Пожарная безопасность технологических процессов

Пожарная безопасность

технологических процессов

УДК 614.841

ПОЖАРНАЯ БЕЗОПАСНОСТЬ СИСТЕМ МЕСТНЫХ ОТСОСОВ Г. Ж. Литвинова, А. Н. Белоусов

ДОАО "Газпроектинжиниринг"

Разработана и утверждена в ОАО "Газпром" отраслевая Методика оценки пожаровзрыво-опасности систем местных отсосов. Детализированы требования пожарной безопасности, изложенные в СНиП 41-01-03 "Отопление, вентиляция, кондиционирование", предложены расчеты расхода воздуха и обоснования ввода местных отсосов горючих веществ в общие системы с учетом совместимости веществ и их способности конденсирования.

Пожаровзрывоопасность объектов обусловливается количеством и физико-химическими свойствами горючих веществ и материалов, обращающихся в технологических процессах, особенностями технологических процессов, видами и исполнением оборудования.

При авариях в помещениях взрывоопасные среды возникают в первую очередь вблизи места утечки или выброса горючих веществ и материалов, а затем могут распространяться по всему помещению.

Для локализации утечек и выбросов горючих веществ и материалов и предотвращения пожаров и взрывов наряду с общеобменной вытяжной и аварийной вентиляцией применяют местные отсосы, которые устанавливают в местах генерации пожа-ровзрывоопасных сред.

Требования пожарной безопасности к системам местных отсосов сформулированы в СНиП 41-01-03 [1].

Системы местных отсосов горючих газо-, паро-, пылевоздушных смесей проектируют отдельными от системы общеобменной вентиляции. Удаление горючих газов, паров и пылей от технологического оборудования предусматривается раздельным для веществ, объединение которых в одном канале может образовать горючую смесь или создать пожа-ровзрывоопасные соединения. Обоснование возможности совмещения веществ при решении вопроса об объединении местных отсосов в общие системы было обстоятельно рассмотрено [2].

Если удаляемые горючие вещества способны конденсироваться или накапливаться в воздуховодах или вентиляционном оборудовании, то для таких веществ системы местных отсосов должны

быть изолированными для каждого помещения или каждой единицы оборудования. Образующиеся отложения в оборудовании и воздуховодах должны быть проверены на склонность к самовозгоранию, и при необходимости должны быть определены условия теплового самовозгорания для установления периодичности очистки технологического оборудования от отложений.

Возможность конденсации при удалении паровоздушных смесей легковоспламеняющихся жидкостей (ЛВЖ), горючих жидкостей (ГЖ) и окислителей системами местных отсосов определяется температурой точки росы tp, которую следует сопоставить с минимальной температурой перемещаемой паровоздушной смеси (принимается равной температуре наружного воздуха для холодного периода года tн по параметрам Б, °С [1, приложение]).

В системе местных отсосов с резервным вентилятором tmin определяется по формуле:

^т = tн +

где te — начальная температура паровоздушной смеси в системе местных отсосов, °С, принимается по технологическим данным или по приложению 2 [1] для рабочей зоны помещения и для холодного периода года;

I — длина воздуховода за пределами отапливаемой зоны здания, м;

и — скорость паровоздушной смеси в воздуховоде за пределами отапливаемой зоны здания, м/с; а — диаметр воздуховода за пределами отапливаемой зоны здания, м.

В системе местных отсосов без резервного вентилятора ?тЬ принимается равной температуре наружного воздуха для холодного периода года по параметрам Б приложения 8 [1].

Температуру точки росы tр для паров ЛВЖ и окислителей в удаляемой паровоздушной смеси следует принимать по справочным данным [3-5] в зависимости от парциального давления паров ЛВЖ, ГЖ и окислителей (кПа).

В зависимости от парциального давления tp допускается определять по преобразованному уравнению Антуана:

В

tn =-

р А - 1&Р

- С,

где А, В, С — константы уравнения Антуана, соответствующие размерности Р, кПа, принимаются по справочным данным [6] или по таблице приложения [7].

Парциальное давление ЛВЖ, ГЖ и окислителей определяется в кПа по формуле:

Р = 1,013 • 0,5ф0,

где ф0 — нижний концентрационный предел распространения пламени (НКПР), % об., определяется экспериментально по [8] или принимается по справочным данным [9, 10]. Если ^¡д перемещаемой паровоздушной смеси ниже ^ паров ЛВЖ, ГЖ и окислителей, то возможна их конденсация и удаление следует осуществлять отдельно системой местных отсосов от других систем.

