II расчетная часть

Задача 1

Выполнить расчет вентиляции с целью обеспечения здоровых и безопасных условий труда на рабочем месте по опасным и вредным факторам, характерным для данного технологического процесса (табл. 2).

Таблица 2

№ п/п	Показатели	2 вариант
	Число работников N, чел.	25
	Размеры помещения, м L= B= H=	11 7 6
	Температура воздуха, tп,оС	-18
	Относительная влажность φп, %	67
	Установленная мощность эл.оборудования W, кВт	50
	Вредные пары и газы (свойства см. в табл. А.1 приложения А)	п-Ксилол
	Интенсиность газов qг,п, г/ч	5
	Масса m, кг	70
	Интенсиность влаги qвл, кг/ч	2,5
	Площадь неплотностей F, м2	0,5
	Кратность k	4

a) по удельному потреблению кислорода работникам («по людям»), м³/ч

(1)

где N – максимальное число людей в цехе, чел.;

q – нормируемый удельный расход приточного воздуха на 1 чел.,

м³/ч; принимается из следующих условий: если на 1 работника приходится менее 20 м³ объема помещения, то принимается q 20 м³/ч;

То м³/ч

б) по избыткам явной теплоты, м³/ч

(2)

где - избыточный явный тепловой поток в помещении, кВт; за избыточный тепловой поток следует принять тепловыделения от установленного электрооборудования,

(3)

где W - установленная мощность электрооборудования, кВт;

k_з – коэффициент загрузки электрооборудования, k_з =0,5…0,8;

k_о – коэффициент одновременности работы, k_о=0,5…1,0;

k_т – коэффициент тепловыделений оборудования, k_т=0,1…0,5;

 – плотность воздуха, принять =1,2 кг/м³;

–температура воздуха, соответственно удаляемого из помещения за пределами рабочей зоны и подаваемого в помещение в рабочую зону, С;

–теплоемкость воздуха, равная ;

м³/ч

кВт.

в) по массе выделяющихся вредных или взрывоопасных веществ, м³/ч

(4)

где - интенсивность поступления вредных газов или паров или взрывоопасных веществ в воздух помещения, г/ч;

– концентрация вредного или взрывоопасного вещества в воздухе, соответственно удаляемого из помещения за пределами рабочей зоны и поступающего в помещение в рабочую зону, мг/м³;

мг/м³;

мг/м³;

м³/ч

г) по избыткам влаги (водяного пара), м³/ч

(5)

где – интенсивность поступления избытков влаги в воздух помещения, кг/ч;

– влагосодержание воздуха, соответственно удаляемого из помещения за пределами рабочей зоны и подаваемого в помещение в рабочую зону, г/кг.

Поскольку в ГОСТ 12.1.005-88 задаются величины относительной влажности воздуха φ_у и φ_п,%, то их перевод в абсолютные величины d_у и d_п, г/кг, производятся по формулам

, (6)

где P – барометрическое давление, принимаемое равным 760 мм рт. ст.;

p_н – парциальное давление насыщенного водяного пара при данной

температуре воздуха, мм рт. ст., определяемое из выражения

(7)

где t – температура воздуха в помещении, С, принимается равной температуре воздуха, удаляемого из помещения t_у, т.е. t = t_у=24;

мм рт. ст.

мм рт. ст.

Отсюда находим

Получаем м³/ч

д) по нормируемой кратности воздухообмена, м³/ч

(8)

где V_p – рабочий объем помещения, м³; для помещений высотой 6 м и

более, согласно СНиП 41-01-2003, принимается V_p = 6∙S;

S – площадь помещения, м²;

k – нормируемая кратность воздухообмена, ч^-1.

м³

м³/ч

Примечание. Согласно ГОСТ 12.1.005-88, параметры воздуха t_у, φ_у следует принять равными допустимым параметрам в рабочей зоне помещения для работ средней тяжести; кроме этого рекомендуется принять C_у = ПДК и C_п = 0,3∙ПДК.

