Метод расчета размеров зон, ограниченных нижним концентрационным пределом распространения пламени (НКПР) газов и паров

Б.1 Метод расчета зон, ограниченных НКПР газов и паров, при аварийном поступлении горючих газов и паров ненагретых легковоспламеняющихся жидкостей в открытое пространство при неподвижной воздушной среде

Б.1.1 Расстояния Х_НКПР, Y_НКПР и Z_НКПР, м, для ГГ и ЛВЖ, ограничивающие область концентраций, превышающих НКПР, рассчитывают по формулам

для ГГ

m

г 0,33

Х = Y = 1,46 (────────), (Б.1)

НКПР НКПР ро С

г НКПР

m

г 0,33

Z = 0,33 (────────), (Б.2)

НКПР ро С

г НКПР

для паров ЛВЖ

р m

н 0,8 п 0,33

X = Y = 3,2 кв.корень(К) (─────) х (───────), (Б.3)

НКПР НКПР С ро х р

НКПР п н

р m

н 0,8 п 0,33

Z = 0,12 кв.корень(К) (─────) х (─────), (Б.4)

НКПР С ро р

НКПР п н

где m - масса поступившего в открытое пространство ГГ при аварийной

г ситуации, кг;

ро - плотность ГГ при расчетной температуре и атмосферном давлении,

г кг/м3;

m - масса паров ЛВЖ, поступивших в открытое пространство за время

п полного испарения, но не более 3600 с, кг;

ро - плотность паров ЛВЖ при расчетной температуре и атмосферном

п давлении, кг/м3;

р - давление насыщенных паров ЛВЖ при расчетной температуре, кПа;

н

Т

К - коэффициент (К = ────── для ЛВЖ);

Т - продолжительность поступления паров ЛВЖ в открытое пространство,

с;

С - нижний концентрационный предел распространения пламени ГГ или

НКПР паров ЛВЖ, % (об.).

Б.1.2 Радиус R_б, м, и высоту Z_б, м, зоны, ограниченной НКПР газов и паров, вычисляют исходя из значений Х_НКПР, Y_НКПР и Z_НКПР.

При этом R_б > Х_НКПР, R_б > Y_НКПР и Z_б > h + R_б для ГГ и Z_б > Z_НКПР для ЛВЖ (h - высота источника поступления газа от уровня земли, м).

Для ГГ геометрически зона, ограниченная НКПР газов, будет представлять цилиндр с основанием радиусом R_б и высотой h_б = 2R_б при R_б <= h и h_б = h + R_б при R_б > h, внутри которого расположен источник возможного выделения ГГ.

Для ЛВЖ геометрически зона, ограниченная НКПР паров, будет представлять цилиндр с основанием радиусом R_б и высотой h = Z_НКПР при высоте источника паров ЛВЖ h < Z_НКПР и h_б = h + Z_НКПР при h >= Z_НКПР.

За начало отсчета зоны, ограниченной НКПР газов и паров, принимают внешние габаритные размеры аппаратов, установок, трубопроводов и т.п.

Б.1.3 Во всех случаях значения Х_НКПР, Y_НКПР и Z_НКПР должны быть не менее 0,3 м для ГГ и ЛВЖ.

Примеры

1 Определить размеры зоны, ограниченной НКПР паров, при аварийной разгерметизации трубопровода, транспортирующего ацетон.

Данные для расчета

Трубопровод, транспортирующий ацетон, проложен на открытом пространстве на высоте h = 0,5 м от поверхности земли. Трубопровод оснащен ручными задвижками.

Масса паров ацетона, поступивших в открытое пространство за время полного испарения, определена в соответствии с приложением И и составляет m_a = 240 кг при времени испарения Т = 3600 с. Максимально возможная температура для данной климатической зоны t_р = 36°С. Плотность паров ацетона ро_а при t_р равна 2,29 кг/м3. Нижний концентрационный предел распространения пламени паров ацетона С_НКПР = 2,7% (об.). Давление насыщенных паров ацетона р_н при t_р равно 48,09 кПа.

