Розрахунок надлишкового тиску вибуху для горючих газів, парів легкозаймистих та горючих рідин

4.3.1 Надлишковий тиск вибуху ΔР для індивідуальних горючих речовин, які складаються з атомів С, Н, О, N, Cl, Br, I, F визначається за формулою:

(11.1)

де P_max - максимальний тиск вибуху стехіометричної газоповітряної або пароповітряної суміші у замкнутому об’ємі, який визначається дослідним шляхом або приймається за довідниковими даними. У разі відсутності таких даних, допускається приймати P_max таким, щодорівнює 900 кПа;

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

m - маса ГГ або парів ЛЗР та ГР, що потрапили в результаті розрахункової аварії до приміщення, яку визначають для ГГ за формулою (11.6), а для парів ЛЗР та ГР за формулою (11.11), кг;

Z - коефіцієнт участі ГГ або парів у вибуху, який може бути розрахований на підставі характеру розподілення газів і парів в об’ємі приміщення згідно з додатком до НАПБ Б.03.002-2007. Допускається приймати значення Z за таблицею 11.2;

V_вільн - вільний об’єм приміщення, м³;

ρ_г,п - густина газу або пари при розрахунковій температурі t_p, кг/м³, що визначається за формулою:

, (11.2)

 

де М - молярна маса, кг·кмоль^-1;

V_о – мольний об’єм, що дорівнює 22,413 м³·кмоль^-1;

t_p - розрахункова температура, ^оС;

С_{с т} - стехіометрична концентрація ГГ або парів ЛЗР та ГР, % (об.), що визначається за формулою:

(11.3)

де - стехіометричний коефіцієнт кисню в реакції згоряння (при розрахунку β атоми азоту не враховуються);

n_c, n_н, n_o, n_x – число атомів С, Н, О та галогенів (Флуор (F), Хлор (Cl), Бром (Br), Йод (I)) у молекулі ГГ або парів ГР;

К_н - коефіцієнт, що враховує негерметичність приміщення й неадіабатичність процесу горіння. Допускається приймати К_н рівним 3.

Негерметичність приміщення зумовлена постійно відкритими прорізами в огороджувальних конструкціях приміщення.

Як розрахункову температуру слід приймати максимально можливу температуру повітря в даному приміщенні у відповідній кліматичній зоні або максимально можливу температуру повітря за технологічним регламентом з урахуванням можливого підвищення температури у разі аварійної ситуації.

Таблиця 11.2 -Значення коефіцієнта (Z) участі ГГ або парів ЛЗР у вибуху

Вид горючої речовини	Значення Z
Водень	1,0
ГГ (крім водню)	0,5
ЛЗР та ГР, які нагріті до температури спалаху і вище	0,3
ЛЗР та ГР, які нагріті нижче температури спалаху, за умови можливості утворення аерозолю	0,3
ЛЗР та ГР, які нагріті нижче температури спалаху, за неможливості утворення аерозолю

 

4.3.2 Розрахунок ΔР для будь-яких індивідуальних речовин, крім тих, що наведені в пункті 4.3.1, та сумішей, може бути виконаний за формулою:

(11.4)

де m - маса ГГ або парів ЛЗР та ГР, що потрапили в результаті розрахункової аварії до приміщення, яку визначають для ГГ за формулою (10.6), а для парів ЛЗР та ГР за формулою (11.11), кг,

Н _т - теплота згоряння, Дж·кг;

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

Z - коефіцієнт участі ГГ або парів у вибуху, який може бути розрахований на підставі характеру розподілення газів і парів в об’ємі приміщення згідно з додатком. Допускається приймати значення Z за таблицею 11.2;

V_вільн - вільний об’єм приміщення, м³;

ρ _{п -} густина повітря до вибуху при початковій температурі T_о, кг/м³;

С_р - теплоємність повітря, Дж/(кг·К) (допускається приймати рівною 1,01·10³ Дж/(кг·К));

T _о - початкова температура повітря, К.

