1. Примеры

 

3.1.4. Характеристика вещества

 

Наименование	лак БТ-99 (ГОСТ 8017-74)
Содержание растворителей, %:
ксилол	46
уайт-спирит	2
Химическая формула:
ксилола	С7,99Н9,98
уайт-спирита	С10,5Н21
Содержание в растворе, %:
ксилол	95,83
уайт-спирит	4,17
Плотность вещества rж, кг·м-3	953
Молекулярная масса, кг·моль-1:
ксилол	106
уайт-спирит	147,3
Константы уравнения Антуана для ксилола	см. пример 1

 

3.1.4.1. Суммарная химическая формула смеси растворителей, входящих в состав лака БТ-99, С_8,1Н_10,43

;

3.1.4.2. Молекулярная масса смеси

М_см = 8,1·12 + 10,43·1 = 107,63 кг·кмоль^-1

3.2. Расчет массы лака БТ-99, поступившей в помещение при расчетной аварии, по формуле (3.1):

m_ж = [0,9·0,5 + 0,785·(10·0,025² + 10·0,04²) + 6,5·10^-5·300]·953 = 468,64 кг

Содержание смеси растворителей: 468,64·0,48=225 кг

3.3. Расчет массы испарившейся жидкости.

3.3.1. Максимальная площадь разлива, согласно п.3.2.5.

м²

Открытое зеркало испарения бака F_емк = 1,54 м²

Свежеокрашенная поверхность полюсных катушек F_обр = 6,28 м²

3.3.2. Давление насыщенных паров ксилола при расчетной температуре t = 37 °С, Р_н = 2,747 кПа (см. пример 1).

3.3.3. Интенсивность испарения смеси растворителей, входящих в состав лака БТ-99, согласно п.3.2.4.

кг·м^-2·с^-1.

3.3.4. Время полного испарения смеси с поверхности разлива.

с открытой поверхности второго бака m_ж = 0,5·0,9·953·0,48 = 205,8 кг

За расчетное время испарения принимаем Т = 3600 с

3.3.5. Масса испарившейся смеси со всех поверхностей, при Т = 3600 с, по формуле (3.3)

m = 3,334·10^-5·3600·(245,8+1,54+6,28)=30,495 кг

3.4. Определение средней концентрации паров смеси ЛВЖ в помещении, согласно п.3.5.

3.4.1. Плотность паров смеси ЛВЖ по формуле (3.11)

r_п = 107,63/22,413·(1+0,00367·37)=4,228 кг·м^-3

3.4.2. Средняя концентрация паров смеси

Среднее значение концентрационного предела распространения пламени смеси: ксилол - 95,8%, С_НКПР = 1,0% (об.)

уайт-спирит - 4,17%, С_НКПР = 0,7% (об.)

(об.)

С_ср = 0,352% (об.)<0,5·0,982=0,491% (об.)

Средняя концентрация паров смеси в помещении меньше 50% от нижнего концентрационного предела распространения пламени. В этом случае проводится расчетное определение коэффициента Z в соответствии с п.3.5.

3.5. Определение коэффициента Z участия паров смеси во взрыве в соответствии с п.3.5.3.

3.5.1. Концентрация насыщенных паров наиболее опасного компонента смеси - ксилола:

(об.)

3.5.2. Стехиометрический коэффициент кислорода в реакции сгорания смеси

3.5.3. Стехиометрическая концентрация паров смеси

(об.)

3.5.4. Определение величины С*

С* = 1,9·1,893 = 3,567 (С_н < С*)

Х = 2,719 / 3,567 = 0,762

3.5.5. По номограмме (рис.1) находим значение коэффициента Z = 0,28 при X = 0,762

3.6. Определение коэффициента Z расчетом по формулам (3.16) или (3.17).

3.6.1. Определение расстояния по осям X, Y, Z от источника поступления паров смеси по формулам (3.18-3.20).

3.6.1.1. Предэкспоненциальный множитель C₀ в соответствии с п. 3.5.2.

(об.)

3.6.1.2. Расстояния по осям X, Y, Z:

м

м

3.6.2. Расчет коэффициента Z при X_НКПР > 0,5L и Y_НКПР > 0,5В

Принимаем окончательно Z = 0,102

3.7. Расчет избыточного давления взрыва по формуле (3.9):

кПа

3.8. Заключение о категории помещения.

