещение промежуточного топливного бака резервной дизельной электростанции унифицированной компоновки не относится к категориям А или Б. Согласно п. Б.2 и табл. Б.1 [1] проведем проверку принадлежности помещения к категориям В1 - В4.

10. В соответствии с п. Б.2 [1] определим пожарную нагрузку Q и удельную пожарную нагрузку g:

G = V_ж ∙ ρ_ж = 6,776 ∙ 804 = 5448 кг;

;

S = F = 16 м²;

11. Удельная пожарная нагрузка более 2200 МДж ∙ м^-2. Помещение промежуточного топливного бака резервной дизельной электростанции унифицированной компоновки согласно табл. Б.1 [1] относится к категории В1.

Пример 6

1. Исходные данные.

1.1. Помещение сушильно-пропиточного отделения электромашинного цеха. В помещении находятся два бака для покрытия лаком БТ-99 полюсных катушек способом окунания с подводящими и отводящими трубопроводами. Размеры помещения L×S×Н = 32 ∙ 10 ∙ 8 м. Объем помещения V_п = 2560 м³. Свободный объем помещения V_св = 0,8 ∙ 2560 = 2048 м³. Площадь помещения F = 320 м². Объем каждого бака F_ап = 0,5 м³. Степень заполнения бака лаком ε = 0,9. Объем лака в баке V_a = ε ∙ V_ап = 0,9 ∙ 0,5 = 0,45 м³. Длина и диаметр подводящего (напорного) трубопровода между баком и насосом L₁ = 10 м и d₁ = 25 мм = 0,025 м соответственно. Длина и диаметр отводящего трубопровода между задвижкой и баком L₂ = 10 м и d₂ = 40 мм = 0,04 м соответственно. Производительность насоса q = 6,5 ∙ 10^-5 м³ ∙ с^-1. Время отключения насоса Т_а = 300 с. В каждый бак попеременно загружается и выгружается единовременно по 10 шт. полюсных катушек, размещаемых в корзине. Открытое зеркало испарения каждого бака F_eмк = 1,54 м². Общая поверхность 10 шт. свежеокрашенных полюсных катушек F_cв.окр = 6,28 м².

1.2. В лаке БТ-99 (ГОСТ 8017-74) в виде растворителей содержится 46 % (масс.) ксилола и 2 % (масс.) уайт-спирита. В общей массе растворителей содержится (φ_i = 95,83 % (масс.) ксилола и φ₂ = 4,17 % (масс.) уайт-спирита. Плотность лака БТ-99 ρ_ж = 953 кг ∙ м³. Молярная масса ксилола M = 106,17 кг ∙ кмоль^-1, уайт-спирита M = 147,3 кг ∙ кмоль^-1. Химическая формула ксилола С₈Н₁₀, уайт-спирита C_10,5H_21,0. Плотность жидкости ксилола ρ_ж = 855 кг ∙ м^-3, уайт-спирита ρ_ж = 760 кг ∙ м^-3. Температура вспышки ксилола t_всп = 29 °С, уайт-спирита t_всп = 33 °С. Нижний концентрационный предел распространения пламени ксилола C_НКПР = 1,1 % (об.), уайт-спирита С_НКПР = 0,7 % (об.). Теплота сгорания ксилола  кДж ∙ кг^-1 = 43,15 МДж ∙ кг^-1, уайт-спирита кДж ∙ кг^-1 = 43,97 МДж ∙ кг^-1. Константы уравнения Антуана для ксилола А = 6,17972; B = 1478,16; C_а = 220,535; для уайт-спирита A = 7,13623; В = 2218,3; С_а = 273,15.

2. Обоснование расчетного варианта аварии.

При определении избыточного давления взрыва в качестве расчетного варианта аварии принимается разгерметизация одного бака с лаком для покрытия полюсных катушек способом окунания и утечка лака из напорного и отводящего трубопроводов при работающем насосе с последующим разливом лака на пол помещения. Происходит испарение ксилола и уайт-спирита с поверхности разлившегося лака, а также с открытой поверхности второго бака и с поверхности выгружаемых покрытых лаком полюсных катушек (10 шт.). За расчетную температуру принимается максимальная абсолютная температура воздуха в данном районе (г. Москва) согласно [3] t_p = 37 °С. Плотность паров при t_р = 37 °С:

 

Расчетное время отключения трубопроводов и насоса по п. А.1.2 в) [1] Т_а = 300 с, длительность испарения по п. А.1.2 е) [1] Т = 3600 с.

3. Объем V_ж, площадь разлива F_p поступившего в помещение при расчетной аварии лака и площадь испарения F_н определяются в соответствии с положениями п. А.1.2 [1]:

 

+ 0,785 ∙ (0,025² ∙ 10 + 0,04² ∙ 10) = 0,487 м³ = 487 л;

 

F_p = 0,5 ∙ 487 = 243,5 м²;

 

F_и = F_p + F_емк + F_св.окр. = 243,5 + 1,54 + 6,28 = 251,3 м².

4. Определяем давление насыщенных паров Р_н ксилола и уайт-спирита при расчетной температуре t_p = 37 °С:

- для ксилола

 

Р_и = 2,755 кПа;

- для уайт-спирита

 

P_н = 0,964 кПа.

5. Интенсивность испарения W растворителя составит:

- по ксилолу

- по уайт-спириту

6. В соответствии с положениями п. А.2.5 [1] определяем массу паров, поступивших в помещение, m по наиболее опасному компоненту - ксилолу:

m = 2,8387 ∙ 10^-5 ∙ 251,3 ∙ 3600 = 25,6812 кг.

7. Определение коэффициента участия паров растворителя во взрыве Z проводим в соответствии с приложением Д [1], принимая значения расчетных параметров по ксилолу либо уайт-спириту, наиболее опасные в отношении последствий взрыва.

7.1. Средняя концентрация C_ср паров растворителя в помещении составит:

 

C_ср = 0,30 % (об.) < 0,5 ∙ С_НКПР = 0,5 ∙ 0,7 = 0,35 % (об.).

Следовательно, можно определить значение коэффициента участия паров растворителя во взрыве Z расчетным методом.

7.2. Значение C_н будет равно:

7.3. Значение C₀ будет равно:

7.4. Расстояния X_НКПР, Y_НКПР, Z_НКПР составят:

 

 

7.5. Коэффициент участия паров растворителя во взрыве Z согласно формуле (Д.2) приложения Д [1] составит:

8. Значение стехиометрической концентрации С_cт согласно формуле (А.3) [1] составит:

- для ксилола

 

- для уайт-спирита

 

9. Избыточное давление взрыва ∆Р согласно формуле (А.1) [1] составит:

10. Расчетное избыточное давление взрыва превышает 5 кПа, следовательно, помещение сушильно-пропиточного отделения электромашинного цеха относится к категории Б.

11. Расчет избыточного давления взрыва ∆Р в помещении сушильно-пропиточного отделения электромашинного цеха с учетом работы аварийной вентиляции или постоянно работающей общеобменной вентиляции, удовлетворяющей требованиям п. А.2.3 [1]. Рассматривается случай при кратности обмена аварийной вентиляции А = 6 ч^-1.

11.1. При кратности воздухообмена, создаваемого аварийной вентиляцией, равной А = 6 ч^-1 = 1,6667 ∙ 10^-3 с^-1, согласно п. 3.4 Пособия скорость движения воздуха в помещении составит:

U = A ∙ L = 1,6667 ∙ 10^-3 ∙ 32 = 0,05 м ∙ c^-1.

11.2. Интенсивность испарения W растворителя (по ксилолу) при скорости воздушного потока в помещении U = 0,05 м ∙ с^-1 (с некоторым запасом коэффициент η = 1,6 в соответствии с табл. А.2 [1]) будет равна:

11.3. Масса поступивших в помещение паров растворителя (по ксилолу) m_и составит:

m_и = 4,5420 ∙ 10^-5 ∙ 251,3 ∙ 3600 = 41,0906 кг.

11.4. Масса находящихся в помещении паров растворителя m при учете работы аварийной вентиляции или постоянно работающей общеобменной вентиляции, удовлетворяющей требованиям п. А.2.3 [1], будет равна:

11.5. Средняя концентрация C_ср паров растворителя в помещении составит:

 

C_ср = 0,07 % (об.) < 0,5 ∙ C_НКПР = 0,5 ∙ 0,7 = 0,35 % (об.).

Следовательно, можно определить значение коэффициента участия паров растворителя во взрыве Z расчетным методом.

11.6. Значение C₀ будет равно:

11.7. Расстояния X_НКПР, Y_НКПР, Z_НКПР составят:

 

 

Значения X_НКПР, Y_НКПР, Z_НКПР согласно приложению Д [1] принимаются равными 0, поскольку логарифмы указанных в формулах сомножителей дают отрицательные значения. Следовательно, согласно формуле (Д.1) приложения Д [1] коэффициент участия паров растворителя также равен Z-0. Подставляя в формулу (А.1) [1] значение коэффициента Z = 0, получим избыточное давление взрыва ∆Р = 0 кПа.

11.8. Расчетное избыточное давление взрыва не превышает 5 кПа, следовательно, помещение сушильно-пропиточного отделения электромашинного цеха при оснащении его аварийной вентиляцией или постоянно работающей общеобменной вентиляцией, удовлетворяющей требованиям п. А.2.3 [1], с кратностью воздухообмена A = 6 ч^-1 не относится к категории А или Б. Согласно п. Б.2 и табл. Б.1 [1] проведем проверку принадлежности помещения к категориям В1 - В4.

11.9. В соответствии с п. Б.2 [1] определим пожарную нагрузку Q и удельную пожарную нагрузку g:

G = 2 ∙ V_a ∙ ρ_ж = 2 ∙ 0,45 ∙ 855 = 769,5 кг;

 

 

S = 2 ∙ F_емк = 1,54 ∙ 2 = 3,08 м²

(согласно п. Б.2 [1] принимаем S = 10 м²);

11.10. Удельная пожарная нагрузка более 2200 МДж ∙ м^-2. Помещение сушильно-пропиточного отделения электромашинного цеха при оснащении его аварийной вентиляцией или постоянно работающей общеобменной вентиляцией, удовлетворяющей требованиям п. А.2.3 [1], с кратностью воздухообмена А = 6 ч^-1 согласно табл. Б.1 [1] относится к категории В1.

5.3. Помещения с нагретыми легковоспламеняющимися и горючими жидкостями

Пример 7

1. Исходные данные.

1.1. Помещение приемной емкости охлажденного гексана установки экстракции пропиточного масла. В помещении расположена емкость с объемом гексана V_a = 40 л = 0,04 м³, насосы горячей воды. Размеры помещения L×S×Н = 12 ∙ 6 ∙ 6 м. Объем помещения V_п = 432 м³. Свободный объем помещения V_св = 0,8 ∙ 432 = 345,6 м³. Площадь помещения F = 72 м². Температура гексана в емкости охлажденного гексана T_а = 50 °С = 323,2 К. Суммарный объем гексана, истекающего из подводящих и отводящих трубопроводов при аварийной ситуации, составляет V_тр = 1 л = 0,001 м³.

1.2. Молярная масса гексана M = 86,177 кг ∙ кмоль^-1. Константы уравнения Антуана: А = 5,99517; В = 1166,274; С_а = 223,661. Химическая формула гексана C₆H₁₄. Плотность гексана (жидкости) при температуре жидкости t_ж = 50 °С ρ_ж = 631,8 кг ∙ м^-3. Средняя теплоемкость гексана в интервале температур 0 ÷ 100 °С С_ж = 2514 Дж ∙ кг^-1 ∙ К^-1. Температура вспышки гексана t_всп = -23 °С. Температура кипения гексана t_к = 68,74 °С.

2. Обоснование расчетного варианта аварии.

При определении избыточного давления взрыва в качестве расчетного варианта аварии принимается разгерметизация приемной емкости и выход из нее и подводящих и отводящих трубопроводов гексана в объем помещения. За расчетную температуру принимается температура нагрева гексана в приемной емкости t_p,2 = 50 °С. Максимальная абсолютная температура воздуха в данном районе (г. Москва) согласно [3] t_p,1 = 37 °С.

3. Определение параметров взрывопожарной опасности проводим с использованием [1] и данного Пособия.

3.1. Плотность паров гексана (формула А.2 [1]) составит:

 

3.2. Давление насыщенных паров гексана при температурах t_р,1 = 37 °С и t_p,2 = 50 °С составит соответственно (п. 3.2 Пособия):

 

Р_н,1 = 33,18 кПа;

 

 

Р_н,2 = 54,13 кПа.

3.3. Удельная теплота испарения гексана L_исп (Дж ∙ кг^-1) при температуре t_p,2 = 50 °С рассчитывается по формуле (А.15) [1]:

 

3.4. Объем гексана, вышедшего в помещение, V_г (м³) составит:

V_г = V_а + V_тр = 0,04 + 0,001 = 0,041 м³.

3.5. Масса вышедшего в помещение гексана m_п (кг) составит:

m_п = V_г ∙ ρ_ж = 0,041 ∙ 631,8 = 25,904 кг.

3.6. Расчетная площадь разлившегося гексана F_и (м²) составит:

F_и = 1,0 ∙ V_г = 1,0 ∙ 41 = 41 м².

4. Для определения массы m₁ (кг) паров гексана, испарившихся при охлаждении разлившейся жидкости от t_p,2 = 50 °С до t_p,1 = 37 °С, воспользуемся формулой (А.14) [1]:

 

5. Интенсивность испарения W (кг ∙ м^-2 ∙ с^-1) гексана при расчетной температуре t_р,1 = 37 °С определяем согласно формуле (А.13) [1]:

6. Масса m₂ (кг) паров гексана, испарившихся с поверхности разлива при расчетной температуре t_p,1 = 37 °С, согласно формуле (A.12) [1] составит:

m₂ = 3,0802 ∙ 10^-4 ∙ 41 ∙ 3600 = 45,464 кг.

7. Суммарная масса испарившегося гексана составит:

m = m₁ + m₂ = 1,808 + 45,464 = 47,272 кг.

Поскольку m_п = 25,904 < m = 47,272 кг, то принимаем, что масса вышедшего при аварийной разгерметизации приемной емкости гексана испаряется полностью, т.е. m = m_п = 25,904 кг.

8. Избыточное давление взрыва ∆Р согласно формуле (16) Пособия будет равно:

9. Расчетное избыточное давление взрыва превышает 5 кПа, следовательно, помещение приемной емкости охлажденного гексана относится к категории А.

Пример 8

1. Исходные данные.

1.1. Помещение насосной диметилформамида (ДМФА). В помещении расположены три насоса, откачивающих ДМФА из расположенного вне пределов помещения сборника, в который ДМФА отбирается из отгонного куба низа ректификационной колонны при температуре T₁ = 130 °С = 403,2 К. Температура нагретого ДМФА в сборнике Т_а = 110 °С = 383,2 К. Производительность одного насоса q = 1 м³ ∙ ч^-1 = 2,78 ∙ 10^-4 м³ ∙ с^-1 = 0,278 л ∙ с^-1. На подводящих и отводящих трубопроводах насосов за пределами помещения установлены автоматические задвижки (время отключения τ = 120 с). Объем ДМФА в отводящих и подводящих трубопроводах с учетом объема ДМФА в насосе для одного насоса составляет V_тp = 0,02 м³ = 20 л. Размеры помещения L×S×Н = 18 ∙ 6 ∙ 6 м. Площадь помещения F = 108 м². Объем помещения V_п = 648 м³. Свободный объем помещения V_св = 0,8 ∙ 648 = 518,4 м³.

1.2. Молярная масса ДМФА M = 73,1 кг ∙ кмоль^-1. Константы уравнения Антуана: А = 6,15939; В = 1482,985; С_а = 204,342. Химическая формула ДМФА C₃H₇ON. Стехиометрическая концентрация ДМФА С_ст = 4,64 % (об.). Плотность жидкости ДМФА при t = 25 °С ρ_ж = 950 кг ∙ м^-3 (с запасом для t = 110 °С при расчетах). Теплоемкость ДМФА принимаем с запасом для расчетов по гексану С_ж = 2514 Дж ∙ кг^-1 ∙ К^-1 (пример 7 Пособия). Температура вспышки ДМФА t_всп = 53 °С. Температура кипения ДМФА t_к = 153 °С. Теплоту сгорания  принимаем с запасом для расчетов по гексану (приложение 1 Пособия).

2. Обоснование расчетного варианта аварии.

При определении избыточного давления взрыва в качестве расчетного варианта аварии принимается разгерметизация одного насоса и выход из него и подводящих и отводящих трубопроводов ДМФА в объем помещения. За расчетную температуру принимается температура нагрева ДМФА в сборнике t_p,2 = 110 °С. Максимальная абсолютная температура воздуха в данном районе (г. Москва) согласно [3] t_p,1 = 37 °С.

3. Определение параметров взрывопожарной опасности проводим в соответствии с требованиями [1] и данного Пособия.