Местная вентиляция

Расход воздуха для местной вентиляции следует определять в дополнение к общеобменной:

а) расход воздуха, м³/ч, для удаления вредных паров и газов из укрытий (кожухов) рабочего оборудования

(9)

где F – площадь рабочих проемов и неплотностей, м²;

v₀ – средняя по площади рабочих проемов и неплотностей скорость всасывания, принимается v₀ = 0,5 м/с при ПДК > 50 мг/м³, v₀ = 0,7 м/с при ПДК = 5…50 мг/м³, v₀ = 1,3 м/с при ПДК < 5 мг/м³;

м/с

м³/ч

б) расход воздуха, м³/ч, через зонт по тепловыделению в местах установки рабочего оборудования

м³/ч

Задача 2

Обосновать выбор метода защиты от поражения электрическим током исходя из показателей помещения цеха: относительной влажности воздуха φ_п, % и температуры воздуха в помещении цеха t_в,^оС (табл. 3).

Таблица 3

№ п/п	Показатели	2
1	Температура воздуха, tв,оС	19
2	Относительная влажность φп, %	67
3	Наличие химически агрессивной среды, склонной к взрыу и пожару	+

Указания к решению задачи

1. В соответствии с ПУЭ-2005 для данных из табл. 3 помещение цеха относится к помещениям с повышенной опасностью.

2. Схема питания электрооборудования – трехфазная четырехпроводная сеть с заземленной нейтралью (система TN-C).

3. Принимаю метод защиты от поражения электрическим током – отключение, т.к. помещение цеха с повышенной опасностью.

Методика расчета защитного отключения

Принять, что реле тока включено в цепь заземления корпуса относительно земли; фазное напряжение в сети питания U_ф = 220 В; активное сопротивление тела человека R_h = 1000 Ом. При этом величину заземления корпуса относительно земли R_З необходимо выбрать, руководствуясь требованиями ПУЭ-2005 (см. задачу 2), т.е. R_З=4 Ом.

1. Определяется ток, проходящий через реле тока, являющегося датчиком срабатывания в цепи питания отключающей катушки, А

, (20)

где I_h — ток, проходящий через тело человека, коснувшегося корпуса электроустановки, оказавшегося под напряжением при замыкании одной из фаз питающей сети, А. 

2. Безопасный ток через тело человека определяется по формуле Международной электротехнической комиссии (МЭК), А

, (21)

где t_доп – допустимое время срабатывания отключающей катушки, принимается равным не более 0,1…0,2 с.

Задача 3

Рассчитать в соответствии с СП 12.13130.2009 категорию помещения склада хранения горючих материалов по пожарной и взрывной опасности.

Избыточное давление взрыва для индивидуальных горючих веществ, состоящих из атомов C, H, O, N, Cl, Br, I, F, определяют по формуле:

, (22)

где P_max – максимальное давление взрыва стехиометрической газовоз-душной или паровоздушной смеси в замкнутом объеме (допускается принимать P_max = 900 кПа);

Р_о – начальное давление, кПа (допускается принимать Р_о = 101 кПа);

m – масса горючего газа (ГГ) или паров легковоспламеняющихся (ЛВЖ) и горючих жидкостей (ГЖ), вышедших в результате расчетной аварии в помещение, кг (см. задачу 1, табл. 2);

Z – коэффициент участия горючего вещества во взрыве (допускается принимать Z = 0,5 для ГГ и Z = 0,3 для ЛВЖ);

V_св – свободный объем помещения, м³ (размеры см. задачу 1, табл. 2);

  _г,п – плотность газа (пара) при температуре t_р, кг/м³.

, (22)

, (23)

кг/м³

где М – молярная масса, кг/кмоль (см. табл. А.1 Приложения А);

М (С₈Н₁₀)=106 г/моль=106*10⁶ кг/кмоль;

v₀ – мольный объем, равный 22,413 м³/кмоль;

t_р – расчетная температура, С, следует принять t_р = t_у (см. з. 1);

С_ст – стехиометрическая концентрация горючих газов или паров

ЛВЖ и ГЖ, % (об.), вычисляемая по формуле:

, (24)

где β — стехиометрический коэффициент кислорода в реакции сгорания

, (25)

n_с, n_н, n_о, n_х — число атомов С, Н, О и галоидов в молекуле горючего;

% об.

