2. Надлишковий тиск вибуху визначається за формулою (5.1 ):

3. Визначаємо об’єм приміщення, вільний об’єм приміщення та площу підлоги:

,

_{де Квіл – коефіцієнт вільного об’єму}

4. Визначаємо стехіометричний коефіцієнт кисню в реакції горіння

5. Визначаємо стехіометричну концентрацію горючого:

6. Знайдемо інтенсивність випаровування горючої рідини за заданої температури

_{де  – коефіцієнт залежності випаровування від швидкості і температури повітряного потоку над поверхнею випаровування (табл.5.3) =2,4}

_{М – молекулярна маса (довідн.)}

_{Рs – тиск насиченої пари даної рідини за заданої температури}

,

_{де А, B, СА – константи Антуана}

_{t – температура, 0С, примітка: температуру приймають максимально можливу для даного регіону.}

кПа

7. Згідно з п. 5.1 допускаємо, що вся горюча рідина надійде у приміщення. Знайдемо об’єм розлитої рідини

Згідно з п. 5.1. “г” 1 л рідини розіллється на 1 м² площі підлоги, тоді площа випаровування F_п=1145 м², але це більше площі підлоги даного приміщення, тому площу випаровування приймаємо рівній площі підлоги F_п=432 м².

8. Знайдемо час випаровування рідини і масу пари

с.

Тому, що  = 9526>3600 c, то приймаємо =3600 c. Тоді маса пари дорівнює

кг

9. Знайдемо густину пари бензолу при 20^оС:

кг/м³;

10. Визначаємо надлишковий тиск вибуху:

5кПа

Висновок: так як надлишковий тиск вибуху більше значення 5 кПа, а температура спалаху бензолу t_сп=-11 ⁰С, що менше 28 ⁰С, то приміщення відноситься до категорії “А”: вибухопожежонебезпечана.

Розрахунок надлишкового тиску вибуху і визначення категорії приміщення у якому у виробничому процесі обертається горючий пил

Визначити до якої категорії відноситься приміщення шліфувального відділення меблевого виробництва розміром 30x20x5 м, в якому встановлено 5 шліфувальних верстатів. Продуктивність одного верстату за годину - 4 вироби з берези розміром 1.8x2 м. В процесі шліфування знімається шар деревини товщиною 0.5 мм з оброблюваної поверхні виробу. Витяжна система вентиляції виводить 75 % пилу, що виділився; 70 % пилу, що потрапляє в приміщення, осідає в важкодоступних місцях. Циклон для збирання пилу знаходиться за межами будівлі. Керування вентиляційною системою - ручне. Шліфувальне відділення працює в одну 8-годинну зміну 5 днів на тиждень. Прибирання приміщення ручне, сухе 1 раз на добу, генеральне прибирання - 1 раз на місяць.

Приміщення а=30 м; в=20 м; h=5 м; Nст=5; nвир=4 Виріб береза. а/=1.8 м; в/=2 м; h/=0.5 мм =0.75; 1=0.7 Виробництво: 1 зміна на добу, 8 годин в зміну, 5 днів на тиждень Прибирання: ручне, сухе 1 раз в зм.,- генеральне 1 раз в міс.	Розрахунковий надлишковий тиск визначається за формулою: ,
категорія приміщення-?

1. Густина повітря до вибуху при робочій температурі:

_{де пн - густина повітря за нормальних умов (довідн.)}

_{Тн - нормальна температура, К}

кг/м³

2. Визначаємо вільний об’єм приміщення

м³

3. Визначаємо масу розпорошеного в об’ємі приміщення пилу, тобто кількість пилу в пилоповітряній суміші:

,

_{де mзв - розрахункова маса розпорошеного (звихреного) пилу, кг}

_{mав - розрахункова маса пилу, яка надходить в приміщення при аварії, кг}

3.1. Визначаємо розрахункову масу розпорошеного (звихреного) пилу

,

_{де Кзв - частка відкладеного у приміщенні пилу, що може перейти у аерозольний (розпорошений) стан в результаті аварії. Кзв = 0,9.}

_{mп - маса відкладеного в приміщенні пилу до аварії}

3.1.1. Визначаємо масу відкладеного в приміщенні пилу до аварії:

m_n = K₂(1 - K_y)(m₁ + m₂)

_{де Кг - частка горючого пилу в приміщенні в масі відкладень пилу}

_{Ку - коефіцієнт ефективності пилеприбирання (довідн.)}

_{m1 - маса пилу, що осіла на важкодоступних місцях за час між генеральними прибираннями}

