Исследование пожароопасных свойств метилового спирта

4.5. Определение класса  зоны по ПУЭ.

Электрооборудование и электрические сети являются потенциальными источниками зажигания на любом объекте, поэтому при проектировании и строительстве производственных объектов, одной из наиболее важных задач является выбор электрооборудования. Для этого ПУЭ предусматривает определение классов пожароопасных или взрывоопасных зон в производственных помещениях.

       Выбор и установка электрооборудования (машин, аппаратов, устройств), электропроводок  и кабельных линий производятся в соответствии с Правилами устройства электроустановок  на основе классификации взрывоопасных и пожароопасных зон, и взрывоопасных смесей.

      Класс взрывоопасной зоны, в соответствии с которым производится выбор  электрооборудования, определяется технологами  совместно с электриками проектной или эксплуатирующей организации.

При определении  взрывоопасных зон принимается, что:

а) взрывоопасная  зона в помещении занимает весь объем  помещения, если объем взрывоопасной  смеси превышает 5 % свободного объема помещения;

б) взрывоопасной  считается зона в помещении в  пределах до 5 м по горизонтали и вертикали от технологического аппарата, из которого возможно выделение горючих газов или паров ЛВЖ, если объем взрывоопасной смеси равен или менее 5 % свободного объема помещения. Помещение за пределами взрывоопасной зоны следует считать невзрывоопасным, если нет других факторов, создающих в нем взрывоопасность.

      Объемы  взрывоопасных газо- и паровоздушной  смесей, а также время образования  паровоздушной смеси определяются в соответствии с НПБ 105.

      Минимальной взрывоопасной концентрацией горючего в смеси является НКПР. При этом необходимо учитывать коэффициент безопасности, который принимается в соответствии с ГОСТ 12.1.044-89* равным 0,8.

       Для определения объема взрывоопасной  смеси необходимо:

       1. Определить количество паров,  выходящих в объем помещения

       Определяем  объем, занимаемый 65,4 кг паров: 

       плотность паров равна:   

                                         

                                           

       2. Определить минимальную взрывоопасную  концентрацию смеси

Минимальная взрывоопасная концентрация паров  в смеси с учетом коэффициента безопасности составляет:  

                        

       Определяем  объем взрывоопасной смеси. Составляем пропорцию: 

       135 м³   --------  4,5 %

       Х м³       -------- 100% 

                                     

        

взрывоопасная концентрация при рассматриваемой  аварийной ситуации образуется в  объеме 3000 м³, это более 5% от свободного объема помещения. 

       3. Определение категории и группы  взрывоопасной смеси

       БЭМЗ  для изобутилового спирта составляет 1,1 мм. В соответствии с п.7.3.26 ПУЭ категория взрывоопасной смеси IIА.

       Температура самовоспламенения метилового спирта 470°С. В соответствии с п.7.3.27 ПУЭ группа взрывоопасной смеси Т1.  

Вывод: В помещении обращается ЛВЖ, категория взрывоопасной смеси IIА, группа взрывоопасной смеси Т1. Образование взрывоопасной концентрации в помещении возможно только  в результате аварийной ситуации. Объем взрывоопасной смеси превышает 5% свободного объема помещения. В соответствии с ПУЭ, класс зоны во всем объеме  рассматриваемого помещения -  В-Iа.

      Зоны  класса В-Iа — зоны, расположенные в помещениях, в которых при нормальной эксплуатации взрывоопасные смеси горючих газов (независимо от нижнего концентрационного предела воспламенения) или паров ЛВЖ с воздухом не образуются, а возможны только в результате аварий или неисправностей.

4.6. Определение тротилового  эквивалента взрыва  паровоздушной смеси.

        Для сравнительной  оценки уровня воздействия взрыва газо- паровоздушной смеси используется тротиловый эквивалент взрыва.

        Тротиловым  эквивалентом взрыва называется условная масса тринитротолуола (тротила), взрыв которой адекватен по степени разрушения взрыву парогазовой среды с учетом реальной доли участия во взрыве горючего вещества.

        Тротиловый эквивалент взрыва определяется по формуле: 

                                          W_Т = , кг, 

 где

         0,4 – доля энергии взрыва парогазовой смеси, затрачиваемой непосредственно на формирование ударной волны;

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

         Q_H – удельная (низшая) теплота сгорания парогазовой среды , кДж/кг;

         Q_Т – удельная теплота взрыва ТНТ (q_Т = 4240 кДж/кг);

         z – доля приведенной массы паров, участвующей во взрыве. 