Если ^¡д перемещаемой паровоздушной смеси выше ^, то конденсация паров не происходит и эвакуацию их можно осуществлять по одному каналу местных отсосов, если при этом выполняются требования СНиП [1] и совместимости [2].

Минимальный расход воздуха в местных отсосах, обеспечивающий удаление горючих газов, паров, аэрозолей и пыли с концентрацией, не превышающей 50% НКПР при температуре удаляемой смеси, определяется по формуле:

д = 2ш/к,

где ш — скорость поступления взрывоопасного вещества в местный отсос, кг/с; к — НКПР вещества при температуре удаляемой смеси, кг/м3.

Количество взрывоопасных веществ, поступающих в местный отсос в единицу времени ш, определяется на основании результатов испытаний или рассчитывается по приведенным ниже соотношениям зависимости от их агрегатного состояния, физико-химических свойств и условий применения.

Расход воздуха в воздуховодах, к которым присоединяются местные отсосы, определяется в соответствии с выражением

й = 1 д

где п — количество местных отсосов, присоединяемых к воздуховоду.

Для герметично закрытых аппаратов с неразъемными и разъемными соединениями, работающими под давлением, утечка паров и газов через неплотности аппаратов и соединений, кг/с, рассчитывается по формуле:

ш..

расч '

где К — коэффициент, учитывающий степень износа производственного оборудования, принимается в пределах от 1 до 2;

С — коэффициент, зависящий от давления паров и газов в аппарате и принимаемый по табл. 1;

V — внутренний (свободный) объем аппаратов и коммуникаций, находящихся под давлени-

3

ем, м ;

М — молярная масса газов или паров, находящихся под давлением в аппаратах, кг/кмоль; Трасч — температура паров или газов, находящихся в аппаратах, К.

Количество паров и газов, выделяющихся через сальниковые уплотнения одного насоса, принимается в соответствии с табл. 2 или рассчитываются по формулам, кг/с:

• для поршневых насосов, перекачивающих легкие, холодные нефтепродукты:

шп = 2,78 • 10-5 рА^Р,

где р — периметр штока насоса, м;

А — коэффициент, принимаемый равным 5 для высоколетучих жидкостей и 2,5 для обычных бензинов и керосинов;

Р — рабочее давление, создаваемое насосом, кПа;

ТАБЛИЦА 1. Значение коэффициента С

Рабочее давление Р, кПа

С 3,36 • 10-5 4,61 • 10-5 5,06 • 10-5 5,25 • 10-5 7,00 • 10 - 5 8,28 • 10-5 8,78 • 10-5 1,03 • 10-4

пожаровзрывобезопасность 3'2004

ТАБЛИЦА 2. Количество паров и газов на один насос выделяющихся через сальниковые уплотнения

Перекачиваемые продукты Вещества, характеризующие утечку Расход, 10-4 кг/с

Темные нефтепродукты при температуре 100-350°С Тяжелые углеводороды 1,39

Светлые нефтепродукты при температуре до 60°С Легкие углеводороды 2,78

Сжиженные газы Бутан-бутилен 9,94

Раствор масла в толуоле Пары толуола 0,403

Бензол Пары бензола 1,25

для центробежных насосов при перекачке легких жидкостей:

ти _ 1,57 • 10-7арЖ4Р,

где а — диаметр вала насоса, м;

рЖ — плотность жидкости, кг/м3; Р — рабочее давление насоса, кПа. Масса водорода, образующаяся в единицу времени при зарядке нескольких батарей, рассчитывается по формуле:

тн _ 1,04 • 10-

1 +

расч

273

Ё и • ^,

где Тр,

1 расч ~ расчетная температура, К; к — число аккумуляторов; I — максимальный зарядный ток г-й батареи, А; N — количество аккумуляторных элементов в г-й батареи;

Выражение (9) применяется для аккумуляторов, не снабженных системой рекомбинации водорода. Если аккумуляторы снабжены указанной выше системой, то скорость поступления водорода принимается по данным предприятия-изготовителя.

Скорость поступления паров при испарении с поверхности разлитой жидкости, не нагретой выше температуры окружающей среды, или из открытых емкостей определяется по формуле:

тЖ

_ 10 -6 Л^МРнРм

где "л — коэффициент, принимаемый по табл. 3 в зависимости от скорости и температуры воздушного потока над поверхностью испарения; М — молярная масса, кг/кмоль; Рн — давление насыщенного пара при расчетной температуре жидкости, кПа;

Р.

площадь испарения, м2.

