2. Расчет избыточного давления взрыва

Избыточное давление взрыва ( ) для индивидуальных горючих веществ, состоящих из атомов С, Н, О, N, Cl, Br, I, F., определяется по формуле:

, (4)

где - максимальное давление взрыва стехиометрической газовоздушной или паровоздушной смеси в замкнутом объеме, определяемое по справочным данным [1]; при их отсутствии принимается равным 900 кПа;

- начальное (атмосферное) давление, принимаемое равным 101 кПа;

- масса горючего газа или паров ЛВЖ или горючих жидкостей, вышедших при расчете в помещение, кг;

- коэффициент участия горючего во взрыве, принимаемый равным 1 для водорода; 0,5 для других горючих газов; 0,3 для ЛВЖ и горючих жидкостей; 0,5 для горючих пылей;

- свободный объем помещения, м, принимаемый равным 80% объема помещения;

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

- стехиометрическая концентрация горючего, % об., вычисляемая по формуле:

, % об., (5)

где - стехиометрический коэффициент кислорода в реакции сгорания ( - число атомов C, H, O и галоидов в молекуле горючего);

- коэффициент, учитывающий негерметичность помещения и неадиабатичность процесса горения, принимаемый равным 3.

Расчет избыточного давления взрыва для остальных горючих веществ и для их смесей может быть выполнен по формуле:

, кПа, (6)

где - теплота сгорания, кДж/кг;

- плотность воздуха до взрыва при температуре _ос,

- теплоемкость воздуха, принимается равной 1,01 кДж/(кг^·К);

Т_ос- начальная температура воздуха (окружающей среды), К.

Если в помещении ведется работа с использованием горючих газов, то производится расчет избыточного давления по формулам (4) или (6), причем масса (кг) поступившего в помещение при расчетной аварии газа определяется по формуле:

, кг (7)

где - объем газа, вышедшего из аппарата, м³;

- объем газа, вышедшего из трубопроводов, м³ .

При этом

(8)

где - давление в аппарате, кПа;

- объем аппарата, м³.

(9)

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

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

, (10)

где - расход газа в трубопроводе, м³/с;

- время отключения трубопровода.

, (11)

где - давление в трубопроводе, кПа;

- внутренний диаметр трубопровода, м;

- длина трубопровода от аварийного аппарата до вентиля или задвижки, м.

Время отключения трубопровода принимается равным 120 с, если имеется система автоматического отключения, и равным 300 с при ручном отключении.

При проведении работ с ЛВЖ и горючими жидкостями избыточное давление взрыва в помещении также определяется по формулам (4) или (6). Масса (кг) паров жидкости, поступивших в помещение при наличии нескольких источников испарения (поверхность разлитой жидкости, поверхность со свеженанесенным составом при окраске, промывке или покрытии, поверхность открытых емкостей), определяется по формуле:

, кг (12)

где - масса паров, поступивших с поверхности разлива, кг;

- масса паров, поступивших с открытых поверхностей, кг;

- масса паров, поступивших с поверхностей, на которые нанесен применяемый состав, кг.

При этом каждое из слагаемых в формуле (12) определяется по формуле:

, кг, (13)

где - интенсивность испарения, кг/(с^.м²);

- площадь испарения, м², определяемая в зависимости от массы жидкости m_n, вышедшей в помещение;

- время испарения, с.

Интенсивность испарения [ кг/(с^.м²)] определяется по справочным или экспериментальным данным. Для ЛВЖ при комнатной температуре расчет производится по формуле:

, (14)

где - коэффициент, принимаемый по таблице 4 в зависимости от скорости и температуры воздушного потока над поверхностью испарения;

- давление насыщенного пара жидкости при расчетной температуре, кПа, определяемое по уравнению Антуана;

- молекулярная масса, г/моль.

Таблица 4 - Значения коэффициентов для расчета интенсивности испарения ЛВЖ.

Скорость воздушного потока в помещении, м/с	Значение коэффициента при температуре оС в помещении
	10	15	20	30	35
0	1,0	1,0	1,0	1,0	1,0
0,1	3,0	2,6	2,4	1,8	1,6
0,2	4,6	3,8	3,5	2,4	2,3
0,5	6,6	5,7	5,4	3,6	3,2
1,0	10,0	8,7	7,7	5,6	4,6

Площадь испарения в случае пролива ЛВЖ и горючих жидкостей определяется, исходя из расчета, что 1 л смесей и растворов, содержащих по массе 70 % и менее растворителей, разливается по площади 0,5 м², а остальных жидкостей - на 1 м² пола помещения. Длительность испарения жидкости принимается равной времени полного испарения, но не более 3600 с.

