ОТКРЫТОЕ АКЦИОНЕРНОЕ ОБЩЕСТВО «ГАЗПРОМ»

МЕТОДИКА
ОЦЕНКИ ПОЖАРОВЗРЫВООПАСНОСТИ СИСТЕМ
МЕСТНЫХ ОТСОСОВ

СТО ГАЗПРОМ РД 1.2-138-2005

Дочернее открытое акционерное общество «Газпроектинжиниринг»
(ДОАО Газпроектинжиниринг»)

Общество с ограниченной ответственностью
«Информационно-рекламный центр газовой промышленности»
(ООО «ИРЦ Газпром»)

СТАНДАРТ ОРГАНИЗАЦИИ

Дата введения 2005-2-11

ПРЕДИСЛОВИЕ

РАЗРАБОТАН Дочерним открытым акционерным обществом «Газпроектинжиниринг» (ДОАО «Газпроектинжиниринг») (Капишников Е.В., Ошеров С.Б., Белоусов А.Н., Литвинова Г.Ж., Зольников O.К.) при участии ФГУ ВНИИПО МЧС России (д.т.н. Ю.Н. Шебеко, д.т.н. Л.П. Вогман, д.т.н. Б.И. Горшков)

СОГЛАСОВАН Департаментом стратегического развития

Департаментом по транспортировке, подземному хранению и использованию газа

Юридическим департаментом

Департаментом капитального строительства и транспорта

Главным Управлением Государственной противопожарной службы (ГУГПС) МЧС России

ВНЕСЕН Управлением проектирования и технического нормирования Департамента стратегического развития

УТВЕРЖДЕН Заместителем Председателя Правления ОАО «Газпром» А.Г. Ананенковым

ВВЕДЕН В ДЕЙСТВИЕ Распоряжением ОАО «Газпром» от 14 января 2005 г, № 3 с 11 февраля 2005 г.

ИЗДАН Обществом с ограниченной ответственностью «Информационно-рекламный центр газовой промышленности» (ООО «ИРЦ Газпром»)

ВВЕДЕНИЕ

Настоящий СТО Газпром РД «Методика оценки пожаровзрывоопасности систем местных отсосов» (далее Методика) разработан в развитие требований, предъявляемых к вытяжной вентиляции, согласно действующим нормам и правилам в области пожарной безопасности, и содержит положения, регламентирующие порядок оценки пожаровзрывоопасности систем местных отсосов для удаления горючих газов, паров легковоспламеняющихся и горючих жидкостей, аэрозолей и горючих пылей.

Разработанная Методика предназначена для специалистов организаций ОАО «Газпром», а также других смежных отраслей при проектировании и эксплуатации систем вытяжной вентиляции.

Методика дает возможность достоверно оценить пожаровзрывоопасность систем местных отсосов, выбрать оптимальный вариант их исполнения и определить условия объединения местных отсосов в одну вентиляционную систему при удалении смесей с воздухом горючих газов, паров легковоспламеняющихся и горючих жидкостей, окислителей с обоснованием совместимости удаляемых веществ и возможности их конденсации.

Настоящая Методика позволит расширить нормативную базу собственных документов ОАО «Газпром», оптимизировать уровень соотношения пожаровзрывобезопасности систем вентиляции (местных отсосов) и затрат на их устройство и в целом повысить уровень пожаровзрывобезопасности объектов ОАО «Газпром» при их проектировании, реконструкции и эксплуатации.

1 ОБЛАСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ

1.1 Настоящий СТО Газпром следует применять при проектировании и эксплуатации систем местных отсосов в помещениях производственного и складского назначения в развитие требований, предъявляемых к вытяжной вентиляции действующими нормами и правилами по обеспечению пожаровзрывобезопасности при удалении пожароопасных пылей, смесей горючих газов (ГГ), паров легковоспламеняющихся жидкостей (ЛВЖ), горючих жидкостей (ГЖ) и окислителей с воздухом, а также при разработке встроенных местных отсосов для нового и реконструируемого технологического оборудования.

1.2 Методика направлена на выполнение требований к системе предотвращения пожара по ГОСТ 12.1.004-91* и взрывопредупреждению по ГОСТ 12.1.010-76 в части поддержания концентраций пылей, ГГ, паров ЛВЖ, ГЖ и окислителей в смеси с воздухом вне пределов их воспламенения и взрывчатого превращения.

1.3 При оценке пожаровзрывоопасности систем местных отсосов следует исходить не только из нормальных условий работы технологического оборудования, но и из возможных его аварийных ситуаций, при которых могут образовываться пожаровзрывоопасные смеси пылей, ГГ, паров ЛВЖ и ГЖ с воздухом в концентрациях, превышающих безопасную концентрацию (j_Г.без.) по ГОСТ 13.1.044-89, а также пожаровзрывоопасные вещества в количествах, способных взрываться или гореть при взаимодействии с водой, кислородом воздуха и другими веществами.

1.4 При определении аварийной ситуации не следует учитывать оборудование, вероятность аварийного состояния для которого при воздействии опасных факторов пожара и взрыва на людей не превышает 10⁶ в год по ГОСТ 12.1.004-91* и ГОСТ 12.1.010-76 в расчете на одного человека. Такое оборудование необходимо оценивать по его нормальной работе.

2 НОРМАТИВНЫЕ ССЫЛКИ

В настоящем нормативном документе использованы ссылки на следующие нормативные документы:

ГОСТ 12.1.004-91* ССБТ Пожарная безопасность. Общие требования.

ГОСТ 12.1.010-76 ССБТ Взрывобезопасность. Общие требования.

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

ГОСТ Р 12.3.047-98 ССБТ Пожарная безопасность технологических процессов. Общие требования. Методы контроля.

ГОСТ Р 1.5-2002 Государственная система стандартизации Российской Федерации. Общие требования к построению, изложению, оформлению, содержанию и обозначению.

ГН 2.2.5.1313-2003 Гигиенические нормативы. «Предельно допустимые концентрации вредных веществ в воздухе рабочей зоны».

СНиП 23-01-99* Строительная климатология.

СНиП 41-01-2003 Отопление, вентиляция и кондиционирование.

НПБ 01-93. Порядок разработки и утверждения нормативных документов Государственной противопожарной службы МЕД России.

НПБ 105-03 Определение категорий помещений, зданий и наружных установок по взрывопожарной и пожарной опасности.

ВНТП 03/170/567-37 Противопожарные нормы проектирования объектов Западно-Сибирского нефтегазового комплекса.

Пожаровзрывоопасность веществ и материалов и средства их тушения. Справочник под редакцией А.Я. Корольченко. - М.: Пожнаука, 2004.

3 ПОРЯДОК АКТУАЛИЗАЦИИ ДОКУМЕНТА

3.1 Актуализация настоящей Методики проводится не реже одного раза в пять лет Управлением проектирования и технического нормирования ОАО «Газпром» или по его поручению ДОАО «Газпроектинжиниринг» и включает в себя проверку соответствия документа потребностям производства, обязательным требованиям действующих государственных стандартов и строительных норм и правил, современным достижениям науки и техники в области вентиляции и пожаровзрывобезопасности объектов.

3.2 Результаты проверки оформляются актом, который содержит заключение о необходимости изменения, пересмотра, отмены документа или о целесообразности его дальнейшего применения без изменений.

4 ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ

4.1 Опасность возникновения взрывов и пожаров определяется, прежде всего, физико-химическими свойствами горючих газов (в том числе природного газа), паров ЛВЖ, ГЖ и горючих пылей, воспламенение которых при ошибочной оценке развития аварийных ситуаций может привести к катастрофическим последствиям. Степень взрывной и пожарной опасности зависит также от особенностей технологического процесса производства, обращающихся веществ и их количества, вида исполнения оборудования. Пожары и взрывы на газотранспортных объектах развиваются по следующей схеме: авария, утечка газа, образование облака взрывоопасной смеси, воспламенение его от источника зажигания, горение (взрыв) газа, нагревание и разрушение технологического оборудования под воздействием пламени (взрыва).

