Определение уровня взрывоопасности

Размещено на http://www.allbest.ru/

ГОСУДАРСТВЕННОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ОБРАЗОВАНИЯ

«ГОМЕЛЬСКИЙ ИНЖЕНЕРНЫЙ ИНСТИТУТ»

МЧС РЕСПУБЛИКИ БЕЛАРУСЬ

Кафедра «Пожарная и промышленная безопасность»

Расчётная-графическая работа

по дисциплине

«Безопасность технологических процессов»

Выполнил:

курсант 3 курса 2 взвода

Гомель, 2014



1. Исходные данные

Размеры участка: Размеры мерника:

длина L, м - 21 диаметр, м - 1,2

ширина S,м - 7 высота, м - 1,4

высота H,м - 5,6 степень заполнения е - 0,9

Напорный трубопровод Отводящий трубопровод

длина lH,м - 16 длина lOT, м - 12

диаметр dH, мм - 40 диаметр dOT, мм - 40

кратность воздухообмена, создаваемого аварийной вентиляцией,0 ч-1

производительность насоса, м³/с - 5*10^-6

отключение насоса - ручное

температура воздуха, °С - г. Минск 35

вид растворителя - Ацетон

Ацетон: химическая формула С₃Н₆О, малекулярная масса 58,08 кг/кмоль, плотность жидкости 790,8 кг/м³, С_нкпр =2,7%, температура вспышки -9 °С, максимальное давление взрыва равно 572 кПа, теплота сгорания 31,36 МДж/кг, константы уравнения Антуана: А=6,37551, В=1281,721, Са=237,088

Окрасочный участок Сборочный цех Инструментальный участок

длина L, м - 50 110 45

ширина S,м - 18 40 30

высота H,м - 5,5 5,2 5,7

категория помещения А В Д

Наличие АУПТ в помещениях категории А, Б и В - присутствуют.



Обоснование расчётного варианта

1.При расчете значений критериев взрывопожарной опасности в качестве расчетного следует принимать наиболее неблагоприятный вариант или период нормальной работы аппаратов, при котором во взрыве участвует наибольшее количество веществ или материалов, наиболее опасных в отношении последствий взрыва.

2.Количество поступивших в помещение веществ, которые могут образовать взрывоопасные газовоздушные или паровоздушные смеси, определяется исходя из следующих предпосылок:

2.1.происходит расчетная авария одного из аппаратов согласно п.1.

2.2.все содержимое аппарата поступает в помещение.

2.3.происходит одновременно утечка веществ из трубопроводов, питающих аппарат по прямому и обратному потоку в течение времени, необходимого для отключения трубопроводов.

Расчетное время отключения трубопроводов следует принимать равным 300 с - при ручном отключении.

2.4.Происходит испарение с поверхности разлившейся жидкости; площадь испарения при разливе на пол определяется исходя из расчета, что 1 л смесей и растворов, содержащих 100% (по массе) растворителей, разливается на площади 1 м² пола помещения.

2.5.Длительность испарения жидкости принимается равной времени его полного испарения, но не более 3600 с.

Определение категории помещения краскоприготовительного отделения окрасочного цеха

Расчёт избыточного давления взрыва

Расчёт избыточного давления взрыва производится в соответствии с ТКП 474-2013в следующем порядке:

Избыточное давление взрыва ДР для индивидуальных горючих веществ, состоящих из атомов С, О, N, Cl, Br, I, F, определяется по формуле

(1)

где

V_св=0,8·L·S·H=0,8*21*7*5,6=658,56 м^{3 (2)}

P_max - максимальное давление взрыва, кПа;

P₀ - атмосферное давление, кПа;

Z - коэффициент участия паров ЛВЖ во взрыве;

V_cв - свободный объем помещения, м³;

m - масса испарившейся жидкости, кг;

с_п - плотность пара, кг/м³;

C_ст - стехиометрическая концентрация ЛВЖ, %;

К_н - коэффициент учитывающий не герметичность помещения и неадиабатичность процесса горения принимаем равным 3.

Определяется масса ЛВЖ, поступившая в помещение по формулам:

m_ж= с_ж* (V_A+V_T)= 790,8*(1,42+0,0365) = 1151,8кг (3)

m_ж - масса ЛВЖ, поступившей в помещение, кг

с_ж - плотность жидкости кг/м³

V_A - объем жидкости вышедшей из аппарата, м³

V_A = е *V_P =3,14*1,2² *1,4*0,9/4=1,42 м^{3 (4)}

V_P - расчетный объем аппарата, м³

е - степень заполнения аппарата.

