ПРИЛОЖЕНИЕ М
(рекомендуемое)
МЕТОД РАСЧЕТА РАЗМЕРА СЛИВНЫХ ОТВЕРСТИЙ
М.1 Введение
M.1.1 Настоящий метод устанавливает порядок расчета площади сливного отверстия в ограничивающем жидкость устройстве (поддоне, отсеке, огражденном бортиками участке цеха, производственной площадке и т.п.), при котором исключается перелив жидкости через борт ограничивающего устройства и растекание жидкости за его пределами.
М.1.2 В расчете учитывают поступление горючей жидкости в поддон из аппарата в момент его аварийного вскрытия, воды от установки пожаротушения и выгорание жидкости с поверхности поддона.
М.1.3 В методике расчета приняты следующие предположения:
- при возникновении аварийной ситуации герметичность стенок аппарата не нарушается;
- разрушаются только патрубки, лежащие ниже уровня жидкости в аппарате, образуя сливные отверстия, равные диаметру патрубков;
- вероятность одновременного разрушения двух патрубков мала;
- давление паров над поверхностью жидкости в аппарате в процессе слива жидкости не меняется.
М.2 Расчет площади сливных отверстий
М.2.1 Для проведения расчета необходимо знать:
- количество трубопроводов п, расположенных ниже уровня горючей жидкости в аппарате, и площадь их поперечного сечения s, м2;
- площадь поперечного сечения аппарата Fa, м2;
- высоту уровня жидкости над трубопроводами Н, м;
- высоту борта поддона L, м;
- интенсивность орошения водой, подаваемой из установок пожаротушения, площади поддона I, кг/(м2 · с);
- скорость выгорания горючей жидкости W, кг/(м2 · с);
- избыточное давление в аппарате над поверхностью жидкости р, Н/м2.
Целью расчета является выбор площади поддона Fп, м2, и расчет площади сливного отверстия f м2.
М.2.2 По заданным исходным данным определить начальные расходы Qi, м3/с, жидкости из аппарата через отверстия, равные сечению трубопроводов, расположенных на аппарате, по формуле
, (М.1)
где ji = 0,65 - коэффициент истечения жидкости через отверстие;
si - площадь сечения i-го трубопровода;
g - ускорение силы тяжести, равное 9,81 м/с2;
Нi - высота уровня жидкости над i-м трубопроводом.
М.2.3 По наибольшему из вычисленных начальных расходов Qм выбрать площадь отверстия в аппарате s и высоту уровня жидкости над ним Нo.
М.2.4 Из конструктивных соображений выбрать площадь поддона Fп, м2.
М.2.5 Определить т
, (M.2)
где hmax = 0,8L - максимально допустимый уровень жидкости в поддоне.
М.2.6 Вычислить объем жидкости, поступающей в поддон в единицу времени от установки пожаротушения (с учетом выгорания горючей жидкости) Q0, м3/с, по формуле
, (М.3)
где r - плотность огнетушащей жидкости, кг/м3.
При отсутствии данных по скорости выгорания W следует положить равной нулю.
М.2.7 Если т < 1, то площадь сливного отверстия определить по формуле
. (М.4)
M.2.8 При т ³ 1 порядок расчета f следующий:
М.2.8.1 Определить напор, создаваемый сжатыми газами в аппарате
, (М.5)
где r - плотность воды, кг/м3.
М.2.8.2 Вычислить значение параметра
, (М.6)
где Qmax - максимальный расход жидкости из аппарата, определяемый по М.2.2.