3.1. Плотность паров ДМФА при t_р,1 = 37 °С составит:

при t_р,2 = 110 °С

3.2. Давление насыщенных паров ДМФА при температуре t_р,2 = 110 °С составит соответственно (п. 3.2 Пособия):

 

Р_н = 27,65 кПа.

3.3. Удельная теплота испарения L_исп (Дж ∙ кг^-1) ДМФА при температуре t_p,2 = 110 °С рассчитывается по формуле (А.15) [1]:

 

3.4. Объем V_д (м³) ДМФА, вышедшего в помещение, и площадь разлива жидкости F_p (м²) составит:

V_д = q ∙ τ + V_тp = 2,78 ∙ 10^-4 ∙ 120 + 0,02 = 0,0334 + 0,02 = 0,0534 м³ = 53,4 л;

 

F_p = 1,0 ∙ V_д = 1,0 ∙ 53,4 = 53,4 м².

3.5. Масса вышедшего в помещение ДМФА m_п (кг) составит:

m_п = V_д ∙ ρ_ж = 0,0534 ∙ 950 = 50,73 кг.

4. Масса m (кг) паров ДМФА, образующихся при испарении нагретой жидкости ДМФА, определяется по формуле (А.14) [1]:

5. Избыточное давление взрыва ∆Р согласно формуле (13) Пособия составит:

6. Расчетное избыточное давление взрыва не превышает 5 кПа. Помещение насосной диметилформамида не относится к категориям А или Б. Согласно п. Б.2 и табл. Б.1 [1] проведем проверку принадлежности помещения к категориям В1 - В4.

7. В соответствии с п. Б.2 [1] определим пожарную нагрузку Q и удельную пожарную нагрузку g:

 

G = 3 ∙ m_п = 3 ∙ 50,73 = 152,2 кг;

 

 

S = 3 ∙ F_p = 3 ∙ 53,4 = 160,2 м².

Поскольку F < F_p, принимаем S = F = 108 м².

8. Удельная пожарная нагрузка менее 180 МДж ∙ м^-2, но площадь размещения пожарной нагрузки более 10 м². В соответствии с табл. Б.1 [1] помещение насосной диметилформамида относится к категории В3.

5.4. Помещения с горючими пылями

Пример 9

1. Исходные данные.

1.1. Производственное помещение, где осуществляется фасовка пакетов с сухим растворимым напитком, имеет следующие габариты: высота - 8 м, длина - 30 м, ширина -10 м. Свободный объем помещения составляет V_св = 0,8 ∙ 8 ∙ 30 ∙ 10 = 1920 м³. В помещении расположен смеситель, представляющий собой цилиндрическую емкость со встроенным шнекообразным устройством равномерного перемешивания порошкообразных компонентов напитка, загружаемых через расположенное сверху входное отверстие. Единовременная загрузка дисперсного материала в смеситель составляет m_ап = m = 300 кг. Основным компонентом порошкообразной смеси является сахар (более 95 % (масс.), который представляет наибольшую пожаровзрывоопасность. Подготовленная в смесителе порошкообразная смесь подается в аппараты фасовки, где производится дозирование (по 30 г) сухого напитка в полиэтиленовые упаковки. Значительное количество пылеобразного материала в смесителе и частая пылеуборка в помещении позволяет при обосновании расчетного варианта аварии пренебречь пылеотложениями на полу, стенах и других поверхностях.

1.2. Расчет категории помещения производится по сахарной пыли, которая представлена в подавляющем количестве по отношению к другим компонентам сухого напитка. Теплота сгорания пыли H_т = 16477 кДж ∙ кг^-1 = 1,65 ∙ 10⁷ Дж ∙ кг^-1. Распределение пыли по дисперсности представлено в таблице.

Критический размер частиц взрывоопасной взвеси сахарной пыли d^*= 200 мкм.

2. Обоснование расчетного варианта аварии.

Поскольку в помещении не обращаются горючие газы, легковоспламеняющиеся жидкости с температурой вспышки не более 28 °С, а также вещества и материалы, способные взрываться и гореть при взаимодействии с водой, кислородом воздуха или друг с другом, данное помещение не относится к категории А.

В соответствии с п. 5.2 [1] следует рассмотреть возможность отнесения данного помещения к категории Б. Поскольку в помещении обращаются только горючие пыли, для проверки возможности отнесения данного помещения к категории Б следует рассмотреть аварию, сопровождающуюся образованием облака горючей пыли, и произвести расчет избыточного давления взрыва.

Аварийная ситуация, которая сопровождается наибольшим выбросом горючего материала в объем помещения, связана с разгерметизацией смесителя, как емкости, содержащей наибольшее количество горючего материала. Процесс разгерметизации может быть связан со взрывом взвеси в смесителе: в процессе перемешивания в объеме смесителя создается взрывоопасная смесь горючего порошка с воздухом, зажигание которой возможно разрядом статического электричества или посторонним металлическим предметом, попавшим в аппарат при загрузке исходных компонентов; затирание примесного материала между шнеком и корпусом смесителя приводит к его разогреву до температур, достаточных для зажигания пылевоздушной смеси. Взрыв пыли в объеме смесителя вызывает ее выброс в объем помещения и вторичный взрыв. Отнесение помещения к категории Б зависит от величины расчетного избыточного давления взрыва.

3. Расчет избыточного давления взрыва ∆Р производится по формуле (А.4) [1], где коэффициент участия пыли во взрыве Z рассчитывается по формуле (А.16) [1] (для d^* ≤ 200 мкм F = 10 % = 0,1) и составляет:

Z = 0,5 ∙ F = 0,5 ∙ 0,1 = 0,05.

Отсюда получаем:

4. Расчетное избыточное давление взрыва превышает 5 кПа, следовательно, помещение фасовки пакетов с сухим растворимым напитком относится к категории Б.

Пример 10

1. Исходные данные.

1.1. Складское помещение мукомольного комбината для хранения муки в мешках по 50 кг. Свободный объем помещения V_св = 1000 м³. Ежесменная пылеуборка в помещении позволяет пренебречь пылеотложениями на полу, стенах и других поверхностях (m_вз = 0). Размещение мешков производится вручную складскими работниками. Максимальная высота подъема мешка не превышает 2 м.

1.2. Единственным взрывопожароопасным веществом в помещении является мука: мелкодисперсный продукт (размер частиц менее 100 мкм). Теплота сгорания H_т = 1,8 ∙ 10⁷ Дж ∙ кг^-1. Критический размер частиц взрывоопасной взвеси мучной пыли d^* = 250 мкм.

1.3. Сведения, необходимые для определения стехиометрической концентрации мучной пыли ρ_ст в воздухе при нормальных условиях (атмосферное давление 101,3 кПа, температура 20 °С), могут задаваться одним из трех способов:

1) прямым указанием величины: ρ_ст = 0,25 кг ∙ м^-3;

2) указанием сведений о брутто-формуле химического состава вещества, например, в виде C_yH_BO_KN_A. В таком случае расчет ρ_ст производится на основе химического уравнения окисления данного вещества воздухом до соответствующих продуктов взаимодействия (СО₂, Н₂О и N₂) - по формуле

ρ_ст = 0,0087 ∙ (12 ∙ У + B + 16 ∙ К ∙ + 14 ∙ A) / (У + B / 4 - К / 2).

При наличии в брутто-формуле вещества других атомов, например S, P, Al, и т.д., в расчете должны учитываться дополнительные продукты окисления: SO₃, Р₂О₅, А1₂O₃ и т.д.;

3) результатами экспериментального измерения убыли массы кислорода ∆m_О в камере, где произведено выжигание пробной массы исследуемого вещества ∆m_X в атмосфере кислорода (например, в установке для определения теплоты сгорания вещества по ГОСТ 21261-91).

В этом случае расчет ρ_ст производится по формуле

ρ_ст = (∆m_X / ∆m_О) ∙ М_О,

где M_О - масса кислорода в 1 м³ воздуха; допускается принимать M_О = 0,24 кг ∙ м³.

2. Обоснование расчетного варианта аварии.

Поскольку в помещении не обращаются горючие газы, легковоспламеняющиеся жидкости с температурой вспышки не более 28 °С, а также вещества и материалы, способные взрываться и гореть при взаимодействии с водой, кислородом воздуха или друг с другом, данное помещение не относится к категории А.

В соответствии с п. 5.2 [1] следует рассмотреть возможность отнесения данного помещения к категории Б. Поскольку в нем обращаются только горючие пыли, для проверки возможности отнесения данного помещения к категории Б следует рассмотреть аварию, сопровождающуюся образованием облака горючей пыли, и произвести расчет избыточного давления взрыва.

Аварийная ситуация с образованием пылевоздушного облака может быть связана с разрывом тары (одного из мешков с мукой), в результате которого его содержимое (m_ав = 50 кг), поступая в помещение с максимально возможной высоты (H = 2 м), образует взрывоопасную взвесь. С определенным запасом надежности примем объем образующегося при этом пылевоздушного облака равным объему конуса, имеющего высоту H и радиус основания также равный H. В этом случае объем аварийного облака составит:

V_ав = (1 / 3) ∙ H ∙ π ∙ H² = (1 / 3) ∙ 2 ∙ 3,14 ∙ 2² = 8,4 м³.

3. Коэффициент участия пыли во взрыве Z рассчитывается по формуле (А.16) [1] и составляет:

Z = 0,5 ∙ F = 0,5 ∙ 1 = 0,5.

4. Расчетную массу взвешенной в объеме помещения пыли m (кг), образовавшейся в результате аварийной ситуации, определяют по формуле (А.17) [1]:

Поскольку m_вз + m_ав = 0 + 50 = 50 кг; ρ_ст ∙ V_aв / Z = 0,25 ∙ 8,4 / 0,5 = 4,2 кг, следует принять m = 4,2 кг.

Для надежного выполнения расчета ∆Р целесообразно объяснить физический смысл использованной здесь формулы (А.17) [1]. Избыточное давление воздуха в помещении при горении взвеси объясняется тепловыделением реакции окисления дисперсного горючего кислородом воздуха. Поэтому в окончательном расчете давления взрыва присутствует общая масса сгоревшей в пылевоздушном облаке пыли m и теплотворная характеристика выгорания единичного количества пыли Н_т. Понятно, что масса m не может превысить общую массу пыли в этом облаке (m_вз + m_ав), которая записана в верхней строке формулы (А.17) [1]. Но масса m может быть меньше (m_вз + m_ав). Последнее происходит в случае горения пылевоздушных облаков, обогащенных горючим, когда для полного выгорания пыли в таком облаке не хватает кислорода воздуха. Для подобных «богатых» смесей масса выгорающей пыли будет ограничена содержанием кислорода в облаке, а потому не должна превосходить величину ρ_ст ∙ V_ав, представленную в нижней строке формулы (А.17) [1]. Добавим, что поправка (1 / Z) к указанной величине обусловлена спецификой расчета ∆Р, куда масса сгоревшей пыли фактически входит в виде комплекса m ∙ Z.

5. Определение избыточного давления взрыва ∆Р производится по формуле (А.4) [1]:

6. Расчетное избыточное давление взрыва не превышает 5 кПа, следовательно, рассматриваемое помещение мукомольного комбината для хранения муки не относится к категории Б и его следует относить к категории В1 - В4 в зависимости от пожарной нагрузки, находящейся в этом помещении.

5.5. Помещения с горючими жидкостями

При определении категории помещений в нижеприведенных примерах учитываются следующие положения [1]:

- в качестве расчетного выбирается наиболее неблагоприятный вариант аварии, при котором участвует аппарат, имеющий наибольшую пожарную нагрузку (пп. А.1.1, Б.1 [1]);

- площадь пожарной нагрузки определяется с учетом особенностей технологии, под площадью пожарной нагрузки понимается площадь поверхности зеркала ГЖ в аппарате, площадь разлива ГЖ из аппарата, ограниченная бортиками, поддонами, площадь, занимаемая оборудованием, сливными емкостями и т. п.

Пример 11

Цех разделения, компрессии воздуха и компрессии продуктов разделения воздуха. Машинное отделение. В помещении находятся горючие вещества (турбинные, индустриальные и другие масла с температурой вспышки выше 61 °С), которые обращаются в центробежных и поршневых компрессорах. Количество масла в компрессоре составляет 15 кг. Количество компрессоров 5. Температура нагрева масел в компрессорах менее температур их вспышек.

Определим категорию помещения для случая, когда количество масла в каждом из компрессоров составляет 15 кг, а другая пожарная нагрузка отсутствует.

В соответствии с п. Б.2 [1] пожарная нагрузка определяется из соотношения

где G_i - количество i-го материала пожарной нагрузки, кг;  - низшая теплота сгорания i-го материала пожарной нагрузки, МДж ∙ кг^-1.

Низшая теплота сгорания для турбинного масла составляет 41,87 МДж ∙ кг^-1. Пожарная нагрузка будет равна:

Q = 15 ∙ 41,87 = 628 МДж.

Согласно технологическим условиям площадь размещения пожарной нагрузки составляет 6 - 8 м². В соответствии с п. Б.2 [1] принимаем площадь размещения пожарной нагрузки S = 10 м². Удельная пожарная нагрузка составит:

В соответствии с табл. Б.1 [1] помещения с данной удельной пожарной нагрузкой могут быть отнесены к категории В₄ (g ≤ 180 МДж ∙ м^-2) при условии, что способ ее размещения удовлетворяет необходимым требованиям, изложенным в приложении Б [1].

Для пожарной нагрузки, состоящей из ЛВЖ и ГЖ, расстояния между участками разлива пожарной нагрузки должны быть больше предельных.

В помещении минимальное расстояние от поверхности пожарной нагрузки до нижнего пояса ферм H составляет около 9 м. При этих условиях (H < 11 м) предельное расстояние l_пр должно удовлетворять неравенству

l_пр ≥ 26 - H или при H = 9 м l_пр ≥ 17 м.

Поскольку данное условие для машинного отделения не выполняется (расстояния между агрегатами не более 6 м), то помещение машинного отделения согласно табл. Б.1 [1] относится к категории В3.

Пример 12

Определим категорию помещения для другого случая, когда количество масла в одном из компрессоров (имеющем наибольшее количество масла) составляет 1200 кг.

В соответствии с п. Б.2 [1] пожарная нагрузка будет равна:

Q = 1200 ∙ 41,87 = 50244 МДж.

Согласно технологическим условиям площадь размещения пожарной нагрузки будет составлять 30 м². В соответствии с п. Б.2 [1] принимаем площадь размещения пожарной нагрузки S = 30 м². Удельная пожарная нагрузка составит:

В соответствии с табл. Б.1 [1] помещения с данной удельной пожарной нагрузкой могут быть отнесены к категории В2 при условии, что способ ее размещения удовлетворяет необходимым требованиям, изложенным в приложении Б [1].

В данном помещении минимальное расстояние Н от поверхности пожарной нагрузки до покрытия составляет около 6,5 м.

Определим, выполняется ли условие

Q ≥ 0,64 ∙ g ∙ H².

После подстановки численных значений получим:

0,64 ∙ g ∙ Н² = 0,64 ∙ 2200 ∙ 6,5² = 59488 МДж.

Так как Q = 50244 МДж и условие Q ≥ 59488 МДж не выполняется, то помещение машинного отделения согласно табл. Б.1 [1] относится к категории В2.

Пример 13

Определим категорию помещения, приведенного в примере 11, для другого случая, когда количество масла в одном из компрессоров (имеющем наибольшее количество масла) составляет 1200 кг.

В соответствии с п. Б.2 [1] пожарная нагрузка будет равна:

Q = 1200 ∙ 41,87 = 50244 МДж.

Согласно технологическим условиям площадь размещения пожарной нагрузки составляет 26 м². В соответствии с п. Б.2 [1] принимаем площадь размещения пожарной нагрузки S = 26 м². Удельная пожарная нагрузка составит:

В соответствии с табл. Б.1 [1] помещения с данной удельной пожарной нагрузкой могут быть отнесены к категории В2 при условии, что способ ее размещения удовлетворяет необходимым требованиям, изложенным в приложении Б [1].

В данном помещении минимальное расстояние Н от поверхности пожарной нагрузки до покрытия составляет около 9 м.

Определим, выполняется ли условие

Q ≥ 0,64 ∙ g ∙ Н².

После подстановки численных значений получим:

0,64 ∙ g ∙ Н² = 0,64 ∙ 2200 ∙ 9² = 114048 МДж.

Так как Q = 50244 МДж и условие Q ≥ 114048 МДж не выполняется, то согласно табл. Б.1 [1] помещение машинного отделения относится к категории В2.

Пример 14

Определим категорию того же помещения (пример 13) для случая, когда количество масла в одном из компрессоров (имеющем наибольшее количество масла) составляет 7000 кг.

В соответствии с п. Б.2 [1] пожарная нагрузка будет равна:

Q = 7000 ∙ 41,87 = 293090 МДж.

