1.3 Розрахункове обгрунтування пожежної небезпеки

виходу горючих речовин із пошкодженого технологічного

обладнання

При аваріях та пошкодженнях апаратів і трубопроводів з них виходять

горючі гази, пари та рідини, що може призвести до утворення

вибухопожежонебезпечних сумішей як у виробничих приміщеннях, так і на

відкритих майданчиках.

1. Масу речовин, які виходять назовні при локальних пошкодженнях

апаратів, визначають за формулою:

m_л =a f w p_t t _,

де: a - коефіцієнт витрат, який змінюється в межах 0,45 - 0,85; при

витіканні через отвір круглої форми в тонких стінках рідин,

густина яких складає (0,5-1,5) МПа×с, можна приймати

a =0,64;

50

f - переріз отвору, через який отвір виходить назовні, [м²] ;

w - швидкість витікання рідини з отвору, [м/с];

p_t - густина речовини, [кг/м³];

t - час витікання, [с].

2. Швидкість витікання рідини через отвір у трубопроводі або корпусі

апарата при постійному тиску обчислюють за формулою:

w = 2g × H_{ПР ,}

де: g = 9,81 м/с² - прискорення сили тяжіння;

Н_ПР - приведений напір, під дією якого проходить стікання рідини

через отвір,[м].

При витіканні самопливом Н_ПР = Н (Н - висота стовпа рідини, [м]);

при роботі апарата під тиском:

Р_РН.

r_Р × g

де: Р_Р.Н. - надлишковий тиск середовища в апараті над поверхнею

рідини, Па (Р_Р.Н. =Р_Р -1×10⁵ Па; тут Р_Р - абсолютний робочий

тиск середовища в апараті, [Па]);

r_р - густина рідини при робочій температурі, [кг/м³].

3. Швидкість витікання перегрітих парів і газів через отвір залежить від

режиму витікання і визначається за такими формулами:

для докритичного режиму витікання, коли Р_С > Р_КР :

k -1

( )^{ê æ Pcö ú}

ë û

для критичного режиму витікання, коли Р_С £ Р_КР :

_{vк р =}

k + 1

51

де: Р_С - тиск навколишнього середовища, в яке проходить витікання

газів, Па (звичайно Р_С = Р_БАР );

Р_КР - критичний тиск, який визначається з виразу:

k

k -1

^Р_КР ^{= Р}_Р ^{æ ö}

де: k - показник адіабати; значення k для різних парів і газів приведені

в довідниках (табл. 5 дод.);

R - універсальна газова стала, R = 8314,31 МДж/ кг×К.

4. Кількість повітря, яке підсмоктується Q_П через нещільності і

пошкодження в апарати, які працюють під розрідженням, визначаємо за

формулою:

2Р

Q_П = fa ×

де: a - коефіцієнт витрат повітря, рівний 0,7;

Р_В - величина розрідження (вакууму), Па; чисельні значення

величин розрідження Р_В і надлишкового тиску Р_С

середовища в апараті пов’язані співвідношенням :

Р_В + Р_С = 1× 10⁵ Па;

t_P - температура середовища в апараті,[^оС].

t - тривалість аварійного режиму, [с];

r_п - густина повітря, яке підсмоктується в апарат при температурі

t_п, [кг/м³];

t_п - температура повітря, яке підсмоктується, [⁰С].

5. Масу горючих речовин m_р, які виходять назовні при повному

руйнуванні апарата, визначають за формулою:

m_В = m_АП + m_ТР1 + m_ТР2 ,

де: m_АП - маса речовин, які виходить з зруйнованого апарата,[кг];

m_ТР1 і m_ТР2 - маса речовин, які виходять із трубопроводів

відповідно до моменту відключення засувок або

інших запірних пристроїв і після їх закриття, [кг].

