Объектом расчета является помещение участка заправки краскопультов производственного корпуса. Помещение имеет геометрические размеры в плане 11,75 х 4,187 м и высотой до низа строительных конструкций – 11,0 м. Свободный объем помещения составляет 432 м3. В помещении используется лак ХВ-84, хранящийся в бочках по 200 л. Состав лака ХВ-784 (нелетучая фаза – 16%, летучая фаза – 84%, состав летучей фазы – ксилол – 65,2% (109,54 л), ацетон – 21,8% (36,63 л), бутилацетат – 13% (21,83 л). При аварии происходит разрушение одной бочки объемом 200л. Помещение оборудовано аварийной системой вентиляции с кратностью воздухообмена 8. Объект находится в городе Минске.
Определение категории помещения по взрывопожарной и пожарной опасности.
Характеристики веществ:
Ксилол (С8Н10) - ЛВЖ с молекулярной массой 106,17 г/моль; lgP = 6,17972 – 1478,16/(220,535 + tP); максимальное давление взрыва - 765 кПа, НКПР = 1,1 % (об.), плотность – 855 кг/м3.
Ацетон (С3Н6О) - ЛВЖ с молекулярной массой 58,08 г/моль; lgP = 6,37551 – 1281,721/(237,088 + tP); максимальное давление взрыва - 572 кПа, НКПР = 2,7 % (об.), плотность – 790,8 кг/м3.
Бутилацетат (С6Н12О2) - ЛВЖ с молекулярной массой 116,16 г/моль; lgP = 6,25205 – 1430,418/(210,745 + tP); максимальное давление взрыва - 755 кПа, НКПР = 1,35 % (об.), плотность – 882,5 кг/м3.
Площадь испарения жидкости согласно п.А.2.2 [1] определяется исходя из условия, что один литр лака ХВ-784 разливается на площадь 1 м2 площади пола помещения, но не более площади помещения. Так как в составе лака ХВ-784 находится более 70% растворителя, максимально возможная площадь розлива составляет 200 м2. Учитывая, что площадь пола помещения равна 46,4 м2, следовательно, площадь розлива жидкости принимается равной 46,4 м2.
Давление насыщенных паров определяется по формуле Антуана с учетом максимальной температуры воздуха для расчетного региона, определяемой по [2]:
|
- для ксилола |
|
| \[P_н=10^{А-\frac B{C_A+t_p}}=10^{6,17972-\frac{1478,16}{220,535+35}}=2,48 кПа\] | (1) |
|
- для ацетона |
|
| \[P_н=10^{А-\frac B{C_A+t_p}}=10^{6,37551-\frac{1281,721}{237,088+35}}=46,22 кПа\] | (2) |
|
- для бутилацетата |
|
| \[P_н=10^{А-\frac B{C_A+t_p}}=10^{6,25205-\frac{1430,418}{210,745+35}}=2,7 кПа\] | (3) |
Интенсивность испарения с поверхности жидкости определяется по формуле (А.8) [1]:
|
- для ксилола |
|
| \[W=10^{-6}\times\eta\times\sqrt M\times P_н=10^{-6}\times4,6\times\sqrt{106,17}\times2,48=1,18\times10^{-4}\;\frac{кг}{с\times м^2}\] | (4) |
|
- для ацетона |
|
| \[W=10^{-6}\times\eta\times\sqrt M\times P_н=10^{-6}\times4,6\times\sqrt{58,08}\times46,22=1,62\times10^{-3}\;\frac{кг}{с\times м^2}\] | (5) |
|
- для бутилацетата |
|
| \[W=10^{-6}\times\eta\times\sqrt M\times P_н=10^{-6}\times4,6\times\sqrt{116,16}\times2,7=1,34\times10^{-4}\;\frac{кг}{с\times м^2}\] | (6) |
Масса паров жидкости, поступивших в помещение, согласно п.А.2.5 [1], равна массе жидкости, испарившейся с поверхности розлива: m = mр, при этом длительность испарения жидкости принимается равным времени ее полного испарения, но не более 3600 (п.А.2.4) [1]. Время полного испарения жидкости определяется по формуле:
|
- для ксилола |
|
| \[Т_{исп}=\frac{V_ж\times\rho_ж}{W\times F_{исп}}=\frac{0,10954\times855}{1,18\times10^{-4}\times46,4}=17105,62 с\] | (7) |
|
- для ацетона |
|
| \[Т_{исп}=\frac{V_ж\times\rho_ж}{W\times F_{исп}}=\frac{0,03663\times790,8}{1,62\times10^{-3}\times46,4}=385,36 с\] | (8) |
|
- для бутилацетата |
|
| \[Т_{исп}=\frac{V_ж\times\rho_ж}{W\times F_{исп}}=\frac{0,02183\times882,5}{1,34\times10^{-4}\times46,4}=3098,46 с\] | (9) |
Так как время полного испарения для ксилола более 3600 с, то согласно п.А.2.4 [1] для дальнейших расчетов время испарения ксилола принимается равным 3600 с. Время испарения ацетона и бутилацетата для дальнейших расчетов принимается равным времени их полного испарения.