(5)

V_1T - объем жидкости, вышедшей из аппарата до отключения, м³;

V_2T - объем жидкости, вышедшей из аппарата после отключения, м³;

(6)

q - производительность насоса, м³/с;

Т - время отключения насоса, с.

(7)

d_H - диаметр напорного трубопровода, м;

l_H - длина напорного трубопровода, м;

d_OT - диаметр отводящего трубопровода, м;

l_OT - длина отводящего трубопровода, м;

Определяется масса испарившейся ЛВЖ по формулам:

Определяется площадь испарения в соответствии с п.4.2.3. НПБ 5-2000

, (8)

где V_лвж - объём жидкости, вышедшей из аппарата при аварии, л.

Площадь испарения при разливе на пол определяется исходя из расчета, что 1 л смесей и растворов, содержащих 100% (по массе) растворителей, разливается на площади 1 м²пола помещения. Так как ацетон 100% растворитель значит площадь испарения равна F=1456,5 м²

Согласно НПБ 5-2000, все содержимое аппарата поступает в помещение и за его пределы не выходит, следовательно площадь испарения равна площади помещения F=147 м²

Определяется давление насыщенных паров.

(9)

P_H - давление насыщенных паров, кПа;

t_ж - рабочая температура, °С

А,В,С_А - константы уравнения Антуана

Определяется интенсивность испарения.

W = 10^-6·з·P_н· (10)

W = 10^-6·1·6,15·

М - молекулярная масса, кг/кмоль;

Р_Н - давление насыщенных паров, кПа;

з - коэффициент, принимающийся в зависимости от скорости и температуры воздушного потока над поверхностью испарения (принимается по таблице 3 НПБ 5 - 2000). Коэффициент ? рассчитываем, применяя метод интерполяции, по формуле.

(11)

Определяется скорость движения воздуха в помещении U (м·с^-1) из выражения

, (12)

где А - кратность воздухообмена, создаваемого аварийной вентиляцией, ч^-1;

L - длина помещения, м.

Определяется время полного испарения разлившейся в помещении ЛВЖ

, (13)

но не более Т=3600 с.

Определяется масса испарившейся с поверхности разлива жидкости.

m=W·F_и·Т=4,69*10^-5*147*3600=24,8 кг (14)

F_И - площадь разлива, м²;

Т - время полного испарения, с;

Определяется коэффициент К с целью учёта работы аварийной вентиляции.

К = А·Т + 1=(0*3600/3600)+1=1, (15)

Следовательно m=24,8 кг (16)

где А - кратность воздухообмена, создаваемого аварийной вентиляцией, с^-1;

Т - продолжительность поступления ГГ и паров ЛВЖ и ГЖ в объем помещения, с.

Определяется средняя концентрация паров ЛВЖ по формулам:

Определяется плотность пара.

(17)

V₀ - молярный объем, м³/кмоль;

T_P - рабочая температура, °С;

М - молярная масса, кг/кмоль;

Определяется средняя концентрация паров ЛВЖ в помещении и сравнивается с нижним концентрационным пределом распространения пламени. взрывоопасный категория концентрация пар

(18)

m - масса испарившейся жидкости, кг;

с_гп - плотность пара, кг/м³;

V_св - свободный объем помещения, м³;

С_нкпр·0,5 = 0,5*2,7 =1,35 %, (19)

Так как С_ср>0,5·С_нкпр, то объем зоны взрывоопасных концентраций принимается равным объему помещения, а коэффициент участия паров ЛВЖ во взрыве принимается равным по таблице ТКП 474-2013, Z=0,3

С_ст - стехиометрическая концентрация ЛВЖ, %;

где

в - стехиометрический коэффициент кислорода в реакции сгорания;

в = n_c + (20)

n_c, n_н, n_к, n_o - число атомов С,Н,О и галоидов в молекуле

Так как Z=0,3, то в формуле расчёта избыточного давления взрыва принимается значение коэффициента участия паров ЛВЖ во взрыве Z=0,3.

Заключение о категории помещения

Производится на основании произведенного расчёта и таблицы ТКП 474-2013.

Помещение категории А

Помещения в которых обращаются, хранятся ГГ, ЛВЖ с температурой вспышки не более 28°С в таком количестве, что могут образовывать взрывоопасные парогазовоздушные смеси, при воспламенении которых развивается расчетное избыточное давление взрыва в помещении, превышающее 5 кПа.

Вещества и материалы, способные взрываться и гореть при взаимодействии с водой, кислородом воздуха или друг с другом в таком количестве, что расчетное избыточное давление взрыва в помещении превышает 5 кПа.

Так как в нашем случае температура вспышки равна -9 °С и расчетное избыточное давление 117,23 кПа, следовательно помещение относится к категории А.



