Расчёт избыточного давления взрыва для горючих газов, паров легковоспламеняющихся и горючих жидкостей

 

Избыточное давление взрыва Δ Р для индивидуальных горючих веществ, состоящих из атомов С,Н,О,CI, Вг,1,F, определяется по формуле

Δ Р = (Р_max – Р ₀ ) (15.1)

где Р_max − максимальное давление взрыва стехиометрической газовоздушной или паровоздушной смеси в замкнутом объёме, определяемое экспериментально или по справочным данным. При отсутствии данных допускается принимать Р_max равным 900 кПа;

Р ₀– начальное давление, кПа (допускается принимать равным
101 кПа);

m – масса горючего газа (ГГ) или паров легковоспламеняющихся (ЛВЖ) и горючих жидкостей (ГЖ), вышедших в результате расчётной аварии в помещение, вычисляемая для ГГ по формуле (15.6), а для паров ЛВЖ и ГЖ по формуле (15.11), кг;

Z – коэффициент участия горючего во взрыве, который может быть рассчитан на основе характера распределения газов и паров в объёме помещения; допускается принимать значение Z по таблице 15.1;

V_СВ – свободный объём помещения, м³;

ρ_Г.П – плотность газа или пара при расчетной температуре t_p, кг · м³, вычисляемая по формуле

 

ρ_Г.П= (15.2)

 

где М – молярная масса, кг · кмоль^-1;

V ₀ – мольный объём, равный 22,413 м³ · кмоль^-1;

t_p – расчётная температура, ºС.

В качестве расчётной температуры следует принимать максимально возможную температуру воздуха в данном помещении в соответствующей климатической зоне или максимально возможную температуру воздуха по технологическому регламенту с учетом возможного повышения температуры в аварийной ситуации. Если такого значения расчётной температуры t_p по каким-либо причинам определить не удается, допускается принимать её равной 61 ºС;

С_СТ – стехиометрическая концентрация ГГ или паров ЛВЖ и ГЖ, % (об.), вычисляемая по формуле

 

С_СТ = (15.3)

где β = n_С + – стехиометрический коэффициент кислорода в реакции сгорания;

n_С, n_H, n_O, n_X – число атомов С, Н, О и галоидов в молекуле горючего;

К_H – коэффициент, учитывающий негерметичности помещения и неадиабатичности процесса горения. Допускается принимать К_Н равным 3.

 

Таблица 15.1

Виды горючего вещества	Значение
Водород	1,0
Горючие газы (кроме водорода)	0,5
Легковоспламеняющиеся и горючие жидкости, нагретые до температуры вспышки и выше	0,3
Легковоспламеняющиеся и горючие жидкости, нагретые ниже температуры вспышки, при наличии возможности образования аэрозоля	0,3
Легковоспламеняющиеся и горючие жидкости, нагретые ниже температуры вспышки, при отсутствии возможности образования аэрозоля	0,3

 

Расчёт Δ Р для индивидуальных веществ, кроме упомянутых выше, а также для смесей может быть выполнен по формуле

Δ P = ,(15.4)

где Н_Т – теплота сгорания, Дж ·кг^-1;

ρ_В – плотность воздуха до взрыва при начальной температуре, кг · м³;

С_Р – теплоёмкость воздуха, Дж · кг^-1· К^-1 (допускается принимать равной 1,01 · 10^-3 Дж · кг^-1· К^-1);

Т ₀– начальная температура, К.

В случае обращения в помещении горючих газов, легковоспламеняющихся или горючих жидкостей при определении значения массы т,входящей в формулы (15.1) и (15.4), допускается учитывать работу аварийной вентиляции, если она обеспечена резервными вентиляторами, автоматическим пуском при превышении предельно допустимой взрывобезопасной концентрации и электроснабжением по первой категории надежности (ПУЭ), при условии расположения устройств для удаления воздуха из помещения в непосредственной близости от места возможной аварии.

