Материал: Сборник задач по безопасности жизнедеятельности. Соловьева Э.В., Колотушкин В.В
Скорость истечения жидкости через отверстие в трубопроводе или корпусе аппарата при постоянном давлении вычисляют по формуле
,
м/с, (24.3)
где
– ускорение силы тяжести, 9,81 м/с2;
– приведенный
напор, под действием которого происходит
истечение жидкости через отверстие, м.
При истечении
самотеком
(
–
высота столба жидкости, м).
При работе аппарата под давлением
,
м, (24.4)
где
–
избыточное давление среды в аппарате
над поверхностью жидкости, Па, определяется:
,
Па, (24.5)
где
–
абсолютное рабочее давление среды в
аппарате, Па.
24.2. Задания для самостоятельного решения
1. Определить количество выходящего наружу бензола при локальном повреждении днища аппарата (авария локализована через 600 с). Диаметр отверстия в днище dот = 4 мм, рабочее давление в аппарате Рр = 0,25 МПа, температура жидкости t=30 ºС, высота столба жидкости в аппарате Н = 5 м, коэффициент расхода принять равным α=0,6. Дать заключение о возможности образования взрывопожароопасной смеси в производственном помещении.
2. Определить количество выходящего наружу метилового спирта при локальном повреждении днища аппарата (авария локализована через 1200 с). Диаметр отверстия в днище dот = 7 мм, рабочее давление в аппарате Рр = 0,3 МПа, температура жидкости t=40 ºС, высота столба жидкости в аппарате Н = 5 м, коэффициент расхода принять равным α=0,65. Дать заключение о возможности образования взрывопожароопасной смеси в производственном помещении.
3. Определить количество выходящего наружу толуола при локальном повреждении днища аппарата (авария локализована через 600 с). Диаметр отверстия в днище dот = 3,6 мм, рабочее давление в аппарате Рр = 0,55 МПа, температура жидкости t=22 ºС, высота столба жидкости в аппарате Н = 3 м, коэффициент расхода принять равным α=0,5. Дать заключение о возможности образования взрывопожароопасной смеси в производственном помещении.
4. Определить количество выходящего наружу ацетона при локальном повреждении днища аппарата (авария локализована через 1500 с). Диаметр отверстия в днище dот = 2 мм, рабочее давление в аппарате рр = 0,1 МПа, температура жидкости t=20 ºС, высота столба жидкости в аппарате Н = 5 м, коэффициент расхода принять равным α=0,75. Дать заключение о возможности образования взрывопожароопасной смеси в производственном помещении.
5. Определить количество выходящего наружу бензола при локальном повреждении днища аппарата (авария локализована через 480 с). Диаметр отверстия в днище dот = 3,5 мм, рабочее давление в аппарате Рр = 0,25 МПа, температура жидкости t=20 ºС, высота столба жидкости в аппарате Н = 2 м, коэффициент расхода принять равным α=0,7. Дать заключение о возможности образования взрывопожароопасной смеси в производственном помещении.
25. Расчет критериев взрывопожарной опасности помещений
25.1. Общие сведения
По взрывопожарной и пожарной опасности помещения подразделяются на категории А, Б, В1 — В4, Г и Д Табл. 25.1).
Таблица 25.1
Категории помещений по взрывопожароопасности
Категория помещения |
Характеристика веществ и материалов, находящихся в помещении |
А - взрывопожароопасная |
Горючие газы, легковоспламеняющиеся жидкости с температурой вспышки не более 28 ºС в таком количестве, что они могут образовывать взрывоопасные парогазовоздушные смеси, при воспламенении которых развивается расчетное избыточное давление взрыва в помещении, превышающее 5 кПа. Вещества и материалы, способные взрываться и гореть при взаимодействии с водой, кислородом воздуха или друг с другом в таком количестве, что избыточное давление в помещении превышает 5 кПа |
Б - взрывопожароопасная |
Горючие пыли или волокна, легковоспламеняющиеся жидкости с температурой вспышки более 28 ºС, горючие жидкости в таком количестве, что могут образовывать взрывоопасные пылевоздушные или паровоздушные смеси, при воспламенении которых развивается избыточное давление взрыва в помещении, превышающее 5 кПа |
В1-В4 пожароопасные |
Горючие и трудногорючие жидкости, твердые горючие и трудно горючие вещества и материалы (в т.ч. пыли и волокна), вещества и материалы, способные при взаимодействии с водой, кислородом воздуха или друг с другом гореть, при условии, что помещения, в которых они имеются в наличии, не относятся к категориям А или Б |
Г |
Негорючие вещества и материалы в горячем, раскаленном или расплавленном состоянии, процесс обработки которых сопровождается выделением лучистого тепла, искр и пламени; горючие газы, жидкости и твердые вещества, которые сжигают или утилизируют в качестве топлива |
Д |
Негорючие вещества и материалы в холодном состоянии |
Категории взрывопожарной и пожарной опасности помещений и зданий определяются для наиболее неблагоприятного в отношении пожара или взрыва периода, исходя из вида находящихся в аппаратах и помещениях горючих веществ и материалов, их количества и пожароопасных свойств, особенностей технологических процессов.
Количественным критерием назначения категории по взрывопожарной и пожарной опасности является избыточное давление, которое может развиться при взрывном сгорании максимально возможного скопления взрывоопасных веществ в помещении. При ΔР>5 кПа рассматриваемый объект относится к взрывопожароопасным это категории А или Б в зависимости от свойств веществ. При ΔР<5 кПа объект относится либо к категории В, либо к категориям Г и Д в зависимости от величины пожарной нагрузки. Под пожарной нагрузкой понимается энергия, выделяемая при сгорании горючих материалов, находящихся на 1 м2 пола помещения.
