Расчет избыточного давления взрыва паров смесей горючих жидкостей или газов
Введение
В статье «Методы определения категорий помещений А и Б» определена общая последовательность расчета категории помещения по взрывопожарной опасности. Приведены формулы и методики расчета плотности газа или пара при расчетной температуре, определение стехиометрической концентрации горючих газов или паров жидкостей и определение массы вещества, поступившего в помещение при расчетной аварии*, а также расчета избыточного давления взрыва для индивидуальных горючих веществ, состоящих из атомов С, Н, О, N, Сl, Вr, I, F.
В расчетах используется количество веществ, перешедших в объем помещения в виде пара или газа.
Индивидуальных веществ в промышленности используется достаточно много: это ацетон, метан, пропан, бензол и многие другие. Однако гораздо чаще используются смеси веществ или вещества, имеющие в своем составе любые атомы, а не только С, Н, О, N, Сl, Вr, I, F. Это всевозможные растворители, лаки, краски, бензины, масла и другие нефтепродукты. Отдельно стоит отметить, что в Пособии по применению СП 12.13130.2009 существуют неточности. Как пример, в нарушение пункта А.2.1 СП 12.13130.2009 избыточное давление взрыва для уайт-спирита и дизельного топлива определяется по формуле А.1, хотя это смеси различных веществ. Даже дано разъяснение от ВНИИПО:
Определение категорий помещений, в которых обращаются смеси горючих жидкостей
Определение категорий помещений проводится в соответствии с требованиями статьи 27 Федерального закона от 22 июля 2008 года № 123-ФЗ "Технический регламент о требованиях пожарной безопасности".
Помещения, в которых обращаются смеси горючих жидкостей, в зависимости от их количества и объема помещения, могут относится к категориям А, Б или В1-В4 по взрывопожарной и пожарной опасности.
Основным критерием для отнесения помещений к взрывоопасным категориям служит возможность образования взрывоопасной газо- паро- воздушной среды, при воспламенении которой смесь взрывается (очень быстро сгорает в объеме помещения) с образованием избыточного давления взрыва, превышающего 5 кПа.
Целью расчета как раз и является выяснить, возможен ли взрыв в помещении и каково будет его избыточное давление.
Расчет давления взрыва для индивидуальных веществ, кроме упомянутых в предыдущем разделе, а также для смесей может быть выполнен по формуле:
Где:
m - масса горючего газа (ГГ) или паров легковоспламеняющихся (ЛВЖ) и горючих жидкостей (ГЖ),
вышедших в результате расчетной аварии в помещение, кг;
HT - теплота сгорания, Дж/кг;
P0 - начальное давление, кПа (допускается принимать равным 101 кПа);
Z - коэффициент участия горючих газов и паров в горении, который может быть рассчитан на основе характера распределения газов и паров в объеме помещения;
Vсв - свободный объем помещения, м3;
ρв - плотность воздуха при начальной температуре T0, кг/м3;
Cр - теплоемкость воздуха, Дж/кг*К, (допускается принимать равной 1,01 * 103, Дж/кг*К);
Т0 — начальная температура воздуха, К.
Определение массы паров, теплоты сгорания
Масса горючего газа или паров легковоспламеняющихся и горючих жидкостей, при наличии справочных данных, определяются точно также, как и индивидуальных веществ. Однако если часть данных не известна, то применяются другие методики: например определить давление насыщенных поров при помощи формулы Сучкова или определить парциальное давление паров, а также возможно вычисление по наиболее опасному компоненту, как для индивидуального вещества.
Теплота сгорания веществ определяется по справочным материалам, при этом нужно внимательно смотреть на размерность. В справочниках чаще всего приведены значения в мегаджоулях, а данная формула рассчитана на джоули.
Расчет плотности воздуха
Плотность воздуха зависит от ряда факторов: давления, влажности и температуры. В случае пожарно-технических расчетов мы считаем, что влажностью воздуха можно пренебречь, потому, что не известно, какая будет влажность при возможной аварии: дождь на улице, включили отопление, протекла кровля или случились другие события.
Плотность сухого воздуха может быть вычислена по формуле Менделеева-Клайперона для идеального газа при заданной температуре и давлении.
Где ρ - плотность воздуха, кг/м3,
М – молярная масса (для сухого воздуха = 29 г/моль);
Р – давление, кПа;
R – универсальная газовая постоянная = 8,31447 Дж/(моль*К);
Т – температура, измеряемая в кельвинах (oC + 273,15).
Калькулятор расчета плотности воздуха
ρ=
× 29
8.31447 ×
=?кг/м³
Пример расчета избыточного давления взрыва смеси паров легковоспламеняющейся жидкости
Если все значения известны, можно рассчитывать избыточное давление взрыва смесевой композиции. Но достаточно часто многие данные отсутствуют. Константы уравнения Антуана для расчета давления насыщенных паров для смесей жидкостей найти почти нереально и необходимо использовать другие подходы. Например, применить пункт 4.3 СП 12.13130.2009 и использовать показатели пожарной опасности для смесей веществ и материалов по наиболее опасному компоненту.
Для примера рассчитаем давление взрыва для бензина АИ-95.
Приведем условия расчета:
В помещении размерами 10 × 10 × 5 м, разлилось и испарилось 7,5 л бензина. Аварийная вентиляция отсутствует, максимальная температура воздуха в помещении по технологическому регламенту = 35 oC.
Свободный объем помещения равен 80% объема помещения и равен 400 м³.
Коэффициент Z = 0,3 принимаем по таблице по таблице А.1. СП12.13130.2009.
Плотность воздуха при нормальном давлении и температуре 35 oC = 1,146 кг/м³.
Теплоемкость воздуха = 1,01 × 10³ Дж/кг × К.
Начальная температура воздуха = 35 + 273 = 308 К.
Теплота сгорания бензина АИ-95 = 44000000 Дж
Начальное давление = 101,325 кПа.
ΔP=
m × HT × P0 × Z
Vсв × ρв × Cр × T0
×
1
К
=
7,5 × 44000000 × 101,325 × 0,3
400 × 1,146 × 1010 × 308
×
1
3
= 23,4362 кПа
Избыточное давление взрыва паров бензина при заданной температуре в заданном объеме помещения = 23,4362 кПа
Вывод
Рассчитать давление взрыва, как и определить категорию помещения, мероприятие достаточно трудозатратное. Особенно если для требуемых материалов отсутствуют примеры расчетов и не с чем сравнить полученные результаты.
Наш онлайн калькулятор расчета избыточного давления взрыва Вам обязательно поможет. В него включены все необходимые для расчетов справочные значения свойств веществ и материалов, а также по умолчанию заданы наиболее популярные параметры помещений и окружающей среды, чтобы максимально упростить Ваши усилия на выполнение задачи.
Для самостоятельных расчетов и полного погружения в тему pozhbez.online подготовил цикл статей о категорировании помещений по взрывопожарной и пожарной опасности.