Площадь испарения с поверхности разлившейся жидкости принимается исходя из расчета, что 1 л смесей и растворов, содержащих 70% масс. и менее растворителей, разливается на площади 0,5 м2, а

ТАБЛИЦА 3. Зависимость коэффициента от температуры и скорости воздушного потока

Скорость воздушного

Значение коэффициента л при температуре I,

О/-!

С, воздуха в помещении

потока, м/с 10 15 20 30 35

0 1,0 1,0 1,0 1,0 1,0

0,1 3,0 2,6 2,4 1,8 1,6

0,2 4,6 3,8 3,5 2,4 2,3

0,5 6,6 5,7 5,4 3,6 3,2

1 10,0 8,7 7,7 5,6 4,6

для остальных жидкостей и сжиженных углеводородных газов (СУГ) — 1 м2.

Площадь испарения при наличии преград, препятствующих растеканию жидкостей, принимается равной площади, ограниченной бортиками или другими ограждениями, если будет обосновано, что указанные преграды выполняют свои функции при возникновении аварии.

Давление насыщенных паров легковоспламеняющихся и горючих жидкостей при расчетной температуре воздушного потока определяют по уравнению:

_ 10 А - В/

Рн _ 10

х,

где А, В, С—константы уравнения Антуана, принимаются по справочным данным [7, 9, 10]; tрасч — расчетная температура воздушного потока, °С;

X — объемная доля горючей жидкости в смеси (для чистых горючих жидкостей х = 1). Интенсивность испарения при проливе СУГ, кг/(м2 • с), при температуре подстилающей поверхности от -15 до +40°С, допускается рассчитывать по формуле:

т л

тСУГ -

ь„

02 М8 + 5,18Уяе' Тйа а

где М — молярная масса СУГ, кг/кмоль;

Ьисп — мольная теплота испарения СУГ при начальной температуре СУГ ТЖ, Дж/моль; Т0 — начальная температура материала, на поверхность которого разливается СУГ, соответствующая расчетной температуре ^асч, К; ТЖ — начальная температура СУГ, К; Хте — коэффициент теплопроводности материала, на поверхность которого разливается СУГ, Вт/(м • К);

а — эффективный коэффициент температуропроводности материала, на который проливается СУГ, м2/с;

Хе — коэффициент теплопроводности воздуха при расчетной температуре t , Вт/(м • К);

Яе = ий/\ — число Рейнольдса (и — скорость воздушного потока, м/с; й — характерный размер (наибольшая длина поверхности испарения), м; V — кинематическая вязкость воздуха при расчетной температуре tрaсч, м2/с). Значение НКПР к, кг/м3, для заданных веществ и материалов определяется по справочным данным или рассчитывается по формуле:

к=

фМ

100^(1 + 0,00367 tp )'

где ф — НКПР при расчетной температуре tрaсч, % об.;

V0 — мольный объем, равный 22,413 м3/кмоль. НКПР ф при рабочей температуре ^асч определяется по выражению:

ф=ф 0

1-

Тр - Т0

1550 - Т.

где Тр

расч

расчетная температура, К; Т0 — температура, при которой определен НКПР ф0, К;

ф0 — НКПР, % об., определяется экспериментально по ГОСТ 12.1.044-89 [8] или принимается по справочным данным. Давление взрыва, кПа, создаваемое при сгорании горючих веществ в помещении, рассчитывается по формуле:

ДР =

1,19 • 10-4 М1И121

где — масса г-го вещества, поступающего в помещение в течение часа, кг;

М = 3600 ш,

ш — масса -го вещества, поступающего в помещение в единицу времени, кг/с; Нг — теплота сгорания г-го вещества, Дж/кг; 21 — коэффициент участия г-го вещества во взрыве (определяется по табл. 2 [11]); Vп — объем помещения, м3. Если время поступления вещества меньше 1 ч, то в формулу (15) вместо М следует подставлять массу этого вещества.

При ДР > 5 кПа помещение является взрыво-пожароопасным и относится к категории А или Б по НПБ 105-03 [11] в зависимости от вида обращающихся в нем веществ и материалов.

При ДР < 5 кПа помещение не является взрывоопасным и относится к категориям В1-В4 (рассчитывается согласно [11]).

Далее рассчитывается концентрация горючих веществ, кг/м3, образующаяся в помещении при

остановке вентилятора местных отсосов и продолжающейся работе технологического оборудования:

кп = М /V,

вычисляется отношение

Т = кп /к,

и определяется необходимость оборудования систем местных отсосов резервным вентилятором.