Согласно технологическим условиям площадь размещения пожарной нагрузки составляет 130 м². В соответствии с п. Б.2 [1] принимаем площадь размещения пожарной нагрузки S = 130 м². Удельная пожарная нагрузка составит:

В соответствии с табл. Б.1 [1] помещение машинного отделения с данной удельной пожарной нагрузкой относится к категории В1.

5.6. Помещения с твердыми горючими веществами и материалами

Пример 15

Складское здание. Представляет собой многостеллажный склад, в котором предусмотрено хранение на металлических стеллажах негорючих материалов в картонных коробках. В каждом из десяти рядов стеллажей имеется десять ярусов, шестнадцать отсеков, в которых хранятся по три картонных коробки весом 1 кг каждая. Верхняя отметка хранения картонной тары на стеллажах составляет 5 м, а высота нижнего пояса до отметки пола 7,2 м. Длина стеллажа составляет 48 м, ширина 1,2 м, расстояние между рядами стеллажей - 2,8 м.

Согласно исходным данным площадь размещения пожарной нагрузки в каждом ряду составляет 57,6 м².

Определим полное количество горючего материала (картон) в каждом ряду стеллажей:

10 ярусов ∙ 16 отсеков ∙ 3 коробки ∙ 1 кг = 480 кг.

Низшая теплота сгорания для картона составляет 13,4 МДж ∙ кг^-1. Пожарная нагрузка будет равна:

Q = 480 ∙ 13,4 = 6432 МДж.

Удельная пожарная нагрузка составит:

Это значение удельной пожарной нагрузки соответствует категории В4. Однако площадь размещения пожарной нагрузки превышает 10 м². Поэтому к категории В4 данное помещение не относится. В соответствии с табл. Б.1 [1] помещение складского здания относится к категории В3.

Пример 16

Производственная лаборатория. В помещении лаборатории находятся: шкаф вытяжной химический, стол для микроаналитических весов, два стула. В лаборатории можно выделить один участок площадью 10 м², на котором расположены стол и два стула, изготовленные из дерева. Общая масса древесины на этом участке составляет около 47 кг.

Низшая теплота сгорания для древесины составляет 13,8 МДж ∙ кг^-1. Пожарная нагрузка будет равна:

Q = 13,8 ∙ 47 = 648,6 МДж.

Площадь размещения пожарной нагрузки составляет 2,5 м². В соответствии с п. Б.2 [1] принимаем площадь размещения пожарной нагрузки S = 10 м². Удельная пожарная нагрузка составит:

В соответствии с табл. Б.1 [1] помещение производственной лаборатории с данной удельной пожарной нагрузкой относится к категории В4.

Поскольку в помещении лаборатории нет других участков с пожарной нагрузкой, то согласно табл. Б.1 и п. Б.2 [1] проверка помещения производственной лаборатории на принадлежность к категории В3 не производится.

Пример 17

Помещение гаража. Основную пожарную нагрузку автомобиля составляет резина, топливо, смазочные масла, искусственные полимерные материалы. Среднее значение количества этих материалов для грузового автомобиля следующее: резина - 118,4 кг, дизельное топливо - 120 кг, смазочные масла - 18 кг, пенополиуретан - 4 кг, полиэтилен - 1,8 кг, полихлорвинил - 2,6 кг, картон - 2,5 кг, искусственная кожа - 9 кг. Общая масса горючих материалов 276,3 кг. Как показано выше в примере 5, для дизельного топлива ∆Р = 0, т. е. помещение не относится к категории А или Б.

Низшая теплота сгорания составляет: смазочное масло - 41,87 МДж ∙ кг^-1, резина - 33,52 МДж ∙ кг^-1, дизельное топливо - 43,59 МДж ∙ кг^-1, пенополиуретан - 24,3 МДж ∙ кг^-1, полиэтилен - 47,14 МДж ∙ кг^-1, полихлорвинил - 14,31 МДж ∙ кг^-1, картон - 13,4 МДж ∙ кг^-1, искусственная кожа - 17,76 МДж ∙ кг^-1. Пожарная нагрузка будет равна:

Q = 18 ∙ 41,87 + 118,4 ∙ 33,52 + 120 ∙ 43,59 + 4 ∙ 24,3 + 1,8 ∙ 47,14 + 2,5 ∙ 13,4 + 9 ∙ 17,76 + 2,6 ∙ 14,31 = 10365,8 МДж.

Минимальное расстояние Н от поверхности пожарной нагрузки до покрытия составляет 6 м. Площадь размещения пожарной нагрузки S = 10 м². Удельная пожарная нагрузка составит:

В соответствии с табл. Б.2 [1] помещение с данной удельной пожарной нагрузкой относится к категории В3.

Определим, выполняется ли условие п. Б.2 [1]

Q ≥ 0,64 ∙ g ∙ H².

После подстановки численных значений получим:

0,64 ∙ g ∙ H² = 0,64 ∙ 1400 ∙ 6² = 32256 МДж.

Так как Q = 10365,8 МДж и условие Q ≥ 32256 МДж не выполняется, помещение гаража относится к категории В3.

5.7. Помещения с горючими газами, легковоспламеняющимися жидкостями, горючими жидкостями, пылями, твердыми веществами и материалами

Пример 18

1. Исходные данные.

1.1. Помещение малярно-сдаточного цеха тракторосборочного корпуса. В помещении цеха производится окрашивание и сушка окрашенных тракторов на двух конвейерных линиях. В сушильных камерах в качестве топлива используется природный газ. Избыток краски из окрасочных камер смывается водой в коагуляционный бассейн, из которого после отделения от воды краска удаляется по трубопроводу за пределы помещения для дальнейшей ее утилизации.

1.2. Используемые вещества и материалы:

- природный газ метан (содержание 99,2 % (об.);

- грунт ГФ-0119, ГОСТ 23343-78;

- эмаль МЛ-152, ГОСТ 18099-78;

- сольвент, ГОСТ 10214-78 или ГОСТ 1928-79 (наиболее опасный компонент в составе растворителей грунта и эмали).

1.3. Физико-химические свойства веществ и материалов [2].

Молярная масса, кг ∙ кмоль^-1:

- метана ;

- сольвента

Расчетная температура t_р, °С:

- в помещении t_п = 39 [3];

- в сушильной камере t_к = 80.

Плотность жидкости, кг ∙ м^-3:

- сольвента

Плотность газов и паров, кг ∙ м^-3.

- метана

- сольвента.

Парциальное давление насыщенных паров при температуре 39 °С [2], кПа:

- сольвента

Интенсивность испарения при 39 °С, кг ∙ м^-2 ∙ с^-1:

- сольвента

1.4. Пожароопасные свойства [2].

Температура вспышки, °С:

- сольвента t_всп = 21.

Нижний концентрационный предел распространения пламени (НКПР), % (об.):

- метана

- сольвента

Стехиометрическая концентрация, % (об.):

- метана

-сольвента

1.5. Размеры помещений и параметры технологического процесса.

1.5.1. Общие размеры цеха: L = 264,7 м, S = 30,54 м, Н = 15,75 м. Объем помещения V_п = 264,7 ∙ 30,54 ∙ 15,75 = 127322,0 м³.

1.5.2. Площадь окрасочного пролета со встроенными помещениями на отметке 0,00: F_oбщ = 264,7 ∙ 30,54 = 8083,94 м².

1.5.3. Площади встроенных помещений:

- тамбур (ось В/1) F_1,встр = 1,75 ∙ 3,49 = 6,11 м²;

- ПСУ (оси К - К/1) F_2,встр = 1,97 ∙ 6,61 = 13,02 м²;

- помещения (оси Л/3 - Р/1) F_3,встр = 82,76 ∙ 6,55 = 542,08 м²;

- помещения (оси У - Х1) F_4,встр = 50,04 ∙ 6,55 = 327,76 м²;

- суммарная площадь встроенных помещений:

F_встр = F_1,встр + F_2,встр + F_3,встр + F_4,встр = 6,11 + 13,02 + 542,08 + 327,76 = 888,97 м².

1.5.4. Площадь окрасочного пролета без встроенных помещений:

F_оп = F_общ - F_встр = 8083,94 - 888,97 = 7194,97 м².

1.5.5. Объем окрасочного пролета с площадью F_oп и высотой Н:

V_бвп = 7194,97 ∙ 15,75 = 113320,78 м³.

1.5.6. Объемы встроенных помещений на отметке 6,500:

- венткамера (отм. 6,500, ось В/1, консоль):

V_1,встр = 1,95 ∙ 27,05 ∙ 9,25 = 487,91 м³;

- венткамера (отм. 6,500, оси Х/Х1, консоль):

V_2,встр = 5,47 ∙ 23,99 ∙ 9,25 = 1213,83 м³;

- венткамера (отм. 6,500, оси И/2 - К/2):

V_3,встр = 23,92 ∙ 7,27 ∙ 9,25 - 13,02 ∙ 9,25 = 1488,12 м³;

- венткамера (отм. 6,500, оси Р/1 - У):

V_4,встр = 5,43 ∙ 6,55 ∙ 9,25 = 328,99 м³;

- венткамера (отм. 6,500, оси П/2 - У, консоль):

V_5,встр = 0,72 ∙ 27,0 ∙ 9,25 = 179,82 м³;

- суммарный объем встроенных помещений:

V_1-6,встр - V_1,встр + V_2,встр + V_3,встр + V_4,встр + V_5,встр = 3698,67 м³.

1.5.7. Объем окрасочного пролета без объема V_1-5,встр:

V₁ = V_бвп - V_1-5,встр = 113320,78 - 3698,67 = 109622,11 м³.

1.5.8. Объемы над встроенными помещениями на отметке 12,030:

- венткамеры (отм. 12,030, оси Л/3 - М/1):

V_1,пер = 10,5 ∙ 6,55 ∙ 3,72 = 255,84 м³;

- помещения (отм. 6,500, оси М/1 - М/3):

V_2,пер = 6,5 ∙ 6,55 ∙ 9,25 = 393,82 м³;

- венткамеры (отм. 12,030, оси М/3 - Н/1):

V_3,пер = 5,08 ∙ 6,55 ∙ 3,72 = 123,78 м³;

- помещения (отм. 7,800, оси Ф - Х):

V_4,пер = 23,1 ∙ 6,55 ∙ 7,95 - 5,82 ∙ 2,72 ∙ 2,82 = 1158,23 м³;

- тамбур (отм. 3,74, ось В/1):

_V4,пер = 1,75 ∙ 3,49 ∙ 2,26 = 13,80 м³;

- ПСУ (отм. 3,040, оси К - К/1):

V_6,пер = 1,97 ∙ 6,61 ∙ 2,96 = 38,54 м³;

- общий объем над встроенными помещениями:

V_1-6,пер = V_1,пер + V_2,пер + V_3,пер + V_4,пер + V_5,пер + V_6,пер = 1984,01 м³.

1.5.9. Объем бассейна коагуляции на отметке -2,500 и 0,00

(L = 80,5 м, S = 3,60 ÷ 6,40 м, Н = 2,10 ÷ 2,20 м):

 

V_б = (1,90 ∙ 6,40 + 2,40 ∙ 5,00 + 1,40 ∙ 4,00 + 6,40 ∙ 3,10 + 66,4 ∙2,60 +
+ 2,0 ∙ 2,50) ∙ 2,20 + 76,20 ∙ 1,00 ∙ 2,10 = 659,95 м³.

1.5.10. Объем помещения окрасочного участка малярно-сдаточного цеха:

V_п = V₁ + F_1,пер + V_б = 109622,11 + 1984,01 + 659,95 = 112266,07 м³.

1.5.11. Свободный объем помещения окрасочного участка малярно-сдаточного цеха:

V_cв = 0,8 - V_п = 0,8 ∙ 112266,07 = 89812,86 м³ ≈ 89813 м³.

1.5.12. Толщина слоя лакокрасочных материалов:

- грунт ФЛ-03 δ_г = 15 мкм;

- эмаль МЛ-152 δ_э = 20 мкм.

1.5.13. Расход лакокрасочных материалов:

- грунт ФЛ-03К G_г,фл = 3,97 г ∙ м^-2 ∙ мкм^-1;

- эмаль МЛ-152 G_э = 4,2 г ∙ м^-2 ∙ мкм^-1.

1.5.14. Содержание горючих растворителей в лакокрасочных материалах:

- грунт ФЛ-03К φ_г,фл = 67 % (масс.);

- эмаль МЛ-152 φ_э = 78 % (масс.).

1.5.15. Расход растворителя на единицу площади окрашиваемых поверхностей тракторов:

- сольвент (грунт ФЛ-03К) G_рфл = 2,66 г ∙ м^-2 ∙ мкм^-1;

- сольвент (эмаль МЛ-152) G_pэ = 3,276 г ∙ м^-2 ∙ мкм^-1.

1.5.16. Производительность конвейера по площади нанесения лакокрасочных материалов:

- линия окрашивания тракторов в серийном исполнении:

n_к,с = 407,3 м² ∙ ч^-1 = 6,79 м² ∙ мин^-1 = 0,1131 м²∙ с^-1;

- линия окрашивания тракторов в экспортном исполнении:

n_к,э = 101,8 м² ∙ ч^-1 = 1,70 м² ∙ мин^-1 = 0,0283 м² ∙ с^-1.

1.5.17. Производительность конвейера по массе растворителя, содержащегося в нанесенных лакокрасочных материалах:

- нанесение грунта ФЛ-03К (сольвент), окрашивание тракторов в экспортном исполнении:

n_р,фл = 101,8 ∙ 15 ∙ 2,66 ∙ 10^-3 = 4,0618 кг ∙ ч^-1 = 0,001128 кг ∙ с^-1;

- нанесение эмали МЛ-152 (сольвент), окрашивание тракторов в экспортном исполнении:

n_р,э = 101,8 ∙ 20 ∙ 3,276 ∙ 10^-3 = 6,6699 кг ∙ ч^-1 = 0,001853 кг ∙ с^-1;

- нанесение эмали МЛ-152 (сольвент), окрашивание тракторов в серийном исполнении:

n_р,эс = 407,3 ∙ 20 ∙ 3,276 ∙ 10^-3 = 26,6863 кг ∙ ч^-1 = 0,007413 кг ∙ с^-1.

2. Обоснование расчетных вариантов аварии.

2.1. Разгерметизация трубопровода, подающего природный газ в теплогенераторы, при работающем конвейере.

2.1.1. Расход метана в подводящем трубопроводе при давлении

2.1.2. Масса газа , поступающего из трубопроводов диаметром d_г = 0,219 м и общей длиной участков трубопроводов L_г = 1152 м, согласно пп. А.1.2 в) и А.2.4 [1] составит:

2.1.3. Масса растворителя, испаряющегося с окрашенных изделий, при работающем конвейере за время аварийной ситуации Т_а = 3600 с = 1 ч [1] с учетом коэффициента избытка лакокрасочных материалов К_и = 2 составит:

- линия окрашивания тракторов в серийном исполнении, окрашивание эмалью МЛ-152:

m_эс = 2 ∙ n_р,эс ∙ Т_а = 2 ∙ 26,6863 ∙ 1 = 53,3726 кг;

- линия окрашивания тракторов в экспортном исполнении, грунтование грунтом ФЛ-03К:

m_гэ = 2 ∙ n_р,фл ∙ Т_а = 2 ∙ 4,0618 ∙ 1 = 8,1236 кг;

- линия окрашивания тракторов в экспортном исполнении, окрашивание эмалью МЛ-152:

m_ээ = 2 ∙ n_р,э ∙ Т_а = 2 ∙ 6,6699 ∙ 1 = 13,3398 кг.

2.1.4. Масса растворителя m_рб (кг), испаряющегося со свободной поверхности бассейна коагуляции F_бк = 226,84 м² за время аварийной ситуации T_а = 3600 с [1], составит:

m_рб = W_c ∙ F_бк ∙ Т_а = 3,1919 ∙ 10^-5 ∙ 226,84 ∙ 3600 = 26,0658 кг.

2.2. Разгерметизация красконагнетательного бака при работающем конвейере.

2.2.1. Масса растворителя, поступающего в помещение при аварийной ситуации из красконагнетательного бака V_бк = 60 л = 0,06 м³ и трубопроводов диаметром d_бко = d_бко = 0,04 м и длиной (L_бко + L_бкп) = 312 м, составит:

 

 

2.2.2. Площадь испарения F_и,бк (м²) с поверхности разлившейся из бака и трубопровода эмали МЛ-152 будет равна:

2.2.3. Масса растворителя m_рбб (кг), испаряющегося со свободной поверхности бассейна коагуляции и с поверхности разлившейся эмали МЛ-152 из красконагнетательного бака, будет равна:

m_рбб = m_рб + W_c ∙ F_и,бк ∙ Т_а = 26,0658 + 3,1919 ∙ 10^-5 ∙ 458,6 ∙ 3600 = 78,7628 кг.

2.2.4. Масса растворителя m_рк (кг), испаряющегося с окрашенных изделий при работающем конвейере (п. 2.1.3), составит:

m_рк = m_эc + m_гэ + m_ээ = 53,3726 + 8,1236 + 13,3398 = 74,836 кг.