Расчет

Расстояния Х_НКПР, Y_НКПР и Z_НКПР для ацетона, ограничивающие область концентраций, превышающих НКПР, составят

р m

н 0,8 а 0,33

X = Y = 3,2 кв.корень(К) (─────) (───────) =

НКПР НКПР С ро х р

НКПР а н

3600 48,09 0,8 240 0,33

= 3,2 кв.корень(──────)(───────) (────────────) =

3600 2,7 2,29 х 48,09

= 41,43 м,

р m

н 0,8 а 0,33

Z = 0,12 кв.корень(К) (─────) (───────) =

НКПР С ро х р

НКПР а н

3600 48,09 0,8 240 0,33

= 0,12 кв.корень(──────)(───────) (────────────) =

3600 2,7 2,29 х 48,09

= 1,55 м.

Таким образом, граница зоны, ограниченной НКПР паров, по горизонтали будет проходить на расстоянии 41,43 м от обечайки трубопровода, а по вертикали - на высоте h_б = Z_НКПР = 1,55 м от поверхности земли.

2 Определить размеры зоны, ограниченной НКПР газов, при аварийной разгерметизации емкости с метаном на открытом пространстве.

Данные для расчета

При разгерметизации емкости в атмосферу поступит 20 кг метана. Емкость представляет собой цилиндр с основанием радиусом 1 м и высотой h_a = 10 м. Максимально возможная температура для данной климатической зоны t_p = 30°С. Плотность метана ро_м при t_р равна 0,645 кг/м3. Нижний концентрационный предел распространения пламени метана С_НКПР = 5,28% (об.)

Расчет

Расстояния Х_ НКПР, Y_ НКПР и Z_ НКПР для метана, ограничивающие область концентраций, превышающих НКПР, составят

m

м 0,33 20 0,33

Х = Y = 1,46 (────────) = 14,6(────────────) =

НКПР НКПР ро С 0,645 х 5,28

м НКПР

= 26,18 м,

m

м 0,33

Z = 0,33 (────────) = 0,59 м.

НКПР ро С

м НКПР

Таким образом, для расчетной аварии емкости с метаном геометрически зона, ограниченная НКПР газов, будет представлять цилиндр с основанием радиусом R_б = 26,18 м и высотой h_б = h_a + R_б = 10 + 26,18 = 36,18 м. За начало зоны, ограниченной НКПР газов, принимают внешние габаритные размеры емкости.

Б.2 Метод расчета размеров зон, ограниченных НКПР газов и паров, при аварийном поступлении горючих газов и паров ненагретых легковоспламеняющихся жидкостей в помещение

Нижеприведенные расчетные формулы применяют для случая 100 m/(ро_г,п V_св) < 0,5 С_НКПР [С_НКПР - нижний концентрационный предел распространения пламени горючего газа или пара, % (об.)] и помещений в форме прямоугольного параллелепипеда с отношением длины к ширине не более 5.

Б.2.1 Расстояния Х_ НКПР, Y_ НКПР и Z_ НКПР рассчитывают по формулам

дельта С 0,5

X = K l (K ln ─────────), (Б.5)

НКПР 1 2 С

НКПР

дельта С 0,5

Y = K b (K ln ─────────), (Б.6)

НКПР 1 2 С

НКПР

дельта С 0,5

Z = K h (K ln ─────────), (Б.7)

НКПР 3 2 С

НКПР

где K - коэффициент, принимаемый равным 1,1314 для горючих газов и

1 1,1958 для легковоспламеняющихся жидкостей;

К - коэффициент, равный 1 для горючих газов;

Т

К = ──── для легковоспламеняющихся жидкостей;

2 3600

К - коэффициент, принимаемый равным 0,0253 для горючих газов при

3 отсутствии подвижности воздушной среды; 0,02828 для горючих

газов при подвижности воздушной среды; 0,04714 для

легковоспламеняющихся жидкостей при отсутствии подвижности

воздушной среды и 0,3536 для легковоспламеняющихся жидкостей при

подвижности воздушной среды;

h - высота помещения, м.

дельта, l, b и C_0 приведены в А.2.3.

При отрицательных значениях логарифмов расстояния X_НКПР, Y_НКПР и Z_НКПР принимают равными 0.

