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:

, (11.4)

где P _max - максимальное давление взрыва стехиометрической газовоздушной или паровоздушной смеси в замкнутом объеме, определяемое по справочным данным [3]; при их отсутствии принимается равным 900 кПа; Р ₀ - начальное давление, принимаемое равным 101 кПа; т - масса горючего газа, паров ЛВЖ или горючих жидкостей, вышедших при расчете в помещение, кг; Z - 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; V _cв - свободный объем помещения, м, принимаемый равным 80 % объема помещения; ρ_г - плотность газа или пара при расчетной температуре, кг/м³; С _ст - стехиометрическая концентрация горючего, % об., вычисляемая по формуле:

, (11.5)

где - стехиометрический коэффициент кислорода в реакции сгорания (п _С, п _Н, п ₀, п_х - число атомов С, Н, О и галоидов в молекуле горючего); К _н - коэффициент, учитывающий негерметичность помещения и неадиабатичность процесса горения, принимаемый равным 3.

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

, (11.6)

где Н _т - теплота сгорания, кДж/кг; ρ_в - плотность воздуха до взрыва при температуре Т; С _р - теплоемкость воздуха, принимается равной 1,01кДж/(кг·К); Т₀ - начальная температура воздуха, К.

Если в помещении ведется работа с использованием горючих газов, то производится расчет избыточного давления по формуле (11.4) или (11.6), причем масса (кг) поступившего в помещение при расчетной аварии газа определяется по формуле:

т = (V_а + V _т) ρ_г, (11.7)

где V_а - объем газа, вышедшего из аппарата, м³; V _т - объем газа, вышедшего из трубопроводов, м³.

При этом:

V_а = 0,01 Р ₁ V, (11.8)

где Р ₁ - давление в аппарате, кПа; V - объем аппарата, м³;

V _т = V _1т + V _2т, (11.9)

где V _1т - объем газа, вышедшего из трубопровода до его отключения, м³:

V _1т = qt, (11.10)

где q - расход газа в трубопроводе, м³/с; t - время отключения трубопровода;

V _2т - объем газа, вышедшего из трубопровода после его отключения, м³:

V _2т = 0,01π Р ₂ r ² L, (11.11)

где Р ₂ - давление в трубопроводе, кПа; r - внутренний диаметр трубопровода, м;

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

Время отключения трубопровода t 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 формуле (11.4) или (11.6). 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:

т = т _р + т _от + т _с, (11.12)

где т _р - масса паров, поступивших с поверхности разлива, кг; т _от - масса паров, поступивших с открытых поверхностей, кг; т _с - масса паров, поступивших с поверхностей, на которые нанесен применяемый состав, кг.

При этом каждое из слагаемых в формуле (11.12) определяется по формуле:

m = WF _j t, (11.13)

где W — интенсивность испарения, кг/(с·м²); F _j - площадь испарения, м²; t - время испарения, с.

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

, (11.14)

где η - коэффициент, принимаемый по табл. 11.4 в зависимости от скорости и температуры воздушного потока над поверхностью испарения; Р _н - давление насыщенного пара жидкости при расчетной температуре, кПа, определяемое по уравнению Антуана; М - молекулярная масса, г/моль.

Таблица 11.4

Значения коэффициентов для расчета интенсивности испарения ЛВЖ

Скорость воздушного потока в помещении, м/с	Значение коэффициента η при температуре t, °С, 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 F 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 t 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 (9.5), решив его относительно m - 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 (кг) при взрыве горючих порошков и пылей производится по формуле:

, (11.15)

где Н _т - теплота сгорания материала, Дж/кг; ρ_в - плотность воздуха до взрыва, кг/м³, при начальной температуре Т ₀; С _р - теплоемкость воздуха, Дж/(кг·К) (допускается принимать равной 1,01 кДж/(кг·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 равным 3, если рассчитывается избыточное давление в большом помещении (например, здании мастерской или цеха, имеющем большую площадь проемов), и равным 2, если расчет ведется для относительно небольшого помещения (камеры вентиляционных установок, помещение для установки фильтров или циклонов и т.п.); m - расчетная масса взвешенной в объеме помещения пыли при аварийной ситуации, кг, определяемая по формуле:

т = т _вз + т _ав, (11.16)

где т _вз - расчетная масса взвихрившейся пыли, кг:

т _вз = К _вз т _п, (11.17)

где К _вз - доля отложившейся в помещении пыли, способной перейти во взвешенное состояние в результате аварийной ситуации (при отсутствии экспериментальных сведений, допускается принимать К _вз = 0,9), т _п - масса отложившейся в помещении пыли к моменту аварии, кг; т _ав - расчетная масса пыли, поступившей в помещение в результате аварийной ситуации, кг:

т _ав = (т _ап + q τ) К _п, (11.18)

где т _ап - масса горючей пыли, выбрасываемой в помещение из аппарата, кг; q - количество пылевидных веществ, поступающих в аварийный аппарат по трубопроводам до момента их отключения, кг/с; τ - время отключения, равное 120 с при автоматическом отключении и 300 с при отключении вручную; К _п - коэффициент пыления, представляющий отношение массы взвешенной в воздухе пыли ко всей массе пыли, поступившей из аппарата в помещение (при отсутствии экспериментальных сведений о величине К _п допускается принимать для пылей с дисперсностью не менее 350 мкм К _п = 0,5, для пылей с дисперсностью менее 350 мкм К _п = 1,0); т _п - масса отложившейся в помещении пыли к моменту аварии, кг:

т _п = К _г (т ₁ + т ₂) / К _у, (11.19)

т_i = М_i (1 - α) β _i, (11.20)

где т_i (i = 1,2) - масса пыли, оседающей на различных поверхностях в помещении за межуборочный период; т ₁ - масса пыли, оседающей на труднодоступных для уборки поверхностях помещения в период между генеральными уборками, кг; т ₂ - масса пыли, оседающей на доступных для уборки поверхностях в помещении за период времени между текущими уборками, кг; М ₁ - масса пыли, выделяющейся в объем помещения за период времени между генеральными уборками, кг; М ₂ - масса пыли, выделяющейся в объем помещения за период времени между текущими уборками, кг; β₁, β₂ - доли выделяющейся в объем помещения пыли, оседающей соответственно на труднодоступных и доступных для уборки поверхностях помещения (β₁ + β₂ = 1; допускается принимать β₁ = 1, β₂ = 0); К _у - коэффициент эффективности пылеуборки (принимается при сухой пылеуборке равным 0,6); К _г -доля горючей пыли в общей массе отложений пыли.