Определение стойкости. Практическая работа 4 определение категорий помещений и зданий по взрыво и пожарной опасности

• Название: Практическая работа 4 определение категорий помещений и зданий по взрыво и пожарной опасности
• Анкор: Определение стойкости
• Дата: 25.02.2020
• Размер: 150 Kb.
• Имя файла: Prakticheskaya_rabotaBZhD__4.doc
• Тип: Практическая работа; #109742

Практическая работа № 4

ОПРЕДЕЛЕНИЕ КАТЕГОРИЙ

ПОМЕЩЕНИЙ И ЗДАНИЙ

ПО ВЗРЫВО - И ПОЖАРНОЙ ОПАСНОСТИ

1. ЦЕЛЬ РАБОТЫ

Освоить методику расчетов для определения категорий помеще­ний и зданий по взрыво- и пожарной опасности.

2. ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ

1. 
   Прочитать «Общие положения».
   
2. 
   Ознакомиться с методикой выполнения расчета.
   
3. 
   Выбрать свой вариант задания по таблице (см. с. 38—40).
   
4. 
   Выписать из таблицы исходные данные. Номер варианта соот­ветствует порядковому номеру студента в классном журнале.
   
5. 
   Рассчитать избыточное давление взрыва для горючих газов (ГГ), паров легковоспламеняющихся (ЛВЖ) и горючих (ГЖ) жидкостей, используя исходные данные своего варианта.
   
6. 
   Сделать заключение о категории помещения по взрыво- и по­жарной опасности с помощью табл. III. 1.
   
7. 
   Оформить отчет о выполнении практической работы в соответ­ствии с требованиями к оформлению курсовых и дипломных проектов и защитить ее у преподавателя.
   

3. ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ

Под пожаром обычно понимают неконтролируемый процесс горения, сопровождающийся уничтожением материальных цен­ностей и создающий опасность для жизни людей. Он может принимать различные формы, однако все они сводятся к химической реакции между горючим веществом и кислородом воздуха (или другим окислителем), возникшей при наличии инициатора горе­ния или в результате самовоспламенения.

Образование пламени связано с газообразным состоянием ве­ществ, поэтому горение жидких и твердых веществ предполагает их переход в газообразную фазу. В случае горения жидкостей этот процесс обычно заключается в простом кипении с испарением у поверхности. При горении почти всех твердых материалов обра­зование веществ, способных улетучиваться с поверхности мате­риала, и попадание их в область пламени происходят путем хими­ческого разложения.

Воспламенение — возгорание, сопровождающееся появлением пламени.

Концентрационные пределы воспламенения — минимальная концентрация горючих газов и паров в воздухе, при которой они способны загораться и распространять пламя.

Верхний концентрационный предел — максимальная концентра­ция, при которой еще возможно распространение пламени. Наи­более опасны горючие смеси с малым нижним и большим верх­ним пределами воспламенения. К таким смесям относятся, напри­мер, водород — воздух (НКПВ — 4,1 % и ВКПВ — 74,5 %),аце­тилен — воздух (НКПВ — 2,3 % и ВКПВ — 81 %) и др.

Пожаро- и взрывоопасность веществ характеризуется многими параметрами: температурами воспламенения, вспышки, самовоз­горания; нижним (НКПВ) и верхним (ВКПВ) концентрационны­ми пределами воспламенения; скоростью распространения пла­мени; линейной и массовой (г/с) скоростями горения и выгорания веществ.

Пожаро- и взрывоопасность производства определяется пара­метрами пожароопасности и количеством используемых в техно­логических процессах материалов и веществ, конструктивными особенностями и режимами работы оборудования, наличием воз­можных источников зажигания и условий для быстрого распрост­ранения огня в случае пожара.

Температура воспламенения — минимальная температура ве­ществ, при которой происходит возгорание.

Температура вспышки — минимальная температура горючего вещества, при которой над его поверхностью образуются газы и пары, способные вспыхивать в воздухе от источника зажигания.

Вспыхивать — быстро сгорать без образования сжатых газов.