Масса горючих паров поступивших в помещение (без учета работы аварийной системы вентиляции) определяется по формуле (А.7) [1]:
|
- для ксилола |
|
| \[m_p=W\times F_{исп}\times T_{исп}=1,18\times10^{-4}\times46,4\times3600=19,71 кг\] | (10) |
|
- для ацетона |
|
| \[m_p=W\times F_{исп}\times T_{исп}=1,62\times10^{-3}\times46,4\times385,36=28,97 кг\] | (11) |
|
- для бутилацетата |
|
| \[m_p=W\times F_{исп}\times T_{исп}=1,34\times10^{-4}\times46,4\times3098,46=19,27 кг\] | (12) |
Масса горючих паров поступивших в помещение (с учетом работы аварийной системы вентиляции) определяется по формуле (А.7) [1]:
|
- для ксилола |
|
| \[m=\frac{m_p}{A\times T+1}=\frac{19,71}{{\displaystyle\frac8{3600}}\times3600+1}=2,19 кг\] | (13) |
|
- для ацетона |
|
| \[m=\frac{m_p}{A\times T+1}=\frac{28,97}{{\displaystyle\frac8{3600}}\times385,36+1}=15,61 кг\] | (14) |
|
- для бутилацетата |
|
| \[m=\frac{m_p}{A\times T+1}=\frac{19,27}{{\displaystyle\frac8{3600}}\times3098,46+1}=2,44 кг\] | (15) |
Плотность паров жидкости определяется по формуле 3 [1]:
|
- для ксилола |
|
| \[\rho_{г.п}=\frac M{V_0\times\left(1+0,00367\times t_p\right)}=\frac{106,17}{22,413\times\left(1+0,00367\times35\right)}=4,2\;\frac{кг}{м^3}\] | (16) |
|
- для ацетона |
|
| \[\rho_{г.п}=\frac M{V_0\times\left(1+0,00367\times t_p\right)}=\frac{58,08}{22,413\times\left(1+0,00367\times35\right)}=2,3\;\frac{кг}{м^3}\] | (17) |
|
- для бутилацетата |
|
| \[\rho_{г.п}=\frac M{V_0\times\left(1+0,00367\times t_p\right)}=\frac{116,16}{22,413\times\left(1+0,00367\times35\right)}=4,59\;\frac{кг}{м^3}\] | (18) |
Стехиометрическая концентрация паров жидкости и стехиометрический коэффициент кислорода в реакции сгорания определяются по формуле 4 [1]:
|
- для ксилола |
|
| \[\beta=n_C+\frac{n_H-n_X}4-\frac{n_O}2=8+\frac{10-0}4-\frac02=10,5\] | (19) |
| \[C_{ст}=\frac{100}{1+4,84\times\beta}=\frac{100}{1+4,84\times10,5}=1,93\;\%\;(об.)\] | (20) |
|
- для ацетона |
|
| \[\beta=n_C+\frac{n_H-n_X}4-\frac{n_O}2=3+\frac{6-0}4-\frac12=4\] | (21) |
| \[C_{ст}=\frac{100}{1+4,84\times\beta}=\frac{100}{1+4,84\times4}=4,91\;\%\;(об.)\] | (22) |
|
- для бутилацетата |
|
| \[\beta=n_C+\frac{n_H-n_X}4-\frac{n_O}2=6+\frac{12-0}4-\frac22=8\] | (23) |
| \[C_{ст}=\frac{100}{1+4,84\times\beta}=\frac{100}{1+4,84\times8}=2,52\;\%\;(об.)\] | (24) |
Определяется отношение длины к ширине помещения:
| \[\frac LS=\frac{11,74}{4,187}=2,8\] | (25) |
Необходимость использования для расчета коэффициента участия горючего во взрыве приложения Б [1] определяется по выполнению условия:
