ГОСТ Р 12.3.047-98 => А.3 горючие пыли. Z = 0,5 f, (a.22). Пример. Приложение б. Метод расчета размеров зон, ограниченных нижним...

А.3 Горючие пыли

А.3.1 Расчет избыточного давления при сгорании пылевоздушной смеси в помещении

А.3.1.1 Избыточное давление при сгорании пылевоздушной смеси Dp, кПа, рассчитывают по формуле

, (A.21)

где М - расчетная масса взвешенной в объеме помещения горючей пыли, образовавшейся в результате аварийной ситуации, кг;

Н_т - теплота сгорания пыли, Дж/кг;

P₀ - начальное атмосферное давление, кПа (допускается принимать равным 101 кПа);

Z - доля участия взвешенной горючей пыли при сгорании пылевоздушной смеси;

V_св - свободный объем помещения, м³;

r_в - плотность воздуха до сгорания пылевоздушной смеси при начальной температуре Т₀, кг/м³;

С_р - теплоемкость воздуха, Дж/(кг·К) [допускается принимать равной 1010 Дж/(кг·К)];

Т₀ - начальная температура воздуха, К;

К_н - коэффициент, учитывающий негерметичность помещения и неадиабатичность процесса горения.

Допускается принимать К_н равным трем.

К пылям, способным образовывать горючие пылевоздушные смеси, относят дисперсные материалы, характеризующиеся наличием показателей пожарной опасности: нижним концентрационным пределом распространения пламени, максимальным давлением, развиваемым при сгорании пылевоздушной смеси (более 50 кПа), и скоростью его нарастания, минимальным пожароопасным содержанием кислорода (менее 21 %).

А.3.1.2 Z рассчитывают по формуле

Z = 0,5 F, (A.22)

где F - массовая доля частиц пыли размером менее критического, с превышением которого аэровзвесь становится взрывобезопасной, т. е. неспособной распространять пламя.

В отсутствие возможности получения сведений для расчета Z допускается принимать Z = 0,5.

А.3.1.3 М, кг, рассчитывают по формуле

(A.23)

где М_вз - расчетная масса взвихрившейся пыли, кг;

М_ав - расчетная масса пыли, поступившей в помещение в результате аварийной ситуации, кг;

r_ст - стехиометрическая концентрация горючей пыли в аэровзвеси, кг/м³;

V_ав - расчетный объем пылевоздушного облака, образованного при аварийной ситуации в объеме помещения, м³.

В отсутствие возможности получения сведений для расчета V_ав допускается принимать

М = М_вз + М_ав.

А.3.1.4 М_вз рассчитывают по формуле

М_вз = К_вз М_п, (А.24)

где К_вз - доля отложенной в помещении пыли, способной перейти во взвешенное состояние в результате аварийной ситуации. В отсутствие экспериментальных сведений о К_вз допускается полагать К_вз = 0,9;

М_п - масса отложившейся в помещении пыли к моменту аварии, кг.

А.3.1.5 М_ав рассчитывают по формуле

М_ав = (М_ап + qТ) К_п, (А.25)

где М_ап - масса горючей пыли, выбрасываемой в помещение при разгерметизации одного из технологических аппаратов, кг. При отсутствии ограничивающих выброс пыли инженерных устройств следует полагать, что в момент расчетной аварии происходит аварийный выброс в помещение всей находившейся в аппарате пыли;

q - производительность, с которой продолжается поступление пылевидных веществ в аварийный аппарат по трубопроводам до момента их отключения, кг/с;

Т - расчетное время отключения, определяемое в каждом конкретном случае, исходя из реальной обстановки. Следует принимать равным времени срабатывания системы автоматики, если вероятность ее отказа не превышает 0,000001 в год; 120 с, если вероятность отказа системы автоматики превышает 0,000001 в год; 300 с при ручном отключении;

K_п - коэффициент пыления, представляющий отношение массы взвешенной в воздухе пыли ко всей массе пыли, поступившей из аппарата в помещение. В отсутствие экспериментальных сведений о K_п допускается полагать:

- K_п = 0,5 - для пылей с дисперсностью не менее 350 мкм;

- K_п = 1,0 - для пылей с дисперсностью менее 350 мкм.