2.2.5. Масса паров растворителя m_п,р (кг), поступившая в объем помещения при аварийной ситуации, будет равна:

m_п,р = m_рбб+ m_рк = 78,7628 + 74,836 = 153,5988 кг.

2.3. Разгерметизация красконагнетательного бака, остановка конвейера.

2.3.1. Масса растворителя m_рбб (кг), испаряющегося со свободной поверхности бассейна и с поверхности разлившейся эмали МЛ-152 из красконагнетательного бака (п. 2.2.3).

2.3.2. Площадь окрашиваемых поверхностей, находящихся на технологических линиях окраски тракторов в экспортном и серийном исполнении, и масса растворителя, содержащегося в лакокрасочных материалах, нанесенных на эти поверхности, составят:

- участок нанесения грунта ФЛ-03К, линия окрашивания тракторов в экспортном исполнении:

F_го = 260 м²;

 

m_гэо = K_и ∙ G_рфл ∙ F_го ∙ δ_г = 2 ∙ 2,66 ∙ 10^-3 ∙ 260 ∙ 15 = 20,7480 кг;

- участок сушки грунта ФЛ-03К, линия окрашивания тракторов в экспортном исполнении:

F_гс = 227,5 м²;

 

m_гэс = G_рфл ∙ F_гс ∙ δ_г = 2,66 ∙ 10^-3 ∙ 227,5 ∙ 15 = 9,0772 кг;

- участок нанесения эмали МЛ-152, линия окрашивания тракторов в экспортном исполнении:

F_эо = 305,5 м²;

 

m_эоэ = K_и ∙ G_рэ ∙ F_эо ∙ δ_э = 2 ∙ 3,276 ∙ 10^-3 ∙ 305,5 ∙ 20 = 40,0327 кг;

- участок сушки эмали МЛ-152, линия окрашивания тракторов в экспортном исполнении:

F_эсэ = 500,5 м²;

 

m_эсэ = G_рэ ∙ F_эсэ ∙ δ_э = 3,276 ∙ 10^-3 ∙ 500,5 ∙ 20 = 32,7928 кг;

- участок нанесения эмали МЛ-152, линия окрашивания тракторов в серийном исполнении:

F_эoc = 533 м²;

 

m_эос = К_и ∙ G_рэ ∙ F_эос ∙ δ_э = 2 ∙ 3,276 ∙ 10^-3 ∙ 533 ∙ 20 = 69,8443 кг;

- участок сушки эмали МЛ-152, линия окрашивания тракторов в серийном исполнении:

F_эсс = 1092 м²;

 

m_эсс = G_рэ ∙ F_эсс ∙ δ_э = 3,276 ∙ 10^-3 ∙ 1092 ∙ 20 = 71,5478 кг.

2.4. Разгерметизация трубопровода, подающего природный газ в теплогенераторы, остановка конвейера.

2.4.1. Масса газа , поступающего из трубопровода (п. 2.1.2).

2.4.2. Масса растворителя, испаряющегося с окрашенных поверхностей и со свободной поверхности (пп. 2.3.2 и 2.1.4).

3. Расчет избыточного давления взрыва ∆Р для различных вариантов аварийных ситуаций проводится согласно формуле (А.1) [1].

3.1. Разгерметизация трубопровода, подающего природный газ в теплогенераторы, при работающем конвейере:

 

 

 

Расчетное избыточное давление взрыва не превышает 5 кПа, следовательно, при данном варианте аварийной ситуации помещение малярно-сдаточного цеха не относится к категории А или Б.

3.2. Разгерметизация красконагнетательного бака при работающем конвейере:

 

 

= 0,04942 ∙ (17,8269 + 19,1676) = 1,83 кПа.

Расчетное избыточное давление взрыва не превышает 5 кПа, следовательно, при данном варианте аварийной ситуации помещение малярно-сдаточного цеха не относится к категории А или Б.

3.3. Разгерметизация красконагнетательного бака, остановка конвейера:

 

 

 

 

= 0,04942 ∙ (17,8269 + 62,5062) = 3,97 кПа.

Расчетное избыточное давление взрыва не превышает 5 кПа, следовательно, при данном варианте аварийной ситуации помещение малярно-сдаточного цеха не относится к категории А или Б.

3.4. Разгерметизация трубопровода, подающего природный газ в теплогенераторы, остановка конвейера:

 

 

 

 

= 0,2965 ∙ (9,2135 + 0,9833 + 10,4177) = 6,11 кПа.

Расчетное избыточное давление взрыва превышает 5 кПа, следовательно, при данном варианте аварийной ситуации помещение малярно-сдаточного цеха относится к категории А.

Пример 19

1. Исходные данные.

1.1. Помещение отделения консервации и упаковки станков. В помещении производится обезжиривание поверхностей станков в водном растворе тринатрийфосфата с синтанолом ДС-10, обезжиривание отдельных деталей станков уайт-спиритом и обработка поверхностей станков (промасливание) индустриальным маслом И-50. Размеры помещения L×S×Н = 54,0 ∙ 12,0 ∙ 12,7 м. Объем помещения V_п = 8229,6 м³. Свободный объем помещения V_св = 0,8 ∙ 8229,6 = 6583,7 м³ ≈ 6584 м³. Площадь помещения F = 648 м². Обезжиривание станков раствором тринатрийфосфата (m₁ = 20,7 кг) с синтанолом ДС-10 (m₂ = 2,36 кг) осуществляется в ванне размером L₁×S₁×Н₁ = 1,5 ∙ 1,0 ∙ 1,0 м (F₁ = 1,5 м²). Отдельные детали станков обезжириваются в вытяжном шкафу размером L₂×S₂×H₂ = 1,2 ∙ 0,8 ∙ 2,85 м (F₂ = 0,96 м²) уайт-спиритом, который хранится в шкафу в емкости объемом V_а = 3 л = 0,003 м³ (суточная норма). Обработка поверхностей станков производится в ванне с индустриальным маслом И-50 размером L₃×S₃×H₃ = 1,15 ∙ 0,9 ∙ 0,72 м (F₃ = 1,035 м², V₃ = 0,7452 м³) при температуре t = 140 °С. Масса индустриального масла И-50 в ванне m₃ = 538 кг. Рядом с ванной для промасливания станков расположено место для упаковки станков размером L₄×S₄ = 6,0 ∙ 4,0 м (F₄ = 24,0 м²), на котором находится упаковочная бумага массой m₄ = 24 кг и обшивочные доски массой m₅ = 1650 кг.

1.2. Тринатрийфосфат - негорючее вещество. Брутто-формула уайт-спирита С_10,5Н_21,0. Молярная масса уайт-спирита M = 147,3 кг ∙ кмоль^-1. Константы уравнения Антуана для уайт-спирита: А = 7,13623; В = 2218,3; С_а = 273,15. Температура вспышки уайт-спирита t_всп > 33 °С, индустриального масла И-50 t_всп = 200 °С, синтанола ДС-10 ρ_ж = 247 °С. Плотность жидкости при температуре t = 25 °С: уайт-спирита ρ_ж = 790 кг ∙ м^-3, индустриального масла И-50 ρ_ж = 903 кг ∙ м^-3, синтанола ДС-10 ρ_ж = 980 кг ∙ м^-3. Теплота сгорания уайт-спирита , индустриального масла И-50 по формуле Басса  = 50460 - 8,545 ∙ ρ_ж = 50460 - 8,545 ∙ 903 = 42744 кДж ∙ кг^-1 = 42,744 МДж ∙ кг^-1, упаковочной бумаги  = 13,272 МДж ∙ кг^-1, древесины обшивочных досок  = 20,853 МДж ∙ кг^-1.

2. Обоснование расчетного варианта аварии.

При определении избыточного давления взрыва в качестве расчетного варианта аварии принимается разгерметизация емкости с уайт-спиритом. За расчетную температуру принимается максимальная абсолютная температура воздуха в данном районе (г. Вологда) согласно [3] t_р = 35 °С. Плотность паров уайт-спирита при t_р = 35 °С  Длительность испарения по п. А.1.2 е) [1] Т = 3600 с.

3. Объем V_ж и площадь разлива F_и поступившего в помещение при расчетной аварии уайт-спирита согласно п. А.1.2. [1] составят:

V_ж = V_а = 0,003 м³ = 3 л;

 

F_и =1,0 ∙ 3 = 3 м².

4. Определяем давление Р_н насыщенных паров уайт-спирита при расчетной температуре t_p = 35 °С:

 

Р_н = 0,87 кПа.

5. Интенсивность испарения W уайт-спирита составит:

6. Масса паров уайт-спирита т, поступивших в помещение, будет равна:

m = 1,056 ∙ 10^-5 ∙ 3 ∙ 3600 = 0,114 кг.

7. Избыточное давление взрыва ∆Р согласно формуле (22) Пособия составит:

8. Расчетное избыточное давление взрыва не превышает 5 кПа. Помещение отделения консервации и упаковки станков не относится к категории А или Б. Согласно п. Б.2 и табл. Б.1 [1] проведем проверку принадлежности помещения к категориям В1 - В4.

9. В соответствии с п. Б.2 [1] определим пожарную нагрузку Q и удельную пожарную нагрузку g:

G₃ = m₃ = 538 кг, G₄ = m₄ = 24 кг, G₅ = m₅ = 1650 кг;

 

Q = 538 ∙ 42,744 + 24 ∙ 13,272 + 1650 ∙ 20,583 = 57277 МДж;

 

S = F₃ + F₄ = 1,035 + 24,0 = 25,035 м²;

 

10. Удельная пожарная нагрузка превышает 2200 МДж ∙ м^-2. Помещение отделения консервации и упаковки станков согласно табл. Б.1 [1] относится к категории В1.

Пример 20

1. Исходные данные.

1.1. Помещение первичных и вторичных смесителей, насосов и фильтров. В этом помещении осуществляется приготовление смеси для пропитки гидроизоляционных материалов и производится ее подача насосами в пропиточные ванны производственных линий, находящиеся в другом помещении. В качестве компонентов смеси используются битум БНК 45/190, полипропилен и наполнитель (тальк). Всего в помещении находится 8 смесителей: 6 смесителей объемом V_a = 10 м³ каждый, из которых каждые два заполнены битумом, а один пустой; 2 смесителя объемом V_a = 15 м³ каждый. Все смесители обогреваются диатермическим маслом (аллотерм-1), подаваемым из помещения котельной и имеющим температуру t = 210 °С. Температура битума и смеси в смесителях t = 190 °С. Смесь состоит из битума БНК 45/190 - 8 т, полипропилена - 1 т, талька - 1 т. Полипропилен подается в единичной таре в виде гранул массой m₁ = 250 кг. В 1 т гранулированного полипропилена содержится до 0,3 кг пыли. Полипропилен загружается из тары в бункер смесителя объемом V_a = 1 м³. Количество полипропилена в бункере m₂ = 400 кг, следовательно, пыли в этом бункере в грануляте содержится m₃ = 0,12 кг.

Полипропилен и его сополимеры в процессе переработки при его нагревании выше температуры t = 150 °С могут выделять в воздух летучие продукты термоокислительной деструкции, содержащие органические кислоты, карбонильные соединения, оксид углерода. При этом на 1 т сырья выделяется 1,7 кг газообразных продуктов (в пересчете на уксусную кислоту).

Размеры помещения L×S×Н = 24 ∙ 36 ∙ 12 м. Объем помещения V_п = 10368 м³. Свободный объем помещения V_св = 0,8 ∙ 10368 = 8294,4 м³. Площадь помещения F = 864 м².

Производительность насоса с диатермическим маслом (аллотерм-1) n₁ = 170 м³ ∙ ч^-1 = 0,0472 м³ ∙ с^-1 = 71,5 кг ∙ с^-1. Всего в системе циркуляции диатермического масла находится m₄ = 15 т масла. Максимальная длина подводящих и отводящих трубопроводов с диатермическим маслом между ручными задвижками и смесителями L₁ = 19 м, диаметр d₁ = 150 мм = 0,15 м. Производительность насоса, подающего смесь в пропиточную ванну, n₂ = 10 м³ ∙ ч^-1 = 0,00278 м³ ∙ с^-1 = 2,78 кг ∙ с^-1 (по битуму с полипропиленом 2,5 кг ∙ с^-1), а отводящего смесь в смесители из ванн n₃ = 5 м³ ∙ ч^-1 = 0,00139 м³ ∙ с^-1 = 1,39 кг ∙ с^-1 (по битуму с полипропиленом 1,25 кг ∙ с^-1). Максимальная длина подводящих и отводящих трубопроводов со смесью между ручными задвижками и смесителями L₂ = 15 м, диаметр d₂ = 150 мм = 0,15 м. Производительность насоса, перекачивающего битум из резервуара, расположенного в другом помещении, в смесители, n₄ = 25 м³ ∙ ч^-1 = 0,007 м³ ∙ с^-1 = 7 кг ∙ с^-1. Максимальная длина подводящего трубопровода между ручной задвижкой и смесителем L₃ = 20 м, диаметр d₃ = 150 мм = 0,15 м.

По данным технологического регламента с 1 т гранулированного полипропилена при загрузке в смеситель в помещение поступает 30 г (0,03 кг) содержащейся в грануляте пыли. Текущая влажная пылеуборка производится не реже 1 раза в смену, генеральная влажная пылеуборка не реже 1 раза в месяц. Производительность по перерабатываемому полипропилену n₅ = 1,65 т ∙ ч^-1. Доли выделяющейся в объем помещения пыли, оседающей на труднодоступных и доступных для уборки поверхностях, соответственно β₁ = 0,2 и β₂ = 0,8.

1.2. Тальк - негорючее вещество. Температура вспышки битума БНК 45/190 t_всп = 212 °С, аллотерма-1 t_всп = 214 °С. Плотность жидкости битума ρ_ж = 1000 кг ∙ м^-1, аллотерма-1 ρ_ж = 1514 кг ∙ м^-3. Теплота сгорания битума по формуле Басса Н_т =  = 50460 - 8,545 ∙ ρ_ж = 41915 кДж ∙ кг^-1 = 41,92 МДж ∙ кг^-1, аллотерма-1 Н_т = = 50460 - 8,545 ∙ 1514 = 37523 кДж ∙ кг^-1 = 37,52 МДж ∙ кг^-1, полипропилена Н_т = = 44000 кДж ∙ кг^-1 = 44,0 МДж ∙ кг^-1.

2. Обоснование расчетного варианта аварии.

При определении избыточного давления взрыва в качестве расчетного из двух вариантов аварии принимается наиболее неблагоприятный по последствиям взрыва. За первый вариант аварии принимается разгерметизация бункера при загрузке полипропилена в смеситель. За второй вариант принимается разгерметизация трубопровода на участке между смесителем и задвижкой перед насосом, перекачивающим смесь из ванны в смеситель.

2.1. Разгерметизация бункера при загрузке полипропилена в смеситель. Расчет проводим в соответствии с пп. А.3.2 - А.3.6.

2.1.1. Интенсивность пылеотложений n₆ в помещении при загрузке в бункера смесителей полипропилена из тары по исходным данным составит:

n₆ = 0,03 ∙ 1,65 = 0,0495 кг ∙ ч^-1.

2.1.2. Масса пыли М₁, выделяющейся в объем помещения за период (30 дней = 720 ч) между генеральными пылеуборками (β₁ = 0,2; α = 0), будет равна:

m₁ = 0,0495 ∙ 720 ∙ 0,2 = 7,128 кг.

2.1.3. Масса пыли M₂, выделяющейся в объем помещения за время (8 ч) между текущими пылеуборками (β₂ = 0,8; α = 0), будет равна:

m₂ = 0,0495 ∙ 8 ∙ 0,8 = 0,317 кг.

2.1.4. Масса отложившейся в помещении пыли к моменту аварии m_п (К_г = 1,0; К_у = 0,7) и масса взвихрившейся пыли m_вз (К_вз = 0,9) составят:

 

2.1.5. Масса пыли m_ав, поступившей в помещение в результате аварийной ситуации, будет равна:

m_ав = m₃ = 0,12 кг.

2.1.6. Расчетная масса взвешенной в объеме помещения пыли m, образовавшейся в результате аварийной ситуации, составит:

m = 9,572 + 0,12 = 9,692 кг.

2.2. Разгерметизация трубопровода на участке между смесителем и задвижкой перед насосом, перекачивающим смесь из ванны в смеситель. Расчет проводим в соответствии с п. А.1.2 [1] и исходными данными.

2.2.1. Масса вышедшей из смесителя (V_a = 15 м³) и трубопровода смеси при работающем насосе m_см будет равна (q = n₃; T_а = 300 с):

 

∙ 1000 = 15682 кг.

2.2.2. Масса полипропилена m_пр в массе m_см составит, при соотношении битума, полипропилена и талька 8:1:1:

2.2.3. Масса летучих углеводородов m, выделяющихся при термоокислительной деструкции из полипропилена, входящего в состав разлившейся смеси (из 1 т полипропилена выделяется 1,7 кг газообразных продуктов), будет равна:

m = 0,0017 ∙ m_пр = 0,0017 ∙ 1568,2 = 2,7 кг.