| \[С_{ср}=\frac{100\times m}{\rho_{г.п}\times V_{св}}\leq0,5\times С_{нкпр}\] | (26) |
|
- для ксилола |
|
| \[С_{ср}=\frac{100\times m}{\rho_{г.п}\times V_{св}}=\frac{100\times2,19}{4,2\times432}=0,12\;\%(об.)\] | (27) |
| \[0,5\times С_{нкпр}=0,5\times1,1=0,55\;\%(об.)\] | (28) |
| \[С_{ср}=0,12\;\%(об.) < 0,55\;\%(об.)\] | (29) |
|
- для ацетона |
|
| \[С_{ср}=\frac{100\times m}{\rho_{г.п}\times V_{св}}=\frac{100\times15,61}{2,3\times432}=1,57\;\%(об.)\] | (30) |
| \[0,5\times С_{нкпр}=0,5\times2,7=1,35\;\%(об.)\] | (31) |
| \[С_{ср}=1,57\;\%(об.)> 1,35\;\%(об.)\] | (32) |
|
- для бутилацетата |
|
| \[С_{ср}=\frac{100\times m}{\rho_{г.п}\times V_{св}}=\frac{100\times2,44}{4,59\times432}=0,12\;\%(об.)\] | (33) |
| \[0,5\times С_{нкпр}=0,5\times1,35=0,68\;\%(об.)\] | (34) |
| \[С_{ср}=0,12\;\%(об.) < 0,68\;\%(об.)\] | (35) |
Для ксилола и бутилацетата условие (26) выполняется, значит, для данных веществ необходимо выполнять расчет коэффициента участия горючего во взрыве. Для ацетона коэффициент участия горючего во взрыве принимается равным 0,3, т.к. условие (26) не выполняется.
Концентрация насыщенных паров при расчетной температуре воздуха в помещении определяется по формуле:
| \[С_н=100\times\frac{Р_н}{Р_0}\] | (36) |
|
- для ксилола |
|
| \[С_н=100\times\frac{Р_н}{Р_0}=100\times\frac{2,48}{101}=2,46\;\%(об.)\] | (37) |
|
- для бутилацетата |
|
| \[С_н=100\times\frac{Р_н}{Р_0}=100\times\frac{2,7}{101}=2,67\;\%(об.)\] | (38) |
Предэкспоненциальный множитель при подвижности воздушной среды для паров ЛВЖ определяется по формуле:
| \[С_0=С_н\times\left(\frac{100\times m}{C_н\times\rho_{г.п}\times V_{св}}\right)^{0,46}\] | (39) |
|
- для ксилола |
|
| \[С_0=С_н\times\left(\frac{100\times m}{C_н\times\rho_{г.п}\times V_{св}}\right)^{0,46}=2,46\times\left(\frac{100\times2,19}{2,46\times4,2\times432}\right)^{0,46}=0,62\] | (40) |
|
- для бутилацетата |
|
| \[С_0=С_н\times\left(\frac{100\times m}{C_н\times\rho_{г.п}\times V_{св}}\right)^{0,46}=2,67\times\left(\frac{100\times2,44}{2,67\times4,59\times432}\right)^{0,46}=0,65\] | (41) |
Расстояния по осям X, Y, Z от источника поступления пара, ограниченные нижним концентрационным пределом распространения пламени при значении допустимых отклонений (δ), равном 1,27 для паров ЛВЖ при подвижности воздушной среды при уровне значимости 0,05 определяются по формулам:
| \[X_{нкпр}=К_1\times L\times\left(К_2\times\ln\frac{\delta\times C_0}{C_{нкпр}}\right)^{0,5}\] | (42) |
| \[Y_{нкпр}=К_1\times S\times\left(К_2\times\ln\frac{\delta\times C_0}{C_{нкпр}}\right)^{0,5}\] | (43) |
