ДИПЛОМ / Раздел ДП Безопасность и охрана труда, Методические указхапния и примеры расчета / ПРимеры выполнения расчетов по ОТ

щения категории пожарной опасности В и объемом до 15 тыс. м3:

tнб= 1,25 мин.

Вывод. Расчетное время эвакуации меньше необходимого (0,94<1,25), условие безопасности выполняется.

Пример 12.9. Рассчитать количество путей эвакуации для помещения III степени огнестойкости, в котором содержится 200 голов крупного рогатого скота.

Решение. Определим по табл. 12.17 допустимое количество животных на 1м ширины выхода из зданий со степенью огнестойкости III Nд = 30 коров.

Рассчитаем количество путей эвакуации по формуле (12.27), принимая ширину ворот для коровника а = 2 м

Вывод. Для эвакуации 200 коров из здания III степени огнестойкости необходимо 4 пути эвакуации.

Задачи

1 Рассчитать продолжительность пожара на складе, где хранится древесина

200 кг/м.

2 Определить количество путей эвакуации для административного здания, где работает 500 человек, если известно, что оно относится ко II степени огнестойкости.

3 Рассчитать количество ворот для эвакуации животных из помещения различной степени огнестойкости:

50 лошадей из конюшни, которая относится к I степени огнестойкости; 1000 коров из коровника II степени огнестойкости,

500 овец из овчарни III степени огнестойкости;

300 свиноматок с приплодом из свинарника IV степени огнестойкости; 250 толов свиней на откорме из свинарника V степени огнестойкости.

4 Определить количество воды в пожарном водоеме для тушения пожара на ферме КРС, если известно, что рядом расположены три помещения, относящиеся к IV степени огнестойкости, объемом до 3 тыс. м.

5Рассчитать время эвакуации людей из здания объемом 5000 м3.

6В помещении цеха окраски мелких деревянных изделий на участке приготовления окрасочных составов возможен разлив ацетона применяемого в качестве растворителя. Максимально возможное количество растворителя в цехе

–45 кг при объеме помещения 5000 м3. На участке приготовления и смешивания окрасочных составов пол площадью 10 м2 выполнен на 2 см ниже уровня пола цеха. Температура ацетона 20 °С, температура в помещении 25 °С. Давле-

287

ние пара Рн = 200 кПа, нижний концентрационный предел воспламенения ацетон» С ш 52г/м3; плотность ρ = 792кг/м"', молекулярная масса М = 58,07 г. Аварийная вентиляция обеспечивает кратность воздухообмена 2 раза в час, при этом подвижность воздуха =0,2м/о (при υ = 0,2м/с и температуре 22°С коэффициент (η =2,9). Требуется определить, к какой категории по взрывопожароопасности следует отнести данное производство.

Глава 13. Очаг поражения при взрыве

13.1. Общие сведения

На производственных площадях химических и нефтеперерабатывающих предприятий, цехах ремонтных предприятий сосредоточены большие запасы взрывоопасных и токсичных продуктов. При разработке технологий и создании производств, при организации хранения этих веществ не всегда получают развитие закономерности физико-химических процессов, виды перехода и высвобождения энергии.

Внастоящее время существует большое число технологических процессов

снедостаточно изученными физико-химическими, взрывчатыми и токсическими свойствами сырьевых материалов, побочных и конечных продуктов.

Разрушение и повреждение зданий, сооружений, технологических установок, ёмкостей и трубопроводов на предприятиях со взрыво- и пожароопасной технологией может привести к истечению газообразных или сжиженных углеводородных продуктов. При перемешивании их с воздухом образуются взрывоили пожароопасные смеси. Наиболее взрыво- и пожароопасны смеси с воздухом метана, пропана, бутана, этилена, пропилена, бутилена и других углеводородных газов. Взрыв или возгорание этих газов наступает при определенном

содержании газа в воздухе. Например, взрыв пропана возможен при содержании в 1м' воздуха 21 л газа, а возгорание - при содержании в 1м3 воздуха 95 л газа [9].