При авариях в помещениях взрывоопасные концентрации газа возникают в первую очередь вблизи места утечки газа, а затем распространяются по всему помещению. При этом в зависимости от конфигурации здания возможны условия для детонационного горения.

В настоящее время производственные и складские помещения объектов ОАО «Газпром» оборудованы в основном системами общеобменной вытяжной и аварийной вентиляции.

Системы местных отсосов от мест возможных утечек газа в ряде случаев не предусмотрены.

4.2 Настоящая Методика содержит положения, регламентирующие порядок оценки пожаровзрывоопасности систем местных отсосов для удаления горючих газов, паров легковоспламеняющихся и горючих жидкостей, аэрозолей и горючих пылей (далее по тексту - систем местных отсосов), а также требовании пожаровзрывобезопасности к проектированию технологического оборудования с местными отсосами.

4.3 Пожаровзрывоопасность систем местных отсосов обуславливается возможностью образования горючих паро-, газо-, пылевоздушных смесей в воздуховодах и очистных устройствах или образованием в них горючих отложений, в том числе и склонных к самовозгоранию.

Источниками воспламенения удаляемых горючих смесей могут быть:

- искры и загорание в производственном оборудовании;

- искры трения или удара лопастей вентилятора о кожух или воздуховоды;

- самовозгорание отложений;

- перегрев электрических контактов и электродвигателей вентиляторов;

- статическое электричество и др.

4.4 Технические решения, обеспечивающие пожарную безопасность систем местных отсосов, должны разрабатываться на основе:

- требований СНиП 41-01-2003, предъявляемых к оборудованию, воздуховодам, размещению оборудования и помещениям для оборудования систем местных отсосов;

- мероприятий по обеспечению безопасной эксплуатации местных отсосов в зависимости от пожаровзрывоопасных свойств транспортируемых веществ и материалов.

4.5 Определение пожаровзрывоопасных свойств веществ и материалов производится на основании результатов испытаний или расчетов по ГОСТ 12.1.044-89 с учетом параметров их состояния (давления, температуры и т.д.).

Допускается использование справочных данных, опубликованных головными научно-исследовательскими организациями в области пожарной безопасности, выданных Государственной службой стандартных справочных данных или организациями, имеющими лицензию на проведение таких работ, а также использование показателей пожарной опасности для смесей веществ по наиболее опасному компоненту.

4.6 При оценке пожаровзрывоопасности систем местных отсосов в качестве расчетной ситуации следует принимать наиболее неблагоприятное состояние технологического и вентиляционного оборудования, стадии технологического процесса (с учетом п. 1.4), при которых могут образоваться пожаровзрывоопасные газо-, паро- или пылевоздушные смеси, а также вещества, способные взрываться и гореть при взаимодействии с водой, кислородом воздуха и другими веществами.

4.7 Системы местных отсосов следует проектировать так, чтобы концентрация удаляемых горючих газов, паров, аэрозолей и пылей в воздухе не превышала 50 % нижнего концентрационного предела распространения пламени (НКПР) при температуре удаляемой смеси.

4.8 Категорию помещений по пожарной и взрывопожарной опасности для оборудования местных отсосов следует устанавливать расчетом в соответствии с НПБ 105-03.

5 ТРЕБОВАНИЯ ПОЖАРНОЙ БЕЗОПАСНОСТИ К СИСТЕМАМ МЕСТНЫХ ОТСОСОВ

5.1 Системы местных отсосов горючих газо-, паро- или пылевоздушных смесей следует проектировать отдельными от системы общеобменной вентиляции. При этом удаление горючих газов, паров и пылей от технологического оборудования следует предусматривать отдельным для веществ, соединение которых может образовать горючую смесь или создать более пожароопасные вещества.

Возможность объединения местных отсосов горючих веществ в общие системы должна быть обоснована в технологической части проекта.

5.2 Если удаляемые горючие вещества способны конденсироваться или накапливаться в воздуховодах или вентиляционном оборудовании, то для таких веществ системы местных отсосов следует предусматривать отдельными для каждого помещения или каждой единицы оборудования. Образующиеся отложения в оборудовании и воздуховодах должны быть проверены на склонность к самовозгоранию и при необходимости определить условия теплового самовозгорания и периодичность очистки технологического оборудования от отложений.

5.3 Системы местных отсосов взрывоопасных смесей следует предусматривать с резервным вентилятором для каждой системы или двух систем, если при остановке вентилятора не может быть прекращено выделение горючих газов или паров и концентрация горючих газов или паров в помещении превысит 0,1 НКПР. Если снижение концентрации в воздухе помещения до 0,1 НКПР может быть обеспечено предусмотренной автоматически включаемой аварийной вентиляцией, резервный вентилятор допускается не предусматривать.

В системах местных отсосов, не имеющих резервных вентиляторов, должно быть предусмотрено автоматическое блокирование вентиляторов с технологическим оборудованием, обеспечивающее остановку технологического оборудования при выходе из строя вентилятора, а при невозможности остановки технологического оборудования - включение аварийной вентиляции.

5.4 Оборудование систем местных отсосов из помещений категорий А и Б по пожарной и взрывопожарной опасности должно быть предусмотрено во взрывозащищенном исполнении, а оборудование и воздуховоды заземлены в соответствии с требованиями ПУЭ.

Если системы местных отсосов размещены в помещениях категории В1 - В4, Г и Д и возможность образования взрывоопасной концентрации смеси при нормальной работе или аварии технологического оборудования исключена, оборудование систем может быть применено в обычном исполнении.

5.5 Оборудование систем местных отсосов допускается размещать в обслуживаемых ими помещениях.

Оборудование систем местных отсосов из помещений категорий А и Б не допускается размещать в помещениях подвалов и вместе с оборудованием других систем в общем помещении для вентиляционного оборудования.

Оборудование систем местных отсосов из помещений категорий А и Б без пылеуловителей или с мокрыми пылеуловителями допускается размещать в общем помещении для вентиляционного оборудования вытяжных систем общеобменной вентиляции для помещений категорий А и Б, если в воздуховодах исключены отложения горючих веществ.

5.6 В помещениях для оборудования систем местных отсосов из помещений категорий А и Б не следует предусматривать места для тепловых пунктов, водяных насосов, выполнения ремонтных работ, регенерации масла и других целей.

5.7 Воздуховоды систем местных отсосов в целях предотвращения поступления в помещение продуктов горения (дыма) во время пожара должны быть оборудованы:

- противопожарными клапанами в местах пересечения воздуховодами противопожарной преграды или перекрытия помещений категории А, Б или В1 - В3 с пределами огнестойкости, определяемыми соответствующими требованиями СНиП 41-01-2003;

- обратными клапанами на отдельных воздуховодах для каждого помещения категории А, Б или В1 - В3 в местах присоединения их к сборному воздуховоду или коллектору;

- в случае устройства самостоятельной системы для одного отсоса или группы отсосов, расположенных в одном помещении, достаточно транзитный воздуховод выполнить с требуемой степенью огнестойкости, без установки огнезадерживающего клапана.

5.8 Воздуховоды систем местных отсосов по всей их протяженности должны быть выполнены из негорючих материалов.

5.9 Предел огнестойкости транзитных воздуховодов систем местных отсосов из помещений категорий А и Б должен определяться в соответствии с табл. 2 СНиП 41-01-2003.

5.10 Воздуховоды систем местных отсосов и помещений категорий А и Б не следует прокладывать в подвалах и подпольных каналах. Напорные участки воздуховодов не следует прокладывать через другие помещения. Допускается прокладывать указанные воздуховоды сварными класса П без разъемных соединений.

5.11 Воздуховоды систем местных отсосов смеси воздуха с горючими газами легче воздуха следует проектировать с подъемом не менее 0,005 в направлении движения газовоздушной среды. Воздуховоды, в которых возможна конденсация влаги или других жидкостей, должны выполняться с уклоном не менее 0,005 в сторону движения воздуха и снабжаться дренированием в нижних точках воздуховодов.