| \[Z_{нкпр}=К_3\times H\times\left(К_2\times\ln\frac{\delta\times C_0}{C_{нкпр}}\right)^{0,5}\] | (44) |
|
- для ксилола |
|
| \[X_{нкпр}=К_1\times L\times\left(К_2\times\ln\frac{\delta\times C_0}{C_{нкпр}}\right)^{0,5}=1,1958\times11,74\times\left(\frac{3600}{3600}\times\ln\frac{1,27\times0,62}{1,1}\right)^{0,5}=\] | (45) |
| \[Y_{нкпр}=К_1\times S\times\left(К_2\times\ln\frac{\delta\times C_0}{C_{нкпр}}\right)^{0,5}=1,1958\times4,187\times\left(\frac{3600}{3600}\times\ln\frac{1,27\times0,62}{1,1}\right)^{0,5}=\] | (46) |
| \[Z_{нкпр}=К_3\times H\times\left(К_2\times\ln\frac{\delta\times C_0}{C_{нкпр}}\right)^{0,5}=0,3536\times11\times\left(\frac{3600}{3600}\times\ln\frac{1,27\times0,62}{1,1}\right)^{0,5}=\] | (47) |
Т.к. логарифмы имеют отрицательное значение, то значение коэффициента Z принимается равным нулю. Это означает, что ксилол не образует взрывоопасной паровоздушной смеси при заданных условиях.
|
- для бутилацетата |
|
| \[X_{нкпр}=К_1\times L\times\left(К_2\times\ln\frac{\delta\times C_0}{C_{нкпр}}\right)^{0,5}=1,1958\times11,74\times\left(\frac{3098,46}{3600}\times\ln\frac{1,27\times0,65}{1,35}\right)^{0,5}=\] | (48) |
| \[Y_{нкпр}=К_1\times S\times\left(К_2\times\ln\frac{\delta\times C_0}{C_{нкпр}}\right)^{0,5}=1,1958\times4,187\times\left(\frac{3098.46}{3600}\times\ln\frac{1,27\times0,65}{1,35}\right)^{0,5}=\] | (49) |
| \[Z_{нкпр}=К_3\times H\times\left(К_2\times\ln\frac{\delta\times C_0}{C_{нкпр}}\right)^{0,5}=0,3536\times11\times\left(\frac{3098,46}{3600}\times\ln\frac{1,27\times0,65}{1,35}\right)^{0,5}=\] | (50) |
Т.к. логарифмы имеют отрицательное значение, то значение коэффициента Z принимается равным нулю. Это означает, что бутилацетат не образует взрывоопасной паровоздушной смеси при заданных условиях.
Избыточное давление взрыва ΔР для ацетонвоздушной взрывоопасной смеси определяется по формуле 1 [1]:
| \[\triangle P=\left(P_{max}-P_0\right)\times\frac{m\times Z}{V_{св}\times\rho_{г.п}}\times\frac{100}{С_{ст}}\times\frac1{К_н}=\left(572-101\right)\times\frac{15,61\times0,3}{432\times2,3}\times\frac{100}{4,91}\times\frac13=15,07\;кПа\] |
Согласно табл.1 [1] помещение участка заправки краскопультов относится к категории А по взрывопожарной и пожарной опасности, т.к. расчетное избыточное давление взрыва превышает 5 кПа и в помещении обращаются легковоспламеняющиеся жидкости с температурой вспышки до 280С.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. ТКП 474-2013 «Категорирование помещений, зданий и наружных установок по взрывопожарной и пожарной опасности»;
2. СНБ 2.04.02-2000 «Строительная климатология»;