Взрыв – это освобождение большого количества энергии в ограниченном объеме за коротки промежуток времени с образованием ударной волны и избыточным давлением более 5 КПа (табл. 13.1).

При взрыве образуется очаг взрыва с ударной волной, вызывающей разрушение зданий, сооружение и оборудования.

Таблица 13.1 – Виды и энергия взрывов

13.2.Взрыв топливовоздушных, газовоздушных смесей

Вочаге поражения при взрыве газовоздушной смеси образуются три зоны: зона детонационной волны; зона действия продуктов взрыва; зона действия воздушной ударной волны [24].

Радиус зоны детонационной волны (зоны бризантного действия) R1 рассчитывают по формуле (м)

где Q – количество сжиженного углеводородного газа, кг, а – тротиловый эквивалент (табл. 3.2).

Тротиловый эквивалент – это коэффициент, равный отношению теплоты сгорания данного вещества QV к теплоте сгорания тринитротолуола (ТНТ)

QТНТ

где QТНТ – теплота сгорания ТНТ, кДж/кг (QТНТ = 4,52·103 кДж/кг). Избыточное давление в пределах этой зоны может достигать 1700 кПа [9]. Избыточное давление Рф, (кПа) можно рассчитать по формуле М.В. Са-

довского

где R – расстояние от центра взрыва до рассматриваемой точки, м;

Q' – количество углеводородного газа в тротиловом эквиваленте, кг;

Q = β· Q'·α

где β – доля прореагировавшего при взрыве газа, β = 0,1; α – тротиловый эквивалент (табл. 13.2).

Таблица 13.2 – Физико-химические свойства углеводородных газов [24]

Радиус зоны действия продуктов взрыва (зоны огненного шара) опреде-

ляют по формуле (м)

Избыточное давление в зоне действия продуктов взрыва меняется в пределах от 300 до 1350 кПа. Его можно рассчитать по формуле (кПа)

где R – расстояние от центра взрыва до рассматриваемой точки, м.

Радиус зоны действия воздушной ударной волны находят по формуле (м)

Избыточное давление в зоне действия воздушной ударной волны рассчитывают по формулам (кПа);

где R – расстояние от центра взрыва до рассматриваемой точки, м; R1 – радиус зоны детонационной волны, м.

Избыточное давление в третьей зоне можно также рассчитать по формуле (кПа)

Безвозвратные потери людей от воздействия ударной волны можно опре-

290

делить из выражения

где Q – количество сжиженного углеводородного газа, т; Р – плотность населения, тыс.чел/км .

Характер разрушений объектов ударной волной определяется по табл. 13.3

или 13.4.

Таблица 13.3 – Уровни разрушения здания от ударной волны взрыва

Таблица 13.4 – Степень разрушения объектов

Пример 13.1. Требуется определить избыточное давление, ожидаемое в районе механического цеха, расположенного в кирпичном здании, при взрыве емкости, в которой находится 100 т сжиженного пропана. Расстояние от емко-

291

сти до цеха 300 м.

Решение. Определяем радиус зоны детонационной волны по формуле (13.1), подставляя Q в кг и выбрав тротиловый эквивалент для пропана по табл. 13.2 (а = 0,535)

R1 1,75 3Q a 1,75 310000 0,535 65,7м

Вычисляем радиус зоны действия продуктов взрыва по формуле (13.4):

R2 1,7 R1 1,7 65,7 111,69м

Определяем радиус зоны действия воздушной ударной волны по формуле

(13.6)

R3 12б3 R1 12,3 65,7 808,11м

Цех находится в зоне воздушной ударной волны, т.к. расстояние от центра взрыва до цеха 300 м.

Так как цех находятся в третьей зоне, вычисляем избыточное давление только для этой зоны. Находим избыточное давление на расстоянии 300 м, определив предварительно коэффициент К:

К = 0,24 R/R1 = 0,24·(300/65.7) = 1,9 < 2

Так как К< 2, выбираем формулу для расчета избыточного давления (13.7):

700

Характер разрушений определим по табл. 3.4. При 60 кПа кирпичное здание, получит полное разрушение.