А.3.1.6 М_п рассчитывают по формуле

, (A.26)

где K_г - доля горючей пыли в общей массе отложений пыли;

K_у - коэффициент эффективности пылеуборки. Принимают равным 0,6 при сухой и 0,7 - при влажной (ручной) пылеуборке; при механизированной вакуумной пылеуборке для ровного пола K_у принимается равным 0,9, для пола с выбоинами (до 5 % площади) - 0,7;

М₁ - масса пыли, оседающей на труднодоступных для уборки поверхностях в помещении за период времени между генеральными уборками, кг;

М₂ - масса пыли, оседающей на доступных для уборки поверхностях в помещении за период времени между текущими пылеуборками, кг.

Под труднодоступными для уборки площадями подразумевают такие поверхности в производственных помещениях, очистка которых осуществляется только при генеральных пылеуборках. Доступными для уборки местами являются поверхности, пыль с которых удаляется в процессе текущих пылеуборок (ежесменно, ежесуточно и т.п.).

А..3.1.7 M_k (k = 1,2) рассчитывают по формулам

, , (A.27)

где = (M₁₁ + M₁₂ +, ..., + M_1n) - масса пыли, выделяющаяся в объем помещения за период времени между генеральными пылеуборками, кг;

M₁₁, ..., M_1n - масса пыли, выделяемая соответствующей единицей пылящего оборудования за тот же период времени, кг;

= (M₂₁ + M₂₂ +,..., + М_2n) - масса пыли, выделяющаяся в объем помещения за период времени между текущими пылеуборками, кг;

M₂₁, ..., М_2n - масса пыли, выделяемая соответствующей единицей пылящего оборудования за тот же период времени, кг;

А - доля выделяющейся в объем помещения пыли, которая удаляется вытяжными вентиляционными системами. В отсутствие экспериментальных сведений об А полагают А = 0;

B₁, В₂ - доли выделяющейся в объем помещения пыли, оседающей соответственно на труднодоступных и доступных для уборки поверхностях помещения (B₁ + B₂ = 1).

При отсутствии сведений о коэффициентах B₁ и В₂ допускается полагать B₁ = 1, В₂ = 0.

А.3.1.8 M₁ и M₂ могут быть определены экспериментально (или по аналогии с действующими образцами производства) в период максимальной загрузки оборудования по формуле

, (А.28)

где G_ij, F_ij - соответственно интенсивность пылеосаждения и площадь для труднодоступных (i = 1) и доступных (i = 2) участков;

j - номер участка пылеосаждения;

T_i - промежуток времени между генеральными (i = 1) и текущими (i = 2) пылеуборками.

А.3.2 Характеристики сгорания пылепаровоздушных смесей в технологическом аппарате

А.3.2.1 Сгорание пылевоздушной смеси в аппарате может протекать как в режиме медленного, дозвукового горения, так и в режиме детонации. В подавляющем большинстве практических случаев встречается медленный (дефлаграционный) режим горения, к которому относят информацию (А.3.2.2, А.3.2.3).

А.3.2.2 Основными расчетными (в предположении достаточной стойкости корпуса аппарата к напряжениям разрыва и деформации) характеристиками взрыва пылевоздушных смесей в аппарате считают:

- р_max - максимальное давление при сгорании пылевоздушной смеси в аппарате, кПа, определяемое как наибольшее давление при сгорании, достигаемое в объеме аппарата при взрывном горении оптимальной пылевоздушной смеси;

- (dp/dt)_max - максимальную скорость нарастания давления при сгорании пылевоздушной смеси в аппарате, кПа/с, определяемую как наибольший наклон зависимости давления при сгорании оптимальной пылевоздушной смеси в аппарате от времени при точечном зажигании в оптимальном месте;

- K_st - индекс взрывопожароопасности пыли, кПа/м · с; K_st = (dp/dt)_max V^1/3 (V - объем аппарата, м³).

А.3.2.3 Для не слишком протяженных технологических аппаратов объемом свыше 16 л справедливы эмпирические правила, в соответствии с которыми:

p_mах1 = p_mах2; (А.29)

K_st1 = K_st2,

где 1,2 - индексы, относящиеся к двум произвольно выбранным аппаратам.

Для аппарата объемом менее 16 л расчетные значения характеристик сгорания пылевоздушных смесей (по результатам испытаний в крупномасштабной емкости) обладают достаточным запасом надежности.