5.12 Расстояние от источников выброса систем местных отсосов из помещений категорий А и Б до ближайших источников зажигания (искры, нагретые поверхности, газы с высокой температурой и др.) L, м, следует принимать не менее:

где D - диаметр устья источника выброса, м;

k_y - концентрация горючих газов или паров а устье выброса, кг/м³;

k - концентрация горючих газов или паров, равная нижнему концентрационному пределу распространения пламени, кг/м³.

6 РАСЧЕТ РАСХОДА ВОЗДУХА В СИСТЕМАХ МЕСТНЫХ ОТСОСОВ

6.1 Минимальный расход воздуха в местных отсосах, обеспечивающий удаление горючих газов, паров, аэрозолей и пыли с концентрацией не превышающей 50 % нижнего концентрационного предела распространения пламени при температуре удаляемой смеси, q, м³/определяется по формуле

                                                                   (1)

где k - нижний концентрационный предел распространения пламени вещества при температуре удаляемой смеси, кг/м³.

m - скорость поступления взрывоопасного вещества в местный отсос, кг/с.

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

6.2 Расход воздуха в воздуховодах, к которым присоединяются местные отсосы, Q, м³/с определяется в соответствии с выражением

                                                              (2)

где п - количество местных отсосов, присоединяемых к воздуховоду.

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

                                                              (3)

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 давлением, м³;

M - молярная масса газов или паров, находящихся под давлением в аппаратах, кг/кмоль;

T_p - температура паров или газов, находящихся в аппаратах, К.

6.4 Количество паров и газов, выделяющихся через сальниковые уплотнения одного насоса, принимается в соответствии с табл. 2.

Таблица 1

Значение коэффициента С

Рабочее давление P, кПа (атм.)	Менее 101 (1)	101 (1)	606 (6)	1616 (16)	4040 (40)	16160 (160)	40400 (400)	101000 (1000)
Величина С	3,36´10-5	4,6´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

Таблица 2

Количество паров и газов на один насос, выделяющееся через сальниковые уплотнения

или рассчитываются по формулам (кг/с):

- для поршневых насосов, перекачивающих легкие, холодные нефтепродукты

                                              (4)

где р - периметр штока насоса, м;

Р - рабочее давление, создаваемое насосом, кПа;

A - коэффициент, принимаемый равным 5 для высоколетучих жидкостей и равным 2,5 - для обычных бензинов и керосинов;

- для центробежных насосов при перекачке легких жидкостей

                                          (5)

где d - диаметр вала насоса м;

ρ_ж - плотность жидкости, кг/м³;

Р - рабочее давление насоса, кПа.

6.5 Масса водорода, образующаяся в единицу времени при зарядке нескольких батарей, m_v, кг/с, рассчитывается по формуле

                                     (6)

где T_p - расчетная температура, К;

I_i - максимальный зарядный ток i-й батареи, А;

N_i - количество аккумуляторных элементов в i-й батарее;

k - число аккумуляторов.

Выражение (6) применяется для аккумуляторов, не снабженных системой рекомбинации водорода. Если аккумуляторы снабжены указанной выше системой, то скорость поступления водорода принимается по данным предприятия-изготовителя.

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

                                                (7)

где η - коэффициент, принимаемый по табл. 3 в зависимости от скорости и температуры воздушного потока над поверхностью испарения;

M - молярная масса, кг/кмоль;

P_н - давление насыщенного пара при расчетной температуре жидкости, кПа;

F_ж - площадь испарения, м².

Таблица 3

Зависимость коэффициента η от температуры и скорости воздушного потока

6.6.1 Площадь испарения с поверхности разлившейся жидкости (F_ж) принимается исходя из расчета, что 1 л смесей и растворов, содержащих 70 % и менее (по массе) растворителей, разливается на площади 0,5 м², а 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 в соответствии с п. 4.6.

6.6.2 Давление насыщенных паров легковоспламеняющихся и горючих жидкостей при расчетной температуре воздушного потока Р_н определяется по уравнению

                                                       (8)

где А, В, С - константы уравнения Антуана, принимаются по табл. Г1 и Г2, прилож. Г или по справочным данным;

t_р - расчетная температура воздушного потока, °С;

χ - объемная доля горючей жидкости в смеси (для чистых горючих жидкостей c = 1).

6.7 Интенсивность испарения при проливе сжиженных углеводородных газов, при температуре подстилающей поверхности от -50 до +40 °С, m_суг, кг/(м²×с) допускается рассчитывать по формуле

                    (9)

где М - молярная масса СУГ, кг/кмоль;

L_исп - мольная теплота испарения СУГ при начальной температуре СУГ, Дж/моль;

Т₀ - начальная температура материала, на поверхность которого разливается СУП соответствующая расчетной температуре t_p, К;

Т_ж - начальная температура СУГ, К;

λ_ТВ - коэффициент теплопроводности материала, на поверхность которого разливается СУГ, Вт/(м×К);

a - эффективный коэффициент температуропроводности материала, на который проливается СУГ, м²/с;

 - число Рейнольдса (u - скорость воздушного потока, м/с; d - характерный размер (наибольшая длина поверхности испарения, допускается брать подкоренное значение площади испарения) м; v - кинематическая вязкость воздуха при расчетной температуре t_р, (м³/с);

λ_в - коэффициент теплопроводности воздуха при расчетной температуре t_p, Вт/(м×К).

Значения теплофизических констант для некоторых сжиженных углеводородных газов приведены в табл. Г3 прилож. Г.

6.8 Значение нижнего концентрационного предела распространения пламени k (кг/м³), для заданных веществ и материалов определяется по справочным данным в соответствии с требованиями п. 4.5 или рассчитывается по данным табл. Г1, Г2 прилож. Г по формуле

                                        (10)

где j - нижний концентрационный предел распространения пламени при расчетной температуре, % (об.);

V_o - мольный объем, равный 22,413 м³/кмоль.

6.9 Нижний концентрационный предел распространения пламени j, (% об.) при расчетной температуре определяется по выражению

                                                  (11)

где T_p - расчетная температура, К;

Т₀ - температура, при которой определен предел распространения пламени j_o (% об.), К.

6.10 Давление взрыва (кПа) создаваемое при сгорании горючих веществ в помещении, рассчитывается по формуле

                                       (12)

где M_i - масса i-го вещества, поступающего в помещение в течение часа, кг;

М_i = 3600 - m_i,                                                 (13)

m_i - масса i-го вещества, поступающего в помещение в единицу времени, кг/с;

H_i - теплота сгорания i-го вещества, Дж/кг;

Z_i - коэффициент участия i-го вещества во взрыве (определяется по табл. 2 НПБ 105-03);

V_св - свободный объем помещения, м³. При отсутствии данных допускается принимать равным 80 % геометрического объема помещения.

Если время поступления вещества меньше 1 ч, то в формулу (12) вместо М_i следует подставлять массу этого вещества.

При DР больше (>) 5 кПа помещение является взрывопожароопасным и относится к категории А или Б по НПБ 105-03 в зависимости от вида обращающихся в нем веществ и материалов.

При DР не больше (£) 5 кПа помещение не является взрывоопасным и относится к категориям В1 - В4. Рассчитывается согласно НПБ 105-03.

6.11 Определяется концентрация горючих веществ k_п (кг/м³), образующаяся в помещении при остановке вентилятора местных отсосов и продолжающейся работе технологического оборудования:

                                                              (15)

Вычисляется отношение:

                                                                  (16)

в соответствии с п. 5.3 определяется необходимость оборудования систем местных отсосов резервным вентилятором.

6.12 Плотность горючих веществ по отношению к воздуху, v, определяется по отношению:

где ρ - плотность горючего вещества при расчетной температуре, кг/м³;

ρ_в - плотность воздуха при расчетной температуре, принимается равной 1,2 кг/м³.

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

тогда формула (16) будет иметь вид:

                                            (17)

По величине v определяется необходимость устройства подъема воздуховода. Необходимость устройства уклона определяется возможностью конденсации, которая определяется в разделе 8.