Вывод. При взрыве 100т сжиженного пропана цех окажется под воздействием ударной волны с избыточным давлением около 60 кПа. Здание получит полное разрушение.

13.3. Взрыв пылевоздушных смесей

При образовании пылевоздушных смесей возможность взрыва определяется нижним концентрационным пределом взрываемости (НКПВ) С.

НКПВ рассчитывается по формуле (кг/м )

где QV – теплота взрыва, кДж/кг (табл. 13.5).

Таблица 13.5 – Физико-химические свойства пыли [24]

292

Массу пыли в тротиловом эквиваленте Q' определяется по формуле (кг)

где Z – коэффициент участия пыли во взрыве в воздухе (Z = 0,02… 0,1): М – масса пыли, кг; а – тротиловый эквивалент, определяемый по формуле (13.2).

Избыточное давление при взрыве пыли в воздухе можно рассчитать по формуле (13.5).

При взрыве в помещении избыточное давление рассчитывают по формуле (кПа)

где М – масса пыли, кг;

Qv – теплота сгорания пыли, Дж/кг (табл. 13.5);

Р0 – начальное давление в помещении, кПа (Ро=101 кПа)

Z – коэффициент участия пыли во взрыве в помещении (2 = 0,5); V – объем помещения, м3;

ρ– плотность воздуха до взрыва; кг/м3 (ρ = 1,2...1,25 кг/м3);

С– теплоёмкость воздуха, кДж/кг·К (С =1,01 кДж/кг·К);

Т0 – начальная температура в помещении, °С; Кн – коэффициент, учитывающий негерметичность оборудования, поме-

щения (Кн = 3).

Радиус зон разрушения (полных, сильных, средних, слабых) при взрыве ПВС определяют из выражения (м)

где К – константа разрушений (для зоны полных разрушений К1 =4,7; для

293

сильных – К2 =6,4; для средних – К3 =8,2; для слабых – К4 =13,5)

Q' – масса пыли в тротиловом эквиваленте, определяемая из выражения

(13.13).

Критическая масса пыли Мкр, при которой возможен взрыв, определяется по формуле (кг)

где С – НКПВ, кг/м3 (табл. 13.5); V – объем помещения, м3.

Время накопления взрывоопасного количества пыли (дней)

где Мсут – количество пыли, которое накапливается за сутки, кг. Радиус разброса продуктов взрыва Л определяется по формуле (м)

После разрушения здания, резервуара образуется воздушная ударная волна и поле осколков.

Энергия взрыва в помещении равна (Дж)

где Еуд.в – энергия, идущая на образование ударной волны, Еуд.в = 0,6 Е; Еоск – энергия, идущая на разлет осколков, Еоск = 0,4 Е.

Дальность разлета осколков в безвоздушном пространстве можно определить по формуле (м)

где υ0 – начальная скорость полета осколков,

02 2z M QV / M0

где z – коэффициент участия пыли во взрыве в помещении (г = 0,5); β – доля энергии на разлет осколков ($ = 0,4); М – масса горючего вещества, г;

QV – теплота взрыва, Дж/кг;

Мо – суммарная масса осколков, равная массе резервуара, здания, кг.

Пример 13.2. В помещении пилорамы объемом 5000 м3 за сутки накапливается 500г еловой пыли. Определить время накопления взрывоопасной концентрации пыли и последствия взрыва пылевоздушной смеси.

294

Решение. По табл. 13.5 находим теплоту сгорания еловой пыли QV =

20,4x103 кДж/кг.

Принимаем температуру внутри помещения равной 20°.

Используя формулы (13.12) и (13.16), рассчитываем критическую массу пыли, при которой возможен взрыв

Мкр=С·V = (800 ·V)/<QV = (800· 5000) / 20,4x103 = 196 кг

Определяем время накопления взрывоопасной концентрации пыли по формуле

tвзр=Мкр/Мсут =196/0,5= 392 дня

Взрыв пылевоздушной смеси произойдет, когда фактическая концентрация пыли Рф будет больше НКПВ.

