МИНИСТЕРСТВО ВНУТРЕННИХ ДЕЛ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ ВСЕРОССИЙСКИЙ ОРДЕНА “ЗНАК ПОЧЕТА” НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ИНСТИТУТ ПРОТИВОПОЖАРНОЙ ОБОРОНЫ ПОСОБИЕ ПО ПРИМЕНЕНИЮ НПБ 105-95 “ОПРЕДЕЛЕНИЕ КАТЕГОРИЙ ПОМЕЩЕНИЙ И ЗДАНИЙ ПО ВЗРЫВОПОЖАРНОЙ И ПОЖАРНОЙ ОПАСНОСТИ” ПРИ РАССМОТРЕНИИ ПРОЕКТНО-СМЕТНОЙ ДОКУМЕНТАЦИИ УДК 614.841.33:614.83.833.075.5 Авторы: Ю.Н. Шебеко, И.М. Смолин, И.С. Молчадский, Н.Л. Полетаев, С.В. Зотов, В.А. Колосов, В.Л. Малкин, Е.В. Смирнов, Д.М. Гордиенко. Приведены порядок определения и упрощенные методы расчета параметров взрывопожарной опасности и категорий помещений по взрывопожарной и пожарной опасности, необходимые для них номограммы, сведения о пожаровзрывоопасных свойствах наиболее распространенных горючих веществ и материалов и типовые примеры расчетов категорий помещений и зданий конкретных производственных объектов. Пособие предназначено для практического использования сотрудниками (работниками) органов государственного пожарного надзора, проектных организаций, преподавателями и слушателями пожарно-технических учебных заведений. Пособие разработано и утверждено Всероссийским научно-исследовательским институтом противопожарной обороны (ВНИИПО) МВД России и согласовано Главным управлением Государственной противопожарной службы (ГУГПС) МВД России письмом № 20/2.2/1161 от 18 мая 1998 г. 1. ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ С 1 января 1996 г. введены в действие НПБ 105-95 ГУГПС МВД России " Определение категорий помещений и зданий по взрывопожарной и пожарной опасности" (приказ N 32 от 31.10.95 г.). Этот документ устанавливает методику определения, категорий помещений и зданий производственного и складского назначения по взрывопожарной и пожарной опасности в зависимости от количества и пожаровзрывоопасных свойств находящихся (обращающихся) в них веществ и материалов с учетом особенностей технологических процессов размещенных в них производств. При разработке НПБ 105-95 проект документа был разослан в региональные управления ГПС и заинтересованные научно-исследовательские и проектные организации. В результате анализа поступивших предложений и замечаний по проекту документа определен круг вопросов, касающихся практического использования содержащихся в документе методов расчета категорий помещений и зданий. Значительная часть предложений и замечаний относилась к пожеланиям включить в документ порядок определения и упрощенные методы расчета параметров взрывопожарной опасности и категорий помещений по взрывопожарной и пожарной опасности, необходимые для них номограммы, сведения о пожаровзрывоопасных и физико-химических свойствах наиболее распространенных и широко применяемых легковоспламеняющихся жидкостей (ЛВЖ), горючих жидкостей (ГЖ), горючих газов (ГГ). горючих пылей и твердых горючих веществ и материалов, а также примеры расчетов категорий помещений и зданий конкретных объектов. Вместе с тем такого рода материалы являются предметом методических пособий, разрабатываемых после утверждения нормативных документов, в частности НПБ 105-95. Как следует из изложенного выше, в связи с введением в действие НПБ 105-95 возникла настоятельная необходимость разработки методического документа (пособия), содержащего подробные разъяснения по практическому использованию расчетных методов определения категорий помещений и зданий по взрывопожарной и пожарной опасности, что и является целью настоящего Пособия. Актуальность работы определялась значительным числом отзывов, поступивших из региональных управлений ГПС, научно-исследовательских и проектных организаций и содержащих многочисленные предложения и заключения по проекту НПБ 105-95. Настоящее Пособие предназначено для практического использования сотрудниками (работниками) органов государственного пожарного надзора, проектных организаций, а также преподавателями учебных заведений пожарно-технического профиля при рассмотрении проектно-сметной документации. В Пособии приведены порядок определения и упрощенные методы расчета параметров взрывопожарной опасности и категорий помещений по взрывопожарной и пожарной опасности, необходимые для них номограммы, сведения о пожаровзрывоопасных свойствах наиболее распространенных горючих веществ и материалов и типовые примеры расчетов категорий помещений и зданий конкретных объектов. Пособие рассматривает расчетные методы определения категорий помещений и зданий производственного и складского назначения по взрывопожарной и пожарной опасности (А, Б, В1 В4, Г, Д), в которых обращаются горючие газы, легковоспламеняющиеся и горючие жидкости, горючие пыли и твердые горючие вещества и материалы. Последовательность и порядок проведения расчетов, определение исходных данных для расчета, выбор и обоснование расчетного варианта с учетом особенностей технологических процессов производства отражены в типовых примерах расчетов категорий помещений и зданий по взрывопожарной и пожарной опасности. 2. ПОРЯДОК ОПРЕДЕЛЕНИЯ И УПРОЩЕННЫЕ МЕТОДЫ РАСЧЕТА ПАРАМЕТРОВ ВЗРЫВОПОЖАРНОЙ ОПАСНОСТИ ГОРЮЧИХ ГАЗОВ 2.1. В соответствии с положениями разд. 3 НПБ 105-95 [2] определяется масса горючего газа (ГГ) т (кг), вышедшего в результате расчетной аварии в помещение. 2.2. Согласно химической формуле ГГ [5; приложение 2] определяется значение стехиометрического коэффициента кислорода в реакции сгорания β по формуле (3) НПБ 105-95. 2.3. Стехиометрическая концентрация ГГ Сст (% (об.)) рассчитывается по формуле (3) НПБ 105-95 или определяется исходя из значения коэффициента β по номограмме (рис. 1). 2.4. По нормам [1] определяется абсолютная максимальная температура воздуха для данной климатической зоны, соответствующая расчетной температуре tp (°C) в рассматриваемом помещении. Рассчитывается параметр хt = 1/(1 + 0,00367 · tp) или определяется по номограмме (рис. 2). 2.5. Из справочных данных [5; приложение 2] определяется молярная масса М (кг · кмоль-1) ГГ и удельная теплота сгорания Нт (Дж · кг -1). 2.6. Плотность ГГ ρ г (кг · м-3) рассчитывается по формуле (2) НПБ 105-95 или определяется по номограммам (рис. 3-6) для конкретных значений М (кг · кмоль-1) и tp (°С). 2.7. Согласно п. 3.4 НПБ 105-95 определяется свободный объем помещения Vсв (м3). 2.8. Избыточное давление взрыва ΔР (кПа) для ГГ, указанных в п. 3.5 НПБ 105-95, кроме водорода, при значении Z = 0,5 определяется по номограмме (рис. 16) или по формуле
2.9. Для водорода, метана, пропана и бутана избыточное давление взрыва ΔР (кПа) согласно п. 3.5 НПБ 105-95 может быть определено по номограмме (рис. 17) или по формулам: - для водорода (Z = 1,0)
- для метана (Z = 0,5)
- для этана (Z = 0,5)
- для пропана (Z = 0,5)
- для бутана (Z = 0,5)
2.10. Избыточное давление взрыва ΔР (кПа) для ГГ, указанных в п. 3.6 НПБ 105-95, кроме водорода, призначении Z = 0,5 определяется по номограмме (рис. 18) или по формуле
2.11. Для водорода, метана, этана, пропана и бутана избыточное давление взрыва ΔР (кПа) согласно п. 3.6 НПБ 105-95 может быть определено по номограмме (рис. 19) или по формулам: - для водорода (Z = 1,0)
- для метана (Z = 0,5)
-для этана (Z = 0,5)
