Помещения с легковоспламеняющимися жидкостями

Пример 4

1. Исходные данные.

1.1. Помещение складирования ацетона. В помещении хранится десять бочек с ацетоном, каждая объемом по V_а = 80 л = 0,08 м³. Размеры помещения LxSxH = 12 х 6 х 6 м. Объем помещения V_п = 432 м³. Свободный объем помещения V_cв = 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; С_А = 237,088. Химическая формула ацетона С₃Н₆О. Плотность ацетона (жидкости) r_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 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 t_p = 32 °С.

3. Определение параметров взрывопожарной опасности проводим с использованием номограмм Пособия.

3.1. В соответствии с рис. 2 Пособия для t_p = 32 °С определяется значение параметра х_t=0,896.

3.2. Рассчитывается значение параметра М · х_t = 58,08 · 0,896 = 52,0.

3.3. Согласно рис. 6 Пособия для значения параметра М · x_t = 52,0 определяется значение плотности паров ацетона при расчетной температуре r_п = 2,32 кг · м^-3

(расчетное кг · м^-3)

3.4. Рассчитывается значение параметра t_p + С_А = 32 + 237,088 » 270 (269,088).

3.5. Согласно рис. 7 Пособия для значения параметров t_p + С_А = 270 и В_х = 1000 определяется значение параметра = 3,7.

Искомое значение параметра

х_в = (1281,721/1000) · 3,7 » 4,7 (4,724).

3.6. Согласно рис. 8 Пособия для значения параметров х_в = 4,7 и А = 6,4 (6,37551) определяется значение параметра IgР_Н = 1,68.

3.7. Согласно рис. 9 Пособия для значения параметра IgР_Н = 1,68 определяется значение давления насыщенных паров ацетона Р_Н ш 47 кПа (IgР_Н = 6,37551 - 1281,7217(32 + 237,088) = = 1,612306, откуда расчетное значение Р_Н = 40,95 кПа). Следовательно, графическое определение при больших значениях давления насыщенных паров ацетона Р_Н 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_h = 10^-3 · h · · Р_Н = 10^-3 · · Р_Н (при h = 1,0) = 10^-3 · 7,62 · 47 » 0,36 (0,358).

3.9. Согласно рис. 15 Пособия для значения параметра х_h = 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 бочкг. 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= 30 м², то окончательно принимаем F_и = F = 72 м².

5. Масса паров ацетона, поступивших в помещение, т рассчитывается по формуле (12) НПБ 105-95

m = 3,6 · 10^-4 · 72 · 3600 = 93,312 кг.

Масса разлившегося ацетона m_п составляет

т_п = V_a · r_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 = т_п = 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 = m_п = 63,264 кг.

6. Рассчитаем параметр:

.

7. Избыточное давление взрыва DР согласно формуле (20) или номограмме (рис, 21) Пособия будет равно

DР = 959,3 · 63,264/(345,6 · 2,3190) = 75,7 кПа.

По номограмме при DР > 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 "3" (ГОСТ 305-82) объемом V_a = 6,3 м³ Размеры помещения LxSxH = 4,0 х 4,0 х 3,6 м. Объем помещения V_п = 57,6 м³ Свободный объем помещения V_cв = 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 "3" М = 172,3 кг · кмоль^-1. Брутто-формула C_12,343H_12,889. Плотность жидкости при температуре t = 25 °С r_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 Н_т = = 4,359 · 10⁷ Дж · кг^-1 =43,59 МДж · кг^-1. Нижний концентрационный предел распространения пламени С_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 согласно СНиП 2.01.01-82 в данном районе (г.Благовещенск) t_р = 41 °С. Плотность паров дизельного топлива при t_р = 41 °С

кг · м^-3.

Расчетное время отключения трубопроводов по п. 3.2 в) НПБ 105-95 Т_а = 300 с, длительность испарения по п. 3.2 е) НПБ 105-95 Т= 3600 с.

3. Объем V_ж и площадь разлива F_и поступившего при расчетной аварии дизельного топлива определяются в соответствии с положениями п. 3.2 НПБ 105-95:

V_ж = V_a + q · Т_а + p · · L₁ = 6,3 + 0,0015 · 300 + 3,14 · 0,0285² · 10 = 6,776 м³ = 6776 л;

F_и = 1,0 · 6776 = 6776 м²

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 Р_Н при расчетной температуре t_р = 41 °С:

IgР_Н = 5,07828 - 1255,73 / (199,523 + 41)= - 0,142551

Р_Н = 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 С_срв помещении составит

(об.).