М.2.8.3 По b с помощью таблицы М.1 необходимо найти а. Если данных таблицы М.1 для определения а недостаточно, то а определяют путем решения системы уравнений
(М.7)
Таблица M.1 - Зависимость параметра а от b
|
а |
b |
а |
b |
а |
b |
а |
b |
|
0,000 |
0,000 |
0,990 |
0,993 |
3,107 |
1,901 |
14,999 |
3,408 |
|
0,071 |
0,106 |
1,000 |
1,000 |
3,418 |
1,987 |
16,573 |
3,506 |
|
0,170 |
0,241 |
1,045 |
1,030 |
3,762 |
2,075 |
18,313 |
3,605 |
|
0,268 |
0,361 |
1,081 |
1,053 |
4,144 |
2,164 |
20,236 |
3,705 |
|
0,362 |
0,467 |
1,185 |
1,117 |
4,568 |
2,255 |
22,362 |
3,804 |
|
0,454 |
0,560 |
1,255 |
1,158 |
5,037 |
2,347 |
24,711 |
3,903 |
|
0,540 |
0,642 |
1,337 |
1,205 |
5,557 |
2,440 |
27,308 |
4,003 |
|
0,622 |
0,714 |
1,433 |
1,256 |
6,132 |
2,534 |
30,178 |
4,102 |
|
0,697 |
0,777 |
1,543 |
1,313 |
6,769 |
2,628 |
33,351 |
4,219 |
|
0,765 |
0,831 |
1,668 |
1,374 |
7,473 |
2,725 |
36,857 |
4,302 |
|
0,853 |
0,877 |
1,810 |
1,439 |
8,253 |
2,821 |
40,732 |
4,401 |
|
0,876 |
0,915 |
1,971 |
1,509 |
9,115 |
2,918 |
45,014 |
4,501 |
|
0,921 |
0,946 |
2,151 |
1,581 |
10,068 |
3,015 |
54,978 |
4,701 |
|
0,955 |
0,970 |
2,352 |
1,657 |
11,121 |
3,113 |
67,148 |
4,901 |
|
0,980 |
0,980 |
2,575 |
1,736 |
12,287 |
3,211 |
74,210 |
5,000 |
|
0,986 |
0,986 |
2,828 |
1,817 |
13,575 |
3,309 |
|
|
M.2.8.4 Рассчитать f м3, по формуле
. (М.8)
М.2.9 Выбрать сечение отходящих от поддона трубопроводов fт из условия fт > f.
Данные для расчета
В производственном помещении вертикально установлен цилиндрический аппарат диаметром 1,5 м и заполнен толуолом. Аппарат имеет четыре патрубка. Сечения патрубков и высоты уровней жидкости над ними представлены в таблице М.2.
Таблица М.2
|
Номер патрубка |
Hi, м |
si, м2 |
Номер патрубка |
Hi, м |
si, м2 |
|
1 2 |
1,0 2,5 |
3,1 · 10-3 0,5 · 10-3 |
3 4 |
4,0 6,0 |
1,13 · 10-2 0,785 · 10-2 |
Нормативная интенсивность подачи воды от системы пожаротушения равна 0,5 кг/(м2 · с). Скорость выгорания толуола W = 3,47 · 10-2 кг/(м2 · с). Давление в аппарате равно атмосферному. Предполагается под аппаратом установить поддон с высотой борта L = 0,3 м. Необходимо определить площадь поддона Fп и площадь сливного отверстия f.
Расчет
Определим начальные расходы жидкости через патрубки N1-N4.
м3/с;
м3/с;
м3/с;
м3/с;
Максимальный расход жидкости осуществляется через патрубок N3, поэтому для дальнейшего расчета принимаем
Qmax = 6,5 · 10-2 м3/с, s = 1,13 · 10-2 м2, Н0 = 4 м.
Рассчитаем площадь поперечного сечения аппарата
Fа =p D2 / 4 = p 1,54 / 4 = 1,77 м2,
и, принимая сторону квадратного поддона большей на 1 м диаметра аппарата, найдем площадь поддона
Fп = (D + 1)2 = 6,25 м2.
Определим т
Так как т > 1, дальнейший расчет проводим по М.2.8. Вычислим с учетом скорости выгорания толуола объем воды, поступающий в поддон в единицу времени
м3/c
Так как Р = 0, то напор, создаваемый сжатыми газами над поверхностью жидкости Нр = 0.
Определим b:
По таблице М.1 находим а = 0,75.
Рассчитаем площадь сливного отверстия f:
м2.
ПРИЛОЖЕНИЕ Н
(рекомендуемое)
МЕТОД РАСЧЕТА ПРОТИВОПОЖАРНЫХ ПАРОВЫХ ЗАВЕС
Н.1 Общие требования
Противопожарная паровая завеса предназначена для предотвращения контакта горючих газовых смесей, образующихся при авариях на предприятиях нефтехимической и газовой промышленности, с источниками зажигания (например нагревательными печами). Завеса должна обладать достаточными плотностью и дальнобойностью, исключающими проскок горючей смеси в защищаемую зону объекта. Выполнение этих требований достигается оптимальной компоновкой конструкции устройства, воспроизводящего завесу, и расчетом параметров завесы. Метод включает только расчет устройства, воспроизводящего паровую завесу. Расчет магистрального паропровода проводится по общеизвестным методам.