52

Для апаратів з рідинами або скрапленими газами масу горючих

речовин m_р визначають за формулою:

_{æ ö}

m_Р = V_апe +

è ø

Для апаратів із стиснутими газами масу горючих речовин m_r

визначають за формулою:

n k

_å^{q ti +} _å^{l f} _1×105 ^{÷ rr} _,

i=1 j=1

де: V_ап - геометричний внутрішній об’єм апарата, [м³];

e - ступінь (коефіцієнт) заповнення апарата;

Р_Р - робочий тиск середовища в апараті, [Па];

q_Iн і q_Iк - продуктивність відповідно 1-го насосу або компресора

(або пропускна спроможність 1-го трубопроводу), який

живить апарат, [м³/с];

t_і - тривалість відключення і-го збуджувача витрат, [с];

п_і - кількість збуджувачів витрат, які живлять апарат;

l_jтр і f_jтр - відповідно довжина [м] і переріз [м²] j - ї дільниці

трубопроводу (від аварійного апарата до запірного

пристрою), з якого виходить витікання рідини або газу;

r_р та r_г - відповідно густина рідини та газу при робочій

температурі середовища в апараті, [кг/м³];

k - число дільниць трубопроводів, які примикають до аварійного

апарата.

Тривалість відключення насосу або компресора приймається за 120 с

(при автоматичному відключенні збуджувача витрат або запірного пристрою

на трубопроводі) або за 300 с (при ручному відключенні).

6. Час повного випарювання рідини t_п, яка розлилась на підлозі

промислового приміщення при аварії технологічного обладнання,

визначають за формулою:

m_p

W_В × F_В ^,

53

де: W_В - інтенсивність випаровування рідини, яка визначається за

формулою:

W_В = 10^-6h MP_{s , [кг/м2 × с].}

Величини, які входять у цей вираз, визначені заздалегідь.

F_В - площа випаровування - приймається з такого виразу:

F_P = f_PV_p

F_n = ab

де: F_р - площа рідини, яка розлилася, [м²];

f_Р - питома площа розлитої рідини, [м^-1];

V_p = m_р/r_р (r - густина рідини, яка розлилась, [кг/м³]);

F_n - площа підлоги приміщення, [м²] ;

a і b - довжина і ширина приміщення, [м].

Величину F_p приймають згідно з ОНТП 24-86, виходячи з тієї

обставини, що 1 л сумішей і розчинів, які утримують 70% і менше за масою

розчинників, розливається на площі 0,5 м² , а інших рідин - на площі 1 м²

(тобто в першому випадку f_Р =500 м^-1, а в другому f_Р =1000 м^-1).

7. Об’єм зони, в якій може утворюватися вибухонебезпечна

концентрація парів і випаровувань розлитої рідини, визначають за

формулою:

m_вип

V_в =

05j_н ^{м3 ,}

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:

кг / м³ ,

де: - 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:

54

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 .

Середня концентрація парів у приміщенні визначається за формулою:

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].

8. Тривалість утворювання вибухонебезпечних концентрацій у

виробничому приміщенні (при пошкодженні апаратів з газами або парами)

визначають за формулами:

при відсутності обміну повітря в приміщенні:

V_В 1

q 1- j_Н ^;

55

при наявності обміну повітря в приміщенні:

V_В q

а + q 1- (a + q)j_Н

де: t - тривалість нарощування вибухонебезпечних концентрацій у

приміщенні, [с];

V_В - вільний об’єм приміщення, [м³];

j_н - нижня концентраційна межа розповсюдження полум’я горючої

речовини, [об.долі];

q - інтенсивність надходження парів або газів у приміщення

апарата, [м³/с]:

q = a × f ×v

або

m_r

r_r ×t

Величини, які входять у ці вирази, визначені раніше в цьому

розділі;

а- продуктивність вентиляційної системи, [м³/с].

