Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Основы безопасности жизнедеятельности. Часть 2. Учебное пособие.pdf
снижается верхний предел. Разветвление структуры горючего компонента
приводит, с одной стороны, к снижению температуры вспышки, поскольку увеличивается упругость пара жидкости, с другой стороны, к повышению нижнего предела и сужению области воспламенения. Например, при
прочих равных условиях пропанол и изопропанол имеют соответственно
температуру вспышки 20 и 8 °С, нижние пределы 2,02 и 2,25, верхние
пределы 13,55 и 11,65%. Этим объясняется увеличение стабильности вещества с разветвлённой молекулярной структурой.
Как правило, в производстве применяют сложные газопаровоздушные смеси, состоящие из целого ряда компонентов, для каждого из которых НКПР и ВКПР индивидуальны. В таких смесях возможно изменение
как верхнего, так и нижнего предела взрываемости. Для сложной газопаровоздушной смеси известного состава пределы взрываемости можно
подсчитать по формуле Ле-Шателье
П
=
с
С
1
П
1
100
С
С
3
2
П
2
...
П
3
,
С
n
++++
П
n
где Пс – определяемый НКПР или ВКПР смеси газов или паров; С1,
С2, …, Сn – концентрация горючих компонентов в горючей части смеси;
С1 + С2 + … + Сп = 100 %; П1, П2, …, Пп – НКПР или ВКПР чистых компонентов смеси.
При вычислении пределов в концентрациях по массе заменяют соответствующие величины горючих компонентов процентами по массе.
Пример. Определить, до какого значения снизится ВКПР смеси, со-
стоящей из 60% водорода и 40% воздуха при введении в неё 5% пропана.
Справочные данные: ВКПР водорода 74%, пропана – 9,5%.
1. Определяем горючую часть смеси: 60 + 5 = 65 (100% горючей части
смеси).
2. Определяем концентрации горючих компонентов в горючей части
смеси:
Водород: 65 – 100
60 – С1
Пропан: 65 – 100
5 – С2
С1 =
С2 =
ВКПР =
10060⋅
= 92,3%;
65
1005⋅
= 7,7%;
65
100
=
92,3
74
7,7
+
5,9
%5,48
.
71
Значения концентрационных пределов распространения пламени необходимо включать в стандарты или технические условия на газы, легковоспламеняющиеся индивидуальные жидкости и азеотропные смеси жидкостей, на твёрдые вещества, способные образовывать взрывоопасные
пылевоздушные смеси (для пылей определяют только нижний концентрационный предел). Значения концентрационных пределов следует применять при определении категории помещений по взрывопожарной и пожарной опасности в соответствии с требованиями норм технологического
проектирования; при расчёте взрывобезопасных концентраций газов, паров и пылей внутри технологического оборудования и трубопроводов,
при проектировании вентиляционных систем, а также при расчёте предельно допустимых взрывобезопасных концентраций газов, паров и
пылей в воздухе рабочей зоны с потенциальными источниками зажигания
в соответствии с требованиями ГОСТ 12.1.010, при разработке мероприятий по обеспечению пожарной безопасности объекта в соответствии
с требованиями ГОСТ 12.1.004.
2.5.1. Категории помещений по взрывопожарной и пожарной опасности
Категория помещения
взрывопожароопасная
взрывопожароопасная
пожароопасная
(Нормы пожарной безопасности НПБ 105–03)
Характеристика веществ и материалов,
находящихся (обращающихся) в помещении
А
Горючие газы, легковоспламеняющиеся
жидкости с температурой вспышки не
более 28 °С; вещества и материалы,
способные взрываться и гореть при
взаимодействии с водой, кислородом
воздуха или другом с другом
Б
Горючие пыли или волокна, легковоспламеняющиеся жидкости с температурой
вспышки более 28 °С, горючие жидкости
в таком количестве, что могут образовывать взрывоопасные пылевоздушные или
паровоздушные смеси
В
Горючие и трудногорючие жидкости,
твёрдые горючие и трудногорючие вещества и материалы (в том числе пыли и волокна), вещества и материалы, способные при
взаимодействии с водой, кислородом
воздуха или друг с другом только гореть
72
Категория помещения
Характеристика веществ и материалов,
находящихся (обращающихся) в помещении
Продолжение табл. 2.5.1
Г Негорючие вещества и материалы
в горячем, раскалённом или расплавленном состоянии, процесс обработки которых
сопровождается выделением лучистого
тепла, искр и пламени, горючие газы,
жидкости и твёрдые вещества, которые
сжигаются или утилизируются в качестве
топлива
Д Негорючие вещества и материалы в холод-
ном состоянии
Пр и меч ан и е. Помещение относится к категории А, если избыточное
давление взрыва ∆р превышает 5 кПа. Здание относят к категории А, если в нём
суммарная площадь помещений категории А превышает 5% общей площади
(или 200 м2). Если суммарная площадь помещений категории А в здании
не превышает 25% общей площади всех помещений (или 1000 м2) и эти помещения оборудуются установками автоматического пожаротушения, то здание
допускается не относить к категории А.
