Расчет категорий помещений и зданий по взрывопожарной и пожарной. Расчет категории помещений и зданий по взрывопожарной и пожарной опасности

• Название: Расчет категории помещений и зданий по взрывопожарной и пожарной опасности
• Дата: 12.03.2023
• Размер: 158.32 Kb.
• Имя файла: Расчет категорий помещений и зданий по взрывопожарной и пожарной.docx
• Тип: Документы; #982525

Министерство образования и науки Российской Федерации

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования

«УФИМСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НЕФТЯНОЙ

ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ»

Филиал ФГБОУ ВПО УГНТУ в г. Стерлитамаке

Кафедра «Общая химическая технология»


Дисциплина – Производственная безопасность

Расчет категории помещений и зданий по взрывопожарной и пожарной опасности

Студент группы

Принял

Стерлитамак

Расчет категорий помещений и зданий по взрывопожарной и пожарной опасности
Задание 1.

Аккумуляторное помещение (рисунок 1) объемом V_n предназначено для зарядки аккумуляторных батарей СК-4, состоящих из 10 аккумуляторов, и СК-1, состоящих из 11 аккумуляторов. Максимальная абсолютная температура воздуха в помещении составляет 34°С.



Рисунок 1 - Схема помещения зарядки аккумуляторных батарей

При расчете избыточного давления взрыва в качестве расчетного варианта принимается наиболее неблагоприятный в отношении взрыва период, связанный с формовкой и зарядкой полностью разряженных батарей с напряжением более 2,3 В на элемент и наибольшим значением зарядного тока, превышающим в четыре раза максимальный зарядный ток.

Происходит зарядка одной батареи СК-4 и одной батареи СК-1 с максимальными номинальными емкостями. Продолжительность поступления водорода в помещение соответствует конечному периоду зарядки при обильном газовыделении и полагается равной 1 ч (Т = 3600 с).

За расчетную температуру принимается максимальная температура воздуха в помещении зарядки аккумуляторных батарей, которая составляет 34 °С.

Варианты задания для расчета

Таблица 1- Исходные данные для расчета

№ п/п	Объем помещения Vn, м3	Размер помещения (LxSxH), м	Количество аккумулятивных батарей СК-4, штук	Количество аккумулятивных батарей СК-1, штук -1	Максимальная абсолютная температура воздуха, °С
5	55,5	3х5х3,7	10	11	34

1. Расчет поступающего в помещение водорода при заряде аккумуляторных батарей.

1.1. Масса водорода, выделившегося в одном элементе при установившемся

динамическом равновесии между силой зарядного тока и количеством выделяемого газа, составляет:



где F = 9,65·10⁴ А·С·моль^-1 - постоянная Фарадея;

А - атомная единица массы водорода, равная 1 а.е.м =1‧10^-3 кг‧моль^-1;

Z=1 - валентность водорода;

I - сила зарядного тока, А;

Т - расчетное время заряда, с.

1 2. Объем водорода, поступающего в помещение при заряде нескольких батарей,

м³, можно определить из выражения:



где ρ_г - плотность водорода, при расчетной температуре воздуха, кгм-3;

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

n_i - количество аккумуляторов i-ой батареи.

Плотность водорода определяется по формуле:



где М - масса одного киломоля водорода, равная 2 кг‧кмоль^-1;

V₀ - объем киломоля газа при нормальных условиях, равный 22,413 м³‧кмоль^-1;

α = 0,00367, град-1, - коэффициент температурного расширения газа;

t_р - расчетная температура воздуха, ⁰С.

Максимальная сила зарядного тока принимается по ГОСТ 825-73 "Аккумуляторы

свинцовые для стационарных установок".

2. Стехиометрическая концентрация водорода С_CT рассчитывается по формуле





3. Плотность водорода при расчетной температуре воздуха будет равна:


4. Объем водорода, поступающего в аккумуляторное помещение при зарядке двух батарей СК-4 и СК-1, составит:



5. Свободный объем аккумуляторного помещения составит:

V_СВ = 0,8 ‧ V_П = 0,8 ‧ 55,5 = 44,4 м³.

6. Избыточное давление взрыва ΔP водорода в аккумуляторном помещении



Так как расчетное избыточное давление взрыва более 5 кПа, то аккумуляторное

помещение следует относить к категории А.

7. Расчет избыточного давления взрыва ΔP водорода в аккумуляторном помещении с учетом работы аварийной вентиляции или постоянно работающей общеобменной вентиляцией, отвечающей требованиям п. А.2.3 [1] (по п.А.2.3 [1] продолжительность поступления водорода в объем помещения Т = 3600 с).

