ВНТП 05-97 => Расчет. Избыточного давления взрыва водорода в аккумуляторных помещениях. К = а · т+1. Пример. Определения категории...

РАСЧЕТ

избыточного давления взрыва водорода в аккумуляторных помещениях

 

1. Обоснование расчетного варианта наиболее неблагоприятного в отношении взрыва периода.

1.1. При расчете избыточного давления взрыва в качестве расчетного варианта принимается наиболее неблагоприятный в отношении взрыва период, связанный с формовкой и зарядом полностью разряженных батарей с напряжением более 2,3 В на элемент и наибольшем значении зарядного тока, превышающем в четыре раза максимальный зарядный ток.

1.2. Происходит заряд аккумуляторных батарей с максимальной номинальной емкостью, А·ч. Количество одновременно заряжаемых батарей устанавливается в зависимости от эксплуатационных условий, мощности и напряжения внешнего источника тока. Продолжительность поступления водорода в помещение соответствует конечному периоду заряда при обильном газовыделении и принимается равным 1 ч (Т=3600 с).

1.3. За расчетную температуру принимается максимальная температура наружного воздуха в населенном пункте (климатической зоне), согласно СНиП 2.01.01-82 "Строительная климатология и геофизика".

2. Расчет поступающего в помещение водорода при заряде аккумуляторных батарей.

2.1. Масса водорода, выделившегося в одном элементе при установившемся динамическом равновесии между силой зарядного тока и количеством выделяемого газа:

кг · А^-1 · с^-1

где: F = 9,65·10⁴ А · с · моль^-1 - постоянная Фарадея;

A - атомная единица массы водорода, равная 1 а.е.м = 1·10^-3 кг·моль^-1;

Z = 1 - валентность водорода;

I - сила зарядного тока, А;

T - расчетное время заряда, с.

2.2. Объем водорода, поступающего в помещение при заряде нескольких батарей, м³

где r_r - плотность водорода, при расчетной температуре воздуха, кг·м^-3;

I_i - максимальный зарядный ток i-ой батареи, А;

n_i - количество аккумуляторов i-ой батареи.

Плотность водорода определяется по формуле:

, кг · м^-3

где М - масса одного кмоля водорода, равная 2 кг·кмоль^-1;

V₀ - объем кмоля газа при НУ, равный 22,413 м³·кмоль^-1;

a - 0,00367, град^-1 - коэффициент температурного расширения газа;

t_в - расчетная температура воздуха, °С

Максимальная сила зарядного тока принимается по ГОСТ 825-73 "Аккумуляторы свинцовые для стационарных установок".

3. Расчет избыточного давления взрыва водорода в аккумуляторном помещении, в соответствии с п.3.5. НПБ 105-95.

3.1. Расчетная формула:

где P_max = 900 кПа, P₀ = 101 кПа, Z = 1,0

(об),

,

м³, К_н = 3

3.2. При расчете избыточного давления взрыва с учетом работы аварийной вентиляции, в соответствии с п.3.2.7. необходимо расчетный объем водорода, V_н, поступивший в помещение, разделить на коэффициент К, определяемый по формуле:

К = А · Т+1

где А - кратность воздухообмена, создаваемого аварийной вентиляцией, 1/с, (1/ч);

Т - 3600 с, продолжительность поступления водорода в объем помещения

Система аварийной вентиляции должна быть обеспечена автоматическим пуском.

 

ПРИМЕР

определения категории аккумуляторного помещения

по взрывопожарной и пожарной опасности

 

1. Исходные данные.

1.1. Аккумуляторное помещение проектируемого дома связи объемом V_пом = 27,2 м³ оборудуется аккумуляторными батареями СК-4 из 12 аккумуляторов и СК-1 из 13 аккумуляторов.

1.2. Максимальная абсолютная температура воздуха согласно СНиП 2.01.01-82 в районе строительства 38 °С.

1.3. За расчетный вариант принимается одновременный заряд всех батарей, находящихся в аккумуляторном помещении, с наибольшим значением зарядного тока, превышающим в четыре раза максимально допустимый.

1.4. Плотность водорода при расчетной температуре воздуха:

кг · м^-3

1.5. Объем водорода, поступающего в аккумуляторное помещение при заряде двух батарей СК-4 и СК-1:

м³;

1.6. Свободный объем аккумуляторного помещения:

V_св = 0,8 · V_пом = 0,8 · 27,2 = 21,76 м³

2. Избыточное давление взрыва водорода в аккумуляторном помещении:

кПа.

Так как расчетное избыточное давление взрыва более 5 кПа, то в соответствии с табл.1 ВНТП аккумуляторное помещение следует относить к категории А.

3. Избыточное давление взрыва водорода в аккумуляторном помещении с учетом работы аварийной вентиляции.

3.1. При кратности воздухообмена, создаваемого аварийной вентиляцией, равной 8 ч^-1, объем водорода, поступающего в помещение составит:

м³.