С_ср= 0,18 % (об.) < 0,5 · С_НКПР = 0,5 · 0,6 = 0,3 % (об.), следовательно, можно определить значение коэффициента Z расчетным методом.

7.2. Значение С_н будет равно

С_н = 100 · 0,72/101 = 0,71 % (об.).

7.3. Значение стехиометрической концентрации паров дизельного топлива С_ст согласно формуле (3) НПБ 105-95 исходя из химической брутто-формулы дизельного топлива составит

b = 12,343 + 23,889/4 = 18,32;

С_ст = 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 С_н = 0,71 % < С* = 2,13 % (об.), то рассчитываем значение параметра X:

Х = С_н/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 DР согласно формуле (1) НПБ 105-95 составит

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 = V_ж · r_ж = 6,776 · 804 = 5448 кг;

Q = G · = 5448 · 43,59 = 237478 МДж;

S = F = 16 м²;

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.

Пример 6

1. Исходные данные.

1.1. Помещение сушильно-пропиточного отделения электромашинного цеха. В помещении находится два бака для покрытия лаком БТ-99 полюсных катушек способом окунания с подводящими и отводящими трубопроводами. Размеры помещения LхSxH = 32 х 10 х 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 V_aп = 0,5 м³. Степень заполнения бака лаком e = 0,9. Объем лака в баке V_a = e · V_aп = 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_емк = 1,54 м². Общая поверхность 10 свежеокрашенных полюсных катушек F_св.окр = 6,28 м.

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 j₁ = 95,83 % (масс.) ксилола и j₂ = 4,17 % (масс.) уайт-спирита. Плотность лака БТ-99 r_ж = 953 кг · м^-3. Молярная масса ксилола М = 106,17 кг · кмоль^-1, уайт-спирита 147,3 кг · кмоль^-1. Химическая формула ксилола С₈Н₁₀, уайт-спирита C_10,5 H_21,0. Плотность жидкости ксилола r_ж = 855 кг · м^-3, уайт-спирита 760 кг · м^-3. Температура вспышки ксилола t_всп = 29 °С, уайт-спирита 33 °С. Нижний концентрационный предел распространения пламени ксилола С_НКПР = 1,1 % (об.), уайт-спирита 0,7 % (об.). Теплота сгорания ксилола Н_т= = 43154 кДж · кг^-1 = 43,15 МДж · кг^-1, уайт-спирита 43966 кДж · кг^-1 = 43,97 МДж · кг^-1. Константы уравнения Антуана для ксилола А=6,17972; В = 1478,16; С_А = 220,535; для уайт-спирита А = 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 (Мссква) согласно СНиП 2.01.01-82 t_p = 37 °С. Плотность паров при t_p = 37 °С:

ксилола кг · м^-3

уайт-спирита кг · м^-3

Расчетное время отключения трубопроводов и насоса по п. 3.2 в) НПБ 105-95 Т_а = 300 с, длительность испарения по п. 3.2 е) НПБ 105-95 Т =3600 с.

3. Объем V_ж, площадь разлива поступившего в помещение при расчетной аварии лака F_p и площадь испарения F_и определяются в соответствии с положениями п. 3.2 НПБ 105-95:

V_ж = V_a + q · T_a + · ( ) =

= 0,45 + 6,5 · 10^-5 · 300 + 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_cв.oкp = 243,5 + 1,54 + 6,28 = 251,3 м²

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

- для ксилола

Р_Н = 2,755 кПа;

- для уайт-спирита

Р_Н= 0,964кПа.

5. Интенсивность испарения растворителя W составит;

- по ксилолу

W = 10^-6 · 1,0 · · 2,755 = 2,8387 · 10^-5 кг · м^-2 · с^-1;

- по уай т-спириту

W = 10^-6 · 1,0 · · 0,964 = 1,1700 · 10^-5 кг · м^-2 · с^-1;

6. В соответствии с положениями пп.1.4 и 3.1 НПБ 1U5-95 определяем массу паров, поступивших в помещение, т по наиболее опасному компоненту - ксилолу

т = 2,8387. 10^-5 · 251,3 · 3600 = 25,6812 кг.