3.8.1. Расчетное избыточное давление взрыва превышает 5 кПа. В технологическом процессе производства обращаются ЛВЖ с t_всп = 24 °С. Категория помещения сушильно-пропиточного отделения - А взрывопожароопасная.

 

4. Определение категории помещения сушильно-пропиточного отделения электромашинного цеха ЛРЗ при ограничении площади разлива ЛВЖ (2-ой вариант)

 

4.1. Исходные данные.

Исходные данные о характеристиках помещения и обращающихся в них ЛВЖ сохраняются такие же, что и в примере 3. С целью ограничения площади разлива ЛВЖ проектом реконструкции цеха предусматривается разместить автоклавы и баки для пропитки и окраски якорей и полюсных катушек в отдельном приямке, рассчитанном на аварийный пролив максимального количества ЛВЖ при расчетной аварии. Питающие трубопроводы для подачи ЛВЖ подвести из лакоприготовительного отделения через стену непосредственно к приямку.

Необходимо определить максимально допустимую площадь разлива ЛВЖ при аварийной ситуации приведенной в примере 3.

4.2. Определение максимально допустимой площади разлива ЛВЖ по формуле (3.27), при максимальном значении коэффициента Z = 0,3.

4.2.1. Максимально допустимая масса паров ЛВЖ при расчетной аварии, поступающих в помещение, при воспламенении которой давление не превысит 5 кПа, по формуле (3.24)

m_м.д = 6,258·10^-4·4,228·2048·1,893 = 10,26 кг

4.2.2. Масса паров, поступающих с поверхности окрашенных полюсных катушек и открытого зеркала испарения ЛВЖ из бака для окраски, принимается по данным из примера 3.

m_емк = 3600·3,334·10^-5·1,54 = 0,185 кг

m_обр = 3600·3,334·10^-5·6,28 = 0,755 кг

4.2.3. Максимально допустимая площадь разлива ЛВЖ, по формуле (3.27)

м²

4.2.4. В технологической части проекта предусматривается для аварийного слива ЛВЖ приямок объемом V_пр =26 м²·1,2 м = 31,2 м³, который обеспечивает прием максимального количества ЛВЖ при аварийной ситуации. Приямок заглублен на 1,2 м ниже уровня пола, перекрытие приямка не герметично. Принимаем открытое зеркало испарения ЛВЖ площадью, F_пр =26 м² < 77,74 м², то есть условие соблюдения максимально допустимой площади разлива выполняется.

4.3. Расчет массы испарившейся жидкости при условии, что все содержимое из бака для окраски полюсных катушек и из трубопроводов, согласно принятому в примере 3 расчетному варианту аварии, поступает в приямок емкостью V_пр = 31,2 м³ и поверхностью испарения, F_пр=26 м². Площади испарения, с открытой поверхности бака, F_емк = 1,54 м² и свежеокрашенных поверхностей полюсных катушек, F_обр = 6,28 м², остаются такими же, что и в примере 3.

4.3.1. Время полного испарения с поверхности приямка:

(m_ж.пр = 225 кг)

Принимаем расчетное время испарения Т = 3600 с. Время испарения с открытой поверхности бака и св. окрашенных катушек остается без изменения, Т = 3600 с.

4.3.2. Масса испарившейся смеси со всех поверхностей, при Т =3600 с по формуле (3.3)

m = 3,334·10^-5·3600·(26+1,54+6,28)=4,054 кг

4.4. Определение средней концентрации паров смеси ЛВЖ в помещении, согласно п.3.5.

(об.) < C_НКПР = 0,491% (об.)

4.5. Расчет коэффициента Z и параметров С_н, С_ст, С* приводится в примере 3, где Z = 0,23. Поэтому проводим расчет коэффициента Z по формулам (3.16) или (3.17).

4.5.1. Расстояние по осям X, Y, Z от источника поступления паров смеси по формулам (3.18-3.20).

4.5.1.1. Предэкспоненциальный множитель, C₀ в соответствии с п.3.5.2.

(об.)

4.5.1.2. Расстояния по осям X, Y, Z будут равны 0, так как согласно п.3.5.2 значения логарифмов

являются отрицательными

Принимаем окончательно Z = 0.

4.6. Заключение о категории помещения.

