Приложение С (справочное). Вентиляция

Приложение С
(справочное)

Вентиляция

С.1 Символы

A ₁ - эффективная площадь проема с ветреной и безветренной стороны, если применимо, м ²;

А ₂ - полезная площадь проема с ветреной и безветренной стороны если применимо, м ²;

А _е - Эквивалентная эффективная площадь проема с ветреной и безветренной стороны на одинаковой высоте или для нижнего проема, если применимо, м ²;

С - частота смены воздуха в помещении, С ^-1;

С _р - коэффициент давления, характерный для строения (безразмерный);

C _d - коэффициент расхода (безразмерный), характерный для крупных вентиляционных отверстий (вход или выход); учитывает турбулентность и вязкость, обычно от 0,50 до 0,75;

f - неэффективность вентиляции (безразмерная);

g - ускорение свободного падения (9,81 м/с ²);

Н - расстояние по вертикали между серединами нижнего и верхнего проемов, м;

LFL - нижний концентрационный предел распространения пламени;

М - молярная масса газа или пара, кг/кмоль;

Р _а - атмосферное давление (101 325 Па);

р - перепад давления, вызванный ветровым или температурным воздействием, Па;

Q _a - объемный расход воздуха, м ³/с;

Q ₁ - объемный расход воздуха, поступающего в помещение через отверстия, м ³/с;

Q _g - объемный расход горючего газа от источника, м ³/с;

Q ₂ = Q ₁ + Q _g - объемный расход газовоздушной смеси, покидающей помещение, м ³/с;

Q _c - характеристика объема утечки, м ³/с;

R - универсальная газовая постоянная (8314,5 Дж/кмоль К)

- плотность воздуха, кг/м ³;

- плотность газа или пара при окружающих условиях, кг/м ³;

T _а - температура окружающей среды T _а, К;

T _in - температура внутри помещения, К;

T _out - температура снаружи помещения, K;

T - разница между температурой внутри и снаружи, K;

u _w - скорость ветра на заданной исходной высоте или скорость вентиляции при заданной утечке;

V ₀ - рассматриваемый объем (помещения или строения);

W _g - массовая скорость выброса горючего вещества, кг/с, для смесей, учитывается только общая масса горючего вещества;

Х _b - фоновая концентрация Х _b, об./об.;

X _crit - желаемое/критическое значение концентрации горючего вещества (об./об.).

С.2 Общие требования

Целью данного приложения является предоставление руководства по определению типа зоны и возможной протяженности утечки газа или пара с помощью оценки уровня растворения и рассеивания данного горючего газа или пара при вентиляции или движении воздуха.

Утечка может принимать различные формы в зависимости от многих условий, к которым можно отнести следующие:

- материал утечки: газы, пары или жидкости;

- утечка внутри помещения или снаружи;

- струя со звуковой или дозвуковой скоростью, утечка летучих газов или утечка в результате испарения;

- наличие или отсутствие препятствий;

- плотность газа или пара.

Информация, представленная в данном приложении, предназначена для руководства по оценке условий вентиляции и рассеивания для определения типа зоны в качественных показателях. Настоящее руководство применимо только в условиях, указанных в каждом разделе, и, следовательно, не может применяться ко всем установкам.

Руководство, приведенное в настоящем приложении, может быть применено при проектировании систем искусственной вентиляции и устройстве систем естественной вентиляции, поскольку они имеют первостепенную важность для обеспечения рассеивания утечки горючих газов и паров в замкнутых пространствах.

Примечание - Критерии вентиляции для конкретного применения также можно найти в национальных стандартах или отраслевых нормах.

Важно делать различие между понятиями "вентиляция" (система, с помощью которой воздух проникает в помещение или замкнутое пространство и покидает его) и "рассеивание" (механизм, с помощью которого облака рассеиваются). Это разные понятия, и они оба имеют большое значение.

