Приложение 2. Определение удельной массы природного газа на единицу свободного объема помещения, обеспечивающей расчетное избыточное давление взрыва в помещении, равное 5 Кпа

1. Расчет предельно допустимой удельной массы

природного газа [m ]

уд

В соответствии с указанной выше методикой допустимая удельная масса

природного газа на единицу свободного объема помещения [m ] (г/куб. м)

уд

может быть определена по формуле:

10 x r [D ] x C x K

гп P ст н

[m ] = -----------------------, (1)

уд (P - P ) x Z

max o

где:

P - максимальное давление взрыва стехиометрической газовоздушной

max

смеси в замкнутом объеме; для природного газа (метана) согласно справочным

данным в дальнейшем принимается:

P = 720 кПа;

max

P - начальное давление; принимается P = 101 кПа;

o o

[D ] - расчетное избыточное давление взрыва в помещении, определяющее

P

категорийность помещения по взрывопожарной и пожарной опасности; для

расчета [m ] принимается [D ] = 5 кПа.

уд P

Если D < 5 кПа (D < [D ]), т.е. количество горючего газа в помещении

P P P

m < [m ], то помещения могут быть отнесены к пожароопасным категориям

уд уд

В1 - В4).

Если D > 5 кПа (D > [D ]), т.е. m > [m ], то помещения должны быть

P P P уд уд

отнесены к "взрывопожароопасной" категории А;

r - плотность природного газа, кг/куб. м;

гп

C - стехиометрическая концентрация природного газа, %;

ст

K - коэффициент, учитывающий негерметичность помещения и

н

неадиабатичность процесса горения; для производственных помещений можно

принять K = 3;

н

Z - коэффициент участия горючего во взрыве; для природного газа

принимается равным Z = 0,5.

Величина r может быть определена по формуле:

гп

m

S

r = -----------------, (2)

гп V (1 + 0,00367t )

o р

где:

m - молярная масса природного газа, определяемая его компонентным

S

составом, кг/кмоль;

V - мольный объем, равный V = 22,413 куб. м/кмоль;

o o

t - расчетная температура, °C.

р

В качестве расчетной температуры следует принимать максимально

возможную температуру воздуха в данном помещении.

Величина m для природного газа, используемого в качестве моторного

S

топлива для автотранспортных средств, согласно ГОСТ 27577-87 может быть

определена по формуле:

m = r x 16 + (1 - r ) x 28, кг/кмоль, (3)

S 1 1

где:

r - объемная доля метана (CH ) в природном газе;

1 4

(1 - r ) - объемная доля (условно) азота в природном газе.

1

Величина C может быть определена по формуле:

ст

100

C = -------- x b,

ст 1 + 4,84

где:

h - h h

h x o

b = h + ------- - -- - стехиометрический коэффициент кислорода

c 4 2

в реакции горения;

h , h , h , h - число атомов C, H, O и галоидов в молекуле газа;

c h x o

h = 1, h = 4, h = 0 и b = 2.

c h x

Тогда

100

C = ------------ = 9,36%.

ст 1 + 4,84 x 2

Подставляя значения указанных выше параметров в формулу (1), после

преобразования получим:

[m ] = 4,5378 r , г/куб. м (4)

уд гп

или

0,20246 х m

S

[m ] = ----------------, г/куб. м. (4')

уд 1 + 0,00367 x t

1

Значения [m ], вычисленные по формулам (3), (4') в зависимости от

уд

компонентного состава природного газа (r ) и температуры помещения (t ,

1 1

°C), приведены в таблице 1.

ЗНАЧЕНИЯ [m ] КАК ФУНКЦИИ СОСТАВА ПРИРОДНОГО ГАЗА (r ),

уд 1

ТАК И РАСЧЕТНОЙ ТЕМПЕРАТУРЫ (t , °C)

1

┌──────────┬─────────────────────────────────────────────────────┐

│ r │ г/куб. м │

│t 1├────────┬────────┬────────┬────────┬────────┬────────┤

│ 1 │ 0,92 │ 0,94 │ 0,95 │ 0,96 │ 0,98 │ 1,00 │

├──────────┼────────┼────────┼────────┼────────┼────────┼────────┤

│20 °C │3,199 │3,153 │3,131 │3,108 │3,063 │3,018 │

├──────────┼────────┼────────┼────────┼────────┼────────┼────────┤

│40 °C │2,1994 │2,955 │2,931 │2,908 │2,868 │2,823 │

├──────────┼────────┼────────┼────────┼────────┼────────┼────────┤

│45 °C │2,945 │2,904 │2,886 │2,863 │2,823 │2,782 │

├──────────┼────────┼────────┼────────┼────────┼────────┼────────┤

│50 °C │2,899 │2,859 │2,841 │2,818 │2,776 │2,736 │

├──────────┼────────┼────────┼────────┼────────┼────────┼────────┤

│55 °C │2,859 │2,818 │2,796 │2,776 │2,736 │2,695 │

├──────────┼────────┼────────┼────────┼────────┼────────┼────────┤

│61 °C │2,805 │2,767 │2,745 │2,727 │2,686 │2,646 │

└──────────┴────────┴────────┴────────┴────────┴────────┴────────┘

В дальнейшем, в расчет принимается значение:

[m ] = 2,886 г/куб. м (t = 45 °C; r = 0,95).

