Пример расчета категории А по взрывопожарной опасности

В данной статье мы рассмотрим пример расчета категории А по взрывопожарной опасности помещения, где обращаются легковоспламеняющиеся жидкости (ЛВЖ).

В помещении проектируемого производства планируется разместить склад растворителей: ацетона, уайт-спирита, растворителя 646. Ацетон и 646-й растворитель будут храниться в стеклянных бутылках, которые в свою очередь упакованы в короба из гофрокартона и лежат на металлических стеллажах. В каждом коробе хранится по 20 бутылок, в каждой бутылке по 0,5 л ацетона или растворителя 646. Уайт-спирит будет храниться в металлических бочках, в каждой бочке 200 л (160 кг) уайт-спирита. Размеры помещения: длина – 6 м, ширина – 12 м, высота – 3,5 м.

Определим категорию помещения по взрывопожарной и пожарной опасности. Для начала необходимо из справочных данных найти свойства хранящихся в помещении растворителей.

Ацетон. Легковоспламеняющаяся жидкость. Химическая формула С3Н6О. Молекулярная масса 58,08. Плотность 789-792 кг/м 3 (ГОСТ 2768). Температура вспышки в открытом тигле минус 9°С, константы уравнения Антуана: A=6,37551, B=1281,721, C=237,088. Нижний концентрационный предел распространения пламени (НКПР) 2,7% (по объему). Максимальное давление взрыва 572 кПа.

Уайт-спирит. Легковоспламеняющаяся жидкость. Представляет собой смесь органических углеводородов. Температура вспышки в открытом тигле 43°С, константы уравнения Антуана: A=7,13623, B=2218,3, C=273,15.

Растворитель 646. Легковоспламеняющаяся жидкость. Плотность 850-870 кг/м 3 . Температура вспышки в открытом тигле 6°С. Растворитель 646 представляет собой смесь органических растворителей и состоит из следующих компонентов (%, по массе): бутилацетат – 5,8, ацетон – 11,7, этанол – 17,5, изобутанол – 15, толуол – 50. Константы уравнения Антуана не известны.

Пожароопасные свойства компонентов растворителя 646 следующие.

Бутилацетат — бутиловый эфир уксусной кислоты, C6H12O2, легковоспламеняющаяся жидкость. Молекулярная масса 116,16; плотность 882,5 кг/м 3 ; уравнение Антуана lgp = 6,25205-1457,9092/(213,4965+t). Температура вспышки 29°С, НКПР 1,35%, максимальное давление взрыва 755 кПа.

Этанол, C2H6O, легковоспламеняющаяся жидкость. Молекулярная масса 46,069; плотность 789,27 кг/м 3 , уравнение Антуана: lgp = 7,81158-1665,0034/(232,1703+t. Температура вспышки 13 °С, НКПР 3,61%; максимальное давление взрыва 682 кПа.

Изобутанол (приведены данные для втор-бутанола), C4H10O, легковоспламеняющаяся жидкость. Молекулярная масса 74,123; плотность 806 кг/м 3 ; уравнение Антуана lgp = 8,220065 — 0,875097 — 1758,4722 /(229,8241 + t). Температура вспышки 24 °С; НКПР 1,81%, максимальное давление взрыва 871 кПа.

Толуол, метилбензол, фенилметан, C7H8, легковоспламеняющаяся жидкость. Молекулярная масса 92,141; плотность 866,9 кг/м 3 ; уравнение Антуана lgp = 6,95508 — 0,875097 — 1345,087 /(219,516 + t); Температура вспышки 7 °С, НКПР 1,27%, максимальное давление взрыва 634 кПа.

Итак, поскольку температура вспышки ацетона и 646-го растворителя не превышают 28°С, то необходимо произвести расчет на принадлежность помещения к категории А по взрывопожарной опасности.

В качестве расчетного варианта рассмотрим следующий. Поскольку хранение осуществляется на металлических стеллажах, то возможно падение одного из коробов на пол, например, в процессе погрузки/разгрузки. Экспериментальных данных о процентом соотношении разбивающихся при падении бутылок от их общего количества в ящике у нас нет, поэтому принимаем, что при падении ящика с бутылками, все они разобьются.

