1.3. Расчет критериев пожарной опасности при сгорании взрывоопасной пыли

Методика расчета критериев пожарной опасности при сгорании взрывоопасной пыли определена в ГОСТ Р 12.3.047-98 «Пожарная безопасность технологических процессов. Общие требования. Методы контроля» [4], а также НПБ 107-97 «Определение категорий наружных установок по пожарной опасности» [6].

1.3.1. Расчет избыточного давления при сгорании пылевоздушной смеси в помещении

Одним из поражающих факторов является избыточное давление, служащее количественным критерием категории опасности.

Избыточное давление при сгорании пылевоздушной смеси Dp, кПа, рассчитывается по формуле:

(1.1)

где

m - расчетная масса взвешенной в объеме помещения горючей пыли, образовавшейся в результате аварийной ситуации, кг;

Н_т – теплота сгорания истекающего вещества, Дж/кг;

Р₀ – начальное атмосферное давление, кПа;

Z – доля участия взвешенной горючей пыли при сгорании пылевоздушной смеси (0,5 при газе и пыли; 0,3 при парах жидкости; 1 при водороде);

V_п – свободный объем помещения, который принимается как 80 % от геометрического объема помещения, м³;

r_в – плотность воздуха до сгорания пылевоздушной смеси при начальной температуре Т_о, кг/м³;

С_в – теплоемкость воздуха, ;

Т₀ – начальная температура воздуха в помещении, К;

К_н – коэффициент учитывающий негерметичность помещения (принимается равным 3);

К пылям, способным образовывать горючие пылевоздушные смеси, относят дисперсные материалы, характеризующиеся наличием показателей пожарной опасности: нижним концентрационным пределом распространения пламени, максимальным давлением, развиваемым при сгорании пылевоздушной смеси (более 50 кПа), и скоростью его нарастания, минимальным пожароопасным содержанием кислорода (менее 21 %).

Определим значения приведенных составляющих формулы (1.1) для определения избыточного давления:

а) атмосферное давление Р₀ = 101 кПа;

б) коэффициент участия горючего вещества во взрыве Z = 0,5 (при газе и пыли при отсутствии возможности получения сведений для расчета);

в) свободный объем помещения V_п = 0,8 * 45 * 120 * 7 = 30 240 м³;

г) плотность воздуха r_в = 1,2 кг/м³;

д) теплоемкость воздуха С_в = 1010 Дж/(кг*К);

е) температура в помещении Т₀ = 293 К;

ж) коэффициент негерметичности К_н = 3;

з) теплота сгорания истекающего вещества Н_т= 93,37 · 10⁶ Дж/(кг·К);

и) расчетную массу m, кг, принимаем равной m = 0,8 · 170 000 = 136 000 кг.

Учитывая заданные условия расчетной ситуации согласно формуле (1.1) определяем избыточное давление

Таким образом, избыточное давление, рассчитанное для заданной ситуации составляет 19 905,12 кПа. Исходя из этого, определяем категорию помещения мельницы по взрывопожарной и пожарной опасности (НПБ 105-95 - [7]) – Б взрывопожароопасная.

1.3.2. Расчет интенсивности теплового излучения и времени существования «Огненного шара»

Образование «Огненных шаров» приводит к тяжелым последствиям. Они вызывают вторичные пожары, так как интенсивность теплового излучения очень высока.

Расчет интенсивности теплового излучения «огненного шара» q, кВт/м², проводят по формуле:

q = E_f · F_q · t, (1.2)

где E_f — среднеповерхностная плотность теплового излучения пламени, кВт/м²;

F_q — угловой коэффициент облученности;

t - коэффициент пропускания атмосферы.

E_f определяют на основе имеющихся экспериментальных данных. Допускается принимать E_f равным 450 кВт/м².

F_q рассчитывают по формуле:

, (1.3)

где Н— высота центра «огненного шара», м;

D_s — эффективный диаметр «огненного шара», м;

r — расстояние от облучаемого объекта до точки на поверхности земли непосредственно под центром «огненного шара», м.

Эффективный диаметр «огненного шара» D_s рассчитывают по формуле:

D_s =5,33 m ^0,327, (1.4)

где т — масса горючего вещества, кг.

H определяют в ходе специальных исследований. Допускается принимать H равной D_s/2.

Время существования «огненного шара» t_s, с, рассчитывают по формуле

t_s = 0,92 m ^0,303. (1.5)

Коэффициент пропускания атмосферы т рассчитывают по формуле

t = ехр [-7,0 · 10^-4 ( - D_s / 2)]. (1.6)

Рассчитаем т = 170 000 · 0,8 = 136 000 кг,

Определяем эффективный диаметр «огненного шара» D_s= 5,33 (136 000)^0,327 = 254,33 м.

По формуле (1.3), принимая H = D_s /2 = 127,165 м, находим угловой коэффициент облученности F_q

По формуле (1.6) находим коэффициент пропускания атмосферы t:

t = ехр [-7,0 · 10^-4 ( - 254,33/2)] = 0,99758.

По формуле (1.2), принимая E_f = 450 кВт/м², находим интенсивность теплового излучения q

q = 450 · 0,152 · 0,99758 = 68,23 кВт/м².

По формуле (1.5) определяем время существования «огненного шара» t_s:

t_s = 0,92 (136 000)^0,303 = 33,056 с.

Итак, значение интенсивности излучения «Огненного шара» составляет 68,23 кВт/м², при такой величине возможны ожоги первой степени и смертельное поражение людей.