                      W_Т = = = 118,6кг.

 

             Ответ: тротиловый эквивалент составляет 118,6 кг. 

4.7. Определение радиусов  зон разрушения.

 Зоной разрушения считается площадь с границами, определяемыми радиусами R, центром которой является рассматриваемый технологический блок или наиболее вероятное место разгерметизации технологической системы. Границы каждой зоны характеризуются значениями избыточных давлений по фронту ударной волны DР и соответственно безразмерным коэффициентом К. 

     Радиус  зоны разрушения (м) в общем виде определяется выражением: 

                        R = , где

К — безразмерный коэффициент, характеризующий воздействие взрыва на объект.

     При массе паров т более 5000 кг радиус зоны разрушения может определяться выражением:

                                                      R = . 

                                            R = = 6 м

                     Ответ: радиус зоны разрушения составляет 6 м.

4.8 Исследование возможности  снижения пожарной  опасности помещения

 

      Очевидно, что уровень пожарной опасности  помещения определяет требуемые  расходы на системы противопожарной защиты. Часто для оптимизации расходов на проектирование, строительство и эксплуатацию объектов требуется снизить их пожарную опасность.

      В классификации помещений на взрывопожароопасные  и пожароопасные определяющим показателем  является величина избыточного давления взрыва в случае аварийной ситуации. Граничным значением принято 5 кПа, поскольку при таком давлении взрыва возможно повреждение человека волной давления (см. п.4.3). 

      Основными способами снижения пожарной опасности  помещений, в которых обращаются ЛВЖ или ГЖ являются:

1. ограничение объемов используемых жидкостей;
2. ограничение площади возможного разлива жидкостей;
3. устройством аварийной вентиляции. 

 

4.8.1      Ограничение объема хранения

Определяется  максимальный объем сосуда (аппарата) с жидкостью в рассматриваемом помещении, при котором избыточное давление взрыва (см. п.4.3 курсовой работы) не превышает 5 кПа.  

      В качестве аварийной ситуации принимаем  разрушение аппарата, выход жидкости в объем помещения, ее испарение  с образованием взрывоопасной паровоздушной смеси.

1. Избыточное давление при взрыве паров: 

                      = 32,7кПа. 

2. Определяем  количество паров жидкости в помещении, при  взрыве которого избыточное давление взрыва составит 5 кПа

 

             =>  

                        

3. Определяем  количество паров, образующихся при  разливе 1 литра жидкости

 

                                W_исп=10^-6·2,3· ·34,8= 453,03·10^-6 кг/м²·с. 

     С учетом того, что 1 л изобутилового спирта разливается на площадь 1 м², площадь испарения составляет 1 м².

     Время полного испарения 1 литра жидкости составляет:

                                      ,  

это более 3600 сек.  

     За  один час испарится:

                                

     4. Определяем площадь, с которой  испарится 9,9 кг жидкости за один час:

                                                         

     Таким образом, для того чтобы за один час  испарилось 9,9 кг               изобутилового спирта, необходимо разлить 30,9 л жидкости. Т.е. при хранении изобутилового спирта в аппаратах менее чем по 30,9 л, избыточное давление взрыва в случае аварийной ситуации составит менее 5 кПа.  

     5. Произведем проверочный расчет:

Объем жидкости 27,4 л

Площадь разлива 27,4 м²

Масса паров, образующихся за один час  

                                

                                = 4,99 кПа. 

      Вывод: при использовании емкостей для  метилового спирта объемом не более 27,4 л избыточное давление взрыва в случае аварийной ситуации не превысит 5 кПа.  

2. Ограничением  площади разлива  жидкости

    Количество  испаряющейся жидкости в случае аварийной  ситуации можно  уменьшить путем  ограничения площади разлива. Для этого могут быть  предусмотрены обвалования, бортики, аварийный слив и т.п. Расчет максимальной площади обвалования производится аналогично как в п.4.8.2. При этом необходимо рассчитать минимальную высоту обвалования.

      При определении  высоты обвалования, учитывается, что фактическая высота должна быть не менее чем на 0,1 м больше расчетной.

                                          V_апп=S_исп × h_обвал. 

                                          V_апп= 200 л= 0,2 м³ 

                                           S_исп=27,4 м² 

                                           h_обвал.=  

Проверка: Объем жидкости 0,2 м³

Площадь разлива 27,4 м²

Масса паров, образующихся за один час  

                                 

                             =  4,99 кПа.