Для утечек внутри помещений степень опасности зависит от уровня вентиляции, типа возможного источника газа и свойств высвободившегося газа и особенно от соотношения плотность газа/движущая сила газа. В некоторых ситуациях опасность может значительно зависеть от вентиляции; в других - не зависеть вовсе.

Для утечек снаружи понятие вентиляции не применяется в строгом смысле слова, и степень опасности будет зависеть от типа источника утечки, свойств газа и расхода окружающего воздуха. На открытом воздухе присутствия воздушного потока обычно достаточно для обеспечения рассеивания любой взрывоопасной газовой среды, которая может сформироваться на данном участке. В таблице С.1 приведено руководство по скорости ветра для утечек снаружи.

Значения параметров в предоставленных формулах следует выбирать так, чтобы соответствующий уровень консерватизма принимался с учетом любой неопределенности. Исходя из этого подхода конкретные коэффициенты безопасности не указаны.

С.3 Оценка вентиляции и разбавление, и влияние на взрывоопасные зоны

С.3.1 Общие требования

Размер облака горючего газа или пара и время, в течение которого оно сохраняется после остановки утечки, часто можно контролировать с помощью вентиляции. Подходы к оценке степени разбавления, необходимые для контроля степени и стойкости взрывоопасной газовой среды, приведены ниже. Допускается также использовать другие расчеты на основе авторитетных источников или альтернативные формы расчета, например вычислительной гидродинамики.

Любая оценка степени разбавления в первую очередь требует оценки условий ожидаемой утечки, включая размер источника утечки и максимальную скорость утечки газа или пара из источника (см. приложение В). Обычно указывается, что при постоянной утечке зона имеет класс 0, при утечке первой степени - класс 1, а при утечке второй степени - класс 2. Однако это не всегда так и может варьироваться в зависимости от способности утечки смешиваться с воздухом, достаточным для разбавления до безопасного уровня.

В некоторых случаях степень разбавления и пригодность вентиляции могут быть настолько высокими, что в действительности взрывоопасная зона отсутствует или присутствует взрывоопасная зона пренебрежительно малой протяженности. В альтернативном случае степень разбавления может быть настолько низкой, что результирующая зона будет зоной с пониженным классом, который, с другой стороны, может быть применим к степени утечки (т.е. взрывоопасная зона класса 1 от источника второй степени). Это происходит, например, когда уровень вентиляции такой, что взрывоопасная газовая среда сохраняется и медленно рассеивается после прекращения утечки газа или пара. Таким образом, взрывоопасная газовая среда сохраняется дольше, чем ожидается для данного вида утечки.

Разбавление утечки определяется взаимодействием мгновенной силы и движущей силы утечки и средой, в которой она рассеивается. Для беспрепятственной струйной утечки, например из вентиляционного отверстия, преобладает мгновенная сила из струи и первоначальное рассеивание преобладает при воздействии утечки на среду. Однако если струйная утечка происходит с низкой скоростью или утечка затруднена до такой степени, что мгновенная сила перенаправляется или рассеивается, плавучесть утечки и условия окружающей среды становятся более важными.

Для небольших утечек более легкого, чем воздух, газа преобладает дисперсия в среде, аналогично рассеиванию сигаретного дыма. Для больших утечек газа легче воздуха состояние в конечном итоге может быть достигнуто, особенно в условиях слабого ветра, когда плавучесть утечки значительна, и утечка поднимется над уровнем земли и рассеется, как шлейф, аналогично шлейфу от большого костра. Для выделения пара с поверхности жидкости плавучесть пара и местное движение воздуха будут доминировать над поведением рассеивания.

Во всех случаях, когда имеется достаточно свежего воздуха для разбавления утечки до очень небольшой концентрации (т.е. значительно ниже нижнего концентрационного предела распространения пламени), разбавленный газ или пар будут стремиться двигаться вместе с общей массой воздуха и проявит нейтральный характер. Точная концентрация, при которой достигается нейтральный характер, будет зависеть от относительной плотности газа или пара по отношению к воздуху. Для большей разницы в относительной плотности требуется более низкая концентрация газа или пара для нейтрального характера.

