Помещения с горючими газами

 

Пример 1

 

1. Исходные данные.

1.1. Аккумуляторное помещение объемом V_П = 27,2 м³ оборудуется аккумуляторными батареями СК-4 из 12 аккумуляторов и СК-1 из 13 аккумуляторов.

1.2. Максимальная абсолютная температура воздуха согласно СНиП 2.01.01-82 [3] в районе строительства 38⁰ С (г. Екатеринбург).

1.3. Обоснование расчетного варианта наиболее неблагоприятного в отношении взрыва периода.

1.3.1. При расчете избыточного давления взрыва в качестве расчетного варианта принимается наиболее неблагоприятный в отношении взрыва период, связанный с формовкой и зарядом полностью разряженных батарей с напряжением более 2,3 В на элемент и наибольшим значением зарядного тока, превышающим в четыре раза максимальный зарядный ток.

1.3.2. Происходит заряд аккумуляторных батарей с максимальной номинальной емкостью (А∙ч). Количество одновременно заряжаемых батарей устанавливается в зависимости от эксплуатационных условий, мощности и напряжения внешнего источника тока. Продолжительность поступления водорода в помещение соответствует конечному периоду заряда при обильном газовыделении и принимается равным 1 ч (Т=3600с).

1.3.3. За расчетную температуру принимается максимальная абсолютная температура наружного воздуха в населенном пункте (климатической зоне) согласно СНиП 2.01.01-82 [3].

1.4. Расчет поступающего в помещение водорода при заряде аккумуляторных батарей.

1.4.1. Масса водорода, выделившегося в одном элементе при установившемся динамическом равновесии между силой зарядного тока и количеством выделяемого газа, составляет:

 

 кг∙А^-1∙с^-1,

где F = 9,65∙10⁴ А∙С∙моль^-1 - постоянная Фарадея;

А - атомная единица массы водорода, равная 1 а.е.м =1×10^-3 кг×моль^-1;

Z=1 - валентность водорода;

I - сила зарядного тока, А;

Т - расчетное время заряда, с.

 

1.4.2. Объем водорода, поступающего в помещение при заряде нескольких батарей, м³, можно определить из выражения:

 

 

где r_г - плотность водорода, при расчетной температуре воздуха, кг×м^-3;

I_i - максимальный зарядный ток i-ой батареи, А;

n_i - количество аккумуляторов i-ой батареи.

 

Плотность водорода определяется по формуле:

 

 , кг×м^-3,

где М - масса одного киломоля водорода, равная 2 кг×кмоль^-1;

V₀ - объем киломоля газа при нормальных условиях, равный 22,413 м³× кмоль^-1;

a = 0,00367, град^-1, - коэффициент температурного расширения газа;

t_р - расчетная температура воздуха, ⁰С.

 

Максимальная сила зарядного тока принимается по ГОСТ 825-73 "Аккумуляторы свинцовые для стационарных установок".

 

1.5. Стехиометрическая концентрация водорода С_CT рассчитывается по формуле А.1 [1]:

С_CT = = 29,24% (об.),

 

 

1.6. Плотность водорода при расчетной температуре воздуха будет равна:

 

  кг×м^-3.

 

1.7. Объем водорода, поступающего в аккумуляторное помещение при зарядке двух батарей СК-4 и СК-1, составит:

 

 м³.

 

1.6. Свободный объем аккумуляторного помещения составит:

 

= 0,8 × V_П = 0,8 × 27,2 = 21,76 м³.

 

2. Избыточное давление взрыва DP водорода в аккумуляторном помещении согласно формуле (2) "Пособия" () будет равно:

 кПа.

 

Так как расчетное избыточное давление взрыва более 5 кПа, то аккумуляторное помещение следует относить к категории А.

3. Расчет избыточного давления взрыва DP водорода в аккумуляторном помещении с учетом работы аварийной вентиляции или постоянно работающей общеобменной вентиляцией, отвечающей требованиям п. А.2.3 [1] (по п.А.2.3 [1] продолжительность поступления водорода в объем помещения Т = 3600 с).

3.1. При  кратности  воздухообмена,  создаваемого  аварийной  вентиляцией,  равной 8 ч^-1, объем водорода, поступающего в помещение, составит:

 

 м³.

 

Избыточное давление взрыва DP при этом будет равно:

 

кПа.

 

3.2. При оборудовании аккумуляторного помещения аварийной вентиляцией или постоянно работающей вентиляцией с кратностью воздухообмена А = 8 ч^-1, отвечающей требованиям п.А.2.3 [1], СНиП 2.04.05-91* [4] и ПУЭ [5], допускается не относить аккумуляторное помещение к категории А.

 Согласно п.5.2 и табл.1 [1] при расчетном давлении взрыва, не превышающем 5 кПа, аккумуляторное помещение следует относить к категории В1-В4 в зависимости от пожарной нагрузки, находящейся в аккумуляторном помещении.

 

Пример 2

 

1. Исходные данные.

1.1. Пост диагностики автотранспортного предприятия для грузовых автомобилей, работающих на сжатом природном газе. Объем помещения V_П = 300 м³. Свободный объем помещения V_СВ = 0,8 ∙ V_П = 0,8 ∙ 300 = 240 м³. Объем баллона со сжатым природным газом V = 50 л = 0,05 м³. Давление в баллоне Р₁ = 2 ∙ 10⁴ кПа.

