Методи розрахунку значень критеріїв вибухопожежної і пожежної небезпеки зовнішніх установок

Методи розрахунку значень критеріїв вибухопожежної і пожежної небезпеки для горючих газів та парів. Як розрахунковий варіант слід обирати найбільш несприятливий варіант аварії або період нормальної роботи апаратів, при якому у вибуху бере участь найбільша кількість найбільш небезпечних речовин чи матеріалів.

Кількість речовин, які надійшли, і які можуть утворювати горючі газоповітряні або пароповітряні суміші, визначається, виходячи з наступних передумов:

- відбувається розрахункова аварія одного з апаратів;

- весь вміст апарата надходить до навколишнього простору;

- відбувається одночасно витік речовин із трубопроводів, які живлять апарат за прямим та зворотнім потоками, протягом часу, який необхідний для перекривання трубопроводів.

Розрахунковий час перекривання трубопроводів визначається в кожному конкретному випадку, виходячи з реальної обстановки, і має бути мінімальним з урахуванням паспортних даних на запірні пристрої, характеру технологічного процесу та виду розрахункової аварії.

Розрахунковий час перекривання трубопроводів слід приймати рівним:

- часу спрацювання (приведення в дію) системи автоматики відключення (перекривання) трубопроводів – згідно з паспортними даними установки, якщо ймовірність відмови системи автоматики не перевищує 10^-6 на рік або забезпечується резервування її елементів;

- 120 с, якщо ймовірність відмови системи автоматики перевищує 10^-6 на рік та у системі автоматики не забезпечується резервування її елементів;

- 300 с, у разі ручного перекривання.

Не допускається використання технічних засобів для перекривання трубопроводів, для яких час перекривання перевищує наведені вище значення.

Швидкодіючі клапани-відсікачі мають автоматично перекривати подавання газу (рідини) у разі порушення електрозабезпечення або при спрацюванні автоматичної пожежної сигналізації:

- відбувається випаровування з поверхні рідини, що розлилася; площа випаровування при розливі на горизонтальну поверхню визначається (у разі відсутності довідникових або інших експериментальних даних), виходячи з розрахунку, що 1 л сумішей і розчинів, що містять 70% і менше (по масі) розчинників, розливається на площі 0,1 м², а інших рідин - на 0,15 м²;

- відбувається також випаровування рідин з відкритої поверхні ємностей технологічного обладнаннята з поверхонь, на які за технологічним процесом нанесена горюча рідина, що на час аварії знаходиться у стадії висихання;

- тривалість випаровування рідини приймається рівною часу її повного випаровування, але не більше 3600 с.

Маса газу m, кг, що надійшов у навколишній простір під час розрахункової аварії, визначають за формулою:

m =(V _a + V _т)· ρ_Г, (3.30)

де:

- – об’єм газу, що вийшов з апарата, м³;

- V_Т – об’єм газу, що вийшов з трубопроводу, м³;

- ρ_Г – густина газу, кг×м^-3.

При цьому:

V _a= 0,01· Р_і · V, (3.31)

де:

- Р_і – тиск в апараті, кПа;

- V – об’єм апарата, м³;

- Р₀ – атмосферний тиск, що дорівнює 101,3 кПа.

V _т= V _1т+ V _2т, (3.32)

де:

- V _1т – об’єм газу, що вийшов із трубопроводу до його перекривання, м³;

- V _2т – об’єм газу, що вийшов із трубопроводу після його перекривання, м³.

V _1т = q × τ, (3.33)

де:

- q – витрати газу, які відповідно до технологічного регламенту залежать від тиску в трубопроводі, його діаметра, температури газового середовища тощо, м³ × с^-1;

- τ – час, який визначається за пунктом, с.

V_2T =p (r²₁L₁ + r²₂L₂ +...+ r²_nL_n) (3.34)

де:

- Р ₂ – максимальний тиск у трубопроводі за технологічним регламентом, кПа;

- r – внутрішній радіус трубопроводів, м;

- L – довжина трубопроводів від аварійного апарата до засувок, м;

- Р₀ – атмосферний тиск, що дорівнює 101,3 кПа.