3. Избыточное давление взрыва ∆Р для двух расчетных вариантов аварии определяем по формулам (22) и (43) Пособия.

3.1. Избыточное давление взрыва ∆Р при аварийной ситуации, связанной с разгерметизацией бункера при загрузке полипропилена в смеситель, составит:

3.2. Избыточное давление взрыва ∆Р при аварийной ситуации, связанной с разгерметизацией трубопровода на участке между смесителем и задвижкой перед насосом, перекачивающим смесь из ванны в смеситель, составит:

4. Расчетное избыточное давление взрыва для каждого из вариантов аварии не превышает 5 кПа. Помещение первичных и вторичных смесителей, насосов и фильтров не относится к категории А или Б. Согласно п. Б.2 и табл. Б.1 [1] проведем проверку принадлежности помещения к категориям В1 - В4.

5. Учитывая, что в помещении находится достаточно большое количество горючих веществ, проведем для упрощения расчет только по битуму и смеси, находящихся в 4 смесителях объемом V_a = 10 м³ каждый и в двух смесителях объемом V_а = 15 м³ каждый. При этом количество циркулирующего диатермического масла не принимается во внимание. Также для упрощения расчет проведем с использованием единой теплоты сгорания для всех компонентов и веществ по битуму, равной

6. В соответствии с п. Б.2 [1] определим пожарную нагрузку Q и удельную пожарную нагрузку g:

G = 4 ∙ 10 ∙ 1000 + 2 ∙ 15 ∙ 0,9 ∙ 1000 = 67000 кг;

 

Q = 67000 ∙ 41,92 = 2808640 МДж;

 

S = F = 864 м²;

 

7. Удельная пожарная нагрузка превышает 2200 МДж ∙ м^-2. Помещение первичных и вторичных смесителей, насосов и фильтров согласно табл. Б.1 [1] относится к категории В1.

5.8. Примеры расчетов категорий зданий по взрывопожарной и пожарной опасности

5.8.1. Здания категории А

Пример 21

1. Исходные данные. Производственное шестиэтажное здание. Общая площадь помещений здания F = 9000 м². В здании находятся помещения категории А суммарной площадью F_A = 400 м².

2. Определение категории здания.

Суммарная площадь помещений категории А составляет 4,44 % и не превышает 5 % площади всех помещений здания, но более 200 м². Согласно п. 6.2 [1] здание относится к категории А.

Пример 22

1. Исходные данные. Производственное трехэтажное здание. Общая площадь помещений здания F = 20000 м². В здании находятся помещения категории А суммарной площадью F_A = 2000 м². Эти помещения оборудованы установками автоматического пожаротушения.

2. Определение категории здания.

Суммарная площадь помещений категории А, оборудованных установками автоматического пожаротушения, составляет 10 % и не превышает 25 % площади всех помещений здания, но более 1000 м². Согласно п. 6.2 [1] здание относится к категории А.

5.8.2. Здания категории Б

Пример 23

1. Исходные данные.

Производственное шестиэтажное здание. Общая площадь помещений здания F = 32000 м². Площадь помещений 2 2 категории А составляет F_A = 150 м², категории Б - F_B = 400 м², суммарная категорий А и Б - F_{A, Б} = 550 м².

2. Определение категории здания.

Суммарная площадь помещений категории А составляет 0,47 % и не превышает 5 % площади всех помещений здания и 200 м². Согласно п. 6.2 [1] здание не относится к категории А. Суммарная площадь помещений категорий А и Б составляет 1,72 % и не превышает 5 % площади всех помещений здания, но более 200 м². Согласно п. 6.4 [1] здание относится к категории Б.

Пример 24

1. Исходные данные.

Производственное двухэтажное здание. Общая площадь помещений здания F = 15000 м². Площадь помещений категории А составляет F_а = 800 м², категории Б - F_B = 600 м², суммарная категорий А и Б - F_{A, Б} = 1400 м². Помещения категорий А и Б оборудованы установками автоматического пожаротушения.

2. Определение категории здания.

Суммарная площадь помещений категории А, оборудованных установками автоматического пожаротушения, составляет 5,33 % и не превышает 25 % площади всех помещений здания и 1000 м². Согласно п. 6.3 [1] здание не относится к категории А. Суммарная площадь помещений категорий А и Б, оборудованных установками автоматического пожаротушения, составляет 9,33 % и не превышает 25 % площади всех помещений здания, но более 1000 м². Согласно пп. 6.4 и 6.5 [1] здание относится к категории Б.

5.8.3. Здания категории В

Пример 25

1. Исходные данные.

Производственное восьмиэтажное здание. Общая площадь помещений здания F = 40000 м². В здании отсутствуют помещения категорий А и Б. Площадь помещений категорий В1 - В3 составляет F_В = 8000 м².

2. Определение категории здания.

Суммарная площадь помещений категорий В1 - В3 составляет 20 % площади всех помещений здания, что более 10 %. Согласно п. 6.6 [1] здание относится к категории В.

Пример 26

1. Исходные данные.

Производственное трехэтажное здание. Общая площадь помещений здания F = 12000 м². Площадь помещений категорий А и Б составляет F_{А, Б} = 180 м², категорий В1 - В3 - F_В = 5000 м², суммарная категорий А, Б, В1 - В3 - F_{a, Б, В} = 5180 м².

2. Определение категории здания.

Суммарная площадь помещений категорий А и Б составляет 1,5 % площади всех помещений здания и не превышает 200 м². Согласно пп. 6.2 и 6.4 здание не относится к категории А или Б. Суммарная площадь помещений категорий А, Б, В1 - В3 составляет 43,17 % площади всех помещений здания, что более 5 %. Согласно п. 6.6 [1] здание относится к категории В.

Пример 27

1. Исходные данные.

Производственное двухэтажное здание. Общая площадь помещений здания F = 20000 м². Площадь помещений категорий А и Б составляет F_{А, Б} = 900 м², категорий В1 - В3 - F_В = 4000 м², суммарная категорий А, Б, В1 - В3 - F_{А, Б, В} = 4900 м². Помещения категории А, Б, В1 - В3 оборудованы установками автоматического пожаротушения.

2. Определение категории здания.

Суммарная площадь помещений категорий А и Б, оборудованных установками автоматического пожаротушения, составляет 4,5 % и не превышает 25 % площади всех помещений здания и 1000 м². Согласно пп. 6.3 и 6.5 [1] здание не относится к категориям А или Б. Суммарная площадь помещений категорий А, Б, В1 - В3 составляет 24,5 % и не превышает 25 % площади всех помещений здания, но более 3500 м². Согласно п. 6.7 [1] здание относится к категории В.

5.8.4. Здания категории Г

Пример 28

1. Исходные данные.

Производственное шестиэтажное здание. Общая площадь помещений здания F = 30000 м². Помещения категорий А и Б в здании отсутствуют. Площадь помещений категорий В1 - В3 составляет F_B = 1800 м², категории Г - F_Г = 2000 м², суммарная площадь помещений категорий В1 - В3, Г - F_{В, Г} = 3800 м².

2. Определение категории здания.

Суммарная площадь помещений категорий В1 - В3 составляет 6 % и не превышает 10 % площади всех помещений здания. Согласно п. 6.6 [1] здание не относится к категории В. Суммарная площадь помещений категорий В1 - В3, Г составляет 12,67 % площади всех помещений здания, что превышает 5 %. Согласно пп. 6.6 и 6.8 [1] здание относится к категории Г.

Пример 29

1. Исходные данные.

Производственное четырехэтажное здание. Общая площадь помещений здания F = 16000 м². Площадь помещений категорий А и Б составляет F_{А, Б} = 800 м², помещений категорий В1 - В3 - F_В = 1500 м², помещений категории Г - F_Г = 3000 м², суммарная категорий А, Б, В1 - В3 - F_{А, Б, В} = 2300 м², суммарная категорий А, Б, В1 - В3, Г - F_{A, Б, В, Г} = 5300 м². Помещения категорий А, Б, В1 - В3 оборудованы установками автоматического пожаротушения.

2. Определение категории здания.

Суммарная площадь помещений категорий А и Б, оборудованных установками автоматического пожаротушения, составляет 5 % и не превышает 25 % площади всех помещений здания и 1000 м². Согласно пп. 6.3 и 6.5 [1] здание не относится к категории А или Б. Суммарная площадь помещений категорий А, Б, В1 - В3, оборудованных установками автоматического пожаротушения, составляет 14,38 % и не превышает 25 % площади всех помещений здания и 3500 м². Согласно п. 6.7 [1] здание не относится к категории В. Суммарная площадь помещений категорий А, Б, В1 - В3, Г, где помещения категорий А, Б, В1 - В3 оборудованы установками автоматического пожаротушения, составляет 31,12 % площади всех помещений здания, что более 25 % и 5000 м². Согласно пп. 6.7, 6.8 и 6.9 [1] здание относится к категории Г.

5.8.5. Здания категории Д

Пример 30

1. Исходные данные.

Производственное одноэтажное здание. Общая площадь помещений здания F = 8000 м². Площадь помещений категорий А и Б составляет F_{А, Б} = 600 м², категорий В1 - В3 - F_В = 1000 м², категории Г - F_Г = 200 м², категорий В4 и Д - F_{В4, Д} = 6200 м², суммарная категорий А, Б, В1 - В3 - F_{А, Б, В} = 1600 м², суммарная категорий А, Б, В1 - В3, Г - F_{A, Б, В, Г} = 1800 м². Помещения категорий А, Б, В1 - В3 оборудованы установками автоматического пожаротушения.

2. Определение категории здания.

Суммарная площадь помещений категорий А и Б, оборудованных установками автоматического пожаротушения, составляет 7,5 % и не превышает 25 % площади всех помещений здания и 1000 м². Согласно пп. 6.3 и 6.5 [1] здание не относится к категории А или Б. Суммарная площадь помещений категорий А, Б, В1 - В3, оборудованных установками автоматического пожаротушения, составляет 20 % и не превышает 25 % площади всех помещений здания и 3500 м². Согласно п. 6.7 [1] здание не относится к категории В. Суммарная площадь помещений категорий А, Б, В1 - В3, Г, где помещения категорий А, Б, В1 - В3 оборудованы установками автоматического пожаротушения, составляет 22,5 % и не превышает 25 % площади всех помещений здания и 5000 м². Согласно пп. 6.9 и 6.10 [1] здание не относится к категориям А, Б, В и Г. Следовательно, оно относится к категории Д.

Пример 31

1. Исходные данные.

Производственное пятиэтажное здание. Общая площадь помещений здания F = 25000 м². Помещения категорий А и Б в здании отсутствуют. Площадь помещений категорий В1 - В3 составляет F_В = 1000 м², категории Г - F_Г = 200 м², категорий В4 и Д - F_В4,Д = 23800 м², суммарная категорий В1 - В3, Г - F_{B, Г} = 1200 м².

2. Определение категории здания.

Суммарная площадь помещений категорий В1 - В3 составляет 4 % и не превышает 10 % площади всех помещений здания. Согласно п. 6.6 [1] здание не относится к категории В. Суммарная площадь помещений категорий В1 - В3, Г составляет 4,8 % и не превышает 5 % площади всех помещений здания. Согласно пп. 6.8 и 6.10 [1] здание не относится к категориям А, Б, В и Г. Следовательно, оно относится к категории Д.

Пример 32

1. Исходные данные.

Производственное двухэтажное здание. Общая площадь помещений F = 10000 м². Помещения категорий А, Б, В1 - В3 и Г отсутствуют. Площадь помещений категории В4 составляет F_В4 = 2000 м², категории Д - F_Д = 8000 м².

2. Определение категории здания.

Согласно п. 6.10 [1] здание относится к категории Д.

6. ТИПОВЫЕ ПРИМЕРЫ РАСЧЕТОВ КАТЕГОРИЙ НАРУЖНЫХ УСТАНОВОК ПО ПОЖАРНОЙ ОПАСНОСТИ

6.1. Наружные установки с горючими газами

Пример 33

1. Исходные данные.

1.1. Наружная установка. Емкость-сепаратор, расположенная на открытой площадке и предназначенная для отделения факельного газообразного пропилена от возможной влаги. Емкость-сепаратор размещается за ограждением факельной установки на расстоянии L₂ = 75 м (длина отводящего трубопровода) от факела и L₁ = 700 м (длина подводящего трубопровода) от наружной установки пропиленового холодильного цикла. На участках начала и конца подводящих и отводящих трубопроводов установлены автоматические задвижки (время срабатывания задвижек τ = 120 с). Диаметр подводящего и отводящего трубопроводов d_тр1 = - d_тр2 = 500 мм = 0,5 м. Объем емкости-сепаратора V_a = 50 м³. Давление газа Р = Р₁ = P₂ = 2500 кПа, расход газа G = 40000 кг ∙ ч^-1 = 11,1111 кг ∙ с^-1, температура газа t_г = 60 °С.

1.2. Молярная масса пропилена M = 42,08 кг ∙ кмоль^-1. Химическая формула C₃H₆. Удельная теплота сгорания пропилена Q_сг = 45604 кДж ∙ кг^-1 = 45,604 ∙ 10⁶ Дж ∙ кг^-1. Плотность пропилена при t_г = 60 °С составит:

2. Обоснование расчетного варианта аварии.

При определении избыточного давления взрыва ∆Р при сгорании смеси горючего газа с воздухом в открытом пространстве принимается разгерметизация трубопроводов или емкости-сепаратора, при которой масса поступившего газа в открытое пространство будет максимальной.

3. Масса m пропилена, поступившего в открытое пространство при расчетной аварии из трубопроводов (m₁, m₂) или емкости-сепаратора (m₃), определяется с учетом формул п. В.1.4 [1]:

 

∙0,785 ∙ 0,5² ∙ 700 ∙ 2500 ∙ 1,5387 = 1333,3 + 5284,5 = 6617,8 кг;

 

 

∙ 0,5² ∙ 75 ∙ 2500 ∙ 1,5387 = 1333,3 + 566,2 = 1899,5 кг;

 

m₃ = G ∙τ + 0,01 ∙ V_a ∙ Р ∙ ρ_г = 1333,3 + 0,01 ∙ 50 ∙ 2500 ∙ 1,5387 =

 

= 1333,3 + 1923,4 = 3256,3 кг.

Максимальная масса поступившего в открытое пространство при расчетной аварии пропилена составляет m = m₁ = 6617,8 кг.

4. Избыточное давление ∆Р (кПа) взрыва на расстоянии r = 30 м от наружной установки емкости-сепаратора согласно формулам (В.14) и (В.15) [1] составит:

 

 

= 101 ∙ (0,488 + 1,114 + 1,236) = 101 ∙ 2,838 = 287 кПа;

 

5. Расчетное избыточное давление взрыва превышает 5 кПа на расстоянии 30 м от наружной установки, следовательно, согласно п. 7.3 и табл. 2 [1] наружная установка емкости-сепаратора для отделения факельного газообразного пропилена от возможной влаги относится к категории АН.

Пример 34

1. Исходные данные.

1.1. Наружная установка. Изотермическое хранилище этилена (ИХЭ). Изотермический резервуар хранения этилена (ИРЭ) представляет собой двустенный металлический резервуар. Пространство между внутренней и наружной стеной заполнено теплоизоляцией - пористым слоем перлита. Объем резервуара V_p = 10000 м³. Максимальный коэффициент заполнения резервуара α = 0,95. Температура сжиженного этилена Т_ж = -103 °С = 170,2 К. Давление паров этилена в резервуаре Р_р = 103,8 кПа. Резервуар размещен в бетонном обваловании площадью F = 5184 м² (L = S = 72 м, H = 2,2 м).

При аварийной ситуации в обвалование поступает весь объем сжиженного этилена из резервуара, составляющий с учетом поступившего этилена из подводящих и отводящих трубопроводов до отсечных клапанов V_ж = 9850 м³ с массой m_ж = 5,5948 ∙ 10⁶ кг.

1.2. Молярная масса этилена М = 28,05 кг ∙ кмоль^-1 = 0,02805 кг ∙ моль^-1. Удельная теплота сгорания этилена Q_сг = 46988 кДж ∙ кг^-1 = 46,988 ∙ 10^-6 Дж ∙ кг^-1. Плотность сжиженного этилена при температуре его кипения Т_к = -103,7 °С = 169,5 К равна ρ_ж = 568 кг ∙ м^-3. Максимальная абсолютная температура воздуха и средняя скорость ветра (воздушного потока) в летний период в данном районе (г. Томск) согласно [3] составляют t_р = Т₀ = 36 °С = 309,2 К и U = 3 м ∙ с^-1 соответственно. Мольная теплота испарения сжиженного этилена L_исп = 481,62 кДж ∙ кг^-1 = 4,8162 ∙ 10⁵ Дж ∙ кг^-1 = 13509,4 Дж ∙ моль^-1. Коэффициент теплопроводности бетона λ_тв = 1,3 Вт ∙ м^-1 ∙ К^-1, воздуха λ_в = 0,0155 Вт ∙ м^-1 ∙ К^-1. Теплоемкость бетона С_тв = 840 Дж ∙ кг^-1 ∙ К^-1. Плотность бетона ρ_тв = 2000 кг ∙ м^-1. Кинематическая вязкость воздуха ν_в = 18,5 ∙ 10^-6 Па ∙ с = 1,62 ∙ 10^-5 м² ∙ с^-1. Плотность воздуха при t_р = 36 °С составит:

Плотность газообразного этилена при Т_ж = -103 °С составит:

2. Обоснование расчетного варианта аварии.

