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.
6.2. Помещения с легковоспламеняющимися жидкостями
Пример 4
1. Исходные данные.
1.1. Помещение складирования ацетона. В помещении хранится десять бочек с ацетоном, каждая объемом по Vа = 80 л = 0,08 м3. Размеры помещения Lx Sx H = 12x 6x 6 м. Объем помещения Vп = 432 м3. Свободный объем помещения Vсв = 0,8 432 = 345,6 м3. Площадь помещения F = 72 м2.
1.2. Молярная масса ацетона М = 58,08 кг кмоль-1. Константы уравнения Антуана: А = 6,37551; В = 1281,721; СА = 237,088. Химическая формула ацетона С3Н6О. Плотность ацетона (жидкости) ж = 790,8 кг м-3. Температура вспышки ацетона tвсп = -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 расчета, что 1 л ацетона разливается на 1 м2 пола помещения. За расчетную температуру принимается абсолютная температура воздуха в данном районе (г. Мурманск) согласно СНиП 2.01.01-82 tр = 32 С.
3. Определение параметров взрывопожарной опасности проводим с использованием номограмм Пособия.
3.1. В соответствии с рис. 2 Пособия для tр = 32 С определяется значение параметра xt = 0,896.
3.2. Рассчитывается значение параметра М xt = 58,08 0,896 = 52,0.
3.3. Согласно рис. 6 Пособия для значения параметра М xt = 52,0 определяется значение плотности паров ацетона при расчетной температуре п = 2,32 кг м-3
(расчетное кг м-3).
3.4. Рассчитывается значение параметра tр + СА = 32 + 237,088 270 (269,088).
3.5. Согласно рис. 7 Пособия для значения параметров tр + СА = 270 и Вх = 1000 определяется значение параметра хвх= 3,7. Искомое значение параметра
xв = (1281,721/1000) 3,7 4,7 (4,724).
3.6. Согласно рис. 8 Пособия для значения параметров xв = 4,7 и А = 6,4 (6,37551) определяется значение параметра lgРН = 1,68.
3.7. Согласно рис. 9 Пособия для значения параметра lgРН = 1,68 определяется значение давления насыщенных паров ацетона РН = 47 кПа (lgPH = 6,37551 - 1281,721/(32 + 237,088) = 1,612306, откуда расчетное значение РН = 40,95 кПа). Следовательно, графическое определение при больших значениях давления насыщенных паров ацетона РН дает довольно завышенные значения с определенным запасом по сравнению с расчетом по формуле Антуана.
3.8. Согласно рис. 11 Пособия для значения молярной массы ацетона М = 58 (58,08) определяем значение параметра = 7,62. Далее рассчитываем значение параметра х = 10-3 РН = 10-3 РН (при = 1,0) = 10-3 7,62 47 0,36 (0,358).
3.9. Согласно рис. 15 Пособия для значения параметра х = 0,36 определяем значение интенсивности испарения ацетона W = 3,6 10-4 кг м-2. с-1 (расчетное значение W = 10-6 40,95 = 3,1208 10-4 кг м-2 с-1).
4. Расчетная площадь разлива содержимого одной бочки ацетона составляет
FИ = 1,0 Vа = 1,0 80 = 80 м2.
Поскольку площадь помещения F = 72 м2 меньше рассчитанной площади разлива ацетона FИ = 80 м2, то окончательно принимаем FИ = F = 72 м2.
5. Масса паров ацетона, поступивших в помещение, m рассчитывается по формуле (12) НПБ 105-95
m = 3,6 10-4 72 3600 = 93,312 кг.
Масса разлившегося ацетона mп составляет
mп = Vа ж = 0,08 790,8 = 63,264 кг.
Поэтому принимаем, что при расчетной аварийной ситуации испаряется вся масса разлившегося из бочки ацетона, т. е. m = mп = 63,264 кг.
Для расчетного значения W = 3,1208 10-4 кг м-2 с-1 масса паров ацетона, поступивших в помещение, составит
m = 3,1208 10-4 72 3600 = 80,891 кг.
В этом случае также испарится только масса разлившегося ацетона и m = mп = 63,264 кг.
6. Рассчитаем параметр:
103 = 1000 63,264/(345,6 2,32) = 78,9.
7. Избыточное давление взрыва Р согласно формуле (20) или номограмме (рис. 21) Пособия будет равно
P = 959,3 63,264/(345,6 2,3190) = 75,7 кПа.