7 ОБОСНОВАНИЕ СОВМЕСТИМОСТИ ВЕЩЕСТВ ПРИ РЕШЕНИИ ВОПРОСА ОБ ОБЪЕДИНЕНИИ МЕСТНЫХ ОТСОСОВ В ОБЩИЕ СИСТЕМЫ

7.1 Местные отсосы от оборудования для удаления ГГ, паров ЛВЖ и ГЖ и окислителей допускается объединять в общие системы, если это не противоречит требованиям п. 7.2.12. СНиП 41-01-2003 и указанные вещества совместимы по данным технологической части проекта или в соответствии с испытаниями по ГОСТ 12.1.044-89 (п. 4.15), а также данными расчетов энергии Гиббса и справочными данными.

7.2 Возможность совместного удаления веществ системой местных отсосов определяется на основе учета показателей их пожарной опасности и химической активности.

7.3 При отсутствии экспериментальных и справочных данных совместимость веществ допускается определять расчетом стандартной энергии Гиббса DJ° которая является мерой реакционной способности реагирующих веществ и может быть определена из справочной литературы. Реакции между веществами, сопровождающиеся большой потерей энергии Гиббса, протекают самопроизвольно (без затраты работы извне и до конца) и приобретают характер активного взаимодействия. В этих реакциях изменение энергии Гиббса отрицательно, т.е. в исходном состоянии системы (у реагирующих веществ) она больше, чем в конечном состоянии (у продуктов реакции).

Реакции, протекающие с затратой работы, не способны идти самопроизвольно, и изменение энергии Гиббса для них положительно.

7.4 По стандартным энергиям Гиббса образования продуктов реакции и исходных веществ можно вычислить энергию химической реакции, отвечающую изменению стандартной энергии Гиббса, сопровождающей данный процесс. Изменение стандартной энергии Гиббса при реакции равно разности между суммой стандартных энергий Гиббса образований продуктов реакции и суммой стандартных энергий Гиббса образования исходных веществ.

                         (18)

где (DJ°_f)_ПРОД, (DJ°_f)_ИСХ - энергия Гиббса образования соответственно конечных продуктов и исходных веществ, участвующих в реакции;

v_i, v_j - стехиометрические коэффициенты соответственно для i-го конечного продукта реакции и для j-го исходного вещества, участвующих в реакции;

т, п - число исходных веществ и число продуктов реакции.

7.5 Критерием самопроизвольного процесса в нестандартных условиях принимается условие DJ° намного меньше 0. Критерием невозможности процесса (т.е. совместимости веществ) принимается неравенство DJ° намного больше 0.

7.6 В качестве критической величины, определяющей совместимость или несовместимость веществ, принимается DJ° = минус 4,18 кДж×моль^-1. Если для реакции расчетом получено DJ° < минус 41,8 кДж×моль^-1, то реакция возможна не только в стандартных, но и в нестандартных условиях. При значении DJ° от минус 41,8 кДж×моль^-1 до плюс 41,8 кДж×моль^-1 вещества следует относить к пожаровзрывоопасным и несовместимым в системах местных отсосов. Если DJ° > плюс 41,8 кДж×моль^-1, то процесс взаимодействия веществ невозможен как в стандартных, так и в иных условиях и вещества совместимы.

7.6.1 Пример расчетного обоснования совместимости веществ для решения вопроса объединения местных отсосов в одну систему.

Установить возможность использования негорючего окислителя триоксида хрома (CrO₃) с ацетоном (C₃H₆O) в одной или раздельных линиях местных отсосов.

Реакция между этими веществами протекает по уравнению:

16CrO₃ + 3C₃H₆O ← 8Cr₂O₃ + 9CO₂ + 9H₂O.

Из справочных данных находим стандартные энергии Гиббса образовании веществ (DJ°_f, кДж×моль^-1).

Триоксид хрома (твердое вещество) CrO₃            минус 513,8;

Оксид хрома (твердое вещество) Cr₂O₃             минус 1057,9;

Ацетон (жидкость) 3C₃H₆O                                 минус 155,5;

Диоксид углерода (газ) CO₂                                минус 394,6;

Вода (газ) H₂O                                                       минус 237,4.

Согласно уравнению имеем:

На 1 моль смеси энергия Гиббса:

Следовательно, системы местных отсосов для удаления этих веществ должны быть автономными.

7.7 Действующая автоматизированная программа ФГУ ВНИИПО МЧС РФ «Совместимость веществ и материалов» содержит банк данных для 2000 веществ по совместимости этих веществ друг с другом и другими веществами с указанием условий их совместимости. Данные, характеризующие совместимость наиболее широко распространенных веществ и смесей с окислителями (кислоты, пероксид водорода), представлены в табл. Б1 прилож. Б.

7.8 Данные по химической совместимости ряда горючих веществ и окислителей, полученные в результате экспериментальных исследований, представлены в табл. Б2 прилож. Б.

7.9 При отсутствии данных в технической документации (технологическая часть проекта), данных экспериментальных исследований по ГОСТ 12.1.044-89 и расчетов энергии Гиббса допускается использовать данные требований пожарной безопасности по совместному хранению веществ и материалов (ГОСТ 12.1.004-91*, ППБ 01-03). Вещества опасные и особо опасные (табл. 15 - 17 ГОСТ 12.004-91* и табл. 4 - 6 ППБ 01-03), указанные под цифрами 3 и 4 в этих таблицах, нельзя удалять совместно в местном отсосе. Например, ядовитые газы окисляющие, едкие и коррозионные (класс 2, подкласс 2.2, категория 224 по ГОСТ 19433-88) нельзя удалять в местных отсосах совместно с ЛВЖ с температурой воспламенения от -18 °С до +23 °С.

Вещества и материалы, отмеченные в табл. 15 - 17 (ГОСТ 12.1.004-91*) или табл. 4 - 6 (ППБ 01-03) значком + являются совместимыми прут с другом: едкие, коррозионные кислоты, слабые окислители (категория опасности 818 по ГОСТ 19433-88) можно удалять обшей системой местных отсосов совместно с горючими газами (категория опасности 616,915 по ГОСТ 19433-88).

8 ОЦЕНКА ВОЗМОЖНОСТИ КОНДЕНСАЦИИ В СИСТЕМАХ МЕСТНЫХ ОТСОСОВ ГГ, ПАРОВ ЛВЖ И ГЖ

8.1 В соответствии с п. 7.2.13 СНиП 41-01-2003 системы местных отсосов пожаровзрывоопасных веществ (в том числе аэровзвесей), оседающих или конденсирующихся в воздуховодах или вентиляционном оборудовании, следует проектировать отдельными для каждой единицы оборудования.

8.2 При удалении газо-, паровоздушных смесей системами местных отсосов примеси ГГ следует принимать неконденсирующимися.

8.3 При удалении паровоздушных смесей ЛВЖ, ГЖ и окислителей системами местных отсосов возможность их конденсации определяется температурой точки росы t_p, которую следует сопоставить с минимальной температурой перемещаемой паровоздушной смеси t_min.

8.4 Величина t_min в системе местных отсосов с резервным вентилятором определяется по формуле:

                          (19)

где t_В - начальная температура паровоздушной смеси в системе местных отсосов в °С, принимается по технологическим данным;

t_Н - температура наружного воздуха для холодного периода года (принимается в °С по СНиП 23-01-99*);

l - длина воздуховода за пределами отапливаемой зоны здания в м;

d - диаметр воздуховода за пределами отапливаемой зоны здания в м;

u - скорость паро-воздушной смеси в воздуховоде за пределами отапливаемой зоны здания, м×с^-1.

8.5 Величина t_MIN в системе местных отсосов без резервного вентилятора принимается равной температуре наружного воздуха для холодного периода года t_н по СНиП 23-01-99*.

8.6 Температуру точки росы t_p для паров ЛВЖ, ГЖ и окислителей следует принимать по справочным данным в зависимости от парциального давления паров ЛВЖ, ГЖ и окислителей в удаляемой паровоздушной смеси.

Величину t_p в зависимости от парциального давления допускается определять по преобразованному уравнению Антуана:

                                                       (20)

где А, В, С - константы уравнения Антуана, соответствующие размерности Р в кПа, принимаются по справочным данным или по табл. Г1, Г2 прилож. Г.