- для пропана (Z = 0,5)
- для бутана (Z = 0,5)
2.12. Определяется категория помещения по взрывопожарной и пожарной опасности на основании полученного значения величины избыточного давления взрыва ΔР (кПа). Если ΔР > 5 кПа, то помещение относится к взрывопожароопасной категории А. Если ΔР ≤ 5 кПа, то помещение не относится к взрывопожароопасной категории А и дальнейшее определение категории помещения в зависимости от пожароопасных свойств и количеств обращающихся в помещении веществ и материалов осуществляется в соответствии с требованиями п. 2.2 НПБ 105-95. 3. ПОРЯДОК ОПРЕДЕЛЕНИЯ И УПРОЩЕННЫЕ МЕТОДЫ РАСЧЕТА ПАРАМЕТРОВ ВЗРЫВОПОЖАРНОЙ ОПАСНОСТИ ЛЕГКОВОСПЛАМЕНЯЮЩИХСЯ И ГОРЮЧИХ ЖИДКОСТЕЙ 3.1. Согласно пп. 2.1 - 2.7 разд. 2 настоящих материалов определяются значения соответствующих параметров для легковоспламеняющихся (ЛВЖ) и горючих жидкостей (ГЖ). 3.2. Из справочной литературы [5] находятся значения констант Антуана А, В и СА и расчетным путем по формуле
Параметры данной формулы могут быть определены по номограммам (рис. 7-10). 3.3. Рассчитывается значение параметра хв = B/(tp + СA) или определяется по номограмме (рис. 7). При значениях By, полученных из справочных данных, отличающихся от значений кривых Вх (х = 1÷7) номограммы (рис. 7), выбирается кривая для меньшего по сравнению с By значения Вх и графически определяется значение параметра. При этом искомое значение будет равно 3.4. Из номограммы (рис. 8) определяется значение параметра IgPн. При значениях Ау, отличающихся от соответствующих прямых для Ах (х = 1÷6) номограммы (рис. 8), графически проводится прямая, параллельная прямым (х = 1 ÷ 6), через точку хв = Ау и по этой прямой для определенного значения 3.5. Исходя из значения IgPн по номограммам (рис. 9, 10) определяется значение параметра давления насыщенного пара ЛВЖ или ГЖ Pн (кПа). 3.6. Интенсивность испарения ЛВЖ и ГЖ W (кг · с-1 · м-2), указанная в п. 3.11 НПБ 105-95, может быть рассчитана по формуле (13) НПБ 105-95 либо определена по номограммам (рис. 11-15). 3.7. По номограмме (рис. 11) определяется значение параметра. 3.8. Исходя из значения параметра хр = 3.9. По табл. 3 НПБ 105-95 выбирается значение коэффициента η. При отсутствии аварийной вентиляции в помещении значение коэффициента η принимается равным 1,0. При наличии в помещении аварийной вентиляции, удовлетворяющей требованиям п. 3.7 НПБ 105-95, определяется скорость движения воздуха в помещении U = А · L, где А - кратность воздухообмена аварийной вентиляции (с-1) и L - длина помещения, м. Исходя из значений U и tp определяется значение коэффициента η. 3.10. Определяется значение параметра хη = 103 · η · 3.11. По п. 3.9 НПБ 105-95 рассчитывается масса паров ЛВЖ и ГЖ т (кг), поступивших в помещение. 3.12. Избыточное давление взрыва ΔР (кПа) для ЛВЖ и ГЖ, указанных в п. 3.5 НПБ 105-95, при значении Z = 0,3 определяется по номограмме (рис. 20) или по формуле
3.13. Для дизельного топлива зимнего, бензина АИ-93 зимнего, гексана, м-ксилола, толуола, диэтилового эфира, ацетона и этилового спирта избыточное давление взрыва ΔР (кПа) согласно п. 3.5 НПБ 105-95 при значении Z = 0,3 может быть определено по номограммам (рис. 21, 22) или по следующим формулам: - для дизельного топлива зимнего
- для бензина АИ-93 зимнего
- для гексана
- для м-ксилола
- для толуола
- для диэтилового эфира (при tp < tкип = 34,5 °С - температура кипения диэтилового эфира)
- для ацетона
- для этилового спирта
3.14. Избыточное давление взрыва ΔР (кПа) для ЛВЖ и ГЖ, указанных в п. 3.6 НПБ 105-95, при значении Z = 0,3 определяется по номограмме (рис. 23) или по формуле
3.15. Для м-ксилола, гексана, бензина АИ-93 зимнего, дизельного топлива зимнего, толуола, диэтилового эфира, ацетона и этилового спирта избыточное давление взрыва ΔР (кПа) согласно п. 3.6 НПБ 105-95 при значении Z = 0,3 может быть определено по номограммам (рис. 24, 25) или по формулам: - для м-ксилола ΔР = 1,496 · 103 · (m/Vсв); (23) - для гексана ΔР = 1,277 · 103 · (m/Vсв); (24) - для бензина АИ-93 зимнего ΔР = 1,251 · 103 · (m/Vсв); (25) - для дизельного топлива зимнего ΔР = 1,234 · 103 · (m/Vсв); (26) - для толуола ΔР = 1,159 · 103 · (m/Vсв); (27) - для диэтилового эфира (при tp < tкип = 34,5 °С - температура кипения диэтилового эфира) ΔР = 966,8 · (m/Vсв); (28) - для ацетона ΔР = 887,8 · (m/Vсв); (29) - для этилового спирта ΔР = 865,2 · (m/Vсв); (30) 3.16 Для ацетона и бензина АИ-93 зимнего избыточное давление взрыва ΔР (кПа) согласно п. 3.5 НПБ 105-95 в зависимости от параметра mж/Vcв (тж - масса поступившей в помещение ЛВЖ) при значении Z = 0,3, при условии полного испарения с поверхности разлива (менее площади помещения), температуре tp = 45 °С и отсутствии подвижности воздуха в помещении может быть определено по номограмме (рис. 26) или рассчитано при указанных условиях и для различных значений гемпературы tp по следующим формулам: - для ацетона при tp = 20 °С ΔР = 338,4 · (mж/Vcв); (31) при tp = 25 °С ΔР = 404,1 · (mж/Vcв); (32) при tp = 30 °С ΔР = 410,9 · (mж/Vcв); (33) при tp = 35 °С ΔР = 417,7 · (mж/Vcв); (34) при tp = 40 °С ΔР = 424,5 · (mж/Vcв); (35) при tp = 45 °С ΔР = 431,3 · (mж/Vcв); (36) - для бензина АИ-93 зимнего при tp = 20 °С ΔР = 993,6 · (mж/Vcв); (37) при tp = 25 °С ΔР = 1010,6 · (mж/Vcв); (38) при tp = 30 °С ΔР = 1027,6 · (mж/Vcв); (39) при tp = 35 °С ΔР = 1044,6 · (mж/Vcв); (40) при tp = 40 °С ΔР = 1061,6 · (mж/Vcв); (41) при tp = 45 °С ΔР = 1078,6 · (mж/Vcв); (42) 3.17. Определяется категория помещения по взрывопожарной и пожарной опасности на основании полученного значения величины избыточного давления взрыва ΔР (кПа). Если ΔР > 5 кПа, то помещение относится к взрывопожароопасной категории А (Б). Если ΔР ≤ 5 кПа, то помещение не относится к взрывопожароопасной категории А (Б) и дальнейшее определение категории помещения в зависимости от пожароопасных свойств и количеств обращающихся в помещении веществ и материалов осуществляется в соответствии с требованиями п. 2.2 НПБ 105-95. 4. ПОРЯДОК ОПРЕДЕЛЕНИЯ И УПРОЩЕННЫЕ МЕТОДЫ РАСЧЕТА ПАРАМЕТРОВ ВЗРЫВОПОЖАРНОЙ ОПАСНОСТИ ГОРЮЧИХ ПЫЛЕЙ 4.1. В соответствии с положениями разд. 3 НПБ 105-95 [2] определяется масса взвешенной в объеме помещения горючей пыли т (кг), образовавшейся в результате аварийной ситуации. 4.2. Избыточное давление взрыва ΔР (кПа) для горючих пылей согласно п. 3.6 НПБ 105-95 при значении Z = 0,5 определяется по номограмме (рис. 27) или по формуле