_{m2 - маса пилу, що осіла на доступних для прибирання місцях за міжприбиральний час.}

Маса пилу m₁ та m₂, що осідає на різних поверхнях в приміщенні за міжприбиральний період визначається за формулами:

,

,

_{де М1 - маса пилу, що надходить в об’єм приміщення за час між генеральними прибираннями}

_{М2 - маса пилу, що надходить в об’єм приміщення за міжприбиральний час}

_{ - частка пилу, що видаляється з приміщення витяжною вентиляцією}

_{1 - частка пилу, що осіла на важкодоступних місцях}

_{2 - частка пилу, що осіла на легкодоступних місцях}

Виходячи з умов задачі:

=0.75 ₁=0.7 ₂=0.3

3.1.2. Визначаємо масу пилу, що виділяється одним верстатом за одну годину:

_{де n - кількість оброблювальних виробів за годину, шт.}

_{Vд - об’єм виробу, що перейде в пил, м3;}

_{д - густина пилу виробу, кг/м3;}

кг/год.

3.1.3. Визначаємо масу пилу, що виділяється верстатами за час між поточними прибираннями:

_{де N - кількість верстатів, шт.;}

_{1 - час робочої зміни, годин}

кг

3.1.4. Визначаємо масу пилу, що виділяється верстатами за час між генеральними прибираннями:

_{де Nзмін - кількість змін за час між генеральними прибираннями}

3.1.5. Розрахуємо масу пилу, що підніметься в повітря внаслідок аварії:

кг

кг

m _n = 1(1-0,6)(709,635+13,824) = 289,38 кг

m _вз = 0,9 ∙ 289,38 = 260,45 кг

3.2. Визначаємо масу пилу, що надійде в приміщення в результаті аварії:

_{де mап - маса горючого пилу, що вийшов з апарату, кг}

_{де Vап - об’єм апарату, м3 ;}

_{п - густина пилу, що знаходиться в апараті, кг/м3 ;}

_{g – продуктивність апарату, з якою продовжується надходження пилу в приміщення в результаті аварії, кг/год.;}

_{ - час відключення, с;}

_{Кп - коефіцієнт пилення, який враховує дисперсність пилу.}

3.2.1. Визначаємо продуктивність в кг/с, з якою продовжується надходження пилу в результаті роботи верстатів:

кг/c

3.2.2. Розрахуємо масу пилу, що надійде в приміщення в результаті аварії від верстатів за час їх зупинення:

кг

3.3. Розрахуємо масу завислого (розпорошеного) в об’ємі приміщення пилу:

кг

4. Розрахуємо надлишковий тиск вибуху

кПа

Висновок: так як надлишковий тиск вибуху для даного приміщення при даному виробництві на випадок аварії може бути більше 5 кПа, то приміщення відноситься до категорії “Б” - вибухопожежонебезпечна

Віднесення виробничих і складських приміщень категорій до В або Д згідно з НАПБ Б.03.002-2007

Приклад Складське приміщення. Складське приміщення представляє собою багатостелажний склад у якому передбачено зберігання на металевих стелажах негорючих матеріалів у картонних коробках. У кожному із десяти рядів стелажів міститься десять ярусів, у кожному ярусі шістнадцять відсіків, у кожному з відсіків зберігається по три картонні коробки, маса картону у яких по 1 кг. Верхня відмітка зберігання картонних коробок на стелажах складає 5м, висота приміщення від підлоги до перекриття 7,2 м. Довжина стелажа складає 48м, ширина 1,2м, віддаль між рядами стелажів 2,8 м. Відстань від верхньої відмітки пожежної навантаги (від коробок верхнього ярусу) до плит перекриття становить 7,2м – 5м = 2,2м.

Площа розміщення пожежної навантаги в одному ряду стелажів (площа ділянки) складає: 48м х 1,2м=57,6м². У складському приміщенні знаходиться 10 ділянок площею по 57,6м² кожна, відстань між якими складає 2,8м.

Маса картону, що знаходиться у одному ряду стелажів складає:

10 ярусів х 16 відсіків х 3 коробки х 1кг=480кг.

Найнижча теплота згорання картону складає 13,4 МДж∙кг^-1.

