Расчет избыточного давления и определение категории взрывопожароопасности помещения

          Задача №1

          В помещение со свободным  объёмом 160 м3 при аварийной разгерметизации  поступает 117,9 кг паров ацетона. Максимально  возможная температура для данной климатической зоны 36◦С. Определить избыточное давление, развиваемое при сгорании паровоздушной смеси ацетона возникающее при аварийной разгерметизации аппарата в производственном помещении. 

          Решение

          Избыточное давление, развиваемое при сгорании паровоздушной  смеси найдём по формуле: 

          где - максимальное давление, развиваемое при сгорании стехиометрической газовоздушной или паровоздушной смеси в замкнутом объеме, определяемое экспериментально или по справочным данным в соответствии с требованиями, кПа. Допускается принимать = 900 кПа.

                - начальное атмосферное давление, кПа. Допускается принимать = 101 кПа.

                  - масса ГГ или паров ЛВЖ и ГЖ, вышедших в результате расчетной аварии в помещение, кг;

                  - коэффициент участия горючего при сгорании газопаровоздушной смеси;

                  - свободный объем помещения, м3;

                  - плотность газа или пара при расчетной температуре, кг/м3;

                    - стехиометрическая концентрация ГГ или паров ЛВЖ и ГЖ, % (об.);

                     - коэффициент, учитывающий негерметичность помещения и неадиабатичность процесса горения. Допускается принимать Кн = 3.

          Определим плотность  паров ацетона при расчетной  температуре:

          ,

          где - молярная масса, кг/кмоль;

                 -  мольный объем, равный 22,413 м3/кмоль;

                 - расчетная температура, °С.

            

          Стехиометрическую концентрацию ГГ, % (об.), определяют по формуле

                                                     

          где  — стехиометрический коэффициент кислорода в реакции сгорания.

          Стехиометрический коэффициент кислорода в реакции  сгорания определяют по следующей формуле 

          где  — число атомов С, Н, О и галоидов в молекуле горючего.

           

           

          Определим избыточное давление, развиваемое при сгорании паровоздушной смеси:

           

          Ответ: избыточное давление, развиваемое при сгорании паров  ацетона при заданной температуре  равно 523,45 кПа. 

          Задача №2

          Определить категорию  взрывопожароопасности помещения  размером

          54 Х 18 Х 6. Реактор  для синтеза смолы объёмом  16 м3, среда ксилол. Авария разгерметизация  аппарата, всё содержимое аппарата  поступает в окружающее пространство  и испаряется с поверхности  разлива. 

          Решение

          Свободный объём  помещения равен:

          Vсв = 54·18·6·0,8 = 4665,6 м3

          Избыточное давление, развиваемое при сгорании паровоздушной  смеси найдём по формуле: 

          Стехиометрический коэффициент кислорода в реакции  сгорания определяют по следующей формуле:

           

          Стехиометрическую концентрацию, % (об.), определяют по формуле

            
 

          Определим плотность  паров ацетона при расчетной  температуре:

           

          Найдём массу паров  ксилола: 

          где  — интенсивность испарения, кг/(с· м2);

                 — площадь испарения, м2.

           

           

           

          Найдём избыточное давление, развиваемое при сгорании паровоздушной смеси:

           

          Ответ: по избыточному давлению сгорания паровоздушной смеси определили категорию взрывопожароопасности помещения А. 

          Задача №3

          Определить категорию  взрывопожароопасности помещения  размером

          12 Х 12 Х 6. Аппарат  для полимеризации. Среда нефтеполимерная  олифа. 

          Решение

          Свободный объём  помещения равен:

          Vсв = 12·12·6·0,8 = 691,2 м3

          Избыточное давление, развиваемое при сгорании паровоздушной  смеси найдём по формуле: 

          Стехиометрический коэффициент кислорода в реакции  сгорания определяют по следующей формуле:

           

          Стехиометрическую концентрацию, % (об.), определяют по формуле

           

          Определим плотность  паров ацетона при расчетной  температуре:

            
 

          Найдём массу паров  ксилола: 

          где  — интенсивность испарения, кг/(с· м2);

                 — площадь испарения, м2.