При определении избыточного давления взрыва ∆Р при сгорании смеси горючего газа с воздухом в открытом пространстве принимается разгерметизация трубопровода между изотермическим резервуаром хранения этилена и установленными в обваловании отсечными клапанами на подводящих и отводящих трубопроводах и выход сжиженного и газообразного этилена в окружающее пространство с разливом сжиженного этилена внутри обвалования.

3. Масса m₁ газообразного этилена, поступившего в открытое пространство при расчетной аварии из ИРЭ, определяется согласно формулам (В.2), (В.3) [1]:

m₁ = 0,01 ∙ Р_р ∙ (1 - α) ∙ V_p ∙ ρ_г = 0,01 ∙ 103,8 ∙ 0,05 ∙ 10000 ∙ 2,0121 = 1044 кг.

4. Удельная масса m_уд испарившегося сжиженного этилена за время t = 3600 с из обвалования в соответствии с формулой (В.11) [1] составит:

 

 

 

+ 0,14 ∙ 10⁵) = 32,95 кг ∙ м^-2;

 

 

 

F_и = F = 5184 м²;

 

5. Масса m паров (газов) этилена, поступивших при расчетной аварии в окружающее пространство, будет равна:

m = m₁ + m_уд ∙ F_и = 1044 + 32,95 ∙ 5184 = 1044+ 170813 = 171857 кг.

6. Избыточное давление ∆Р взрыва на расстоянии r = 30 м от наружной установки ИРЭ согласно формулам (В.14) и (В.15) [1] составит:

 

= 101 ∙ (1,442 + 9,754 + 33,084) = 101 ∙ 44,28 = 4472 кПа;

 

7. Расчетное избыточное давление взрыва превышает 5 кПа на расстоянии 30 м от наружной установки, следовательно, согласно п. 7.3 и табл. 2 [1] наружная установка изотермического резервуара этилена относится к категории АН.

Пример 35

1. Исходные данные.

Исходные данные аналогичны данным примера 33. Частота разгерметизации емкости под давлением с последующим истечением газа для всех размеров утечек представлена в табл. П.1.1 [7]. Для упрощенного расчета частоту реализации в течение года рассматриваемого сценария аварии для всех размеров утечек принимаем равной Q = 6,2 ∙ 10^-5 год^-1.

2. В соответствии с расчетами из примера 33 величина избыточного давления взрыва ∆Р на расстоянии r = 30 м от наружной установки равна 287 кПа.

3. Импульс волны давления i (Па ∙ с) вычисляется по формуле (В.23) [1]:

4. Вычисляем величину пробит-функции Pr по формулам (Г.1) и (Г.2) [1]:

Pr = 5 - 0,26 ∙ ln (V) = 5 - 0,26 ∙ ln (5,32 ∙ 10^-7) = 5 + 3,76 = 8,76;

 

 

= 6,24 ∙ 10^-11 + 5,32 ∙ 10^-7 = 5,32 ∙ 10^-7.

5. По табл. Г.1 [1] для полученного значения пробит-функции определяем условную вероятность поражения человека Q_d > 0,999. Принимаем Q_d = 1,0.

6. Пожарный риск Р(а) (год^-1) в определенной точке территории (а), на расстоянии 30 м от наружной установки, определяют с помощью соотношения (1) [1]:

Р(а) = Q_d ∙ Q = 1,0 ∙ 6,2 ∙ 10^-5 = 6,2 ∙ 10^-5 год^-1.

7. Величина пожарного риска при возможном сгорании пропилена с образованием волн давления превышает одну миллионную (10^-6) в год на расстоянии 30 м от наружной установки, следовательно, согласно табл. 2 [1] наружная установка емкости-сепаратора для отделения факельного газообразного пропилена от возможной влаги относится к категории АН.

Пример 36

1. Исходные данные.

Исходные данные аналогичны данным примера 33. Частота разгерметизации Q (год^-1) емкости под давлением с последующим истечением для всех размеров утечек при различных диаметрах d (м) истечения представлена в табл. П.1.1 [7] и соответственно составляет:

d₁ = 5 ∙ 10^-3 м, Q₁ = 4,0 ∙ 10^-5 год^-1;

 

d₂ = 12,5 ∙ 10^-3 м, Q₂ = 1,0 ∙ 10^-5 год^-1;

 

d₃ = 25 ∙ 10^-3 м, Q₃ = 6,2 ∙ 10^-6 год^-1;

 

d₄ = 50 ∙ 10^-3 м, Q₄ = 3,8 ∙ 10^-6 год^-1;

 

d₅ = 100 ∙ 10^-3 м, Q₅ = 1,7 ∙ 10^-6 год^-1;

 

полное разрушение, Q₆ = 3,0 ∙ 10^-7 год^-1.

2. Интенсивность истечения пропилена G_ист (кг ∙ м^-2 ∙ с^-1) в соответствии с исходными данными составляет:

3. Расход пропилена G (кг ∙ с^-1) через различные диаметры истечения составляет:

 

 

 

 

 

4. Масса пропилена m, поступившего в открытое пространство при разгерметизации емкости через различные диаметры истечения, составляет:

m₁ = G₁ ∙ τ + 0,01 ∙ V_a ∙ P - ρ_г = 11,1111 ∙ 10^-3 ∙ 120 + 0,01 ∙ 50 ∙ 2500 ∙ 1,5387 = 0,13 + 1923,4 = 1923,5 кг;

 

m₂ = 6,9444 ∙ 10^-3 ∙ 120 + 1923,4 = 1924,2 кг;

 

m₃ = 0,0278 ∙ 120+ 1923,4 = 1926,7 кг;

 

m₄ = 0,1111 ∙ 120 + 1923,4 = 1976,7 кг;

 

m₅ = 0,4444 ∙ 120 + 1923,4 = 1976,7 кг;

 

m₆ = 11,1111 ∙ 120 + 1923,4 = 3256,7 кг.

5. Избыточное давление взрыва ∆Р на расстоянии r = 30 м от наружной установки емкости-сепаратора при ее разгерметизации через различные диаметры истечения согласно формулам (В.14) и (В.15) [1] составит:

 

 

 

 

m_пр2 = 1,009 ∙ 1924,2 = 1941,4 кг;

 

 

m_пр3 = 1,009 ∙ 1926,7 = 1944 кг;

 

 

m_пр4 = 1,009 ∙ 1936,7 = 1954 кг;

 

 

m_пр5 = 1,009 ∙ 1976,7 = 1994 кг;

 

 

m_пр6 = 1,009 ∙ 3256,7 = 3286 кг.

6. Импульс волны давления i вычисляется по формуле (В.23) [1]:

 

 

 

 

 

7. Определяем величину пробит-функции Pr по формулам (Г.1) и (Г.2) [1]:

Pr₁ = 5 - 0,26 ∙ ln(V₁) = 5 - 0,26 ∙ ln(1,047 ∙ 10^-3) = 6,78;

 

 

Pr₂ = 5 - 0,26 ∙ ln(1,046 ∙ 10^-3) = 6,78;

 

 

Pr₃ = 5 - 0,26 ∙ ln(1,036 ∙ 10^-3) = 6,79;

 

 

Pr₄ = 5 - 0,26 ∙ ln(1,0005 ∙ 10^-3) = 6,79;

 

 

Pr₅ = 5 - 0,26 ∙ ln(8,873 ∙ 10^-4) = 6,83;

 

 

Pr₆ = 5 - 0,26 ∙ ln(4,131 ∙ 10^-5) = 7,62;

 

8. По табл. Г.1 [1] для полученных значений пробит-функции определяем условные вероятности поражения человека Q_d:

O_d1 = 0,962, Q_d2 = 0,962, Q_d3 = 0,963, Q_d4 = 0,963, Q_d5 = 0,966, Q_d6 = 0,996.

9. Пожарный риск P(a) в определенной точке территории (а), на расстоянии 30 м от наружной установки, вычисляют с помощью соотношения (1) [1]:

Р(а) = Q_d1 ∙ Q₁ + Q_d2 ∙ Q₂ + Q_d3 ∙ Q₃ + Q_d4 ∙ Q₄ + Q_d5 ∙ Q₅ +

 

+ Q_d6 ∙ Q₆ = 0,962 ∙ 4,0 ∙ 10^-5 + 0,962 ∙ 1,0 ∙ 10^-5 0,963 ∙

 

∙ 6,2 ∙ 10^-6 + 0,963 ∙ 3,8 ∙ 10^-6 + 0,966 ∙ 1,7 ∙ 10^-6 +

 

+ 0,996 ∙ 3,0 ∙ 10^-7 = 3,848 ∙ 10^-5 + 0,962 ∙ 10^-5 +5,971 ∙ 10^-6 +

 

+ 3,659 ∙ 10^-6 + 1,642 ∙ 10^-6 + 2,988 ∙ 10^-7 = 5,967 ∙ 10^-5.

10. Величина пожарного риска при возможном сгорании пропилена с образованием волн давления превышает одну миллионную (10^-6) в год на расстоянии 30 м от наружной установки, следовательно, согласно табл. 2 [1] наружная установка емкости-сепаратора для отделения факельного газообразного пропилена от возможной влаги относится к категории АН.

6.2. Наружные установки с легковоспламеняющимися жидкостями

Пример 37

1. Исходные данные.

1.1. Наружная установка. Склад ацетона. Представляет собой группу из 8 горизонтальных резервуаров объемом 10 м³ каждый (коэффициент заполнения резервуаров α = 0,9). Ацетон поступает из ж.-д. цистерны по подводящему трубопроводу через коллектор налива ацетона в резервуары склада. Раздача ацетона в отдельные емкости производится по отводящему трубопроводу через коллектор слива ацетона. Резервуары склада ацетона соединены между собой трубопроводами. На всех трубопроводах и коллекторах установлены ручные задвижки. Склад имеет грунтовое обвалование площадью F_об = F_и = 14 ∙ 17,6 = 246,4 м² (F_и - площадь испарения, м²). Высота обвалования Н_об = 1,5 м.

1.2. Молярная масса ацетона M = 58,08 кг ∙ кмоль^-1. Химическая формула С₃Н₆О. Температура вспышки t_всп = -18 °С. Удельная теплота сгорания ацетона Q_сг = 31360 кДж ∙ кг^-1 = 31,36 ∙ 10⁶ Дж ∙ кг^-1. Плотность жидкости ρ_ж = 790,8 кг ∙ м^-3. Абсолютная максимальная температура воздуха в данном районе (г. Пермь) [3] составляет t_p = 37 °С. Плотность паров ацетона при t_p = 37 °С составляет . Константы уравнения Антуана А = 6,37551, В = 1281,721, С_а = 237,088.

1.3. Давление насыщенных паров ацетона Р_н (кПа) при расчетной температуре t_p = 37 °С составит:

 

Р_н = 50,03 кПа.

1.4. Вычисляется интенсивность испарения W (кг ∙ м^-2 ∙ с^-1) ацетона в соответствии с формулой (В.10) [1]:

2. Обоснование расчетного варианта аварии.

При определении избыточного давления взрыва ∆Р при сгорании смеси горючих паров ацетона с воздухом в открытом пространстве принимается для упрощения расчетов разгерметизация одного резервуара с ацетоном, разлив поступившего из резервуара ацетона в обвалование, испарение ацетона с поверхности разлива и поступление паров ацетона в окружающее пространство.

3. Масса паров ацетона m (кг), поступивших в окружающее пространство, согласно формуле (В.8) [1] определяется из выражения:

m = W ∙ F_и ∙ Т = 3,8128 ∙ 10^-4 ∙ 246,4 ∙ 3600 = 338,2 кг.

4. Избыточное давление ∆Р (кПа) взрыва на расстоянии r = 30 м от наружной установки склада ацетона согласно формулам (В.14) и (В.15) составит:

 

 

5. Расчетное избыточное давление взрыва превышает 5 кПа на расстоянии 30 м от наружной установки, следовательно, согласно п. 7.3 и табл. 2 [1] наружная установка склада ацетона относится к категории АН.

Пример 38

1. Исходные данные.

1.1. Наружная установка. Открытая площадка для автоцистерны (АЦ), используемой для заполнения подземных резервуаров дизельным топливом. Объем дизельного топлива в АЦ V_ж = 6 м³. Площадка не имеет ограждения.

1.2. Молярная масса дизельного топлива M = 172,3 кг ∙ кмоль^-1. Химическая формула С_12,343Н_23,889. Температура вспышки t_всп > 35 °С. Удельная теплота сгорания дизельного топлива Q_cг = 43590 кДж ∙ кг^-1 = 43,59 ∙ 10⁶ Дж ∙ кг^-1. Плотность жидкости ρ_ж = 815 кг ∙ м^-3. Абсолютная максимальная температура воздуха в данном районе (г. Тула) [3] составляет t_p = 38 °С. Плотность паров дизельного топлива при t_р = 38 °С составляет:

Константы уравнения Антуана А = 5,07818, В = 1255,73, С_а = 199,523. Нижний концентрационный предел распространения пламени С_НКПР = 0,61 % (об.).

1.3. Давление насыщенных паров дизельного топлива Р_н при расчетной температуре t_p = 38 °С составит:

 

P_н = 0,62 кПа.

1.4. Вычисляется интенсивность испарения W дизельного топлива в соответствии с формулой (В.10) [1]:

2. Обоснование расчетного варианта аварии.

При определении избыточного давления взрыва ∆Р при сгорании смеси горючих паров дизельного топлива с воздухом в открытом пространстве принимается разгерметизация резервуара АЦ, разлив поступившего из резервуара АЦ дизельного топлива на горизонтальную поверхность, испарение дизельного топлива с поверхности разлива и поступление паров дизельного топлива в окружающее пространство.

3. Масса паров дизельного топлива m, поступивших в окружающее пространство с поверхности испарения F_и, определяется согласно п. В.1.3 г) и формуле (В.8) [1] из выражений:

m = W ∙ F_и ∙ T = 8,14 ∙ 10^-6 ∙ 900 ∙ 3600 = 26,374 кг;

 

F_и = 0,15 ∙ V_ж ∙ 1000 = 0,15 ∙ 6000 = 900 м².

4. Горизонтальный размер зоны R_НКПР, ограничивающий область концентраций, превышающих нижний концентрационный предел распространения пламени С_НКПР, согласно формуле (В.13) [1] составит:

5. Избыточное давление взрыва ∆Р в на расстоянии r = 30 м от наружной установки площадки для АЦ согласно формулам (В.14) и (В.15) [1] составит:

 

6. Расчетное избыточное давление взрыва превышает 5 кПа на расстоянии 30 м от наружной установки, следовательно, согласно п. 7.3 и табл. 2 [1] наружная установка площадки для автоцистерны с дизельным топливом относится к категории БН.

Пример 39

1. Исходные данные.

Исходные данные аналогичны данным примера 38. Частота разгерметизации резервуаров с ЛВЖ при давлении, близком к атмосферному, с последующим истечением жидкости для всех размеров утечки представлена в табл. П.1.1 [7] и соответственно составляет:

d₁ = 0,025 м, Q₁ = 8,8 ∙ 10^-5 ∙ год^-1;

 

d₂ = 0,1 м, Q₂ = 1,2 ∙ 10^-5 ∙ год^-1;

 

полное разрушение, Q₃ = 5,0 ∙ 10^-6 ∙ год^-1.

Частота реализации в течение года рассматриваемого сценария аварии для всех размеров утечек составляет Q = 1,05 ∙ 10^-4 год^-1.

2. В соответствии с расчетами из примера 38 величина избыточного давления взрыва ∆Р на расстоянии r = 30 м от наружной установки равна 11,2 кПа.

3. Импульс волны давления i вычисляется по формуле (В.23) [1]:

4. Определяем величину пробит-функции Pr по формулам (Г.1) и (Г.2) [1]:

Pr = 5 - 0,26 ∙ ln(V) = 5 - 0,26 ∙ ln(3,76 ∙ 10⁸) = -0,134;

 

5. По табл. П.4.2 и формуле (П.4.2) [6] для получения значения пробит-функции определяем условную вероятность поражения человека Q_d = 1,42 ∙ 10^-7.

6. Пожарный риск Р(а) в определенной точке территории (а), на расстоянии 30 м от наружной установки, рассчитывают с помощью соотношения (1) [1];

P(a) = Q_d Q = 1,42 ∙ 10^-7 ∙ 1,05 ∙ 10^-4 = 1,49 ∙ 10^-11 год^-1.