С.3.2 Эффективность вентиляции

Наиболее важным фактором является эффективность вентиляции, другими словами, количество воздуха относительно типа, места утечки и скорости утечки горючего вещества. При увеличении объема вентиляции относительно того, что требуется для предполагаемой интенсивности утечки, будет уменьшаться протяженность зон (взрывоопасных зон) и сокращаться время присутствия взрывоопасной газовой среды. При достаточно высокой эффективности вентиляции для заданной скорости утечки протяженность опасной зоны может быть уменьшена до пренебрежимо малой степени (NE) и считаться невзрывоопасной зоной.

С.3.3 Критерии разбавления

Критерии разбавления основаны на двух значениях, характерных для любого выброса:

- относительная скорость утечки (отношение скорости утечки и нижнего концентрационного предела распространения пламени в единицах массы);

- скорость вентиляции (значение, которое показывает нестабильность среды, т.е. воздушный поток, вызванный вентиляцией или скоростью ветра снаружи). Отношение между ними определяет степень разбавления, как показано на рисунке С.1.

С.3.4 Оценка интенсивности вентиляции

Если существует утечка газа, газ необходимо отвести, иначе произойдет скопление газа. Газ может быть унесенным потоком, вызванным моментальной силой при утечке газа, плавучестью газа, потоком, вызванным естественной или принудительной вентиляцией, или ветром.

Поток, вызванный моментальной силой в утечке, как правило, не следует принимать во внимание, если только не будет ясно, что на данную моментальную силу не повлияет столкновение с предметами или другие геометрические параметры.

Поток для отвода газа следует оценивать, прежде всего, на основе оценки вентиляции для внутренних помещений или потока ветра снаружи.

Для ситуаций внутри помещений скорость потока или вентиляции может быть основана на средней скорости потока, вызванной вентиляцией. Его можно рассчитать делением объемного расхода воздушно-газовой смеси на площадь поперечного сечения, перпендикулярного к потоку. Данная скорость воздуха должна быть уменьшена в несколько раз из-за неэффективности вентиляции или из-за того, что потоку препятствуют различные предметы. Моделирование вычислительной гидродинамики (CFD) рекомендуется использовать при детализации или точности, чтобы получить оценку скорости вентиляции в различных частях рассматриваемого помещения.

В помещениях с естественной вентиляцией и на открытых площадках скорость вентиляции должна оцениваться как скорость, превышающая 95 % времени. Пригодность данной вентиляции можно считать удовлетворительной.

Скорость вентиляции на открытых площадках может быть основана на статистике скорости ветра с использованием уменьшения коэффициента, учитывающего исходную высоту применяемую при любой погодной статистике. Опубликованные значения обычно доступны для высот над технологической установкой и могут быть уменьшены из-за геометрических параметров местности, например топографии, сооружений, зеленых насаждений и других препятствий. Например, в технологической зоне с большим количеством конструкций, трубопроводов и технологического оборудования эффективная скорость вентиляции обычно может составлять 1/10 скорости свободного потока над установкой. Оценка также может быть проведена путем измерения скорости в некоторых местоположениях вокруг установки и путем сравнения их с опубликованными цифрами. Рекомендуется применять вычислительную гидродинамику (CFD) для любой сложной установки, где есть ряд единиц оборудования, которые могут повлиять на локальное движение воздуха.

Газы легче воздуха и имеют тенденцию двигаться вверх, где вентиляция обычно лучше, и газ может отводиться за счет плавучести. Данное условие учитывается за счет увеличения эффективной скорости вентиляции для подобных утечек. Для утечек с относительной плотностью менее чем 0,8 допускается предположение, что эффективная скорость вентиляции составляет не менее 0,5 м/с на открытом воздухе. Пригодность данной минимальной вентиляции может считаться хорошей.

