1.3.2. Расчет избыточного давления взрыва для горючих газов, паров легковоспламеняющихся и горючих жидкостей

Избыточное давление взрыва Р для индивидуальных горючих веществ, состоящих из атомов С, Н, О, N, Cl, Br, I, F, определяется по формуле:

Р = 100 (Р_max – Р₀) m Z / V_св _г С_ст К_н (1.1)

где Р_max – максимальное давление взрыва стехиометрической газовоздушной или паровоздушной смеси в замкнутом объеме, кПа; определяемое по справочным данным [1]; при отсутствии данных допускается принимать Р_max = 900 кПа;

Р₀ – начальное давление, соответствующее атмосферному, кПа; допускается принимать Р₀ = 101 кПа;

m – масса горючего газа (ГГ) или паров легковоспламеняющихся (ЛВЖ) и горючих жидкостей (ГЖ), вышедших в результате расчетной аварии в помещение, кг; для ГГ вычисляется по формулам 1.5-1.9, для паров ЛВЖ и ГЖ по формулам 1.10-1.12;

Z – коэффициент участия горючего во взрыве, допускается принимать его значение по табл.1.2;

V_св – свободный объем помещения, м³; определяется как разность между объемом помещения и объемом, занимаемым технологическим оборудованием; допускается принимать его равным 80% геометрического объема помещения;

_г – плотность газа или пара при расчетной температуре t_р, кг/м³, вычисляемая по формуле:

_г = М / [V₀ (1 + 0,00367 t_р)] (1.2)

где М – молярная масса, кг/кмоль;

V₀ – мольный объем, равный 22,413 м³/кмоль;

t_р – расчетная температура, ^оС; в качестве расчетной температуры следует принимать максимально возможную температуру воздуха в данном помещении или максимально возможную температуру воздуха по технологическому регламенту с учетом возможного повышения температуры в аварийной ситуации; если такого значения расчетной температуры t_p по каким-либо причинам определить не удается, допускается принимать ее равной 61°С;

С_ст – стехиометрическая концентрация ГГ или паров ЛВЖ и ГЖ, % (об.), вычисляемая по формуле:

С_ст = 100 / (1 + 4,84 ) (1.3)

 = n_С + [(n_Н – n_Х) / 4] – n_О / 2 (1.4)

где  – стехиометрический коэффициент кислорода в реакции сгорания;

n_С, n_Н, n_Х, n_О – число атомов углерода, водорода, галоидов и кислорода в молекуле горючего;

К_н – коэффициент, учитывающий негерметичность помещения и неадиабатичность процесса горения; допускается принимать К_н=3.

Таблица 1.2.

Значения коэффициента участия горючего во взрыве

Вид горючего вещества	Z
Водород	1,0
Горючие газы (кроме водорода)	0,5
ЛВЖ и ГЖ, нагретые до температуры вспышки и выше	0,3
ЛВЖ и ГЖ, нагретые ниже температуры вспышки, при наличии возможности образования аэрозоля	0,3
ЛВЖ и ГЖ, нагретые ниже температуры вспышки, при отсутствии возможности образования аэрозоля	0,0

Масса m (кг) поступившего в помещение при расчетной аварии газа определяется по формуле:

m = (V_a + V_т) _г (1.5)

V_a = 0,01 Р₁ V (1.6)

V_т = V_1т + V_2т (1.7)

V_1т = q T (1.8)

V_2т = 0,01 π Р₂ (r₁² L₁ + r₂² L₂ + … + r_n² L_n) (1.9)

где V_a – объем газа, вышедшего из аппарата, м³;

V_т – объем газа, вышедшего из трубопроводов, м³;

Р₁ – давление в аппарате, кПа;

V – объем аппарата, м³;

V_1т – объем газа, вышедшего из трубопровода до его отключения, м³;

V_2т – объем газа, вышедшего из трубопровода после его отключения, м³;

q – рас ход газа, определяемый в соответствии с технологическим регламентом в зависимости от давления в трубопроводе, его диаметра, температуры газовой среды и т.д., м³/с;

Т – время, с; определяется по п.1.3.1 (п.2);

Р₂ – максимальное давление в трубопроводе по технологическому регламенту, кПа;

r – внутренний радиус трубопроводов, м;

L – длина трубопроводов от аварийного аппарата до задвижек, м.