Расчет проведем по ацетону. В результате аварийной ситуации на пол прольется объем ацетона равный:

где V – общий объем растворителя, пролившегося в результате аварийно ситуации, л; n – количество бутылок в ящике; Vбут – объем растворителя в одной бутылке, л. В соответствии с п. А.1.2 г приложения А СП 12.13130.2009 определяем площадь образовавшегося пролива, при этом принимаем, что 1 л ацетона разливается на площади 1 м 2 . Итак:

где F – площадь пролива, м 2 ; α – коэффициент разлития, 1000/м; V – объем растворителя, пролившегося на пол, л.

Интенсивность испарения ацетона определяется давлением насыщенных паров при расчетной температуре. В складском помещении не планируется организовывать постоянно поддерживаемый температурный режим, поэтому в качестве расчетной температуры принимаем максимально возможную температуру в данном регионе по СНиП 23-01-99 (Строительная климатология) + 35°С.

При расчетной температуре давление насыщенных паров составит:

Интенсивность испарения зависит также от температуры окружающей среды и скоростью воздушных потоков над зеркалом жидкости и задается коэффициентами из Таблицы А.2 приложения А СП 12.13130.2009.

В нашем случае скорость воздушного потока принимается равным нулю, расчетная температура +35°С, коэффициент η=1. Интенсивность испарения W составит:

Масса паров, поступивших в помещение, составит:

Проверим, не превышает ли расчетная масса ацетона общей массы, содержащейся в бутылках.

Поскольку реальная масса меньше ацетона меньше массы расчетной, то принимаем массу ацетона, поступившую в объем помещения, равную 7,92 кг.

Плотность паров растворителя при расчетной температуре составляет:

Свободный объем помещения нам неизвестен, поэтому принимаем его равным 80% от объема помещения:

Далее определяем среднюю концентрацию паров растворителя в помещении:

Поскольку средняя концентрация больше половины нижнего концентрационного предела распространения пламени (1,35 %), то коэффициент участия горючего во взрыве принимается равным 0,3. Стехиометрический коэффициент кислорода в реакции сгорания равен:

где С, Н ,О, Х — число атомов углерода, водорода, кислорода и галогенов в молекуле горючего соответственно. Стехиометрическая концентрация паров растворителя вычисляется по формуле:

Поскольку ацетон представляет собой индивидуально вещество, состоящее из атомов углерода, водорода и кислорода (C, H, O), то для расчета избыточного давления взрыва применим формулу А.1 приложения А СП 12.13130.2009.

Избыточное давление взрыва составит:

Поскольку избыточное давление взрыва превышает 5 кПа, то помещение следует относить к категории А по взрывопожарной опасности.

Проведем расчет категории помещения при других объемно-планировочных решениях помещения (организация складирования в соседнем помещении). Пусть помещение имеет следующие размеры: длина – 24 м, ширина – 12 м, высота – 3,5 м.

Поскольку средняя концентрация меньше половины НКПР, то коэффициент участия горючего во взрыве допускается определять по приложению Д СП 12.13130.2009. В начале определяем концентрацию Сн по формуле Д.7 приложения Д СП 13130.2009:

Коэффициент участия горючего во взрыве можно определить по номограмме (рисунок Д.1 приложения).

Для этого необходимо также определить концентрацию С* по формуле:

По формуле Д.8 приложения:

Т.к. Сн>С*, то X=1 и Z=0,3.

Вновь определим избыточное давление взрыва для выбранных объемно-планировочных решений:

Т.к. избыточное давление взрыва не превышает 5 кПа, то помещение не относится к категории А по взрывопожарной опасности.

В помещении помимо ацетона хранится растворитель 646, который по своим свойствам (ЛВЖ с температурой вспышки 6°С) подпадает под критерии помещения категории А.

Рассмотрим еще один пример расчета категории А по взрывопожарной опасности.

Исходные предпосылки те же, что и для ацетона: в результате аварийной ситуации короб с бутылками растворителя падает на пол, все 20 бутылок разбиваются, растворитель разливается по полу, его пары поступают в помещение, образуя взрывоопасное паровоздушное облако.