где Нт - теплота сгорания вещества. МДж · кг-1. 4.3. Для горючих пылей полиэтилена, алюминия и пшеничной муки избыточное давление взрыва ΔР (кПа) согласно п. 3.6 НПБ 105-95 в зависимости от параметра m/Vcв (г · м-3) может быть определено по номограмме (рис. 28). 4.4. Определяется категория помещения по взрывопожарной и пожарной опасности на основании полученного значения величины избыточного давления взрыва ΔР (кПа). Если ΔР > 5 кПа, то помещение относится к взрывопожароопасной категории Б. Если ΔР ≤ 5 кПа, то помещение не относится к взрывопожароопасной категории Б и дальнейшее определение категории помещения в зависимости от пожароопасных свойств и количеств обращающихся в помещении веществ и материалов осуществляется в соответствии с требованиями п. 2.2 НПБ 105-95. 5. ПОРЯДОК ОПРЕДЕЛЕНИЯ И УПРОЩЕННЫЕ МЕТОДЫ РАСЧЕТА ПАРАМЕТРОВ ПОЖАРНОЙ ОПАСНОСТИ ГОРЮЧИХ ЖИДКОСТЕЙ И ТВЕРДЫХ ГОРЮЧИХ ВЕЩЕСТВ И МАТЕРИАЛОВ 5.1. Если в помещении присутствуют различные горючие вещества и материалы, то оценку пожарной опасности (категории В1 - В4) допускается проводить по веществу, имеющему наибольшую низшую теплоту сгорания 5.2. Для приближенной оценки категории используются номограммы вида G = f (S), где G - количество вещества или материала данного вида, S - площадь, на которой размещено данное вещество или материал (рис. 29). Прямые I, II, III являются графиками следующих функций: I: G = 2200 S / II: G = 1400 S / III: G = 180 S / где G выражено в кг, S - в м2, 5.3. На этой номограмме проводится вертикальная линия, отвечающая предельной площади размещения пожарной нагрузки Sпред = 0,64 · Н2 (Н - величина, определенная в п. 1 примечания к табл. 4 НПБ 105-95). 5.4. Если точка, отвечающая реальным для помещения величинам G и S, лежит ниже прямой III (точка 1), то проверяется принадлежность помещения к категории В4 по п. 1 примечания к табл. 4 НПБ 105-95. Если сформулированные там условия выполняются, помещение относится к категории В4, в противном случае - к категории В3. 5.5. Если точка лежит между прямыми II и III (I и II соответственно) - точка 2 (3) и левее прямой S = Sпpeд, то помещение относится к категории В3 (В2). Если указанные точки лежат правее прямой S = Sпpeд (точки 2 и 3 соответственно), то помещение относится к категории В2 (В1). 5.6. Если точка лежит выше прямой I (точка 4), помещение относится к категории В1. 5.7. Значения 5.8. Номограммы вида (1) для конкретных материалов, составляющих пожарную нагрузку помещений, приведены на рис. 29 - 39. Определение по ним пожароопасных категорий производится согласно процедуре, изложенной в пп. 5.1 - 5.6. 6. ТИПОВЫЕ ПРИМЕРЫ РАСЧЕТОВ КАТЕГОРИЙ ПОМЕЩЕНИЙ И ЗДАНИЙ ПО ВЗРЫВОПОЖАРНОЙ И ПОЖАРНОЙ ОПАСНОСТИ 6.1. Помещения с горючими газами Пример 1 1. Исходные данные. 1.1. Аккумуляторное помещение объемом Vп = 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 [1] в районе строительства 38 °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 зарядкой 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 зарядка 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 зарядки при обильном газовыделении и принимается равным 1 ч (Т = 3600 с). 1.3.3. За расчетную температуру принимается максимальная абсолютная температура наружного воздуха в населенном пункте (климатической зоне) согласно СНиП 2.01.01-82 [1]. 1.4. Расчет поступающего в помещение водорода при зарядке аккумуляторных батарей. 1.4.1. Масса водорода, выделившегося в одном элементе при установившемся динамическом равновесии между силой зарядного тока и количеством выделяемого газа, составляет
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 зарядки, с. 1.4.2. Объем водорода, поступающего в помещение при зарядке нескольких батарей, м3, можно определить из выражения
где ρг - плотность водорода при расчетной температуре воздуха, кг · м -3; Ii - максимальный зарядный ток i-й батареи, А; ni - количество аккумуляторов i-й батареи. Плотность водорода определяется по формуле
где М - масса одного киломоля водорода, равная 2 кг · кмоль-1; V0 - объем киломоля газа при нормальных условиях, равный 22,413 м3 · кмоль-1; α = 0,00367 град-1 - коэффициент температурного расширения газа; tp - расчетная температура воздуха, °С. Максимальная сила зарядного тока принимается по ГОСТ 825-73 "Аккумуляторы свинцовые для стационарных установок". 1.5. Стехиометрическая концентрация водорода Сст рассчитывается по формуле (3) НПБ 105-95
1.6. Плотность водорода при расчетной температуре воздуха будет равна
1.7. Объем водорода, поступающего в аккумуляторное помещение при зарядке двух батарей СК-4 и СК-1, составит
1.6. Свободный объем аккумуляторного помещения составит Vcв = 0,8 · Vп = 0,8 · 27,2 = 21,76 м3 2. Избыточное давление взрыва ΔР водорода в аккумуляторном помещении согласно формуле (2) Пособия (Vн = т/ρг) будет равно
Так как расчетное избыточное давление взрыва более 5 кПа, то аккумуляторное помещение следует относить к категории А. 3. Расчет избыточного давления взрыва водорода ΔР в аккумуляторном помещении с учетом работы аварийной вентиляции (по п. 3.7 НПБ 105-95 [2], продолжительность поступления водорода з объем помещения Т= 3600 с). 3.1. При кратности воздухообмена, создаваемого аварийной вентиляцией, равной 8 ч-1, объем водорода, поступающего в помещение, составит
Избыточное давление взрыва ΔP при этом будет равно
3.2. При оборудовании аккумуляторного помещения аварийной вентиляцией с кратностью воздухообмена А = в ч-1, отвечающей требованиям п. 3.7 НПБ 105-95, СНиП 2.04.05-91 * [3] и ПУЭ [4], допускается не относить аккумуляторное помещение к категории А. Согласно п. 2.2 и табл.1 НПБ 105-95 при расчетном давлении взрыва менее 5 кПа аккумуляторное помещение следует относить к категории В4. Пример 2 1. Исходные данные. 1.1. Пост диагностики автотранспортного предприятия для грузовых автомобилей, работающих на сжатом природном газе. Объем помещения Vп = 300 м3 Свободный объем помещения Vсв = 0,8 · Vп = 0,8 · 300 = 240 м3. Объем баллона со сжатым природным газом V = 50 л = 0,05 м3. Давление в баллоне P1 = 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 ΔР 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 в данном районе (Москва) согласно СНиП 2.01.01-82 tр = 37 °С. Плотность метана при tp = 37 °С
3. Масса поступившего в помещение при расчетной аварии метана т определяется по формулам (6) и (7) НПБ 105-95: Va = 0,01 · 2 · 104 · 0,05 = 10м3; m =10 · 0,6301 = 6,301 кг. 4. Избыточное давление взрыва ΔР, определенное по формуле (9) или номограмме (рис. 19) Пособия, составит ΔР = 2,36 · 103 · 6,301/240 = 62 кПа. По номограмме при m/Vcв · 104 = 6,301/240 · 104 = 262,5 ΔР > 12кПа. 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 P1 = 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 °С. Время автоматического отключения по паспортным данным Та = 3 с. Расход газа в трубопроводе q = 0,06 м3 · с-1. Размеры помещения LxSxH = 15,81 х 15,81 х 6 м. Объем помещения Vп = 1500 м3. Свободный объем помещения Vcв=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 СНКПР = 4,1 % (об.). Стехиометрическая концентрация водорода Сст = 29,24 % (об.). Максимальное давление взрыва водорода Рmах = 730 кПа. Тетрахлорид кремния - негорючее вещество. Образующиеся в результате химической реакции вещества - негорючие. 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 в данном районе (г. Воронеж) согласно СНиП 2.01.01-82 tp=41 °С. Плотность водорода при tp = 41 °С
Расчетное время отключения трубопровода по п. 3.2 в) НПБ 105-95 Та = 120 с. 3. Масса поступившего в помещение при расчетной аварии водорода т определяется по формулам (6) - (10) НПБ 105-95: Va = 0,01 · 200 · 0,09 = 0,18 м3; V1т = 0,06 · 120 = 7,2 м3; V2т = 0,01 · 3,14 · 300 · 0,012 · 15 = 0,014 м3; Vт = 7,2 + 0,014 = 7,214 м3; m = (0,18+7,214) · 0,0782 = 0,5782 кг. 4. Определение коэффициента участия водорода во взрыве Z проводим в соответствии с приложением НПБ 105-95. 4.1. Средняя концентрация водорода в помещении Cср составит