При этом массу т горючих газов и паров легковоспламеняющихся или горючих жидкостей, нагретых до температуры вспышки и выше, поступивших в объем помещения, следует разделить на коэффициент К,определяемый по формуле

К = АТ + 1,(15.5)

где А − кратность воздухообмена, создаваемого аварийной вентиляцией, с^-1;

Т − продолжительность поступления горючих газов и паров легковоспламеняющихся и горючих жидкостей в объем помещения, 13 сек.

Масса т поступившего в помещение при расчетной аварии газа определяется по формуле

m = (V_a +V_T) ρ_Г,кг, (15.6)

где V_а – объём газа, вышедшего из аппарата, м³;

V_T – объём газа, вышедшего из трубопроводов, м³.

При этом

V_a = 0,01 P ₁ V, (15.7)

где Р ₁ – давление в аппарате, кПа;

V – объём аппарата, м³;

V_m = V _{1 T} +V _{2 T},(15.8)

где V _{1 T} – объём газа, вышедшего из трубопровода до его отключения, м³;

V _{2 T} – объём газа, вышедшего из трубопровода после его отключения, м³;

V _{1 T} = qT,(15.9)

где q – расход газа, определяемый в соответствии с технологическим регламентом в зависимости от давления в трубопроводе, его диаметра, температуры газовой среды и т.д., м³ · с^-1;

Т – время, сек;

V _{2 T} = 0,01 π Р ₂(r ²₁ L ₁ + r ²₂ L ₂ + …+ r ² _n L_n),(15.10)

где Р ₂ – максимальное давление в трубопроводе по технологическому регламенту, кПа;

r – внутренний радиус трубопроводов, м;

L – длина трубопроводов от аварийного аппарата до задвижек, м.

Масса паров жидкости т,поступивших в помещение при наличии нескольких источников испарения (поверхность разлитой жидкости, поверхность со свеженанесенным составом, открытые емкости и т. п.), определяется из выражения

m = m_p + m_емк + m_св.окр,(15.11)

где m_p – масса жидкости, испарившейся с поверхности разлива, кг;

m_eмк – масса жидкости, испарившейся с поверхностей открытых емкостей, кг;

m_св.окр – масса жидкости, испарившейся с поверхностей, на которые нанесен применяемый состав, кг. При этом каждое из слагаемых в формуле (15.11) определяется по формуле

m = WF_ИT, (15.12)

где W – интенсивность испарения, кг · с^{-1 м2};

F_И – площадь испарения, определяемая в зависимости от массы жидкости т,вышедшей в помещение, м².

Если аварийная ситуация связана с возможным поступлением жидкости в распылённом состоянии, то она должна быть учтена в формуле (15.11) введением дополнительного слагаемого, учитывающего общую массу поступившей жидкости от распыляющих устройств, исходя из продолжительности их работ.

Масса m_П вышедшей в помещение жидкости определяется в соответствии с вышеизложенным.

Интенсивность испарения W определяется по справочным и экспериментальным данным. Для ненагретых выше температуры окружающей среды ЛВЖ при отсутствии данных допускается рассчитывать W по формуле

W = 10^-6 η ,(15.13)

где η − коэффициент, принимаемый по таблице 15.2,в зависимости от скорости и температуры воздушного потока над поверхностью испарения;

Р_Н − давление насыщенного пара при расчетной температуре жидкости t, определяемое по справочным данным, кПа.

Давление насыщенного пара P_Н при расчётной температуре жидкости t определяется по справочным данным или аналитически по выражению

ℓq (P_H/ 133,3) = [ A – B/ (t +C)],

где А, В, С – константы Антуана.

Таблица 15.2

Показатели пожарной опасности веществ

Скорость воздушного потока, м · с-1	Значение коэффициента η при температуре t, °С, воздуха в помещении
	1,0	1,0	1,0	1,0	1,0
0,1	3,0		2,4	1,8	1,6
0,2	4,6	3,8	3,5	2,4	3,2
0,5	6,6	5,7	5,4	3,6	3,2
1,0	10,0	8,7	7,7	5,6	4,6