Избыточное давление взрыва при этом будет равно:

кПа.

3.2. При кратности воздухообмена, А = 8 ч^-1 в помещении со свободным объемом V_св = 21,76 м³ достаточно удаление воздуха аварийной вентиляцией:

Vав = A · Vсв = 8 · 21,76 = 174 »180 м³/ч,

с учетом требований СНиП 2.04.05-91.

3.3. Заключение. При оборудовании аккумуляторного помещения аварийной вентиляцией с кратностью воздухообмена А = 8 ч^-1, отвечающей требованиям п.3.2.7, ВНТП, СНиП 2.04.05-91 и ПУЭ, допускается не относить аккумуляторное помещение к категории А.

Согласно п.2.2. и табл.1 ВНТП при расчетном давлении взрыва менее 5 кПа, аккумуляторное помещение следует относить к категории В4.

 

 

Приложение 4

Рекомендуемое

 

1. ПРИМЕРЫ

определения категорий помещений по взрывопожарной и пожарной опасности

(без учета работы аварийной вентиляции)

 

1. Определение категории помещения краскоприготовительного отделения малярного цеха ВРЗ

 

1.1. Исходные данные.
1.1.1. Характеристика помещения.
Длина L, м	20
Ширина B, м	6
Отношение длины к ширине помещения L/B	3,33
Высота H, м	5,2
Площадь Sп, м2	120
Объем свободный Vсв, м3	500 (0,8·120·5,2)
Температура воздуха tв,°C	37 (район строительства - Москва)*

___________

* Расчетная температура воздуха принята максимальная, согласно главе СНиП 2.01.01-82

 

1.1.2. Обоснование расчетного варианта аварии.

При определении избыточного давления взрыва в качестве расчетного варианта аварии принимается разгерметизация емкости, а также напорного и отводящего трубопроводов с последующим разливом наиболее опасного в отношении последствий взрыва ксилола. За расчетную температуру принимается температура воздуха в помещении:

t_p = 37 °С > t_всп = 24 °С.

1.1.3. Характеристика технологического блока.

 

Объем мерника Vап, м3	0,075
Степень заполнения e	0,9
Напорный трубопровод:
длина Lн, м	10
диаметр dн, мм	25
Отводящий трубопровод:
длина Lот, м	10
диаметр dот, мм	40
Производительность насоса q, м3 · с-1	6,5·10-5
Время отключения насоса t3, с	300

 

1.1.4. Характеристика вещества.

 

Наименование: ксилол (ГОСТ 9949-76)
Химическая формула	С7,99H9,98
Плотность жидкости rж,кг/м3	860
Молекулярная масса М, кг/моль	106
Константы уравнения Антуана	А-7,05479; В-1478,16; СА-220,53
Нижний концентрационный предел распространения пламени СНКПР % (об.).	1,0

 

1.2. Расчет массы ЛВЖ, поступившей в помещение, по формуле (3.1):

m_ж = [0,9·0,075 + 0,785·(10·0,025² + 10·0,04²) + 6,5·10^-5·300]·860 = 93,955 кг

1.3. Расчет массы испарившейся ЛВЖ.

1.3.1. Максимальная площадь разлива, согласно п.3.2.5.*:

________________

* В примерах приводятся ссылки на пункты 3-го и 4-го разделов настоящих ВНТП.

м²

1.3.2. Давление насыщенных паров по формуле (3.6):

кПа

1.3.3. Интенсивность испарения по формуле (3.5):

кг·м^-2·с^-1

1.3.4. Время полного испарения разлившейся ЛВЖ по формуле (3.7):

мин = 8,4 ч

За расчетное время испарения принимаем Т = 3600 с.

1.3.5. Масса испарившейся жидкости с поверхности разлива по формуле (3.3):

m = 0,283 · 10^-4 · 109,25 · 3600 = 11,13 кг

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

1.4.1. Расчет плотности пара по формуле (3.11):

кг/м³

1.4.2. Средняя концентрация паров ксилола в помещении

.

Значение средней концентрации паров ЛВЖ в объеме помещения превышает 50% от нижнего концентрационного предела распространения пламени ксилола, поэтому значение коэффициента Z участия паров ЛВЖ во взрыве допускается принимать равным 0,3 (Z = 0,3).

1.5. Расчет избыточного давления взрыва.

1.5.1. Стехиометрический коэффициент кислорода в реакции сгорания, в соответствии п.3.3.1.

1.5.2. Стехиометрическая концентрация паров ЛВЖ по формуле (3.12)

(об.)

1.5.3. Избыточное давление взрыва по формуле (3.9)

кПа

1.6. Заключение о категории помещения.

