V Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2013

Рост пожарной опасности промышленных предприятий характеризуются, как правило, большим разнообразием используемого сырья и полупродуктов имеющих пожарную опасность. Вещества, применяемые в большинстве производств, газообразны, пожаровзрывоопасны и представляют собой потенциальную пожарную опасность и угрозу профессиональных заболеваний работающих.

Важную роль в снижении тяжести возможных последствий играет раннее обнаружение пожаровзрывоопасной обстановки. Эффективность работы систем пожарной сигнализации определяется оптимальностью выбора способа размещения газоанализаторов. Действующие на сегодняшний день требования разрабатывались в середине восьмидесятых годов. Уровень пожарной опасности производственных объектов за этот период времени повысился в несколько раз, что не нашло адекватного отражения в новых методиках и нормативной базе.

Проблема усовершенствования метода расчета установки газоанализаторов в производственных помещениях с незначительными теплоизбытками и выделениями пожаровзрывоопасных вредных веществ тяжелее воздуха от технологического оборудования, учитывающего комплексное воздействие перечисленных выше факторов, является весьма актуальной, так как позволит улучшить пожарную безопасность и одновременно снизит степень риска работающего персонала.

Метод многофакторного решения установки газоанализаторов производственных помещений с теплоизбытками до 30 Вт/м³ и выделением пожаровзрывоопасных газов тяжелее воздуха, учитывающий режим работы технологического оборудования. Включает в себя следующие этапы расчета:

Необходимо определить максимальное количество технологического оборудования для рассматриваемого объекта по формуле

. (1)

где l,b,H,h- линейные (габаритные) размеры оборудования, м.

Геометрический симплекс  учитывает относительные размеры источника выделения вредных веществ и помещения.

Определить количество газообразных вредных веществ, поступающих в помещение от оборудования:

От оборудования находящегося в эксплуатации, при коэффициенте негерметичности m по результатам промышленных испытаний

. (2)

где – коэффициент запаса, равный 1,5-2;

T – абсолютная температура газов или паров в оборудовании;

R – универсальная газовая постоянная, Дж/(кмоль К);

 - молярная масса, кг/кмоль;

T₁ – начальная абсолютная температура газа в оборудовании, К;

F – площадь сечения отверстия, м²;

– показатель адиабаты;

m- показатель политропы;

P₁- давление в аппарате в начальный период времени, Па.

От нового оборудования, при коэффициенте негерметичности, полученном по результатам испытаний в заводских условиях

, (3)

где m- коэффициент негерметичности m=0,001-0,005;

– коэффициент запаса, равный 1,5-2;

P – текущее давление внутри оборудования, Па;

V – текущий удельный объём истекающего газа, м³/кг;

M – молярная масса газа кг/кмоль;

T – начальная температура газа.

Определить удельные теплопоступления от принятого технологического оборудования. Если теплоизбытки превышают 30 Вт/м³, то пересчитывают геометрический симплекс .

Определить показатель режима работы технологического оборудования при его максимальной загруженности.

В процессе эксплуатации режим работы оборудования под давлением имеет динамический характер. Зависимость воздухообмена от количества выделяющихся пожаровзрывоопасных веществ из оборудования, работающего под давлением, представлена на рис. 1.

Рис. 1 - Зависимость относительного воздухообмена от относительного количества пожаровзрывоопасных веществ, выделяющихся из оборудования, работающего под давлением

Из рис.1 видно, что с уменьшением количества, выделяющихся пожаровзрывоопасных веществ от технологического оборудования уменьшается и количество необходимого вентиляционного воздуха для поддержания нормируемых параметров микроклимата в помещениях.

Для подтверждения эффективности использования газоанализаторов в помещениях с оборудованием, работающим под давлением, введем показатель d, характеризующий максимальное использование технологического оборудования

d_i=Gi/G_max. (4)

где Gi – количество, выделяющегося пожаровзрывоопасного вещества из оборудования;

G_max- максимальновозможное количество, выделяющегося пожаровзрывоопасного вещества из оборудования.

Находятся расчетная величина воздухообмена.

По нормативным документам СНиП 2.04.05-91*, ВСН 21-77 устанавливаем отношение количества удаляемого воздуха из нижней зоны к общему количеству удаляемого воздуха

(5)

По α_норм с учетом граничных условий области целесообразного применения способов установки газоанализаторов определяется α_факт.

По α_факт определить фактическую кратность воздухообмена, и величину воздухообмена,

; . (6)

Корректируется расчетный воздухообмен и определяется скорость истечения приточного воздуха с учетом способа организации воздухообмена и количества приточного воздуха

. (7)

Определить показатель d_факт (7).

Проверить условие d_факт=d_max

При α_факт=соnst, производится корректировка и регулирование параметров систем вентиляции

. (8)

С учетом принятых инженерных решений рассчитываются места установки газоанализаторов.

Эта зависимость как может быть представлена в виде:

(9)

где А и С – опытные коэффициенты.

М_г- массовая концентрация газа, кг/м³;

М_в- массовая концентрация воздуха, кг/м³

- поправочный коэффициент;

G_в- масса воздуха, кг;

G- масса газа, кг;

Для толуола А=1,78, бензина – 1,83, ацетона – 2,094. В общем виде для этих газов А=2,6 – 0,256 М_г/М_в.С – коэффициент, равный 0,373.

С учетом коэффициентов выражение (9) имеет вид:

(10)

где М_г- массовая концентрация газа, кг/м³;

М_в- массовая концентрация воздуха, кг/м³;

G_в- масса воздуха, кг;

G- масса газа, кг;

Kp- кратность воздухообмена ч^-1;

Q- вероятность отказа;

V_пр- объем помещения.