Плотность горючих веществ по отношению к воздуху определяется по формуле:

V = р/рв,

где р — плотность горючего вещества при tрасч, кг/м3;

рв — плотность воздуха при ^асч принимается равной 1,2 кг/м3.

Плотность горючих веществ берется из справочной литературы или рассчитывается по формуле (для газов и паров):

= М

р = Vo(T7oooз67íрaсЧ)'

тогда формула (19) будет иметь вид:

М

V = -

1,2^

По величине V определяется необходимость устройства подъема воздуховода. Необходимость устройства уклона определяется возможностью конденсации.

ПРИМЕРЫ РАСЧЕТА СИСТЕМ МЕСТНЫХ ОТСОСОВ

Пример 1

1. Исходные данные.

1.1. В аппарате объемом 10 м3 содержится ацетилен при рабочем давлении 100 кПа и температуре 30°С. Для удаления ацетилена, выходящего через неплотности аппарата в помещение при допустимых условиях герметизации, предусмотрен вытяжной зонт. Объем помещения, в котором установлен аппарат, V, = 65 м3. При возникновении неисправностей в аппарате, сопровождающихся утечкой ацетилена, предусмотрена аварийная вентиляция.

1.2. Молярная масса ацетилена М =26 кг/кмоль. Ацетилен — горючий газ с температурой самовоспламенения 335°С, НКПР 2,5% об. Теплота сгорания 49,97 • 106 Дж/кг, коэффициент участия во взрыве 0,5.

2. Обоснование расчетного варианта.

В качестве расчетного варианта принимается аппарат в исправном состоянии с утечкой ацетилена через прокладки, швы, разъемные соединения и

другие элементы конструкции. За расчетную температуру принимается абсолютная летняя температура воздуха в данном районе (Москва) tр = 28,5°С. Коэффициент износа аппарата К = 1,5.

3. Определение скорости утечки ацетилена.

Скорость утечки ацетилена из аппарата определим по формуле

Шу = КС^М/Трасч = = 1,5 • 4,61 • 10-5 • 10 ^26/310 = 2 • 10-4 кг/с

4. НКПР, % об., при расчетной температуре 28,5°С определяем по формуле (14):

ф = ф 0

1-

Тр - Т0

1550 - Т,

0 у

- 301 - 293 , = 2,48% об. 1550 - 293 1

5. НКПР ацетилена, кг/м3, в соответствии с формулой (13) составит:

к=

фМ

100^(1 + 0,00367 tрaсч) 2,48 • 26

100 • 22,413 •

= 2,6 • 10-2 кг/м

6. Согласно формуле (4) минимальный расход воздуха в местном отсосе должен быть:

1-4

2ш 2 • 2 • 10-

д = -

10-

= 1,54 • 10-2 м3/с.

7. Давление взрыва, создаваемое при горении ацетилена в помещении, определяется по формуле (15):

ДР =

1,19 • 10-4 МуНт2 V,

1,19 • 10-4 • 0,72 • 49,97 • 106 • 0,5

65

= 32,9 кПа,

гдеМу = 3600шу = 3600 • 2 • 10-4 = 0,72 кг — масса ацетилена, поступившего в помещение в течение 1 ч;

Нт = 49,97 • 106 — теплота сгорания ацетилена, Дж/кг;

Z =0,5 — коэффициент участия ацетилена во взрыве;

Vп = 65 —объем помещения, м3. Поскольку полученное давление больше 5 кПа, то согласно [11] помещение является взрывоопасным и относится к категории А.

8. Рассчитаем концентрацию ацетилена в помещении при остановке вентилятора системы местных отсосов по уравнению (17):

кп = Му/Vn = 0,72/65 = 1,1  10-2 кг/м3.

9. Определяем отношение Т (18):

Т = к=

1,1 • 10"

к 2,52 • 10-

= 0,44 кг/м3.

Поскольку Т < 0,1, то в соответствии с требованиями СНиП [1] в системе местного отсоса установки резервного вентилятора не требуется.

10. Плотность ацетилена по воздуху при расчетной температуре найдем по выражению (20):

М

V = -

1,2^

_26_

1,2 • 22,413 •

= 0,87.

Поскольку V < 1 и ацетилен легче воздуха, то воздуховоды должны иметь подъем не менее 0,005 в направлении движения газовоздушной среды.

Выводы

1. Для обеспечения пожаровзрывобезопасности помещения расход воздуха, создаваемый системой местного отсоса, должен быть не менее 55,44 м3/ч (фактическая производительность системы местного отсоса должна отвечать также требованиям санитарных норм к воздуху рабочей зоны).