Температура самовозгорания – самая низкая температура, при которой происходит увеличение скорости экзотермической реакции (при отсутствии источника зажигания), заканчивающееся пламенным горением.

Согласно Нормам пожарной безопасности (НПБ 105-95) все объекты в соответствии с характером технологического процесса по взрыво - и пожарной опасности подразделяются на пять категорий (табл. III.1).
III.1. Категории помещений по взрыво - и пожарной опасности

Категория	Характеристика веществ и материалов, находящихся (обращающихся) в помещении
А. Взрыво-пожарная	Горючие газы, легковоспламеняющиеся жидкости (температура вспышки не выше 28оС) в таком количестве, что могут образовываться взрывоопасные парогазовоздушные смеси, при воспламенении которых развивается расчетное избыточное давление взрыва в помещении, превышающее 5 кПа Вещества и материалы, способные взрываться и гореть при взаимодействие с водой, кислородом воздуха или друг с другом в таком количестве, что расчетное избыточное давление превышает 5 кПа
Б. Взрыво – и пожароопасная	Горючие пали или волокна, легковоспламеняющиеся жидкости (температура вспышки выше 28оС), горючие жидкости в таком количестве, что могут образовывать взрывоопасные пылевоздушные или паровоздушные смеси, при воспламенении которых развивается расчетное избыточное давление взрыва в помещении, превышающее 5 кПа
В1-В4. пожароопасные	Горючие и трудногорючие жидкости, твердые горючие и трудногорючие вещества и материалы (в том числе пыли и волокна), вещества и материалы, способные при взаимодействие с водой, кислородом воздуха или друг с другом только гореть при условии, что помещения, в которых хранятся или обращаются, не относятся к категории А или Б
Г	Негорючие вещества и материалы в горячем или расправленном состоянии, процесс обработки которых сопровождается выделением лучистого тепла, искр и пламени; горючие газы, жидкости и твердые вещества, которые сжигают и утилизируют в качестве топлива.
Д	Негорючие вещества и материалы в холодном состоянии

Нормы, приведенные в табл. III. 1, не распространяются на помещения и здания для производства и хранения взрывчатых ве­ществ, средств инициирования взрывов; здания и сооружения, проектируемые по специальным нормам и правилам, утвержден­ным в установленном порядке.

Категорию помещений и зданий предприятий и учреждений определяют на стадии проектирования в соответствии с НПБ 105—95, ведомственными нормами технического проектирования или специальными перечнями. Это необходимо для установления нормативных требований по обеспечению взрыво- и пожарной безопасности помещений и зданий (планировка и застройка, этажность, площади, размещение помещений, конструктивные решения инженерного оборудования).

Категории взрыво- и пожарной опасности помещений и зданий определяют для наиболее неблагоприятного в отношении пожара или взрыва периода, исходя из вида находящихся в аппаратах и помещениях горючих веществ и материалов, их количества, по­жарных свойств и особенностей технологических процессов.

Пожарные свойства веществ и материалов определяют на осно­вании результатов испытаний или расчетов по стандартным методи­кам с учетом параметров состояния (давления, температуры и т. д.).

Категорию помещений определяют путем последовательной проверки их принадлежности к категориям от высшей (А) к низ­шей (Д) в соответствии со следующими рекомендациями:

здание относят к категории А, если суммарная площадь поме­щений категории А в нем превышает 5 % площади всех помеще­ний или 200 м². Если помещения оборудованы установками авто­матического пожаротушения, допускается не относить к катего­рии А здания и сооружения, в которых доля помещений категории А составляет менее 25 % (но не более 1000 м²);

здания и сооружения относят к категории Б, если они не отно­сятся к категории А и суммарная площадь помещений категорий А и Б превышает 5 % суммарной площади всех помещений или 200 м²; допускается не относить здания к категории

Б, если сум­марная площадь помещений категорий А и Б в здании не превы­шает 25 % суммарной площади всех размещенных в ней помеще­ний (но не более 1000 м²) и эти помещения оборудованы установ­ками автоматического пожаротушения;

