3.3. Взрывозащита зданий и сооружений

Основная задача по взрывозащите зданий и сооружений — это определение таких конструктивных и компоновочных решений, которые в случае взрыва внутри помещения способствовали минимальным повреждениям.

Эта задача решается исходя из следующих показателей:

• допускаемой в помещении величины максимального избыточного давления, возникающего в аварийной ситуации при взрыве горючей смесей, с учетом объема помещения;

• степени заполнения его горючей смесью;

• вида горючей смеси и концентрации горючего в ней, степени интенсификации процесса взрывного горения в помещении.

Технические решения по защите зданий от взрыва сводятся к устройству в наружном ограждении здания проемов с заполнением легкоразрушающимися или легковскрывающимися конструкциями. Основным конструктивным решением по взрывозащите зданий является применение легкосбрасываемых конструкций (ЛСК). Основные виды ЛСК указаны на рис. 3.24.

Рис. 3.24. Основные виды ЛСК

Согласно п. 6.2.6 СП 4.13130.2009 площадь проемов ЛСК должна составлять 0,05 м² на 1 м³ объема помещения категории А и 0,03 м² на 1 м³ объема помещения с взрывоопасными производствами категории Б. 

К ЛСК, рекомендуемым для заполнения проемов, относят оконные переплеты, остекленные обычным стеклом, двери, распашные ворота, фонарные переплеты, конструкции из асбоцементных, алюминиевых и стальных листов с легким утеплителем, а также ЛСК с поверхностной плотностью не более 120 кг/м² покрытия. Рисунок 3.25

Рисунок 3.25 Легкосбрасываемые окна

Рисунок 3.26 Легкосбрасываемая кровля

3.3.1. Применение остекления

в качестве легкоразрушающихся или легкосбрасываемых элементов

Остекленные участки стен в настоящее время принято считать наиболее эффективными (по сравнению с другими) строительными конструкциями для снижения избыточного давления при взрыве внутри помещения горючих смесей.

Основными показателями, влияющими на устройство оконного остекления как ЛСК, являются нормирование минимальной площади оконного стекла и максимальной его толщины. Эффективность остекления зависит во многом от геометрических размеров стекла и схемы его заделки.

Зависимость минимальной площади стекла от его толщины приведена в табл. 3.8.

Таблица 3.8

Зависимость минимальной площади стекла от его толщины

Толщина стекла ст, мм	Минимальная площадь листа стекла, м2
3	0,8
4	1
5	1,5

На практике встречаются случаи, когда горючая смесь может заполнить не весь объем помещения, а только часть его, в этом случае площадь ЛСК определяется по формуле

,

где – площадь безопасного отверстия, обеспечивающего снижение давления до безопасной величины для частично заполненного газовоздушной смесью (ГВС) объема помещения, м³;

V₀ – объем взрывоопасной смеси в объеме помещения, м³, V₀ = Y/C_нпв,

где Y – количество поступивших горючих веществ, г;

С_нпв – нижний концентрационный предел воспламенения вещества, г/м³ , принимается по табл. 7.7;

 _и/ _в – коэффициент расширения продуктов сгорания, принимаетcя по табл. ;

V_п – объем помещения, м³.

Таблица 7.7

Параметры горючих смесей

Наименование вещества	Нижний концентрационный предел воспламенения, Снпв, г/м3	Стехио-метрическая концентрация взрывоопасной смеси, Сст, г/м3	Максимальная степень расширения продуктов горения,  и/ в	Нормальная скорость горения взрывоопасной смеси, U, м/с
Акрилкин	30	140,8	8,1	0,66
Акрилонитрин		1250	8,2	0,46
Аммиак	112	155,03	7,35	0,1
Амилен		93,1	8	0,42
Ацетальдегид		151,6	8	0,41
Ацетилен	16,5	83,96	8,86	1,57
Ацетон	52	88,53	9,09	0,43
Бензол	42	120,59	8,17	0,47
I-Бутан	37,4	75,65	7,84	0,379
II-Бутан		90,1	8	0,37
Бутилен	39,5	94,2	8	0,43
Винилацетилен		93,7	8,7	0,81
Водород	3,4	24,81	6,86	2,67
Гексадекан		85,7	7,5	0,4
II-Гексан		77,57	7,88	0,385
I-Гексан	39,1	87,1	7,6	0,45
I-Гексин		93,2	8,1	0,52
Гептан		78,11	7,84	0,424
I-Гептин		97,2	7,5	0,41
Дивинил		91,61	7,85	0,34
Диизопропил		91,4	8	0,35
Диметиловый эфир		134,1	7,7	0,49
Диэтиловый эфир		104,3	8,31	0,498
Изоамилен		84,7	8	0,44
Изобутан		90,1	8	0,34
Изобутилен		94,2	8	0,37
Изооктан		78,52	7,41	0,346
Изопентан		79,2	7,8	0,4

