Помещения с горючими газами

Пример 1

1. Исходные данные.

1.1. Аккумуляторное помещение объемом V_П = 27, 2 м³ оборудуется аккумуляторными батареями СК-4 из 12 аккумуляторов и СК-1 из 13 аккумуляторов.

1.2. Максимальная абсолютная температура воздуха согласно СНиП 2.01.01-82 [3] в районе строительства 38⁰ С (г. Екатеринбург).

1.3. Обоснование расчетного варианта наиболее неблагоприятного в отношении взрыва периода.

1.3.1. При расчете избыточного давления взрыва в качестве расчетного варианта принимается наиболее неблагоприятный в отношении взрыва период, связанный с формовкой и зарядом полностью разряженных батарей с напряжением более 2, 3 В на элемент и наибольшим значением зарядного тока, превышающим в четыре раза максимальный зарядный ток.

1.3.2. Происходит заряд аккумуляторных батарей с максимальной номинальной емкостью (А∙ ч). Количество одновременно заряжаемых батарей устанавливается в зависимости от эксплуатационных условий, мощности и напряжения внешнего источника тока. Продолжительность поступления водорода в помещение соответствует конечному периоду заряда при обильном газовыделении и принимается равным 1 ч (Т=3600с).

1.3.3. За расчетную температуру принимается максимальная абсолютная температура наружного воздуха в населенном пункте (климатической зоне) согласно СНиП 2.01.01-82 [3].

1.4. Расчет поступающего в помещение водорода при заряде аккумуляторных батарей.

1.4.1. Масса водорода, выделившегося в одном элементе при установившемся динамическом равновесии между силой зарядного тока и количеством выделяемого газа, составляет:

кг∙ А^-1∙ с^-1,

где F = 9, 65∙ 10⁴ А∙ С∙ моль^-1 - постоянная Фарадея;

А - атомная единица массы водорода, равная 1 а.е.м =1× 10^-3 кг× моль^-1;

Z=1 - валентность водорода;

I - сила зарядного тока, А;

Т - расчетное время заряда, с.

1.4.2. Объем водорода, поступающего в помещение при заряде нескольких батарей, м³, можно определить из выражения:

где r_г - плотность водорода, при расчетной температуре воздуха, кг× м^-3;

I_i - максимальный зарядный ток i-ой батареи, А;

n_i - количество аккумуляторов i-ой батареи.

Плотность водорода определяется по формуле:

, кг× м^-3,

где М - масса одного киломоля водорода, равная 2 кг× кмоль^-1;

V₀ - объем киломоля газа при нормальных условиях, равный 22, 413 м³× кмоль^-1;

a = 0, 00367, град^-1, - коэффициент температурного расширения газа;

t_р - расчетная температура воздуха, ⁰С.

Максимальная сила зарядного тока принимается по ГОСТ 825-73 " Аккумуляторы свинцовые для стационарных установок".

1.5. Стехиометрическая концентрация водорода С_CT рассчитывается по формуле А.1 [1]:

С_CT = = 29, 24% (об.),

1.6. Плотность водорода при расчетной температуре воздуха будет равна:

кг× м^-3.

1.7. Объем водорода, поступающего в аккумуляторное помещение при зарядке двух батарей СК-4 и СК-1, составит:

м³.

1.6. Свободный объем аккумуляторного помещения составит:

= 0, 8 × V_П = 0, 8 × 27, 2 = 21, 76 м³.

2. Избыточное давление взрыва DP водорода в аккумуляторном помещении согласно формуле (2) " Пособия" () будет равно:

кПа.

Так как расчетное избыточное давление взрыва более 5 кПа, то аккумуляторное помещение следует относить к категории А.

3. Расчет избыточного давления взрыва DP водорода в аккумуляторном помещении с учетом работы аварийной вентиляции или постоянно работающей общеобменной вентиляцией, отвечающей требованиям п. А.2.3 [1] (по п.А.2.3 [1] продолжительность поступления водорода в объем помещения Т = 3600 с).

3.1. При кратности воздухообмена, создаваемого аварийной вентиляцией, равной 8 ч^-1, объем водорода, поступающего в помещение, составит:

м³.

Избыточное давление взрыва DP при этом будет равно:

кПа.

3.2. При оборудовании аккумуляторного помещения аварийной вентиляцией или постоянно работающей вентиляцией с кратностью воздухообмена А = 8 ч^-1, отвечающей требованиям п.А.2.3 [1], СНиП 2.04.05-91* [4] и ПУЭ [5], допускается не относить аккумуляторное помещение к категории А.

Согласно п.5.2 и табл.1 [1] при расчетном давлении взрыва, не превышающем 5 кПа, аккумуляторное помещение следует относить к категории В1-В4 в зависимости от пожарной нагрузки, находящейся в аккумуляторном помещении.

Пример 2

1. Исходные данные.

1.1. Пост диагностики автотранспортного предприятия для грузовых автомобилей, работающих на сжатом природном газе. Объем помещения V_П = 300 м³. Свободный объем помещения V_СВ = 0, 8 ∙ V_П = 0, 8 ∙ 300 = 240 м³. Объем баллона со сжатым природным газом V = 50 л = 0, 05 м³. Давление в баллоне Р₁ = 2 ∙ 10⁴ кПа.