здание относят к категории В, если оно не относится к катего­рии А или Б и суммарная площадь помещений категорий А, Б и В превышает 5 % (10 %, если в здании нет помещений категорий А и Б) суммарной площади всех помещений. Если помещения кате­горий А, Б, В оборудованы установками автоматического пожаро­тушения, допускается не относить здание к категории В, если суммарная площадь помещений категорий А, Б и В в здании не превышает 25 % (но не более 3500 м²) суммарной площади всех размещенных в нем помещений;

если здание не относится к категориям А, Б и В и суммарная площадь помещений А, Б, В и Г превышает 5 % суммарной пло­щади всех помещений, то здание относят к категории Г. Допуска­ется не относить здание к категории Г, если суммарная площадь помещений категорий А, Б, В и Г в здании не превышает 25 % суммарной площади всех размещенных в нем помещений (но не более 5000 м²), а помещения категорий А, Б, В и Г оборудованы установками автоматического пожаротушения;

здания, не отнесенные к категориям А, Б, В и Г, относят к ка­тегории Д.
4. МЕТОДИКА РАСЧЕТА

При расчете значений критериев взрыво- и пожарной опасно­сти в качестве расчетного следует выбирать самый неблагоприят­ный вариант аварии или такой период нормальной работы аппара­тов, при котором во взрыве участвует максимальное количество веществ или материалов, наиболее опасных в отношении послед­ствий взрыва.

Чтобы определить категорию здания или помещения на взры­во- и пожарную опасность, необходимо рассчитать избыточное давление взрыва ΔР и сравнить его со значениями, приведенными в табл. III. 1.

4.1. Расчет избыточного давления взрыва АР для горючих газов, паров легковоспламеняющихся и горючих жидкостей [1,2]

Избыточное давление взрыва для индивидуальных горючих веществ, состоящих из атомов С, Н, О, N, Br, I, F,

ΔP = (P_max – P₀) *( mz / V_свρ_г.п) * (100 / C_cт) * (1 / K_н) , (III.1)

где Р_mах — максимальное давление взрыва стехиометрической газо- или паровоздушной смеси в замкнутом объеме, определяемое экспериментально или по справочникам для наиболее неблагоприятных вариантов аварии, кПа; при отсутствии данных допускается принимать равным 900 кПа; P₀— на чальное давление, кПа; допускается принимать равным 101 кПа; m— мас­са горючего газа (ГГ) или паров легковоспламеняющихся (ЛВЖ) и горючих жидкостей (ГЖ), поступивших в результате расчетной аварии в помещение, кг; z — коэффициент участия горючего во взрыве; V_cв— свободный объем помещения, м³; ρ_г.п — плотность газа или пара при расчетной температуре, кг/м²; С_ст — стехиометрическая концентрация газов или паров ЛВЖ и ГЖ, %; К_н— коэффициент, учитывающий негерметичность помещения и неадиабатичность процесса горения; допускается принимать равным 3.

Масса горючих газов (ГГ), кг,

m = (V_a + V_т) ρ_г.п , (III.2)

где V_a— объем газа, вышедшего из аппарата, м³; V_T— объем газа, вышед­шего из трубопровода, м³.

V_a = 0,01 P₁V, (III.3)

где Р₁— давление в аппарате, кПа; V— объем аппарата, м³.
V_т=V_1т+V_2т, (III.4)

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 = qT, (III.5)

где q— расход газа, определяемый в соответствии с технологическим рег­ламентом в зависимости от давления в трубопроводе, его диаметра, темпе­ратуры газовой среды и т. д., м³/с; Т — расчетное время отключения трубо­проводов; определяется в каждом конкретном случае, исходя из реальной обстановки, и должно быть минимальным с учетом паспортных данных на запорные устройства, характера технологического процесса и вида расчет­ной аварии.

Тследует принимать равным:

а) времени срабатывания системы автоматики отключения тру­бопроводов согласно паспортным данным установки, если вероятность отказа системы автоматики не превышает 0,000001 в
год или обеспечено резервирование ее элементов (10 с);

б) 120с, если вероятность отказа системы автоматики превышает
0,000001 в год и не обеспечено резервирование ее элементов;

в) 300с при ручном отключении.

