Избыточное давление в строительстве

Содержание

Аннотация научной статьи по энергетике и рациональному природопользованию, автор научной работы — Усов А.М., Пенязьков О.Г., Миканович А.С.

Within last two years in Byelorussia in quality easy-dropped constructions application double-glazing units which behaviour at deflagration explosion is not investigated is supposed. For carrying out of researches the test facility for definition of superfluous pressure of opening of window blocks is developed at deflagration explosion in the closed volume.

Текст научной работы на тему «ИССЛЕДОВАНИЕ ИЗБЫТОЧНОГО ДАВЛЕНИЯ ВСКРЫТИЯ ЗАПОЛНЕНИЙ ПРОЕМОВ ВЕРТИКАЛЬНЫХ СТРОИТЕЛЬНЫХ КОНСТРУКЦИЙ»

ИССЛЕДОВАНИЕ ИЗБЫТОЧНОГО ДАВЛЕНИЯ ВСКРЫТИЯ ЗАПОЛНЕНИЙ ПРОЕМОВ ВЕРТИКАЛЬНЫХ СТРОИТЕЛЬНЫХ КОНСТРУКЦИЙ

Различие между абсолютным и относительным давлением | Средства измерения давления

Усов А.М.*, к.т.н., Пенязьков О.Г.* д.ф.-м.н., Миканович А.С.

ЗАО «Пинскдрев» ^Институт тепло- и массообмена им. А.В. Лыкова НАН Беларуси

Within last two years in Byelorussia in quality easy-dropped constructions application double-glazing units which behaviour at déflagration explosion is not investigated is supposed. For carrying ont of researches the test facility for définition of superfluous pressure of opening of window blocks is developed at déflagration explosion in the closed volume.

(Поступила в редакцию 30 марта 2008 г.)

Взрыв является одной из наиболее опасных чрезвычайных ситуаций. Как показывает статистика, такое явление возникает довольно часто, например, в государствах ЕС ежегодно происходит около 2 000 взрывов [1].

По данным международной страховой компании Industrial Risk Insurers (IRI), из 34 аварий с ущербом свыше 250 тыс. долларов США, происшедших за год на предприятиях химической и нефтеперерабатывающей промышленности США, основной ущерб (81%) наносят аварии с взрывами. Статистический отчет IRI показывает, что взрывы составляют 67% всех инцидентов, а нанесенный ими ущерб — 85% общего ущерба [2].

Как показал анализ около 1 000 наиболее крупных аварий, проведенный Американской страховой ассоциацией AIA, ущерб при авариях в 63% обусловлен взрывом либо совместным действием пожара и взрыва [2]. Несмотря на оснащение производственных объектов самыми современными средствами взрывозащиты, предотвращение взрывов не всегда представляется возможным. Как следствие, для защиты людей и материальных ценностей от опасных факторов взрыва должен быть предусмотрен комплекс мероприятий по противовзрывной защите, основным из которых является устройство легкосбрасываемых конструкций (JICK). JICK, вскрываясь, обеспечивают снижение избыточного давления, возникающего во взрывоопасных помещениях при внутренних аварийных взрывах горючих смесей до безопасного нормируемого значения. Допускаемое избыточное давление в большинстве случаев принимается равным 5 кПа.

Что такое давление? Как его создать? Абсолютное и избыточное давление

Согласно [3] в качестве JICK допускается использовать: облегченные покрытия, не имеющие жесткой связи с несущими элементами покрытия (кровли); конструкции из стальных, алюминиевых и асбестоцементных листов и эффективного утеплителя; остекление окон и фонарей. В связи с увеличением нормативного значения веса снегового покрова до 1,2 кПа [4] использование облегченных покрытий, не имеющих жесткой связи с несущими элементами покрытия (кровли), не представляется возможным, так как согласно нормам [3] расчетная нагрузка от массы JICK покрытия должна составлять не более 0,7 кПа. В связи с этим преобладающим видом JICK является остекление окон и фонарей, как правило, одинарное [3].

Расчет параметров JICK производится с использованием ТКП 45-2.02-38 «Конструкции легкосбрасываемые. Правила расчета». Однако данная методика не позволяет для стеклопакетов расчетным путем определить необходимую площадь JICK. Объясняется данная ситуация отсутствием численного значения коэффициента вскрытия ЛСК при внутреннем дефлаграционном взрыве, определяемого избыточным давлением вскрытия конкретного оконного блока. Таким образом, актуальным становится вопрос определения

избыточного давления вскрытия оконных блоков при заполнении их стеклопакетами и коэффициента вскрытия.