Расчет p для индивидуальных веществ, кроме упомянутых выше, а также для смесей может быть выполнен по формуле:

, (26)

где H_Т – теплота сгорания ЛВЖ, кДж/кг (см. табл. А.1 приложения А);

C_p – теплоемкость воздуха, кДж/(кг∙К (C_p = 1,101 кДж/(кг∙К));

T_o – начальная температура воздуха, следует принять 293 К;.

_в – плотность воздуха до взрыва при температуре T_о, кг/м³;

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

.

Задача 4

Рассчитать ожидаемые материальные и людские потери от прямого попадания молнии в незащищенный открытый склад хранения n резервуаров сжиженных углеводородных продуктов. Каждый резервуар содержит M_р = 60 т продукта (табл. 4).

Ближайший цех машиностроительного предприятия с числом работающих N, чел. (25 чел.), находится на расстоянии R, м, от склада.

Таблица 4

Показатели	2
Тип продукта	см. задачу 1, табл. 2; свойства – табл. А.1 приложения А
Число резервуаров n	4
Расстояние от склада до цеха R, м	70

1. Предполагая, что вся масса горючих веществ переходит в газообразное состояние, определяют массу т_г,п = , т, горючих газов и (или) паров, вышедших в атмосферу из технологических аппаратов:

(27)

где z – коэффициент участия во взрыве горючего вещества, который допускается принимать z=0.1

2. Избыточное давление ∆P, кПа, развиваемое при сгорании газопаровоздушных смесей, рассчитывают по формуле:

(28)

где р₀ – атмосферное давление, кПа (для расчетов допускается прини- мать р₀ = 101 кПа);

R – Расстояние от центра газопаровоздушного облака, км;

Q₀ – удельная теплота сгорания тринитротолуола, Q₀=4520 кДж/кг.

3. Импульс волны давления i, Па∙с, рассчитывают по формуле

(29)

4. Зная избыточное давление, оценить степень разрушения зданий и сооружений (табл. 5).

Таблица 5

Степень разрушения зданий и сооружений

Здания и сооружения	Избыточное давление ударной волны p, кПа
	200-100	100-50	50-30	30-20	20-10
Производственные, жилые антисейсмической конструкции	б	в	г	Д
Промышленные с металлическим или ж/б каркасом; малоэтажные каменные		а	б	В	В, г
Многоэтажные жилые дома			а	б, в	г, д
Подземные резервуары	а, б	в	г	Д
Частично заглубленные резервуары		а, б	в	Г	Д
Наземные трубопроводы	а, б	б, в	в, г	Г	Д
Ж/д пути	б, в	г	д
Автомобильные дороги	в, г
Грузовые автомобили		а	б	в, г	г, д

Примечание: а – полные разрушения; б – сильные разрушения; в – средние разрушения; г – слабые разрушения; д – повреждения

В соответствии со значением , степень разрушения зданий и сооружений в моём случае будет:

- в производственных жилых антисейсмических конструкциях - сильные разрушения;

- подземные резервуары – полные/сильные разрушения;

- наземные трубопроводы – полные/сильные разрушения;

- Ж/д пути – сильные/средние разрушения;

- Автомобильные дороги – средние/слабые разрушения.

Таблица 6

Степень поражения людских ресурсов

Избыточное давление ∆P, кПа	Импульс давления i, Па∙с	Степень поражения
20–40		Легкие: легкая контузия, временная потеря слуха, ушибы, вывихи
40–60		Средние: травмы мозга с потерей сознания, повреждение органов слуха, кровотечения из носа и ушей, переломы и вывихи конечностей
65,9	100	Пороговые значения
60–100		Тяжелые: повреждения внутренних органов, травмы мозга с длительной потерей сознания, тяжелые формы переломов конечностей
100-240	100-440	Возможен летальный (смертельный) исход
243	440	50%-ное выживание

В соответствии с таблицей 6 и моим значением степень поражения людских ресурсов – возможен летальный (смертельный) исход.