Существование зоны наибольших концентраций между нижней и верхней зонами помещения подтверждается исследованиями Куна М.Ю., Шенк Р .

При отсутствии тепловыделений и наличии тяжелых пожаровзрывоопасных максимальные концентрации ими наблюдались в нижней зоне. При разнице температур в верхней и рабочей зонах равной или более 4^оС, максимальная концентрация пожаровзрывоопасных газов наблюдалась ими в верхней зоне. Следовательно, можно сделать вывод, что в интервале 0 < t_ВЗ – t_РЗ < 4 вредные вещества тяжелее воздуха занимают промежуточное положение по высоте помещения, что и подтверждают наши исследования.

Наличие зоны повышенной концентрации, меняющейся по высоте помещения в зависимости от ряда переменных факторов, оказывает существенное влияние на несоответствие коэффициентов распределения температур и концентраций, которое было установлено Куном М.Ю. для толуола при теплоизбытках от 5,8 Вт/м³ до 23 Вт/м³ и кратности воздухообмена 14,3 ч^-1, что близко к данным, полученным нами.

Блок-схема метода расчета мест установки газоанализаторов в помещениях с выделением веществ тяжелее воздуха из оборудования, работающего под давлением, представлена на рис. 2.

Рис. 2 - Блок-схема метода расчета мест установки газоанализаторов в помещениях с выделением веществ тяжелее воздуха из оборудования, работающего под давлением (начало)

Рис. 2 - Блок-схема метода расчета мест установки газоанализаторов в помещениях с выделением веществ тяжелее воздуха из оборудования, работающего под давлением (окончание)

Трудоемкость работ и стоимость заработной платы вычисляются по действующим нормам и расценкам.

К числу технико-экономических показателей относятся также:

- себестоимость оборудования; расход металлопроката на пожврную сигнализацию, их средства крепления, площадки под оборудование.

- - калькуляция трудоемкости изготовления и монтажа, подсчитанная по существующим ЕНиР;

- время реагирования установок;

- удельные затраты электрической энергии;

- общий расход энергии;

Для повышения степени реагирования решений систем пожарной безопасности должно осуществляться на основе многовариантных разработок. Сравнение различных вариантов выполняется по приведенным затратам П, руб/год, с учетом всех переменных величин, влияющих на капитальные затраты К и эксплуатационные расходы С. Приведенные затраты подсчитывают по формуле

П=Е_Н К+С, (11)

где Е_Н — нормативный коэффициент окупаемости капитальных вложений, 1/год, принимаемый равным 0,12 для вентиляционных систем;

К- капитальные затраты;

С- эксплуатационные расходы.

Капитальные затраты К, руб, составляют

К = Коб + Квозд + Ккам, (12)

где Коб - капитальные затраты на газоанализаторы и их монтаж с накладными расходами и плановыми накоплениями, руб.;

Квозд - капитальные затраты на сети, руб.;

Ккам — капитальные затраты на щиты автоматизации.

Эксплуатационные расходы С, руб/год, определяют по формуле

С=С_а+С_тр+С_з+С_т+С_х+С_э+С_вод, (13)

где Са - затраты на амортизацию, состоящие из сумм отчислений на капитальный ремонт и реновацию (восстановление) системы, руб/год; нормативное значение Са на газоанализаторы составляет 12,1% капитальных затрат;

Стр - расходы на текущий ремонт систем, руб/год, составляющие 1-1,5% капитальных затрат - для газоанализаторов;

С_з — затраты на заработную плату эксплуатационного персонала по обслуживанию систем, руб/год;

Ст, Сх, Сэ, Свод — стоимость потребляемых в течение года энергоресурсов: электроэнергии.

Так как для рассматриваемых вариантов изменяется значение С_эв формуле (13) при изменении кратности воздухообмена и скорости истечения приточного воздуха, то при экономическом анализе схем расстановки газоанализаторов в помещениях с оборудованием, работающем под давлением учитываются только время реагирования.

Результаты расчетов представлены на рис.3.

Рис. 3- Зависимость времени реагирования от кратности воздухообмена

Разработан метод многофакторного решения систем пожарной сигнализации с учетом регулируемого воздухообмена общеобменной вентиляции производственных помещений с незначительными теплоизбытками и выделением пожаровзрывоопасных газов тяжелее воздуха и программа расчета на ЭВМ. Метод расчета и программа позволяют проектировать регулируемые схемы установки газоанализаторов.

Экономически обосновано применение регулируемых газоанализаторов в производственных помещениях с выделением тяжелых пожаровзрывоопасных веществ.

Библиографический список

1. Облиенко, А.В. Исследование эффективности установки сигнализаторов и газоанализаторов в производственных помещениях / А.В. Облиенко, О.Н. Петрова, И.И. Переславцева, С.А. Колодяжный // Научный журнал. Инженерные системы и сооружения. – 2010. – Т. 1. – С. 222-225.

2. Потапов, Ю.Б. Разработка математической модели распространения дымовых газов в начальной стадии пожара / Ю.Б. Потапов, К.А. Скляров, К.Н. Сотникова, С.А. Кончаков // Научный вестник Воронежского государственного архитектурно-строительного университета. Строительство и архитектура. – 2011. - №1. – С. 136-143.

3. Сотникова, К.Н. Автоматизация процесса управления тепловыми потоками в помещениях / К.Н. Сотникова, А.В. Муратов // Вестник Воронежского государственного технического университета. – 2008. – Т. 4. - № 12. – С. 48-50.

Код для цитирования: Скопировать