А.3.2.4 Оценка расчетных значений параметров сгорания пылевоздушных смесей для протяженных аппаратов (с отношением максимального габаритного размера к минимальному порядка 5 и более), а также горения, протекающего в режиме детонации, возможна на основе экспертных заключений.

Пример

Данные для расчета

Рассчитать избыточное давление при сгорании полиэтиленовой пыли в помещении для следующих исходных данных: М_вз = 10 кг; M_ав = 90 кг; F = 0,3; H_т = 47·10⁶ Дж/кг; V_св = 2000 м³; V_ав = 20 м³; Р_в = 1,2 кг/м³; T_о = 298 К; r_ст = 0,1 кг·м³.

Определяем Z по формуле (А.22)

Z = 0,5 F = 0,5 · 0,3 = 0,15.

Определяем М по формуле (А.23)

отсюда следует, что М = 14 кг.

Принимая K_н = 3 и подставляя исходные данные в выражение для расчетного избыточного давления при сгорании пылевоздушной смеси, получим:

кПа.

 

 

ПРИЛОЖЕНИЕ Б

(обязательное)

 

МЕТОД РАСЧЕТА РАЗМЕРОВ ЗОН, ОГРАНИЧЕННЫХ НИЖНИМ КОНЦЕНТРАЦИОННЫМ ПРЕДЕЛОМ РАСПРОСТРАНЕНИЯ ПЛАМЕНИ (НКПР) ГАЗОВ И ПАРОВ

 

Б.1 Метод расчета зон, ограниченных НКПР газов и паров, при аварийном поступлении горючих газов и паров ненагретых легковоспламеняющихся жидкостей в открытое пространство при неподвижной воздушной среде

Б.1.1 Расстояния X_НКПР, Y_НКПР и Z_НКПР, м, для ГГ и ЛВЖ, ограничивающие область концентраций, превышающих НКПР, рассчитывают по формулам

для ГГ

, (Б.1)

, (Б.2)

для паров ЛВЖ

, (Б.3)

, (Б.4)

где m_г - масса поступившего в открытое пространство ГГ при аварийной ситуации, кг;

r_г - плотность ГГ при расчетной температуре и атмосферном давлении, кг/м³;

m_п - масса паров ЛВЖ, поступивших в открытое пространство за время полного испарения, но не более 3600 с, кг;

r_п - плотность паров ЛВЖ при расчетной температуре и атмосферном давлении, кг/м³;

р_н - давление насыщенных паров ЛВЖ при расчетной температуре, кПа;

K - коэффициент ( для ЛВЖ);

Т - продолжительность поступления паров ЛВЖ в открытое пространство, с;

С_НКПР - нижний концентрационный предел распространения пламени ГГ или паров ЛВЖ, % (об.).

Б.1.2 Радиус R_б, м, и высоту Z_б, м, зоны, ограниченной НКПР газов и паров, вычисляют исходя из значений H_НКПР, Y_HKHP и Z_НКПР.

При этом R_б > Х_НКПР, R_б > Y_НКПР и Z_б > h + R_б для ГГ и Z_б > Z_НКПР для ЛВЖ (h - высота источника поступления газа от уровня земли, м).

Для ГГ геометрически зона, ограниченная НКПР газов, будет представлять цилиндр с основанием радиусом R_б и высотой h_б = 2R_б при R_б £ h и h_б = h + R_б при R_б > h, внутри которого расположен источник возможного выделения ГГ.

Для ЛВЖ геометрически зона, ограниченная НКПР паров, будет представлять цилиндр с основанием радиусом R_б и высотой h = Z_НКПР при высоте источника паров ЛВЖ h < Z_НКПР и h_б = h + Z_НКПР при h ³ Z_НКПР.

За начало отсчета зоны, ограниченной НКПР газов и паров, принимают внешние габаритные размеры аппаратов, установок, трубопроводов и т. п.

Б.1.3 Во всех случаях значения X_НКПР, Y_НКПР и Z_НКПР должны быть не менее 0,3 м для ГГ и ЛВЖ.

Примеры

1. Определить размеры зоны, ограниченной НКПР паров, при аварийной разгерметизации трубопровода, транспортирующего ацетон.

Данные для расчета

Трубопровод, транспортирующий ацетон, проложен на открытом пространстве на высоте h = 0,5 м от поверхности земли. Трубопровод оснащен ручными задвижками.