Здание относится к категории Б при одновременном выполнении
двух условий:
1) здание не относится к категории А;
2) суммарная площадь помещений категории А и Б превышает 5%
общей площади всех помещений (или 200 м2).
Классификация производственных помещений и наружных ус-
тановок по взрывоопасным и пожароопасным зонам. К взрывоопас-
ным зонам относятся помещения или ограниченные пространства в помещении или наружные установки, в которых имеются или могут образоваться взрывоопасные смеси. По ПУЭ взрывоопасные зоны классифицируются следующим образом.
К классу В-I относятся зоны, расположенные в помещениях, в которых выделяются горючие газы или пары ЛВЖ в таком количестве и обладающие такими свойствами, что могут образовывать с воздухом взрывоопасные смеси при нормальных режимах работы.
К классу В-Iа – зоны, расположенные в помещениях, в которых при
нормальной эксплуатации взрывоопасные смеси горючих паров или газов
или паров ЛВЖ с воздухом или другими окислителями не образуются,
а возможны лишь в результате аварий или неисправностей.
73
К классу В-Iб – те же зоны, что и к классу В-Iа, но отличающиеся
одной из следующих особенностей:
• горючие газы обладают высоким нижним концентрационным
пределом воспламенения (15% и более) и резким запахом при предельно
допустимых концентрациях;
• помещения, в которых возможно образование лишь локальных
взрывоопасных смесей в объёме менее 5% объёма помещения.
К классу В-Iг относятся наружные установки, в которых находятся
взрывоопасные газы, пары и ЛВЖ.
К классу В-II относят помещения, в которых производится обработка горючих вылей и волокон, способных образовывать взрывоопасные
смеси с воздухом при нормальных режимах работы.
К классу В-IIа – помещения, в которых взрывоопасные пылевоздушные смеси могут образовываться только в результате аварий и неисправностей.
Помещения и установки, в которых содержатся горючие жидкости
(ГЖ) и горючие пыли, нижний концентрационный предел которых выше
65 г/м3, относят к пожароопасным и классифицируют следующим образом.
К классу П-I относят помещения, в которых содержатся ГЖ.
К классу П-II – помещения, в которых содержатся горючие пыли
с нижним концентрационным пределом выше 65 г/м3.
К классу П-IIа – помещения, в которых содержатся твёрдые горючие вещества, не способные переходить во взвешенное состояние.
К классу П-III – наружные установки, в которых содержатся ГЖ
с температурой вспышки выше 61 °С или твёрдые горючие вещества.
Меры пожарной профилактики.
• строительно-планировочные;
• технические;
• способы и средства тушения пожаров;
• организационные.
Строительно-планировочные определяются огнестойкостью зданий
и сооружений (выбор материалов конструкций: сгораемые, несгораемые,
трудносгораемые) и предел огнестойкости – это количество времени
в течение которого под воздействием огня не нарушается несущая способность строительных конструкций вплоть до появления первой трещины.
Все строительные конструкции по пределу огнестойкости подразделяются на 8 степеней от 1/7 ч до 2 ч.
Для помещений ВЦ используются материалы с пределом стойкости
от 1 – 5 степеней. В зависимости от степени огнестойкости определяются
наибольшие дополнительные расстояния от выходов для эвакуации при
пожарах (5 степень – 50 м).
74
Технические меры – это
– соблюдение противопожарных норм при эвакуации систем вен-
тиляции, отопления, освещения, электрического обеспечения и т.д.;
– использование разнообразных защитных систем;
– соблюдение параметров технологических процессов и режимов
работы оборудования.
Организационные меры – проведение обучения по пожарной безо-
пасности, соблюдение мер пожарной безопасности.
Наиболее распространённые способы и средства тушения пожаров
приведены в табл. 2.5.2.
2.5.2. Классификация пожаров и
Класс
пожара
А Обычные твёрдые и горючие
рекомендуемые огнегасительные вещества
Характеристика горючей среды,
объекта
Огнегасительные
Все виды
средства
материалы (дерево, бумага)
Б Горючие жидкости, плавящиеся
при нагревании материала
(мазут, спирты, бензин)
С Горючие газы
(водород, ацетилен,
углеводороды)
Распылённая вода, все виды
пен, порошки, составы на
основе СО2 и бромэтила
Газовые составы, в состав
которых входят инертные
разбавители (азот, порошки,
вода)
Д Металлы и их сплавы
Порошки
(Nа, К, Al, Mg)
Е Электроустановки
под напряжением
Порошки, двуокись азота,
оксид азота, углекислый газ,
составы бромэтил + СО2
Вопросы для самопроверки
1. Привести примеры горючих веществ.