Газы тяжелее воздуха, имеют тенденцию двигаться вниз, где вентиляция обычно ниже и возможно скопление на уровне земли. Данное требование учитывается за счет снижения эффективной скорости вентиляции. Газ может быть тяжелым из-за молекулярной массы или из-за низкой температуры. Низкая температура может быть вызвана утечкой из-за высокого давления. Для газов с относительной плотностью выше 1,0 эффективная скорость вентиляции должна быть уменьшена примерно в 2 раза. Если статистические данные недоступны, в таблице С.1 приведен практический подход к определению значения скорости вентиляции на открытом воздухе.

Таблица С.1 - Ориентировочные скорости наружной вентиляции

Тип утечки	Высота от земли
	зоны без препятствий			зоны с препятствиями
	2 м	> 2 м до 5 м	> 5 м	2 м	> 2 м до 5 м	> 5 м
Легче утечек смесей воздуха с газом/паром	0,5 м/с	1 м/с	2 м/с	0,5 м/с	0,5 м/с	1 м/с
Тяжелее утечек смесей воздуха с газом/паром нейтральной плавучести	0,3 м/с	0,6 м/с	1 м/с	0,15 м/с	0,3 м/с	1 м/с
Скорость испарения с поверхности жидкости при любой высоте	0,25 м/с			0,1 м/с
Примечание - Как правило, данные табличные значения обеспечивают пригодность вентиляции на удовлетворительном уровне (см. D.2). Ориентировочные скорости вентиляции не означают, что фактическая скорость воздуха будет варьироваться в зависимости от плотности газа/пара, но учитывать влияние плавучести газа/пара при рассмотрении кажущейся скорости, которая может быть учтена при оценке разбавления.

С.3.5 Оценка степени разбавления

Обычно различают три степени разбавления:

a) Высокое разбавление

Концентрация возле источника утечки быстро снижается и после прекращения утечки практически не будет присутствовать.

b) Среднее разбавление

Концентрация контролируется, что приводит к стабильной границе зоны во время утечки, и взрывоопасная газовая среда не сохраняется после прекращения утечки.

c) Низкое разбавление

Во время утечки наблюдается значительная концентрация и/или значительное наличие взрывоопасной газовой атмосферы среды после прекращения утечки.

Степень разбавления можно оценить с помощью диаграммы на рисунке С.1, где скорость постоянна в рассматриваемом пространстве. Если вентиляция неэффективна или уменьшается из-за того, что потоку препятствуют различные объекты, следует использовать более низкую кажущуюся скорость воздуха.

На степень разбавления также может влиять скорость утечки, например струйная утечка в большом помещении (см. С.3.6.1), что не учтено на рисунке С.1.

Для применения внутри помещений также следует оценивать фоновую концентрацию в соответствии с С.3.6.2, и если фоновая концентрация превышает 25 % от нижнего концентрационного предела распространения пламени, степень разбавление обычно следует рассматривать низкую.

Рисунок С.1 основан на начальной фоновой концентрации, которой можно пренебречь.

Рисунок С.1 не следует использовать при рассмотрении утечки с больших поверхностей.

Экстраполяцию кривых за пределы области диаграммы, показанной на рисунке С.1, не следует проводить из-за других факторов, которые повлияют на оценку сверх указанных пределов. Метод использования диаграммы на рисунке С.1 приведен в примерах приложения Е.

На рисунке С.1 не указан конкретный коэффициент безопасности. Подходящий коэффициент должен определяться пользователем в зависимости от применения и любых факторов безопасности, применяемых к другим параметрам, используемым при оценке, например предполагаемой скорости утечки.