Определим фактическую концентрацию пыли Рф Рф = Мкр/V = 196/5000 = 0,04 кг/м3

По таблице 13.5 найдем НКПВ еловой пыли С = 0,038 кг/м. Определим по формуле (13.14) избыточное давление взрыва ПВС

По табл. 13.3 определим результат воздействия такого избыточного давления на здание – здание разрушено и не подлежит восстановлению при 33 и бо-

лее кПа.

Рассчитаем по формуле (13.18) радиус разброса продуктов взрыва в помещении

R 3 3 V 3 3 5000 13,3 м

Вывод. Разброс продуктов взрыва ПВС в цехе произойдет в радиусе 13,3 м. Избыточное давление взрыва разрушит здание цеха.

Пример13.3. Определить избыточное давление во фронте ударной волны на расстоянии 50м и дальность полета осколков при взрыве ПВС в деревообрабатывающем цехе объемом 5000 м3. Суммарная масса стен, перекрытий 500 т.

Масса взорвавшейся пыли 200 кг.

Решение. Определим массу пыли в тротиловом эквиваленте Q'по форму-

ле(13.13)

Q ' = Z · M · a = 0,5×200×20,4×103/4,52 ×l03 = 451кг

295

На образование ударной волны идет доля энергии, поэтому вводим коэффициент 0,6 при расчете избыточного давления взрыва на расстоянии 50м по

формуле (13.3).

Pф 95 30,6 Q / R 390 30,62 Q 2 /R2 1300 0,6 Q / R3

Pф 95 30,6 451/50 390 30,62 4512 /502 1300 0,6 451/503 21кПа

По табл. 13.3 определим характер разрушений – средние. Дальность разлета осколков в безвоздушном пространстве рассчитаем по

формуле (13.20), определив предварительно начальную скорость полета осколков

02= (2zβMQv)/М0 = (2×0,5×0,4×200×20,4×103)/500000= 3264м2/с2

Lmax = 02 /g= 3264/9,81=333м

Вывод. Дальность полета осколков при взрыве ПВС 333м.

13.4. Взрыв емкостей (сосудов) под давлением

Работа установок и сосудов, находящихся под давлением, в результате нарушения их герметичности (из-за недостаточной прочности или устойчивости режимов эксплуатации) может сопровождаться взрывами.

К установкам и сосудам, работающим под давлением, относятся водогрейные и паровые котлы, автоклавы, компрессоры, холодильные установки, ресиверы, теплообменники, трубопроводы, баллоны.

Автоклав– аппарат для проведения процессов при нагреве и под давлением выше атмосферного. Компрессор – устройство для сжатия и подачи воздуха или другого газа под давлением. Ресивер – сосуд для скапливания газа, пара, поступающего в него, и расходуемого через трубы меньшего сечения, предназначенный для сглаживания колебаний давления. Трубопроводы – устройства для транспортировки жидкостей и газов, условно подразделяются на трубопроводы низкого давления до 100 МПа и высокого давления – выше 100 МПа. Баллоны – устройства для хранения и перевозки сжатых, сжиженных и растворенных газов, могут быть высокого и низкого давления (стандартные баллона вместимостью 40 л при давлении газа 12,5-15 МПа). Сосуды – стационарные и передвижные устройства, предназначенные для хранения транспортировки сжиженных газов (цистерны, бочки, сосуды Дьюара с вакуумной термоизоляцией).

Взрыв емкостей, находящихся под давлением, относится к группе физических взрывов, при которых при разрушении емкости происходит быстрое расширение газа и образование ударной волны и поля осколков. Наиболее частые причины взрывов: падение резервуара, разрыв швов, нарушение правил эксплуатации и др.

Энергия взрыва сосуда под давлением (Дж) определяется по формуле [24]

296