а) ожидаемое число поражений молнией в год зданий или сооружений:

n_г = (L + 6∙H) ∙ (B + 6∙H) ∙s∙10^–6 , (31)

где L, B, H— соответственно длина, ширина и высота здания или со-

оружения, м;

s — среднегодовое для данной местности число ударов молнии, при-

ходящееся на 1 км² земной поверхности, которое зависит от интен-

сивности грозовой деятельности (СО-153-34.21.122–2003), для Сара-

товской области рекомендуется принять s = 3;

б) размеры склада принять равными: высота навеса H = 10 м, длина и ширина принимаются исходя из того, что размер площади, которую занимает каждый резервуар с учетом безопасных расстояний между ними, L_р = 20 м, B_р = 10 м. Поэтому, зная расположение N_р резервуаров (рекомендуется изобразить на схеме) и число рядов по длине N_L и ширине N_B, имеем:

L = 20∙N_L и B = 10∙N_B ; (32)

L=20*2=40, B = 10*2=20

в) тип и надёжность молниезащиты обосновать самостоятельно, исходя из характеристик горючих веществ:

Вещество	Хим. формула	t вспышки, С	t самовоспламенения, С	Характеристика вещества	Теплота сгорания HТ кДж*кг	ПДК мг/м3
П-Ксилол	С8Н10	+26	+528	ЛЖВ	41207	50

г) для выбранной надёжности молниезащиты Р_З, типа молниеприёмника (одиночный или двойной стержневой, тросовый, сетчатый) и высоты молниеотвода h расчёт производится по след. зависимостям (табл.7)

– габариты зоны защиты здания склада определяются двумя параметрами: высотой конуса h₀,< h, м, и радиусом кону­са на уровне земли r₀, м;

– для зоны защиты требуемой надежности Р₃ радиус горизонтального сечения r_x на высоте h_x определяется по формуле:

– для зоны защиты типа А (степень надежности  99,5 %)

h₀ = 0,8∙h; r₀ = (1,1 – 0,002∙h) ∙h;

r_x = (1,1 – 0,002∙h) ∙ (h – h_x/0,85);

где h — требуемая высота молниеприемника, м;

3. Изобразить схематически зону защиты здания.

Расчет зоны защиты одиночного стержневого молниеотвода высотой

Таблица 7

Надежность защиты Р3	Высота молние­отвода h, м	Высота конуса h0, м	Радиус конуса r0, м
0,9	От 0 до 100	0.85h	1.2h
	от 100 до 150	0.85h	[1,2-10-3(h-100)] h
0,99	от 0 до 30	0.8h	0.8 h
	от 30 до 100	0.8h	[0.8-1.43*10-3(h -30)] h
	от 100 до 150	[0.8-10-3(h-100)]h	0.7h
0,999	от 0 до 30	0.7h	0.6h
	от 30 до 100	[0.7-7.14*10-3(h-30)]h	[0.6-1.43*10-3(h-30)]h
	от 100 до 150	[0.65-10-3(h-100)]h	[0.5-2*10-3(h-100)]h

r₀, r_x — соответственно радиусы зоны защиты на уровне земли и высо-

ты здания или сооружения, м;

h₀ — высота от земли до вершины конуса защиты (h₀ < h), м;

h_x — высота от земли защищаемого здания или сооружения, м.

д) изобразить на схеме принятую зону защиты склада.

СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

1. Безопасность жизнедеятельности: учебник для вузов/С.В.Белов, А.В.Ильницкая, А.Ф.Козьяков и др.; под общ. ред. С.В.Белова. 4-е изд., испр. и доп. – М.: Высшая школа, 2004. – 582 с.: ил.

2. Правила устройства электроустановок (ПУЭ) / Минэнерго России. 7-е изд., перераб. и доп.– М.: Энергоатомиздат, 2005. – 568 с.: ил. 

3. Нормы государственной противопожарной службы МВД России. Определение категорий помещений и зданий по взрывопожарной и пожарной опасности. СП 12.13130.2009. – М.: ФГУ ВНИИПО МЧС России, 2009. – 32 с.: ил. 

4. ГОСТ 12.2.003–91. ССБТ. Оборудование производственное. Общие требования безопасности.– М.: Изд-во стандартов, 1991. – 11 с. 

5. Безопасность жизнедеятельности. Безопасность технологических процессов и производств (Охрана труда): учебное пособие для студентов вузов /П.П.Кукин, В.Л.Лапин, Н.Л.Пономарев и др. – 2-е изд., испр. и доп. – М.: Высшая школа, 2002.– 319 с.: ил.

28