Степень разбавления определяется путем нахождения пересечения соответствующих значений, отображаемых на горизонтальной и вертикальной оси. Линия, разделяющая область диаграммы между высоким уровнем разбавления и средним уровнем разбавления, представляет собой воспламеняющийся объем 0,1 м ³, поэтому любая точка пересечения слева от этой кривой подразумевает еще меньший воспламеняющийся объем. Линия, разделяющая область диаграммы между средним уровнем разбавления и низким уровнем разбавления, представляет собой воспламеняющийся объем приблизительно 100 м ³, поэтому любая точка пересечения прямо у этой кривой подразумевает еще больший горючий объем.

На открытом воздухе, где нет значительных ограничений для воздушного потока, степень разбавления следует классифицировать как среднюю, если не выполняется условие высокого разбавления. Низкая степень разбавления обычно не наблюдается на открытом воздухе. При ограничении воздушного потока, например ямы, степень разбавления следует оценивать как в закрытом пространстве.

Q _C = - объемная характеристика выброса источника, м ³/c; = - плотность газа/пара, кг/м ³

Рисунок С.1 - Схема по оценке степени разбавления

С.3.6 Разбавление в помещении

С.3.6.1 Общие положения

Разбавление может происходить за счет обмена свежим воздухом, который преобладает над высвободившимся газом, либо пара или, имея достаточный объем, чтобы позволить газу или пару рассеяться до низкого уровня концентрации даже при минимальном количество свежего воздуха. В последнем случае объем, доступный для разбавления, должен быть больше по отношению к ожидаемому объему утечки.

При струйной утечке газа разбавление может происходить даже без какого-либо местного движения воздуха из-за увеличения воздуха расширяющейся струей. Однако если струя наталкивается на близлежащие объекты, то способность к саморастворению значительно снижается.

Степень разбавления также можно оценить путем оценки средней фоновой концентрации горючего вещества (см. С.3.6.2). Чем выше коэффициент скорости утечки по сравнению с интенсивностью вентиляции, тем выше будет фоновая концентрация х _b, тем ниже будет степень разбавления.

При оценке фоновой концентрации скорость утечки, скорость вентиляции и фактор неэффективности должны быть тщательно выбраны, чтобы учесть все соответствующие факторы с учетом соответствующего коэффициента безопасности. Фактор неэффективности вентиляции следует учитывать при наличии возможности рециркуляции или затрудненного воздушного потока в помещении, что может снизить эффективность по сравнению с хорошей структурой воздушного потока.

Нулевую фоновую концентрацию следует рассматривать только на открытом воздухе или в областях с местной вытяжной вентиляцией, которая контролирует движение горючих веществ вблизи источника утечки. Незначительная фоновая концентрация, описываемая как х _b << x _crit, может рассматриваться в сильно вентилируемом помещении или оболочках. x _crit - произвольное значение ниже нижнего значения концентрационного предела распространения пламени, например значение, при котором газоанализатор настроен на "тревогу".

Низкая фоновая концентрация не означает, что все помещение не является взрывоопасной зоной. Большую часть помещения можно считать безопасной, но область вблизи источника утечки остается опасной зоной до тех пор, пока утечка не будет достаточно рассредоточена (аналогично ситуации на открытом воздухе).

Учет фоновой концентрации и размеров возможных зон вокруг источников утечек также необходимо оценивать с учетом практических факторов, учитывая вариации в возможных закономерностях рассеивания в замкнутом пространстве. Многие замкнутые пространства содержат несколько источников утечки, и небезопасно иметь несколько небольших взрывоопасных зон в закрытом помещении, обычно классифицируемых как невзрывоопасные. Кроме того, небезопасно иметь ограниченные взрывоопасные зоны в относительно небольшом помещении, и все помещение следует рассматривать как единую классификацию.

С.3.6.2 Фоновая концентрация и утечки в вентилируемом помещении

Для утечек внутри помещений необходимо указать фоновую концентрацию в помещении х _b, которая учитывает эффекты вентиляции. Фоновая концентрация - это средняя концентрация горючего вещества в рассматриваемом объеме (помещении или здании) по прошествии определенного периода времени, в течение которого установилось устойчивое состояние между утечкой и потоком воздуха, вызванным вентиляцией.

