Цель работы: ознакомиться с экспериментальным методом определения величины тушащего зазора (БЭМЗ) и выбором электрооборудования взрывонепроницаемого исполнения.

Основные понятия

Взрыв – быстрое преобразование веществ (взрывное горение), сопровождающееся выделением энергии и образованием сжатых газов, способных производить работу.

Вспышка – быстрое сгорание горючей смеси, не сопровождающееся образованием сжатых газов.

Температура вспышки – самая низкая (в условиях специальных испытаний) температура горючего вещества, при которой над его поверхностью образуются пары и газы, способные вспыхивать от источника зажигания, но скорость их образования еще недостаточна для последующего горения.

Температура воспламенения – температура горючего вещества, при которой оно выделяет горючие пары или газы с такой скоростью, что после воспламенения их от источника зажигания возникает устойчивое горение.

Температура самовоспламенения – самая низкая температура горючего вещества, при которой происходит резкое увеличение скорости экзотермических реакций, заканчивающееся возникновением пламенного горения.

Легковоспламеняющаяся жидкость (ЛВЖ) – жидкость, способная самостоятельно гореть после удаления источника зажигания и имеющая температуру вспышки не выше 61°С (относятся к взрывоопасным).

Горючая жидкость – жидкость, способная самостоятельно гореть после удаления источника зажигания и имеющая температуру вспышки выше 61°С (относятся к пожароопасным, если не нагреть до температуры вспышки и выше).

Верхний и нижний концентрационные пределы воспламенения (ВКПВ и НКПВ) – соответственно максимальная и минимальная концентрации горючих газов, паров ЛВЖ, пыли или волокон в воздухе, выше и ниже которых взрыва не произойдет даже при возникновении источника инициирования взрыва.

Безопасный экспериментальный максимальный зазор (БЭМЗ) – максимальный зазор между фланцами оболочки, через который не проходит передача взрыва из оболочки в окружающую среду при любой концентрации смеси в воздухе.

Категорирование помещений по взрывопожарной и пожарной опасности

В соответствии с НПБ 105-03 [1] по взрывопожарной и пожарной опасности помещения подразделяются на категории А, Б, В1–В4, Г и Д, а здания – на категории А, Б, В, Г и Д. Категории взрывопожарной и пожарной опасности помещений и зданий определяются для наиболее неблагоприятного в отношении пожара или взрыва периода, исходя из температуры вспышки находящихся в аппаратах и помещениях горючих веществ и избыточного давления. Избыточное давление взрыва Р для индивидуальных горючих веществ, состоящих из атомов С, Н, О, N, С1, Вr, I, F, определяется по формуле:

(1)

где Р_max – максимальное давление взрыва стехиометрической газовоздушной или паровоздушной смеси в замкнутом объеме, определяемое экспериментально или по справочным данным (допускается принимать Р_max равным 900 кПа);

Р₀ – начальное давление, кПа (допускается принимать равным 101 кПа);

т – масса горючего газа (ГГ) или паров легковоспламеняющихся (ЛВЖ) и горючих жидкостей (ГЖ), вышедших в результате расчетной аварии в помещение, кг;

Z – коэффициент участия горючего во взрыве, который может быть рассчитан на основе характера распределения газов и паров в объеме помещения; допускается принимать значение Z , приведенное в табл. 1.

Таблица 1

Вид горючего вещества	Значение Z
- вещества и материалы, способные взрываться и гореть при взаимодействии с водой, кислородом воздуха или друг с другом	1,0
- горючие газы (кроме водорода), горючие пыли	0,5
- ЛВЖ и ГЖ, нагретые до температуры вспышки и выше	0,3
- ЛВЖ и ГЖ, нагретые ниже температуры вспышки, при наличии возможности образования аэрозоля	0,3
- ЛВЖ и ГЖ, нагретые ниже температуры вспышки, при отсутствии возможности образования аэрозоля	0

V_св – свободный объем помещения, м³;

_г.п – плотность газа или пара при расчетной температуре t_p, кгм^-3, вычисляемая по формуле:

(2)

где М – молярная масса, кгкмоль^-1;

– мольный объем, равный 22,413 м³кмоль^-1;

t_p – расчетная температура, С. В качестве расчетной температуры

следует принимать максимально возможную температуру воздуха в данном помещении в соответствующей климатической зоне или максимально возможную температуру воздуха по технологическому регламенту с учетом возможного повышения температуры в аварийной ситуации. Если такого значения расчетной температуры t_p по каким-либо причинам определить не удается, допускается принимать ее равной 61С;

С_ст – стехиометрическая концентрация ГГ или паров ЛВЖ и ГЖ, % (об.), вычисляемая по формуле: (3)

где – стехиометрический коэффициент кислорода в реакции сгорания;

– число атомов С, Н, О и галоидов в молекуле горючего.

Расчет Р для индивидуальных веществ, кроме упомянутых выше, а также для смесей может быть выполнен по формуле: (4)

где Н_т – теплота сгорания, Джкг^-1;

_в – плотность воздуха при начальной температуре Т₀, кгм^-3;

С_р – теплоемкость воздуха, Джкг^-1К^-1 (допускается принимать равной 1,0110³ Дж кг^-1К^-1);

Т₀ – начальная температура воздуха, К.

К_н – коэффициент, учитывающий негерметичность помещения и неадиабатичность процесса горения. Допускается принимать К_н равным 3.

Удельная пожарная нагрузка g, МДжм^-2, определяется из соотношения: (5)

где S – площадь размещения пожарной нагрузки, м² (но не менее 10 м²);

Q – пожарная нагрузка, МДж, определяется по формуле: (6)

где G_i — количество i-го материала пожарной нагрузки, кг;

Q^p_нi — низшая теплота сгорания i-го материала пожарной нагрузки, МДжкг^-1.

Расчетный объем взрывоопасной газо- или паровоздушной смеси, в котором поступившее (из аппарата, трубопровода или в результате испарения) вещество может образовать взрывоопасную концентрацию, определяется по формуле:

, (7)

где – коэффициент запаса, ;

– масса поступившего в помещение вещества, кг;

– нижний концентрационный предел воспламенения вещества (НКПВ), г/м³.

Процентное содержание объема взрывоопасной смеси в свободном

объеме помещения определяется по выражению: . (8)

Величину тушащего зазора определяют экспериментально для каждой горючей смеси. Величина тушащего зазора может быть рассчитана по следующей формуле: , (9)

где – критерий Пекле, характеризующий физические свойства процессов переноса тепла путем конвекции (числитель) и теплопроводности (знаменатель);

– нормальная скорость распространения пламени, м/ч;

– диаметр (ширина) тушащего канала, м;

– удельная теплоемкость исходной смеси, Дж/кгּК;

– плотность исходной смеси, кг/м³;

– теплопроводность исходной смеси, Дж/мּчּК.

Объем (мл), заливаемый в каждую полость горючей жидкости для по-

лучения стехиометрической смеси, рассчитывается по формуле: , (10)

где – молекулярный вес (для ацетона );

– объем каждой полости, л (для ОТ-17 л);

– объем грамм-молекулы, л (принять л);

– удельная плотность, г/л (для ацетона г/л).

Рис. 1. Схема и передняя панель стенда ОТ-17:

1 – корпус бомбы; 2 – вентилятор; 3 – предохранительный щиток; 4 – полость, имитирующая электроустановку; 5 – полость, имитирующая помещение; 6 – перегородка; 7 – втулка; 8 – коническая пробка; 9 - хвостовик; 10 – гайка; 11 – диск; 12 – деления; 13 – выхлопной штуцер; 14 - пластинка; 15 – разрывная мембрана; 16 – клапан; 17 – трубопровод; 18 - выступ; 19 – стержень; 20 – конечный выключатель; 21 – фрикционная шайба; 22 – кнопка вентилятора; 23 – кнопка включения питания; 24 – кнопка выключения питания; 25 – кнопка зажигания в полости 4; 26 – кнопка зажигания в полости 5

ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