8. При кратности воздухообмена, создаваемого аварийной вентиляцией, равной 8ч^-1, объем водорода, поступающего в помещение, составит:



Избыточное давление взрыва ΔP при этом будет равно:



При оборудовании аккумуляторного помещения аварийной вентиляцией или постоянно работающей вентиляцией с кратностью воздухообмена А = 8 ч-1, отвечающей требованиям п.А.2.3 [1], СНиП 2.04.05-91* [4] и ПУЭ [5], допускается не относить аккумуляторное помещение к категории А.

Согласно п.5.2 и табл.1 [1] при расчетном давлении взрыва, не превышающем 5 кПа, аккумуляторное помещение следует относить к категории В1-В4 в зависимости от пожарной нагрузки, находящейся в аккумуляторном помещении.

Задание 2

Пост диагностики автотранспортного предприятия для грузовых автомобилей, работающих на сжатом природном газе (рисунок 2). Объем помещения V м³. Объем баллона со сжатым природным газом V. Давление в баллоне Р₁. Максимальная абсолютная температура воздуха в помещении 34°С. Основной компонент сжатого природного газа - метан (98% об.). Молярная масса метана М=16,04 кг·кмоль^-1.



Рисунок 2 - Схема помещения технического обслуживания автомобилей с двигателями, работающими на природном газе

Таблица 2 — Исходные данные для расчета

№ п/п	Объем помещения Vn, м3	Объем баллон, л	Давление в баллонеР1, кПа	Молярная масса метана М, кг·кмоль-1	Максимальная абсолютная температура воздуха, °С
5	170	40	6,8·104	16,04	34

1. 
   Пост диагностики автотранспортного предприятия для грузовых автомобилей, работающих на сжатом природном газе.
   

Объем помещения V_П = 170 м3.

Свободный объем помещения

V_СВ = 0,8 · V_П = 0,8 · 170 = 136 м³.

Объем баллона со сжатым природным газом

V = 40 л = 0,04 м3.

Давление в баллоне Р₁ = 6,8 · 10⁴ кПа.

Основной компонент сжатого природного газа - метан (98% (об.)). Молярная масса метана М = 16,04 кг · кмоль-1.

2. Обоснование расчетного варианта аварии.

При определении избыточного давления взрыва ΔP в качестве расчетного варианта

аварии принимается разгерметизация одного баллона со сжатым природным газом и поступление его в объем помещения. За расчетную температуру принимается максимальная абсолютная температура воздуха согласно СНиП 2.01.01-82 [3] в данном районе tр = 34 ⁰С.

Плотность метана при tр = 37 ⁰С



3. Масса m поступившего в помещение при расчетной аварии метана определяется

по формулам (А.6) и (А.7) [1]:

V_a = 0,01·6,8·10⁴ · 0,04 = 27,2 м³,

m = 27,2·0,6577 = 17,89 кг.

4. Избыточное давление взрыва ΔP, определенное по формуле (9) "Пособия", составит:



5. Расчетное избыточное давление взрыва превышает 5 кПа, следовательно, помещение поста диагностики относится к категории А.

Задание 3

Наращивание поликристалла кремния осуществляется в цехе получения кремния (рисунок 3) методом восстановления тетрахлорида кремния в атмосфере водорода на двух установках с давлением в их реакторах Р₁= 200 кПа.



Рисунок 3 - Схема цеха получения кремния

Водород подается к установкам от коллектора, расположенного за пределами помещения, по трубопроводу из нержавеющей стали диаметром d=0,02 м (радиусом r=0,01 м) под давлением Р₂ = 300 кПа. Суммарная длина трубопровода от автоматической задвижки с электроприводом, расположенной за пределами участка, до установок составляет L₁ = 13,5 м. Объем реактора V=0,08 м³. Температура раскаленных поверхностей реактора t=1500 °С. Время автоматического отключения по паспортным данным Т_а = 2,6 с. Расход газа в трубопроводе q = 0,07 м³·с-¹. Размеры помещения LxSxH=14,7х13х7,8 м. Объем помещения V_n=1490,58 м³. Свободный объем помещения V_ce= 0,8·1490,58=1192,464 м³. Площадь помещения F=191,1 м².

Молярная масса водорода М=2кг·кмоль^-1. Нижний концентрационный предел распространения пламени водорода С_НКПР=4,1 % об. Стехиометрическая концентрация водорода С_cm= 29,24 % об. Тетрахлорид кремния - негорючее вещество. Образующиеся в результате химической реакции вещества - негорючие.

Таблица 3 — Исходные данные для расчета

5	1490,58	14,7х13х7,8	1192,46	191,1	13,5	0,08	1500	2,6	0,07

При определении избыточного давления взрыва в качестве расчетного варианта аварии принимается разгерметизация одного реактора и выход из него и подводящего трубопровода водорода в объем помещения. За расчетную температуру принимается максимальная абсолютная температура воздуха согласно СНиП 2.01.01-82 [3] в данном районе tр=41⁰С. Плотность водорода при tр=41⁰С


Расчетное время отключения трубопровода по п.А.1.2 в) [1] Та = 120 с.