2. Систему местного отсоса следует проектировать отдельно от системы общеобменной вентиляции.

3. В системе местного отсоса должно быть предусмотрено автоматическое блокирование вентилятора с аппаратом, обеспечивающее остановку аппарата при выходе из строя вентилятора, а при невозможности остановки аппарата — включение аварийной вентиляции.

4. Электрооборудование системы местного отсоса должно быть выполнено во взрывозащищен-ном исполнении, так как газовоздушная смесь удаляется из помещения категории А.

5. Оборудование системы местного отсоса может быть размещено в помещении, в котором находится аппарат с ацетиленом, или в общем помещении для вентиляционного оборудования вытяжных систем общеобменной вентиляции для помещений категории А и Б.

6. Воздуховод системы местного отсоса должен быть выполнен из негорючих материалов, оборудован огнезадерживающим клапаном в местах его пересечения противопожарной преграды или перекрытия помещений категории А, Б или В1-В3 и иметь подъем не менее 0,005 в сторону движения воздуха. Предел огнестойкости воздуховода системы местного отсоса должен быть не менее 0,5 ч.

2

2

2

Пример 2

1. Исходные данные.

1.1. Аккумуляторное помещение объемом Уп = 145 м3 оборудуется двумя аккумуляторными батареями СК-4 (без системы рекомбинации водорода) из 12 аккумуляторов с максимальным зарядным током 36 А и СК-1 из 13 аккумуляторов с зарядным током 9 А. Аккумуляторные батареи устанавливаются под вытяжным зонтом. Максимальная условная температура воздуха в помещении принимается 28°С (г. Екатеринбург). Других взрывопожа-роопасных веществ, кроме водорода, выделяющегося в процессе зарядки аккумуляторов, нет.

1.2. Обоснование расчетного варианта.

Расчет системы местного отсоса производится

для процесса одновременной зарядки двух батарей максимальным зарядным током. Процесс зарядки сопровождается выделением водорода в помещение. Молярная масса водорода М =2 кг/кмоль. Водород — горючий газ с температурой самовоспламенения 510°С, НКПР ф0 = 4,12% об. [9]. Удельная теплота сгорания 119,8 • 106 Дж/кг [7], коэффициент участия во взрыве 1,0 [11].

2. Масса водорода, образующегося в единицу времени при зарядке двух батарей, рассчитывается по формуле (9):

тн _ 1,04 • 10 301

1 +

расч

273

Ёи • N. _ 1,04 • 10"

х| 1 + — \(9 • 13 + 36 • 12) _ 1,19 • 10"5 кг/с,

5. Согласно формуле (4) минимальный расход воздуха в системе местных отсосов должен быть:

2т 2 • 1,19 • 10

-5

Ч _

_ 7,2 • 10-3 м3/с = 25,9 м3/ч.

к 3,3 • 10

-3

6. Определим давление взрыва, создаваемое при горении смеси водорода с воздухом в помещении по уравнению (15):

АР _

1,19 • 10-4 м1и1г1 У„

1,19 • 10-4 • 0,043 • 119,8 • 106 • 1,0 145

_ 4,3 кПа.

Поскольку полученное давление меньше 5 кПа, то в соответствии с [11] помещение не относится к категории А.

7. Рассчитаем концентрацию водорода в помещении при остановке вентилятора местных отсосов по уравнению (17):

кп = Мн/Уп = 0,043/145 = 3,0  10-4 кг/м3.

8. Определяем отношение Т (18):

Т_ кп _ _ 0,091 кг/м3.

к 3,3 • 10

-3

Поскольку Т < 0,1, то в соответствии с требованиями [1] в системе местного отсоса установка резервного вентилятора не требуется.

9. Плотность водорода по воздуху при расчетной температуре найдем по формуле (20):

где Тр — расчетная условная температура, равная 301 К;

I — максимальный зарядный ток г-й батареи, равный 36 и 9 А;

N — количество аккумуляторных элементов в г-й батареи из 12 и 13 аккумуляторов; к — число батарей аккумуляторов. 3. НКПР водорода, % об., при расчетной условной температуре 28°С найдем по формуле (14):

М

Ф_Ф 0

1-

Тр - Т0 1550 - Т0

301 - 293

_ 4,1 • | 1 --\ _ 4,08% об.