Под временем срабатывания и временем отключения следует понимать промежуток времени от начала возможного поступле­ния горючего вещества из трубопровода (разрыв, изменение нор­мального давления и т. д.) до полного прекращения поступления газа или жидкости в помещение.

В общем случае
V_2т = 0,01 π Р₂ (r²₁ L₁ + r²₂ L₂ + … + r²_n L_n), (III.6)

где Р₂— максимальное давление в трубопроводе по техническому регла­менту, кПа;r₁, r₂,… , r_n— внутренний радиус трубопроводов, м; L₁, L₂, ... , L_n— длина трубопроводов от аварийного аппарата до задвижек, м.

Коэффициент участия горючего во взрыве zможно рассчитать по характеру распределения газов и паров в объеме помещения. Значения его приведены ниже.

Горючее вещество	z
Водород	1,0
Газы (кроме водорода)	0,5
Легковоспламеняющиеся и горючие жидкости, 0,3 нагретые до температуры вспышки и выше	0,3
Легковоспламеняющиеся и горючие жидкости, 0,3 нагретые ниже температуры вспышки, если возможно образование аэрозоля	0,3
Легковоспламеняющиеся и горючие жидкости, 0 нагретые ниже температуры вспышки, если образование аэрозоля невозможно	0

Свободный объем помещения (м³) определяют как разность между объемом помещения и объемом, занимаемым технологиче­ским оборудованием. Если свободный объем помещения опреде­лить невозможно, то его допускается принимать условно равным 80 % геометрического объема помещения.

Плотность газа или пара при расчетной температуре, кг/м² [1],
ρ_г.п = M / (V₀ + 0,367 t_p), (III.7)

где М — молярная масса, кг/кмоль; V₀— молярный объем, равный 22,413 м³/кмоль; t_р — расчетная температура, °С.

В качестве расчетной температуры следует принимать макси­мально возможную температуру воздуха в данном помещении в соответствующей климатической зоне или максимально возмож­ную температуру воздуха по технологическому регламенту с уче­том ее возможного повышения в аварийной ситуации.

Если такого значения расчетной температуры по каким-либо причинам определить не удается, допускается принимать ее рав­ной 61 °С.

Стехиометрическая концентрация ГГ или паров ЛВЖ и ГЖ, % [2],

C_ст = 100 / 1 + 4,84β , (III.8)

где β — стехиометрический коэффициент кислорода в реакции горения.

Стехиометрические коэффициенты — это небольшие числа, которые показывают, в каком количестве реагируют и образуются вещества в результате реакции. Стехиометрические коэффициен­ты подбирают в соответствии с законом сохранения вещества: количество атомов до и после реакции должно быть одинаковым.
t

2С₂Н₅ОН + 70₂ → 4С0₂ + 6Н₂0 + Q.

2 моль 7 моль 4 моль 6 моль

Стехиометрический коэффициент можно также рассчитать по формуле
β = n_c + (n_н – n_x / 4) – (n_o / 2), (III.9)

где n_c, n_н, n_о, n_x — число атомов С, Н, О и галогенов в молекуле горючего.

4.2. Пример определения β

Необходимо определить стехиометрический коэффициент кисло­рода в реакции горения хлопковой пыли. Формула хлопка (С₆Н₁₀О₅)_n.

Уравнение реакции горения

С₆Н₁₀О₅ + 6O₂ U6СO₂ + 5Н₂O + Q,

где n_c = 6; n_н = 10; n_о = 5; n_x = 0.

β = 6 + (10 – 0 / 4) – (5 / 2) = 6 + (10 – 0 / 4) = 6,

т. е. стехиометрический коэффициент β = 6, что равно числу мо­лекул кислорода, участвующих в реакции горения.