8.7 Парциальное давление паров ЛВЖ, ГЖ и окислителей, P, кПа, определяется по формуле:

                                                  (21)

где j_о - НКПР % (об), определяется экспериментально по ГОСТ 12.1.044-89 или принимается по справочным данным или по табл. Г1, Г2 прилож. Г.

8.8 Если t_MIN перемещаемой паровоздушной смеси ниже t_р паров ЛВЖ, ГЖ и окислителей, то конденсация их возможна и их удаление следует осуществлять автономной системой местных отсосов.

Если t_MIN перемещаемой паровоздушной смеси выше t_p, то конденсация паров не происходит и удаление их можно осуществлять обшей системой местных отсосов, если при этом выполняются требования СНиП 41-01-2003 и условия совместимости.

9. ТЕРМИНЫ И ОПРЕДЕЛЕНИЯ

ПРИЛОЖЕНИЕ А

(рекомендуемое)

ПРИМЕРЫ РАСЧЕТА СИСТЕМ МЕСТНЫХ ОТСОСОВ

Целью расчетов систем местных отсосов является определение требуемого минимального расхода воздуха для удаления пожаровзрывоопасных веществ, необходимости оборудования систем местных отсосов резервными вентиляторами, возможности объединения местных отсосов в общие системы, выбор исполнения электрического оборудования в зависимости от свойств перемещаемых пожаровзрывоопасных веществ и условий его размещения, а также назначение других мероприятий (огнезадерживающие и обратные клапаны, определение требуемой группы горючести, предела огнестойкости воздуховодов и т.п.) для обеспечения пожарной безопасности систем местных отсосов в соответствии с требованиями СНиП 41-01-2003.

Пример 1

1. Исходные данные

1.1 В аппарате объемом 10 м³ содержится ацетилен при рабочем давлении 101 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_н = 80 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, нижним концентрационным пределом распространения пламени 2,5 % (об) (см. табл. Г1 прилож. Г). 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) согласно СНиП 23-03-99* t_p = 28,5 °С. Коэффициент износа аппарата К = 1,5.

3 Определение скорости утечки ацетилена

Скорость утечки ацетилена из аппарата определим по формуле (3):

где К = 1,5 - коэффициент, учитывающий степень износа производственного оборудования;

С = 4,61×10^-5 - коэффициент при давлении газа в аппарате 101 кПа (принимается по табл. 1 п. 6.3. Методики);

V = 10 м³ - объем аппарата;

М = 26 кг/кмоль, молярная масса ацетилена;

T_р =303 К, температура газа в аппарате.

4 Нижний концентрационный предел распространения пламени ацетилена в % (об.) при расчетной температуре 28,5 °С определим по формуле (11):

5 Нижний концентрационный предел распространения пламени ацетилена в кг/м³ в соответствии с формулой (10) составит

6 Согласно формуле (1) минимальный расход воздуха в местном отсосе должен быть

7 Давление взрыва, создаваемое при горении ацетилена в помещении, определим по формуле (12)

где M_y = 3600×m_v = 3600×2×10^-4 = 0,72 масса ацетилена (кг), поступившего в помещение в течение одного часа;

H_i = 49,97×10⁶ - теплота сгорания ацетилена, Дж/кг;

Z = 0,5 - коэффициент участия ацетилена во взрыве,

V_св = V_п ×0,8 = 64 - свободный объем помещения, м³.

Поскольку полученное давление больше 5 кПа, то, согласно НПБ 105-03, помещение является взрывоопасным и относится к категории А.

8 Рассчитаем концентрацию ацетилена в помещении при остановке вентилятора системы местных отсосов по уравнению (14)

9 Определяем отношений ψ (15):

Поскольку ψ больше 0,1, то в соответствии с требованиями СНиП 41-01-2003 система местного отсоса при отсутствии автоматически включаемой аварийной вентиляции должна оборудоваться резервным вентилятором.

10 Плотность ацетилена по воздуху при расчетной температуре найдем по выражению (17):

Поскольку v меньше 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, (п. 5.1 Методики) с резервным вентилятором (п. 5.3 Методики).

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 (п. 5.3 Методики).

4. Электрооборудование системы местного отсоса должно быть выполнено во взрывозащищенном исполнении, так как газо-воздушная смесь удаляется из помещения категории А (п. 5.4 Методики).

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 категорий А и Б (п. 5.5 Методики).

6 Воздуховод системы местного отсоса должен быть выполнен из негорючих материалов и оборудован огнезадерживающим клапаном в местах его пересечения противопожарной преграды или перекрытия помещений категорий 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 (пп. 5.7 - 5.9, 5.11 Методики).

Пример 2

1 Исходные данные

1.1 В аккумуляторном помещении объемом V_п = 180 м³ размещаются две аккумуляторные батареи 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 взрывопожароопасных веществ, кроме водорода, выделяющегося в процессе зарядки аккумуляторов, нет.

1.2 Обоснование расчетного варианта.

Расчет системы местного отсоса производим 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, нижним концентрационным пределом распространения пламени j_о = 4,12 % (об.) (см. табл. Г1 прилож. Г). Удельная теплота сгорания 119,8×10⁶ Дж/кг, коэффициент участия во взрыве 1,0.

2 Массу водорода, образующегося в единицу времени при зарядке двух батарей, рассчитываем по формуле (6):

где T_p - расчетная условная температура, 301 К;

I_i - максимальный зарядный ток i-й батареи, 36 А и 9 А;

N_i - количество аккумуляторных элементов i-й батареи 12 и 13;

k - число аккумуляторов, два.

3 Нижний концентрационный предел распространения пламени водорода в % (об.) при расчетной условной температуре 28 °С найдем по формуле (11):

4 Нижний концентрационный предел распространения пламени водорода в соответствии с формулой (10) составит

5 Согласно формуле (1) минимальный расход воздуха в системе местных отсосов должен быть

6 Определим давление взрыва, создаваемое при горении смеси водорода с воздухом в помещении по уравнению (12):

 

где М_Н = 3600×m_н = 3600×1,2×10^-5 = 0,043 кг - масса водорода, поступившего в течение одного часа;

H_Т = 119,8×10⁶ - удельная теплота сгорания водорода, Дж/кг;

Z = 1,0 - коэффициент участия водорода во взрыве;

V_св = V_п×0,8 = 144 - свободный объем помещения, м³.

Поскольку полученное давление меньше 5 кПа, то в соответствии с НПБ 105-03 помещение не относится к категории А.

7 Рассчитаем концентрацию водорода в помещении при остановке вентилятора местных отсосов по уравнению (14):

8 Определяем отношение ψ (15):

Поскольку ψ меньше 0,1, то в соответствии с требованиями СНиП 41-01-2003 в системе местного отсоса установки резервного вентилятора не требуется.

9 Плотность водорода по воздуху при расчетной температуре найдем по формуле (17):

Поскольку v меньше 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 26,28 м³/ч без резервного вентилятора.

2 Систему местного отсоса следует проектировать отдельно от системы общеобменной вентиляции (п. 5.1 Методики).

3 В системе необходимо предусмотреть автоматическое блокирование вентилятора, обеспечивающее остановку процесса зарядки при выходе из строя вентилятора (п. 5.3 Методики).

4 Электрооборудование системы местных отсосов должно быть выполнено в обычном исполнении, так как удаление газовой смеси осуществляется не из помещения категории А (п. 5.5 Методики).

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 (п. 5.5 Методики).

6 Воздуховоды системы местных отсосов должны быть выполнены из негорючих материалов и оборудованы огнезадерживающими клапанами в местах их пересечения противопожарной преграды или перекрытия помещений категорий А, Б или B1 - 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 (пп. 5.7 - 5.9, 5.11 Методики).

Пример 3

1 Исходные данные

1.1 В лабораторном помещении объемом V_п = 425 м³ на рабочем столе, оборудованном вытяжным зонтом, производится разлив сжиженного этилена из сосуда Дьюара в емкости для проведения лабораторных исследований. В сосуде Дьюара находится 1 л этилена. Рабочий стол имеет площадь поверхности 1,4 м² и оборудован бортиками высотой 5 см, препятствующими растеканию сжиженного газа за пределы площади стола.