Однако, нам не известны константы уравнения Антуана для определения давления насыщенных паров растворителя. В соответствии с п. 4.3 СП 12.13130.2009 допускается использование показателей пожарной опасности для смесей веществ и материалов по наиболее опасному компоненту.

С точки зрения интенсивности испарения наиболее опасным компонентом является ацетон, поскольку имеет наибольшее давление насыщенных паров, которое мы уже определили выше.

Испарение каждого отдельного компонента из смеси растворителей определяется по закону Рауля.

В данном случае по п.4.3 СП 12.13130.2009 при расчете интенсивности испарения за молекулярную массу примем молекулярную массу бутилацетата:

Поскольку ранее было определено, что даже при меньшей интенсивности испарения (для ацетона) вся масса поступает в помещение, то и в данном случае весь растворитель 646 поступит в виде паров в объем помещения. Масса растворителя равна:

Стехиометрический коэффициент кислорода в реакции сгорания определим уже не по наиболее опасному компоненту, по составу растворителя, с учетом процентного содержания каждого из компонентов.

Количество атомов углерода, водорода и кислорода следующие:

Стехиометрический коэффициент кислорода в реакции сгорания равен:

Стехиометрическая концентрация паров растворителя равен:

Свободный объем помещения равен:

Поскольку растворитель 646 представляет собой смесь, то определение избыточного давления взрыва следует производить уже по формуле А.4 приложения А СП 12.13130.2009. Плотность воздуха при расчетной температуре составляет:

Теплоемкость воздуха допускается принимать равной 1010 Дж/кг•К.

Осталось определить теплоту сгорания паров растворителя. Найдем ее по известным теплотам сгорания каждого из компонентов, учитывая правило аддитивности.

Итак, расчетная теплота сгорания растворителя 646 составит:

Избыточное давление взрыва составит:

Т.к. избыточное давление взрыва превышает 5 кПа, то помещение следует относить к категории А по взрывопожарной опасности.

Таким образом, даже при вновь принятых объемно-планировочных решениях склад растворителей в рассмотренном примере будет относится к категории А.

Для ухода от категории А необходимо заменить в технологическом процессе растворитель 646 на какой-либо другой, менее опасный и вновь произвести расчеты.

Допустим, мы решили отказаться от применения растворителя 646 в технологическом процессе. Однако в помещении планируется хранить уайт-спирит, температура вспышки которого более 28°С. Расчетная температура в нашем случае составляет +35°С, что больше, чем температура вспышки уайт-спирита, поэтому с учетом температуры вспышки уайт-спирита проводится расчет по отнесению помещения к категории Б по взрывопожарной опасности.

При расчетной температуре давление насыщенных паров составит:

Интенсивность испарения составит:

Площадь пролива составит:

Поскольку площадь пролива превышает площадь помещения, то за расчетную площадь пролива принимается площадь помещения, равная 72 м 2 .

Масса паров, поступивших в помещение, составит:

Плотность паров растворителя при расчетной температуре составит:

Средняя концентрация паров уайт-спирита в помещении составит:

Коэффициент участия горючего во взрыве можно определить по номограмме (рисунок Д.1 приложения).

Для этого необходимо также определить концентрацию С* по формуле:

Стехиометрический коэффициент кислорода в реакции сгорания равен:

Стехиометрическая концентрация паров растворителя вычисляется по формуле:

По формуле Д.8 приложения:

Т.к. Сн<С*, то X= Сн/С*=0,857/2,46=0,348 и Z=0.

Поскольку коэффициент участия горючего во взрыве равен нулю, то избыточное давление взрыва также равно нулю. Помещение следует относить к категории В1-В4 по пожарной опасности по соответствующему расчету.

В данной статье мы рассмотрели примеры расчета категории А по взрывопожарной опасности. Как видно из приведенных примеров, при определенных условиях (объемно-планировочные решения помещения, различные вещества и материалы и их пожароопасные свойства) возможен уход от категории А по взрывопожарной опасности.

В следующих статьях я рассмотрю еще примеры по расчету категории А по взрывопожарной опасности с учетом работы общеобменной и аварийной вентиляции и других параметров. Надеюсь, данные примеры будут полезны в практическом применении. Удачи!

📎📎📎📎📎📎📎📎📎📎