207

3

Раздел 3. Прогнозная оценка последствий взрыва

3.1. Методика расчета избыточного давления взрыва горючих газов.

3.1. Методика расчета избыточного давления взрыва горючих газов, паров лвз и гж в производственном помещении

(3.1)

Избыточное давление *\/> ВЗрЫва для индивидуальных горючих ве­ществ, состоящих из атомов С, Н, О, N, CI, Br, I, F, определяется по формуле:

т Z 100 I

^У<Я Рг.п Фсх '

^гДв Р_тм — максимальное давление взрыва стсхиометричсской газо-возлушной или паровоздушной смеси в замкнутом объеме, опреде­ляемое экспериментально или по справочным данным. При отсутст­вии данных допускается приниматьр_тлх равным 900 кПа;

Ро — начальное давление, кПа (допускается принимать равным 101 кПа);

т — масса паров легковоспламеняющихся (ЛВЖ) и горючих жидкостей (ГЖ), вышедших в результате расчетной аварии в поме­щение, кг;

Z— коэффициент участия горючего во взрыве, который может быть рассчитан на основе характера распределения газов и паров в объеме помещения согласно табл. 3.1.

К в ~ свободный объем помещения, м³ (допускается принимать равным 80 % от геометрического объема помещения);

р_гп — плотность газа или пара при расчетной температуре,

• м~³;

■>_ — стсхиомстричсская концентрация паров ЛВЖ, '"<■ об.;

Jf_H _ коэффициент, учитывающий нсгермстичность помещения и неадиабатичность процесса горения. Допускается принимать К„ равным трем.

Плотность газа (пара)

(3.2)

Плотность газа или пара при расчетной температуре /_р, вычисля­ют по формуле:

М

^Pr<n) ~ И₀(1 + 0,00367 -/„)'

где М — молярная масса, кг • кмоль"¹;

V₀ — мольный объем, равный 22,413 м³ • кмоль"¹; /_р — 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 1_р по каким-либо причинам определить не удается, допускается принимать се равной 61 °С.

Стехиометрическая концентрация

(3.3)

Стехиометрическую концентрацию горючих газов (ГГ) или паров ЛВЖ и ГЖ вычисляют по уравнению:

Фсх =

100

1 +4,84 В

где |> сгехиометрический коэффициент кислорода в реакции сгора­ния, который определяют как

p.^+VlSL *jb (3.4) 4 2

где «с, »_н, /)₀, «х - ЧИСЛО атомов С, Ы, О и галоидов в молекуле горю­чего.

Расчет Ар для других индивидуальных веществ, кроме упомяну­тых выше, а также для смесей может быть выполнен по формуле

_^--у'^н_:'с^г_{т h} ^<з_'⁵_>

^св-Рв-Ср-То л_н

где Н_т — теплота горения, Дж • кг"¹;

р_в — плотность воздуха до взрыва при начальной температуре Т₀, кг • м^-3;

С_р — теплоемкость воздуха, Дж • кг"¹ ■ К"¹ (допускается прини­мать равной 1,01 ■ 10³ Дж • кг"¹ • К^-1);

р₀ — начальное давление, кПа (допускается принимать 101 кПа);

m — масса горючих веществ, вышедших в помещение в результате аварии, кг;

Z— коэффициент участия горючего во взрыве, который может быть рассчитан на основе характера распределения газов и паров в объеме помещения согласно табл. 3.1;

К_св — свободный объем помещения, м³ (допускается принимать равным 80 % от геометрического объема помещения);

К„ — коэффициент, учитывающий негерметичность помещения и не адиабатичность процесса горения. Допускается принимать К„ равным трем.

Т₀ — начальная температура воздуха, К.

Масса горючего газа

Масса горючего газа, поступившего в помещение при расчетной аварии, определяется по формуле

ш = (У_я+У_г) р„ (3.6)

где К_а — объем газа, вышедшего из аппарата, м³;

V_T — объем газа, вышедшего из трубопроводов, м³. р_г — плотность горючего газа, кг • м^-3. При этом

V_a = 0,0\_PlV, (3.7)

где р_х — давление в аппарате, кПа; V— объем аппарата, м³;

(3.8) где К,_т — объем газа, вышедшего из трубопровода до его отключе­ния, м³;

К_2т — объем газа, вышедшего из трубопровода после его отключе­ния, м³;

V_b = qT, (3.9)

где q — расход газа, определяемый в соответствии с технологическим регламентом в зависимости от давления в трубопроводе, его диамет­ра, температуры газовой среды и т. д., м³ • с"¹; Т— время до отключения трубопровода, с.

К_2т = 0,01 кр₂(г ?I, + r\L₂ + ... + r²_nL_n), (3.10)

где р₂ — максимальное давление в трубопроводе по технологическому регламенту, кПа;

г — внутренний радиус трубопроводов, м;

L — длина трубопроводов от аварийного аппарата до задвижек, м. Масса паров жидкости

Масса паров жидкости, поступивших в помещение при наличии нескольких источников испарения (поверхность разлитой жидко­сти, поверхность со свеженанесенным составом, открытые емкости и т. п.), определяется из выражения:

m = m_p +m_eMK +m_CB0Kp, (3.11)

где /и_р — масса жидкости, испарившейся с поверхности разлива, кг;

/к_емк — масса жидкости, испарившейся с поверхностей открытых емкостей, кг;

^wcb.ok_P ~ масса жидкости, испарившейся с поверхностей, на кото­рые нанесен применяемый состав, кг.

При этом каждое из слагаемых в формуле (3.11) определяется по формуле

m = W ■ F_H • т, (3.12)

где m — масса испарившейся жидкости, кг;

W — интенсивность испарения, кг • с"' • м"²; F_n — площадь испарения, м². т — время испарения, с.

Интенсивность испарения паров

Интенсивность испарения wопределяется по справочным и экс­периментальным данным. Для не нагретых выше температуры окру­жающей среды ЛВЖ (при отсутствии данных) допускается рассчиты­вать w по формуле

w = \q^b t\Jm р„, (3.13)

где п. — коэффициент, принимаемый по табл. 3.2 в зависимости от скорости и температуры воздушного потока над поверхностью испа­рения;

М — молярная масса, кг - кмоль"¹;

р „ — давление насыщенного пара при расчетной температуре жидкости /_р.

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

В случае наличия в помещении горючих газов, легковоспламе­няющихся или горючих жидкостей при определении значения массы горючих паров или газов допускается учитывать работу аварийной вентиляции. Она должна быть обеспечена резервными вентилятора­ми, автоматическим пуском, если имеется превышение предельно до­пустимой взрывобезопасной концентрации и электроснабжение по первой категории надежности. Устройства для удаления воздуха из помещения должны быть расположены в непосредственной близости от места возможной аварии.

В этом случае определяют массу аккумулированных паров ЛВЖ. ГЖ или горючих газов по формуле

_Где да! — масса аккумулированных паров ЛВЖ, ГЖ или ГГ, кг;

т„ - масса испарившихся паров ЛВЖ, ГЖ или вышедших ГГ, кг;

т — продолжительность поступления ГГ и паров Л ВЖ и ГЖ в объ­ем помещения, с.