Расчёт взрывоопасности компресорного цеха

 

Q(ПО)= Q(ГС_п)· Q_п(ИЗ/ГС)= 2,3·10^-2∙8∙10^-3=1,84∙10^-4.

Таким образом, вероятность того, что в отделении компрессии произойдет взрыв либо в самом компрессоре, либо в объеме цеха, составит величину:

Вероятность того, что  в компрессорной возникнет или  пожар, или взрыв равна:

 

Q(ПЗ или ВЗ)= Q(ВП)+Q_п(ПО)= 3,76 ·10^-7+1,84·10^-4=1,844·10^-4.

 

Из расчета следует, что вероятность взрыва водородовоздущной смеси в объеме помещения равна 3,76∙10^-7. А вероятность возникновения в помещении взрыва или пожара равна 1,844·10 в год.

 

 

6. Расчет избыточного давления взрыва газовоздушной смеси. Определение категории помещения по взрывопожароопасности и класса взрывоопасной зоны

 

 

Избыточное давление, образующееся при взрыве водородной смеси, определяется по формуле:

 

,

 

где  Р_max  - максимальное давление, развиваемое при сгорании водородной смеси в замкнутом объеме, равное 730 кПа;

Р_о –атмосферное давление равное 101 кПа;

Z – коэффициент участия горючего при сгорании газопаровоздушной смеси,  равный 1;

V_св – свободный объем равен 80% от объема помещения (V), м³;

 

V

= 0,8∙V = 0,8∙3240 = 2592 м³;

 

С_ст – стехиометрическая концентрация водорода,

 

% (об.);

 

 

где     β  -   стехиометрический коэффициент  кислорода в реакции сгорания:

 

;

 

n_C, n_H, n_O, n_X  - число атомов углерода, водорода, кислорода и галоидов в     молекуле горючего;

К_н - коэффициент, учитывающий негерметичность помещения и неадеобатичность процесса горения равный 3;

r_г - плотность водорода при расчетной температуре t_р, кг/м³, вычисляемая по формуле:

 

,

 

где  М = 2,016 - молярная масса метана, кг/кмоль;

 V₀ - мольный объем, равный 22,413 м³/кмоль;

  t_р - расчетная температура равная 20 °С.

 

,

 

m –масса водорода, поступившего в помещение,

 

, кг;

 

где V_А - объем газа, вышедшего из аппарата, м³;

V_Т - объем газа, вышедшего из трубопроводов, м³.

При этом:

 

V_А = W·F·t = 1208,61·0,118·10^-4·6 = 0,855 м³,

 

где  W = 1208,61 -интенсивность истечения водорода (см. предыдущий расчет), м/с;

F - площадь щели, м;

t -  время истечения водорода, с. 

 

V_т = V_1т +V_2т ,

 

 

где  V_1т - объем газа, вышедшего из трубопровода до его отключения, м³;

V_2т - объем газа, вышедшего из трубопровода после его отключения,м³.

 

V_1Т = q∙T = 0,143∙300 = 42,9м³,

 

 

где  Т = 300 с - время отключения трубопроводов (ручное отключение);

q - расход газа, м³/с.

 

,

                       

где  p₂ - максимальное давление в трубопроводе, кПа;

r - внутренний радиус  трубопровода, м;

l - длина трубопровода  от аварийного аппарата до  задвижек, м.

 

V_2Т =0,01∙3,14·19,6∙10²∙0,075²∙5=1,73 м³,

 

V_Т =42,9+1,73= 44,63 м³,

 

m = (0,855+44,63) ∙0,081 = 3,684 кг,

 

 

 Согласно НПБ 105 – 03 "Определение категорий помещений и зданий по взрывопожароопасной и пожарной опасности ", все производственные помещения в зависимости от используемых и получаемых веществ и материалов подразделяются на категорий (А, Б, В1 – В4, Г, Д). Взрывоопасные помещения в которых находятся, получаются или образуются горючие газы, легковоспламеняющиеся жидкости с температурой вспышки до 28°С, в таком количестве что они могут образовывать газо -, паро – воздушные смеси и при взрыве которых развевается избыточное давление взрыва в помещение, превышающее 5 кПа, относят к категории А. Так как DР развиваемое в компрессорном цехе при взрыве водородовоздушной смеси равно 12,582 кПа, то данный цех необходимо отнести именно к категории А.

Согласно ГОСТ Р 51330.9 – 99 «Классификация взрывоопасных зон», помещения подразделяются на взрывоопасные воны (В-1, В-1а, В-1б, В-1г, В-2, В-2а). Зоны, расположенные в помещениях, в которых при нормальных режимах работы взрывопожароопасные смеси горючих газов и паров ЛВЖ не образуются, а возможны только в результате аварий или неисправностей, относят к В-1а. Так как существует вероятность возникновения аварии или неисправности, и образования в помещении водородовоздушной горючей смеси, его необходимо отнести к зоне В-1а. Также помещения квалифицируюся на категории взрывоопасных зон (ɪɪ, ɪɪА, ɪɪВ, ɪɪС). Помещения, в которых находится газ- водород, относятся ɪɪС. Категория взрывоопасной зоны отражает, насколько легко взрывчатая атмосфера может воспламенится от искры или дуги.

 

 

 

7. Определение расчетным  методом коэффициента участия водорода во взрыве и уточнение расчета избыточного давления взрыва

 

 

Определяем предэкспоненциальный множитель С₀ при работающей вентиляции:

 

% (об.),

 

где  ρ_г = 0,081 кг/м³- плотность газа при t_р = 30 ⁰С;

 U - подвижность воздушной среды = 0,1 м/с;

 V_св - свободный объем помещения, м³;

 m - масса водорода, поступившего в помещение, кг.

