4. ПОРЯДОК ОПРЕДЕЛЕНИЯ И УПРОЩЕННЫЕ МЕТОДЫ РАСЧЕТА ПАРАМЕТРОВ ВЗРЫВОПОЖАРНОЙ ОПАСНОСТИ ГОРЮЧИХ ПЫЛЕЙ
4.1. В соответствии с положениями разд. 3 НПБ 105-95 [2] определяется масса взвешенной в объеме помещения горючей пыли m (кг), образовавшейся в результате аварийной ситуации.
4.2. Избыточное давление взрыва P (кПа) для горючих пылей согласно п. 3.6 НПБ 105-95 при значении Z = 0,5 определяется по номограмме (рис. 27) или по формуле
 , (43)
где HT - теплота сгорания вещества, МДж кг-1.
4.3. Для горючих пылей полиэтилена, алюминия и пшеничной муки избыточное давление взрыва P (кПа) согласно п. 3.6 НПБ 105-95 в зависимости от параметра m/Vсв (г м-3) может быть определено по номограмме (рис. 28).
4.4. Определяется категория помещения по взрывопожарной и пожарной опасности на основании полученного значения величины избыточного давления взрыва P (кПа). Если P > 5 кПа, то помещение относится к взрывопожароопасной категории Б. Если P5 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. 2.2 НПБ 105-95.
5. ПОРЯДОК ОПРЕДЕЛЕНИЯ И УПРОЩЕННЫЕ МЕТОДЫ РАСЧЕТА ПАРАМЕТРОВ ПОЖАРНОЙ ОПАСНОСТИ ГОРЮЧИХ ЖИДКОСТЕЙ И ТВЕРДЫХ ГОРЮЧИХ ВЕЩЕСТВ И МАТЕРИАЛОВ
5.1. Если в помещении присутствуют различные горючие вещества и материалы, то оценку пожарной опасности (категории В1 - В4) допускается проводить по веществу, имеющему наибольшую низшую теплоту сгорания Qpн, принимая массу этого вещества равной полной массе горючих веществ, присутствующих в помещении, а площадь размещения - полной площади, занятой горючими веществами.
5.2. Для приближенной оценки категории используются номограммы вида G = f(S), где G - количество вещества или материала данного вида, S - площадь, на которой размещено данное вещество или материал (рис. 29). Прямые I, II, III являются графиками следующих функций:
I: G = 2200 S/Qpн
II: G = 1400 S/Qpн (44)
III: G = 180 S/Qpн,
где G выражено в кг, S - в м2, Qpн - в МДж кг-1.
5.3. На этой номограмме проводится вертикальная линия, отвечающая предельной площади размещения пожарной нагрузки Sпред = 0,64 H2 (H - величина, определенная в п. 1 примечания к табл. 4 НПБ 105-95).
5.4. Если точка, отвечающая реальным для помещения величинам G и S, лежит ниже прямой III (точка 1), то проверяется принадлежность помещения к категории В4 по п. 1 примечания к табл. 4 НПБ 105-95. Если сформулированные там условия выполняются, помещение относится к категории В4, в противном случае - к категории В3.
5.5. Если точка лежит между прямыми II и III (I и II соответственно) - точка 2 (3) и левее прямой S = Sпред, то помещение относится к категории В3 (В2). Если указанные точки лежат правее прямой S = Sпред (точки 2 и 3 соответственно), то помещение относится к категории В2 (В1).
5.6. Если точка лежит выше прямой I (точка 4), помещение относится к категории В1.
5.7. Значения Qpн берутся по справочным данным [5; приложения 2 - 4].
5.8. Номограммы вида (1) для конкретных материалов, составляющих пожарную нагрузку помещений, приведены на рис. 29 - 39. Определение по ним пожароопасных категорий производится согласно процедуре, изложенной в пп. 5.1 - 5.6.
6. ТИПОВЫЕ ПРИМЕРЫ РАСЧЕТОВ КАТЕГОРИЙ ПОМЕЩЕНИЙ И ЗДАНИЙ ПО ВЗРЫВОПОЖАРНОЙ И ПОЖАРНОЙ ОПАСНОСТИ
6.1. Помещения с горючими газами
Пример 1
1. Исходные данные.
1.1. Аккумуляторное помещение объемом Vп = 27,2 м3 оборудуется аккумуляторными батареями СК-4 из 12 аккумуляторов и СК-1 из 13 аккумуляторов.
1.2. Максимальная абсолютная температура воздуха согласно СНиП 2.01.01-82 [1] 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 зарядкой 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 зарядка 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 зарядки при обильном газовыделении и принимается равным 1 ч (Т = 3600 с).
1.3.3. За расчетную температуру принимается максимальная абсолютная температура наружного воздуха в населенном пункте (климатической зоне) согласно СНиП 2.01.01-82 [1].
1.4. Расчет поступающего в помещение водорода при зарядке аккумуляторных батарей.
1.4.1. Масса водорода, выделившегося в одном элементе при установившемся динамическом равновесии между силой зарядного тока и количеством выделяемого газа, составляет
 кг А-1 с-1,
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; Т - расчетное время зарядки, с.
1.4.2. Объем водорода, поступающего в помещение при зарядке нескольких батарей, м3, можно определить из выражения
где г - плотность водорода при расчетной температуре воздуха, кг м-3; Ii - максимальный зарядный ток i-й батареи, А; ni - количество аккумуляторов i-й батареи.