1.2 Молярная масса сжиженного этилена М = 28 кг/кмоль. Плотность сжиженного этилена при температуре эксплуатации T_ж = 169,5 К составляет ρ_ж = 568 кг/м³. Плотность газообразного этилена при этой температуре ρ_г = 2,02 кг/м³. Мольная теплота испарения сжиженного этилена при T_ж - L_исп = 1,344×10⁴ Дж/моль. Температура поверхности стола Т_с = 299 К. Коэффициент теплопроводности материала стола (клееной фанеры) λ_тв = 0,15 Вт/(м×К), коэффициент температуропроводности этого материала a = 9,96×10^-8 м²/с. Максимальная скорость воздушного потока в помещении и = 0,1 м/с. Кинематическая вязкость воздуха при расчетной условной температуре в помещении 26 °С составляет v = 1,64×10^-5 м²/с, коэффициент теплопроводности воздуха λ_в = 2,74×10^-2 Вт/(м×К). Нижний концентрационный предел распространения пламени этилена равен 2,7 % об. (см. табл. Г1 прилож. Г), удельная теплота сгорания 46988 кДж/кг, коэффициент участии во взрыве 0,5.

2 Обоснование расчетного варианта

В качестве расчетного варианта принимается пролив всего этилена, содержащегося в сосуде Дьюара. Ввиду того, что площадь, ограниченная бортиками стола, больше площади разлива этилена, за площадь испарения принимаем 1 м² (согласно п. 4.6 Методики).

3 Определение скорости испарения этилена

3.1 Интенсивность испарения при проливе этилена (кг/м²с) определим по п. 6.7:

 

где М - молярная масса этилена, кг/кмоль;

L_исп - вольная теплота испарения при начальной температуре T_ж, Дж/моль;

Т₀ - начальная температура материала стола, соответствующая расчетной температуре t_p = 26 °С, 299 К;

Т_ж - начальная температура этилена, 169,5 К;

λ_ТВ - коэффициент теплопроводности материала поверхности стола, 0,15 Вт/(м×К);

a - эффективный коэффициент температуропроводности материала стола, м²/с;

 - число Рейнольдса (и - скорость воздушного потока, м/с; d - характерный размер (подкоренное значение площади испарения), м; v - кинематическая вязкость воздуха при расчетной температуре t_p, м²/с);

λ_ТВ - коэффициент теплопроводности воздуха при расчетной температуре t_p, Вт/(м×К).

3.2 Скорость испарения пролива этилена

m = m_СУГ ×F_ж = 0,0171 = 0,017 кг/с.

4 Нижний концентрационный предел распространения пламени этилена в % (об.) при расчетной температуре 26 °С найдем по формуле (11):

5 Нижний концентрационный предел распространения пламени этилена в кг/м² в соответствии с формулой (10) составит

6 Минимальный расход воздуха в системе местных отсосов согласно формуле (1) должен быть

7 Определим давление взрыва, создаваемое при горении смеси этилена с воздухом в помещении по формуле (12):

M = m×3600 = 0,017×3600 = 61,2 кг - масса этилена, рассчитанная на предполагаемое испарение в течение часа, что превышает фактическую массу этилена, равную М_Э = ρ_ж×v = 568×1×10^-3 = 0,568 кг, которая учитывается в формуле.

v - объем газа в сосуде Дьюара, м³.

Н_т = 46,988×10^-5 - удельная теплота сгорания этилена, Дж/кг;

Z = 0,5 - коэффициент участия этилена во взрыве:

V_св = V×0,8 = 340 м³ - свободный объем помещения.

Поскольку полученное давление меньше 5 кПа, то, в соответствии с НПБ 105-03 помещение не относится к категории А или Б.

8 Рассчитаем концентрацию паров этилена в помещении при остановке вентилятора местных отсосов по уравнению (14):

9. Определим отношение ψ (15):

Поскольку ψ меньше 1, то, в соответствии с требованиями СНиП 41-01-2003, в системе местного отсоса установки резервного вентилятора не требуется.

10 Плотность паров этилена по воздуху при расчетной температуре определяем по формуле (17):

Поскольку v меньше 1, пары этилена легче воздуха и воздуховоды должны иметь польем не менее 0,005 в направлении движения газовоздушной среды.

Выводы

1 Для обеспечения пожарной безопасности лабораторного помещения производительность системы местного отсоса должна быть не менее 3996 м³/ч (без резервного вентилятора). При этом количество сжиженного этилена в сосуде Дьюара должно быть не более 1 л, а покрытие рабочего стола - выполнено из клееной фанеры.

2 Систему местного отсоса следует проектировать отдельно от системы общеобменной вентиляции (п. 5.1 Методики).

3 В системе необходимо предусмотреть автоматическое включение аварийной вентиляции при остановке рабочего вентилятора системы местных отсосов (п. 5.3 Методики) для создания нормируемых санитарных условий.

4 Электрооборудование системы местных отсосов может быть выполнено в обычном исполнении (п. 5.4 Методики).

5 Оборудование системы местного отсоса может быть размешено в помещении лаборатории или в общем помещении для вентиляционного оборудования вытяжных систем общеобменной вентиляции (п. 5.5 Методики).

6 Воздуховод системы местного отсоса должен быть выполнен из негорючих материалов и оборудован огнезадерживающим клапаном в месте его пересечения противопожарной преграды или перекрытия помещений категории А, Б или В1 - В3 и иметь подъем 0,005 в сторону движения воздуха. Предел огнестойкости транзитных воздуховода системы местного отсоса должен быть не менее 0,5 ч (пп. 5.7 - 5.9, 5.11 Методики).

Пример 4

1 Исходные данные

1.1 В кладовой оперативного хранения горючих веществ площадью S_п = 35 м² и объемом V_п = 100 м³ в вытяжном шкафу размешен сменный запас ацетона массой 4 кг в алюминиевой канистре. Вытяжной шкаф оборудован бортиками, препятствующими растеканию ЛВЖ за пределы площади, равной 0,5 м². Площадь открытого проема шкафа S = 1,75 м². Аварийная вентиляция для помещения кладовой не предусмотрена.

1.2 Молярная масса ацетона M = 58,08 кг/кмоль. Константы уравнения Антуана: А = 6,37551; В = 1281,721; С = 237,088 (для давления насыщенных паров, выраженного в кПа). Ацетон - легковоспламеняющаяся жидкость с температурой вспышки -18 °С, плотностью 790,8 кг/м³ и нижним концентрационным пределом распространения пламени, равным 2,7 % (об.) (см. табл. Г1 прилож. Г). Удельная теплота сгорания 31360 кДж/кг, коэффициент участия во взрыве 0,3.

2 Обоснование расчетного варианта

В качестве расчетного варианта принимается пролив всего сменного запаса ацетона в пределах площади, ограниченной бортиками, равной F_ж = 0,5 м². За расчетную условную температуру принимается абсолютная летняя температура воздуха в данном районе (Мурманск) согласно СНиП 25-01-99* t_p = 22 °С.

3 Определение скорости испарения ацетона

3.1 По уравнению (8) рассчитаем давление насыщенных парой ацетона при заданной расчетной температуре:

3.2 Скорость испарения ацетона определим по формуле (7), приняв скорость воздушного потока в вытяжном шкафу равной 0,5 м/с, методом интерполяции находим η = 3,4:

4 Нижний концентрационный предел распространения пламени ацетона в % (об.) при расчетной температуре 22 °С найдем по формуле (11):

5 Нижний концентрационный предел распространения пламени ацетона в кг/м³ в соответствии с формулой (10) составит

6 Согласно формуле (1) минимальный расход воздуха в местном отсосе должен быть

7 Фактический расход воздуха в местном отсосе q_ф равен:

где V = 0,5 м/с - скорость в открытом проеме шкафа (над поверхностью испарения);

S = 1,75 м² - поперечное сечение вытяжного шкафа.