По номограмме при 103 = 78,9 P > 12 кПа.
8. 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 дизельным топливом марки "З" (ГОСТ 305-82) объемом Vа = 6,3 м3. Размеры помещения LxSx H = 4,0 x 4,0 x 3,6 м. Объем помещения Vп = 57,6 м3. Свободный объем помещения Vсв = 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" М = 172,3 кг кмоль-1. Брутто-формула С12,343Н12,889. Плотность жидкости при температуре t = 25 С ж = 804 кг м-3. Константы уравнения Антуана: А = 5,07828; В = 1255,73; СА = 199,523. Температура вспышки tвсп > 40 С. Теплота сгорания НТ =Qрн = 4,359 107 Дж кг-1 = 43,59 МДж кг-1. Нижний концентрационный предел распространения пламени СНКПР = 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 согласно СНиП 2.01.01-82 в данном районе (г. Благовещенск) tр=41С. Плотность паров дизельного топлива при tр = 41 С
кг м-3.
Расчетное время отключения трубопроводов по п. 3.2 в) НПБ 105-95 Та = 300 с, длительность испарения по п. 3.2 е) НПБ 105-95 Т = 3600 с.
3. Объем Vж и площадь разлива FИ поступившего при расчетной аварии дизельного топлива определяются в соответствии с положениями п. 3.2 НПБ 105-95:
Vж = Va + q Ta + r12 L1 = 6,3 + 0,0015 300 + 3,14 0,02852 10 = 6,776 м3 = 6776 л;
FИ = 1,0 6776 = 6776 м2.
Поскольку площадь помещения F = 16 м2 меньше рассчитанной площади разлива дизельного топлива FИ = 6776 м2, то окончательно принимаем FИ = F = 16 м2.
4. Определяем давление насыщенных паров дизельного топлива РН при расчетной температуре tр = 41 С:
lgPH = 5,07828 - 1255,73/(199,523 + 41) = - 0,142551,
РН = 0,72 кПа.
5. Интенсивность испарения дизельного топлива W составит
W = 10-6 1,0 0,72 = 9,45 10-6 кг м-2 с-1.
6. Масса паров дизельного топлива, поступивших в помещение, 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 пп. 1, 2 приложения НПБ 105-95.
7.1. Средняя концентрация паров дизельного топлива Сср в помещении составит
Сср = = 0,18 % (об.).
Сср = 0,18 % (об.) < 0,5 СНКПР = 0,5 0,6 = 0,3 % (об.), следовательно, можно определить значение коэффициента Z расчетным методом.
7.2. Значение СН будет равно
СН = 100 0,72/101 = 0,71 % (об.).
7.3. Значение стехиометрической концентрации паров дизельного топлива ССТ согласно формуле (3) НПБ 105-95 исходя из химической брутто-формулы дизельного топлива составит
= 12,343 + 23,889/4 = 18,32;
ССТ = 100/(1 + 4,84 18,32) = 1,12 % (об.).
7.4. Значение параметра С* будет равно
С* = 1,19 1,12 = 2,13 % (об.).
7.5. Поскольку СН = 0,71 % < С* = 2,13 % (об.), то рассчитываем значение параметра Х:
Х = Сн/С* = 0,71/2,13 = 0,33.
7.6. Согласно номограмме чертежа (п. 2) приложения НПБ 105-95 при значении Х = 0,33 определяем значение коэффициента участия паров дизельного топлива во взрыве (Z = 0).
8. Избыточное давление взрыва Р согласно формуле (1) НПБ 105-95 составит
Р = (900 - 101) = 0 кПа.
9. Расчетное избыточное давление взрыва менее 5 кПа. Помещение промежуточного топливного бака резервной дизельной электростанции унифицированной компоновки не относится к категориям А и Б. Согласно п. 2.2 и табл. 1 НПБ 105-95 проведем проверку принадлежности помещения к категориям В1 - В4.
10. В соответствии с п. 3.20 НПБ 105-95 определим пожарную нагрузку Q и удельную пожарную нагрузку g:
G = Vж ж = 6,776 804 = 5448 кг;
Q = G Qрн= 5448 43,59 = 237478 МДж;
S = F = 16 м2;
g = МДж м-2.
11. Удельная пожарная нагрузка более 2200 МДж м-2. Помещение промежуточного топливного бака резервной дизельной электростанции унифицированной компоновки согласно табл. 4 НПБ 105-95 относится к категории В1.
|