Сср = 0,62 % (об.) < 0,5 · СНКПР = 0,5 · 4,1 = 2,05 % (об.), следовательно, можно определить значение коэффициента участия водорода во взрыве Z расчетным методом. 4.2. Значение предэкспоненциального множителя С0 составит
4.3. Расстояния ХНКПР, уНКПР и ZНКПР составят:
4.4. Расчетное значение коэффициента Z будет равно
5. Избыточное давление взрыва ΔР согласно формуле (1) НПБ 105-95 составит
6. Расчетное избыточное давление взрыва менее 5 кПа. Помещение участка наращивания кремния не относится к категории А. Согласно п. 2.2 и табл. 1 НПБ 105-95 при расчетном давлении взрыва менее 5 кПа данное помещение следует относить к категории В4. 6.2. Помещения с легковоспламеняющимися жидкостями Пример 4 1. Исходные данные. 1.1. Помещение складирования ацетона. В помещении хранится десять бочек с ацетоном, каждая объемом по Vа = 80 л = 0,08 м3. Размеры помещения LxSxH = 12 х 6 х 6 м. Объем помещения Vп = 432 м3. Свободный объем помещения Vcв = 0,8 · 432 = 345,6 м3. Площадь помещения F = 72 м2 1.2. Молярная масса ацетона М = 58,08 кг · кмоль-1. Константы уравнения Антуана: А=6,37551; В = 1281,721; СА = 237,088. Химическая формула ацетона С3Н6О. Плотность ацетона (жидкости) ρж = 790,8 кг · м-3. Температура вспышки ацетона tвсп = -18 °С. 2. Обоснование расчетного варианта аварии. При определении избыточного давления взрыва в качестве расчетного варианта аварии принимается разгерметизация одной бочки и разлив ацетона по полу помещения, исходя из расчета, что 1 л ацетона разливается на 1 м2 пола помещения. За расчетную температуру принимается абсолютная температура воздуха в данном районе (г. Мурманск) согласно СНиП 2.01.01-82 tp = 32 °С. 3. Определение параметров взрывопожарной опасности проводим с использованием номограмм Пособия. 3.1. В соответствии с рис. 2 Пособия для tp = 32 °С определяется значение параметра хt=0,896. 3.2. Рассчитывается значение параметра М · хt = 58,08 · 0,896 = 52,0. 3.3. Согласно рис. 6 Пособия для значения параметра М · xt = 52,0 определяется значение плотности паров ацетона при расчетной температуре ρп = 2,32 кг · м-3 (расчетное 3.4. Рассчитывается значение параметра tp + СА = 32 + 237,088 ≈ 270 (269,088). 3.5. Согласно рис. 7 Пособия для значения параметров tp + СА = 270 и Вх = 1000 определяется значение параметра Искомое значение параметра хв = (1281,721/1000) · 3,7 ≈ 4,7 (4,724). 3.6. Согласно рис. 8 Пособия для значения параметров хв = 4,7 и А = 6,4 (6,37551) определяется значение параметра IgРН = 1,68. 3.7. Согласно рис. 9 Пособия для значения параметра IgРН = 1,68 определяется значение давления насыщенных паров ацетона РН ш 47 кПа (IgРН = 6,37551 - 1281,7217(32 + 237,088) = = 1,612306, откуда расчетное значение РН = 40,95 кПа). Следовательно, графическое определение при больших значениях давления насыщенных паров ацетона РН дает довольно завышенные значения с определенным запасом по сравнению с расчетом по формуле Антуана. 3.8. Согласно рис. 11 Пособия для значения молярной массы ацетона М = 58 (58,08) определяем значение параметра хη = 10-3 · η · 3.9. Согласно рис. 15 Пособия для значения параметра хη = 0,36 определяем значение интенсивности испарения ацетона W = 3,6 · 10-4 кг · м-2 · с-1 (расчетное значение W = 10-6 · 4. Расчетная площадь разлива содержимого одной бочкг. ацетона составляет Fи = 1,0 · Va = 1,0 · 80 = 80 м2. Поскольку площадь помещения F = 72 м2 меньше рассчитанной площади разлива ацетона Fи= 30 м2, то окончательнопринимаем Fи = F = 72 м2. 5. Масса паров ацетона, поступивших в помещение, т рассчитывается по формуле (12) НПБ 105-95 m = 3,6 · 10-4 · 72 · 3600 = 93,312 кг. Масса разлившегося ацетона mп составляет тп = Va · ρж = 0,08 · 790,8 = 63,264 кг. Поэтому принимаем, что при расчетной аварийной ситуации испаряется вся масса разлившегося из бочки ацетона, т. е. m = тп = 63,264 кг. Для расчетного значения W = 3,1208 · 10-4 кг · м-2 · с-1 масса паров ацетона, поступивших в помещение, составит m = 3,1208 · 10-4 · 72 · 3600 = 80,891 кг. В этом случае также испарится только масса разлившегося ацетона и m = mп = 63,264 кг. 6. Рассчитаем параметр:
7. Избыточное давление взрыва ΔР согласно формуле (20) или номограмме (рис, 21) Пособия будет равно ΔР = 959,3 · 63,264/(345,6 · 2,3190) = 75,7 кПа. По номограмме при 8. Расчетное избыточное давление взрыва превышает 5 кПа, следовательно, помещение складирования ацетона относится к категории А. Пример 5 1. Исходные данные. 1.1. Помещение промежуточного топливного бака резервной дизельной электростанции унифицированной компоновки. В помещении находится топливный бак с дизельным топливом марки "3" (ГОСТ 305-82) объемом Va = 6,3 м3 Размеры помещения LxSxH = 4,0 х 4,0 х 3,6 м. Объем помещения Vп = 57,6 м3 Свободный объем помещения Vcв = 0,8 · 57,6 = 46,08 м3 Площадь помещения F = 16 м2. Суммарная длина трубопроводов диаметром d1 = 57 мм = 0,057 м (r1=0,0285 м), ограниченная задвижками (ручными), установленными на подводящем и отводящем участках трубопроводов, составляет l1 = 10 м. Расход дизельного топлива в трубопроводах q = 1,5 л · с-1 = 0,0015 м3 · с-1. 1.2. Молярная масса дизельного топлива марки "3" М = 172,3 кг · кмоль-1. Брутто-формула C12,343H12,889. Плотность жидкости при температуре t = 25 °С ρж = 804 кг · м-3. Константы уравнения Антуана: А = 5,07828; В = 1255,73; СА = 199,523. Температура вспышки tвсп > 40 °С. Теплота сгорания Нт = 2. Обоснование расчетного варианта аварии. При определении избыточного давления взрыва в качестве расчетного варианта аварии принимается разгерметизация топливного бака и выход из него и подводящих и отводящих трубопроводов дизельного топлива в объем помещения. За расчетную температуру принимается максимальная абсолютная температура воздуха согласно СНиП 2.01.01-82 в данном районе (г.Благовещенск) tр = 41 °С. Плотность паров дизельного топлива при tр = 41 °С
Расчетное время отключения трубопроводов по п. 3.2 в) НПБ 105-95 Та = 300 с, длительность испарения по п. 3.2 е) НПБ 105-95 Т= 3600 с. 3. Объем Vж и площадь разлива Fи поступившего при расчетной аварии дизельного топлива определяются в соответствии с положениями п. 3.2 НПБ 105-95: Vж = Va + q · Та + π · Fи = 1,0 · 6776 = 6776 м2 Поскольку площадь помещения F = 16 м2 меньше рассчитанной площади разлива дизельного топлива Fи = 6776 м2, то окончательно принимаем Fи = F = 16 м2 4. Определяем давление насыщенных паров дизельного топлива РН при расчетной температуре tр = 41 °С: IgРН = 5,07828 - 1255,73 / (199,523 + 41)= - 0,142551 РН = 0,72 кПа. 5. Интенсивность испарения дизельного топлива W составит W = 10-6 · 1,0 · 6. Масса паров дизельного топлива, поступивших в помещение, будет равна m = 9,45 · 10-6 · 16 · 3600 = 0,5443 кг. 7. Определение коэффициента участия паров дизельного топлива во взрыве Z проводим в соответствии с пп. 1,2 приложения НПБ 105-95. 7.1. Средняя концентрация паров дизельного топлива Сср в помещении составит
