Визначення вибухонебезпечності приміщення

 

Визначити категорію вибухопожежної небезпеки виробничого приміщення, в якому внаслідок руйнування апарата можливе витікання n л рідини (за вказівкою викладача) (табл. 7.1).

Таблиця 7.1 – Вихідні дані розрахунку надлишкового тиску вибуху

№ п/п	Рідина	Параметри приміщення, м
довжина a	ширина b	висота h
				3,6
	7,2
		3,6
	7,2
		3,6
	7,2
				3,6
	7,2
		3,6
	7,2
		3,6
	7,2
				3,6
	7,2
		3,6
	7,2
		3,6
	7,2
				3,6
	7,2
		3,6
	7,2
		3,6
	7,2
				3,6
	7,2
		3,6
	7,2
		3,6
	7,2
				3,6
	7,2
		3,6
	7,2
		3,6
	7,2

РОЗРАХУНОК НАДЛИШКОВОГО ТИСКУ ВИБУХУ

ДЛЯ ВИРОБНИЧИХ ПРИМІЩЕНЬ ПРИ РОЗЛИВІ РІДИНИ

Розрахунок виконують у наступній послідовності:

Для визначення критеріїв вибухопожежної небезпеки слід розрахувати надлишковий тиск вибуху горючої речовини:

, (7.1)

де Р_max – максимальний тиск вибуху стехіометричної пароповітряної суміші, кПа:

, (7.2)

де у – кількість молей речовин після вибуху, визначити із рівняння повного окислення одного моля рідини;

Р₀ – початковий тиск, 101 кПа;

Т_в – температура вибуху, для більшості речовин близько 1500 К;

х – кількість молей речовин до вибуху, визначити із рівняння повного окиснення одного моля рідини;

Т₀ – початкова температура, 293 К;

m – розрахункова маса пари горючої рідини, яка може потрапити у повітря приміщення за рахунок випаровування, кг:

, (7.3)

де W – інтенсивність випаровування рідини, кг/ с· м² (табл. 7.2);

t – тривалість випаровування рідини, прийняти 3600 с;

S – розрахункова площа випаровування рідини, яка потрапила у приміщення внаслідок аварії, м²:

, (7.4)

де K – коефіцієнт розтікання, для чистої рідини 1 м²/л;

V_p – об’єм рідини, що витекла з апарата, л;

Розрахувати площу підлоги:

S = a · b, (7.5)

де a – довжина приміщення, м;

b – ширина приміщення, м.

Якщо величина розрахункової площі випаровування S перевищує площу підлоги S_п, то слід прийняти, що S = S_п .

Маса горючої рідини:

, (7.6)

де r – густина рідини, кг/ м³ (табл. 7.2);

V_p – об’єм рідини, що витекла з апарата, м³;

Якщо розрахункова маса пари горючої рідини m перевищує масу рідини m_p, то слід прийняти, що m = m_p .

Таблиця 7.2 – Властивості рідин

Рідина	Формула	Інтенсивність випаровування, W, г/с·м^2	Густина, r, кг/м^3	Температура спалаху, °С
Ацетон	С3Н6О	0,589	789,9	–18
Амілацетат	С7Н14О2	0,108	874,5
Бензол	С6Н6	0,436	879,0	–11
Бензин	С7,3Н14,8	0,333	730,0	–40
Бутилацетат	С6Н12О2	0,161	882,5
Гексан	С6Н14	0,385	660,3	–23
м- ксилол	С8Н10	0,073	864,2
о- ксилол	С8Н10	0,054	880,2
Метилетилкетон	С4Н8О	0,462	805,4	–6
Метилацетат	С3Н6О2	0,865	933,0	–15
Метилметакрилат	С5Н8О2	0,216	944,0
Спирти:
бутиловий	С4Н10О	0,072	809,6
ізоаміловий	С5Н12О	0,029	809,2
ізобутиловий	С4Н10О	0,056	800,0
ізопропіловий	С3Н8О	0,218	785,5
метиловий	СН4О	0,666	791,4
пропіловий	С3Н8О	0,090	803,5
етиловий	С2Н6О	0,632	789,3
Стирол	С8Н8	0,076	906,5
Толуол	С7Н8	0,138	866,9
Трихлоретилен	С2НCl3	0,653	1464,2
Етилацетат	С4Н8О2	0,299	900,3	–3
Етилцеллозольв	С4Н10О2	0,045	930,1