Масса паров жидкости m, 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_р + m_емк + m_{св. окр.} (1.10)

где m_р – масса жидкости, испарившейся с поверхности разлива, кг;

m_емк – масса жидкости, испарившейся с поверхности открытых емкостей, кг;

m_{св. окр.} – масса жидкости, испарившейся с поверхностей, на которые нанесен применяемый состав, кг.

При этом каждое из слагаемых в формуле (1.10) определяется по формуле:

m = W F_и T (1.11)

где W – интенсивность испарения, кг/с м²; определяется по формуле (1.12);

F_и – площадь испарения, м²; площадь испарения при разливе на пол принимается, исходя из расчета, что 1 л смесей и растворов, содержащих 70 % и менее (по массе) растворителей, разливается на площади 0,5 м², а остальных жидкостей – на 1 м² пола помещения;

Т – время испарения, с; длительность испарения жидкости принимается равной времени ее полного испарения, но не более 1 часа (3600 с).

Интенсивность испарения W определяется по справочным и экспериментальным данным. Для ненагретых выше температуры окружающей среды ЛВЖ при отсутствии данных допускается рассчитывать W по формуле:

W = 10^{– 6}  Р_нас М^1/2 (1.12)

где  – коэффициент, принимаемый по табл.1.3 в зависимости от скорости и температуры воздушного потока над поверхностью испарения, которые определяются в соответствии с Санитарными нормами и правилами СанПиН 2.2.4.548-96 «Гигиенические требования к микроклимату производственных помещений» (см. приложение 7);

Р_нас – давление насыщенного пара при расчетной температуре жидкости t_p, кПа; определяется по справочным данным [1] для индивидуальных веществ.

Давление насыщенного пара P_нас (мм рт. ст.) для жидких горючих веществ также можно определить по эмпирической формуле (погрешность расчета составляет  30-40%):

lg P_нас = 2,763 – 0,019 t_кип + 0,024 t_р (1.13)

где P_нас – давление насыщенного пара вещества при расчетной температуре t_р, мм рт. ст. (формула пересчета давления: 760 мм рт. ст. = 101,3 кПа);

t_кип – температура кипения вещества, С.

Таблица 1.3.

Значения коэффициента  в зависимости от скорости и температуры воздушного потока над поверхностью испарения

Скорость воздушного потока в помещении, м/с	Значения коэффициента  при температуре t (оС) воздуха в помещении
	10	15	20	30	35
0,0	1,0	1,0	1,0	1,0	1,0
0,1	3,0	2,6	2,4	1,8	1,6
0,2	4,6	3,8	3,5	2,4	2,3
0,5	6,6	5,7	5,4	3,6	3,2
1,0	10,0	8,7	7,7	5,6	4,6

Расчет ΔР (кПа) для индивидуальных горючих веществ, кроме упомянутых в п.1.3.2, а также для их смесей может быть выполнен по формуле:

Р = Р₀ m Z Н_т / V_св _в С_р Т₀ К_н (1.14)

где Р₀ – начальное давление, соответствующее атмосферному, кПа; допускается принимать Р₀ = 101 кПа; m – расчетная масса горючего вещества, кг; Z – коэффициент участия вещества во взрыве; принимается по табл.1.2; Н_т – теплота сгорания, кДж/кг; V_св – свободный объем помещения, м³; определяется как разность между объемом помещения и объемом, занимаемым технологическим оборудованием; допускается принимать его равным 80% геометрического объема помещения; ρ_в – плотность воздуха до взрыва при начальной температуре Т_о, кг/м³; С_р – теплоемкость воздуха, кДж/(кг К); допускается принимать равной 1,017 кДж/(кг К); Т_о – начальная температура воздуха, К; К_н – коэффициент, учитывающий негерметичность помещения и неадиабатичность процесса горения; допускается принимать К_н = 3.