Сср = 0,18 % (об.) < 0,5 · СНКПР = 0,5 · 0,6 = 0,3 % (об.), следовательно, можно определить значение коэффициента Z расчетным методом. 7.2. Значение Сн будет равно Сн = 100 · 0,72/101 = 0,71 % (об.). 7.3. Значение стехиометрической концентрации паров дизельного топлива Сст согласно формуле (3) НПБ 105-95 исходя из химической брутто-формулы дизельного топлива составит β = 12,343 + 23,889/4 = 18,32; Сст = 100/(1 + 4,84 · 18,32) = 1,12 % (об.). 7.4. Значение параметра С* будет равно С* = 1,19 · 1,12 = 2,13% (об.). 7.5. Поскольку Сн = 0,71 % < С* = 2,13 % (об.), то рассчитываем значение параметра X: Х = Сн/С* = 0,71/2,13 = 0,33. 7.6. Согласно номограмме чертежа (п. 2) приложения НПБ 105-95 при значении Х = 0,33 определяем значение коэффициента участия паров дизельного топлива во взрыве (Z = 0). 8. Избыточное давление взрыва ΔР согласно формуле (1) НПБ 105-95 составит
9. Расчетное избыточное давление взрыва менее 5 кПа. Помещение промежуточного топливного бака резервной дизельной электростанции унифицированной компоновки не относится к категориям А и Б. Согласно п. 2.2 и табл. 1 НПБ 105-95 проведем проверку принадлежности помещения к категориям В1 - В4. 10. В соответствии с п. 3.20 НПБ 105-95 определим пожарную нагрузку Q и удельную пожарную нагрузку g: G = Vж · ρж = 6,776 · 804 = 5448 кг; Q = G · S = F = 16 м2;
11. Удельная пожарная нагрузка более 2200 МДж · м-2. Помещение промежуточного топливного бака резервной дизельной электростанции унифицированной компоновки согласно табл. 4 НПБ 105-95 относится к категории В1. Пример 6 1. Исходные данные. 1.1. Помещение сушильно-пропиточного отделения электромашинного цеха. В помещении находится два бака для покрытия лаком БТ-99 полюсных катушек способом окунания с подводящими и отводящими трубопроводами. Размеры помещения LхSxH = 32 х 10 х 8 м. Объем помещения Vп = 2560 м3. Свободный объем помещения Vсв = 0,8 · 2560 = 2048 м3. Площадь помещения F = 320 м2 Объем каждого бака Vaп = 0,5 м3. Степень заполнения бака лаком ε = 0,9. Объем лака в баке Va = ε · Vaп = 0,9 - 0,5 = 0,45 м3. Длина и диаметр подводящего (напорного) трубопровода между баком и насосом L1 = 10 м и d1 = 25 мм = 0,025 м соответственно. Длина и диаметр отводящего трубопровода между задвижкой и баком L2 = 10 м и (d2 = 40 мм = 0,04 м соответственно. Производительность насоса q = 6,5 · 10-5 м3 · с-1. Время отключения насоса Та = 300 с. В каждый бак попеременно загружается и выгружается единовременно по 10 шт. полюсных катушек, размещаемых в корзине. Открытое зеркало испарения каждого бака Fемк = 1,54 м2. Общая поверхность 10 свежеокрашенных полюсных катушек Fсв.окр = 6,28 м. 1.2. В лаке БТ-99 (ГОСТ 8017-74) в виде растворителей содержится 46 % (масс.) ксилола и 2 % (масс.) уайт-спирита. В общей массе растворителей содержится φ1 = 95,83 % (масс.) ксилола и φ2 = 4,17 % (масс.) уайт-спирита. Плотность лака БТ-99 ρж = 953 кг · м-3. Молярная масса ксилола М = 106,17 кг · кмоль-1, уайт-спирита 147,3 кг · кмоль-1. Химическая формула ксилола С8Н10, уайт-спирита C10,5 H21,0. Плотность жидкости ксилола ρж = 855 кг · м-3, уайт-спирита 760 кг · м-3. Температура вспышки ксилола tвсп = 29 °С, уайт-спирита 33 °С. Нижний концентрационный предел распространения пламени ксилола СНКПР = 1,1 % (об.), уайт-спирита 0,7 % (об.). Теплота сгорания ксилола Нт = 2. Обоснование расчетного варианта аварии. При определении избыточного давления взрыва в качестве расчетного варианта аварии принимается разгерметизация одного бака с лаком для покрытия полюсных катушек способом окунания и утечка лака из напорного и отводящего трубопроводов при работающем насосе с последующим разливом лака на пол помещения. Происходит испарение ксилола и уайт-спирита с поверхности разлившегося лака, а также с открытой поверхности второго бака и с поверхности выгружаемых покрытых лаком полюсных катушек (10 шт.). За расчетную температуру принимается максимальная абсолютная температура воздуха в данном районе (Мссква) согласно СНиП 2.01.01-82 tp = 37 °С. Плотность паров при tp = 37 °С: ксилола уайт-спирита Расчетное время отключения трубопроводов и насоса по п. 3.2 в) НПБ 105-95 Та = 300 с, длительность испарения по п. 3.2 е) НПБ 105-95 Т =3600 с. 3. Объем Vж, площадь разлива поступившего в помещение при расчетной аварии лака Fp и площадь испарения Fи определяются в соответствии с положениями п. 3.2 НПБ 105-95: Vж = Va + q · Ta + = 0,45 + 6,5 · 10-5 · 300 + 0,785 · (0,0252 · 10 + 0,042 · 10) = 0,487 м3 = 487 л; Fp = 0,5 · 487 = 243,5 м2; Fи = Fp + Fемк + Fcв.oкp = 243,5 + 1,54 + 6,28 = 251,3 м2 4. Определяем давление насыщенных паров ксилола и уайт-спирита РН при расчетной температуре tp = 37 °С: - для ксилола
РН = 2,755 кПа; - для уайт-спирита
РН = 0,964кПа. 5. Интенсивность испарения растворителя W составит; - по ксилолу W = 10-6 · 1,0 · - по уай т-спириту W = 10-6 · 1,0 · 6. В соответствии с положениями пп.1.4 и 3.1 НПБ 1U5-95 определяем массу паров, поступивших в помещение, т по наиболее опасному компоненту - ксилолу т = 2,8387. 10-5 · 251,3 · 3600 = 25,6812 кг. 7. Определение коэффициента участия паров растворителя во взрыве Z проводим в соответствии с пп. 1 и 2 приложения НПБ 105-95, принимая значения расчетных параметров по ксилолу либо уайт-спириту, наиболее опасные в отношении последствий взрыва. 7.1. Средняя концентрация паров растворителя в помещении Сcр составит
Сср = 0,30 % (об.) < 0,5 · СНКПР = 0,5 · 0,7 = 0,35 % (об.), следовательно, можно определить значение коэффициента Z расчетным методом. 7.2. Значение СН будет равно СН = 100 · (2,755 / 101) = 2,73 % (об.). 7.3. Значение С0 будет равно
7.4. Расстояния ХНКПР, УНКПР, ZHKПP составят:
7.5. Коэффициент Z согласно формуле (2) приложения НПБ 105-95 составит
8. Значение стехиометрической концентрации Сст согласно формуле (3) НПБ 105-95 составит: - для ксилола
- для уайт-спирита
9. Избыточное давление взрыва ΔР согласно формуле (1) НПБ 105-95 составит
10. Расчетное избыточное давление взрыва превышает 5 кПа, следовательно, помещение сушильно-пропиточного отделения электромашинного цеха относится к категории Б. 11. Расчет избыточного давления взрыва ΔР в помещении сушильно-пропиточного отделения электромашинного цеха с учетом работы аварийной вентиляции (по п. 3.7 НПБ 105-95). Рассматривается случай при кратности обмена аварийной вентиляции А = 6ч-1. 11.1. При кратности воздухообмена А, создаваемого аварийной вентиляцией, равной 6 ч-1 = 1,6667 · 10-3 с-1, согласно п. 3.9 Пособия скорость движения воздуха в помещении составит U = А · L = 7,6667 · 10-3 · 32 = 0,05 м · с-1. 11.2. Интенсивность испарения растворителя W (по ксилолу) при скорости воздушного потока в помещении U = 0,05 м · с-1 (с некоторым запасом коэффициент η = 1,6 в соответствии с табл. 3 НПБ 105-95) будет равна W =10-6 · 1,6 · 11.3. Масса поступивших в помещение паров растворителя (по ксилолу) mи составит mи = 4,5420 · 10-5 · 251,3 · 3600 = 41,0906 кг. 11.4. Масса находящихся в помещении паров растворителя m при учете работы аварийной вентиляции в соответствии с п. 3.7 НПБ 105-95 будет равна
11.5. Средняя концентрация паров растворителя в помещении Сср составит