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

 

2. Определение категории помещения краскоприготовительного отделения малярного цеха ВРЗ с увеличенным объемом помещения (2-ой вариант)

 

2.1. Исходные данные.
2.1.1. Характеристика помещения
Длина L, м	30
Ширина B, м	6
Отношение длины к ширине помещения L/B	5
Высота H, м	7
Площадь Sп, м2	180
Объем свободный Vсв, м3	1008

 

Остальные данные остаются те же, что и в примере 1 (см. пп.1.1.2-1.1.4; 1.2; 1.3 настоящего Приложения).

2.2. Определение средней концентрации паров ЛВЖ (ксилола) в помещении (согласно п.3.5. ВНТП).

2.2.1. Плотность пара определена в примере 1 (см. п.1.4.1), r_п =4,164 кг·м^-3.

2.2.2. Средняя концентрация паров ксилола в помещении

Средняя концентрация паров ксилола в помещении меньше 50% от нижнего концентрационного предела распространения пламени. В этом случае проводится расчет коэффициента Z участия паров ЛВЖ во взрыве в соответствии с п.3.5.

2.3. Определение коэффициента Z участия паров ЛВЖ во взрыве в соответствии с п.3.5.3.

2.3.1. Концентрация насыщенных паров ксилола

(об.)

2.3.2. Определение величины С* по формуле С* = j·С_ст:

С* = 1,9 · 1,932 =3,67

С_ст = 1,932 - определена в примере 1 (см. п.1.5.2.)

Значение функции Х по формуле (3.23.) при С_н £ С*:

Коэффициент Z по номограмме (рис.1): при Х = 0,74 Z = 0,24 < 0,3.

В этом случае проводится расчет коэффициента Z по формулам (3.16) или (3.17).

2.4. Расчет коэффициента Z участия паров ЛВЖ во взрыве.

2.4.1. Расстояния по осям X, Y, Z от источника поступления паров ЛВЖ, ограниченные нижним концентрационным пределом распространения пламени, определяются по формулам (3.18), (3.19), (3.20):

2.4.1.1. Предэкспоненциальный множитель C₀ в соответствии с п.3.5.2.:

(об.)

2.4.1.2. м

м

м

2.4.2. Расчет коэффициента Z при Х_НКПР > 0,5L и Y_НКПР > 0,5L

Принимаем окончательно Z = 0,106

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

кПа

2.6. Заключение о категории помещения.

2.6.1. Расчетное избыточное давление взрыва не превышает 5 кПа. В технологическом процессе производства обращаются ЛВЖ. Согласно требованиям п.2.2. и табл.1, а также примечания 2 и табл.4. ВНТП, помещение краскоприготовительного отделения следует отнести к категории В3, по следующему расчету: площадь разлива принимается равной не менее 10 м² с ограничением бортиками и приямком, вмещающим 93,955 кг жидкости; теплота сгорания ксилола равна 40,8 МДж·кг^-1; пожарная нагрузка Q = 93,955·40,8 = 3833 МДж; удельная ПН составит: МДж·м^-2; расчетная ПН равна 0,64·383,3·7² = 12020 МДж. Пожарная нагрузка, определяемая по формуле (4.1), не превышает расчетную: Q = 3833 < 12020 МДж. Следовательно, помещение краскоприготовительного отделения относится к категории В3.

 

3. Определение категории помещения сушильно-пропиточного отделения электромашинного цеха ЛРЗ.

 

3.1. Исходные данные.
3.1.1. Характеристика помещения
Длина L, м	32
Ширина B, м	10
Отношение длины к ширине помещения L/B	3,2
Высота H, м	8
Площадь Sп, м2	320
Объем свободный Vсв, м3	2048 (0,8·320·8)
Температура воздуха tв,°C	37(район строительства - Москва)

 

3.1.2. Обоснование расчетного варианта аварии.

Для расчета избыточного давления взрыва в качестве расчетного варианта принимается перфорация наибольшего по объему бака для окраски полюсных катушек способом окунания и разгерметизация питающих трубопроводов по прямому и обратному потоку, с последующим разливом наиболее опасного в отношении последствий взрыва лака БТ-99. Одновременно происходит испарение с открытой поверхности второго бака, при выгрузке окрашенных полюсных катушек, размещенных в корзине (до 10 штук) для воздушной сушки в помещении.

За расчетную температуру принимается температура воздуха в помещении t_p =37 °С > t_всп=24 °С.

3.1.3. Характеристика технологического блока, участвующего во взрыве

 

Объем бака Vап, м3	0,5
Степень заполнения e	0,9
Напорный трубопровод:
длина Lн, м	10
диаметр dн, мм	25
Отводящий трубопровод:
длина Lот, м	10
диаметр dот, мм	40
Производительность насоса q, м3·с-1	6,5·10-5
Время отключения насоса t3, с	300
Открытое зеркало испарения второго бака Fемк, м2	1,54 (3,14·0,72)
Общая поверхность свежеокрашенных полюсных катушек Fобр, м2	6,28