Для определения величины избыточного давления вскрытия оконных блоков при внутреннем дефлаграционном взрыве за основу принят принцип создания модельного взрыва в замкнутом пространстве. Для этого создана испытательная установка (рисунок 1), которая состоит из железобетонной плиты и металлического короба глубиной 0,5 м, с одной стороны закрывающего оконный проем.

Короб изготовлен из листовой стали толщиной 5 мм. Площадь проема составляет 5,4 м2, что позволяет испытывать широкий ассортимент JICK. Сущность методики испытаний заключается в определении избыточного давления при горении смеси пропан-бутана с воздухом в созданном рабочем объеме около 3 м3. Для контроля объемного расхода пропан-бутана использован газовый расходомер. Для поджига смеси принят электроискровой инициатор, установленный посередине задней стенки 1,8×3 м испытательной камеры.

Характерное время сгорания смеси, определяющее динамику роста давления в испытательной камере, а также временные и технические характеристики датчика для измерения давления, оценивалось следующим образом. Скорость ламинарного горения (Ушм) в стехиометрической пропановоздушной смеси при атмосферном давлении равна 0,4 м/с [5-8]. Максимальное расстояние, которое может пройти фронт пламени по мере распространения, составляет половину диагонали камеры сгорания L = (0,92 +1,52)0,5 « 1,75 м. Считая, что скорость ламинарного горения не сильно зависит от давления смеси, получим, что время сгорания смеси в объеме камеры составляет тгор « L / Улш = 4,5 с. Максимальное давление, развиваемое в отсутствии теплопотерь, тогда составит « 9,1-9,4 атм.

1 — бетонированная площадка, 2 — железобетонная плита с проемом, 3 — стальной короб, 4 — герметичные стальные двери, 5 — кран № 1, 6 — кран № 2, 7 — счетчик газа, 8 — газовый баллон, 9 — электрозажигалка, 10 — датчик давления, 11 — осциллограф, 12 — источник питания с усилителем

Рисунок 1 — Схема испытательной установки

Учитывая, что реальное избыточное давление вскрытия ЛСК, как правило, не превышает 10 кПа, т. е. примерно в 90-100 раз меньше уровня максимального давления, а

скорость его перераспределения по объему камеры определяется скоростью звука, которая более чем на два порядка превышает скорость распространения пламени, можно оценить характерное время от момента поджига смеси, необходимое для вскрытия легкосбрасываемой конструкции. Для данной геометрии испытательной камеры оно будет в 90-100 раз меньше общего времени сгорания смеси тгор, т. е. не больше 50 мс. Таким образом, для адекватного определения избыточного давления вскрытия и метрологической аттестации вертикальных JICK, в испытательной камере измерения должны обеспечивать регистрацию динамики роста давления с точностью не хуже 0,01 кПа (точность 0,1%) и временное разрешение на три порядка меньше, чем время вскрытия ЛСК, т. е. не менее 50 мкс (точность 0,1%). При этом общее время регистрации давления должно быть сравнимо со временем сгорания смеси в объеме камеры, т. е. не менее тгор « 4,5 с.

Из указанных предпосылок для исследования динамики изменения давления в испытательной камере использован высокочастотный датчик давления производства компании PCB Piezotronics (США) модель 106С10, позволяющий производить измерения в диапазоне от 0 до 57,2 кПа и обеспечивающий чувствительность 42,54 мВ/кПа.

Следует отметить, что постоянная времени разряда тразряда датчика модели 106С10 с зарядовым повторителем, которая характеризует время, за которое амплитуда сигнала на чувствительном элементе снижается в 2,7 раза при его мгновенном нагружении импульсом давления постоянной амплитуды, согласно паспортным данным является индивидуальной характеристикой каждого датчика и не превышает 10 с. То есть эта величина намного больше характерного времени измерения избыточного давления в испытательной камере (около 50 мс), которое проходит от момента поджига смеси до момента вскрытия JICK. Таким образом, токи утечки оказывают минимальное воздействие на точность определения давления вскрытия Рвскр и могут приводить к снижению показаний датчика на относительную величину, равную отношению Рвскр -тизм/тразряда =Рвскр -0,05с/(5-И0с), что составляет 0,5-1%

от величины измеряемого сигнала. Таким образом, можно с уверенностью констатировать, что выбранная модель высокочастотного датчика давления полностью соответствует задаче определения избыточного давления вскрытия для оценки характеристик JICK.