7. Определение коэффициента участия паров растворителя во взрыве Z проводим в соответствии с пп. 1 и 2 приложения НПБ 105-95, принимая значения расчетных параметров по ксилолу либо уайт-спириту, наиболее опасные в отношении последствий взрыва.

7.1. Средняя концентрация паров растворителя в помещении С_cр составит

(об.).

С_ср = 0,30 % (об.) < 0,5 · С_НКПР = 0,5 · 0,7 = 0,35 % (об.), следовательно, можно определить значение коэффициента Z расчетным методом.

7.2. Значение С_Н будет равно

С_Н = 100 · (2,755 / 101) = 2,73 % (об.).

7.3. Значение С₀ будет равно

(об.).

7.4. Расстояния Х_НКПР, У_НКПР, Z_HKПP составят:

м;

м;

м.

7.5. Коэффициент Z согласно формуле (2) приложения НПБ 105-95 составит

.

8. Значение стехиометрической концентрации С_ст согласно формуле (3) НПБ 105-95 составит:

- для ксилола

;

(об.).

- для уайт-спирита

;

(об.).

9. Избыточное давление взрыва DР согласно формуле (1) НПБ 105-95 составит

кПа

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

11. Расчет избыточного давления взрыва DР в помещении сушильно-пропиточного отделения электромашинного цеха с учетом работы аварийной вентиляции (по п. 3.7 НПБ 105-95). Рассматривается случай при кратности обмена аварийной вентиляции А = 6ч^-1.

11.1. При кратности воздухообмена А, создаваемого аварийной вентиляцией, равной 6 ч^-1 = 1,6667 · 10^-3 с^-1, согласно п. 3.9 Пособия скорость движения воздуха в помещении составит

U = А · L = 7,6667 · 10^-3 · 32 = 0,05 м · с^-1.

11.2. Интенсивность испарения растворителя W (по ксилолу) при скорости воздушного потока в помещении U = 0,05 м · с^-1 (с некоторым запасом коэффициент h = 1,6 в соответствии с табл. 3 НПБ 105-95) будет равна

W =10^-6 · 1,6 · · 2,755 = 4,5420 · 10^-5 кг · м^-2 · с^-1.

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 в соответствии с п. 3.7 НПБ 105-95 будет равна

кг

11.5. Средняя концентрация паров растворителя в помещении С_ср составит

(об.).

С_ср = 0,07 % (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.

11.6. Значение С₀ будет равно

(об.).

11.7. Расстояния Х_НКПР, У_НКПР, Z_HKHP составят:

м;

м;

м.

Х_НКПР, У_НКПР, Z_НКПР согласно п. 3 приложения НПБ 105-95 принимаются равными 0, поскольку логарифмы указанных в формулах сомножителей дают отрицательные значения. Следовательно, исходя из формулы (1) приложения НПБ 105-95, коэффициент участия паров растворителя Z = 0. Подставляя в формулу (1) НПБ 105-95 значение коэффициента Z = 0 получим избыточное давление взрыва DР = 0 кПа.

11.8. Расчетное избыточное давление взрыва меньше 5 кПа, следовательно, помещение сушильно-пропиточного отделения электромашинного цеха при оснащении его аварийной вентиляцией кратностью воздухообмена А = 6 ч^-1 (в соответствии с требованиями п. 3.7 НПБ 105-95) 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.

11.9. В соответствии с п. 3.20 НПБ 105-95 определим пожарную нагрузку Q и удельную пожарную нагрузку g:

G = 2 · V_а · r_ж = 2 · 0,45 · 855 = 769,5 кг;

Q = G · = 769,5 · 43,97 = 33835 МДж;

S = 2 · F_емк = 1,54 · 2 = 3,08 м² (согласно п. 3.20 НПБ 105-95 принимаем S = 10 м²);

g = Q / S = 33835/10 = 3383,5 МДж · м^-2.

11.10. Удельная пожарная нагрузка более 2200 МДж · м^-2. Помещение сушильно-пропиточного отделения электромашинного цеха при оснащении его аварийной вентиляцией с кратностью воздухообмена А = 6 ч^-1 (в соответствии с требованиями п. 3.7 НПБ 105-95) согласно табл. 4 НПБ 105-95 относится к категории В1.