Z – коефіцієнт, що характеризує ступінь участі горючої речовини в утворенні вибухонебезпечної суміші, для пари горючих рідин, 0,3;

V_в – вільний об’єм приміщення, його можна прийняти як 80% від геометричного об’єму приміщення;

V_в = 0,8 · a · b · h, (7.7)

де a – довжина приміщення, м;

b – ширина приміщення, м;

h – висота приміщення, м.

r_п –густина пари горючої рідини, кг/ м³;

, (7.8)

де М – молярна маса рідини, кг/кмоль;

М_пов – молярна маса повітря, 28,966 кг/кмоль;

r_пов – густина повітря, 1,2 кг/ м³;

С_ст – стехіометрична концентрація пари горючої рідини, об. %;

, (7.9)

де b – стехіометричний коефіцієнт кисню в реакції горіння:

, (7.10)

де n_С – кількість атомів вуглецю у молекулі горючої речовини;

n_Н – кількість атомів водню у молекулі горючої речовини;

n_О – кількість атомів кисню у молекулі горючої речовини;

n_Г – кількість атомів галогенів у молекулі горючої речовини;

К_Н – коефіцієнт, який враховує негерметичність приміщення і неадіабатичність процесу горіння, 3.

Якщо отримана величина розрахункового надлишкового тиску вибуху перевищує 5 кПа, то приміщення належить до вибухопожежонебезпечної категорії А або Б, залежно від температури спалаху рідини (табл. 7.2). У протилежному випадку приміщення належить до пожежонебезпечної категорії В.

Визначити можливі негативні наслідки вибуху для обслуговуючого персоналу (табл. 7.6) і ступінь руйнування будівлі (табл. 7.7).

 

РОЗРАХУНОК НАДЛИШКОВОГО ТИСКУ ВИБУХУ

ДЛЯ ВИРОБНИЧИХ ПРИМІЩЕНЬ ПРИ ВИТІКАННІ ГАЗУ

 

Визначити категорію вибухопожежної небезпеки виробничого приміщення, в якому в результаті руйнування апарата відбулося витікання газу (таблиця 7.3).

Розрахунок виконують у наступній послідовності:

Розрахувати надмірний тиск вибуху горючої речовини:

, (7.11)

де Р_max – максимальний тиск вибуху стехіометричної газоповітряної суміші, кПа:

; (7.12)

у – кількість молей речовини після вибуху (визначається з рівняння повного окислення одного моля газу);

Р₀ – початковий тиск, 101 кПа;

Т_В – температура вибуху, для більшості речовин близько 1500 К;

х – кількість молей речовин до вибуху, (визначається з рівняння повного окислення одного моля газу);

Т₀ – початкова температура, 293 К;

Таблиця 7.3 – Вихідні дані для розрахунку надлишкового тиску вибуху

№ п/п	Газ	Апарат	Трубопроводи	Приміщення, м
тип	q, м^3/c	V, м^3	P, кПа	L1, м	L2, м	d1, мм	d2, мм	τ, c	довжина	ширина	висота
	СН4	0,6	3,2									3,6
		7,2
				3,6
			7,2
						3,6
		7,2
	4,0							3,6
		7,2
						3,6
	1,7			7,2
				3,6
		7,2
	Н2	6,3									3,6
		7,2
				3,6
			7,2
						3,6
		7,2
	3,4	3,2							3,6
		7,2
						3,6
			7,2
				3,6
		7,2
	NН3	4,0									3,6
		7,2
				3,6
	0,6			7,2
						3,6
		7,2
	6,3							3,6
		7,2
						3,6
			7,2
				3,6
		7,2

m – маса газу, який надійшов у повітря приміщення, кг:

; (7.13)

r – густина газу при розрахунковій температурі, кг/ м³;

; (7.14)

М – молярна маса газу, кг/ кмоль;

V₀ – молярний об’єм газу, 22,413 м³/ кмоль;

t_р – розрахункова температура – максимальна температура повітря у відповідній кліматичній зоні або з урахуванням можливого підвищення температури у разі аварійної ситуації, допускається приймати +61 °С;

V_a – об'єм газу, який вийшов з апарата, м³;

; (7.15)

Р – тиск в апараті, кПа;

V – об’єм апарата, м³;

V _Т – об’єм газу, який вийшов із трубопроводу, м³;