Масса паров ацетона, поступивших в открытое пространство за время полного испарения, определена в соответствии с приложением И и составляет m_а = 240 кг при времени испарения Т=3600 с. Максимально возможная температура для данной климатической зоны t_р = 36 °С. Плотность паров ацетона r_a при t_р равна 2,29 кг/м³. Нижний концентрационный предел распространения пламени паров ацетона С_НКПР = 2,7 % (об.). Давление насыщенных паров ацетона р_н при t_p равно 48,09 кПа.

Расчет

Расстояния X_НКПР, Y_НКПР и Z_НКПР для ацетона, ограничивающие область концентраций, превышающих НКПР, составят

Таким образом, граница зоны, ограниченной НКПР паров, по горизонтали будет проходить на расстоянии 41,43 м от обечайки трубопровода, а по вертикали - на высоте h_б = Z_HKHP = 1,55 м от поверхности земли.

2. Определить размеры зоны, ограниченной НКПР газов, при аварийной разгерметизации емкости с метаном на открытом пространстве.

Данные для расчета

При разгерметизации емкости в атмосферу поступит 20 кг метана. Емкость представляет собой цилиндр с основанием радиусом 1 м и высотой h_а = 10 м. Максимально возможная температура для данной климатической зоны t_р = 30 °С. Плотность метана r_м при t_р равна 0,645 кг/м³. Нижний концентрационный предел распространения пламени метана С_НКПР = 5,28 % (об.)

Расчет

Расстояния X_НКПР, Y_НКПР и Z_НКПР для метана, ограничивающие область концентраций, превышающих НКПР, составят

м,

м,

Таким образом, для расчетной аварии емкости с метаном геометрически зона, ограниченная НКПР газов, будет представлять цилиндр с основанием радиусом R_б = 26,18 м и высотой h_б = h_а + R_б = 10 + 26,18 = 36,18 м. За начало зоны, ограниченной НКПР газов, принимают внешние габаритные размеры емкости.

 

Б.2 Метод расчета размеров зон, ограниченных НКПР газов и паров, при аварийном поступлении горючих газов и паров ненагретых легковоспламеняющихся жидкостей в помещение

Нижеприведенные расчетные формулы применяют для случая 100 m / (r_г,п V_св) < 0,5 С_НКПР [С_НКПР - нижний концентрационный предел распространения пламени горючего газа или пара, % (об.)] и помещений в форме прямоугольного параллелепипеда с отношением длины к ширине не более 5.

Б.2.1 Расстояния X_НКПР, Y_НКПР и Z_НКПР рассчитывают по формулам

, (Б.5)

, (Б.6)

, (Б.7)

где K₁ - коэффициент, принимаемый равным 1,1314 для горючих газов и 1,1958 для легковоспламеняющихся жидкостей;

K₂ - коэффициент, равный 1 для горючих газов;

для легковоспламеняющихся жидкостей;

K₃ - коэффициент, принимаемый равным 0,0253 для горючих газов при отсутствии подвижности воздушной среды; 0,02828 для горючих газов при подвижности воздушной среды; 0,04714 для легковоспламеняющихся жидкостей при отсутствии подвижности воздушной среды и 0,3536 для легковоспламеняющихся жидкостей при подвижности воздушной среды;

h - высота помещения, м.

d, l, b и C₀ приведены в А.2.3.

При отрицательных значениях логарифмов расстояния X_НКПР, Y_НКПР и Z_НКПР принимают равными 0.

Б.2.2 Радиус R_б и высоту Z_б, м, зоны, ограниченной НКПР газов и паров, вычисляют исходя из значений X_НКПР, Y_НКПР и Z_НКПР для заданного уровня значимости Q.

При этом R_б > X_НКПР, R_б > Y_НКПР и Z_б > h + R_б для ГГ и Z_б > Z_НКПР для ЛВЖ (h - высота источника поступления газа от пола помещения для ГГ тяжелее воздуха и от потолка помещения для ГГ легче воздуха, м).

Для ГГ геометрически зона, ограниченная НКПР газов, будет представлять цилиндр с основанием радиусом R_б и высотой h_б = 2 R_б при R_б £ h и h_б = h + R_б при R_б > h, внутри которого расположен источник возможного выделения ГГ. Для ЛВЖ геометрически зона, ограниченная НКПР паров, будет представлять цилиндр с основанием радиусом R_б и высотой Z_б = Z_НКПР высоте источника паров ЛВЖ h < Z_НКПР и Z_б = h + Z_НКПР при h ³ Z_НКПР. За начало отсчета принимают внешние габаритные размеры аппаратов, установок, трубопроводов и т.п.