1550 - 293 1

4. НКПР водорода, кг/м3, в соответствии с формулой (13) составит:

к_

фМ

100У0(1 + 0,00367 tp) 4,08 • 2

100 • 22,413 •

_ 3,3 • 10-3 кг/м3.

V _ -

1,2Ус(1 + 0,00367 tрасч) 2

_ 0,067.

1,2 • 22,413 •

Поскольку V <1, водород легче воздуха, то воздуховоды должны иметь подъем не менее 0,005 в направлении движения газовоздушной среды.

Выводы

1. Для обеспечения пожарной безопасности аккумуляторного помещения производительность системы местных отсосов должна быть не менее 25,9 м3/ч без резервного вентилятора.

2. Систему местного отсоса следует проектировать отдельно от системы общеобменной вентиляции.

3. В системе необходимо предусмотреть автоматическое блокирование вентилятора, обеспечивающее остановку процесса зарядки при выходе из строя вентилятора.

4. Электрооборудование системы местных от-

сосов должно быть выполнено в обычном исполне-

нии, так как удаление газовой смеси осуществляется не из помещения категории А.

5. Оборудование систем местных отсосов может быть размещено в помещении, в котором размещены аккумуляторы, или в общем помещении для вентиляционного оборудования вытяжных систем общеобменной вентиляции.

6. Воздуховоды системы местных отсосов должны быть выполнены из негорючих материалов и оборудованы огнезадерживающими клапанами в местах их пересечения противопожарной преграды или перекрытия помещений категории А, Б или В1-В3 и иметь подъем 0,005 в сторону движения газовоздушной смеси. Предел огнестойкости транзитных воздуховодов систем местных отсосов должен быть не менее 0,5 ч.

Пример 3

1. Исходные данные.

1.1. В помещении цеха объемом Vп = 650 м3 размещен деревообрабатывающий станок, осуществляющий распиловку, строгание и шлифовку древесины. В процессе обработки древесины выделяется древесная пыль, которая оседает на близлежащих поверхностях общей площадью Г = 35 м2. Измерениями установлено, что средняя интенсивность отложения пыли равна шу = 1,2 • 10 - 6 кг/(м2 • с).

1.2. НКПР древесной пыли к = 2,2 • 10-2 кг/м3 [9,10], удельная теплота сгорания 13,8 • 106 Дж/кг[7]. Критический размер частиц (средний размер частиц пыли, выше которого пылевоздушная смесь становится взрывобезопасной) древесной пыли й* > 200 мкм (табл. 4).

Соответствующий этому распределению коэффициент участия пыли во взрыве, определенный по [11], равен 0,1.

2. Обоснование расчетного варианта.

В качестве расчетного варианта принимаем, что при деревообработке пиломатериалов на исправном станке происходит непрерывное выделение пыли в помещение цеха и ее осаждение на окружающие станок поверхности. За расчетную температуру условно принимается абсолютная летняя температура воздуха в данном районе tр = 28°С.

3. Минимальный расход воздуха в системе местных отсосов рассчитаем по уравнению (4):

2ш = 2шуГ = ~к ~ к ~

д = -

2 • 1,2 • 10~6 • 35

1-2

= 3,82 • 10-3 м3/с= 13,75 м3/ч.

2,2 • 10-

ТАБЛИЦА 4. Распределение пыли по дисперсности

Фракция пыли, мкм < 100 < 200 < 500 < 1000

Массовая доля, % масс. 5 10 40 100

Фактический расход воздуха дф принимается по минимальной скорости транспортирования пыли 12 м/с и диаметру воздуховода 0,15 м, т.е.

дф

= 12

3,14 • 0,152 4

= 763 м3/ч.

4. Определим давление взрыва, создаваемое при горении пылевоздушной смеси (15):

-4

ДР =

1,19 • 10"4 МпН^

V,

1,19 • 10-4 • 0,151 • 13,8 • 106 • 0,1 2 _

-= 3,8 • 10 кПа,

650

где Мп = 3600шуГ =3600 • 1,2 • 10-6 • 35 = 0,151 -масса древесной пыли, кг, поступающей в помещение в течение 1 ч;

Нт = 13,8 • 106 — удельная теплота сгорания пыли, Дж/кг [7];

Z =0,1 — коэффициент участия пыли во взрыве [11];

Vn = 650 — объем помещения, м3. Поскольку полученное давление меньше 5 кПа, то в соответствии с [11], помещение не относится к категории А или Б.

5. Рассчитаем концентрацию пыли в помещении при остановке вентиляторов местных отсосов по соотношению (17):

кп = Мп /Vn = 0,151/650 = 2,3  10-4 кг/м3.