Пожежна навантага у одному ряду стелажів становить:

Q

Питома пожежа навантага у одному ряду стелажів становить

Згідно з таблицею 1 НАПБ Б.03.002-2007 така величина пожежної навантаги відповідає приміщенню категорії Д. Однак у приміщенні складу таких ділянок є 10 і площа кожної з них перевищує 10 м². Гранична площа ділянки залежить від мінімальної віддалі від пожежної навантаги до перекриття. Віддаль становить 2,2 м, граничну площу ділянки для цієї віддалі визначаємо за формулою 5.29: S_гр = 0,64*Н² = 0,64*2,2² = 3,1 м². У нас площа ділянки становить 57,6 м².

Тому до категорії Д таке приміщення віднести не можна, а його можна віднести до категорії В за умови, що спосіб розміщення пожежної навантаги відповідає відповідним вимогам НАПБ.

У даному складському приміщенні мінімальна віддаль від поверхні пожежної навантаги до перекриття (Н) складає 2,2 м (7,2м – 5м=2,2м).

Визначаємо чи виконується умова нерівності формули 5.28:

Q ≥ 0,64∙g∙H²

0,64∙180∙2,2² =557,7 МДж.

Так як Q = 6432 МДж і умова Q = 6432 МДж ≥ 557,7 МДж виконується, приміщення складу відноситься до категорії В.

Розрахунок категорії будівель за вибухопожежною та пожежною небезпекою.

Вихідні дані для визначення категорії будинку .

Промисловий двоповерховий будинок. Загальна площа приміщень будинку F = 15000 м². Висота поверху – 4 м. Загальний об’єм приміщень будинку - 60000 м³. У будинку відсутні приміщення категорій А і Б. Об’єм приміщень категорії В становить 32000 м³.

Рішення.

Сумарний об’єм приміщень категорій В становить 53,3 %, що значно пере­вищує 10 %.

Висновок. Згідно з Нормами будинок або протипожежний відсік відноситься до категорії В, якщо одночасно виконуються дві умови:

будинок або протипожежний відсік не відносять до категорій А або Б;

сумарний об’єм приміщень категорій В перевищує 10% (якщо в будинку відсутні приміщення категорій А і Б) загального об’єму будинку або протипожежного відсіку.

Висновок. Зважаючи на вищенаведене згідно з Нормами, будинок відноситься до категорії В.

Вихідні дані для визначення категорії будинку.

Виробничий двоповерховий будинок. Загальна площа приміщень будинку F = 20000 м². Загальний об’єм приміщень становить 80000 м³. Об’єм приміщень категорій А і Б становить 3600 м³, категорії В - 16000 м³. Сумарний об’єм приміщень категорій А, Б і В становить 19600 м³.

Рішення.

Сумарний об’єм приміщень категорій А і Б становить 3600 м³ або у відсотках 4,5 % від загального об’єму приміщень, що не перевищує 5 %. Зважаючи на це, за Нормами будинок не відноситься до категорій А чи Б.

Сумарний об’єм приміщень категорій А, Б і В становить 19600 м³, що становить 24,5 % і перевищує 5 % від загального об’єму.

Висновок. Зважаючи на вищенаведене згідно з Нормами, будинок відноситься до категорії В.

Вихідні дані для визначення категорії будинку.

Виробничий двоповерховий будинок. Загальний об’єм приміщень будинку становить 60000 м³. Об’єм приміщень категорії А становить 3200 м³, категорії Б – 2400 м³. Загальний об’єм приміщень будинку категорій А і Б становить 5600 м³.

Рішення.

Об’єм приміщень категорії А становить 3200 м³, що становить 5,33 % від загального об’єму приміщень у будинку.

Висновок. Об’єм приміщень категорії А становить 5,33 %, що перевищує 5% за Нормами. Зважаючи на це будинок відноситься до категорії А.

• Максимальний тиск вибуху Рв, Ра, який виникає у замкнутому просторі (об’ємі), повністю заповненому вибухонебезпечною сумішшю стехіометричної концентрації при повному згорянні визначається за формулою (1):

• Рв=Ро*m/n*Tв /Тп (1),

• де Ро- початковий тиск, Па;

• n – число молів вихідних речовин, що приймають участь у реакції;

• m – число молів продуктів горіння;

• Тв – температура продуктів горіння при вибуху, ^оК;

• Тп – початкова температура суміші, ^оК.