Избыточное давление определяется по формуле
,кПа,
(25.1)
где НТ – теплота сгорания вещества, кДж/кг;
Р0 – начальное давление (допускается принимать равным 101 КПа), кПа;
Z – коэффициент участия горючего вещества во взрыве (Z=1 для водорода, Z=0,5 для горючих газов (кроме водорода) и пылей, Z=0,3 для паров жидкостей);
Vсв – свободный объем помещения, принимаемый равным 0,8 от геометрического объема, м3;
Ρв – плотность воздуха (можно принять равной 1,2 кг/м3), кг/м3;
Св – теплоемкость воздуха (допускается принимать равной 1,01 кДж/кг К);
Т0 – температура в помещении, К;
Кн – коэффициент, учитывающий негерметичность помещения ( принимается равным 3);
m – масса горючего газа (ГГ) или паров легковоспламеняющихся и горючих жидкостей, выделяющихся в результате расчетной аварии в помещение.
В случае обращения в помещении горючих газов, ЛВЖ или ГЖ при определении значения массы m, входящей в формулу (25.1), допускается учитывать работу аварийной вентиляции, если она обеспечена резервными вентиляторами. При этом массу горючих газов или паров ЛВЖ или ГЖ, нагретых до температуры вспышки и выше, поступающих в объем помещения, следует разделить на коэффициент К, определяемый по формуле
K=At+1, (25.2)
где А – кратность воздухообмена, создаваемого аварийной вентиляцией, с-1;
t – продолжительность поступления взрывоопасных веществ в помещение, с.
Расчетное время отключения трубопроводов принимается равным:
– времени срабатывания системы автоматики отключения трубопроводов согласно паспортным данным установки, если вероятность отказа системы автоматики не превышает 10-6 в год или обеспечено резервирование ее элементов;
– 120 с, если вероятность отказа системы автоматики превышает 10-6 в год и не обеспечено резервирование ее элементов;
– 300 с при ручном отключении трубопровода.
С учетом численных значений показателей, входящих в уравнение (25.1), получаем
,
кПа. (25.3)
Величина m рассчитывается в зависимости от агрегатного состояния горючего вещества.
1. При разгерметизации аппарата с горючим газом:
,
кг, (25.4)
где V1 – объем газа, вышедшего из аппарата, м3;
VТ – объем газа, вышедшего из трубопроводов, м3;
ρ – плотность газа при н.у., кг/м3.
При этом
,
м3,
(25.5)
где Vап – объем аппарата, м3;
Рап – давление в аппарате, кПа;
Т, Т0 – температура в аппарате и в помещении, К.
Vт = V1т + V2т, м3, (25.6)
где V1т – объем газа, вышедшего из трубопровода до его отключения, м3;
V2т – объем газа, вышедшего из трубопровода после его отключения, м3.
V1т = qТ, м3, (25.7)
где q – расход газа из трубопроводов, м3/с;
Т – время отключения трубопроводов, с.
V2т =0,01 r∙l, м3, (25.8)
где r – радиус сечения трубопровода, м;
l – длина трубопровода от аппарата до задвижки, м.
2. При разгерметизации оборудования с ЛВЖ:
,
кг, (25.9)
где mр – масса жидкости, испарившейся при разливе, кг;
mп – масса жидкости, испарившейся с поверхности аппарата, кг;
mо – масса жидкости, испарившейся со свежеокрашенной поверхности, кг.
При этом
,кг,
(25.10)
где WИ – интенсивность испарения, кг/м2∙с;
FИ – поверхность розлива, принимаемая: 1 л на 1 м2, если ЛВЖ содержит более 70 % растворителя, и 1 л на 0,5 м2 – в остальных случаях, м2;
τи – время испарения (принимается по времени полного испарения, но не более 3600 с).
Интенсивность испарения допускается рассчитывать по формуле
,кг/м2∙с,
(25.11)
где η – коэффициент, принимаемый по табл. 25.2 в зависимости от скорости и температуры воздушного потока над поверхностью испарения;
Рн – давление насыщенного пара при расчетной температуре, кПа;
М – молекулярная масса ЛВЖ.
Таблица 25.2
Скорость воздуха, м/с |
Значение η при температуре воздуха, °С |
||||
10 |
15 |
20 |
30 |
35 |
|
0 |
1,0 |
1,0 |
1,0 |
1,0 |
1,0 |
0,1 |
3,0 |
2,6 |
2,4 |
1,8 |
1,6 |
0,2 |
4,6 |
3,8 |
3,5 |
2,4 |
2,3 |
0,5 |
6,6 |
5,7 |
5,4 |
3,6 |
3,2 |
1,0 |
10,0 |
8,7 |
7,7 |
5,6 |
4,6 |
3. При наличии взрывоопасной пыли:
,
кг, (25.12)
где mвз – расчетная масса взвихрившейся пыли, кг;
mав – расчетная масса пыли, поступившей в помещение в результате аварийной ситуации, кг.
Расчетная масса взвихрившейся пыли определяется по формуле
,
кг, (25.13)
где Квз – доля отложившейся в помещении пыли, способной перейти во взвешенное состояние в результате аварийной ситуации. При отсутствии экспериментальных сведений допускается полагать Квз = 0,9;
mп – масса отложившейся в помещении пыли к моменту аварии, кг.
Расчетная масса пыли, поступившей в помещение в результате аварийной ситуации, определяется по формуле
,
кг, (25.14)