7. Величина пожарного риска при возможном сгорании паров дизельного топлива с образованием волн давления не превышает одну миллионную (10^-6) в год на расстоянии 30 м от наружной установки, следовательно, согласно табл. 2 [1] наружная установка открытой площадки для автоцистерны не относится к категории БН.

8. В соответствии с пп. 7.2 и 7.3 [1] проведем проверку наружной установки на принадлежность к категории ВН.

9. Проведем оценку параметров углового коэффициента облученности F_q, входящих в формулу (В.27) [1]:

 

F = F_и = 900 м²;

 

 

М = 0,04 кг ∙ м^-2 ∙ с^-1 (табл. В.1 [1]);

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

= 0,3185 ∙ [0,56 ∙ arctg1,274 - 1,051 ∙ {arctg0,527 -

 

-1,131 ∙ arctg0,875}] = 0,3185 ∙ [0,5115 + 0,3447] = 0,3185 ∙ 0,8562 = 0,2727;

 

 

 

 

 

= 0,3185 ∙ [0,996 ∙ arctg1,884 - 0,832 ∙ arctg0,875] =

 

= 3,185 ∙ [1,078 - 0,598] = 0,3185 ∙ 0,48 = 0,1529;

 

10. Определяем коэффициент пропускания атмосферы τ по формуле (В.34) [1]:

τ = ехр [-7,0 ∙ 10^-4 ∙ (r - 0,5 ∙ d)] = ехр [-7,0 ∙ 10^-4 ∙ (30 - 0,5 ∙ 33,86)] = 0,9909.

11. Вычисляем интенсивность теплового излучения q (кВт ∙ м^-2) при горении пролива жидкости по формуле (В.24) [1]:

q = E_f ∙ F_q ∙ τ = 25 ∙ 0,3126 ∙ 0,9909 = 7,74 кВт ∙ м^-2;

 

Е_f = 25 кВт ∙ м^-2 (табл. В.1 [1]).

12. Расчетная интенсивность теплового излучения превышает 4 кВт ∙ м^-2 на расстоянии 30 м от наружной установки, следовательно, согласно п. 7.3 и табл. 2 [1] наружная установка открытой площадки для автоцистерны с дизельным топливом относится к категории ВН.

6.3. Наружные установки с нагретыми горючими жидкостями

Пример 40

1. Исходные данные.

1.1. Наружная установка. Цех прядильных машин. Емкость-накопитель горячего масла-теплоносителя АМТ-300 расположена на открытой площадке. Объем масла-теплоносителя в емкости V_ж = 30 м³. На подводящих и отводящих трубопроводах установлены автоматические задвижки. Объем масла-теплоносителя АМТ-300, поступающего при аварийной разгерметизации емкости из подводящих и отводящих трубопроводов, составляет V_тр = 5 м³. Площадка не имеет ограждения. Температура нагрева теплоносителя t_ж = 280 °С = 553,2 К (T_а).

1.2. Молярная масса масла-теплоносителя АМТ-300 составляет M = 312,9 кг ∙ кмоль^-1. Химическая формула С_22,25Н_33,48S_0,34N_0,07. Температура вспышки t_всп > 170 °С. Удельная теплота сгорания масла-теплоносителя АМТ-300 равна Q_сг = 42257 кДж ∙ кг^-1 = 42,257 ∙ 10⁶ Дж ∙ кг^-1. Плотность жидкости при t_ж = 280 °С составляет С_ж = 794 кг ∙ м^-3. Теплоемкость теплоносителя при t_ж = 280 °С равна С_ж = 2480 Дж ∙ кг^-1 ∙ К^-1. Константы уравнения Антуана А = 6,12439, В = 2240,001, С_а = 167,85.

1.3. Давление насыщенных паров теплоносителя Р_н и при начальной температуре нагретого теплоносителя t_ж = 280 °С = 553,2 К (Га) составляет:

 

Р_н =13,26 кПа.

1.4. Теплота испарения теплоносителя L_исп (Дж ∙ кг^-1) согласно формуле (А.15) [1] будет равна:

 

2. Обоснование расчетного варианта аварии.

При определении избыточного давления взрыва ∆Р при сгорании смеси горючих паров теплоносителя с воздухом в открытом пространстве принимается разгерметизация емкости-накопителя горячего масла-теплоносителя АМТ-300, разлив поступившего из емкости теплоносителя на горизонтальную поверхность, испарение горячего теплоносителя с поверхности разлива и поступление паров теплоносителя в окружающее пространство.

3. Масса жидкости m_п (кг), поступившей в окружающее пространство, составляет:

m_п = (V_ж + V_тр) ∙ ρ_ж = (30 + 5) ∙ 794 = 27790 кг.

4. Масса паров m (кг), образующихся при испарении нагретой жидкости, определяется по соотношению (А.14) [1]:

 

5. Избыточное давление взрыва ∆Р на расстоянии r = 30 м от наружной установки емкости-накопителя масла-теплоносителя АМТ-300 согласно формулам (В.14) и (В.15) [1] составит:

 

6. Расчетное избыточное давление взрыва превышает 5 кПа на расстоянии 30 м от наружной установки, следовательно, согласно п. 7.3 и табл. 2 [1] наружная установка емкости-накопителя горячего масла-теплоносителя АМТ-300 относится к категории БН.

Пример 41

1. Исходные данные.

1.1. Наружная установка. Система водно-гликолевого обогрева. Резервуар хранения отработанного этиленгликоля расположен на открытой площадке. Объем этиленгликоля в емкости V_ж = 3,0 м³. На подводящих и отводящих трубопроводах установлены автоматические задвижки. Объем этиленгликоля, поступающего при аварийной разгерметизации резервуара из подводящих и отводящих трубопроводов, составляет V_тр = 0,2 м³. Площадка не имеет ограждения. Температура поступающего в резервуар хранения этиленгликоля t_ж = 120 °С = 393,2 К (T_а).

1.2. Молярная масса этиленгликоля М = 62,068 кг ∙ кмоль^-1. Химическая формула С₂Н₆О₂. Температура вспышки t_всп = 111 °С. Удельная теплота сгорания этиленгликоля Q_сг = 19329 кДж ∙ кг^-1 = 19329 ∙ 10⁶ Дж ∙ кг^-1. Плотность жидкости при t_ж = 120 °С равна ρ_ж = 987 кг ∙ м^-3. Теплоемкость жидкости при t_ж = 120 °С составляет С_ж = 2820 Дж ∙ кг^-1 ∙ К^-1. Константы уравнения Антуана А = 8,13754, В = 2753,183, С_а = 252,009. Абсолютная максимальная температура воздуха в данном районе (г. Ноглики, Сахалинская обл.) [3] составляет t_р = 37 °С.

1.3. Давление насыщенных паров этиленгликоля Р_н при начальной температуре жидкости t_ж = 120 °С = 393,2 К (T_а) составляет:

 

1.4. Теплота испарения этиленгликоля L_исп согласно формуле (А.15) [1] будет равна:

2. Обоснование расчетного варианта аварии.

При определении избыточного давления взрыва ∆Р при сгорании смеси горючих паров этиленгликоля с воздухом в открытом пространстве принимается разгерметизация резервуара с нагретым этиленгликолем, разлив поступившего из резервуара этиленгликоля на горизонтальную поверхность, испарение нагретого этиленгликоля с поверхности разлива и поступление паров этиленгликоля в окружающее пространство.

3. Масса жидкости m_п, поступившей в окружающее пространство, составляет:

m_п = (V_ж + V_тр) ∙ ρ_ж = (3,0 + 0,2) ∙ 987 = 3158,4 кг.

4. Масса паров m, образующихся при испарении нагретой жидкости, определяется по соотношению (А.14) [1]:

5. Избыточное давление взрыва ∆Р на расстоянии r = 30 м от наружной установки резервуара хранения отработанного этиленгликоля согласно формулам (В.14) и (В.15) [1] составит:

 

6. Избыточное давление взрыва на расстоянии 30 м от наружной установки не превышает 5 кПа, следовательно, согласно табл. 2 [1] наружная установка открытой площадки для резервуара хранения отработанного этиленгликоля не относится к категории БН.

7. В соответствии с пп. 7.2 и 7.3 [1] проведем проверку наружной установки на принадлежность к категории БН.

8. Проведем оценку параметров углового коэффициента облученности F_q, входящих в формулу (В.27) [1]:

 

F = F_и = 0,15 ∙ 1000 ∙ (V_ж + V_тр) = 0,15 ∙ 1000 ∙ (3 + 0,2) = 480 м²;

 

 

М = 0,04 кг ∙ м^-2 ∙ с^-1 (табл. B.1 [1]);

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

∙ [0,412 ∙ arctg0,921 - 0,840 ∙ {arctg0,646 - 1,113 ∙ arctg1,034}] =

 

= 0,3185 ∙ [0,3066 + 0,2681] = 0,1830;

 

 

 

 

 

- 0,912 ∙ arctg1,034] = 0,3185 ∙ [0,9978 - 0,7315] = 0,0848;

 

9. Определяем коэффициент пропускания атмосферы τ по формуле (В.34) [1]:

τ = ехр [-7,0 ∙ 10^-4 ∙ (r - 0,5 ∙ d)] = exp [-7,0 ∙ 10^-4 ∙ (30 - 0,5 ∙ 24,73)] = 0,9877.

10. Вычисляем интенсивность теплового излучения q при горении пролива жидкости согласно формуле (В.24) [1]:

q = Ef ∙ F_q ∙ τ = 19 ∙ 0,2017 ∙ 0,9877 = 3,78 кВт ∙ м^-2;

 

E_f = 19 кВт ∙ м^-2 (табл. В.1 [1] по нефти).

11. Расчетная интенсивность теплового излучения не превышает 4 кВт ∙ м^-2 на расстоянии 30 м от наружной установки, следовательно, согласно п. 7.3 и табл. 2 [1] наружная установка резервуара хранения отработанного этиленгликоля, расположенного на открытой площадке, не относится к категории ВН и относится к категории ДН.

6.4. Наружные установки с горючими пылями

Пример 42

1. Исходные данные.

1.1. Приемный бункер аспирационной системы цеха шлифовки изделий из древесины объемом 30 м³ выполнен из фильтрующей ткани и расположен под навесом на открытой территории предприятия.

1.2. В бункере накапливается мелкодисперсная древесная пыль (размер частиц менее 100 мкм) в количестве до 5000 кг. Теплота сгорания древесной пыли Н_т = 1,5 ∙ 10⁷ Дж ∙ кг^-1. Критический размер частиц взрывоопасной взвеси древесной пыли d^* = 250 мкм. Стехиометрическая концентрация принимается равной ρ_ст = 0,25 кг ∙ м^-3. В объеме фильтра возможно образование взрывоопасного облака древесной пыли при взвихрении отложений пыли (сорвавшихся со стенок бункера) поступающим в бункер потоком запыленного воздуха.

1.3. Сведения, необходимые для определения стехиометрической концентрации мучной пыли ρ_ст в воздухе при нормальных условиях (атмосферное давление 101,3 кПа, температура 20 °С), могут задаваться одним из трех способов:

1) прямым указанием величины: ρ_ст = 0,25 кг ∙ м^-3;

2) указанием сведений о брутто-формуле химического состава вещества, например, в виде C_yH_ВO_КN_А. В таком случае расчет ρ_ст производится на основе химического уравнения окисления данного вещества воздухом до соответствующих продуктов взаимодействия (СО₂, Н₂О и N₂) - по формуле

ρ_ст = 0,0087 ∙ (12 ∙ У + В + 16 ∙ К + 14 ∙ А) / (У + В / 4 - К / 2).

При наличии в брутто-формуле вещества других атомов, например S, P, Al, в расчете должны учитываться дополнительные продукты окисления SO₃, Р₂О₅, Al₂O₃;

3) результатами экспериментального измерения убыли массы кислорода ∆m_О в камере, где произведено выжигание пробной массы исследуемого вещества ∆m_X в атмосфере кислорода (например, в установке для определения теплоты сгорания вещества по ГОСТ 21261-91).

В этом случае расчет ρ_ст производится по формуле

ρ_ст = (∆m_X / ∆m_О) ∙ М_О,

где М_О - масса кислорода в 1 м³ воздуха; допускается принимать М_О = 0,24 кг ∙ м³.

2. Обоснование расчетного варианта аварии.

Поскольку в рассматриваемой установке не присутствуют горючие газы, легковоспламеняющиеся жидкости с температурой вспышки не более 28 °С, вещества и (или) материалы, способные гореть при взаимодействии с водой, кислородом воздуха и (или) друг с другом, данная установка не относится к категории АН.

Поскольку в установке присутствуют горючие пыли, необходимо исследовать возможность отнесения данной установки к категории БН. Для этого следует рассмотреть аварию, сопровождающуюся образованием облака горючей пыли и произвести расчет избыточного давления взрыва.

Аварийная ситуация, приводящая к воспламенению горючего пылевоздушного облака в объеме фильтра, связана с появлением в объеме бункера источника зажигания в виде:

- тлеющих частиц, принесенных потоком запыленного воздуха;

- разрядов статического электричества с энергией, превышающей минимальную энергию зажигания пылевоздушного облака.

Частота возникновения подобных аварийных ситуаций неизвестна.

Объем сгорающей в аварийном режиме аэровзвеси совпадает с объемом бункера V_ав = 30 м³.

3. Ввиду отсутствия сведений о частоте возникновения рассмотренной аварийной ситуации оказывается невозможным оценить величину пожарного риска. В соответствии с п. 7.3 [1] в этом случае допускается использовать критерии отнесения установки к категории БН по величине расчетного избыточного давления АР при сгорании пылевоздушной смеси на расстоянии 30 м от наружной установки.

Ниже приводится расчет ∆Р.

4. Коэффициент участия пыли во взрыве Z рассчитывается по формуле (А.16) [1] и составляет:

Z = 0,5 ∙ F = 0,5 ∙1 = 0,5

5. Расчетную массу взвешенной пыли m (кг), участвующей в развитии аварийной ситуации, определяют по формуле (В.17) [1]:

Поскольку m_вз + m_ав = 0 + 5000 = 5000 кг; ρ_ст ∙ V_ав / Z = 0,25 ∙ 30 / 0,5 = 15 кг, следует принять m = 15 кг.

Для надежного выполнения расчета АР целесообразно объяснить физический смысл использованной здесь формулы (А.17) [1]. Избыточное давление воздуха в помещении при горении взвеси объясняется тепловыделением реакции окисления дисперсного горючего кислородом воздуха. Поэтому в окончательном расчете давления взрыва присутствует общая масса сгоревшей в пылевоздушном облаке пыли m и теплотворная характеристика выгорания единичного количества пыли Н_т. Понятно, что масса m не может превысить общую массу пыли в этом облаке (m_вз + m_ав), которая записана в верхней строке формулы (А.17) [1]. Но масса m может быть меньше (m_вз + m_ав). Последнее происходит в случае горения пылевоздушных облаков, обогащенных горючим, когда для полного выгорания пыли в таком облаке не хватает кислорода воздуха. Для подобных «богатых» смесей масса выгорающей пыли будет ограничена содержанием кислорода в облаке, а потому она не должна превосходить величину ρ_ст ∙ V_ав, фигурирующую в нижней строке формулы (А.17) [1]. Добавим, что поправка (1/Z) к указанной величине обусловлена спецификой расчета ∆Р, куда масса сгоревшей пыли фактически входит в виде комплекса m ∙ Z.

6. Приведенную массу горючей пыли m_пр, кг, определяют по формуле (В.21) [1]:

m_пр = m ∙ Z ∙ Н_т / Н_т0 = 15 ∙ 0,1 ∙ 1,5 ∙ 10⁷ / 4,52 ∙ 10⁶ = 4,9 кг.

7. Определение избыточного давления взрыва ∆Р на расстоянии r = 30 м от наружной установки производится по формуле (В.22) [1]:

 

= 101,3 ∙ (0,8 ∙ 4,9^0,33 / 30 + 3 ∙ 4,9^0,66 / 30² + 5 ∙ 4,9 / 30³) = 5,6 кПа.

8. Поскольку ∆Р превышает 5 кПа, в соответствии с критерием п. 7.3 [1] рассматриваемую наружную установку следует отнести к категории БН.

Пример 43

1. Исходные данные.

Исходные данные аналогичны данным примера 42 с тем различием, что известна частота реализации в течение года рассматриваемого сценария развития аварии: Q = 10^-3 год^-1. Дополнительная информация: насыпная плотность древесной пыли составляет ρ_н = 300 кг ∙ м^-3, угол естественного откоса для отложения древесной пыли составляет α = 45°, массовая скорость выгорания отложения древесной пыли составляет 0,01 кг ∙ м^-2 ∙ с^-1; плотность воздуха ρ_в = 1,2 кг ∙ м^-3.