Плотность водорода определяется по формуле
 , кг м-3,
где М - масса одного киломоля водорода, равная 2 кг кмоль-1; V0 - объем киломоля газа при нормальных условиях, равный 22,413 м3 кмоль-1; = 0,00367 град-1 - коэффициент температурного расширения газа; tр - расчетная температура воздуха, С.
Максимальная сила зарядного тока принимается по ГОСТ 825-73 “Аккумуляторы свинцовые для стационарных установок".
1.5. Стехиометрическая концентрация водорода СCT рассчитывается по формуле (3) НПБ 105-95
СCT = = 29,24 % (об.);
1.6. Плотность водорода при расчетной температуре воздуха будет равна
 кг м-3.
1.7. Объем водорода, поступающего в аккумуляторное помещение при зарядке двух батарей СК-4 и СК-1, составит
 м3.
1.6. Свободный объем аккумуляторного помещения составит
Vcв = 0,8 Vп = 0,8 27,2 = 21,76 м3.
2. Избыточное давление взрыва P водорода в аккумуляторном помещении согласно формуле (2) Пособия (Vн = m/ г) будет равно
 кПа.
Так как расчетное избыточное давление взрыва более 5 кПа, то аккумуляторное помещение следует относить к категории А.
3. Расчет избыточного давления взрыва водорода P в аккумуляторном помещении с учетом работы аварийной вентиляции (по п. 3.7 НПБ 105-95 [2], 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
 м3.
Избыточное давление взрыва P при этом будет равно
 кПа.
3.2. При оборудовании аккумуляторного помещения аварийной вентиляцией с кратностью воздухообмена А = 8 ч-1, отвечающей требованиям п. 3.7 НПБ 105-95, СНиП 2.04.05-91* [3] и ПУЭ [4], допускается не относить аккумуляторное помещение к категории А.
Согласно п. 2.2 и табл.1 НПБ 105-95 при расчетном давлении взрыва менее 5 кПа аккумуляторное помещение следует относить к категории В4.
Пример 2
1. Исходные данные.
1.1. Пост диагностики автотранспортного предприятия для грузовых автомобилей, работающих на сжатом природном газе. Объем помещения Vп = 300 м3. Свободный объем помещения Vсв = 0,8 Vп = 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 М = 16,04 кг кмоль-1.
2. Обоснование расчетного варианта аварии.
При определении избыточного давления взрыва P 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 (Москва) согласно СНиП 2.01.01-82 tр = 37 С.
Плотность метана при tр = 37 С
 кг м-3.
3. Масса поступившего в помещение при расчетной аварии метана m определяется по формулам (6) и (7) НПБ 105-95:
Va = 0,01 2 104 0,05 = 10 м3;
m = 10 0,6301 = 6,301 кг.
4. Избыточное давление взрыва P, определенное по формуле (9) или номограмме (рис. 19) Пособия, составит
P = 2,36 103 6,301/240 = 62 кПа.
По номограмме при m/Vсв 104 = 6,301/240 104 = 262,5 P > 12 кПа.
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 Р1 = 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 Р2 = 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 Та = 3 с. Расход газа в трубопроводе q = 0,06 м3 с-1. Размеры помещения LxSxH = 15,81x 15,81x 6 м. Объем помещения Vп = 1500 м3. Свободный ободный объем помещения Vсв = 0,8 1500 = 1200 м3. Площадь помещения F = 250 м2.
1.2. Молярная масса водорода М = 2,016 кг кмоль-1. Нижний концентрационный предел распространения пламени водорода СНКПР = 4,1 % (об.). Стехиометрическая концентрация водорода ССТ = 29,24 % (об.). Максимальное давление взрыва водорода Рmax = 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 СНиП 2.01.01-82 tр = 41 С. Плотность водорода при tр = 41 С
 кг м-3.
Расчетное время отключения трубопровода по п. 3.2 в) НПБ 105-95 Та = 120 с.
3. Масса поступившего в помещение при расчетной аварии водорода m определяется по формулам (6) - (10) НПБ 105-95:
Va = 0,01 200 0,09 = 0,18 м3;
V1T = 0,06 120 = 7,2 м3;
V2T = 0,01 3,14 300 0,012 15 = 0,014 м3;
VT = 7,2 + 0,014 = 7,214 м3;
m = (0,18 + 7,214) 0,0782 = 0,5782 кг.
4. Определение коэффициента участия водорода во взрыве Z проводим в соответствии с приложением НПБ 105-95.
4.1. Средняя концентрация водорода в помещении Сср составит
Сср= =0,62 % (об.).
Сср = 0,62 % (об.) < 0,5 СНКПР = 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
С0 = 3,77 103  = 23,23 % (об.).
4.3. Расстояния ХНКПР, УНКПР и ZНКПР составят:
ХНКПР = УНКПР = 1,1314 15,81  = 25,65 м;
ZНКПР = 0,0253 6 = 0,218 м.
4.4. Расчетное значение коэффициента Z будет равно
Z =  0,0782 (23,23 + 4,1/1,38) 250 0,218 = 0,97.
5. Избыточное давление взрыва P согласно формуле (1) НПБ 105-95 составит
P = (730 - 101)  = 4,29 кПа.
6. Расчетное избыточное давление взрыва менее 5 кПа. Помещение участка наращивания кремния не относится к категории А. Согласно п. 2.2 и табл. 1 НПБ 105-95 при расчетном давлении взрыва менее 5 кПа данное помещение следует относить к категории В4.
|