Б.2.3 Во всех случаях значения расстояний X_НКПР, Y_НКПР и Z_НКПР должны быть не менее 0,3 м для ГГ и ЛВЖ.

Примеры

1. Определить размеры зоны, ограниченной НКПР паров, образующейся при аварийной разгерметизации аппарата с ацетоном, при работающей и неработающей общеобменной вентиляции.

Данные для расчета

В центре помещения размером 40 х 40 м и высотой h_п = 3 м установлен аппарат с ацетоном. Аппарат представляет собой цилиндр с основанием диаметром d_a = 0,5 м и высотой h_a = 1 м, в котором содержится 25 кг ацетона. Расчетная температура в помещении t_p = 30 °С. Плотность паров ацетона r_а при t_р равна 2,33 кг/м³. Давление насыщенных паров ацетона p_н при t_р равно 37,73 кПа. Нижний концентрационный предел распространения пламени С_НКПР = 2,7 % (об.). В результате разгерметизации аппарата в помещение поступит 25 кг паров ацетона за время испарения Т = 208 с. При работающей общеобменной вентиляции подвижность воздушной среды в помещении u = 0,1 м/с.

Расчет

Допустимые значения отклонений концентраций d при уровне значимости Q = 0,05 будут равны: 1,27 - при работающей вентиляции; 1,25 - при неработающей вентиляции (u = 0).

Предэкспоненциальный множитель С₀ будет равен:

при работающей вентиляции

% (об.),

С_н = 100 р_н/р₀ = 100 ·37,73/101 = 37,36 % (об.),

V_св = 0,8 V_п = 0,8 · 40 · 40 · 3 = 3840 м³;

при неработающей вентиляции

% (об.).

Расстояния X_НКПР, Y_НКПР и Z_НКПР составят:

при работающей вентиляции

м,

м,

м;

при неработающей вентиляции

м,

м,

м.

Таким образом, для ацетона геометрически зона, ограниченная НКПР паров, будет представлять собой цилиндр с основанием радиусом R_б и высотой Z_б = h_а + Z_НКПР, так как h_а > Z_HKHP, при работающей вентиляции

Z_б = 1 + 0,2 = 1,2 м, R_б = 9,01 м;

при неработающей вентиляции

Z_б = 1 + 0,03 = 1,03 м, R_б = 10,56 м.

За начало отсчета принимают внешние габаритные размеры аппарата.

2. Определить размеры зоны, ограниченной НКПР газов, образующейся при аварийной разгерметизации газового баллона с метаном, при работающей и неработающей вентиляции.

Данные для расчета

На полу помещения размером 13 х 13 м и высотой H_п = 3 м находится баллон с 0,28 кг метана. Газовый баллон имеет высоту h_б = 1,5 м. Расчетная температура в помещении t_р = 30 °С. Плотность метана r_м при t_р равна 0,645 кг/м³. Нижний концентрационный предел распространения пламени метана С_НКПР = 5,28 % (об.). При работающей общеобменной вентиляции подвижность воздушной среды в помещении u = 0,1 м/с.

Расчет

Допустимые отклонения концентраций при уровне значимости Q = 0,05 будут равны: 1,37 при работающей вентиляции; 1,38 при неработающей вентиляции (u = 0).

Предэкспоненциальный множитель С₀ будет равен:

при работающей вентиляции

% (об.);

при неработающей вентиляции

% (об.);

Расстояния X_НКПР, Y_НКПР и Z_НКПР составят:

при работающей вентиляции

,

,

.

следовательно X_НКПР, Y_НКПР и Z_НКПР = 0;

при неработающей вентиляции

м,

м,

м.

Таким образом, для метана при неработающей вентиляции геометрически зона, ограниченная НКПР газов, будет представлять собой цилиндр с основанием радиусом R_б = 3,34 м и высотой h_б= h + R_б = 3 + 3,34 = 6,34 м. Ввиду того, что h_б расчетное больше высоты помещения h_п = 3 м, за высоту зоны, ограниченной НКПР газов, принимаем высоту помещения h_б = 3 м.