Сср = 0,07 % (об.) < 0,5 · СНКПР = 0,5 · 0,7 = 0,35 % (об.), следовательно, можно определить значение коэффициента участия паров растворителя во взрыве Z расчетным методом. 11.6. Значение С0 будет равно
11.7. Расстояния ХНКПР, УНКПР, ZHKHP составят:
ХНКПР, УНКПР, ZНКПР согласно п. 3 приложения НПБ 105-95 принимаются равными 0, поскольку логарифмы указанных в формулах сомножителей дают отрицательные значения. Следовательно, исходя из формулы (1) приложения НПБ 105-95, коэффициент участия паров растворителя Z = 0. Подставляя в формулу (1) НПБ 105-95 значение коэффициента Z = 0 получим избыточное давление взрыва ΔР = 0 кПа. 11.8. Расчетное избыточное давление взрыва меньше 5 кПа, следовательно, помещение сушильно-пропиточного отделения электромашинного цеха при оснащении его аварийной вентиляцией кратностью воздухообмена А = 6 ч-1 (в соответствии с требованиями п. 3.7 НПБ 105-95) не относится к категориям А и Б. Согласно п. 2.2 и табл. 1 НПБ 105-95 проведем проверку принадлежности помещения к категориям В1 - В4. 11.9. В соответствии с п. 3.20 НПБ 105-95 определим пожарную нагрузку Q и удельную пожарную нагрузку g: G = 2 · Vа · ρж = 2 · 0,45 · 855 = 769,5 кг; Q = G · S = 2 · Fемк = 1,54 · 2 = 3,08 м2 (согласно п. 3.20 НПБ 105-95 принимаем S = 10 м2); g = Q / S = 33835/10 = 3383,5 МДж · м-2. 11.10. Удельная пожарная нагрузка более 2200 МДж · м-2. Помещение сушильно-пропиточного отделения электромашинного цеха при оснащении его аварийной вентиляцией с кратностью воздухообмена А = 6 ч-1 (в соответствии с требованиями п. 3.7 НПБ 105-95) согласно табл. 4 НПБ 105-95 относится к категории В1. 6.3. Помещения с горючими пылями Пример 7 1. Исходные данные. 1.1. Производственное помещение, где осуществляется фасовка пакетов с сухим растворимым напитком, имеет следующие габариты: высота - 8м, длина - 30 м, ширина - 10 м. Свободный объем помещения составляет Vcв = 0,8 · 8 · 30 · 10 = 1920 м3. В помещении расположен смеситель, представляющий собой цилиндрическую емкость со встроенным шнекообразным устройством равномерного перемешивания порошкообразных компонентов напитка, загружаемых через расположенное сверху входное отверстие. Единовременная загрузка дисперсного материала в смеситель составляет maп = т = 300 кг. Основным компонентом порошкообразной смеси является сахар (более 95 % (масс.)), который представляет наибольшую пожаровзрывоопасность. Подготовленная в смесителе порошкообразная смесь подается в аппараты фасовки, где производится дозирование (по 30 г) сухого напитка в полиэтиленовые упаковки. Значительное количество пылеобразного материала в смесителе и частая пылеуборка в помещении позволяет при обосновании расчетного варианта аварии пренебречь пылеотложениями на полу, стенах и других поверхностях. 1.2. Расчет категории помещения производится для сахарной пыли, которая представлена в подавляющем количестве по отношению к другим компонентам сухого напитка. Теплота сгорания пыли Нт = 16477 кДж · кг -1 = 1,65 · 107 Дж · кг-1. Распределение пыли по дисперсности представлено в таблице.
Критический размер частиц взрывоопасной взвеси сахарной пыли d* = 200 мкм. 2. Обоснование расчетного варианта аварии. Аварийная ситуация, которая сопровождается наибольшим выбросом горючего материала в объем помещения, связана с разгерметизацией смесителя, как емкости, содержащей наибольшее количество горючего материала. Процесс разгерметизации может быть связан со взрывом взвеси в смесителе: в процессе перемешивания в объеме смесителя создается взрывоопасная смесь горючего порошка с воздухом, зажигание которой возможно разрядом статического электричества или посторонним металлическим предметом, попавшим в аппарат при загрузке исходных компонентов; затирание примесного материала между шнеком и корпусом смесителя приводит к его разогреву до температур, достаточных для зажигания пылевоздушной смеси. Взрыв пыли в объеме смесителя вызывает ее выброс в объем помещения и вторичный взрыв. Отнесение помещения к категории Б зависит от величины расчетного избыточного давления взрыва. 3. Расчет избыточного давления взрыва ΔР производится по формуле (4) НПБ 105-95, где коэффициент участия пыли во взрыве Z рассчитывается по формуле (14) НПБ 105-95 (для d≤200 мкм F = 10 % = 0,1) и составляет Z = 0,5 · F = 0,5 · 0,1 = 0,05. По формуле (43) Пособия получаем
4. Расчетное избыточное давление взрыва превышает 5 кПа, следовательно, помещение фасовки пакетов с сухим растворимым напитком относится к категории Б. Пример 8 1. Исходные данные. 1.1. Складское помещение мукомольного комбината для хранения муки в бумажной таре по 5 кг. Свободный объем помещения Vсв = 500 м3 Значительное количество мелкодисперсной муки в таре по отношению к объему помещения и ежесменная пылеуборка в помещении позволяют пренебречь пылеотложениями на полу, стенах и других поверхностях. 1.2. Единственным взрывопожароопасным веществом в помещении является мука: мелкодисперсный продукт (дисперсность менее 100 мкм). Теплота сгорания Нт = 18000 кДж·кг-1. Критический размер частиц взрывоопасной взвеси мучной пыли d* = 250 мкм. 2. Обоснование расчетного варианта аварии. Аварийная ситуация с образованием пылевоздушного облака может быть связана с разрывом тары одного из пакетов с мукой, в результате которого его содержимое (5 кг) образует взрывоопасную взвесь. 3. Определение избыточного давления взрыва ΔР по номограмме (рис. 28 Пособия). Коэффициент участия пыли во взрыве Z согласно п. 3.12 НПБ 105-95 составляет 0,5. Определение избыточного давления взрыва может быть произведено по номограмме (рис. 28 Пособия) с учетом значения теплоты сгорания. Параметр m / Vcв = 5 / 500 = 0,01 кг·м-3 = 10 г·м-3. Отсюда по номограмме (Нт = 18 000 кДж · кг -1) получаем ΔР > 8,0 кПа. 4. Расчетное избыточное давление взрыва превышает 5 кПа, следовательно, складское помещение мукомольного комбината относится к категории Б. 6.4. Помещения с горючими жидкостями При определении категории помещений в нижеприведенных примерах учитываются следующие положения НПБ 105-95: - в качестве расчетного выбирался наиболее неблагоприятный вариант аварии, при котором участвует аппарат, имеющий наибольшую пожарную нагрузку (п. 3.1); - в процессе аварии все содержимое аппарата поступает в помещение и образует пожарную нагрузку (п. 3.2); - площадь пожарной нагрузки определяется с учетом особенностей технологии, под площадью пожарной нагрузки понимается площадь разлива ГЖ из агрегата, ограниченная бортиками, поддонами, сливными емкостями и др. Пример 9 Цех разделения, компрессии воздуха и компрессии продуктов разделения воздуха. Машинное отделение. В помещении находятся горючие вещества (турбинные, индустриальные и другие масла с температурой вспышки выше 61 °С), которые обращаются в центробежных и поршневых компрессорах. Количество масла в компрессоре составляет 15 кг. Количество компрессоров 5. Определим категорию помещения для наименее опасного случая, когда количество масла в каждом из компрессоров составляет 15 кг, а другая пожарная нагрузка отсутствует. В соответствии с п. 3.20 НПБ 105-95 пожарная нагрузка определяется из соотношения