• Надлишковий тиск ∆Рв визначається за формулою (2):

• ∆Рв = Рв –Ро (2)

• а якщо загазованість займає не весь об’єм приміщення то за формулою (3):

• Рв=Ро*m/n*Tв /Тп*V_сум/V_прим (3)

• де V_сум – об’єм вибухонебезпечної суміші при стехіометричній концентрації, м³ ;

• V_прим - об’єм приміщення, м³.

• Підставивши у рівняння (2) значення Рв із рівняння (3), отримаємо:

• ∆Рв =Ро * ( V_сум /V_прим )* |( m/n*Tв /Тп ) – 1| (4)

• У рівнянні (4) величини m і n визначають за рівнянням горіння, а Тв приймають рівною теоретичній температурі помноженій на коефіцієнт 0,9.

• Приклад. Ацетиленоповітряна суміш стехіометричного складу. Температура продуктів горіння 2417 ^оС. Температура у приміщенні 20 ^оС.

• С₂Н₂ + 2,5 О₂ + 2,5*3.76 N₂ = 2СО₂ + Н₂О + 2,5*3,76 N₂.

• n =12,9 молів, m = 12,4 молів

• Найбільший тиск у замкнутому об’ємі буде коли V_cуv /V_прим =1.

• ∆Рв =101,3* |(12,4*(2417+273)/12,9*(20+273) – 1| =

• = 7,83 * 101,3 кПа.

Небезпека руйнування ємкостей.

Для апаратів з газами існує пропорційна залежність між температурою і тиском:

(3.3)

де Р_п, Р_к – початковий і кінцевий тиск в апараті, Па;

Т_п, Т_к – початкова і кінцева температура, К.

Приклад: Газовий балон з метаном занесли в опалюване приміщення і поставили біля батареї центрального опалення. Через деякий час газ в балоні нагрівся до 360 К (87 ^оС). Необхідно визначити тиск в балоні Р_к і дати оцінку небезпеки його пошкодження, якщо Т_п=250 К (-23 ^оС), Р_п= 15 Мпа (150 атм). Випробувальний тиск 19 Мпа (190 атм).

Висновок – балон може розірватись.

Апарати з рідинами можуть бути нормально заповнені (є пароповітряний простір) і переповнені (немає такого простору).

Для нормально заповнених апаратів тиск над рідиною можна знайти із довідників або розрахувати за рівнянням Антуана:

P_s= (3.4)

де Р_s – тиск насичених парів рідини, Па;

t – температура рідини в ^оС;

А, В, С_а – константи рівняння Антуана.

За цим рівнянням для кожної температури можна розрахувати Р_s.

Переповнені рідиною апарати (більшість трубопроводів).

Рідини змінюють свій об’єм внаслідок нагрівання або охолодження і тому, що рідини практично не стискаються, то вони практично не змінюють свій початковий об’єм при збільшенні або зменшенні тиску. Тому при нагріванні або охолодженні рідин у замкнутих об’ємах внаслідок зміни їх об'єму різко змінюється тиск, який може пошкодити апарат або трубопровід. Це особливо небезпечно для цистерн (автомобільні і залізничні), резервуарів зі зрідженими газами.

Кінцевий тиск Р_к в переповнених апаратах можна вирахувати як суму початкового тиску Р_п і додаткового (додатнього або від’ємного) ΔР за співвідношенням:

Р_к = Р_п + ΔР; (3.5)

(3.6)

де β – коефіцієнт об’ємного розширення, К^-1;

β_стиск – коефіцієнт об’ємного стискування рідини, Па^-1;

ΔТ – додатна або від’ємна різниця температур рідини в трубопроводі (ΔТ=Т_к-Т_п).

Приклад: Визначити кінцевий тиск в горизонтальному циліндричному резервуарі із хлором. Т_п=238 К, Т_к = 323 К. Тиск насичених парів початковий Р_п = 2,0 МПа. Стінки резервуара розраховані на тиск 15 МПа.

Рішення: З довідника знаходимо:

при Т_к = 283 К β₁=0,00199 К^-1; β¹_стиск=149∙10^-11 Па^-1;

при Т_к = 323 К β₂=0,00250 К^-1; β²_стиск=276∙10^-11 Па^-1;

Знаходимо середнє значення коефіцієнтів розширення і стискання:

;

b_стис = (b¹_стиск.+ b²_стиск )/2 = (149+276)10^-11/2 = 213 10^-11Па

.

Р_к = Р_п + ΔР = 2,0 + 42,4 = 44,4 МПа >> 19 МПа – резервуар розірве.

87