Варианты заданий

к практической работе по теме

«Определение категорий помещений и зданий по взрыво- и пожарной опасности»

№ вари- анта	Наименование Цеха(здания) и его оббьем V,м3	Наименование ГГ, ЛВЖ, ГЖ и его формула	Обьём аппа- рата V, м3	Давле- ние в аппа- рате Р1,кПа	Максималь- ное давле- ние в трубо-проводе Р2, кПа	Расход Газа (ЛВЖ) q, м3/c	Внутрен- ний радиус трубопро- вводов r, м	Длина трубопроводов от аварийного аппарата до задвижки L,м
1	Цех по производству аммиака,20000	Метан CH4	10	600	660	2,5	0,25	15
2	Цех по производству полиэтилена высокого давления,50000	Этен(этилен) С2H4	20	1000	1500	3,5	0,3	40
3	Цех Сварки крупногабаритных конструкций,100000	Ацетилен С2H2	30	500	150	1,5	0,15	60
4	Цех лакокрасочных покрытий, 10000	Ацетон CH3-C(O)-CH3	15	200	200	0,5	0,10	30
5	Цех по производству искусственного каучука, 60000	Спирт C2H5OH	40	900	300	0,35	0,05	200
6	Цех по производству сажи, 30000	Метан CH4	5	400	200	0,4	0,05;0,025	15; 10
7	Цех по производству каучука, 25000	Этен(этилен) С2H4	3	300	150	1,75	0,10; 0.5	20; 17
8	Цех по производству аацитилена, 9000	Ацетилен С2H2	8	1500	800	1,5	0,15;0.025	10; 20
9	Цех по производству интрокрасок, 13000	Ацетон CH3-C(O)-CH3	2	150	150	0,75	0,025	30
10	Сварочный цех, 12000	Ацетилен С2H2	7	500	150	0,3	0,015	25
11	Цех по производству водки, 15500	Спирт C2H5OH	2	120	150	0,2	0,025	30
12	Цех по производству аммиака, 75000	Метан CH4	3	300	200	1,75	0,05	20
13	Малярный цех, 6000	Ацетон CH3-C(O)-CH3	4	300	250	0,28	0,05	42
14	То же, 9000	То же,	8	350	250	0.28	0.05	50
15	То же, 10000	>>	2	600	300	1.5	0.03	35
16	То же, 8000	>>	6	250	200	0.5	0.015	59
17	Сварочный цех, 12000	Ацетилен С2H2	1.5	500	170	0.77	0.03	80
18	То же, 45000	То же	7	300	150	0.8	0.025	25
19	То же, 18000	>>	4	600	200	0.7	0.015	37
20	То же, 95000	>>	4.4	550	170	0.3	0.025	43
21	То же, 22000	>>	25	700	350	1.3	0,03	45
22	Цех по производству искусственного каучука,150000	Спирт C2H5OH	3,7	300	350	1,3	0,05;0.03	30; 25
23	То же, 250000	То же	8.7	570	420	1.7	0.15;0.03	40; 17
24	То же, 9000	>>	20	350	320	0.25	0.075	18
25	То же, 85000	>>	12	600	550	0.4	0.055	26
26	То же, 15000	>>	15	555	250	0.2	0.015	20
27	Цех по производству полиэтилена высокого давления, 150000	Этен(этилен) С2H4	7.5	700	500	0.5	0.06	18
28	То же, 120000	То же	1.5	1000	800	0.6	0.045	60
29	То же, 250000	>>	9	600	400	0.75	0.035	30
30	То же, 95000	>>	8	650	350	0.25	0.09	42

Примечание. Время срабатывание системы автоматики отключения трубопроводов: для вариантов 1-10 —10с;11-20—20c; 20-30—120c.

ЛИТЕРАТУРА

1. Безопасность жизнедеятельности / Под общ. ред. С. В. Белова. – М.: Высшая школа,1999.

2. Воронина А. А., Шибенко Н. Ф. Безопасность труда в электроустановках. – М.: Высшая школа, 1984.

3. Кукин П. П., Лапин В. Л., Пономарев Н. Л. Безопасность жизнедеятельности. Производственная безопасность и охрана труда. – М.: СПО. Высшая школа, 2001.

4. Нормы Государственной противопожарной службы МВД России «Определение категорий помещений и зданий по взрывопожарной и пожарной опасности». – М., 1995.

5. Охрана труда в машиностроении. Сборник нормативно-технических документов. Т. 1, 2. – М.: Машиностроение, 1982.