8 Определим давление взрыва, создаваемое при горении паров ацетона в помещении по уравнению (12):

где М_ж = 3600×m_ж = 3600×3,47×10^-4 = 1,249 кг масса ацетона (кг), испарившегося в течение одного часа, так как запас ацетона больше испарившейся жидкости;

H_т - удельная теплота сгорания ацетона, Дж/кг;

Z = 0,3 - коэффициент участия паров ацетона во взрыве;

V_св = V_п×0,8 = 80 - свободный объем помещения, м.

Поскольку полученное давление больше 5 кПа, то в соответствии с НПБ 105-03 помещение относится к категории А.

9 Рассчитаем концентрацию паров ацетона в помещении при остановке вентилятора местных отсосов (14), считая, что испарится весь разлившийся ацетон.

10 Рассчитаем отношение ψ (15):

Поскольку ψ больше 0,1 то в соответствии с требованиями СНиП 41-01-2003 система местного отсоса при отсутствии автоматически включаемой аварийной вентиляции должна оборудоваться резервным вентилятором.

11 Плотность паров ацетона по воздуху при расчетной температуре найдем по формуле (17):

Поскольку v больше 1, пары ацетона тяжелее воздуха.

Выводы

1 Для обеспечения пожарной безопасности кладовой оперативного хранения веществ расход воздуха, создаваемый местным отсосом в вытяжном шкафу, должен быть не менее 38,88 м³/ч (фактически по санитарным нормам принят равным 3150 м³/ч).

2 Поскольку в помещении аварийная вентиляция не предусмотрена, в системе местного отсоса следует предусмотреть резервный вентилятор (п. 5.3 Методики).

3 Электрооборудование системы местного отсоса должно быть выполнено во взрывозащищенном исполнении, так как транспортируемая смесь удаляется из помещения категории А (п. 5.4 Методики).

4 Оборудование системы местного отсоса может быть размещено в помещении кладовой или в общем помещении для вентиляционного оборудования вытяжных систем общеобменной вентиляции для помещений категорий А и Б (п. 5.5 Методики).

5 Воздуховод системы местного отсоса должен быть выполнен из негорючих материалов и оборудован огнезадерживающими клапанами в местах их пересечения с противопожарной преградой или перекрытием помещений категории А, Б или В1 - В3. Предел огнестойкости воздуховодов системы местных отсосов должен быть не менее 0,5 ч (пп. 5.7 - 5.9, 5.11 Методики).

Пример 5

1 Исходные данные

1.1 В помещении насосной объемом V_п = 310 м³ размещены поршневой насос, предназначенный для перекачки бензина АИ-93, и центробежный насос для перекачки бензола. Рабочее давление поршневого насоса 600 кПа, периметр штока поршня 0,1 м. Рабочее давление центробежного насоса также 600 кПа, а диаметр вала насоса равен 3´10^-2 м.

1.2 Молярная масса бензина М = 98,2 кг/кмоль, плотность 798 кг/м³ и нижний концентрационный предел распространения пламени 1,06 % (об.), удельная теплота сгорания 43641 кДж/кг (см. табл. Г2 прилож. Г), коэффициент участия во взрыве 0,3.

Молярная масса бензола М = 78,11 кг/кмоль, плотность 879 кг/м³, нижний концентрационный предел распространения пламени 1,43 % (об), удельная теплота сгорания 40576 кДж/кг (см. табл. Г1 прилож. Г), коэффициент участия во взрыве 0,3.

2 Обоснование расчетного варианта В качестве расчетного варианта принимаем наличие аварийной непрерывной утечки жидкостей через сальниковые уплотнения насосов и испарение всей выделяющейся жидкости. За расчетную температуру принимается абсолютная летняя температура воздуха в данном районе (Москва) согласно СНиП 23-01-99* t_p = 28,5 °С.

3 Количество паров бензина, выделяющихся через сальниковые уплотнения поршневого насоса, определим по формуле (4):

где р = 0,1 - периметр штока насоса, м;

Р = 600 - рабочее давление, создаваемое насосом, кПа;

А - коэффициент, равный 2,5, для бензина.

4 Количество паров бензола, выделяющихся через сальниковые уплотнения центробежного насоса, рассчитаем по формуле (5):

где d = 0,03 - диаметр вала насоса, м;

ρ = 879 - плотность жидкости, кг/м³;

Р = 600 - рабочее давление насоса, кПа,

5 Нижние концентрационные пределы распространения пламени бензина (j₁) и бензола (j₂) в % (об.) при расчетной температуре 28,5 °С найдем по формуле (11):

6 Нижний концентрационный предел распространения пламени бензина (k₁) и бензола (k₂) в кг/м³ в соответствии с формулой (10):

7 Согласно (1) минимальный расход воздуха в системе местных отсосов для поршневого насоса

для центробежного насоса

Тогда в соответствии с формулой (2) производительность вентсистемы, к которой подсоединяются местные отсосы, должна быть не менее

Q = q_п + q_ц = 29,16 + 16,24 = 45,4 м³/ч.

8 Определим давление взрыва, создаваемое при горении паров бензина (DP₁) и бензола (DР₂) в помещении, по уравнению (12):

- для бензина:

где M_n = 3600×m_п = 3600×1,7×10^-4 = 0,612 масса бензина (кг), испарившегося в течение одного часа:

Н_т = 43,641×10⁶ - удельная теплота сгорания бензина, Дж/кг;

Z = 0,3 - коэффициент участия паров бензина во взрыве;

V_св = V_п×0,8 = 248 - свободный объем помещения, м³.

- для бензола:

где М_ц = 3600×т_ц = 3600×1,01×10^-4 = 0,364 масса бензола (кг), испарившегося в течение одного часа;

H_т = 40,576×10⁶ - удельная теплота сгорания бензола, Дж/кг;

Z = 0,3 - коэффициент участия паров бензола во взрыве;

Поскольку рассчитанное давление взрыва меньше 5 кПа, то в соответствии с НПБ 105-03 помещение не относится к категории А.

9 Рассчитаем концентрацию паров бензина и бензола в помещении при остановке вентилятора системы местных отсосов по формуле (14)

- для бензина:

- для бензола:

10 Рассчитаем отношение ψ (15)

- для бензина:

- для бензола:

Поскольку ψ меньше 0,1 для обоих веществ, то в соответствии с требованиями СНиП 41-01-2003 система местных отсосов для удаления паров бензина и бензола может быть выполнена без резервного вентилятора.

11 Плотность паров бензина и бензола по отношению к воздуху при расчетной температуре найдем по формуле (17)

- для бензина:

- для бензола:

Поскольку v₁, v₂ больше 1, следовательно, пары бензина и бензола тяжелее воздуха.

Выводы

1 Для обеспечения пожарной безопасности помещения насосной расход воздуха, создаваемый местным отсосом у поршневого насоса, должен быть не менее 29,16 м³/ч, а от центробежного насоса - не менее 16,24 м³/ч.

При этом местные отсосы бензина и бензола могут быть объединены в общую систему местных отсосов, так как их объединение не может образовать горючую смесь или создать более опасное вещество. Производительность системы местных отсосов должна быть не менее 45,4 м³/ч.

2 Предусматривать в системе местных отсосов резервный вентилятор не следует (п. 5.3 Методики).

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

4 Оборудование системы местных отсосов может быть размещено в помещении насосной или в общем помещении для вентиляционного оборудования (п. 5.5 Методики).

5 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. Предел огнестойкости воздуховодов системы местных отсосов должен быть не менее 0,5 ч (пп. 5.7 - 5.9, 5.11 Методики).

Пример 6

1 Исходные данные

1.1 В помещении цеха объемом V_n = 810 м³ размещен деревообрабатывающий станок, осуществляющий распиловку, строгание и шлифовку древесины. В процессе обработки древесины выделяется древесная пыль, которая оседает на близлежащих поверхностях общей площадью F = 35 м². Измерениями установлено, что средняя интенсивность отложения пыли равна т_у = 1,2×10^-6 кг/(м²×с).