4.6.1. Расчетное избыточное давление взрыва равно 0. В технологическом процессе производства обращаются ЛВЖ. Согласно требованиям п.2.2. и табл.1, а также табл.4 и примечания 2 ВНТП помещение сушильно-пропиточного отделения со свободным объемом V_св = 2048 м³ следует отнести к категории В3 при условии ограничения площади разлива жидкости до 26 м² и оборудования аварийной емкостью. Содержание растворителя в приямке составляет 225 кг, высота помещения Н = 8 м. Используя данные табл.1 приложения 3 находим низшую теплоту сгорания =42 МДж·кг; определяем максимальную пожарную нагрузку в помещении Q = 225·42=9450 МДж; удельную ПН g = 9450/26 = 363,5 МДж·м^-2. Расчетная ПН равна 0,64·g · Н² = 0,64·363,5·8² = 14889 МДж. Пожарная нагрузка, определяемая по формуле (4.1), не превышает расчетную: Q = 9450 < 14889 МДж. Следовательно помещение сушильно-пропиточного отделения относится к категории В3.

 

5. Определение категории помещения при размещении двух и более различных технологических процессов, (цех разборки и подготовки вагонов ЭВРЗ)

 

5.1. Исходные данные.

5.1.1. Характеристика помещения цеха.

Цех разборки и подготовки вагонов размещается в одноэтажном здании II степени огнестойкости. Площадь цеха между противопожарными стенами 3500 м², высота до нижнего пояса ферм покрытия H = 10,8 м. Проектом предусматривается разместить в помещении цеха:

1. В общем потоке - участок разборки вагонов и участок очистки поверхности кузова, в помещении площадью 3178 м² и свободным объемом V_св =0,8·3178·10,8=27458 м³;

2. В изолированном помещении - окрасочную камеру для грунтования поверхности кузова и окраски низа вагона и универсальную сушильную камеру.

Расчетная температура принята 30 °С.

5.1.2. Анализ взрывопожароопасности технологических процессов производства цеха.

5.1.2.1. Грунтование, окраска и сушка вагонов осуществляются в окрасочной и сушильной камерах в помещении категории А, изолированном от участков разборки и очистки вагонов тамбур-шлюзом.

5.1.2.2. На участках разборки и очистки вагонов одновременно находится в ремонте 10 пассажирских некупейных вагонов. Пожарная нагрузка в одном вагоне площадью 70,8 м² по данным табл.2 приложения 1 составляет 8834 кг, низшая теплота сгорания горючих и трудногорючих материалов вагонных конструкций в среднем составляет = 20,4 МДж·кг^-1.

Максимальное расстояние между вагонами составляет Li = 5 м. Согласно п.4.1.3. ВНТП участком размещения удельной ПН является площадь вагона. Используя справочные данные приложения 1, определяем пожарную нагрузку по формуле (2):

МДж

и удельную ПН по формуле (3):

МДж·м^-2

По табл.4 ВНТП помещение разборки вагонов и очистки поверхности кузова, следует отнести к категории В1.

5.1.2.3. Учитывая, что на участке очистки поверхности кузовов вагонов проводятся операции по снятию краски с применением смывки СП-6 и обезжириванию очищенных поверхностей с применением уайт-спирита, необходимо определить категорию помещения по данным о взрывопожароопасных свойствах обращающихся на участке веществ и массе поступающих паров ЛВЖ в объем помещения.

5.1.2.4. Согласно технологическому регламенту первоначально проводится очистка поверхности кузова с применением смывки СП-6. Снятая с поверхности старая краска, пропитанная смывкой, удаляется.

Очищенные поверхности подвергаются обезжириванию уайт-спиритом.

Расчетная температура принимается равной t_p = 30 °C. Поэтому, учитывая, что температура вспышки уайт-спирита, равная t_всп = 33 °С, больше расчетной, коэффициент участия паров Z во взрыве равен нулю. В этом случае избыточное давление взрыва DP = 0 и помещение можно отнести к категории В1. Однако на стадии очистки поверхности вагонов с применением СП-6, являющейся многокомпонентной смесью, в состав которой входит несколько различных видов ЛВЖ и ГЖ, для определения категории помещения цеха необходим расчет параметров пожарной опасности этой смеси.

Ниже приводятся состав смеси СП-6 и характеристика входящих в нее компонентов.