           

           

           

          Найдём избыточное давление, развиваемое при сгорании паровоздушной смеси:

           

          Ответ: по избыточному  давлению сгорания паровоздушной смеси  определили категорию взрывопожароопасности  помещения А. 

          Задача №4

          Через помещение  свободный объём которого 200 м3 проходит трубопровод с проходным сечением диаметром 50 мм по которому транспортируется водород с максимальным расходом 5·10-3 м3/с. При н.у. и с максимальным давлением 150 кПа. Трубопровод оснащён  системой автоматического отключения с временем срабатывания 2 с и  с обеспечением резервирования. Задвижные 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 39◦С. Плотность водорода при 39◦С равна 0,000787 кг/м3. Максимальное давление при сгорании ГВС водорода в замкнутом объёме 730 кПа. Определить избыточное давление, развиваемое при сгорании ГВС водорода при аварийной разгерметизации трубопровода. 

          Решение

          Избыточное давление, развиваемое при сгорании паровоздушной  смеси найдём по формуле: 

          Стехиометрический коэффициент кислорода в реакции  сгорания определяют по следующей формуле:

             
 

          Стехиометрическую концентрацию, % (об.), определяют по формуле

           

          Определим массу  поступившего в помещение газа при  расчетной аварии:

                                                 

          где - объем газа, вышедшего из трубопровода до его отключения, м3;

                - объем газа, вышедшего из трубопровода после его отключения, м3.

                                                  

          где - расход газа, определяемый в соответствии с технологическим регламентом в зависимости от давления в трубопроводе, его диаметра, температуры газовой среды и т.д., м3/с;

                 - расчетное время отключения трубопроводов, с.

           

          Расчетное время  отключения трубопроводов следует  принимать равным:

          - времени срабатывания  системы автоматики отключения  трубопроводов согласно паспортным  данным установки, если вероятность  ее отказа 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.

          ,

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

                  - внутренний радиус трубопровода, м;

                  - длина трубопровода от аварийного аппарата до задвижек, м.

           

           

           

          Избыточное давление, развиваемое при сгорании паровоздушной  смеси:

           

          Ответ: избыточное давление, развиваемое при сгорании водорода, при аварийной разгерметизации  трубопровода, равно 0,14 кПа 

                  Задача №5

          В центре помещения  размером 40 Х 40 Х 3 установлен аппарат  с ацетоном. Аппарат представляет собой цилиндр с диаметром  основания 0,5 м и высотой 1 м, в  котором содержится 25 кг ацетона. Расчетная температура в помещении 30◦С. Плотность паров ацетона равна 2,33 кг/м3, плотность насыщенных паров ацетона равна 37,73 кПа, нижний концентрационный предел распространения пламени 2,7 %. В результате разгерметизации аппарата в объём помещения поступят 25 кг паров ацетона за время испарения 28 секунд. При работающей общеобменной вентиляции подвижность воздушной среды в помещении 0,1 м/с. Определить коэффициент участия паров ацетона при сгорании паровоздушной смеси для случая разгерметизации аппарата с ацетоном. 

          Решение

          Свободный объём  помещения равен:

          Vсв = 40·40·3·0,8 = 3840 м3

          Коэффициент участия  ГГ и паров ненагретых выше температуры  окружающей среды ЛВЖ при сгорании газопаровоздушной смеси для  заданного уровня значимости рассчитывают по формулам

          - при  ≤ 0,5 · и ≤ 0,5 ·  

          - при  > 0,5 · и > 0,5 ·  

          где - масса газа или паров ЛВЖ, поступающих в помещение, кг;

                - допустимые отклонения концентраций при задаваемом уровне значимости , приведенные в таблице 1 Приложения Б;

               - расстояния по осям X, Y, Z от источника поступления газа или пара, ограниченные нижним концентрационным пределом распространения пламени, соответственно, м;

               , — длина и ширина помещения, соответственно, м;

              — площадь пола помещения, м2;

               — предэкспоненциальный множитель, % (об.).

          Расстояния по осям X, Y, Z от источника поступления газа или пара, ограниченные нижним концентрационным пределом распространения пламени  рассчитывают по формулам