Определение категории здания по взрывопожарной и пожарной опасности

Определяется в соответствии с главой ТКП 474-2013

Окрасочный участок сборочный цех инструментальный участок расчетный участок

Категория А В Д А

Площадь 900 м² 4400 м² 1350 м² 147 м²

Суммарная площадь 6797 м²

Здание относится к категории А, если суммарная площадь помещений категории А превышает 5 % площади всех помещений или 200 м²

Допускается не относить здание к категории А если суммарная площадь помещений категории А в здании не превышает 25% суммарной площади всех размещенных в нем помещений (но не более 1000 м²), и эти помещения оборудуются установками автоматического пожаротушения.

6797 - 100% X=15,4%

1047 - X

Так как в нашем случае помещения АУПТ оборудуются и суммарная площадь помещений категории А в здании не превышает 25% суммарной площади всех размещенных в нем помещений, но превышает 1000 м² следовательно здание относим к категории А.



2. Задача

Определить общее количество ГГ, выходящего при полном разрушении аппарата, (газ подавался по двум трубопроводам) и объём газового облака с горючей концентрацией, которое при этом может образоваться. Объём аппарата V_ап=5,4 м³, давление газа в нем Р_г =0,7 МПа, ГГ - бутадиен. Температура t_г=20°С, диаметр трубопроводов принять равным 80 мм, расход насосов q₁=7м³/ч и q₂=12 м³/ч. Время отключения трубопроводов принять равным 120 с, расстояние от аппарата до задвижки на трубопроводах - 12 м.

Решение:

1. Определяем количество газа вышедшего из аппарата при полном его разрушении.

Для аппаратов со сжатыми газами:

, (33б)

где V_ап - внутренний объём аппарата, м³;

е - степень заполнения аппарата;

q_i,н, q_i,к - соответственно производительность насосов и компрессоров или пропускная способность трубопроводов, питающих аппарат, м³/с;

L_i,тр, f_i,тр, - соответственно длина (м) и сечение участков трубопровода (м²) (от аварийного аппарата до запорного устройства), из которого происходит истечение жидкости или газа;

с_t,ж, с_t,г - соответственно плотность жидкости или газа при температуре, кг/м³;

ф - продолжительность истечения, с.

Длительность истечения вещества из трубопровода принимается равной 120 с (при автоматическом отключении побудителя расхода или запорного устройства на трубопроводе) и 300 с (при ручном отключении, при установке хомутов, пробок и т.п.).

q₁=7 м³/час = 7/3600 м³/с = 0,00194 м³/с;

q₂=12 м³/час = 12/3600 м³/с = 0,0033 м³/с.

;

М=34,08 - табл. 1 приложения;

, (6)

где V₀=22,4135 м³/кмоль - молярный объём паров или газов при нормальных условиях;

T₀=273,15 К (~273 К) - температура при нормальных физических условиях (t₀=0°C);

P₀=1,01325·10⁵ Па (~1·10⁵ Па) - давление при нормальных условиях (P₀=760 мм рт. ст.).

2. Определяем объём взрывоопасной среды



; (5)

где ц_Н и ц_В - концентрационные пределы воспламенения в объёмных долях;

- концентрационные пределы воспламенения в кг/м³;

М - молекулярная масса паров или газов, кг/кмоль;

V_t - молярный объём паров или газов при рабочих условиях, м³/кмоль, определяется по формуле

ц_н = 0,02 - табл. 1 приложения;

. (24)

где V_в - объём местной взрывоопасной зоны, м³;

К_б=4 - для однородной парогазовоздушной смеси при возможности появления источника зажигания в ней;

- концентрационные пределы воспламенения в кг/м³;



3. Задача

Определить расчётом время аварийного выпуска водорода из аппарата и обосновать выполнимость условия безопасности при сбросе газа в газгольдер, избыточное давление среды в котором не превышает 0,05 Мпа. Объём газа V_г=600 м³, t=25°С, Р_р=0,8 Мпа, диаметр трубопровода d_тр=0,15м, ц=0,5. Продолжительность операции по приведению системы в действие принять равным 60 с, а время аварийного режима 600 с.

Решение:

Продолжительность аварийного выпуска горючих газов и паров определяется:

(85)

Определяем критическое давление:

; (31)

К=1,41 - табл. 4 приложения.

Определяем давление в газгольдере:

;

, (86)

где V_г=V_св=600 м³.

;

Т_р=t+273=25+273=298 К;

;

.

Определяем продолжительность выпуска газа с докритической скоростью:

, (86а)

ф_вып=455,8+157,8+60=4772,6 с > 600 с

Следовательно, условие аварийного выпуска водорода не выполняется, т.к.

[ф_вып]<ф_вып

Размещено на Allbest.ru