Маса парів рідини m, кг, які надійшли до навколишнього простору при наявності декількох джерел випаровування (поверхня розлитої рідини, свіжопофарбована поверхня, відкриті ємності тощо), визначається за формулою:

m = m_р + m_ємк + m_св + m_пер, (3.35)

де:

- m_р – маса рідини, що випарувалася з поверхні розливу, кг;

- m_ємк – маса рідини, що випарувалася з поверхонь відкритих ємностей, кг;

- m_св – маса рідини, що випарувалася із свіжопофарбованих поверхонь, кг;

- m_пер – маса рідини, що випарувалася у навколишній простір у випадку її перегрівання, кг.

При цьому, кожну із складових (m_р, m_ємк, m_св.) у формулі (34) визначають з рівняння:

m = W × F_в × τ, (3.36)

де:

- W – інтенсивність випаровування, кг×с^-1×м^-2;

- F_в – площа випаровування, м², залежно від маси рідини m _п, яка вийшла у навколишній простір;

- Τ – тривалість надходження парів легкозаймистих та горючих рідин до навколишнього простору, с.

Величину m_пер визначають при Т_а> Т_кип за формулою:

(3.37)

де:

- m _п – маса перегрітої рідини, що вийшла назовні, кг;

- С_р – питома теплоємність рідини при температурі перегрівання рідини Т_а, Дж·кг^-1·К^-1;

- Т_а – температура перегрітої рідини відповідно до технологічного регламенту в технологічному апараті або обладнанні, К;

- Т_кип – нормальна температура кипіння рідини, К;

- L_вип – питома теплота випаровування рідини при температурі перегріву рідини Т_а, Дж × кг^-1.

Якщо аварійна ситуація пов'язана з можливим надходженням рідини у розпиленому стані, то вона має бути врахована у формулі (34) шляхом введення додаткової складової, що враховує загальну масу рідини, яка надійшла від пристроїв, що розпилюють, виходячи з тривалості їхньої роботи.

Інтенсивність випаровування W визначають за довідниковими та експериментальними даними. Для ЛЗР, не нагрітих вище температури оточуючого середовища, у разі відсутності даних, допускається розраховувати W за формулою:

, (3.38)

де:

- М – молярна маса, г×моль^-1;

- Р_н – тиск насиченої пари при розрахунковій температурі рідини, яка розрахована за довідниковими даними відповідно до вимог пункту 5.4, кПа, або за формулою (14).

Для зріджених вуглеводневих газів (ЗВГ), у разі відсутності даних допускається розраховувати питому масу випаруваного ЗВГ m_звг з проливу, кг×м^-2, за формулою:

(3.39)

де:

- М – молярна маса ЗВГ, кг × моль^-1;

- L_вип – мольна теплота випаровування ЗВГ при початковій температурі ЗВГ Т_Г, Дж×моль^-1;

- Т_о – початкова температура матеріалу, на поверхню якого розливається ЗВГ, К;

- Т_Г – початкова температура ЗВГ, К;

- l _тм – коефіцієнт теплопровідності матеріалу, на поверхню якого розливається ЗВГ, Вт×м^-1×К^-1;

- – коефіцієнт температуропроводності матеріалу, на поверхню якого розливається ЗВГ, м²×с^-1;

- С _тм – теплоємність матеріалу, на поверхню якого розливається ЗВГ, Дж×кг^-1 К^-1;

- р _{т м} – густина матеріалу, на поверхню якого розливається ЗВГ, кг×м^-3;

- τ – поточний час, с, який приймається рівним часу повного випаровування ЗВГ, але не більше 3600 с;

- – число Рейнольдса;

- U – швидкість повітряного потоку, м×с^-1;

- – характерний розмір розливу ЗВГ, м;

- v_п – кінематична в'язкість повітря, м²×с^-1;

- l_п – коефіцієнт теплопровідності повітря, Вт×м^-1 × К^-1.