6. Рассчитаем отношение Т (18):

Т = кп- = 23:!»! = 1,05 • 10-2 кг/м'.

к 2,2 • 10-3

Поскольку Т < 0,1, то в соответствии с требованиями [1] системы местного отсоса для удаления древесной пыли могут быть выполнены без резервного вентилятора.

Выводы

1. Для обеспечения пожарной безопасности помещения производительность системы местного отсоса должна быть не менее 13,75 м3/ч, фактически — не менее 763 м3/ч.

2. Предусматривать в системе местных отсосов резервный вентилятор не следует.

3. Электрооборудование системы местных отсосов может быть выполнено не во взрывозащи-щенном исполнении, так как транспортируемая смесь удаляется из помещения, не относящегося к категории А или Б.

4. Оборудование систем местных отсосов мо-

жет быть размещено в помещении цеха или в общем

помещении для вентиляционного оборудования.

5. Воздуховоды систем местных отсосов должны быть выполнены из негорючих материалов. Предел огнестойкости воздуховодов системы местных отсосов должен быть не менее 0,5 ч.

Пример 4

1. Исходные данные.

1.1. Насосная станция (Московская обл.) осуществляет пятью насосами перекачку метанола. Объем помещения 120 м3. Производительность -

1 м3/ч каждого насоса. Общеобменная вентиляция обеспечивает кратность воздухообмена 9,5 в 1 ч.

Производительность вентилятора 860 м3/ч, имеется резервный вентилятор производительностью 560 м3/ч. Аварийная вентиляция для помещения не предусмотрена.

Необходимо определить, произойдет ли конденсация паров метанола в системе местных отсосов при реализации проекта, предусматривающего реконструкцию вентиляции и размещение над насосами местных отсосов с оборудованием во взрыво-безопасном исполнении.

1.2. Метиловый спирт СН4О; мол. масса 32,04; плотность 786,9 кг/м3 при 25°С. Уравнение Антуа-на [7, 9, 10]:

Рнас = 7,3527 - 1660,454 • (245,818 + t) (при температуре от -10 до +90°С).

ф = 6,98% об.; гн =-26°С

(параметры Б для Москвы, приложение 8 [1]); tв = +18°С

(приложение 2 [1] для тяжелой категории работ);

а = 0,2 м; I = 20 м; и = 10 м/с (проектные данные).

2. Расчет.

Поскольку насосная оборудована резервным вентилятором, то tmin определяем по формуле (1):

0,09-20

tш¡a _ -26 + (18 + 26)е 10 0,2 _ _ -26 + 44е"°'9 _ -7,96°С. Определяем точку росы tр :

Р =1,013 • 0,5 • 6,98 = 3,54 кПа;

В

tp =-

р А - 1%Р

- С _

1660,454 7,3527 - ^ 3,54

--245,818 = -1,77°С.

Следовательно, в случае реконструкции общеобменной вентиляции и замены ее на систему местных отсосов в воздуховодах за пределами отапливаемой зоны произойдет конденсация паров, по-

скольку < tр, поэтому объединять местные отсосы от насосов в одну систему нельзя. Следует предусмотреть устройство воздуховода с уклоном 0,005 и дренажа в нижних точках системы для конденсирующихся паров.

Пример 5

1. Исходные данные.

1.1. Насосная подачи диэтиленгликоля на Касимовском ПХГ (филиал ООО "Мострансгаз"), Московская обл.

Два насоса (один резервный) типа 10/100 производительностью 10 м3/ч. Имеется приточная принудительная вентиляция кратностью 5,5 об./ч, удаление воздуха организовано.

Требуется выполнить расчет по обоснованию отсутствия или наличия конденсации паров на охлаждаемых участках вентиляционной системы при организации вытяжной вентиляции в виде местных отсосов от каждого из насосов (без резервного вентилятора).

1.2. Диэтиленгликоль (2,2'-оксидиэтанол, 2,2'-дигидроксидиэтиловый эфир, дигликоль) С4Н10О3 — горючая бесцветная вязкая гигроскопичная жидкость. Мол. масса 106,12; плотность 1119 кг/м3; плотность пара по воздуху 3,66; НКПР 1,7% об. [9, 10].

Коэффициенты к уравнению Антуана для ди-этиленгликоля:

А = 6,6294; В = 1845,459; С = 153,949 [9, 10];

гн =-26°С

(приложение 8 [1], параметры Б для Москвы);

а = 0,2 м; I = 10 м (по проектным данным для воздуховодов за пределами отапливаемой зоны здания).