где Gi - количество i-го материала пожарной нагрузки, кг; Низшая теплота сгорания для турбинного масла составляет 41,87 МДж · кг -1. Пожарная нагрузка будет равна Q = 15 · 41,87 =628 МДж. Согласно технологическим условиям площадь размещения пожарной нагрузки составляет 6 - 8 м2. В соответствии с п. 3.20 НПБ 105-95 принимаем площадь размещения пожарной нагрузки S = 10 м2. Удельная пожарная нагрузка составит g = Q / S = 628 / 10 = 62,8 МДж · м-2 В соответствии с табл. 4 НПБ 105-95 помещения с данной удельной пожарной нагрузкой могут быть отнесены к категории В4 (g ≤ 180 МДж · м-2) при условии, что способ ее размещения удовлетворяет необходимым требованиям, изложенным в примечании 1. Для пожарной нагрузки, состоящей из ЛВЖ и ГЖ, расстояния между участками разлива пожарной нагрузки должны быть больше предельных. В помещении минимальное расстояние от поверхности пожарной нагрузки до нижнего пояса ферм Н составляет около 9 м. При этих условиях (Н < 11 м) предельное расстояние Iпр должно удовлетворять неравенству Iпр > 26 - Н или при Н = 9 м Iпр > 17 м. Поскольку данное условие для машинных отделений не выполнимо (расстояния между агрегатами не более 6 м), эти помещения следует отнести к категории В3. В соответствии с табл. 4 НПБ 105-95 проведем проверку соответствия этого помещения категории В3 по примечанию 2. Определим, выполняется ли условие Q ≥ 0,64 · g · H2 После подстановки численных значений получим 0,64 · g · Н2 = 0,64 · 62,8 · 92 = 3255,6 МДж. Так как Q = 628 МДж и условие Q ≥ 3255,6 МДж не выполняется, помещение следует отнести к категории В3. Определим категорию помещения с помощью номограмм. Согласно процедуре определения категории помещения, схематически представленной на номограмме рис. 29 Пособия, воспользуемся номограммой на рис. 30 Пособия для данного конкретного случая. Значение предельной площади размещения пожарной нагрузки вычисляем из соотношения 0,64 · Н2 = 0,64 · 92 = 51,84 м2. Точка пересечения значений массы горючего материала и S = 10 м2 лежит на данной номограмме в области категории В3 левее прямой S = 51,84 м2, поэтому данное помещение относится к категории В3. Пример 10 Определим категорию помещения для другого случая, когда количество масла в одном из компрессоров (имеющем наибольшее количество масла) составляет 1200 кг. В соответствии с п. 3.20 НПБ 105-95 пожарная нагрузка будет равна Q = 1200 · 41,87 = 50244 МДж. Согласно технологическим условиям площадь размещения пожарной нагрузки будет составлять 30 м2 В соответствии с п. 3.20 НПБ 105-95 принимаем площадь размещения пожарной нагрузки S = 30 м2. Удельная пожарная нагрузка составит g = Q / S = 50244 / 30 = 1674,8 МДж · м -2 В соответствии с табл. 4 НПБ 105-95 помещения с данной удельной пожарной нагрузкой могут быть отнесены к категории В2 при условии, что способ ее размещения удовлетворяет необходимым требованиям, изложенным в примечании 2. В данном помещении минимальное расстояние от поверхности пожарной нагрузки до покрытия Н составляет около 6,5 м. Определим, выполняется ли условие Q ≥ 0,64 · g · Н2. После подстановки численных значений получим 0,64 · g · Н2 = 0,64 · 1674,8 · 6,52 = 45286,6 МДж. Так как Q = 50244 МДж и условие Q ≥ 45286,6 МДж выполняется, помещение следует отнести к категории В1. Пользуясь номограммой рис. 30 Пособия, определим, что точка пересечения значения массы горючего материала и S = 30 м2 лежит в области, соответствующей категории В2, правее прямой S = 0,64 · Н2 = 0,64 · 6,522 = 27 м2, соответствующей предельной площади размещения пожарной нагрузки. Значит, это помещение относится к категории В1. Пример 11 Определим категорию помещения, приведенного в примере 9, для другого случая, когда количество масла в одном из компрессоров (имеющем наибольшее количество масла) составляет 1200 кг. В соответствии с п. 3.20 НПБ 105-95 пожарная нагрузка будет равна Q = 1200 · 41,87 = 50244 МДж. Согласно технологическим условиям площадь размещения пожарной нагрузки составляет 26 м2. В соответствии с п. 3.20 НПБ 105-95 принимаем площадь размещения пожарной нагрузки S=26 м2. Удельная пожарная нагрузка составит g = Q / S = 50244 / 26 = 1932,5 МДж · м -2 В соответствии с табл. 4 НПБ 105-95 помещения с данной удельной пожарной нагрузкой могут быть отнесены к категории В2 при условии, что способ ее размещения удовлетворяет необходимым требованиям, изложенным в примечании 2. В данном помещении минимальное расстояние Н от поверхности пожарной нагрузки до покрытия составляет около 6,5 м. Определим, выполняется ли условие Q ≥ 0,64 · g · Н2. После подстановки численных значений получим 0,64 · g · Н2 = 0,64 · 1932,5 · 92 = 100181 МДж. Так как Q = 50244 МДж и условие Q ≥ 100181 МДж не выполняется, помещение следует отнести к категории В2. Пользуясь номограммой рис. 30 Пособия, определим, что точка пересечения значений массы горючего материала и S = 26 м2 лежит в области, соответствующей категории В2, левее прямой S = 0,64 · Н2 = 0,64 · 92 = 51,84 м2. Значит, это помещение относится к категории В2. Пример 12 Определим категорию того же помещения (пример 11) для случая, когда количество масла в одном из компрессоров (имеющем наибольшее количество масла) составляет 7000 кг. В соответствии с п. 3.20 НПБ 105-95 пожарная нагрузка будет равна Q = 7000 · 41,87 = 293090 МДж. Согласно технологическим условиям площадь размещения пожарной нагрузки составляет 130 м2. В соответствии с п. 3.20 НПБ 105-95 принимаем площадь размещения пожарной нагрузки S = 130 м2. Удельная пожарная нагрузка составит g = Q / S = 293090 / 130 = 2254,5 МДж · м-2. В соответствии с табл. 4 НПБ 105-95 помещение с данной удельной пожарной нагрузкой следует отнести к категории В1. Этот же результат определяется с помощью номограммы рис. 30 Пособия. 6.5. Помещения с твердыми горючими веществами и материалами Пример 13 Складское здание. Складское здание представляет собой многостеллажный склад, в котором предусмотрено хранение на металлических стеллажах негорючих материалов в картонных коробках. В каждом из десяти рядов стеллажей содержится десять ярусов, шестнадцать отсеков, в которых хранится по три картонные коробки весом 1 кг каждая. Верхняя отметка хранения картонной тары на стеллажах составляет 5 м, а высота нижнего пояса до отметки пола 7,2 м. Длина стеллажа составляет 48 м, ширина 1,2 м, расстояние между рядами стеллажей - 2,8 м. Согласно исходным данным площадь размещения пожарной нагрузки в каждом ряду составляет 57,6 м2. Определим полное количество горючего материала (картон) в каждом ряду стеллажей: 10 ярусов · 16 отсеков · 3 коробки · 1 кг = 480 кг. Низшая теплота сгорания для картона составляет 13,4 МДж · кг-1. Пожарная нагрузка будет равна Q = 480 · 13,4 = 6432 МДж. Удельная пожарная нагрузка составит g = Q / S = 6432 / 57,6 = 111,7 МДж · м 2 Это значение соответствует категории В4. Однако площадь размещения пожарной нагрузки превышает 10 м2. Поэтому к категории В4 данное помещение отнести нельзя. В соответствии с табл. 4 НПБ 105-95 помещение может быть отнесено к категории 83 при условии, что способ размещения пожарной нагрузки удовлетворяет необходимым требованиям, изложенным в примечании 2. В данном помещении минимальное расстояние от поверхности пожарной нагрузки до покрытия Н составляет