Формула (38) справедлива для ЗВГ з температурою Т_г £ Т_кип. При температурі ЗВГ Т _г > Т_кип додатково розраховується маса перегрітих ЗВГ m_пер за формулою (36).

Розрахунок горизонтальних розмірів зон, що обмежують газо- і пароповітряні суміші з концентрацією горючої речовини вище нижньої концентраційної межі поширення полум’я у разі аварійного надходження горючих газів і парів легкозаймистих рідин, не нагрітих вище температури оточуючого середовища, до відкритого простору. Горизонтальні розміри зони, м, які обмежують область концентрацій, що перевищують нижню концентраційну межу поширення полум'я (С_{нкм п}), обчислюють за формулами:

· для горючих газів (ГГ):

, (3.40)

· для парів легкозаймистих рідин (ЛЗР), не нагрітих вище температури оточуючого середовища:

, (3.41)

, (3.42)

де:

- m _Г – маса ГГ, що надійшли до відкритого простору під час аварійної ситуації, кг;

- ρ _г – густина ГГ при розрахунковій температурі й атмосферному тиску, кг×м^-3 ;

- m _п – маса парів ЛЗР, що надійшли до відкритого простору за час повного випаровування, але не більше 3600 с, кг;

- р _п – густина парів ЛЗР при розрахунковій температурі й атмосферному тиску, кг×м^-3;

- Р _н – тиск насичених парів ЛЗР при розрахунковій температурі, кПа;

- К – коефіцієнт, що приймається рівним К = τ /3600 для ЛЗР;

- τ – тривалість надходження парів ЛЗР до відкритого простору, с;

- С _нкмп – нижня концентраційна межа поширення полум'я ГГ або парів ЛЗР, % (об.);

- M – молярна маса, кг×кмоль^-1;

- V _о – мольний об’єм, рівний 22,413 м³×кмоль^-1;

- t _р – розрахункова температура, ^оС.

За розрахункову температуру слід приймати максимально можливу температуру повітря у відповідній кліматичній зоні або максимально можливу температуру повітря за технологічним регламентом з урахуванням можливого підвищення температури у випадку аварійної ситуації. Якщо такого значення розрахункової температури t _р, за будь-якими причинами визначити не вдається, допускається приймати її рівною 61 ^оС.

За початок відліку горизонтального розміру зони приймають зовнішні габаритні розміри апаратів, установок, трубопроводів тощо. У всіх випадках значення R_нкмп повинно бути не менше 0,3 м для ГГ і ЛЗР.

Розрахунок надлишкового тиску та імпульсу хвилі тиску у разі згоряння сумішей горючих газів і парів з повітрям у відкритому просторі. Виходячи з розглянутого варіанту аварії, визначається маса m, кг, горючих газів і (або) парів, що потрапили до атмосфери з технологічного апарата.

Величину надлишкового тиску DР, кПа, що розвивається у разі згоряння газопароповітряних сумішей, визначають за формулою:

D Р = Р₀ × (0,8m _пр^0,33/ r +3 m _пр^0,66/ r ² +5 m _пр/ r ³), (3.43)

де:

- Р_о – атмосферний тиск, кПа (допускається приймати таким, що дорівнює 101 кПа);

- r – відстань від геометричного центра газопароповітряної хмари, м;

- m_пр – приведена маса газу або пари, кг, обчислюється за формулою:

m _пр=(Q _зг/ Q ₀)× m × Z, (3.44)

де:

- Q_зг – питома теплота згоряння газу або пари, Дж×кг^-1;

- Z – коефіцієнт участі горючих газів і парів у горінні, який допускається приймати рівним 0,1;

- Q_о – константа, рівна 4,52×10⁶ Дж×кг^-1;

- m – маса горючих газів і (або) парів, які надійшли в результаті аварії до навколишнього простору, кг.

Величину імпульсу хвилі тиску і, Па·с, обчислюють за формулою:

i =123× m _пр^0,66/ r. (3.45)

де:

- m_пр – приведена маса газу або пари, кг;

- r – відстань від геометричного центра газопароповітряної хмари, м.