; (7.16)

V_1Т – об’єм газу, який вийшов до перекриття трубопроводу, м³;

; (7.17)

q – витрати газу (за регламентом), м³/с;

t – розрахунковий час перекриття трубопроводу, с;

V_{2 Т} – об’єм газу, який вийшов після перекриття трубопроводу, м³;

; (7.18)

Р – тиск в трубопроводі (за регламентом), кПа;

d₁ – діаметр вхідного трубопроводу, м;

d₂ – діаметр вихідного трубопроводу, м;

L₁ – довжина вхідного трубопроводу від апарата до засувки, м;

L₂ – довжина вихідного трубопроводу від апарата до засувки, м;

Z – коефіцієнт, який характеризує ступінь участі газів у вибуху, для водню 1,0; для інших газів 0,5;

V_В – вільний об'єм приміщення, його можна прийняти як 80% від геометричного об'єму приміщення, м³;

V_В = 0,8 · а · b · h; (7.19)

а – довжина приміщення, м;

b – ширина приміщення, м;

h – висота приміщення, м;

С_ст – стехіометрична концентрація газу, об. %;

, (7.20)

де b – стехіометричний коефіцієнт кисню в реакції горіння:

, (7.21)

де n_С – кількість атомів вуглецю у молекулі газу;

n_Н – кількість атомів водню у молекулі газу;

n_О – кількість атомів кисню у молекулі газу;

n_Г – кількість атомів галогенів у молекулі газу;

К_Н – коефіцієнт, який враховує негерметичність приміщення і неадіабатичність процесу горіння, 3.

Якщо отримана величина розрахункового надлишкового тиску вибуху перевищує 5 кПа, то приміщення належить до вибухопожежонебезпечної категорії А.

Визначити можливі негативні наслідки вибуху для обслуговуючого персоналу (табл. 7.6) і ступінь руйнування будівлі (табл. 7.7).

 

РОЗРАХУНОК НАДЛИШКОВОГО ТИСКУ ВИБУХУ БАЛОНІВ

ДЛЯ ВИРОБНИЧИХ ПРИМІЩЕНЬ

Розрахувати надлишковий тиск вибуху балонів (табл. 7.4) на відстані R від дільниці зварювання, визначити можливі негативні наслідки вибуху для обслуговуючого персоналу, ступінь руйнування та відносні збитки від руйнування цегляних малоповерхових будівель.

Розрахунок виконують у наступній послідовності:

Визначають енергію вибуху балонів:

, (7.22)

де Р_і – тиск у балоні при руйнуванні, кПа;

аргоновий, кисневий 22500

пропан-бутановий 2500

ацетиленовий 3500

Р₀ – атмосферний тиск, прийняти 101 кПа;

g_і – показник адіабати:

аргон, кисень 1,4

пропан-бутан 1,13

ацетилен 1,23

V_і – об’єм балону, м³.

Таблиця 7.4 – Вихідні дані для розрахунку надлишкового тиску вибуху балонів

 

№ п/п	Параметри балонів	Відстань від дільниці зварювання, R, м
гази	(об’єм балону, Vi, л)
	кисень (40) ацетилен (40)
	кисень (40) пропан–бутан (50)
	кисень (40) ацетилен (40) аргон (40)
	кисень (40) пропан–бутан (50) аргон (40)
	кисень (40) аргон (40)
	ацетилен (40) аргон (40)
	пропан–бутан (50) аргон (40)
	кисень (40)
	ацетилен (40)
	пропан–бутан (50)

 

Визначають тротиловий еквівалент:

. (7.23)

Визначають надлишковий тиск у фронті вибухової хвилі для кожного балону:

, (7.24)

де R – відстань від дільниці зварювання, м;

q_і – показник вільного розповсюдження вибухової хвилі:

q = 0,5· ТЕ_і. (7.25)

Визначають загальний надлишковий тиск вибуху балонів:

. (7.26)

Користуючись довідковими даними, визначають можливі негативні наслідки вибуху для обслуговуючого персоналу (табл. 7.6), а також ступінь руйнування будівлі (табл. 7.7).

 

РОЗРАХУНОК НАДЛИШКОВОГО ТИСКУ ВИБУХУ БАЛОНІВ

ДІЛЬНИЦІ ЗБЕРІГАННЯ

Розрахувати надлишковий тиск вибуху балонів (табл. 7.5) на відстані R від дільниці їх зберігання, визначити можливі негативні наслідки вибуху для обслуговуючого персоналу, ступінь руйнування та абсолютні і відносні збитки від руйнування цегляних малоповерхових будівель.

