Вопрос 5. Закономерность возрастания концентрации паров и газов в производственном помещении при поврежденном оборудовании (при отсутствии и наличии аварийной вентиляции)

При наличии аварийной вентиляции.

Один из распространенных способов снижения взрывопожароопасности производственных помещений является наличие аварийной вентиляции.

Основные требования к аварийной вентиляции изложены в нормативном документе СНиП 41-01-2003. Отопление, вентиляция и кондиционирование.

В 7 разделе данного СНиПа содержатся полные требования к вентиляции.

Систему аварийной вентиляции следует предусматривать в производственных помещениях, в которых возможно внезапное поступление в воздух больших количеств вредных или взрывоопасных газов или паров, в соответствии с требованиями технологической части проекта.

Аварийная вентиляция совместно с основной должна обеспечивать не менее 8-ми воздухообменов в час по полному внутреннему объему помещения.

Система аварийной вентиляции должна включаться автоматически при остановке любой из основных систем.

Основная вентиляция также играет определенную роль в обеспечении пожаровзрывобезопасности производственных помещений.

При повреждении оборудования наблюдается закономерность возрастания концентрации паров и газов в производственном помещении.

Если известна скорость поступления горючих газов в воздух производственного помещения при повреждении оборудования, можно определить промежуток времени, в течение которого в заданном объеме помещения концентрация горючего достигнет заданной опасной величины.

Рассмотрим общий случай, когда в помещение объемом V с воздухообменом кратностью n в 1/ч количество воздуха, поступающего в помещение, равно (в м³/с):

α = nV/3600

Происходит аварийная утечка горючего в помещение с расходом q, причем поступающее из поврежденного оборудования горючее мгновенно и равномерно распределяется по всему объему помещения и частично вместе с воздухом отводится из помещения.

Уравнение материального баланса, составленное относительно горючих веществ в воздухе помещения, для данного случая имеет вид:

Vdφ=qdτ – (α+q)φdτ, где V- объем помещения, в которое поступает горючее вещество; q- расход горючего вещества при аварийной утечке; φ – текущая концентрация горючего в воздухе; τ – время с начала аварии.

Если в момент начала аварии концентрация горючего в воздухе помещения равна нулю, то интегрирование этого уравнения в пределах от φ_нач = 0 до φ_кон дает:

При отсутствии аварийной вентиляции

Если воздухообмен в помещении отсутствует, то есть если α=0, решение имеет вид:

,

где: - объем помещения, м³;

- интенсивность поступления паров или газов в помещение, м³ с^-1;

- производительность вентиляционной системы, м³ с^-1;

- безопасная концентрация горючих паров (по нижнему концентрационному пределу распространения пламени), об.доля.

В качестве конечной опасной концентрации горючего может быть принят нижний концентрационный предел распространения (воспламенения) пламени горючего в смеси с воздухом или его доля (с учетом нормируемого коэффициента безопасности).

Продолжительность образования взрывоопасной смеси может быть определена относительно полного объема помещения.

Но так как для создания опасного (для здания) избыточного давления взрыва достаточно образования взрывоопасной смеси лишь в незначительной доле объема помещения (например, в 5%), за расчетный объем следует принимать именно эту долю.

Из имевших место аварий и расчетов следует, что при повреждении технологического оборудования с газами время нарастания концентрации горючего в воздухе (до опасных пределов) может исчисляться секундами.

При значительных аварийных утечках паров и газов наличие даже мощной аварийной вентиляции может не предотвратить образования взрывоопасной смеси в помещении.

Нарастание концентрации горючего в воздухе помещения при истечении и растекании жидкости происходит значительно медленнее – в зависимости от скорости испарения жидкости.

Минимальная длительность нарастания концентрации определяется при прочих равных условиях времени достижения (нижний концентрационный предел распространения пламени).

В общем виде время достижения (НКПРП) зависит от многих факторов: объема помещения, воздухообмена, интенсивности поступления газа или др.

Метод расчета зон, ограниченных НКПРП газов паров приводится в приложении Б ГОСТа Р 12.3.047-98

Для уменьшения опасных последствий повреждения технологического оборудования на практике используются решения, направленные на уменьшение количества огнеопасных веществ, выходящих наружу при аварии аппаратов и трубопроводов.

Для этого, например, на трубопроводах устанавливают быстродействующие задвижки с автоматическим приводом от газоанализаторов или скоростные прерыватели потока, которые срабатывают автоматически при аварийном истечении от резкого перепада давления в трубопроводе.

Работу стационарных газоанализаторов блокируют с автоматическими пусковыми устройствами аварийной вентиляции, открывания оконных фрамуг, световых фонарей и т.п.

Однако названные решения имеют ограниченную область применения, так как могут быть эффективными в основном только при локальных повреждениях.

Именно поэтому пожарная профилактика образования горючей среды при повреждениях должна быть направлена на выявление и предупреждение возможных причин повреждения и аварий технологического оборудования.

Но эти вопросы мы будем рассматривать на следующих лекциях.