1.2. Розрахункове обґрунтування пожежної небезпеки виходу

горючих речовин з технологічних апаратів

при нормальному режимі роботи

Зі справних апаратів, обладнаних дихальними устроями, з апаратів з

відкритою поверхнею випаровування, а також із апаратів, які працюють під

підвищеним тиском, горючі речовини виходять назовні в кількості, яка

здатна утворювати не тільки місцеві, але й загальнооб’ємні вибухонебезпечні

суміші в виробничих приміщеннях. При влаштуванні апаратів на відкритих

майданчиках поблизу місць виходу горючих парів й газів можуть

утворюватися місцеві зони ВНК. Необхідною умовою утворення ВНК поза

апаратами з ЛЗР-ГР є виконання умови:

t_р ³ t_сп ,

де: t_сп - температура спалаху пожежонебезпечної рідини, [⁰С].

Або для всіх класів горючих речовин (газів, рідин, пилу або волокон)

повинна виконуватися умова:

j_р ³ j_н ,

де: j_р - фактична (робоча) концентрація горючої речовини поза

апаратом, [% об.], [об. долі], [кг/м³].

1. Інтенсивність витікання парів та газів з герметичного обладнання,

яке працює під тиском через капілярні канали в прокладках, сальниках,

зварних швах й інших місцях на апаратах та трубопроводах визначають за

формулою:

_М

І_р = к_зк_рV_в

t_р + 273

де: І_р - інтенсивність виходу парів або газів з апарата, який працює

під тиском, [кг/с];

43

к_з - коефіцієнт, який враховує ступінь зносу обладнання,

змінюється в межах від 1 до 2 в залежності від стану

обладнання;

к_р - коефіцієнт, який залежить від тиску середовища в апараті

(табл. 6 дод.);

V_в - внутрішній вільний об’єм обладнання, заповнений парою або

газом під тиском, [м³].

2. Кількість парів рідини, яка виходить з апарата в атмосферу при його

“диханні”, визначається за формулою:

é_{V1 1- j1 P1 V2 1- j2 P2} ù

ë û

де: G_п - кількість парів рідини, які виходять за один цикл

“дихання” , [кг/цикл];

V₁, V₂ - об’єм газового простору відповідно на початку та в кінці

“дихання”, [м³];

j₁, j₂ - концентрація насичених парів рідини відповідно при

температурах t₁, t₂, [об. долі];

Р₁, Р₂ - тиск середовища в апараті відповідно на початку та в

кінці “дихання”, [Па];

j_{ср =} ( j₁ + j₂) / 2 - середня концентрація насиченої пари в

апараті, [об.долі];

8314,31 Дж / кмоль К - універсальна газова стала.

3. Кількість горючої пари, яка виходить з технологічних апаратів з

дихальною арматурою при їх заповненні рідиною (велике дихання),

визначається за формулою:

P_p

t_p + 273 8314,31

G_{в.д. - кількість пари, яка виходить з заповненого}

великому диханні, [кг/цикл];

- об’єм рідини, яка заливається в апарат, [м³ ];

P_{p - робочий тиск в апараті, [Па ];}

44

j_{s - концентрація насичених парів, [об. долі ];}

t_p - робоча температура, [^oС ];

М _{- молекулярна маса рідини, [кг/кмоль ];}

8314,31 - універсальна газова стала, [Дж/кмоль К ].

Концентрація насичених парів над поверхнею рідини визначається за

j_s =

P_заг ^{об.долі ,}

P_{s - тиск насиченої пари при заданій температурі, [Па ].}

загальний тиск системи (робочий тиск у герметичному

апараті або барометричний тиск в апараті, який сполучається

з атмосферою), Па .

Тиск насиченої пари при робочій температурі рідини визначається за

експериментальними даними або за формулами наприклад, рівнянням

Антуана:

_{æ ö}

A-

P_s = 133,322 × 10^{è t + Ca ø} _Па ^,

А,В,С_{а - константи, які залежать від властивостей горючої рідини і}

визначаються за довідковою літературою;

t_{p - робоча температура рідини, С .}

4. Кількість горючої пари, яка виходить з технологічних апаратів з

дихальною арматурою при зміні температури в газовому просторі (мале

дихання), визначається за формулою:

1- j₁ 1- j₂

G_мд. = V_в P_{p ç} - _÷

t₁ + 273 t₂ + 273

G_{мд. - кількість пари, яка виходить}

малому диханні, [кг/цикл];

концентрація насичених парів рідини при температурі

[об. долі ];

j_{2 - концентрація насичених парів рідини при}

[об. долі];

t₁, t₂- початкова та кінцеві температури, [^оС ];

45

j_{ср - середня концентрація насичених парів в апараті, [об. долі];}

V_в- вільний об’єм в апараті, [м³ ];

Р_р- робочий тиск, [Па ];

М- молекулярна маса рідини, [кг/кмоль ];

8314,31 - універсальна газова стала, [Дж/кмоль К ].

5. Кількість горючої пари, яка виходить з періодично діючих апаратів

при їх розгерметизації (наприклад, при розвантаженні або завантаженні) за

умови, що тиск в апараті дорівнює атмосферному, визначається за

формулою:

P_s M

G_п.д. =_DV ×

t_p + 273 8314,31

де: - кількість пари, яка виходить із заповненого апарата при

розгерметизації, [кг/цикл];

- об’єм рідини, яка заливається в апарат, [м³];

P_{s - тиск насичених парів рідини, при заданій температурі, [Па];}

t_p - робоча температура рідини, [^oС];

М _{- молекулярна маса рідини, [кг/кмоль];}

8314,31 - універсальна газова стала, [Дж/кмоль К].