Розрахунок виконують у наступній послідовності:

Визначають енергію вибуху балонів:

, (7.27)

де Р – тиск у балоні при руйнуванні, кПа;

кисневий 22500

пропан-бутановий 2500

ацетиленовий 3500

Р₀ – атмосферний тиск, приймають 101 кПа;

g – показник адіабати:

кисневий 1,4

пропан-бутановий 1,13

ацетиленовий 1,23

V – об’єм балонів, м³:

, (7.28)

де і – кількість балонів (табл. 7.5);

V_і – об’єм одного балона, м³ (табл. 7.5).

Таблиця 7.5 – Вихідні дані для розрахунку надлишкового тиску вибуху балонів для дільниці зберігання

№ п/п	Параметри балонів	Відстань від дільниці, R, м	Кошторисна вартість будівлі, млн грн
газ	об’єм Vi, л	кількість і, шт.
	кисень				2,6
			3,4
	пропан–бутан
			7,6
	ацетилен
			8,5

 

Визначають тротиловий еквівалент:

. (7.29)

Визначають надлишковий тиск у фронті вибухової хвилі:

, (7.30)

де R – відстань від дільниці зберігання балонів, м;

q – показник вільного розповсюдження вибухової хвилі:

q = 0,5· ТЕ. (7.31)

Користуючись довідковими даними, визначають можливі негативні наслідки вибуху для обслуговуючого персоналу (табл. 7.6), а також ступінь руйнування (табл. 7.7), відносні та абсолютні збитки від руйнування будівель (табл. 7.8).

 

Таблиця 7.6 – Характеристика ступеня баричної дії вибуху на людину

Наслідки	Надлишковий тиск, кПа
Безпечно для людини	менше 20
Легке ураження (забиття, вивихи, тимчасова втрата слуху, загальна контузія)	20 – 40
Середнє ураження (контузія головного мозку, ушкодження органів слуху, розрив барабанних перетинок, кровотеча з носу та вух)	40 – 60
Сильне ураження (сильна контузія всього організму, втрата свідомості, переломи кінцівок, ушкодження внутрішніх органів)	60 – 100
Поріг смертельного ураження
Летальний результаті 50% випадків	250 – 300
Безумовно смертельне ураження	більше 300

 

Таблиця 7.7 – Характеристика ступеня баричної дії вибуху на будівлі

Тип будівлі	Ступінь руйнування при тиску, кПа
слабка	середня	сильна	повна
Цегляні та кам’яні: малоповерхові багатоповерхові	8 – 20 8 – 15	20 – 35 15 – 30	35 – 50 30 – 45	50 – 70 45 – 60
Залізобетонні крупнопанельні: малоповерхові багатоповерхові	10 – 30 8 – 25	30 – 45 25 – 40	45 – 70 40 – 60	70 – 90 60 – 80
Залізобетонні монолітні: багатоповерхові підвищеної поверховості	25 – 50 25 – 45	50 – 115 45 – 105	115 – 180 105 – 170	180–250 170 – 215
Залізобетонні крупнопанельні із залізобетонним та металевим каркасом і крановим обладнанням з вантажопідйомністю: до 50 т 50 – 100 т	5 – 30 15 – 45	30 – 45 45 – 60	45 – 75 60 – 90	75 – 120 90 – 135
Із стінами типу «сендвіч» та крановим обладнанням вантажопідйомністю до 20 т	10 – 30	30 – 50	50 – 65	65 – 105
Складські приміщення з металевим каркасом та стінами із листового металу	5 – 10	10 – 20	20 – 35	35 – 45

 

Таблиця 7.8 – Відносні збитки від ступеня руйнування будівлі

 

Ступінь руйнування	Відносні збитки, % від вартості будівлі
Слабке (пошкодження або руйнування дахів, віконних та дверних прорізів)	10 – 15
Середнє (руйнування дахів, вікон, перегородок, горищних перекриттів, верхніх поверхів)	30 – 40
Сильне (руйнування несучих конструкцій та перекриттів, при якому ремонт недоцільний)
Повне (обвалення будівель, споруд)

 

ПРАКТИЧНА РОБОТА 8