1.2. Основной компонент сжатого природного газа - метан (98% (об.)). Молярная масса метана М = 16,04 кг ∙ кмоль^-1.

2. Обоснование расчетного варианта аварии.

При определении избыточного давления взрыва DP в качестве расчетного варианта аварии принимается разгерметизация одного баллона со сжатым природным газом и поступление его в объем помещения. За расчетную температуру принимается максимальная абсолютная температура воздуха согласно СНиП 2.01.01-82 [3] в данном районе (г. Москва) t_р = 37 ⁰С.

Плотность метана при t_р = 37 ⁰С  кг∙м^-3.

 

 3. Масса m поступившего в помещение при расчетной аварии метана определяется по формулам (А.6) и (А.7) [1]:

 

V_a = 0,01∙2∙10⁴ ∙ 0,05 = 10 м³,

m = 10∙0,6301 = 6,301 кг.

 

4. Избыточное давление взрыва DP, определенное по формуле (9) "Пособия", составит:

DP = 2,36 × 10³ ×  = 62 кПа.

 5. Расчетное избыточное давление взрыва превышает 5 кПа, следовательно, помещение поста диагностики относится к категории А.

 

Пример 3

 

 1. Исходные данные.

 1.1. Помещение участка наращивания кремния. Наращивание поликристалла кремния осуществляется методом восстановления тетрахлорида кремния в атмосфере водорода на двух установках с давлением в их реакторах Р₁ = 200 кПа. Водород подается к установкам от коллектора, расположенного за пределами участка, по трубопроводу из нержавеющей стали диаметром d = 0,02 м (радиусом r = 0,01 м) под давлением Р₂ = 300 кПа. Суммарная длина трубопровода от автоматической задвижки с электроприводом, расположенной за пределами участка, до установок составляет L₁=15 м. Объем реактора V = 0,09 м³. Температура раскаленных поверхностей реактора t = 1200 ⁰С. Время автоматического отключения по паспортным данным Т_а = 3с. Расход газа в трубопроводе q = 0,06 м³∙ с^-1. Размеры помещения L´S´H = 15,81´15,81´6 м. Объем помещения V_п= 1500 м³. Свободный объем помещения V_СВ = 0,8 ×1500 = 1200 м³. Площадь помещения F = 250 м².

 1.2. Молярная масса водорода М = 2,016 кг∙кмоль^-1. Нижний концентрационный предел распространения пламени водорода С_НКПР = 4,1% (об.). Стехиометрическая концентрация водорода С_СТ = 29,24 % (об.). Максимальное давление взрыва водорода Р_max = 730 кПа. Тетрахлорид кремния - негорючее вещество. Образующиеся в результате химической реакции вещества - негорючие вещества.

2. Обоснование расчетного варианта аварии.

При определении избыточного давления взрыва в качестве расчетного варианта аварии принимается разгерметизация одного реактора и выход из него и подводящего трубопровода водорода в объем помещения. За расчетную температуру принимается максимальная абсолютная температура воздуха согласно СНиП 2.01.01-82 [3] в данном районе (г. Воронеж) t_р=41⁰С. Плотность водорода при t_р=41⁰С  кг×м^-3. Расчетное время отключения трубопровода по п.А.1.2 в) [1] Т_а = 120 с.

 

 3. Масса m поступившего в помещение при расчетной аварии водорода определяется по формулам (А.6) - (А.10) [1]:

 

V_a = 0,01 × 200 × 0,09 = 0,18 м³,

V_1T = 0,06 × 120 = 7,2 м³,

V_2T = 0,01 × 3,14 × 300 × 0,01² × 15 = 0,014 м³,

V_T = 7,2 + 0,014 = 7,214 м³,

m = (0,18 + 7,214) × 0,0782 = 0,5782 кг.

 

 4. Определение коэффициента Z участия водорода во взрыве проводим в соответствии с Приложением Д [1]:

 

4.1. Средняя концентрация водорода С_СР в помещении составит:

 

С_СР =  = 0,62 % (об.).

 

 С_СР = 0,62 % (об.) < 0,5 × С_НКПР = 0,5 × 4,1 = 2,05 % (об.), следовательно, можно определить значение коэффициента Z участия водорода во взрыве расчетным методом.

 

 4.2. Значение предэкспоненциального множителя С₀ составит:

 

С₀ = 3,77 × 10³ ×  = 23,23% (об.).

 

 4.3. Расстояния Х_НКПР, У_НКПР и Z_НКПР составят:

 

Х_НКПР = У_НКПР = 1,1314 × 15,81 × = 25,65 м,

 

Z_НКПР = 0,0253 × 6 × = 0,218 м.

 

 4.4. Расчетное значение коэффициента Z участия водорода во взрыве будет равно:

Z =  × 0,0782 ×  × 250 × 0,218 = 0,97.

 

 5. Избыточное давление взрыва DP согласно формуле (А.1) [1] составит:

DP = (730 - 101) × = 4,29 кПа.

 

6. Расчетное избыточное давление взрыва не првышает 5 кПа. Помещение участка наращивания кремния не относится к категории А. Согласно п.5.2 и табл. 1 [1] при расчетном давлении взрыва, не превышающем 5 кПа, данное помещение следует относить к категории В1-В4 в зависимости от пожарной нагрузки, находящейся в помещении участка наращивания кремния.