ГОСТ Р 12.3.047-98 Система стандартов безопасности труда (ССБТ). Пожарная безопасность технологических процессов. Общие требования. Методы контроля

Приложение А. Метод расчета избыточного давления, развиваемого при сгорании газопаровоздушных смесей в помещении

Приложение А
(обязательное)

А.1 Выбор и обоснование расчетного варианта

А.1.1 При расчете значений критериев пожарной опасности при сгорании газопаровоздушных смесей в качестве расчетного следует выбирать наиболее неблагоприятный вариант развития пожара (в период пуска, остановки, загрузки, выгрузки, складирования, ремонта, нормальной работы, аварии аппаратов или технологического процесса), при котором в помещение поступает (или постоянно находится) максимальное количество наиболее опасных в отношении последствий сгорания газопаровоздушных смесей и пожара веществ и материалов.

А.1.2 Количество поступивших в помещение веществ, которые могут образовать горючие газовоздушные или паровоздушные смеси, определяют, исходя из следующих предпосылок:

а) происходит расчетная авария одного из аппаратов согласно А.1.1;

б) все содержимое аппарата поступает в помещение;

в) происходит одновременно утечка веществ из трубопроводов, питающих аппарат по прямому и обратному потоку в течение времени, необходимого для отключения трубопроводов.

Расчетное время отключения трубопроводов определяют в каждом конкретном случае, исходя из реальной обстановки, и оно должно быть минимальным с учетом паспортных данных на запорные устройства, характера технологического процесса и вида расчетной аварии.

Расчетное время отключения трубопроводов следует принимать равным:

- времени срабатывания системы автоматики отключения трубопроводов согласно паспортным данным установки, если вероятность отказа системы не превышает 0,000001 в год или обеспечено резервирование ее элементов (но не более 120 с);

- 120 с, если вероятность отказа системы автоматики превышает 0,000001 в год и не обеспечено резервирование ее элементов;

- 300 с при ручном отключении.

Не допускается использование технических средств для отключения трубопроводов, для которых время отключения превышает вышеприведенные значения.

Быстродействующие клапаны-отсекатели должны автоматически перекрывать подачу газа или жидкости при нарушении электроснабжения;

г) происходит испарение с поверхности разлившейся жидкости. Площадь испарения при разливе на пол определяют (при отсутствии справочных данных), исходя из расчета, что 1 л смесей и растворов, содержащих 70% и менее (по массе) растворителей, разливается на площади 0,5 м, а остальных жидкостей - на 1 м пола помещения;

д) происходит также испарение жидкостей из емкостей, эксплуатируемых с открытым зеркалом жидкости, и со свежеокрашенных поверхностей;

е) длительность испарения жидкости принимают равной времени ее полного испарения, но не более 3600 с.

А.1.3 Свободный объем помещения определяют как разность между объемом помещения и объемом, занимаемым технологическим оборудованием. Если свободный объем помещения определить невозможно, то его допускается принимать условно равным 80% геометрического объема помещения.

А.1.4 Определение пожароопасных свойств веществ и материалов проводят на основании результатов испытаний или расчетов по стандартным методикам с учетом параметров состояния (давление, температура и т.д.).

Допускается использование справочных данных, опубликованных головными научно-исследовательскими организациями в области пожарной безопасности или выданных Государственной службой стандартных справочных данных.

Допускается использование показателей пожарной опасности для смесей веществ и материалов по наиболее опасному компоненту.

А.2 Расчет избыточного давления для горючих газов, паров легковоспламеняющихся и горючих жидкостей

А.2.1 Избыточное давление , кПа, для индивидуальных горючих веществ, состоящих из атомов С, Н, О, N, Cl, Br, I, F, рассчитывают по формуле

, (А.1)

где - максимальное давление, развиваемое при сгорании стехиометрической газовоздушной или паровоздушной смеси в замкнутом объеме, определяемое экспериментально или по справочным данным в соответствии с требованиями А.1.4. При отсутствии данных допускается принимать равным 900 кПа;

