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 [1] в районе строительства 38 °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 зарядкой 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 зарядка 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 зарядки при обильном газовыделении и принимается равным 1 ч (Т = 3600 с).

1.3.3. За расчетную температуру принимается максимальная абсолютная температура наружного воздуха в населенном пункте (климатической зоне) согласно СНиП 2.01.01-82 [1].

1.4. Расчет поступающего в помещение водорода при зарядке 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 зарядки, с.

1.4.2. Объем водорода, поступающего в помещение при зарядке 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 -й батареи, А; n_i - количество аккумуляторов i -й 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 _p - расчетная температура воздуха, °С.

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

1.5. Стехиометрическая концентрация водорода С _ст рассчитывается по формуле (3) НПБ 105-95

(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

 кг · м^-3.

1.6. Свободный объем аккумуляторного помещения составит

V_cв = 0,8 · V _п = 0,8 · 27,2 = 21,76 м³

2. Избыточное давление взрыва D Р водорода в аккумуляторном помещении согласно формуле (2) Пособия (V _н = т/ r _г) 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 водорода D Р в аккумуляторном помещении с учетом работы аварийной вентиляции (по п. 3.7 НПБ 105-95 [2], продолжительность поступления водорода з 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 с кратностью воздухообмена А = в ч^-1, отвечающей требованиям п. 3.7 НПБ 105-95, СНиП 2.04.05-91 * [3] и ПУЭ [4], допускается не относить аккумуляторное помещение к категории А.

Согласно п. 2.2 и табл.1 НПБ 105-95 при расчетном давлении взрыва менее 5 кПа аккумуляторное помещение следует относить к категории В4.

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 P ₁ = 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 D Р 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 в данном районе (Москва) согласно СНиП 2.01.01-82 t _р = 37 °С.

Плотность метана при t _p = 37 °С

кг · м^-3.

3. Масса поступившего в помещение при расчетной аварии метана т определяется по формулам (6) и (7) НПБ 105-95:

V _a = 0,01 · 2 · 10⁴ · 0,05 = 10м³;

m =10 · 0,6301 = 6,301 кг.

4. Избыточное давление взрыва D Р, определенное по формуле (9) или номограмме (рис. 19) Пособия, составит

D Р = 2,36 · 10³ · 6,301/240 = 62 кПа.

По номограмме при m/Vcв · 10⁴ = 6,301/240 · 10⁴ = 262,5

DР > 12кПа.

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 P ₁= 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 Р ₂ = 300 кПа. Суммарная длина трубопровода от автоматической задвижки с электроприводом, расположенной за пределами участка, до установок составляет L ₁ = 15 м. Объем реактора V = 0,09 м³ Температура раскаленных поверхностей реактора t = 1200 °С. Время автоматического отключения по паспортным данным Т_а = 3 с. Расход газа в трубопроводе q = 0,06 м³ · с^-1. Размеры помещения L x S x H = 15,81 х 15,81 х 6 м. Объем помещения V _п = 1500 м³. Свободный объем помещения V_cв =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 _mах = 730 кПа. Тетрахлорид кремния - негорючее вещество. Образующиеся в результате химической реакции вещества - негорючие.

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 в данном районе (г. Воронеж) согласно СНиП 2.01.01-82 t _p=41 °С. Плотность водорода при t _p = 41 °С

кг · м^-3.

Расчетное время отключения трубопровода по п. 3.2 в) НПБ 105-95 Т_а = 120 с.

3. Масса поступившего в помещение при расчетной аварии водорода т определяется по формулам (6) - (10) НПБ 105-95:

V _a = 0,01 · 200 · 0,09 = 0,18 м³;

V _1т = 0,06 · 120 = 7,2 м³;

V _2т = 0,01 · 3,14 · 300 · 0,01² · 15 = 0,014 м³;

V _т = 7,2 + 0,014 = 7,214 м³;

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

4. Определение коэффициента участия водорода во взрыве Z проводим в соответствии с приложением НПБ 105-95.

4.1. Средняя концентрация водорода в помещении C _ср составит

(об.).

С _ср = 0,62 % (об.) < 0,5 · С _НКПР = 0,5 · 4,1 = 2,05 % (об.), следовательно, можно определить значение коэффициента участия водорода во взрыве Z расчетным методом.

4.2. Значение предэкспоненциального множителя С ₀ составит

(об.).

4.3. Расстояния Х _НКПР, у_НКПР и Z_НКПР составят:

м;

м.

4.4. Расчетное значение коэффициента Z будет равно

.

5. Избыточное давление взрыва D Р согласно формуле (1) НПБ 105-95 составит

кПа.

6. Расчетное избыточное давление взрыва менее 5 кПа. Помещение участка наращивания кремния не относится к категории А. Согласно п. 2.2 и табл. 1 НПБ 105-95 при расчетном давлении взрыва менее 5 кПа данное помещение следует относить к категории В4.