1.2. Основной компонент сжатого природного газа - метан (98% (об.)). Молярная масса метана М = 16, 04 кг ∙ кмоль^-1.

2. Обоснование расчетного варианта аварии.

При определении избыточного давления взрыва DP в качестве расчетного варианта аварии принимается разгерметизация одного баллона со сжатым природным газом и поступление его в объем помещения. За расчетную температуру принимается максимальная абсолютная температура воздуха согласно СНиП 2.01.01-82 [3] в данном районе (г. Москва) t_р = 37 ⁰С.

Плотность метана при t_р = 37 ⁰С кг∙ м^-3.

3. Масса m поступившего в помещение при расчетной аварии метана определяется по формулам (А.6) и (А.7) [1]:

V_a = 0, 01∙ 2∙ 10⁴ ∙ 0, 05 = 10 м³,

m = 10∙ 0, 6301 = 6, 301 кг.

4. Избыточное давление взрыва DP, определенное по формуле (9) " Пособия", составит:

DP = 2, 36 × 10³ × = 62 кПа.

5. Расчетное избыточное давление взрыва превышает 5 кПа, следовательно, помещение поста диагностики относится к категории А.

Пример 3

1. Исходные данные.

1.1. Помещение участка наращивания кремния. Наращивание поликристалла кремния осуществляется методом восстановления тетрахлорида кремния в атмосфере водорода на двух установках с давлением в их реакторах Р₁ = 200 кПа. Водород подается к установкам от коллектора, расположенного за пределами участка, по трубопроводу из нержавеющей стали диаметром d = 0, 02 м (радиусом r = 0, 01 м) под давлением Р₂ = 300 кПа. Суммарная длина трубопровода от автоматической задвижки с электроприводом, расположенной за пределами участка, до установок составляет L₁=15 м. Объем реактора V = 0, 09 м³. Температура раскаленных поверхностей реактора t = 1200 ⁰С. Время автоматического отключения по паспортным данным Т_а = 3с. Расход газа в трубопроводе q = 0, 06 м³∙ с^-1. Размеры помещения L´ S´ H = 15, 81´ 15, 81´ 6 м. Объем помещения V_п= 1500 м³. Свободный объем помещения V_СВ = 0, 8 × 1500 = 1200 м³. Площадь помещения F = 250 м².

1.2. Молярная масса водорода М = 2, 016 кг∙ кмоль^-1. Нижний концентрационный предел распространения пламени водорода С_НКПР = 4, 1% (об.). Стехиометрическая концентрация водорода С_СТ = 29, 24 % (об.). Максимальное давление взрыва водорода Р_max = 730 кПа. Тетрахлорид кремния - негорючее вещество. Образующиеся в результате химической реакции вещества - негорючие вещества.

2. Обоснование расчетного варианта аварии.

При определении избыточного давления взрыва в качестве расчетного варианта аварии принимается разгерметизация одного реактора и выход из него и подводящего трубопровода водорода в объем помещения. За расчетную температуру принимается максимальная абсолютная температура воздуха согласно СНиП 2.01.01-82 [3] в данном районе (г. Воронеж) t_р=41⁰С. Плотность водорода при t_р=41⁰С кг× м^-3. Расчетное время отключения трубопровода по п.А.1.2 в) [1] Т_а = 120 с.

3. Масса m поступившего в помещение при расчетной аварии водорода определяется по формулам (А.6) - (А.10) [1]:

V_a = 0, 01 × 200 × 0, 09 = 0, 18 м³,

V_1T = 0, 06 × 120 = 7, 2 м³,

V_2T = 0, 01 × 3, 14 × 300 × 0, 01² × 15 = 0, 014 м³,

V_T = 7, 2 + 0, 014 = 7, 214 м³,

m = (0, 18 + 7, 214) × 0, 0782 = 0, 5782 кг.

4. Определение коэффициента Z участия водорода во взрыве проводим в соответствии с Приложением Д [1]:

4.1. Средняя концентрация водорода С_СР в помещении составит:

С_СР = = 0, 62 % (об.).

С_СР = 0, 62 % (об.) < 0, 5 × С_НКПР = 0, 5 × 4, 1 = 2, 05 % (об.), следовательно, можно определить значение коэффициента Z участия водорода во взрыве расчетным методом.

4.2. Значение предэкспоненциального множителя С₀ составит:

С₀ = 3, 77 × 10³ × = 23, 23% (об.).

4.3. Расстояния Х_НКПР, У_НКПР и Z_НКПР составят:

Х_НКПР = У_НКПР = 1, 1314 × 15, 81 × = 25, 65 м,

Z_НКПР = 0, 0253 × 6 × = 0, 218 м.

4.4. Расчетное значение коэффициента Z участия водорода во взрыве будет равно:

Z = × 0, 0782 × × 250 × 0, 218 = 0, 97.

5. Избыточное давление взрыва DP согласно формуле (А.1) [1] составит:

DP = (730 - 101) × = 4, 29 кПа.

6. Расчетное избыточное давление взрыва не првышает 5 кПа. Помещение участка наращивания кремния не относится к категории А. Согласно п.5.2 и табл. 1 [1] при расчетном давлении взрыва, не превышающем 5 кПа, данное помещение следует относить к категории В1-В4 в зависимости от пожарной нагрузки, находящейся в помещении участка наращивания кремния.