1.2 Нижний концентрационный предел распространения пламени k = 2,2×10² кг/м³, удельная теплота сгорания 13,8×10⁶ Дж/кг. Критический размер частиц (средний размер частиц пыли, выше которого пылевоздушная смесь становится взрывобезопасной) древесной пыли d* не менее 200 мкм.

Распределение пыли по дисперсности представлено в таблице:

Соответствующий этому распределению коэффициент участия пыли во взрыве, определенный по НПБ 105-03, равен 0,1.

2 Обоснование расчетного варианта

В качестве расчетного варианта принимаем, то 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 (г. Острогожск) согласно СНиП 32-01-99* t_p = 28 °С.

3 Минимальный расход воздуха в системе местных отсосов рассчитаем по уравнению (1):

но фактический расход воздуха q_ф принимается по минимальной скорости транспортирования пыли 12 м/с и диаметру воздуховода 0,15 м, т.е.:

4 Определим давление взрыва, создаваемое при горении пылевоздушной смеси (12):

где М_п = 3600×m_v×F = 3600×1,2×10⁶×35 = 0,151 масса древесной пыли (кг), поступающей в помещение в течение одного часа;

H_т = 13,8×10⁶ - удельная теплота сгорания пыли, Дж/кг;

Z = 0,1 - коэффициент участия пыли во взрыве;

V_св = V×0,8 = 648 свободный объем помещения, м³.

Поскольку полученное давление меньше 5 кПа, то, в соответствии с НПБ 105-03, помещение не относится к категории А или Б.

5 Рассчитаем концентрацию пыли в помещении при остановке вентиляторов местных отсосов по соотношению (14):

6. Рассчитаем отношение по формуле (15):

Поскольку ψ меньше 0,1, то, в соответствии с требованиями СНиП 41-01-2003, 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 (п. 5.3 Методики).

3 Электрооборудование системы местных отсосов может быть выполнено не во взрывозащищенном исполнении, так как транспортируемая смесь удаляется из помещения, не относящегося к категории А или Б (п. 5.4 Методики).

4 Оборудование систем местных отсосов может быть размещено в помещении цеха или в общем помещении для вентиляционного оборудования (п. 5.5 Методики).

5 Воздуховоды систем местных отсосов должны быть выполнены из негорючих материалов. Предел огнестойкости воздуховодов системы местных отсосов должен быть не менее 0,5 ч (пп. 5.7 - 5.9, 5.11 Методики).

ПРИЛОЖЕНИЕ Б

(рекомендуемое)

ДАННЫЕ ПО СОВМЕСТИМОСТИ ВЕЩЕСТВ

Таблица Б.1

Расчетные данные по совместимости веществ в системах местных отсосов при t_н до 50 °С

Примечание.

С - совместимые вещества, Н - несовместимые вещества.

Экспериментальные исследования проводились ДОАО «Газпроектинжиниринг» в соответствии с п. 4.15. ГОСТ 12.1.044-89 «Экспериментальное определение способности веществ взрываться и гореть при взаимодействии с водой, кислородом воздуха и другими веществами».

Таблица Б.2

Экспериментальные данные по совместимости веществ при температуре до 50 °С

ПРИЛОЖЕНИЕ В

(рекомендуемое)

ПРИМЕРЫ ОЦЕНКИ ВОЗМОЖНОСТИ КОНДЕНСАЦИИ ПАРОВ ЛВЖ И ГЖ В СИСТЕМАХ МЕСТНЫХ ОТСОСОВ

Пример 1

Определить возможность конденсации паров ацетона в системе местных отсосов (без резервного вентилятора) в соответствии с исходными данными, изложенными в примере 4 прилож. А Методики.

В соответствии со СНиП 23-01-99* самая низкая температура воздуха в холодный период года t_MIN в г. Мурманске составляет минус 27 °С.

(для сравнения по табл. Стэлла Д.Р. [5] t_p = минус 31,1 °С).

Поскольку t_p = минус 31,7 °С ниже t_MIN минус 27 °С, то конденсации в системе местных отсосов не произойдет.

В примере 4 прилож. А в качестве одного из выводов содержится рекомендация об установке резервного вентилятора. В этом случае t_MIN будет равно (при l = 20 м, d = 0,2 м, и = 10 м/с, t_в = 20 °С, для категории работ в холодный период года в соответствии с нормируемыми параметрами микроклимата):

Таким образом, и при установке резервного вентилятора конденсации паров ацетона в системе не произойдет, так как t_MIN больше t_p.

Пример 2

1 Исходные данные

1.1 Насосная станция (Московская область) осуществляет пятью насосами перекачку метанола. Объем помещения 120 м. Производительность каждого насоса - 1 м³/ч. Общеобменная вентиляция обеспечивает кратность воздухообмена 9,5 в 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 взрывобезопасном исполнении.

1.2 Метиловый спирт CH₄O: мол. масса 32,04; плотность 786,9 кг/м³ при 25 °С.

Уравнение Антуана:

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

j = 6,98 % (об.);

t_н = минус 26 °С (согласно СНиП 23-01-99* для г. Москвы);

t_в = 18 °С (в соответствии с нормируемыми параметрами микроклимата);

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

2. Расчет

Поскольку насосная оборудована резервным вентилятором, то t_MIN определяем по формуле (19):

Определяем точку росы t_p:

Р = 1,013 ´ 0,5 ´ 6,98 = 3,54 кПа,

.

Поскольку t_MIN меньше t_p при реализации проекта реконструкции вентиляции, в воздуховодах за пределами отапливаемой зоны произойдет конденсация паров, 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 3

1. Исходные данные

1.1 Насосная подача диэтиленгликоля на Касимовском ПХГ (филиал ООО «Мострансгаз». Московская область).

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) C₄H₁₀O₃ горючая бесцветная вязкая гигроскопичная жидкость. Молярная масса 106,12; плотность 1119 кг/м³; плотность пара по воздуху 3,66; НКПР 1,7 % (об.).

Коэффициенты к уравнению Антуана для диэтиленгликоля:

А = 6,6294; В = 1845,459; С = 153,949;

t_н = -26 °С (согласно СНиП 23-01-99* для г. Москвы);

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

2 Расчет

Определим точку росы t_p.

P = 1,013×0,5×1,7 = 0,86 кПа,

Поскольку t_p больше t_MIN = t_н (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 4

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 вытяжных шкафах параллельно проводят химические анализы с использованием бензина А-93 и серной кислоты (1-й шкаф) и бензина А-93 и пероксида 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 C_5,911H_12,166, бензин относится к ЛВЖ, j₀ = 1,1 % (об). Константы уравнения Антуана

А = 4,2651; В = 695,019; С = 223,22.

Расчет.

Из табл. Б1 прилож. Б следует, что бензин А-93 совместим с серной кислотой и пероксидом водорода. Определим, возможна ли конденсация паров бензина в воздуховодах местных отсосов.

В соответствии со СНиП 23-01-99* самая низкая температура воздуха в холодный период года (t_MIN) в г. Астрахани составляет минус 23 °С.

P = 1,013×0,5×1,1 = 0,56 кПа,

.

Поскольку t_p = -75,08 °С ниже t_MIN = -23 °С, конденсации бензина в местных отсосах не произойдет.

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

В системе местных отсосов отсутствует резервный вентилятор, поэтому расчета по формуле (19) не требуется.

ПРИЛОЖЕНИЕ Г

(справочное)

ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ И ЗНАЧЕНИЯ ПОКАЗАТЕЛЕЙ ПОЖАРНОЙ ОПАСНОСТИ НЕКОТОРЫХ ИНДИВИДУАЛЬНЫХ ВЕЩЕСТВ, СМЕСЕЙ И ТЕХНИЧЕСКИХ ПРОДУКТОВ

Таблица Г1

Значение показателей пожарной опасности некоторых индивидуальных веществ

Таблица Г1

Значения показателей пожарной опасности некоторых смесей и технических продуктов

Примечание. Размерность констант уравнения Антуана в табл. Г1 и Г2 такова, чтобы вычислить давление насыщенных паров жидкостей в кПа для температуры, выраженной в °С.