Б.2.2 Радиус R_б и высоту Z_б, м, зоны, ограниченной НКПР газов и паров, вычисляют исходя из значений Х_НКПР, Y_НКПР и Z_НКПР для заданного уровня значимости Q.

При этом R_б > Х_НКПР, R_б > Y_НКПР и Z_б > h + R_б для ГГ и Z_б > Z_НКПР для ЛВЖ (h - высота источника поступления газа от пола помещения для ГГ тяжелее воздуха и от потолка помещения для ГГ легче воздуха, м).

Для ГГ геометрически зона, ограниченная НКПР газов, будет представлять цилиндр с основанием радиусом R_б и высотой h_б = 2 R_б при R_б <= h и h_б = h + R_б при R_б > h, внутри которого расположен источник возможного выделения ГГ. Для ЛВЖ геометрически зона, ограниченная НКПР паров, будет представлять цилиндр с основанием радиусом R_б и высотой Z_б = Z_НКПР при высоте источника паров ЛВЖ h < Z_НКПР и Z_б = h + Z_ НКПР при h >= Z_НКПР. За начало отсчета принимают внешние габаритные размеры аппаратов, установок, трубопроводов и т.п.

Б.2.3 Во всех случаях значения расстояний Х_ НКПР, Y_НКПР и Z_НКПР должны быть не менее 0,3 м для ГГ и ЛВЖ.

Примеры

1 Определить размеры зоны, ограниченной НКПР паров, образующейся при аварийной разгерметизации аппарата с ацетоном, при работающей и неработающей общеобменной вентиляции.

Данные для расчета

В центре помещения размером 40 х 40 м и высотой h_п = 3 м установлен аппарат с ацетоном. Аппарат представляет собой цилиндр с основанием диаметром d_а = 0,5 м и высотой h_a = 1 м, в котором содержится 25 кг ацетона. Расчетная температура в помещении t_р = 30°С. Плотность паров ацетона ро_а при t_р равна 2,33 кг/м3. Давление насыщенных паров ацетона р_н при t_р равно 37,73 кПа. Нижний концентрационный предел распространения пламени С_ НКПР = 2,7% (об.). В результате разгерметизации аппарата в помещение поступит 25 кг паров ацетона за время испарения Т = 208 с. При работающей общеобменной вентиляции подвижность воздушной среды в помещении ипсилон = 0,1 м/с.

Расчет

Допустимые значения отклонений концентраций дельта при уровне значимости Q = 0,05 будут равны: 1,27 - при работающей вентиляции; 1,25 - при неработающей вентиляции (ипсилон = 0).

Предэкспоненциальный множитель C_0 будет равен:

при работающей вентиляции

m 100 0,46 25 х 100 0,46

C = C (────────) = 37,36(───────────────────) = 3,93% (об.),

0 н С ро V 37,36 x 2,33 x 3840

н а св

С = 100 p /p = 100 x 37,73/101 = 37,36% (об.),

н н 0

V = 0,8 V = 0,8 x 40 x 40 x 3 = 3840 м3;

св п

при неработающей вентиляции

m 100 0,41 25 х 100 0,41

C = C (────────) = 37,36(───────────────────) = 5,02% (об.).

0 н С ро V 37,36 x 2,33 x 3840

н а св

Расстояния X_НКПР, Y_НКПР и Z_ НКПР составят:

при работающей вентиляции

дельта С 0,5

X = K l (K ln ─────────) =

НКПР 1 2 С

НКПР

208 1,27 х 3,93 0,5

= 1,1958 x 40 (───── ln ───────────) = 9,01 м,

3600 2,7

дельта С 0,5

Y = K b (K ln ─────────) =

НКПР 1 2 С

НКПР

208 1,27 х 3,93 0,5

= 1,1958 x 40 (───── ln ───────────) = 9,01 м,

3600 2,7

дельта С 0,5

Z = K h (K ln ─────────) =

НКПР 3 2 С

НКПР

208 1,27 х 3,93 0,5

= 0,3536 x 3 (───── ln ───────────) = 0,2 м;

3600 2,7

при неработающей вентиляции

208 1,25 х 5,02 0,5

Х = 1,1958 x 40 (───── ln ───────────) = 10,56 м,

НКПР 3600 2,7

208 1,25 х 5,02 0,5

Y = 1,1958 x 40 (───── ln ───────────) = 10,56 м,

НКПР 3600 2,7

208 1,25 х 5,02 0,5

Z = 0,04714 x 3 (───── ln ──────────────) = 0,03 м.