 

У разі обертання у приміщенні ГГ, ЛЗР або ГР, під час визначення значення маси m, яке входить до формул (11.1) і (11.4), допускається враховувати роботу аварійної вентиляції, якщо вона забезпечена резервними вентиляторами, автоматичним пуском у разі перевищення максимально допустимої вибухобезпечної концентрації речовин у повітрі та електрозабезпеченням за першою категорією надійності (ПУЕ) за умови розміщення пристроїв для видалення повітря з приміщення у безпосередній близькості від місця можливої аварії (апарата, установки тощо).

При цьому масу m ГГ або парів ЛЗР, або ГР, що нагріті до температури спалаху і вище, які потрапили в об’єм приміщення, слід розділити на коефіцієнт К, що визначають за формулою:

, (11.5)

де А - кратність повітрообміну, що створює аварійна вентиляція, с^-1;

τ - тривалість потрапляння ГГ та парів ЛЗР і ГР до об’єму приміщення, с (приймається за пунктом 4.2).

 

Масу m, кг, газу, що потрапив до приміщення під час розрахункової аварії, визначають за формулою:

, (11.6)

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

V _т - об’єм газу, що вийшов з трубопроводів, м³;

r_r, - густина газу при розрахунковій температурі t_p, кг/м³, що визначається за формулою (11.2).

При цьому:

(11.7)

де Р₁ - тиск в апараті, кПа;

V - об’єм апарата, м³;

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

, (11.8)

де V_{1 т} – об’єм газу, що вийшов з трубопроводу до його перекривання, м³;

V_{2 т} – об’єм газу, що вийшов з трубопроводу після його перекривання, м³;

, (11.9)

де q - витрата газу, яку визначають згідно з технологічним регламентом залежно від тиску у трубопроводі, його діаметру, температури газового середовища тощо, м³/с;

τ - час, який визначають за пунктом 4.2, с;

V_{2 т} = p (r²₁L₁ + r²₂L₂ +...+ r²_nL_n)= 0,01 p∙Р₂ (r²₁L₁ + r²₂L₂ +...+ r²_nL_n), (11.10)

де Р₂ – 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.

Масу парів рідини m, які потрапили до приміщення при наявності декількох джерел випаровування (поверхня розлитої рідини, поверхня зі свіжнанесеною рідиною, відкриті ємності тощо), визначають за формулою:

, (11.11)

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

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

т_св - маса рідини, що випарувалася з поверхонь, на які була нанесена свіжа рідина, кг.

 

За цих умов кожну з складових у формулі (11.11) визначають за формулою:

, (11.12)

де W - інтенсивність випаровування, кг/(с×м²);

F_в - площа випаровування, м², яку визначають відповідно до пункту 4.2 залежно від маси рідини т_р, що потрапила до приміщення;

- тривалість випаровування, с.

 

У разі, якщо аварійна ситуація пов'язана з можливим надходженням рідини в розпиленому стані, то вона має бути врахована у формулі (11.11) шляхом введення додаткової складової, яка враховує загальну масу рідини, що надійшла від розпилювальних пристроїв, виходячи з тривалості їхньої роботи.

Маса рідини m_р, кг, що потрапила до приміщення, визначається відповідно до пункту 4.2.

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

, (11.13)

де h - коефіцієнт, який приймають за таблицею 11.3 залежно від швидкості повітряного потоку, що створюється аварійною вентиляцією, та температури повітряного потоку над поверхнею випаровування (у разі відсутності аварійної вентиляції h дорівнює 1);

М - молярна маса, г∙моль^-1 ;

Р_н - тиск насиченої пари за розрахунковою температурою рідини t_р, визначений за довідниковими даними, кПа, або за формулою:

(11.14)

де: А, В, С_а - константи Антуана (довідникові дані).

Коефіцієнт h, який приймають залежно від швидкості повітряного потоку, що створюється аварійною вентиляцією, наведений у таблиці 11.3.

Таблиця 11.3 -Значення коефіцієнта h залежно від швидкості повітряного потоку та температури повітря у приміщенні