В качестве регистрирующего оборудования использован цифровой осциллограф, передающий информацию на персональный компьютер.

С целью метрологической аттестации и периодической поверки датчика давления была разработана и изготовлена установка для калибровки датчика (рисунок 2).

Исследуемый датчик 1 через цангу соединен с рампой установки, которая включает в себя образцовый деформационный манометр 2, электромагнитный нормально-закрытый клапан 4, управляемый кнопкой 5, а также два прецизионных вентиля 6 и 7. Избыточное давление в рампе установки создается при помощи компрессора 3. Напускные вентили обеспечивают плавный подъем давления при напуске сжатого воздуха, чтобы избежать перегрузки и быстрого заряда чувствительного кварцевого элемента датчика 106С10. Методика аттестации импульсного датчика выглядит следующим образом.

Путем открытия впускного вентиля 6 в рампу медленно напускается сжатый воздух до требуемого уровня давления. Уровень избыточного давления в рампе контролируется образцовым деформационным манометром 2 с точностью 0,2 кПа. После того, как процедура напуска закончена, при замыкании кнопки 5 срабатывает электромагнитный клапан 4, и избыточное давление из рампы быстро сбрасывается в атмосферу. В результате за время 0,1-0,2 с, которое сравнимо со временем вскрытия ЛСК, в рампе снова устанавливается начальное атмосферное давление. При этом выходной сигнал от датчика регистрируется с помощью цифрового осциллографа.

На основании проведенных измерений на рисунке 3 представлена результирующая калибровочная кривая зависимости чувствительности датчика PCB 106С10 от начального давления. Видно, что во всем диапазоне условий значения калибровочного коэффициента или чувствительности датчика не зависят от величины налагаемого избыточного давления и в пределах погрешности измерений совпадают с данными завода производителя, полученными в условиях заводской калибровки. Таким образом, можно констатировать, что предложенная процедура калибровки может быть с успехом применена для датчика PCB 106С10 с помощью образцовых средств измерений, а именно деформационного манометра 2 тип МО с верхним пределом измерения 0,1 МПа, класса точности 0,4 и цифрового осциллографа.

Начальное давление, кПа

1 — датчик PCB 106С10, 2 — манометр,

3 — баллон со сжатым воздухом или 1 — данные производителя (42,54 мВ/кПа),

компрессор, 4 — электромагнитный 2 — данные калибровки (42,1 +0,2 мВ/кПа) вентиль, 5 — устройство запуска, 6 —

впускной вентиль, 7 — выпускной вентиль Рисунок 3 — Результирующая калибровочная

кривая зависимости чувствительности

Рисунок 2 — Установка для датчика от начального давления калибровки датчика давления

Таким образом, в результате проведенных исследований разработаны испытательная установка для определения избыточного давления вскрытия и коэффициента вскрытия заполнений проемов, используемых в качестве вертикальных ЛСК, и методика определения избыточного давления вскрытия вертикальных ЛСК, реализованная в СТБ 1762-2007 «Конструкции легкосбрасываемые. Метод определения избыточного давления вскрытия». Для обеспечения качества измерений определены необходимые характеристики высокочастотного датчика для измерения величины избыточного давления вскрытия ЛСК; разработана и изготовлена установка и методика для калибровки высокочастотного датчика давления.

1. Брушлинский, Н.Н. Моделирование пожаров и взрывов / Н.Н. Брушлинский, А.Я. Король-ченко. — М.: Ассоц. «Пожнаука», 2000. — 482 с.

2. Молъков, В.В. Вентилирование газовой дефлаграции: автореф. дис. . д-ра техн. наук: 05.26.03 / В.В. Мольков; ВНИИПО МВД РФ. — М, 1996. — 48 с.

3. Национальный комплекс нормативно-технических документов в строительстве. Ограничение распространения пожара в зданиях и сооружениях. Объемно-планировочные и конструктивные решения: СНБ 2.02.03-03. — Введ. 01.01.04. — Минск: М-во архитектуры и строительства Респ. Беларусь, 2003. — 16 с.

4. Нагрузки и воздействия (изменение № 1): СНиП 2.01.07-85. — Введ. 01.07.04. — Минск: М-во архитектуры и строительства Респ. Беларусь, 2004. — 12 с.