2. Привести примеры окислителей.
3. Объяснить с точки зрения теории цепного воспламенения опас-
ность неполного горения.
4. Объяснить с точки зрения теории теплового воспламенения са-
мовозгорание бумаги.
5. Температура вспышки.
6. Температура самовоспламенения.
75
7. Нижний концентрационный предел воспламенения.
8. Верхний концентрационный предел воспламенения.
9. Нижний температурный предел воспламенения.
10. Верхний температурный предел воспламенения.
11. Минимальная энергия зажигания.
12. Критический диаметр.
13. Обосновать существование критического диаметра с точки
зрения теории теплового воспламенения.
14. Открытое пламя как импульс воспламенения с точки зрения
тепловой теории.
15. Открытое пламя как импульс воспламенения с точки зрения
цепной теории.
16. Высокие температуры как импульс воспламенения с точки зре-
ния тепловой теории.
17. Высокие температуры как импульс воспламенения с точки зре-
ния цепной теории.
18. Высокие температуры как импульс воспламенения с точки зре-
ния тепловой теории.
19. Переход механической энергии в тепловую как импульс воспла-
менения с точки зрения тепловой теории.
20. Переход механической энергии в тепловую как импульс воспла-
менения с точки зрения цепной теории.
21. Переход электрической энергии в тепловую как импульс воспла-
менения с точки зрения тепловой теории.
22. Переход электрической энергии в тепловую как импульс воспла-
менения с точки зрения цепной теории.
23. Электрические искры как импульс воспламенения с точки зрения
тепловой теории.
24. Электрические искры как импульс воспламенения с точки зрения
цепной теории.
25. Разряды статического электричества как импульс воспламенения
с точки зрения тепловой теории.
26. Разряды статического электричества как импульс воспламенения
с точки зрения цепной теории.
Задача 2.5.1. Исходная горючая смесь (ацетилен – 40%, воздух –
60%) представляет большую пожарную опасность. Предлагается выбрать
из табл. 2.5.4 второй горючий компонент, при добавлении 10% которого
максимально снизится верхний предел смеси.
Задачи для самостоятельного решения
76
Задача 2.5.2. Для обеспечения безопасности переработки исходной
смеси (бутан – 5%, воздух – 95%) выбрать из табл. 2.5.4 второй горючий
компонент, при добавлении 30% которого максимально увеличится нижний предел смеси.
Задача 2.5.3. Для уменьшения взрывной опасности исходной смеси
(ацетилен – 10%, воздух – 90%) выбрать из из табл. 2.5.4 второй горючий
компонент, при добавлении 15% которого максимально уменьшится область воспламенения полученной горючей смеси.
Задача 2.5.4. На предприятии перерабатывается смесь, состоящая из
60% водорода и 40% воздуха. Для снижения пожарной опасности предлагается четыре варианта добавок:
1 – пропан 15%;
2 – бутан 10%;
3 – ацетилен 20%;
4 – этил 20%.
Требуется оценить пожарную опасность при переработке предлагаемых смесей. Указать наиболее безопасную смесь.
Задача 2.5.5. При производстве кокса в больших количествах полу-
чают доменный газ, который используют в качестве топлива. Для улучшения качества топлива в смесь доменного газа (30%) с воздухом (70%)
предлагается четыре варианта добавок:
1 – ацетилен 10%;
2 – пропан 15%;
3 – этилен 20%;
4 – формальдегид 10%.
Оценить предлагаемые варианты и указать наиболее удачный вариант добавки.
Задача 2.5.6. Составить трёхкомпонентную (из табл. 2.5.4) смесь
(первый компонент 10%, второй компонент 5%, третий компонент 15%,
остальное воздух), для которой выполняется следующее условие:
1) нижний предел смеси имеет минимальное значение;
2) верхний предел имеет максимальное значение;
3) область воспламенения максимальна;
4) получить топливо улучшенных параметров.
Задача 2.5.7. Составить двухкомпонентную (из табл. 2.5.4) смесь.
Первый компонент (8%), второй (20%), остальное воздух, для которой выполняются следующие условия:
1) максимальная область воспламенения и минимальный нижний
предел;
2) максимальная область воспламенения и максимальный нижний
предел.
77
*
Задача 2.5.8 В ёмкости 1 приготовили смесь трёх газов A, В и C,
причём газа А взяли X%, газа B – Y%, газа C – Z% (см. табл. 1).
Затем в ёмкости 2 приготовили смесь, взяв из ёмкости 1 смесь газов в
количестве 20% от объёма ёмкости 2 и добавили до 100% воздух.
Оценить взрывоопасность полученной сложной газовоздушной
смеси (НКПР =? и ВКПР =?).