уд 1 1

2. Определение допустимых объемов помещений для хранения, ТО, ТР и

производства других работ для ГБА на КПГ, при которых указанные помещения

не относятся к категории А

При определении допустимых объемов помещений [V], связанных с

техническим обслуживанием и хранением ГБА на КПГ, при которых указанные

помещения не относятся к категории А, следует исходить из следующих

предпосылок:

а) происходит расчетная авария одного баллона с природным газом;

б) все содержимое баллона (секции баллонов) поступает в помещение;

в) расчетным вариантом выбирается наиболее неблагоприятный вариант

аварии, при котором в помещение поступает наибольшее количество природного

газа, т.е. принимается, что КПГ находится в баллоне при давлении

P = 19,6 МПа (200 кГ/кв. см) и температуре t = 0 °C (коэффициент

0

сжимаемости Z при этом равен 0,865).

При указанных выше предпосылках масса природного газа в баллоне объемом

V = 50 л равна M = 8,29 кг.

г

Тогда допустимый объем помещения [V] для ГБА, имеющих n 50-литровых

баллонов (n = 1, 2, ...), каждый из которых имеет расходный (запорный)

вентиль, равен:

1000 x M 1000 x 8,29

г

[V] = --------- = ----------- = 2,872 куб. м. (5)

[m ] 2,886

уд

Аналогично могут быть определены допустимые объемы помещений [V] для

других ГБА на КПГ.

Пример:

На предприятии имеется помещение для хранения автомобилей со

строительным объемом V = S x H = 525 x 6 = 3150 куб. м.

S

В это помещение предполагается установить 25 автомобилей ГАЗ-3102

("Газель"), имеющих 4 баллона емкостью 50 л с запорным вентилем на каждом

баллоне.

Определить необходимые мероприятия по обеспечению взрывопожарной

безопасности помещения для хранения ГБА.

Решение:

По формуле (8.2) п. 8.2.2 настоящего РД определяем свободный объем

помещения

V = 0,8 V = 0,8 x 3150 = 2520 куб. м. (6)

o S

Определяем допустимый объем помещения [V] для хранения ГБА (независимо

от их количества) при условии, что в баллоне объемом 50 л при давлении

P = 19,6 МПа (200 кГ/кв. см) может содержаться максимальное количество газа

M = 8,29 кг.

г

При отсутствии аварийной вентиляции (K = 1) допустимый объем помещения

для автомобилей ГАЗ-3102 ("Газель") равен:

[V] = 346,5 x M = 346,5 x 8,29 = 2875 куб. м.

1 г

Сравнение V = 2520 куб. м и [V] = 2875 куб. м показывает, что

o

V < [V], т.е. выполняется соотношение (8.7).

o

Расчеты показывают, что при обрыве трубопровода, соединяющего баллоны

с двигателем (или в секции между собой), время истечения газа из одного

баллона объемом 50 л при начальном давлении P = 19,6 МПа составит

н

T = 80 сек. = 0,022 час.

Согласно формуле (8.8), требуемая кратность воздухообмена,

создаваемого аварийной вентиляцией, равна:

1 M 1 8,29

[A] = - (433 -- - 1) = ----- (433 ---- - 1) = 6,34 1/час.

T V 0,022 3150

S

Проведенный расчет показывает, что устройство аварийной вентиляции с

кратностью воздухообмена, превышающей 6,34 1/час, позволит, согласно

требования п. 8.3.2 настоящего РД, отнести помещения для хранения ГБА к

категории В2.

При этом отпадает необходимость выполнения вышеперечисленных

мероприятий по обеспечению пожаровзрывозащиты помещения (кроме создания САК

и соответствующей аварийной вентиляции - см. Приложение 3).

Требуемый расход воздуха, создаваемый аварийной вентиляцией, должен

быть:

Q = [A] x V = 6,34 x 3150 = 19971 куб. м/час.

в S

Выбирая вентилятор с производительностью q = 7000 куб. м/час, определим

потребное их количество:

Q 19971

в

N = -- = ----- = 2,85.

q 7000

Принимаем N = 3 вентилятора.