5. Lewis, D. Combustion, Flames and Explosions in Gases / D. Lewis, G. von Elbe. — N.Y.: Academic Press, 1961.-528 c.

6. Кондратьев, В.H. Химические процессы в газах / В.Н. Кондратьев, Е.Е. Никитин. — М.: Наука, 1981.-558 с.

7. Баратов, А.Н. Пожарная безопасность. Взрывобезопасность: справочник / А.Н. Баратов [и др.]; под общ. ред. А.Н. Баратова. — М.: Химия, 1987. — 272 с.

8. Монахов, В.Т. Методы исследования пожарной опасности веществ / В.Т. Монахов. — 2-е изд-М.: Химия, 1979.-264 с.

Источник: cyberleninka.ru

Избыточное давление по промышленной безопасности

Перечень оборудования работающего под избыточным давлением, на который распространяются требования правил промышленной безопасности опасных производственных объектов, представлен в Федеральных нормах и правилах в области промышленной безопасности «Правила промышленной безопасности опасных производственных объектов, на которых используется оборудование, работающее под избыточным давлением», утвержденные приказом Ростехнадзора от 25.03.2014 № 116 (ФНП).

Согласно п.2 ФНП направлены на обеспечение промышленной безопасности, предупреждение аварий, инцидентов, производственного травматизма на объектах при использовании оборудования, работающего под избыточным давлением более 0,07 мегапаскаля (МПа):

а) пара, газа (в газообразном, сжиженном состоянии);

б) воды при температуре более 115 градусов Цельсия (°С);

в) иных жидкостей при температуре, превышающей температуру их кипения при избыточном давлении 0,07 МПа.

Согласно п.3 ФНП предназначены для применения при разработке технологических процессов, техническом перевооружении опасного производственного объекта (далее — ОПО), а также при размещении, монтаже, ремонте, реконструкции (модернизации), наладке и эксплуатации, техническом освидетельствовании, техническом диагностировании и экспертизе промышленной безопасности оборудования, работающего под избыточным давлением (далее — оборудование под давлением), отвечающих одному или нескольким признакам, указанным в подпунктах «а», «б» и «в» пункта 2 настоящих ФНП:

а) паровых котлов, в том числе котлов-бойлеров, а также автономных пароперегревателей и экономайзеров;

б) водогрейных и пароводогрейных котлов;

в) энерготехнологических котлов: паровых и водогрейных, в том числе содорегенерационных котлов;

д) котлов передвижных и транспортабельных установок;

е) котлов паровых и жидкостных, работающих с органическими и неорганическими теплоносителями (кроме воды и водяного пара), и их трубопроводов;

з) трубопроводов пара и горячей воды;

к) сосудов, работающих под избыточным давлением пара, газов, жидкостей;

л) баллонов, предназначенных для сжатых, сжиженных и растворенных под давлением газов;

м) цистерн и бочек для сжатых и сжиженных газов;

н) цистерн и сосудов для сжатых, сжиженных газов, жидкостей и сыпучих тел, в которых избыточное давление создается периодически для их опорожнения;

Согласно п.4. Ф НП не применяются в отношении объектов , на которых используется следующее оборудование под давлением:

а) котлы, включая электрокотлы, а также автономные пароперегреватели и экономайзеры, трубопроводы пара и горячей воды, сосуды, устанавливаемые на морских и речных судах и других плавучих средствах (кроме драг и плавучих буровых установок) и объектах подводного применения;

б) отопительные и паровозные котлы железнодорожного подвижного состава;

в) котлы объемом парового и водяного пространства 0,001 кубического метра (м ) и менее, у которых произведение значений рабочего давления (МПа) и объема (м ) не превышает 0,002;

г) электрокотлы вместимостью не более 0,025 м ;

д) трубчатые печи и пароперегреватели трубчатых печей;

е) сосуды вместимостью не более 0,025 м независимо от давления, используемые для научно-экспериментальных целей. При определении вместимости из общего объема сосуда исключают объем, занимаемый футеровкой, трубами и другими внутренними устройствами. Группа сосудов, а также сосуды, состоящие из отдельных корпусов и соединенные между собой трубами внутренним диаметром более 100 мм, рассматривают как один сосуд;

ж) сосуды и баллоны вместимостью не более 0,025 м , у которых произведение значений рабочего давления (МПа) и вместимости (м ) не превышает 0,02;