В рассматриваемой установке не присутствуют горючие газы, легковоспламеняющиеся жидкости с температурой вспышки не более 28 °С, вещества и (или) материалы, способные гореть при взаимодействии с водой, кислородом воздуха и (или) друг с другом. По этой причине данная установка не относится к категории АН.

В установке присутствуют горючие пыли. По этой причине необходимо исследовать возможность отнесения данной установки к категории БЫ. Для этого следует рассмотреть аварию, сопровождающуюся образованием облака горючей пыли и произвести расчет избыточного давления взрыва.

2. В соответствии с расчетами из предыдущего примера величина избыточного давления взрыва ∆Р на расстоянии r = 30 м от наружной установки составляет 5,6 кПа.

3. Импульс волны давления i, Па ∙ с, вычисляем по формуле (В.23) [1]:

4. Вычисляем величину пробит-функции Pr по формулам (Г.1) и (Г.2) [1]:

Pr = 5 - 0,26 ∙ ln ∙ (V) = 5 - 7,7 = -2,7,

 

где V = (17500 / ∆Р)^8,4 + (290 / i)^9,3 = (17500 / 5600)^8,4 + (290 / 11,7)^9,3 = 9,3 ∙ 10¹².

5. По табл. Г.1 [1] для полученного значения пробит-функции определяем условную вероятность поражения человека: Q_d < 0,001.

6. Пожарный риск Р(а) (год^-1) в определенной точке территории (а), на расстоянии 30 м от наружной установки, определяют с помощью соотношения (1) [1]:

Р(а) = Q_d ∙ Q < 10^-6 год^-1.

7. Поскольку Р(а) < 10^-6 год^-1, рассматриваемая наружная установка не относится в категории БН.

8. Таким образом, рассматриваемая наружная установка не относится к категориям АН и БН. В соответствии с требованиями п. 7.2 [1] рассмотрим возможность отнесения данной наружной установки к категории ВН. В установке присутствует только горючая пыль, и ответ на вопрос о принадлежности установки к категории ВН в соответствии с критерием п. 7.3 [1] зависит от расчетного значения интенсивности теплового излучения от очага пожара, вызванного загоранием просыпавшейся из установки пыли, на расстоянии r = 30 м от установки.

9. В соответствии с требованием п. В.4.1 следует выбирать наиболее неблагоприятный вариант аварии, при котором в горении участвует наибольшее количество пыли, что отвечает полному заполнению емкости бункера, то есть объему пыли, равному V_п = 30 м³. Такое количество пыли при просыпании на землю образует объект в виде конуса (угол откоса равен α = 45 °С) с высотой Н, равной радиусу основания R.

Приравнивая объем конуса к начальному объему пыли, получим:

(1 / 3) ∙ π ∙ R² ∙ H = V_п,

 

откуда следует: Н = R = (3 ∙ V_п / π)^1/3 = (3 ∙ 30 / 3,14)^1/3 = 3 м.

10. В соответствии с формулой (В.24) [1] интенсивность теплового излучения q, кВт ∙ м^-2, при горении твердых материалов рассчитывают по формуле

q = E_f ∙ F_q ∙ τ,

где E_f - среднеповерхностная плотность теплового излучения пламени, кВт ∙ м^-2; F_q - угловой коэффициент облученности; τ - коэффициент пропускания атмосферы.

В соответствии с примечанием к табл. В.1 допускается принимать E_f = 40 кВт ∙ м^-2.

Из общих соображений следует, что величина углового коэффициента облученности подчиняется соотношению

где S_max - максимально возможная площадь проекции тела, имеющего форму пламени вокруг горящего объекта; r_min - минимальное расстояние от пламени до точки, удаленной на расстояние r = 30 м от наружной установки.

Согласно п. В.5.1 [1] при горении тонкого цилиндрического слоя древесной пыли, лежащего на поверхности земли и имеющего диаметр d = 2R = 6 м, форму пламени можно представить цилиндром с основанием того же диаметра и высотой Н, равной

H = 42 ∙ d ∙ [М / (ρ_в ∙ g^0,5 ∙ d^0,5)]^0,61 = 42 ∙ 6 ∙ [0,01 / 1,2 ∙ 9,8^0,5 ∙ 6^0,5] = 3,84 м.

Поскольку форма просыпавшейся пыли представляет конус меньшей высоты (3 м), с достаточным запасом надежности будем аппроксимировать форму пламени вертикальным цилиндром диаметром 6 м и высотой, равной сумме высоты цилиндра и полученной ранее высоты пламени, то есть 6,84 м.

Для пламени рассматриваемой формы S_max = π ∙ R²; r_min = r - R. Таким образом,

F_q ≤ 3,14 ∙ 3² / (30 - 3)² = 0,04.

Согласно формуле (В.34) [1]

τ = ехр [-7 ∙ 10^-4 ∙ (r - R)] = ехр [-7 ∙ 10^-4 ∙ (30 - 3)] = 0,98.

Объединяя результаты оценок, получим: q ≤ 40 ∙ 0,04 ∙ 0,98 = 1,6 кВт ∙ м^-2.

11. Поскольку q < 4 кВт ∙ м^-2, в соответствии с критерием п. 7.3 [1] рассматриваемая наружная установка не относится к категории ВН.

12. В соответствии с требованиями п. 7.2 [1] рассмотрим возможность отнесения данной наружной установки к категории ГН. Поскольку в установке не присутствуют негорючие вещества и материалы в горячем, раскаленном и (или) расплавленном состоянии, процесс обработки которых сопровождается выделением лучистого тепла, искр и (или) пламени, а также не присутствуют горючие газы, жидкости и (или) твердые вещества, которые сжигаются или утилизируются в качестве топлива, данная установка не относится к категории ГН.

13. Поскольку рассматриваемая наружная установка не относится к категориям АН, БН, ВН и ГН, данную установку в соответствии с требованиями п. 7.2 [1] и табл. 2 следует отнести к категории ДН.

6.5. Наружные установки с горючими жидкостями

Пример 44

1. Исходные данные.

1.1. Наружная установка. Открытая площадка хранения индустриального масла И-5А в металлических бочках. Объем жидкости в 40 бочках V_ж = 7,2 м³. Площадка не имеет ограждения.

1.2. Индустриальное масло И-5А - горючая жидкость. Температура вспышки t_всп > 118 °С. Плотность жидкости при t_ж = 20 °С равна ρ_ж = 888 кг ∙ м^-3. Абсолютная максимальная температура воздуха в данном районе (г. Владимир) [3] составляет t_р = 37 °С.

2. Обоснование расчетного варианта аварии.

При расчете интенсивности теплового излучения при горении металлических бочек с индустриальным маслом И-5А принимается его разлив из бочек на горизонтальную поверхность и горение на поверхности разлива. Площадь разлива жидкости F = 1080 м².

3. В соответствии с пп. 7.2 и 7.3 [1] проведем проверку наружной установки на принадлежность к категории ВН.

4. Проведем оценку параметров углового коэффициента облученности F_q, входящих в формулу (В.27) [1]:

 

 

М = 0,04 кг ∙ м^-2 ∙ с^-1 (табл. В.1 [1]);

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

∙ [0,617 ∙ arctg1,412 - 1,111 ∙ {arctg0,486 - 1,134 ∙ arctg 0,812}] =

 

= 0,3185 ∙ [0,5890 + 0,3193] = 0,2893;

 

 

 

 

 

- 0,804 ∙ arctg0,812] = 3,185 ∙ [1,1126 - 0,5483] = 0,1797;

 

5. Определяем коэффициент пропускания атмосферы τ по формуле (В.34) [1]:

τ = ехр [-7,0 ∙ 10^-4 ∙ (r - 0,5 ∙ d)] = ехр [-7,0 ∙ 10^-4 ∙ (30 - 0,5 ∙ 37,1)] = 0,9920.

6. Вычисляем интенсивность теплового излучения q при горении пролива жидкости согласно формуле (В.24) [1]:

q = E_f ∙ F_q ∙ τ = 13 ∙ 0,3406 ∙ 0,9920 = 4,39 кВт ∙ м^-2;

 

E_f = 13 кВт ∙ м^-2 (табл. B.1 [1] по нефти).

7. Расчетная интенсивность теплового излучения превышает 4 кВт ∙ м^-2 на расстоянии 30 м от наружной установки, следовательно, согласно п. 7.3 и табл. 2 [1] наружная установка открытой площадки хранения индустриального масла в металлических бочках относится к категории ВН.

Пример 45

1. Исходные данные.

1.1. Наружная установка. Трансформатор, расположенный на открытой площадке. Объем трансформаторного масла в трансформаторе V_ж = 1,0 м³. Под трансформатором размещен поддон-маслосборник объемом V_м = 1,2 м³. Площадь поддона F = 20 м².

1.2. Трансформаторное масло - горючая жидкость. Температура вспышки t_всп > 135 °С. Плотность жидкости ρ_ж = 880 кг ∙ м^-3. Абсолютная максимальная температура воздуха в данном районе (г. Ростов-на-Дону) [3] составляет t_p = 40 °С.

2. Обоснование расчетного варианта аварии.

При расчете интенсивности теплового излучения при горении трансформатора с трансформаторным маслом принимается разлив трансформаторного масла в поддон-маслосборник и горение на поверхности жидкости в поддоне-маслосборнике площадью F = 20 м².

3. В соответствии с пп. 7.2 и 7.3 [1] проведем проверку наружной установки на принадлежность к категории ВН.

4. Проведем оценку параметров углового коэффициента облученности F_q, входящих в формулу (В.27) [1]:

 

 

М = 0,04 кг ∙ м^-2 ∙ с^-1 (табл. B.1 [1]);

 

 

 

 

 

 

 

 

∙ [0,084 ∙ arctg0,281 - 0,280 ∙ {arctg0,919 - 1,012 ∙ arctg 1,074}] =

 

= 0,3185 ∙ [0,0230 + 0,0246] = 0,0152;

 

 

 

∙ [1,000 ∙ arctg1,088 - 0,999 ∙ arctg1,074] = 3,185 ∙ [0,8275 - 0,8202] = 0,002325;

 

5. Определяем коэффициент пропускания атмосферы τ по формуле (В.34) [1]:

τ = ехр [-7,0 ∙ 10^-4 ∙ (30 - 0,5 ∙ 5,05)] = 0,9810.

6. Вычисляем интенсивность теплового излучения q при горении пролива жидкости согласно формуле (В.24) [1]:

q = E_f ∙ F_q ∙ τ = 25 ∙ 0,054 ∙ 0,9810 = 0,38 кВт ∙ м^-2;

 

E_f = 25 кВт ∙ м^-2 (табл. B.1 [1] по нефти).

7. Рассчитанная интенсивность теплового излучения не превышает 4 кВт ∙ м^-2 на расстоянии 30 м от наружной установки, следовательно, согласно п. 7.3 и табл. 2 [1] наружная установка трансформатора с трансформаторным маслом, расположенного на открытой площадке, не относится к категории ВН и относится к категории ДН.

6.6. Наружные установки с твердыми горючими веществами и материалами

Пример 46

1. Исходные данные.

1.1. Наружная установка. Склад для хранения пиломатериалов в штабелях на открытой площадке. Площадь хранения (размещения) пиломатериалов F = 1000 м².

1.2. Пиломатериалы - горючий материал. Удельная массовая скорость выгорания пиломатериалов М = 0,04 кг ∙ м^-2 ∙ с^-1. Абсолютная максимальная температура воздуха в данном районе (г. Архангельск) [3] составляет t_p = 34 °С.

2. Обоснование расчетного варианта аварии.

При расчете интенсивности теплового излучения при горении пиломатериалов на складе принимается горение на площади их размещения F = 1000 м².

3. В соответствии с пп. 7.2 и 7.3 [1] проведем проверку наружной установки на принадлежность к категории ВН.

4. Проведем оценку параметров углового коэффициента облученности F_q, входящих в формулу (В.27) [1]:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

∙[0,595 ∙ arctg 1,348 - 1,083 ∙ { arctg0,504 - 1,134 ∙ arctg0,841}] =

 

= 0,3185 ∙ [0,5549 + 0,3532] = 0,2892;

 

 

 

∙ [0,995 ∙ arctg1,969 - 0,816 ∙ arctg0,841] = 0,3185 ∙ [1,0954 - 0,5706] = 0,6171;

 

5. Определяем коэффициент пропускания атмосферы τ по формуле (В.34) [1]:

τ = ехр [-7,0 ∙ 10^-4 ∙ (30 - 0,5 ∙ 35,7)] = 0,9915.

6. Вычисляем интенсивность теплового излучения q при горении твердых горючих материалов согласно формуле (В.24) [1]:

q = E_f ∙ F_q ∙ τ = 40 ∙ 0,3340 ∙ 0,9915 = 13,25 кВт ∙ м^-2;

 

E_f = 40 кВт ∙ м^-2 (примечание к табл. В.1 [1]).

7. Рассчитанная интенсивность теплового излучения превышает 4 кВт ∙ м^-2 на расстоянии 30 м от наружной установки, следовательно, согласно п. 7.3 и табл. 2 [1] наружная установка склада хранения пиломатериалов на открытой площадке относится к категории ВН.

Пример 47

1. Исходные данные.

1.1. Наружная установка. Открытая площадка складирования пластиковых поддонов. Площадь хранения (размещения) пластиковых поддонов F = 200 м².

1.2. Пластик - полимерный горючий материал. Удельная массовая скорость выгорания пластика M = 0,04 кг ∙ м^-2 ∙ с^-1. Абсолютная максимальная температура воздуха в данном районе (г. Санкт-Петербург) [3] составляет t_p = 33 °С.

2. Обоснование расчетного варианта аварии.

При расчете интенсивности теплового излучения при горении пластиковых поддонов на складе принимается горение на площади их размещения F = 200 м².

3. В соответствии с пп. 7.2 и 7.3 [1] проведем проверку наружной установки на принадлежность к категории ВН.

4. Проведем оценку параметров углового коэффициента облученности F_q, входящих в формулу (В.27) [1]:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

∙ [0,267 ∙ arctg0,639 - 0,616 ∙ {arctg0,761 - 1,075 ∙ arctg1,264}] =

 

= 0,3185 ∙ [0,1518 + 0,3186] = 0,1498;

 

 

 

∙ [1,000 ∙ arctg1,314 - 0,970 ∙ arctg1,119] = 0,3185 ∙ [0,9203 - 0,8162] = 0,0332;

 

5. Определяем коэффициент пропускания атмосферы τ по формуле (В.34) [1]:

τ = ехр [-7,0 ∙ 10^-4 ∙ (30 - 0,5 ∙ 16)] = 0,9847.

6. Вычисляем интенсивность теплового излучения q при горении твердых горючих материалов согласно формуле (В.24) [1]:

q = E_f ∙ E_q ∙ τ = 40 ∙ 0,1534 ∙ 0,9847 = 6,04 кВт ∙ м^-2;

 

E_f = 40 кВт ∙ м^-2 (примечание к табл. B.1 [1]).

7. Рассчитанная интенсивность теплового излучения превышает 4 кВт ∙ м^-2 на расстоянии 30 м от наружной установки, следовательно, согласно п. 7.3 и табл. 2 [1] наружная установка открытой площадки складирования пластиковых поддонов относится к категории ВЫ.

Пример 48

1. Исходные данные и обоснование расчетного варианта аварии аналогичны примеру 47. Площадь размещения пластиковых поддонов F = 50 м².

2. Проведем оценку параметров углового коэффициента облученности F_q, входящих в формулу (В.27) [1]:

 

 

 

 

 

 

 

 

∙ [0,133 ∙ arctg0,383 - 0,380 ∙ {arctg0,874 - 1,027 ∙ arctg1,104}] =

 

= 0,3185 ∙ [0,0486 + 0,0528] = 0,0323;

 

 

 

∙ [1,000 ∙ arctg1,143 - 0,996 ∙ arctg1,104] = 0,3185 - [0,8520 - 0,8314] = 0,0066;

 

3. Определяем коэффициент пропускания атмосферы τ по формуле (В.34) [1]:

τ = ехр [-7,0 ∙ 10^-4 ∙ (30 - 0,5 ∙ 8] = 0,9820.

4. Вычисляем интенсивность теплового излучения q при горении твердых горючих материалов согласно формуле (В.24) [1]:

q = E_f ∙ F_q ∙ τ = 40 ∙ 0,033 ∙ 0,9820 = 1,3 кВт ∙ м^-2;

 

E_f = 40 кВт ∙ м^-2 (примечание к табл. B.1 [1]).

5. Рассчитанная интенсивность теплового излучения не превышает 4 кВт ∙ м^-2 на расстоянии 30 м от наружной установки, следовательно, согласно п. 7.3 и табл. 2 [1] наружная установка открытой площадки складирования пластиковых поддонов относится к категории ДН.

ПРИЛОЖЕНИЕ 1

Значения показателей пожарной опасности некоторых индивидуальных веществ

ПРИЛОЖЕНИЕ 2

Значения показателей пожарной опасности некоторых смесей и технических продуктов