Масса m поступившего в помещение при расчетной аварии водорода определяется по формулам (А.6) - (А.10) [1]:

V_a = 0,01 ‧ 200 ‧ 0,08 = 0,16 м³,

V_1T = 0,06 ‧ 120 = 7,2 м3,

V_2T = 0,01 ‧ 3,14 ‧ 300 ‧ 0,01² ‧ 13,5= 0,015 м³,

V_T = 7,2 + 0,015 = 7,215 м³,

m = (0,16 + 7,215) 0,0782 = 0,5767 кг.

Определение коэффициента Z участия водорода во взрыве проводим в соответствии с Приложением Д [1]:

Средняя концентрация водорода С_СР в помещении составит:



С_СР = 0,49 % (об.) < 0,5 ‧ СНКПР = 0,5 ‧ 4,1 = 2,05 % (об.), следовательно, можно

определить значение коэффициента Z участия водорода во взрыве расчетным методом.

Значение предэкспоненциального множителя С₀ составит:



Расстояния Х_НКПР, У_НКПР и Z_НКПР составят:





Расчетное значение коэффициента Z участия водорода во взрыве будет равно:



Избыточное давление взрыва ΔP согласно формуле (А.1) [1] составит:


Расчетное избыточное давление взрыва не првышает 5 кПа. Помещение участка наращивания кремния не относится к категории А. Согласно п.5.2 и табл. 1 [1] при расчетном давлении взрыва, не превышающем 5 кПа, данное помещение следует относить к категории В1-В4 в зависимости от пожарной нагрузки, находящейся в помещении участка наращивания кремния.

Задание 4

В помещении складирования (рисунок 4) хранятся десять бочек с ацетоном, каждая объемом V_a = 45 л = 0,045 м³. Размеры помещения LxSxH = 12х5х4 м. Объем помещения V_n = 240 м³. Свободный объем помещения V_ce = 0,8·240 = 192 м³. Площадь помещения F=60 м².



Рисунок 4 - Схема помещения складирования ацетона

Молярная масса ацетона М= 58,08 кг·кмоль^-1. Константы уравнения Антуана: А = 6,37551; В = 1281,721; С_А = 237,088. Химическая формула ацетона - С₃Н₆0. Плотность ацетона (жидкости) р_ж= 790,8 кг·м^-3. Температура вспышки ацетона t_вcn= -18 °С. Низшая теплота сгорания ацетона Q^р_H = 31,360 МДж/кг.

Таблица 4 — Исходные данные для расчета

№ п/п	Объем помещения Vn, м3	Размеры помещения (LxSxH), м	Объем бочки Va, л	Свободный объем помещения Vce, м3	Площадь помещения F, м2
5	240	12х5х4	45	192	60

Обоснование расчетного варианта аварии.

При определении избыточного давления взрыва в качестве расчетного варианта аварии принимается разгерметизация одной бочки и разлив ацетона по полу помещения, исходя из расчета, что 1л ацетона разливается на 1 м² пола помещения. За расчетную температуру принимается абсолютная температура воздуха согласно СНиП 2.01.01-82 [3] в данном районе (г. Мурманск) t_р = 32 ⁰С.

Определение параметров взрывопожарной опасности проводим с использованием

[1] и "Пособия".

Согласно формуле (А.2) [1] определяется значение плотности паров ацетона при расчетной температуре tp = 32 ⁰C



Согласно "Пособия" определяется значение давления насыщенных паров ацетона Р_Н = 40,95 кПа



Согласно формуле (А.13) [1] определяем значение интенсивности испарения

ацетона W= 10^-6 ‧ 40,95 = 3,1208 ‧ 10^-4 кг ‧ м^-2. с^-1.

4. Расчетная площадь разлива содержимого одной бочки ацетона составляет:

F_И = 1,0 ‧V_а = 1,0‧45 = 45 м².

Поскольку площадь помещения F = 60 м² больше рассчитанной площади разлива

ацетона F_И = 45 м², то окончательно принимаем F_И = F = 60 м².

5. Масса паров ацетона m, поступивших в помещение, рассчитывается по формуле

(А.12) [1]:

m = 3,1208 ‧ 10^-4 ‧ 60 ‧3600 = 67,41 кг.

В этом случае испарится только масса разлившегося из бочки ацетона и

m = m_П=Va·ρж = 0,045·790,8 = 35,59 кг.
Избыточное давление взрыва ΔР согласно формуле (20) "Пособия" будет равно:



Расчетное избыточное давление взрыва превышает 5 кПа, следовательно, помещение складирования ацетона относится к категории А.