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

- масса горючего газа (ГГ) или паров легковоспламеняющихся (ЛВЖ) и горючих жидкостей (ГЖ), вышедших в результате расчетной аварии в помещение, вычисляемая для ГГ по формуле (А.14), а для паров ЛВЖ и ГЖ по формуле (А.19), кг;

- коэффициент участия горючего при сгорании газопаровоздушной смеси, который может быть рассчитан на основе характера распределения газов и паров в объеме помещения согласно А.2.3 и А.2.4. Допускается принимать по таблице А.1;

- свободный объем помещения, м;

- плотность газа или пара при расчетной температуре , кг/м, вычисляемая по формуле

, (А.2)

где - молярная масса, кг/кмоль;

-мольный объем, равный 22,413 м/кмоль;

- расчетная температура, °С.

В качестве расчетной температуры следует принимать максимально возможную температуру воздуха в данном помещении в соответствующей климатической зоне или максимально возможную температуру воздуха по технологическому регламенту с учетом возможного повышения температуры в аварийной ситуации. Если такого значения расчетной температуры по каким-либо причинам определить не удастся, допускается принимать ее равной 61°С;

- стехиометрическая концентрация ГГ или паров ЛВЖ и ГЖ, % (об.), вычисляемая по формуле

, (А.3)

где - стехиометрический коэффициент кислорода в реакции сгорания;

- число атомов С, Н, О и галоидов в молекуле горючего;

- коэффициент, учитывающий негерметичность помещения и неадиабатичность процесса горения. Допускается принимать равным трем.

Таблица А.1

А.2.2 Расчет , кПа, для индивидуальных веществ, кроме упомянутых в А.2.1, а также для смесей может быть выполнен по формуле

, (А.4)

где - теплота сгорания, Дж/кг;

- плотность воздуха при начальной температуре , кг/м;

- теплоемкость воздуха, Дж/(кг·К) [допускается принимать равной 1,01·10 Дж/(кг·К)];

- начальная температура воздуха, К.

А.2.3 Приведенные в А.2.3 и А.2.4 расчетные формулы применяются для случая , [ - нижний концентрационный предел распространения пламени горючего газа или пара, % (об.)] и помещений в форме прямоугольного параллелепипеда с отношением длины к ширине не более пяти.

Коэффициент участия Z горючих газов и паров ненагретых выше температуры окружающей среды легковоспламеняющихся жидкостей при сгорании газопаровоздушной смеси для заданного уровня значимости (уровень значимости - вероятность того, что значение концентрации С превысит значение математического ожидания этой случайной величины ) рассчитывают по формулам:

при и

, (А.5)

при и

, (А.6)

где - масса газа или паров ЛВЖ, поступающих в помещение в соответствии с А.2.6 и А.2.7, кг;

- допустимые отклонения концентраций при задаваемом уровне значимости , приведенные в таблице А.2;

- расстояния по осям X, Y, Z от источника поступления газа или пара, ограниченные нижним концентрационным пределом распространения пламени, соответственно, м, рассчитываются по формулам (Б.5 - Б.7);

- длина и ширина помещения, соответственно, м;

- площадь пола помещения, м;

- предэкспоненциальный множитель, % (об.), равный:

при отсутствии подвижности воздушной среды для горючих газов

, (А.7)

при подвижности воздушной среды для горючих газов

, (А.8)

где - подвижность воздушной среды, м/с;

при отсутствии подвижности воздушной среды для паров легковоспламеняющихся жидкостей

, (А.9)

где - концентрация насыщенных паров при расчетной температуре , °С, воздуха в помещении, % (об.).

Концентрация может быть найдена по формуле

, (А.10)

где - давление насыщенных паров при расчетной температуре (находится по справочной литературе), кПа;

- атмосферное давление, равное 101 кПа.

- плотность паров, кг/м;

при подвижности воздушной среды для паров легковоспламеняющихся жидкостей

. (А.11)

Таблица А.2

Значения допустимых отклонений концентраций при уровне значимости

Уровень значимости выбирают, исходя из особенностей технологического процесса. Допускается принимать равным 0,05.

