БЕЗОПАСНАЯ ПЛОЩАДЬ РАЗГЕРМЕТИЗАЦИИ ОБОРУДОВАНИЯ И ПОМЕЩЕНИЯ
БЕЗОПАСНАЯ ПЛОЩАДЬ РАЗГЕРМЕТИЗАЦИИ ОБОРУДОВАНИЯ И ПОМЕЩЕНИЯ — площадь сбросного сечения предохранительного устройства в помещениях и оборудовании, в которых обращаются горючие газы, жидкости или пыли, способные создавать с воздухом взрывоопасные смеси. Вскрытие площади сбросного сечения предохранительного устройства помещения и оборудования в процессе сгорания в них взрывоопасной смеси позволяет сохранить это помещение и оборудование от разрушения или деформации [1].
Безопасную площадь разгерметизации определяют по расчетным формулам на основе данных о параметрах оборудования, показателях пожаровзрывоопасности горючих смесей, условиях возникновения и развития процесса.
Метод устанавливает зависимость безопасной площади разгерметизации от объема оборудования или помещения и максимально допустимого давления внутри него, давления и температуры технологической среды, термодинамических и термокинетических параметров горючей смеси, условий истечения, степени турбулентности [2].
Формулы для расчета безопасной площади разгерметизации технологического оборудования с газопаровыми смесями
Безопасную площадь разгерметизации технологического оборудования с газопаровыми смесями определяют по следующим безразмерным критериальным соотношениям (1):
, (1)
- для сосудов, рассчитанных на максимальное относительное давление взрыва (см. ВЗРЫВ) (при одновременном выполнении условия в знаменателе формулы (1) сомножитель отсутствует, и
(2)
- для сосудов, выдерживающих давление взрыва в диапазоне относительных значений .
В формулах (1) и (2) приняты следующие обозначения (индексы i, u, е, m относятся соответственно к начальным параметрам, параметрам горючей смеси, характеристикам горения (см. ГОРЕНИЕ) в замкнутом сосуде, максимальным допустимым значениям):
— относительное максимально допустимое давление в сосуде, которое не приводит к его деформации и (или) разрушению;
— абсолютное максимально допустимое давление внутри сосуда, которое не приводит к его деформации и (или) разрушению, Па;
— абсолютное начальное давление горючей смеси в аппарате, при котором происходит инициирование горения, Па;
— абсолютное давление в пространстве, в которое происходит истечение, в момент достижения максимального давления взрыва внутри аппарата (атмосфера, буферная емкость и т. п.), Па;
— относительное максимальное давление взрыва данной горючей смеси в замкнутом сосуде;
— абсолютное максимальное давление взрыва данной горючей смеси в замкнутом сосуде при начальном давлении смеси , Па;
— коэффициент расширения продуктов сгорания смеси;
X — фактор турбулентности, представляющий собой в соответствии с принципом Гуи-Михельсона отношение действительной поверхности фронта пламени в аппарате к поверхности сферы, в которую можно собрать продукты сгорания, находящиеся в данный момент времени внутри сосуда [2].
Комплекс подобия W представляет собой с точностью до постоянного множителя произведение двух отношений — эффективной площади разгерметизации к внутренней поверхности сферического сосуда равного объема и скорости звука в исходной смеси к начальной нормальной скорости пламени:
, (3)
где — число «пи»;
— коэффициент расхода при истечении свежей смеси и (или) продуктов сгорания через устройство взрыворазрежения (предохранительная мембрана, клапан, разгерметизатор и т. п.);
F — площадь разгерметизации (сбросного сечения), ;
V — максимальный внутренний объем сосуда, в котором возможно образование горючей газопаровой смеси,
R — универсальная газовая постоянная, равная 8314 Дж/(кмоль*К);
— температура горючей смеси, К;
— молекулярная масса горючей смеси, кг/кмоль;
— нормальная скорость распространения пламени при начальных значениях давления и температуры горючей смеси, м/с.
Формулы (1) и (2) могут быть использованы как для определения безопасной площади разгерметизации F при проектировании аппаратов по максимально допустимому относительному давлению взрыва в нем (прямая задача), так и для определения максимально допустимого начального давления горючей смеси в аппарате, рассчитанном на максимальное давление , с уже имеющимся сбросным люком площадью F, например при анализе аварий (обратная задача).
Формулы (1) и (2) охватывают весь диапазон возможных давлений в оборудовании с различной степенью негерметичности .
Точность определения диаметра сбросного сечения по инженерным формулам (1), (2) в сравнении с точным компьютерным решением системы дифференциальных уравнений динамики развития взрыва составляет около 10 %.
Степень влияния различных параметров на безопасную площадь разгерметизации технологического оборудования с газопаровыми смесями
В настоящем методе реализован подход к расчету площади сбросного сечения, заключающийся в учете влияния различных параметров и условий на безопасную площадь разгерметизации посредством соответствующего изменения эффективного значения фактора турбулентности (отношение фактора турбулентности к коэффициенту расхода) [2].
Расчет безопасной площади разгерметизации проводится, как правило, для наиболее опасных (около стехиометрического состава) смесей, если не доказана невозможность их образования внутри защищаемого объекта.
Зависимость фактора турбулентности от условий развития взрыва в технологическом оборудовании с газопаровыми смесями при точечном источнике зажигания (см. ИСТОЧНИК ЗАЖИГАНИЯ)
Зависимость фактора турбулентности от условий развития горения, исходя из сегодняшнего уровня знаний, может быть представлена для полых объектов формулой:
(4)
где — эмпирические коэффициенты, определяемые по таблице 1.
Условия развития горения
Эмпирические коэффициенты
а3
а4
Объем сосуда V до 10 м3; степень не герметичности S / V2'3 до 0,25
0,15
4
1
0
Объем сосуда V до 200 м3, 1 < лт < 2:
- изначально открытые сбросные сечения
2
- изначально закрытые сбросные сечения
8
Объем сосуда V до 200 м3, 2 < кт < пе:
0,8
1,2
- начально закрытые сбросные сечения
6
Объем сосуда V до 10 м3; степень негерметичности S / V2'3 до 0,04; наличие сбросного трубопровода, 1 < пт < 2:
- без орошения истекающих газов
- с орошением истекающих газов
Таблица 1. Эмпирические коэффициенты
Литература:
1.Энциклопедия «Пожарная безопасность», 2007 г.
2.Государственный стандарт РФ ГОСТ Р 12.3.047-2012 «Система стандартов безопасности труда. Пожарная безопасность технологических процессов. Общие требования. Методы контроля»
Расчет категорий по взрывопожарной и пожарной опасности
Калькуляторы расчета пожарного риска для общественных зданий
Калькуляторы расчета пожарного риска для производственных объектов
Проверочные листы МЧС с комментариями эксперта
Организации в области Пожарной безопасности
Системы противопожарной защиты
Первичные средства пожаротушения
Источники наружного противопожарного водоснабжения
Требования к зданиям
Выбор системы противопожарной защиты для зданий
Выбор системы противопожарной защиты для сооружений
Определение требуемого типа СОУЭ
Выбор системы противопожарной защиты для оборудования
Определение необходимого уровня звука СОУЭ