9. Горючі пили та волокна, які поступають у виробничі приміщення з

працюючих технологічних апаратів, поступово накопичуються в ньому в

результаті осаду й утворення відкладень пилу на підлозі, обладнанні, коробах

системи вентиляції і подібних поверхнях. Масу пилу, яка відклалась у

приміщенні до моменту аварії m_пл, визначають за формулою:

m_пл = (m₁ + m₂ ) × (1- K_у )

де: К_у - доля горючого пилу в загальній масі відкладеного пилу;

m₁ - маса пилу, яка осідає на важкодоступних для прибирання

поверхнях у приміщенні за період часу між генеральними

прибираннями, [кг];

m₂ - маса пилу, яка осідає на важкодоступних для прибирання

поверхнях у приміщенні за період часу між поточними

прибираннями, [кг].

Масу пилу, який осів, - m₁ і m₂ - можна визначити з такого виразу:

56

m_1,2 = S_ir_{i ,}

де: d_і - товщина відкладень пилу, [м];

S_i - площа і-их поверхонь, які мають відкладення пилу товщиною

d_і, [м²];

r_і - насипна густина відкладень пилу, [кг/м³];

К_у - коефіцієнти продуктивності прибирання пилу, К_у = 0,6 - 0,9.

Масу відкладень пилу, яка перейшла у зважений стан, - m_вз -

визначають за формулою:

m_вз = К_вз × m_{пл ,}

де: К_вз = 0,9 - доля відкладеного в приміщенні пилу, який здатний

перейти у зважений стан при аварії.

Масу пилу, який поступив у приміщення з аварійного апарата,- m_ав-

визначають за формулою:

m_ав = m_ап + q ×t K_{n ,}

де: m_ап - маса горючого пилу, який виходить з зруйнованого апарата,

[кг];

q - продуктивність пристрою, який подає пилевидний матеріал в

апарат, [кг/с];

t - час відключення, [с] (див. п.5);

К_п - коефіцієнт запилення, К_п = 1 при розмірі частин пилу менше

0,35 мм і К_п = 0,5 в інших випадках.

Концентрацію зваженого в повітрі пилу j_пл, який утворився в

результаті аварії (повного руйнування апарата), визначають за формулою:

m_вз + m_ав

V_в ^.

10. Максимальну безпечну для людей (межову допустиму) масу m_л^в

горючих газів і парів ЛЗР та ГР і пилу при вибуху в приміщенні

вибухонебезпечної суміші визначають за формулою:

150 ×V_в × r_в t_в + 273

Q_H z

57

де: V_в - вільний об’єм приміщення, [м] ;

r - густина повітря в приміщенні до вибуху при температурі t_в,

[кг/м³];

Q_Н^Р - найнижча температура згорання речовини, [Дж/кг];

z - коефіцієнт участі горючої речовини у вибуху, приймається по

довідковим даним (див. табл. 21 дод.).

11. При обертанні в технологічному процесі індивідуальних горючих

газів і парів ЛЗР та ГР, які складаються з атомів С, Н, О, N, СI, Br, I, F,

максимальну безпечну для людей масу m_Л ^р таких речовин визначають за

формулою:

150×V_в × r_г.п ×j_{ст ,}

( ^{- 1 z}

де: r_г.п. - щільність пару або газу при температурі повітря в

приміщенні t_в, [кг/м³];

j_ст - стехіометрична концентрація горючої речовини в повітрі,

яка обчислюється за формулою:

1

1+ 4,81b

де: - стехіометричний коефіцієнт при кисні в

реакції згорання; n_c, n_н, n₀ і n_r - відповідно число атомів

С, Н, О, галоїдів (Cl, Br, I, F) і N в молекулі горючого;

m - ступінь підвищення тиску при вибуху в замкнутому об’ємі,

визначається з виразу:

P_max

P_бар ^,

де: Р_max - максимальний тиск вибуху горючої суміші, [Па]

(див. табл. 16 дод.);

Р_бар - барометричний (атмосферний) тиск, [Па].