1 - защищаемый объект; 2 - ограждение; 3 - опора коллектора; 4 - коллектор;
5 - дренажный вентиль; h - высота верхней кромки ограждения над коллектором;
hб - высота опоры; X - расстояние от коллектора до защищаемой стороны объекта;
Х1 - расстояние от ограждения до коллектора
Рисунок H.1 - Схема устройства для создания паровой завесы
H.1.1 Устройство для создания паровой завесы (рисунок Н.1) представляет собой кольцевой трубчатый коллектор, вдоль оси которого по всей верхней части просверлены отверстия одинакового диаметра на равном расстоянии друг от друга. Диаметр и длину коллектора, количество и диаметр отверстий определяют расчетом.
Н.1.2 Коллектор располагается на металлических, бетонных или кирпичных опорах, высота которых должна быть не менее 0,2 м.
Н.1.3 Расстояние от коллектора до защищаемого объекта определяют расчетом.
Н.1.4 Коллектор должен иметь дренажные вентили для спуска конденсата или атмосферных осадков.
Н.1.5 Вдоль оси коллектора устанавливают жесткое газонепроницаемое ограждение (листовое железо или кирпичная стена) для предотвращения проскока горючей смеси между отдельными струями в начальном участке завесы. Верхняя кромка ограждения должна быть на 0,4-0,6 м выше коллектора. Расстояние между коллектором и ограждением определяют расчетом. Проемы в ограждениях должны быть постоянно закрыты плотными дверями.
Н.1.6 Траектория струи завесы должна превышать защищаемую зону. Высоту завесы над защищаемой зоной определяют расчетом. Для высоких объектов завеса может быть выполнена многосекционной в вертикальном направлении.
Н.1.7 Для обеспечения равномерной раздачи пара по длине коллектора необходимо, чтобы отношение суммарной площади отверстий к площади поперечного сечения коллектора было меньше или равно 0,3.
Н.1.8 Температуру воздуха при расчете принимать равной средней для наиболее холодного (зимнего) периода времени, характерного данному географическому району.
Н.1.9 Скорость ветра при расчете принимать равной средней скорости для наиболее ветренного периода, характерного данному географическому району.
Н.2 Порядок расчета параметров паровой завесы
Исходными величинами для расчета параметров завесы принимают:
- давление и удельный объем пара в коллекторе завесы;
- скорость ветра;
- плотность (температура) воздуха;
- высота и периметр защищаемой зоны объекта;
- высота верхней кромки ограждения над коллектором;
- высота опоры коллектора.
Рассчитывают следующие величины.
Н.2.1 Расстояние X, м, от коллектора завесы до защищаемого объекта
Х = 0,25 Н, (Н.1)
где Н - высота защищаемой зоны объекта, м.
Н.2.2 Длина коллектора Lкол, м
Lкол = Р + 8X, (Н.2)
где Р - периметр защищаемого объекта, м.
Н.2.3 Удельный расход пара из отверстий коллектора r0 W0, кг/(м2 · с)
, (Н.3)
где r0 - плотность пара, кг/м3;
W0 - скорость выхода пара, м/с;
р1 - давление пара в коллекторе, Па;
V1 - удельный объем пара в коллекторе, м3/кг;
p2 - атмосферное давление, Па;
K - показатель адиабаты пара (для перегретого пара принять K = 1,3, для насыщенного пара K = 1,135).
Н.2.4 Диаметр отверстий на коллекторе d0, м
, (Н.4)
где rв - плотность воздуха, кг/м3;
Wв - скорость ветра, м/с.
Если по условиям расчета задается диаметр отверстий, то следует определить высоту завесы Нз, м
, (Н.5)
Н.2.5 Расстояния между отверстиями l, м
где h - высота верхней кромки ограждения над коллектором, м.
Н.2.6 Количество отверстий n, шт.