Как правило, количество дисперсных горючих материалов, которые имеются в лаборатории и могут перейти в ее объем с образованием взрывоопасных аэровзвесей при авариях, недостаточно для развития избыточного давления более 5 кПа. Чтобы убедиться в этом, достаточно произвести обратный расчет по уравнению (12), решив его относительно - массы материала, участвующего во взрыве, и сопоставив полученное значение этой массы, необходимое для создания избыточного давления в 5 кПа, с реальным количеством материала, который может принять участие во взрыве. Если первая величина заведомо больше второй, то помещение относят к категории В.

Расчет избыточного давления P при взрыве горючих порошков и пылей производится по формуле:

, (15)

где Н_т – теплота сгорания материала, Дж/кг;

- плотность воздуха до взрыва, кг/м³ , при начальной температуре Т;

С_р – тепло­емкость воздуха, Дж/кг·К (можно принимать равной 1,01·10 Дж/кг·К );

Т₀ – начальная температура воздуха, К;

Z – коэффициент участия взвешенной горючей пыли во взрыве, следует принимать равным 1 для порошков металлов и сплавов (в том числе и порошков кремния, употребляемого в полупроводниковом производстве К_н следует принимать разным 3, если рассчитывается избыточное дав­ление в большом помещении (например, здании мастерской или цеха, име­ющем большую

площадь проемов), и равным 2, если расчет ведется для относительно небольшого помещения (камеры вентиляционных установок, помещение для установки фильтров или циклонов и т.п.);

m = m_вз + m_ав, (16)

где m_вз - расчетная масса взвешенной в объеме помещения пыли при ава­рийной ситуации, определяемая по формуле:

m_вз =K_вз· m_n (17)

где m_вз – расчетная масса взвихрившейся пыли, кг;

K_вз – доля отло­жившейся в помещении пыли, способной перейти во взвешенное состо­яние в результате аварийной ситуации в отсутствие эксперименталь­ных сведений, допускается принимать K_вз =0,9 );

m_n – масса от­ложившейся в помещении пыли к моменту аварии, кг .

m_ав=(m_ап+qT)K_п (18)

где m_ав – расчетная масса пыли, поступившей в помещение в результате аварийной ситуации, кг;

m_an – масса горючей пыли, выбрасываемой в помещение из аппарата, кг;

q – производительность, с которой продолжается поступление пылевид­ных веществ в аварийный аппарат по трубопроводам до момента их отключения, кг· с^-1 ;

Т – время отключения, равное 120 сек. при авто­матическом отключении и 300 сек. при отключении вручную;

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 величине K_п – допускается принимать для пылей с дисперсностью не менее 350 мкм K_п = 0,5; для пылей с дисперсностью менее 350 мкм K_п = 1,0);

m_n – масса отложившейся в помещении пыли к моменту аварии.

m_n = К_г (m₁ + m₂ ) / К_y (19)

m_i = М_i (1 - α) ·_i , (20)

где m_i (i =1,2) – масса пыли, оседающей на различных поверхностях в помещении за межуборочный период;

m₁ - масса пыли, оседающей на труднодоступных для уборки поверхностях помещения в период между генеральными уборками, кг;

m₂ – масса пыли, оседающей на доступных для уборки поверхностях в помещении за период времени между текущими уборками, кг;

М₁- масса пыли, выделяющейся в объ­ем помещения за период времени между генеральными уборками, кг;

М₂ – масса пыли, выделяющейся в объем помещения за период вре­мени между текущими уборками, кг;

₁, ₂ – доли выделяющейся в объем помещения пыли, оседающей, соответственно, на труднодоступных и доступных для уборки поверх­ностях помещения (( ₁ + ₂ ) = 1; допускается принимать ₁= 1 , ₂ = 0);

К_y – коэффициент эффективности пылеуборки (принимается при сухой пылеуборке равным 0,6);

К_г – доля горючей пыли в общей массе отложений пыли;

α – доля, выделяющейся в объём помещения пыли, которая удаляется вентиляционными системами; при их отсутствии принимается равной 0.