НКПР 3600 2,7

Таким образом, для ацетона геометрически зона, ограниченная НКПР паров, будет представлять собой цилиндр с основанием радиусом R_б и высотой Z_б = h_а + Z_НКПР, так как h_а > Z_НКПР;

при работающей вентиляции

Z = 1 + 0,2 = 1,2 м, R = 9,01 м;

б б

при неработающей вентиляции

Z = 1 + 0,03 = 1,03 м, R = 10,56 м.

б б

За начало отсчета принимают внешние габаритные размеры аппарата.

2 Определить размеры зоны, ограниченной НКПР газов, образующейся при аварийной разгерметизации газового баллона с метаном, при работающей и неработающей вентиляции.

Данные для расчета

На полу помещения размером 13 х 13 м и высотой Н_п = 3 м находится баллон с 0,28 кг метана. Газовый баллон имеет высоту h_б = 1,5 м. Расчетная температура в помещении t_р = 30°С. Плотность метана ро_м при t_р равна 0,645 кг/м3. Нижний концентрационный предел распространения пламени метана С_НКПР = 5,28% (об.). При работающей общеобменной вентиляции подвижность воздушной среды в помещении ипсилон = 0,1 м/с.

Расчет

Допустимые отклонения концентраций при уровне значимости Q = 0,05 будут равны: 1,37 при работающей вентиляции; 1,38 при неработающей вентиляции (ипсилон = 0).

Предэкспоненциальный множитель C_0 будет равен:

при работающей вентиляции

2 m 2 0,28

C = 3 х 10 х ────────────── = 3 x 10 x ─────────────────────────────── =

0 ро V ипсилон 0,645 x 0,8 x 13 x 13 x 3 x 0,1

м св

= 3,21%(oб.);

при неработающей вентиляции

3 m 3 0,28

C = 3,77 х 10 х ─────── = 3,77 x 10 x ───────────────────────── =

0 ро V 0,645 x 0,8 x 13 x 13 x 3

м св

= 4,04% (oб.);

Расстояния X_НКПР, Y_НКПР и Z_НКПР составят:

при работающей вентиляции

дельта С 0,5

X = K l (K ln ─────────) =

НКПР 1 2 С

НКПР

1,37 х 3,21 0,5

= 1,1314 x 13 (1 x ln ───────────) < 0,

5,28

дельта С 0,5

Y = K b (K ln ─────────) =

НКПР 1 2 С

НКПР

1,37 х 3,21 0,5

= 1,1314 x 13 (1 x ln ───────────) < 0,

5,28

дельта С 0,5

Z = K h (K ln ─────────) =

НКПР 3 2 С

НКПР

1,37 х 3,21 0,5

= 0,02828 x 3 (1 x ln ───────────) < 0,

5,28

следовательно X_НКПР = Y_НКПР = Z_НКПР = 0;

при неработающей вентиляции

1,38 х 4,04 0,5

X = 1,1314 x 13 (1 x ln ───────────) = 3,34 м,

НКПР 5,28

1,37 х 4,04 0,5

Y = 1,1314 x 13 (1 x ln ───────────) = 3,34 м,

НКПР 5,28

1,38 х 4,04 0,5

Z = 0,0253 x 3 (1 x ln ───────────) = 0,02 м.

НКПР 5,28

Таким образом, для метана при неработающей вентиляции геометрически зона, ограниченная НКПР газов, будет представлять собой цилиндр с основанием радиусом R_б = 3,34 м и высотой h_б = h + R_б = 3 + 3,34 = 6,34 м. Ввиду того, что h_б расчетное больше высоты помещения h_п = 3 м, за высоту зоны, ограниченной НКПР газов, принимаем высоту помещения h_б = 3 м.

Поиск по сайту: