Расчет избыточного давления взрыва

Избыточное давление взрыва () для индивидуальных горючих веществ, состоящих из атомов С, Н, О, N, Cl, Br, I, F., определяется по формуле:

, (4)

где - максимальное давление взрыва стехиометрической газовоздушной или паровоздушной смеси в замкнутом объеме, определяемое по справочным данным [1]; при их отсутствии принимается равным 900 кПа;

- начальное (атмосферное) давление, принимаемое равным 101 кПа;

- масса горючего газа или паров ЛВЖ или горючих жидкостей, вышедших при расчете в помещение, кг;

- коэффициент участия горючего во взрыве, принимаемый равным 1 для водорода; 0,5 для других горючих газов; 0,3 для ЛВЖ и горючих жидкостей; 0,5 для горючих пылей;

- свободный объем помещения, м, принимаемый равным 80% объема помещения;

- плотность газа или пара при расчетной температуре, кг/м;

- стехиометрическая концентрация горючего, % об., вычисляемая по формуле:

, % об., (5)

где - стехиометрический коэффициент кислорода в реакции сгорания (- число атомов C, H, O и галоидов в молекуле горючего);

- коэффициент, учитывающий негерметичность помещения и неадиабатичность процесса горения, принимаемый равным 3.

Расчет избыточного давления взрыва для остальных горючих веществ и для их смесей может быть выполнен по формуле:

, кПа, (6)

где - теплота сгорания, кДж/кг;

- плотность воздуха до взрыва при температуре _ос,

- теплоемкость воздуха, принимается равной 1,01 кДж/(кг^·К);

Т _ос- начальная температура воздуха (окружающей среды), К.

Если в помещении ведется работа с использованием горючих газов, то производится расчет избыточного давления по формулам (4) или (6), причем масса (кг) поступившего в помещение при расчетной аварии газа определяется по формуле:

, кг (7)

где - объем газа, вышедшего из аппарата, м³;

- объем газа, вышедшего из трубопроводов, м³.

При этом

(8)

где - давление в аппарате, кПа;

- объем аппарата, м³.

(9)

где - объем газа, вышедшего из трубопровода до его отключения, м³;

- объем газа, вышедшего из трубопровода после его отключения, м³.

, (10)

где - расход газа в трубопроводе, м³/с;

- время отключения трубопровода.

, (11)

где - давление в трубопроводе, кПа;

- внутренний диаметр трубопровода, м;

- длина трубопровода от аварийного аппарата до вентиля или задвижки, м.

Время отключения трубопровода принимается равным 120 с, если имеется система автоматического отключения, и равным 300 с при ручном отключении.

При проведении работ с ЛВЖ и горючими жидкостями избыточное давление взрыва в помещении также определяется по формулам (4) или (6). Масса (кг) паров жидкости, поступивших в помещение при наличии нескольких источников испарения (поверхность разлитой жидкости, поверхность со свеженанесенным составом при окраске, промывке или покрытии, поверхность открытых емкостей), определяется по формуле:

, кг (12)

где - масса паров, поступивших с поверхности разлива, кг;

- масса паров, поступивших с открытых поверхностей, кг;

- масса паров, поступивших с поверхностей, на которые нанесен применяемый состав, кг.

При этом каждое из слагаемых в формуле (12) определяется по формуле:

, кг, (13)

где - интенсивность испарения, кг/(с^.м²);

- площадь испарения, м², определяемая в зависимости от массы жидкости m_n, вышедшей в помещение;

- время испарения, с.

Интенсивность испарения [ кг/(с^.м²)] определяется по справочным или экспериментальным данным. Для ЛВЖ при комнатной температуре расчет производится по формуле:

, (14)

где - коэффициент, принимаемый по таблице 4 в зависимости от скорости и температуры воздушного потока над поверхностью испарения;

- давление насыщенного пара жидкости при расчетной температуре, кПа, определяемое по уравнению Антуана;

- молекулярная масса, г/моль.

Таблица 4 - Значения коэффициентов для расчета интенсивности испарения ЛВЖ.

Скорость воздушного потока в помещении, м/с	Значение коэффициента при температуре оС в помещении
	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

Площадь испарения в случае пролива ЛВЖ и горючих жидкостей определяется, исходя из расчета, что 1 л смесей и растворов, содержащих по массе 70 % и менее растворителей, разливается по площади 0,5 м², а остальных жидкостей - на 1 м² пола помещения. Длительность испарения жидкости принимается равной времени полного испарения, но не более 3600 с.

Как правило, количество дисперсных горючих материалов, которые имеются в лаборатории и могут перейти в ее объем с образованием взрывоопасных аэровзвесей при авариях, недостаточно для развития избыточного давления более 5 кПа. Чтобы убедиться в этом, достаточно произвести обратный расчет по уравнению (12), решив его относительно - массы материала, участвующего во взрыве, и сопоставив полученное значение этой массы, необходимое для создания избыточного давления в 5 кПа, с реальным количеством материала, который может принять участие во взрыве. Если первая величина заведомо больше второй, то помещение относят к категории В.

Расчет избыточного давления DP при взрыве горючих порошков и пылей производится по формуле:

, (15)

где Н_т – теплота сгорания материала, Дж/кг;

- плотность воздуха до взрыва, кг/м³, при начальной температуре Т;

С_р – тепло­емкость воздуха, Дж/кг·К (можно принимать равной 1,01·10 Дж/кг·К);

Т₀ – начальная температура воздуха, К;

Z – коэффициент участия взвешенной горючей пыли во взрыве, следует принимать равным 1 для порошков металлов и сплавов (в том числе и порошков кремния, употребляемого в полупроводниковом производстве К_н следует принимать разным 3, если рассчитывается избыточное дав­ление в большом помещении (например, здании мастерской или цеха, име­ющем большую

площадь проемов), и равным2, если расчет ведется для относительно небольшого помещения (камеры вентиляционных установок, помещение для установки фильтров или циклонови т.п.);

m = m_вз + m_ав, (16)

где m_вз - расчетная масса взвешенной в объеме помещения пыли при ава­рийной ситуации, определяемая по формуле:

m_вз =K_вз· m _n (17)

где m_вз – расчетная масса взвихрившейся пыли, кг;

K_вз – доля отло­жившейся в помещении пыли, способной перейти во взвешенное состо­яние в результате аварийной ситуации в отсутствие эксперименталь­ных сведений, допускается принимать K_вз =0,9);

m_n – масса от­ложившейся в помещении пыли к моменту аварии, кг.

m _ав =(m _ап +qT)K _п (18)

где m_ав – расчетная масса пыли, поступившей в помещение в результате аварийной ситуации, кг;

m_an – масса горючей пыли, выбрасываемой в помещение из аппарата, кг;

q – производительность, с которой продолжается поступление пылевид­ных веществ в аварийный аппарат по трубопроводам до момента ихотключения, кг· с^-1;

Т – время отключения, равное 120 сек. при авто­матическом отключении и 300 сек. при отключении вручную;

K_п – коэф­фициент пыления, представляющий отношение массы взвешенной в воз­духе пыли ко всей массе пыли, поступившей из аппарата в помещение (в отсутствие экспериментальных сведений о величине K_п – допускается принимать для пылей с дисперсностью не менее 350мкм K_п = 0,5; для пылей с дисперсностью менее 350 мкм K_п = 1,0);

m _n – масса отложившейся в помещении пыли к моменту аварии.

m _n = К_г (m₁ + m₂ ) / К_y (19)

m_i = М_i (1 - α) ·b_i, (20)

где m_i (i =1,2) – масса пыли, оседающей на различных поверхностях в помещении за межуборочный период;

m₁ - масса пыли, оседающей на труднодоступных для уборки поверхностях помещения в период между генеральными уборками, кг;

m₂ – масса пыли, оседающейна доступных для уборки поверхностях в помещении за период времени между текущими уборками, кг;

М₁- масса пыли, выделяющейся в объ­ем помещения за период времени между генеральными уборками, кг;

М₂ – масса пыли, выделяющейся в объем помещения за период вре­мени между текущими уборками, кг;

b₁, b₂ – доли выделяющейся в объем помещения пыли, оседающей, соответственно, на труднодоступных и доступных для уборки поверх­ностях помещения ((b₁ + b₂) = 1; допускается принимать b₁ = 1, b₂ = 0);

К_y – коэффициент эффективности пылеуборки (принимается при сухой пылеуборке равным 0,6);

К_г – доля горючей пыли в общей массе отложений пыли;

α – доля, выделяющейся в объём помещения пыли, которая удаляется вентиляционными системами; при их отсутствии принимается равной 0.