 

Расстояния X_НКПР, Y_НКПР  и Z_НКПР рассчитываем по формулам

 

 

где    К₁ - коэффициент, принимаемый равным 1,1314 для горючих газов;

К₂ - коэффициент, равный 1 для горючих газов;

К₃ - коэффициент, принимаемый равным 0,02828 для горючих газов при подвижности воздушной среды;

h = 6 м - высота помещения;

l = 30 м -  длина помещения;

b = 18 м – ширина помещения;

δ = 1,37 – допустимое отклонение концентраций при уровне значимости равном 0.05.

 

,

 

,

 

,

 

 

Определяем коэффициент  участия метана Z при сгорании газовоздушной  смеси при Х_НКПР > 0,5∙l и Y_НКПР > 0,5∙b, т.е 57,425 > 15 м и 34,458 > 9 м:

 

,

 

где  d = 1,37— допустимые отклонения концентраций при уровне значимости равном 0,005;

F – площадь пола, м;

Z_НКПР ^— расстояния по оси, Z от источника поступления газа, ограниченные нижним концентрационным пределом распространения пламени, соответственно, м;

 

.

Уточняем избыточное давление взрыва:

 

,

 

. 

8. Определение категории взрывоопасности технологического блока и радиуса зон разрушения.

 

Определяем общий энергетический потенциал взрывоопасности:

 

E =

 

где ρ = 1,165 кг/м³- плотность воздуха при температуре 303 К;

с = 1,01 кДж/(кг∙К) – теплоемкость воздуха;

Р =101 кПа – атмосферное давление;

 

E =

кДж.

 

Определяем относительный  энергетический потенциал взрывоопасности:

 

,

 

.

 

Определяем общую массу  взрывоопасного облака горючей газовой  смеси, приведённого к удельной энергии сгорания, равной 46000 кДж/кг:

 

,

 

.

 

Определяем радиус зоны разрушения R, центром которой является наиболее вероятное место разгерметизации системы ведущего блока.

 

 

К –  коэффициент, выбираемый в зависимости от избыточного давления взрыва по таблице 2.

 

Таблица 2

Класс	К	ΔР, кПа
1	3,8	≥100
2	5,6	70
3	9,6	28
4	28	14
5	56	≤2,0

 

 

W - тротиловый эквивалент взрыва газовой смеси,

 

,

 

где 0,4 – доля энергии взрыва парогазовой среды, затрачиваемая на формирование ударной волны;

0,9 – доля энергии взрыва тринитротолуола, затрачиваемой на формирование ударной волны;

q_т = 4520 кДж/кг – удельная энергия взрыва тротила

q – удельная теплота сгорания газовой смеси, равная 119841кДж/кг;

 

 

.

 

Определяем радиусы  зон разрушения R , центром которого является наиболее вероятное место разгерметизации системы.

При  ΔР ≥100 кПа :

ΔР = 70 кПа

.

ΔР = 28 кПа

.

ΔР = 14 кПа

.

ΔР ≤ 2 кПа

.

 

 

Таким образом, радиус зоны разрушения при взрыве с избыточным давлением ΔР = 12,494 кПа будет R=12,902 м.

Технологический блок относится  к 3 категории взрывоопасности, т.к. относительный энергетический потенциал взрывоопасности (Q ) меньше 27 (4,243<27) и масса взрывоопасного облака горючей газовой смеси (М) меньше 2000 кг (7,526<2000 кг).

 

 

 

9. Оценка вероятности  поражения людей

 

При взрывах ТВС существенную роль играют такие поражающие факторы, как длительность действия ударной волны и связанный с ней параметр импульс взрыва. Реальное деление плоскости факторов поражения на диаграмме импульс-давление на две части (внутри - область разрушения, вне - область устойчивости) не имеет четкой границы. При приближении параметров волны к границе опасной области вероятность заданного уровня поражения нарастает от 0 до 100%. При превышении известного уровня величин амплитуды давления и импульса достигается 100% вероятность поражения. Эта типичная особенность диаграмм поражения может быть отражена представлением вероятности достижения того или иного уровня ущерба с помощью пробит-функции - .

По таблице 3, здание имеет средние повреждения так, как избыточное давление при взрыве 12, 494 кПа.

Таблица 3— Предельно допустимое избыточное давление при сгорании газо-, паро- или пылевоздушных смесей в помещениях или в открытом пространстве

 

Степень поражения	Избыточное давление, кПа
Полное разрушение зданий	100
50 %-ное разрушение  зданий	53
Средние повреждения  зданий	28
Умеренные повреждения  зданий (повреждение внутренних перегородок, рам, дверей и т.п.)	12
Нижний порог повреждения  человека волной давления	5
Малые повреждения (разбита  часть остекления)	3

 

Из методических указаний (с.л.-№9), значение пробит- функции для средних разрушений зданий определяется по соотношению:

 

 

Фактор V₂ рассчитывается с учетом перепада давления в волне и импульса статического давления по соотношению:

 

.

 

_{где I-импульс волны давления, кПа-с;}

_{𝜟Р- избыточное давление, кПа}

,

_{где mпр – Приведенная масса пара, участвующая во взрыве:}

 

,

_{где -удельная теплота сгорания водорода, 120 000 кДж/кг;}

_{Z – коэффициент участия водорода во взрыве;}

_{-энергия взрыва, равная 4520 кДж/кг;}