, (Н.7)
Н.2.7 Диаметр коллектора Dкол, м
, (H.8)
Н.2.8 Расход пара Gп, кг/с:
. (H.9)
где j - коэффициент расхода пара через отверстие (j от 0,6 до 0,8).
Н.2.9 Общая высота ограждения hогр, м:
hогр = h + hб. (Н.10)
где hб - высота опоры коллектора, м.
Н.2.10 Расстояние от ограждения до коллектора Х1, м:
Х1 = 0,25h. (Н.11)
Н.2.11 Длина ограждения Lогр, м:
Lогр = Lкол + 8X1. (H.12)
Указанный порядок расчета проводят после ориентировочного выбора значений давления пара и диаметра отверстий в коллекторе по таблице Н.1.
Таблица Н.1 - Изменение высоты завесы в зависимости от диаметра отверстий и давления пара
|
Р1, 105 Па |
d0, мм |
|||||||
|
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
9 |
10 |
|
|
Wв = 2 м/с |
||||||||
|
3 |
3,30 |
4,05 |
4,7 |
5,3 |
5,9 |
6,5 |
7,0 |
7,5 |
|
4 |
4,00 |
4,80 |
5,5 |
6,3 |
7,0 |
7,6 |
8,2 |
8,7 |
|
5 |
4,50 |
5,40 |
6,3 |
7,2 |
7,9 |
8,7 |
9,3 |
10,0 |
|
6 |
4,85 |
5,80 |
6,7 |
7,7 |
8,5 |
9,3 |
10,0 |
- |
|
7 |
5,25 |
6,30 |
7,3 |
8,3 |
9,2 |
10,0 |
- |
- |
|
8 |
5,50 |
6,60 |
7,6 |
8,7 |
9,5 |
- |
- |
- |
|
9 |
5,75 |
7,00 |
8,0 |
9,2 |
10,0 |
- |
- |
- |
|
10 |
6,15 |
7,40 |
8,5 |
9,8 |
- |
- |
- |
- |
|
12 |
6,70 |
8,00 |
9,3 |
11,0 |
- |
- |
- |
- |
|
14 |
7,10 |
8,50 |
10,0 |
- |
- |
- |
- |
- |
|
16 |
7,50 |
9,00 |
- |
- |
- |
- |
- |
- |
|
Wв = 3 м/с |
||||||||
|
4 |
2,60 |
3,20 |
3,70 |
4,20 |
4,60 |
5,0 |
5,5 |
5,80 |
|
5 |
3,00 |
3,60 |
4,15 |
4,80 |
5,25 |
5,7 |
6,2 |
6,60 |
|
6 |
3,20 |
3,90 |
4,50 |
5,15 |
5,70 |
6,2 |
6,7 |
7,15 |
|
7 |
3,50 |
4,20 |
4,85 |
5,50 |
6,10 |
6,7 |
7,2 |
7,70 |
|
8 |
3,65 |
4,40 |
5,20 |
5,80 |
6,40 |
7,0 |
7,6 |
8,10 |
|
10 |
4,10 |
5,00 |
5,70 |
6,50 |
7,20 |
7,9 |
8,5 |
9,10 |
|
12 |
4,40 |
5,40 |
6,20 |
7,00 |
7,80 |
8,5 |
9,2 |
9,80 |
|
16 |
5,00 |
6,00 |
6,90 |
7,80 |
8,70 |
9,5 |
10,3 |
- |
|
Wв = 4 м/с |
||||||||
|
4 |
- |
2,40 |
2,80 |
3,1 |
3,50 |
3,8 |
4,1 |
4,4 |
|
5 |
- |
2,80 |
3,10 |
3,5 |
3,90 |
4,3 |
4,6 |
5,0 |
|
6 |
2,42 |
2,92 |
3,36 |
3,8 |
4,25 |
4,6 |
5,0 |
5,4 |
|
7 |
2,60 |
3,16 |
3,60 |
4,1 |
4,60 |
5,0 |
5,4 |
5,8 |
|
8 |
2,70 |
3,30 |
3,80 |
4,3 |
4,80 |
5,2 |
5,6 |
6,0 |
|
9 |
2,90 |
3,45 |
4,00 |
4,5 |
5,00 |
5,5 |
5,9 |
6,3 |
|
10 |
3,10 |
3,74 |
4,30 |
4,9 |
5,40 |
5,9 |
6,4 |
6,8 |
|
12 |
3,30 |
4,10 |
4,70 |
5,1 |
5,90 |
6,4 |
6,9 |
7,4 |
|
15 |
3,60 |
4,40 |
5,00 |
5,7 |
6,30 |
6,9 |
7,4 |
8,0 |
|
Wв = 6 м/с |
||||||||
|
4 |
- |
- |
1,84 |
2,10 |
2,30 |
2,54 |
2,75 |
2,90 |
|
6 |
- |
1,95 |
2,25 |
2,57 |
2,82 |
3,10 |
3,34 |
3,60 |
|
8 |
- |
2,20 |
2,52 |
2,90 |
3,20 |
3,50 |
3,80 |
4,00 |
|
10 |
2,10 |
2,50 |
2,85 |
3,16 |
3,60 |
4,00 |
4,30 |
4,60 |