продолжение табл. 7.7

Наименование вещества	Нижний концентрационный предел воспламенения, Снпв, г/м3	Стехио-метрическая концентрация взрывоопасной смеси, Сст, г/м3	Максимальная степень расширения продуктов горения,  и/ в	Нормальная скорость горения взрыво-опасной смеси, U, м/с
Изопрен		88,3	8,1	0,5
Изопропиламин		100,7	7,4	0,29
Изопропилбензол		51,6	7,6	0,38
Изопропилмеркаптан		114,3	7,8	0,33
Изопропиловый спирт		140	8	0,41
Изопропилхлорид		147,2	7,6	0,27
Ксилол	44	92,1	7,4	0,34
Метан	16,66	63,04	6,71	0,33
Метиловый спирт	46,5	163,72	6,87	0,57
Метилциклогексан		85,3	7,8	0,4
Метилэтилкетон		117,8	7,7	0,43
Неогексан		83	7,7	0,4
Неопентан		82,2	7,7	0,35
Окись пропилена		128,7	8,1	0,67
Окись углерода	145	344,68	6,75	0,45
Окись этилена	54,8	142,05	8,73	0,895
Пропан	36,6	73,94	7,71	0,455
Пропадиен		91,6	7,6	0,38
Пропилен	34,8	94,2	8,5	0,68
Пропианальдегид		128,8	8	0,5
Сероуглерод	31,5	207,28	7,18	0,59
Толуол	38,2	93,5	8	0,38
Фуран		134,8	8,2	0,62
Хлористый Н-Пропил		147,8	7,6	0,28
Циклобутан		84,5	8	0,61
Циклогексан		141,2	7,5	0,43

окончание табл. 7.7

Наименование вещества	Нижний концентрационный предел воспламенения, Снпв, г/м3	Стехио-метрическая концентрация взрывоопасной смеси, Сст, г/м3	Максимальная степень расширения продуктов горения,  и/ в	Нормальная скорость горения взрыво-опасной смеси, U, м/с
Циклогексен		88,1	7,8	0,43
Циклопентан		84,8	7,8	0,45
Циклопентадиен		92,1	7,7	0,42
Циклопропан		83,4	8,1	0,54
Этан	31,2	77,3	7,7	0,45
Этилацетат	80,4	152,5	7,3	0,37
Этилбензол	80,4	94,3	7,4	0,35
Этилен	35	76,37	8,11	0,74
Этиловый спирт	50	125,41	6,91	0,556

П р и м е ч а н и е. Характеристики веществ, не приведенных в таблице, следует принимать по официальным справочникам или данным министерств и ведомств.

Формула для определения при полном заполнении объема помещения взрывоопасной смесью имеет вид:

где  – показатель интенсивности горения.

При свободном объеме помещения от оборудования  =2. При заполненном объеме помещения до 20  и более различными объектами при расстоянии между ними l  10 d  =3, где d – средний линейный размер поперечного сечения объекта; при l4d  =4;

U_и – скорость горения ГВС, м/с, принимается по табл. ;

 – плотность продуктов истечения (1.2–1.293) или принимается по справочным материалам;

 Р_доп – допустимое давление несущей способности основных конструкций на действие взрывной нагрузки, Па.

Из условия неразрушения основных конструкций здания допускаемое избыточное давление  _Рдоп на стенки при взрыве должно быть ограничено 5–8 кПа, для оконных стекол 1,2–4 кПа в зависимости от толщины и площади одного стекла.

Задача Рассчитать площадь ЛСК для здания цеха компрессии этилена. Объем здания V_п составляет 10000 м³. Максимальное количество вышедшего этилена из аппарата в помещение Y=20 кг.

Решение

1. По табл. 7.7 принимаем = 8,11;

U_и=0,74 м/с; С_нпв=35 г/м³.

2. Объем взрывоопасной смеси в объеме помещения

3. Принимаем:   3;  Р_доп=5 кПа;  =1,24.

4. Определяем площадь ЛСК при полном заполнении объема помещения взрывоопасной смесью

5. Определяем площадь ЛСК S_отв при объеме взрывоопасной смеси V_о

что не соответствует требованиям норм.