А.2.4 Коэффициент Z участия паров ненагретых легковоспламеняющихся жидкостей при сгорании паровоздушной смеси может быть определен по номограмме, приведенной на рисунке А.1.

Рисунок А.1 - Зависимость коэффициента Z от Х

Рисунок А.1 - Зависимость коэффициента Z от Х

Х рассчитывают по формулам

где ( - эффективный коэффициент избытка горючего, принимаемый равным 1,9).

А.2.5 В случае обращения в помещении горючих газов, легковоспламеняющихся или горючих жидкостей при определении массы , входящей в формулы (А.1) и (А.4), допускается учитывать работу аварийной вентиляции, если она обеспечена резервными вентиляторами, автоматическим пуском при превышении предельно допустимой взрывобезопасной концентрации горючих газов и паров и электроснабжением по первой категории надежности (ПУЭ) при условии расположения устройств для удаления воздуха из помещения в непосредственной близости от места возможной аварии.

При этом массу горючих газов, паров легковоспламеняющихся или горючих жидкостей, нагретых до температуры вспышки и выше, поступивших в объем помещения, следует разделить на коэффициент К, рассчитанный по формуле

где - кратность воздухообмена, создаваемого аварийной вентиляцией, с;

- продолжительность поступления горючих газов и паров легковоспламеняющихся и горючих жидкостей в объем помещения, с (принимается по А.1.2). Если в расчетной аварийной ситуации участвует аппарат (А.1.2, перечисления а, б) с горючим газом или паровой фазой, то продолжительность поступления принимается равной 0 с.

А.2.6 Массу , кг, поступившего в помещение при расчетной аварии газа рассчитывают по формуле

где - объем газа, вышедшего из аппарата, м;

- объем газа, вышедшего из трубопроводов, м.

При этом:

где - давление в аппарате, кПа;

- объем аппарата, м.

где - объем газа, вышедшего из трубопровода до его отключения, м;

- объем газа, вышедшего из трубопровода после его отключения, м.

где - расход газа, определяемый в соответствии с технологическим регламентом в зависимости от давления в трубопроводе, его диаметра, температуры газовой среды и т.д., м/с;

- время, определяемое по А.1.2, с.

где - максимальное давление в трубопроводе по технологическому регламенту, кПа;

- внутренний радиус трубопровода, м;

- длина трубопровода от аварийного аппарата до задвижек, м.

А.2.7 Массу паров жидкости , поступивших в помещение при наличии нескольких источников испарения (поверхность разлитой жидкости, поверхность со свеженанесенным составом, с которой происходит испарение легколетучих веществ, открытые емкости и т.п.), рассчитывают по формуле

где - масса жидкости, испарившейся с поверхности разлива, кг;

- масса жидкости, испарившейся с поверхностей открытых емкостей, кг;

- масса жидкости, испарившейся с поверхностей, на которые нанесен применяемый состав, кг.

При этом каждое из слагаемых в формуле (А.19) определяют по формуле

где - интенсивность испарения, кг/(с·м);

- площадь испарения, м, определяемая в соответствии с А.1.2 в зависимости от массы жидкости , поступившей в помещение.

Если аварийная ситуация связана с возможным поступлением жидкости в распыленном состоянии, то она должна быть учтена в формуле (А.19) введением дополнительного слагаемого, учитывающего общую массу поступившей жидкости от распыляющих устройств, исходя из продолжительности их работ.

Масса паров жидкости, поступивших в помещение при аварийной ситуации, может быть определена экспериментально или расчетным путем.

А.2.8 Массу поступившей в помещение жидкости , кг, определяют в соответствии с А.1.2.

Примеры - Расчет избыточного давления, развиваемого при сгорании газопаровоздушных смесей в помещении

1 Определить избыточное давление, развиваемое при сгорании паровоздушной смеси ацетона, возникающей при аварийной разгерметизации аппарата в производственном помещении.

Данные для расчета

В помещение со свободным объемом =160 м при аварийной разгерметизации аппарата поступает 117,9 кг паров ацетона (определенных в соответствии с приложением И). Максимально возможная температура для данной климатической зоны =36°С. Молярная масса ацетона М=58,08кг/кмоль.

