Охрана труда и БЖД

2. Определить размеры зоны, ограниченной НКПР газов, при аварийной разгерметизации емкости с метаном на открытом пространстве.

Данные для расчета

При разгерметизации емкости в атмосферу поступит 20 кг метана. Емкость представляет собой цилиндр с основанием радиусом 1 м и высотой h_а = 10 м. Максимально возможная температура для данной климатической зоны t_р = 30 °С. Плотность метана r_м при t_р равна 0,645 кг/м³. Нижний концентрационный предел распространения пламени метана С_НКПР ⁼ 5,28 % (об.)

Расчет

Расстояния X_НКПР , Y_НКПР и Z_НКПР для метана, ограничивающие область концентраций, превышающих НКПР, составят

 м,

 м,

Таким образом, для расчетной аварии емкости с метаном геометрически зона, ограниченная НКПР газов, будет представлять цилиндр с основанием радиусом R_б = 26,18 м и высотой h_б = h_а + R_б = 10 + 26,18 = 36,18 м. За начало зоны, ограниченной НКПР газов, принимают внешние габаритные размеры емкости.

Б.2 Метод расчета размеров зон, ограниченных НКПР газов и паров, при аварийном поступлении горючих газов и паров ненагретых легковоспламеняющихся жидкостей в помещение

Нижеприведенные расчетные формулы применяют для случая 100 m / (r_г,пV_св)< 0,5 С_НКПР [С_НКПР  - нижний концентрационный предел распространения пламени горючего газа или пара, % (об.)] и помещений в форме прямоугольного параллелепипеда с отношением длины к ширине не более 5.

Б.2.1 Расстояния X_НКПР , Y_НКПР и Z_НКПР рассчитывают по формулам

,                             (Б.5)

,                             (Б.6)

,                             (Б.7)

где К₁ - коэффициент, принимаемый равным 1,1314 для горючих газов и 1,1958 для легковоспламеняющихся жидкостей;

К₂ - коэффициент, равный 1 для горючих газов;

 для легковоспламеняющихся жидкостей;

К - коэффициент, принимаемый равным 0,0253 для горючих газов при отсутствии подвижности воздушной среды; 0,02828 для горючих газов при подвижности воздушной среды; 0,04714 для легковоспламеняющихся жидкостей при отсутствии подвижности воздушной среды и 0,3536 для легковоспламеняющихся жидкостей при подвижности воздушной среды;

h — высота помещения, м.

d, l, b и C₀ приведены в А.2.3.

При отрицательных значениях логарифмов расстояния X_НКПР , Y_НКПР и Z_НКПР принимают равными 0.

Б.2.2 Радиус R_б и высоту Z_б, м, зоны, ограниченной НКПР газов и паров, вычисляют исходя из значений X_НКПР , Y_НКПР и Z_НКПР  для заданного уровня значимости Q.

При этом R_б > X_НКПР , R_б > Y_НКПР и Z_б > h + R_б для ГГ и Z_б > Z_НКПР для ЛВЖ (h — высота источника поступления газа от пола помещения для ГГ тяжелее воздуха и от потолка помещения для ГГ легче воздуха, м).

Для ГГ геометрически зона, ограниченная НКПР газов, будет представлять цилиндр с основанием радиусом R_б и высотой h_б = 2 R_б при R_б £ h, h_б = h + R_б при R_б > h, внутри которого расположен источник возможного выделения ГГ. Для ЛВЖ геометрически зона, ограниченная НКПР паров, будет представлять цилиндр с основанием радиусом R_б и высотой Z_б = Z_НКПР высоте источника паров ЛВЖ h < Z_НКПР и  Z_б = h + Z_НКПР при h ³ Z_НКПР. За начало отсчета принимают внешние габаритные размеры аппаратов, установок, трубопроводов и т. п.

Б.2.3 Во всех случаях значения расстояний X_НКПР , Y_НКПР и Z_НКПР должны быть не менее 0,3 м для ГГ и ЛВЖ.

Примеры

1. Определить размеры зоны, ограниченной НКПР паров, образующейся при аварийной разгерметизации аппарата с ацетоном, при работающей и неработающей общеобменной вентиляции.

Данные для расчета 

В центре помещения размером 40 х 40 м и высотой h_п = 3 м установлен аппарат с ацетоном. Аппарат представляет собой цилиндр с основанием диаметром d_a = 0,5 м и высотой h_a = 1 м, в котором содержится 25 кг ацетона. Расчетная температура в помещении t_p = 30 °С. Плотность паров ацетона r_а при t_р равна 2,33 кг/м³. Давление насыщенных паров ацетона p_н при t_р равно 37,73 кПа. Нижний концентрационный предел распространения пламени С_НКПР = 2,7 % (об.). В результате разгерметизации аппарата в помещение поступит 25 кг паров ацетона за время испарения Т = 208 с. При работающей общеобменной вентиляции подвижность воздушной среды в помещении u = 0,1 м/с.

Расчет

Допустимые значения отклонений концентраций d при уровне значимости Q = 0,05 будут равны: 1,27 — при работающей вентиляции; 1,25 — при неработающей вентиляции (u = 0). Предэкспоненциальный множитель С₀ будет равен:

при работающей вентиляции

% (об.),

С_н = 100р_н /р₀ = 100 · 37,73/101 = 37,36 % (об.),

V_св = 0,8 V_п = 0,8 · 40 · 40 · 3 = 3840 м³;

при неработающей вентиляции

% (об.).