Кількість горючої пари, яка виходить з періодично діючих апаратів при

їх розгерметизації (наприклад, при відкриванні кришки люку) за умови, що

тиск в апараті вище атмосферного, визначається за формулою:

G_п.д. = V_в P_p - P_{ба р}

G_{пд. - кількість пари, яка виходить із заповненого апарата при}

розгерметизації, [кг/цикл];

V_{в - вільний об’єм в апараті, [м3];}

j_{s - концентрація насичених парів в апараті, [об. долі];}

t_p - робоча температура рідини, [^oС];

Р_{ба р - атмосферний (барометричний) тиск, [Па];}

М _{- молекулярна маса рідини, [кг/кмоль];}

8314,31 - універсальна газова стала, [Дж/кмоль К].

6. Масу рідини, яка випаровується з відкритої поверхні в нерухоме

середовище, визначають за формулою:

46

D_tt

m_в = 1,155j_S r_t F_в

1- j_S

де: m_в - маса рідини, яка випаровується з відкритої поверхні в

нерухоме середовище, [кг];

r_t - щільність пари рідини при робочій температурі, [кг/м³];

F_в - поверхня випаровування, [м²];

D_t - коефіцієнт дифузії пари при робочій температурі, [м²/с];

t - тривалість випаровування, [с].

Масу парів рідини, що випаровуються з відкритої поверхні

нерухоме та рухоме середовище, визначається за формулою:

[ ]

W - інтенсивність випаровування рідини, кг / с× м² ;

t - тривалість випаровування рідини, с .

Інтенсивність випаровування рідини дорівнює:

W = 10^-6 ×h × M ×P_s

де: - табличний коефіцієнт (див табл. 20 дод.), який приймається в

залежності від температури та швидкості повітряного потоку

над поверхнею випаровування (при випаровуванні в нерухоме

середовище приймається за 1,0);

М - молекулярна маса;

тиск насиченої пари при розрахунковій температурі рідини,

кПа .

Тиск насиченої пари при робочій температурі рідини визначається за

експериментальними даними або за формулами наприклад, рівнянням

Антуана:

_{æ ö}

A-

P_s = 133,322 × 10^{è t + Ca ø} _{Па ,}

А,В,С_{а - константи, які залежать від властивостей горючої рідини і}

визначаються за довідковою літературою [32];

t_{p - робоча температура рідини, [оС]}

47

8. Величину коефіцієнта дифузії пари або ж газу в повітрі при робочій

температурі t_p визначають за формулою:

_{æ ö}

D_t = D_cç ÷

è ø

де: D_c - значення коефіцієнта дифузії, наведене в довідковій літературі

при температурі t_c . [м²/с] (табл. 1 дод.);

n - показник ступеня, приведений у довідковій літературі (табл.

1 дод.).

Густину пари рідини при робочій температурі визначають за

формулою:

r_t =

9. Масу парів, які виділяються в виробниче приміщення з герметичних

апаратів, що “дихають” або таких, що відкриваються на розвантаження

продукту, визначають за формулою:

GNt

3600

де: m_n - маса парів, які поступають у приміщення з періодично діючих

апаратів, [кг];

G_і - кількість парів, які поступають у приміщення (за 1 цикл

“великого дихання”, “малого дихання” або при

розгерметизації апарата), [кг/цикл];

N - кількість циклів (операцій) протягом години, [год^-1];

t - тривалість (період) роботи апарата, [с].

При відомій інтенсивності масу парів або ж газів які виділяються з

апарата за визначений період роботи обладнання, визначають за формулою:

m_p = I_pt

де: m_р - маса парів або газів які виділяються з апаратів, що працюють

під тиском, [кг].

10. Концентрацію горючих речовин у повітрі виробничого приміщення

з урахуванням того, що інтенсивність їх виділення з апаратів відносно мала, а

48

самі речовини рівномірно розподіляються по всьому об’єму приміщення,

визначають за формулами:

при відсутності повітрообміну в приміщенні:

m

V_B ^;

при наявності повітрообміну в приміщенні:

3600m

V_B Аt

де: j_Д - дійсна концентрація горючих речовин у приміщенні, [кг/м³];

m - сумарна маса горючих речовин, які поступають у приміщення

з апаратів, [кг];

V_В - вільний об’єм приміщення, який визначається з виразу:

V_В = 08LBH

де: L, B, H, - відповідно довжина, ширина та висота

приміщень, [м];

А- кратність вентиляції, [год^-1].

Максимально допустимі за умовами вибухонебезпечності значення

дійсної концентрації горючих речовин в виробничому приміщенні (ПДВК)

визначають із такого співвідношення:

ПДВК £ 0,2 j .

11. Об’єм вибухонебезпечної зони біля апаратів з відкритою поверхнею

випаровування, а також біля дихальної арматури технологічних апаратів

визначається за формулою:

m_вип

V_в =

05j_н

де: - нижня концентраційна межа розповсюдження полум’я, [кг /

м³].

Для перерахунку концентраційних меж розповсюдження полум’я з

об’ємних долей в грами на кубічний метр використовують співвідношення:

М ×j_н

V_t

49

нижня концентраційна межа розповсюдження полум’я,

об.долі ;

М - молекулярна маса парів рідини при заданих умовах,

кг / кмоль ;

V_{t - молярний об’єм парів рідини при заданих умовах, м3 / кмоль .}

Молярний об’єм парів рідини при заданих умовах визначається за

формулою:

м³ / кмоль ,

де: = 22,4125 м³ / кмоль - молярний об’єм парів при нормальних

умовах;

t_p - робоча температура рідини, [⁰С ];

- тиск при нормальних фізичних

умовах ( = 760 мм рт. ст.);

Р_{заг - загальний тиск системи (робочий тиск у герметичному}

апараті або барометричний тиск в апараті, який

сполучається з атмосферою), Па .