Химическая формула ацетона . Максимальное давление при сгорании стехиометрической паровоздушной смеси ацетона в замкнутом объеме =572 кПа.

Расчет

Стехиометрический коэффициент кислорода в реакции сгорания ацетона равен

Стехиометрическая концентрация паров ацетона составит

Плотность паров ацетона при расчетной температуре равна

Тогда избыточное давление при сгорании паровоздушной смеси ацетона для расчетной аварии составит

2 Определить избыточное давление, развиваемое при сгорании газовоздушной смеси водорода, возникающей при аварийной разгерметизации трубопровода в производственном помещении.

Данные для расчета

Через помещение, свободный объем которого =200 м, проходит трубопровод с проходным сечением диаметром =50 мм, по которому транспортируется водород с максимальным расходом м/с при нормальных условиях и с максимальным давлением =150 кПа. Трубопровод оснащен системой автоматического отключения с временем срабатывания 2 с и с обеспечением резервирования ее элементов. Задвижки системы установлены перед стеной помещения в месте ввода трубопровода и за стеной данного помещения в месте вывода трубопровода. Длина отсекаемого участка трубопровода =10 м. Максимально возможная температура для данной климатической зоны =39°С. Плотность водорода при данной равна 0,0787 кг/м. Молярная масса водорода =2,016 кг/моль. Максимальное давление при сгорании стехиометрической газовоздушной смеси водорода в замкнутом объеме =730 кПа.

Расчет

Объем водорода, поступившего в помещение в результате аварийной разгерметизации трубопровода, будет равен

Масса водорода, поступившего в помещение при расчетной аварии, составит

Стехиометрический коэффициент кислорода в реакции сгорания водорода равен

Стехиометрическая концентрация водорода составит

Избыточное давление при сгорании водородовоздушной смеси, образующейся в результате расчетной аварии, равно

3 Определить коэффициент Z участия паров ацетона при сгорании паровоздушной смеси для случая разгерметизации аппарата с ацетоном.

Данные для расчета

В центре помещения размером 40х40 м и высотой =3 м установлен аппарат с ацетоном. Аппарат представляет собой цилиндр диаметром основания =0,5 м и высотой =1 м, в котором содержится 25 кг ацетона. Расчетная температура в помещении =30°С. Плотность паров ацетона при равна 2,33 кг/м. Давление насыщенных паров ацетона при равно 37,73 кПа. Нижний концентрационный предел распространения пламени =2,7% (об.). В результате разгерметизации аппарата в объем помещения поступит 25 кг паров ацетона за время испарения =208 с. При работающей общеобменной вентиляции подвижность воздушной среды в помещении =0,1 м/с.

Расчет

Параметры приведены в примере 1 раздела Б.2.

Так как при работающей и неработающей вентиляции

коэффициент Z составит:

при работающей вентиляции

при неработающей вентиляции

4 Определить коэффициент Z участия метана при сгорании газовоздушной смеси для случая аварийной разгерметизации газового баллона с метаном.

Данные для расчета

На полу помещения размером 13х13 м и высотой =3 м находится баллон с 0,28 кг метана. Газовый баллон имеет высоту =1,5 м. Расчетная температура в помещении =30°С. Плотность метана при равна 0,645 кг/м. Нижний концентрационный предел распространения пламени метана =5,28% (об.). При работающей общеобменной вентиляции подвижность воздушной среды в помещении =0,1 м/с.

Расчет

приведены в примере 2 раздела Б.2.

Так как при неработающей вентиляции

коэффициент Z составит

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 , кПа, рассчитывают по формуле

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

- теплота сгорания пыли, Дж/кг;

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

- доля участия взвешенной горючей пыли при сгорании пылевоздушной смеси;

- свободный объем помещения, м;

- плотность воздуха до сгорания пылевоздушной смеси при начальной температуре , кг/м;

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

- начальная температура воздуха, К;

- коэффициент, учитывающей негерметичность помещения и неадиабатичность процесса горения.

Допускается принимать 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%).

Следующая глава