Плотность жидкости r_ж =1251 кг/м³.

Содержание растворителей, %: метиленхлорид - 70,56; диоксолан - 1,3-9,21; ксилол (ГОСТ 9949-76) - 5,62; уксусная кислота - 2,25.

Содержание нелетучих компонентов, %: смола ПСХ-С - 11,24, парафин - 1,12. Химическая формула, молекулярная масса растворителей и содержание компонентов летучей части, %:

метиленхлорид - СН₂Cl₂; М=89,94; 80,5 (ТГЖ, t_всп = -14 °С);

диоксолан-1,3 - С₃Н₆О₂; М=74; 10,51 (ГЖ, t_всп = 82 °С);

ксилол - С_7,99Н_9,98; М=106; 6,42 (ЛВЖ, t_всп = 24 °С);

уксусная кислота -С_3,7Н_7,4О_3,7; М = 111,097; 2,57 (ЛВЖ, t_всп = 38 °С).

Константы уравнения Антуана и нижний концентрационный предел воспламенения для ЛВЖ:

ксилол: А = 7,05479; В = 1478,16; С_А =220,53; С_НКПР = 1,0% (об.)

уксусная кислота: А = 7,79846; В = 1789,908; С_А =245,909; С_НКПР = 3,33% (об.); метиленхлорид: константы уравнения Антуана неизвестны; С_НКПР = 14% (об.), трудногорючая жидкость.

Суммарная химическая формула смеси растворителей, входящих в состав смывки СП-6: С_1,728Н_3,07Cl_1,61O_0,305

= (80,5·1+10,51·3+6,42·7,99+2,57·3,7)·10^-2 = 1,728

= (80,5·2+10,51·6+6,42·9,98+2,57·7,4)·10^-2 = 3,07

= (10,51·2 + 2,57·3,7)·10^-2 = 0,305

= (80,5·2)·10^-2 = 1,61

Молекулярная масса смеси растворителей

М_см = (89,93·80,5 + 74·10,51 + 106·6,42 + 111,097·2,57)· 10^-2 = 89,94

5.2. Обоснование расчетного варианта аварии.

Для расчета избыточного давления взрыва в качестве расчетного варианта принимается наиболее неблагоприятный период в технологическом процессе расчистки поверхностей 4-х вагонов ЦМВ с применением смывки СП-6.

5.2.1. Расчет массы смеси СП-6, обращающейся в процессе очистки поверхностей вагонов.

По данным карты типового технологического процесса подготовки вагонов к нанесению лакокрасочных покрытий на каждый вагон расход смывки СП-6 составляет 4,2 кг, а площадь очистки, в среднем - 75 м². Смывка находится в герметически закрытых емкостях и наносится на поверхность кузова с помощью кисти.

Согласно исходным данным процентное содержание растворителей в смывке СП-6 составляет 87,64%. Следовательно суммарный расход жидкости равен:

m_ж = 4·4,2·87,64·10^-2 = 14,72 кг

5.3. Расчет избыточного давления взрыва.

5.3.1. Выполнить расчет массы испарившейся жидкости не представляется возможным из-за отсутствия данных о константах уравнения Антуана для метиленхлорида, входящего в состав смеси растворителей смывки СП-6. Поэтому принимается, что масса смеси растворителей, нанесенная на поверхность кузовов вагонов общей площадью 300 м², полностью испарится. Следовательно масса паров ЛВЖ, поступивших в объем помещения разборки вагонов и очистки поверхности кузовов, составит m = 14,72 кг.

5.3.2. Расчет избыточного давления взрыва смеси ЛВЖ в этом случае выполняется по формуле (3.14):

кПа

Расчетное избыточное давление взрыва не превышает 5 кПа. Следовательно помещение разборки вагонов и очистки поверхности кузовов следует отнести к категории В1.

 

6. Определение категории помещения цеха окраски пассажирских вагонов (ЦМВ) ВРЗ

 

6.1. Исходные данные.
6.1.1. Характеристика помещения цеха
Длина L, м		96
Ширина B, м		24
Отношение длины к ширине помещения L/B		4
Высота H, м		10,8
Площадь Sп, м2		2304
Объем свободный Vсв, м3		19907 (0,8·2304·10,8)
Температура воздуха tв,°C		31

 

6.1.2. Обоснование расчетного варианта аварии.

