Расчет массы взвешенной пыли при определении категории помещения

Наверное, каждый, кто занимается расчетом категорий, однажды задавался вопросом: «Неужели, если в помещении лежит мешок муки, категория помещения сразу получится Б?». Давайте разберемся.

Согласно СП 12.13130, расчетная масса взвешенной в объеме помещения пыли определяется по формуле А.17:

где mвз — расчетная масса взвихрившейся пыли, кг;

mав — расчетная масса пыли, поступившей в помещение в результате аварийной ситуации, кг;

ρст — стехиометрическая концентрация горючей пыли в аэровзвеси, кг/м3;

Vав — расчетный объем пылевоздушного облака, образованного при аварийной ситуации в объеме помещения, м3.

Что же означает эта формула? С первой частью все понятно – масса пыли, поступившей в помещение при аварии, плюс масса взвихрившейся пыли, отложенной на поверхностях между уборками – то есть вся пыль, которая может теоретически участвовать в создании аэровзвеси и взрыве.

Однако для сгорания пыли необходимо наличие не только самой пыли, но и кислорода для горения. Если кислорода будет недостаточно, то сгорит только часть пыли. Именно об этом говорит вторая часть формулы – в ней масса пыли определяется, исходя из доступного объема воздуха.

Если рассматривать мукомольный цех, то, вероятнее всего, расчетная масса пыли будет определяться первой частью формулы А.17 – общим количеством пыли в помещении. Однако, если мешок муки лежит в кладовке, то скажется ограниченное количество воздуха – и расчетная масса пыли будет определяться второй частью формулы.

Где учесть это в программе FireCategories? В свойствах пылевой нагрузки необходимо поставить галочку «Облако»:

Появятся дополнительные параметры, которые необходимо задать: расчетный объем пылевоздушного облака и стехиометрическая концентрация горючей пыли в аэровзвеси.

И, конечно, самый главный вопрос – где взять значения этих параметров.

В примере 10 пособия к СП приводится следующий вариант определения объема облака:

Аварийная ситуация с образованием пылевоздушного облака может быть связана с разрывом тары (одного из мешков с мукой), в результате которого его содержимое, поступая в помещение с максимально возможной высоты (H = 2 метра) образует взрывоопасную взвесь. С определенным запасом надежности примем объем образующегося при этом пылевого облака равным объему конуса, имеющего высоту H и радиус основания также равным H.

Vав = (1/3)•H•π•H^2

В крайнем случае, при отсутствии данных, объем облака можно принять равным объему помещения: для маленьких помещений это будет достаточно хорошим приближением.

Стехиометрическую концентрацию (то есть количество пыли, сгорающего в 1 м3 воздуха) можно определить разными способами:

• По справочным данным. Найти cтехиометрическую концентрацию в справочной литературе или по экспериментальным данным.

• По химическому уравнению реакции.Если известно уравнение реакции горения или химическая формула, то количество пыли можно определить по ней. Для углеводородных топлив с формулой CxHyOzNa реакция полного сгорания будет следующей:

То есть для сгорания 1 моля топлива требуется (x+y/4-z/2) молей кислорода, или – для сгорания mт = 1•Mт кг топлива требуется mо2 = (x+y/4-z/2)•M_o2 кг кислорода (M_o2 – молярная масса кислорода, 32 г/моль, M_т=12x+y+16z+14a г/моль – молярная масса топлива).

Соответственно, в 1 кг кислорода сгорает топлива

Учитывая, что массовая концентрация кислорода в воздухе составляет 0,23, а плотность воздуха при стандартных условиях (температура 25 градусов) – 1,184 кг/м3, получаем, что в одном кубическом метре воздуха сгорает:

При температуре и давлении, отличных от стандартных условий, в формулу необходимо поставить плотность воздуха, соответствующую нужным условиям.

• По приближенные оценкам.Согласно Пейсахову И.Л. «Атлас диаграмм и номограмм по газопылевой технике», на каждые 1000 ккал (4184 кДж) выделившегося при горении тепла требуется 1,1 куб. м воздуха.

Зная низшую теплоту сгорания муки 16,8 МДж/кг, получаем, что для сгорания 1 кг муки требуется 16,8*1000 / 4184 * 1,1 = 4,4 куб.м. воздуха, то есть в 1 куб.м. воздуха сгорит 1/4,4 = 0,23 кг муки.

Общая формула:

где Hт измеряется в МДж/кг (как в базе данных в FireCategories).

Продолжая пример для мешка с мукой: примем стехиометрическую концентрацию 0,23 кг/м3 (по приближенной оценке) и объем облака рассчитаем по формуле из примера 10 пособия к СП:

Vав = (1/3)•H•π•H^2 = 8,4 м3.

Масса пыли, определенная по формуле А.17 с учетом облака, составит 0,23*8,4/0,5 = 3,86 кг.

То есть из 50 кг муки в мешке во взрыве будет участвовать меньше 4 кг! При таких условиях категория Б уже вряд ли получится – так что необходимость присваивать категорию Б каждой кладовке с продуктами исчезает.