|
12 |
2,20 |
2,65 |
3,06 |
3,40 |
3,85 |
4,20 |
4,60 |
4,90 |
|
15 |
2,42 |
2,90 |
3,86 |
3,82 |
4,25 |
4,60 |
5,00 |
5,35 |
В вертикальной графе даны значения давления пара, в горизонтальной - диаметры отверстий, а в пересечении горизонтальных и вертикальных граф высоты паровых завес (высота защищаемых зон) в метрах.
Таблица составлена для скоростей ветра 2, 3, 4 и 6 м/с. При больших скоростях ветра указанные величины следует принимать такими же, что и для 6 м/с. Таблица дает возможность оценить необходимое значение давления пара и соответствующий ему диаметр отверстий для обеспечения требуемой высоты завесы (высоты защищаемого объекта).
Для одного и того же давления пара высота завесы будет тем больше, чем больше диаметр отверстий. Однако с увеличением диаметра будет увеличиваться расход пара. Следует подбирать давление пара и диаметр отверстий таким образом, чтобы были обеспечены требуемая высота завесы и наиболее экономичный отбор пара. Диаметр отверстий следует принимать наименьшим из возможного (но не менее 3 мм) для каждого давления пара.
Пример - Расчет параметров паровой завесы для технологической трубчатой печи (радиантно-конвекционной с вертикальным движением газов).
Данные для расчета
Периметр защищаемой зоны Р = 20 м, высота защищаемой зоны Н = 6 м. В коллектор завесы имеется возможность подать перегретый пар давлением до р1 = 12 · 105 Па. Средняя температура наиболее холодного периода времени tв = -15 °С (rв = 1,36 кг/м3). Атмосферное давление р2 » 105 Па. Скорость ветра Wв = 2 м/с. Коллектор завесы удобно расположить на бетонных опорах высотой hб = 0,2 м, а высоту верхней кромки ограждения над коллектором завесы принять равной h = 0,5 м.
Расчет
Используя данные таблицы Н.1, определяем, что для защищаемой зоны высотой 6 м и давлением пара до 12 · 105 Па при скорости ветра 2 м/с целесообразно принять: р1 = 106 Па и d0 = 3 мм (в таблице для высоты завесы 6,15 м соответствует наименьший диаметр отверстия d0 = 3 мм и давление p1 = 106 Па). Удельный объем пара при р1 = 106 Па равен V1 = 0,2 м3/кг.
Расстояние Х от коллектора до защищаемого объекта:
Х = 0,25 Н = 0,25 · 6= 1,5 м.
Длина коллектора завесы Lкол:
Lкол = р + 8 X = 20 + 8 · 1,5 = 32 м.
Удельный расход пара из отверстий коллектора r0 W0:
Диаметр отверстий на коллекторе d0:
мм.
Расстояние между отверстиями l:
мм.
Количество отверстий п:
шт.
Диаметр коллектора завесы Dкол:
мм.
Расход пара Gп:
кг/с.
Общая высота ограждения hогр:
hогр = h + hб = 0,5 + 0,2 = 0,7 м.
Расстояние от ограждения до коллектора Х1:
X1 = 0,25h = 0,25 · 0,5 = 0,125 м.
Длина ограждения Lогp:
Lогp = Lкол + 8Х1 = 32 + 8 · 0,125 = 33 м.