Для расчета избыточного давления взрыва в качестве расчетного варианта принимается наиболее неблагоприятный период в технологическом процессе - естественная сушка 4-х окрашенных в окрасочной камере вагонов ЦМВ, в том числе 2-х в стадии окраски торцевых стен кузова вторым слоем безвоздушным распылением в общем помещении цеха. За расчетную температуру принимается температура воздуха в помещении t = 31 °С.

6.1.3. Характеристика лакокрасочных материалов и растворителей, расход ЛКМ и поверхность окраски в расчете на один вагон. Окраска продольных стен вагона (146 м²). Расход ЛКМ: эмаль ПФ-115 темно-зеленая - 15,76 кг (сухой остаток 66%); летучая часть: уайт-спирит - 3,429 кг; ксилол - 1,929 кг, разбавитель РЭ-4В - 4,68 кг.

Окраска крыши вагона (104 м²).

Расход ЛКМ: эмаль ПФ-115 серая - 10,3 кг (сухой остаток - 63%); летучая часть: уайт-спирит - 2,439 кг; ксилол - 1,371 кг, разбавитель РЭ-4В - 3,1 кг.

Окраска торцевых стен кузова безвоздушным распылением (20 м²).

Расход ЛКМ: эмаль ПФ-115 темно-зеленая - 3,76 кг (сухой остаток - 60%); летучая часть: уайт-спирит - 0,818 кг; ксилол - 0,46 кг, разбавитель уайт-спирит - 0,2 кг.

Полная поверхность окраски кузова вагона составляет F_u = 370 м².

Суммарная масса растворителей (с учетом состава разбавителя РЭ-4В: сольвент нефтяной для лакокрасочной промышленности ГОСТ 10214-78 - 30%, этилцеллозольв - 70%):

 

уайт-спирит	- 6,886 кг
ксилол	- 3,761 кг
сольвент	- 2,334 кг
этилцеллозольв	- 5,446 кг
________________________
Итого	- 18,427 кг

 

6.1.4. Исходные параметры для расчета избыточного давления взрыва смеси.

 

№№ п/п	Наименование компонентов смеси	tвсп °С	М кг/моль	Константы уравнения Антуана			СНКПР % (об)
				А	В	СА
1.	Уайт-спирит	33	147,3	8,0113	2218,3	273,15	1,4
2.	Ксилол (ГОСТ 9949-76)	24	106,0	7,05479	1478,16	220,53	1,0
3.	Этилцеллозольв	43	90,122	8,74133	2392,56	273,15	1,8
4.	Сольвент
	(ГОСТ 10214-78)	21-34	-	6,2276	1529,33	226,679	1,0

 

6.2. Расчет массы испарившейся смеси ЛВЖ.

6.2.1. Площадь испарения равна полной поверхности окраски кузова вагона F_u =370 м².

6.2.2. Давление насыщенного пара растворителей, входящих в состав смеси при t_p =31 °С, рассчитанное по формуле (3.6): уайт-спирит - Р_н = 0,69 кПа; ксилол - Р_н = 2,0 кПа, этилцеллозольв - Р_н = 0,997 кПа; сольвент нефтяной - Р_н = 1,96 кПа.

6.2.3. Интенсивность испарения смеси определяется в соответствии с п.3.2.4. по компонентам с наибольшим значением давления насыщенного пара и молярной массы (ксилол и уайт-спирит):

кг·м^-2·с^-1

6.2.4. Время полного испарения с поверхности одного вагона.

Следовательно, за время испарения с поверхности четырех вагонов в помещение поступит вся масса паров растворителя

m = 18,427·4=73,708 кг

6.3. Расчет избыточного давления взрыва смеси.

Учитывая, что данные по химической формуле и молярной массе для сольвента отсутствуют, рассчитать избыточное давление взрыва смеси по формуле (3.9) не представляется возможным. Поэтому выполняется расчет по формуле (3.14), в которой принимается Z = 0,3 и Нт = 42·10³ кДж·кг^-1

DР = 1189,8·73,708/19907 = 4,4 кПа < 5кПа

Избыточное давление взрыва не превышает 5 кПа, следовательно помещение цеха следует относить к категориям В1-В3 расчетом по Методике раздела 4 настоящих ВНТП.