1. Исходные данные для расчёта
№ варианта *Газ А *Газ В *Газ С X Y Z
1 1 3 5 10 25 65
2 1 2 5 10 25 65
3 1 4 5 5 20 75
4 3 4 5 5 20 75
5 2 5 6 15 20 65
6 4 5 8 15 20 65
7 1 2 3 20 25 55
8 1 2 7 10 10 80
9 1 4 7 10 10 80
10 1 4 5 30 20 50
11 1 5 9 30 20 50
12 1 5 11 10 25 65
13 1 5 6 10 25 65
14 1 5 12 5 20 75
15 1 5 8 5 20 75
16 1 2 8 15 20 65
17 4 5 7 15 20 65
18 1 5 7 20 25 55
19 4 5 8 10 10 80
20 3 5 9 10 10 80
21 5 7 12 30 20 50
22 6 8 13 30 20 50
23 7 8 9 35 10 55
24 8 9 10 45 25 30
25 10 12 14 60 15 25
Наименования газов по порядковому номеру в табл. 2.
78
2. Показатели взрывопожароопасности горючих газов и
паров горючих жидкостей
Концентрационные пределы воспламенения
Вещество
ЭФИРЫ СЛОЖНЫЕ И ПРОСТЫЕ
Амилацетат 1,08 90,0 10,0 540,0
Бутилацетат 1,43 83,0 15,0 721,0
Диэтиловый спирт 1,9 38,6 51,0 1576,0
Окись этилена 3,66 54,8 80,0 1462,0
Этилацетат 2,98 80,4 11,4 407,0
Амиловый 1,48 43,5 – –
Метиловый 6,7 46,5 38,5 512,0
Этиловый 3,61 50,0 19,0 363,0
УГЛЕВОДОРОДЫ ПРЕДЕЛЬНЫЕ
Бутан 1,8 37,4 8,5 204,8
Гексан 1,24 39,1 6,0 250,0
Метан 5,28 16,66 15,4 102,6
Пентан 1,47 32,8 8,0 238,5
Пропан 2,31 36,6 9,5 173,8
Этан 3,07 31,2 14,95 186,8
УГЛЕВОДОРОДЫ НЕПРЕДЕЛЬНЫЕ
Ацетилен 2,5 16,5 82,0 885,6
Бутилен 1,7 39,5 9,0 209,0
Пропилен 2,3 34,8 11,1 169,0
Этилен 3,11 35,0 35,0 406,0
УГЛЕВОДОРОДЫ АРОМАТИЧЕСКИЕ
Бензол 1,43 42,0 9,5 308,0
Ксилол 1,0 44,0 7,6 334,0
Нафталин 0,44 23,5 – –
Толуол 1,25 38,2 7,0 268,0
СОЕДИНЕНИЯ, СОДЕРЖАЩИЕ АЗОТ И СЕРУ
Аммиак 17,0 112,0 27,0 189,0
Анилин 1,32 61,0 – –
Сероводород 4,0 61,0 44,5 628,0
Сероуглерод 1,33 31,5 50,0 157,0
нижний (НКПВ) верхний (ВКПВ)
% по объёму г/м3 при 20 °С по объёму
СПИРТЫ
г/м3 при 20 °С
79
Концентрационные пределы воспламенения
Вещество
нижний (НКПВ) верхний (ВКПВ)
% по объёму г/м3 при 20 °С по объёму
Продолжение табл. 2
г/м3 при 20 °С
НЕФТЕПРОДУКТЫ И ДРУГИЕ ВЕЩЕСТВА
Бензин (температура
кипения 105 °С)
2,4 137,0 4,9 281,0
Бензин (то же 64...94 °С) 1,9 – 5,1 –
Водород 4,09 3,4 880,0 66,4
Керосин 0,64 – 7,0 –
Нефтяной газ 3,2 – 13,6 –
Окись углерода 12,5 145,0 80,0 928,0
Скипидар 0,73 41,3 – –
Коксовый газ 5,6 – 30,4 –
Доменный газ 46,0 – 68,0 –
Задача 2.5.9. В производственном помещении предполагается про-
изводить сжатие горючего газа. Вычислить давление возможного взрыва
и определить, к какой категории по НПБ 105–03 относится производственное здание.
Исходные данные (табл. 3):
свободный объём производственного помещения Vсв, м3;
наличие установок автоматического пожаротушения;
кратность аварийной вентиляции А, ч–1;
площадь помещения по отношению к площади всех помещений здания S
S
, %;
/
п
общ
объём аппарата, в котором сжимается горючий газ, V, м3;
давление в аппарате Р1, кПа;
расход подающего насоса q, м3/с;
длина трубопровода L, м;
внутренний радиус трубопровода r, м;
расчётное время отключения питающего насоса τ, с.
Порядок расчёта.
1. Объём газа, вышедшего из аппарата при взрыве:
VPV1а0,01=
, м3
80