2. Расчет.

Определим точку росы ^ :

Р =1,013 • 0,5 • 1,7 = 0,86 кПа,

В

tp _-

р А - 1дР

- С

1845,459 6,6294 - ^ 0,86

-153,949 _ 121,7°С.

Поскольку tр > ^ = tн (при отсутствии резервного вентилятора), то конденсация паров диэтиленгликоля возможна и требуется проектирование автономной системы местных отсосов для удаления указанной паровоздушной смеси от каждого насоса. Следует предусмотреть устройство воздуховода с уклоном 0,005 и дренажа в нижних точках системы для конденсирующихся паров.

Пример 6

1. Исходные данные.

1.1. Лаборатория технологических разработок в ЦЗЛ Астраханского ГПК имеет систему местных отсосов, состоящую из двух вытяжных шкафов, оборудованных вентилятором Ц4-70 №3,2 производительностью 1005 м3/ч (без резервного вентилятора). Электродвигатель во взрывобезопасном исполнении.

В вытяжным шкафах параллельно проводят химические анализы с использованием бензина А-93 и серной кислоты (1-й шкаф) и бензина А-93 и пе-роксида водорода (2-й шкаф).

Количество бензина в каждом вытяжном шкафу — 2 л, окислителей — по 1 л.

Необходимо определить совместимость бензина и окислителей, а также возможность конденсации горючего компонента в системах местных отсосов.

1.2. Химическая формула бензина А-93 Сб,911Н12,1бб [7], бензин относится к ЛВЖ [9, 10], ф0 = 1,1% об. [9, 10]. Константы уравнения Антуа-на [9, 10]:

А = 4,2651; В = 695,019; С = 223,22.

2. Расчет.

Бензин А-93 совместим с серной кислотой и пе-роксидом водорода [2]. Определим, возможна ли конденсация паров бензина в воздуховодах местных отсосов.

В соответствии с приложением 8 [1] (параметры Б) самая низкая температура воздуха в холодный период года ^^ в г. Астрахани составляет -23°С.

Р = 1,013 • 0,5 • 1,1 =0,56 кПа;

tp =

B

A - lgP

- C = -

695,019

4,2651 - lg 0,56

--223,22 = -75,08°C.

Поскольку ^ = -75,08°С ниже ^ = -23°С, конденсация бензина в местных отсосах не произойдет.

Аналогичные расчеты, проведенные для серной кислоты и пероксида водорода показали, что конденсация их паров в воздуховодах не происходит.

В системе местных отсосов отсутствует резервный вентилятор, поэтому расчет по формуле (1) не требуется.

ЛИТЕРАТУРА

1. СНиП 41-01-03. Отопление, вентиляция и кондиционирование.

2. Вогман Л. П., Зуйков В. А., Капишников Е. В., Ошеров С. Б., Белоусов А. Н., Литвинова Г. Ж. Исследования химической совместимости паров горюч их жидкостей и окислителей // Пожаро-взрывобезопасность. 2002. Т. 11.№ 1.С. 22 - 29.

3. Стэл Д. Р. Таблицы давления паров индивидуальных веществ. - М.: Изд. иностр. лит., 1949. — 72 с.

4. Варгафтик Н. Б. Справочник по теплофизическим свойствам газов и жидкостей. — М.: Наука, 1972. — 720 с.

5. Физико-химические свойства индивидуальных углеводородов (рекомендуемые значения). — М.: Гостоптехиздат, 1960. — 412 с.

6. Справочникхимика. Т. 1. — М.: Химия, 1966.

7. Шебеко Ю. Н., Смолин И. М., Молчадский И. С. и др. Пособие по применению НПБ 105-95 "Определение категорий помещений и зданий по взрывопожарной и пожарной опасности" при рассмотрении проектно-сметной документации. — М.: ВНИИПО, 1998. — 119 с.

8. ГОСТ 12.1.044-89. ССБТ. Пожаровзрывоопасность веществ и материалов. Номенклатура показателей и методы их определения.

9. Баратов А. Н., Корольченко А. Я., Кравчук Г. Н. и др. Пожаровзрывоопасность веществ и материалов и средства ихтушению: В 2-х кн. Кн. 1. — М., Химия, 1990. — 496 с.

10. Там же. Кн. 2. — М., Химия, 1990. — 384 с.

11. НПБ 105-03. Определение категорий помещений и зданий по взрывопожарной и пожарной опасности.

Поступила в редакцию 20.03.04.