около 2,2 м. Определим, выполняется ли условие Q ≥ 0,64 · g · Н2 После подстановки численных значений получим 0,64 · g · Н2 = 0,64 · 111,7 · 2,22 = 346 МДж. Так как Q = 6432 МДж и условие Q ≥ 346 МДж выполняется, помещение следует отнести к категории В2. Пользуясь номограммой рис. 38 Пособия, определим, что точка пересечения значений массы горючего материала и S = 57,6 м2 лежит в области, соответствующей категории В3, правее прямой S = 0,64 · H2 = 0,64 · 2,22 = 3,1 м2 (предельная площадь размещения пожарной нагрузки). Значит, это помещение относится к категории В2. Пример 14 Производственная лаборатория. В помещении лаборатории находятся: шкаф вытяжной химический, стол для микроаналитических весов, два стула. В лаборатории можно выделить один участок площадью 10 м2, на котором расположены стол и два стула, выполненные из дерева. Общая масса древесины на этом участке составляет около 47 кг. Низшая теплота сгорания для древесины составляет 13,8 МДж · кг-1 Пожарная нагрузка будет равна Q = 13,8 · 47 = 648,6 МДж. Площадь размещения пожарной нагрузки составляет 2,5 м2. В соответствии с п. 3.20 НПБ 105-95 принимаем площадь размещения пожарной нагрузки S = 10 м2. Удельная пожарная нагрузка составит g = Q / S = 648,6 / 10 = 64,9 МДж м -2. В соответствии с табл. 4 НПБ 105-95 помещения с данной удельной пожарной нагрузкой следует отнести к категории В4. Поскольку в помещении лаборатории нет других участков с пожарной нагрузкой, помещение относится к категории В4. Пример 15 Помещение гаража. Основную пожарную нагрузку автомобиля составляет резина, топливо, смазочные масла, искусственные полимерные материалы. Среднее значение количества этих материалов для грузового автомобиля следующее: резина - 118,4 кг, дизельное топливо - 120 кг, смазочные масла - 18 кг, пенополиуретан - 4 кг, полиэтилен -1,8 кг, полихлорвинил - 2,6 кг, картон - 2,5 кг, искусственная кожа - 9 кг. Общая масса горючих материалов 276,3 кг. Как показано выше в примере 5, для дизельного топлива ΔР = 0, т. е. помещение не относится к категориям А и Б Низшая теплота сгорания составляет: для смазочного масла - 41,87 МДж · кг-1, резины - 33,52 МДж · кг-1, дизельного топлива - 43,59 МДж · кг-1, пенополиуретана - 24,3 МДж · кг-1, полиэтилена - 47,14 МДж · кг-1, полихлорвинила - 14,31 МДж · кг-1, картона 13,4 МДж · кг-1, искусственной кожи - 17,76 МДж · кг-1. Пожарная нагрузка будет равна Q = 18 · 41,87 + 118,4 · 33,52 + 120 · 43,59 + 4 · 24,3 + 1,8 · 47,14 + 2,5 · 13,4 + 9 · 17,76 + + 2,6 · 14,31 = 10365,8 МДж. Минимальное расстояние от поверхности пожарной нагрузки до покрытия Н составляет 6 м. Площадь размещения пожарной нагрузки S = 10 м2. Удельная пожарная нагрузка составит g = Q / S = 10365,8 / 10 = 1036,6 МДж · м-2 В соответствии с табл. 4 НПБ 105-95 помещения с данной удельной пожарной нагрузкой следует отнести к категории В3. Определим, выполняется ли условие Q ≥ 0,64 · g · H2 После подстановки численных значений получим 0,64 · g · H2 = 0,64 · 1036,6 · 62 = 23883,3 МДж. Так как Q = 10365,8 МДж и условие Q ≥ 23883,3 МДж не выполняется, помещение следует отнести к категории В3. Так как номограммы для смеси горючих материалов нет, для оценки категории данного помещения воспользуемся номограммой рис. 30 Пособия, как номограммой для веществ с наиболее близкой теплотворной способностью к рассматриваемым. Предельное значение площади размещения пожарной нагрузки составит 0,64 · Н2 = 0,64 · 62 = 23 м2 Точка пересечения значений массы горючего материала и S = 10 м2 лежит в области, соответствующей категории В3, левее прямой S = 23 м2. Следовательно, помещение относится к категории В3. 6.6. Помещения с горючими газами, легковоспламеняющимися жидкостями, горючими жидкостями, пылями, твердыми веществами и материалами Пример 16 1. Исходные данные. 1.1. Помещение малярно-сдаточного цеха тракторосборочного корпуса. В помещении цеха производится окрашивание и сушка окрашенных тракторов на двух конвейерных линиях. В сушильных камерах в качестве топлива используется природный газ. Избыток краски из окрасочных камер смывается водой в коагуляционный бассейн, из которого после отделения от воды краска удаляется по трубопроводу за пределы помещения для дальнейшей ее утилизации. 1.2. Используемые вещества и материалы: - природный газ метан (содержание 99,2 % (об.)); - грунт ГФ-0119 ГОСТ 23343-78; - эмаль МЛ-152 ГОСТ 18099-78; - сольвент ГОСТ 10214-78 или ГОСТ 1928-79 (наиболее опасный компонент в составе растворителей грунта и эмали). 1.3. Физико-химические свойства веществ и материалов [5]: Молярная масса, кг · кмоль-1; - метан - сольвент Расчетная температура tp, °C: - в помещении tп = 39 [1]; - в сушильной камере tк = 80. Плотность жидкости, кг · м-3: - сольвента Плотность газов и паров, кг · м3: - метана - сольвента Парциальное давление насыщенных паров при температуре 39 °С [5], кПа: - сольвента
Интенсивность испарения при 39 °С, кг · м2 · с-1; - сольвент Wc = 10-6 · 1.4. Пожароопасные свойства [5]: Температура вспышки, °С: - сольвент tвсп = 21. Нижний концентрационный предел распространения пламени (НКПР), % (об.): - метан - сольвент Стехиометрическая концентрация, % (об.): - метан - сольвент 1.5. Размеры помещений и параметры технологического процесса. 1.5.1. Общие размеры цеха: L = 264,7 м, S = 30,54 м, Н = 15,75 м. Объем помещения Vп = 264,7 · 30,54 · 15,75 = 127322,0 м3 1.5.2. Площадь окрасочного пролета со встроенными помещениями на отметке 0,00: Fобщ = 264,7 · 30,54 = 8083,94 м2 1.5.3. Площади встроенных помещений: - тамбур (ось В/1) F1,встр = 1,75 · 3,49 = 6,11 м2; - ПСУ (оси К-К/1) F2,встр = 1,97 · 6,61 = 13,02 м2; - помещения (оси Л/З-Р/1) F3,встр = 82,76 · 6,55 = 542,08 м2; - помещения (оси У-Х1) F4,встр = 50,04 · 6,55 = 327,76 м2; - суммарная площадь встроенных помещений: Fвстр = F1,встр + F2,встр + F3,встр + F4,встр = 6,11 + 13,02 + 542,08 + 327,76 = 888,97 м2 1.5.4. Площадь окрасочного пролета без встроенных помещений: Fоп = Fобщ - Fвстр = 8083,94 - 888,97 = 7194,97 м2. 1.5.5. Объем окрасочного пролета с площадью Fоп, и высотой Н: Vбвп = 7194,97 · 15,75 = 113320,78 м3 1.5.6. Объемы встроенных помещений на отм. 6,500: - венткамера (отм. 6,500, ось В/1, консоль): V1,встр = 1,95 · 27,05 · 9,25 = 487,91 м3; - венткамера (отм. 6,500, оси Х/Х1, консоль): V2,встр = 5,47 · 23,99 · 9,25 = 1213,83 м3; - венткамера (отм. 6,500, оси И/2-К/2): V1,встр = 23,92 · 7,27 · 9,25 - 13,02 · 9,25 = 1488,12 м3; - венткамера (отм. 6,500, оси Р/1-У): V1,встр = 5,43 · 6,55 · 9,25 = 328,99 м3; - венткамера (отм. 6,500, оси П/2-У, консоль): V5,встр = 0,72 · 27,0 · 9,25 = 179,82 м3; - суммарный объем встроенных помещений: V1-5,встр = V1,встр + V2,встр + V3,встр + V4,встр + V5,встр = 3698,67 м3. 1.5.7. Объем окрасочного пролета без объема V1-5,встр: V1 = Vбвп - V1-5,встр = 113320,78 - 3698,67 = 109622,11 м3. 1.5.8. Объемы над встроенными помещениями на отм. 12,030: - венткамеры (отм. 12,030, оси Л/3-М/1): V1,пер = 10,5 · 6,55 · 3,72= 255,84 м3; - помещения (отм. 6,500, оси М/1-М/3): V2,пep = 6,5 · 6,55 · 9,25 = 393,82 м3; - венткамеры (отм. 12,030, оси М/3-Н/1): V3,пер = 5,08 · 6,55 · 3,72 = 123 |