Расстояния X_НКПР , Y_НКПР и Z_НКПР составят:

при работающей вентиляции

 м,

 м,

м;

при неработающей вентиляции

 м,

 м,

м.

 

Таким образом, для ацетона геометрически зона, ограниченная НКПР паров, будет представлять собой цилиндр с основанием радиусом R_б и высотой Z_б = h_а+Z_НКПР, так как h_а > Z_HKHP, при работающей вентиляции

Z_б = 1 + 0,2 = 1,2 м, R_б = 9,01 м;

при неработающей вентиляции

Z_б = 1 + 0,03 = 1,03 м, R_б = 10,56 м.

За начало отсчета принимают внешние габаритные размеры аппарата.

2. Определить размеры зоны, ограниченной НКПР газов, образующейся при аварийной разгерметизации газового баллона с метаном, при работающей и неработающей вентиляции.

Данные для расчета

На полу помещения размером 13 х 13 м и высотой H_п = 3 м находится баллон с 0,28 кг метана. Газовый баллон имеет высоту h_б = 1,5 м. Расчетная температура в помещении t_р = 30 °С. Плотность метана r_м при t_р равна 0,645 кг/м³. Нижний концентрационный предел распространения пламени метана С_НКПР ⁼ 5,28 % (об.). При работающей общеобменной вентиляции подвижность воздушной среды в помещении u = 0,1 м/с.

Расчет

Допустимые отклонения концентраций при уровне значимости Q = 0,05 будут равны: 1,37 при работаюшей вентиляции; 1,38 при неработающей вентиляции (u = 0).

Предэкспоненциальный множитель С₀ будет равен:

при работающей вентиляции

% (об.);

при неработающей вентиляции

% (об.);

Расстояния X_НКПР , Y_НКПР и Z_НКПР составят:

при работающей вентиляции

 ,

 ,

.

следовательно  X_НКПР , Y_НКПР и Z_НКПР = 0;

при неработающей вентиляции

 м,

 м,

м.

Таким образом, для метана при неработающей вентиляции геометрически зона, ограниченная НКПР газов, будет представлять собой цилиндр с основанием радиусом R_б = 3,34 м и высотой h_б = h + R_б = 3 + 3,34 = 6,34 м. Ввиду того, что h_б расчетное больше высоты помещения h_п = 3 м, за высоту зоны, ограниченной НКПР газов, принимаем высоту помещения h_б = 3 м.

 

ПРИЛОЖЕНИЕ В

(рекомендуемое)

МЕТОД РАСЧЕТА ИНТЕНСИВНОСТИ ТЕПЛОВОГО ИЗЛУЧЕНИЯ ПРИ ПОЖАРАХ ПРОЛИВОВ ЛВЖ И ГЖ

 

В. 1 Интенсивность теплового излучения q, кВт/м², рассчитывают по формуле

q = E_f · F_q · t,                                            (B.1)

где E_f — среднеповерхностная плотность теплового излучения пламени, кВт/м²;

F_q — угловой коэффициент облученности;

t — коэффициент пропускания атмосферы.

В.2 E_f принимают на основе имеющихся экспериментальных данных. Для некоторых жидких углеводородных топлив указанные данные приведены в таблице В. 1.

 

Таблица B.1— Среднеповерхностная плотность теплового излучения пламени в зависимости от диаметра очага и удельная массовая скорость выгорания для некоторых жидких углеводородных топлив

 

Топливо	Ef, кВт/м2, при d, м					т, кг/(м2 · с)
	10	20	30	40	50
СПГ (метан)	220	180	150	130	120	0,08
СУГ (пропан-бутан)	80	63	50	43	40	0,1
Бензин	60	47	35	28	25	0,06
Дизельное топливо	40	32	25	21	18	0,04
Нефть	25	19	15	12	10	0,04
Примечание— Для диаметров очага менее 10 м или более 50 м следует принимать Ef  такой же, как и для очагов диаметром 10 м и 50 м соответственно

 

При отсутствии данных допускается  E_f принимать равной 100 кВт/м² для СУГ, 40 кВт/м² для нефтепродуктов.

8.3 Рассчитывают эффективный диаметр пролива d, м, по формуле

,                                                    (В.2)

где S — площадь пролива, м².

8.4 Рассчитывают высоту пламени Н, м, по формуле

,                                 (В.3)

где т — удельная массовая скорость выгорания топлива, кг/(м · с);

r_в — плотность окружающего воздуха, кг/м³;

g— ускорение свободного падения, равное 9,81 м/с².

8.5 Определяют угловой коэффициент облученности F_q по формуле

,                                       (В.4)

где ,(В.5)

где А = (h² + + 1) / 2S₁ ,          (В.6)

S_l = 2r/d (r— расстояние от геометрического центра пролива до облучаемого объекта),  (В. 7)

h = 2H/d;                                                    (B.8)

,      (В.9)

B = ( 1+S² ) / ( 2S ),                                                 (B.10)

B.6 Определяют коэффициент пропускания атмосферы t по формуле

t = exp[ -7,0 · 10 ^-4 ( r - 0,5 d)]               (B.11)