з) сосуды, работающие под давлением, создающимся при взрыве внутри них в соответствии с технологическим процессом или горении в режиме самораспространяющегося высокотемпературного синтеза;

и) сосуды и трубопроводы, работающие под вакуумом;

к) сосуды, устанавливаемые на самолетах и других летательных аппаратах;

л) воздушные резервуары тормозного оборудования подвижного состава железнодорожного транспорта, автомобилей и других средств передвижения;

м) оборудование под давлением, входящее в состав вооружения и военной техники, применяемое для обеспечения интересов обороны и безопасности государства, гражданской и территориальной обороны, а также в условиях ликвидации чрезвычайных ситуаций природного и техногенного характера, за исключением оборудования общепромышленного назначения;

н) сосуды и трубопроводы атомных энергетических установок, сосуды, работающие с радиоактивной средой, а также теплоэнергетическое оборудование, включая трубопроводы атомных электростанций;

о) приборы парового и водяного отопления;

п) сосуды, состоящие из труб внутренним диаметром не более 150 мм без коллекторов, а также с коллекторами, выполненными из труб внутренним диаметром не более 150 мм;

р) части машин, не представляющие собой самостоятельных сосудов (корпусы насосов или турбин, цилиндры двигателей паровых, гидравлических, воздушных машин и компрессоров);

с) трубопроводы пара и горячей воды, устанавливаемые на подвижном составе железнодорожного, автомобильного транспорта;

т) трубопроводы пара и горячей воды наружным диаметром менее 76 мм, у которых параметры рабочей среды не превышают температуру 450°С и давление 8 МПа;

у) трубопроводы пара и горячей воды наружным диаметром менее 51 мм, у которых температура рабочей среды не превышает 450°С при давлении рабочей среды более 8,0 МПа, а также у которых температура рабочей среды превышает 450°С без ограничения давления рабочей среды;

ф) сливные, продувочные и выхлопные трубопроводы котлов, трубопроводов, сосудов, редукционно-охладительных и других устройств, соединенные с атмосферой;

ч) оборудование, изготовленное (произведенное) из неметаллической гибкой (эластичной) оболочки.

Согласно п.5. Требования настоящих ФНП обязательны для исполнения всеми организациями независимо от форм собственности, индивидуальными предпринимателями (далее — организации) и работниками организаций, осуществляющими на территории Российской Федерации деятельность, указанную в пункте 3 настоящих ФНП.

Источник: buildingclub.ru

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ДОПУСКАЕМОГО ИЗБЫТОЧНОГО ДАВЛЕНИЯ

Определение взрывоустойчивости здания. Вначале по таблице 19.2 определяют степень взрывоопасности горючих веществ.

Горючие всшсства

взрывоопасности

Нормальная скорость горения и, м/с

Индекс опасности МПа • м/с

Аммиак, метан, метиловый спирт, хлористый метил, хлористый этил

Под взрывоустойчивостью следует понимать отношение допускаемой нагрузки на самый слабый элемент конструкций, устойчивость которого при взрыве может быть обеспечена Ардоп, к максимальной взрывной нагрузке Артах в помещении.

Принятый класс взрывоустойчивости здания ограничивает величину максимальной взрывной нагрузки внутри помещения допускаемым избыточным давлением на наиболее слабый элемент, который может оказать влияние на взрывоустойчивость здания в целом.

Допускаемое избыточное давление в помещении Дрдоп устанавливается с учетом условий работы и прочности конструкций, а также прочности связей между ними

где Д/>ст — допускаемое давление (статическая нагрузка), определяемое по наиболее слабым конструкциям, которые могут повлиять на взрывоустойчивость сооружения (при отсутствии необходимых данных можно принимать по таблице

19.3 с учетом класса ответственности сооружения); кв — коэффициент, учитывающий ветровой район строительства:

Ветровой район строительства I II III IV V VI VII

Коэффициент кв 0,7 0,8 1 1,2 1,35 1,3 1,8

^Пр — коэффициент приведения статической нагрузки (табл. 19.4).

Ветровой район строительства можно определить по рисункам

19.1. 19.4.
19.3. Допустимые значения давления на сооружения и конструкции

Тип и характеристика зданий, конструкций

Значения Дрст, к Па, при классе ответственности сооружения

Одноэтажные производственные здания легкого типа из сборного железобетона при шаге колонн до 6 м высотой:

до 10,8м без крановых нагрузок

более 10,8 м без крановых нагрузок