Таким образом, учет фоновой концентрации является параметром для оценки вентиляции в помещении, которая удаляет газ или пар по сравнению с рассеиванием газа или пара. Это соотношение затем влияет на рассмотрение степени разбавления.

Фоновая концентрация об./об. может быть оценена как

(С.1)

а частота воздухообмена и вентиляционный поток, м ³/с, связаны между собой:

.

Достигаемая в конечном итоге средняя фоновая концентрация х _b зависит от относительной величины потоков источника и вентиляции, но временная шкала, согласно которой это достигается, обратно пропорциональна частоте воздухообмена.

Коэффициент безопасности f (неэффективность вентиляции) - это мера степени, до которой воздух в оболочке за пределами зоны хорошо перемешан и является средним фоном концентрации х _b в помещении, деленной на концентрацию на выходе вентиляции (безразмерный).

f = 1: фоновая концентрация практически однородна, а выпускное отверстие находится на расстоянии от самой утечки, так что концентрация на выходе отражает средний фон концентрации.

f > 1: в помещении наблюдается градиент фоновой концентрации из-за неэффективного перемешивания, и выпускное отверстие находится на удалении от самой утечки, так что концентрация на выходе меньше средней фоновой концентрации. f может быть от 1,5 для умеренно неэффективного перемешивания и 5 для очень неэффективного перемешивания.

Учитывая происхождение случаев f = 1 или f > 1, это значение может быть обозначено как коэффициент безопасности, связанный с неэффективностью смешивания (поскольку все более высокие значения отражают менее эффективное перемешивание воздуха в помещении). Этот фактор учитывает несовершенство структур воздушного потока пространства в реальных условиях с препятствиями и в котором вентиляционные отверстия не могут быть идеально расположены для обеспечения максимальной вентиляции (см. С.5). Степень разбавления следует считать низкой, если фоновая концентрация превышает 25 % от нижнего концентрационного распространения пламени или если степень была определена при оценке на основе рисунка С.1.

Примечание - Сама по себе вентиляция, которая описывает, как воздух поступает в помещение, мало что может сказать об ожидаемом объеме воздуха во взрывоопасной зоне. Это зависит от того, как газ или пар и воздух распределяются в помещении, то есть от дисперсии.

С.3.7 Критерии пригодности вентиляции

С.3.7.1 Общие положения

Пригодность вентиляции оказывает влияние на присутствие или образование взрывоопасной газовой среды. Поэтому пригодность вентиляции (так же, как и ее эффективность) должна учитываться при определении класса зоны.

По пригодности вентиляция разделяется на три уровня (см. таблицу D.1):

- хорошая - вентиляция присутствует постоянно;

- средняя - вентиляция присутствует при нормальных условиях эксплуатации. Допускаются ее перерывы при условии, что они редкие и кратковременные;

- плохая - вентиляция не соответствует требованиям первого и второго уровней готовности, при этом длительные ее перерывы не предполагаются.

Если пригодность вентиляции не отвечает требованиям третьего уровня, то такая вентиляция не может рассматриваться как реальная вентиляция, то есть будет применяться низкий уровень разбавления.

При оценке пригодности различных типов вентиляции необходимо использовать различные подходы, например пригодность естественной вентиляции никогда не следует считать хорошей, так как она во многом зависит от условий окружающей среды, т.е. температуры наружного воздуха и ветра (С.5). Пригодность естественной вентиляции фактически зависит от точности оценки условий внутри помещения/наружных условий, т.е. от того, были ли учтены наиболее неблагоприятные условия. Если наиболее неблагоприятные условия были проанализированы, то пригодность вентиляции может быть средней, но ни при каких обстоятельствах она не будет хорошей. Следует исходить из того, что чем выше разница между значениями температуры внутри помещения и снаружи, используемая в расчетах, тем ниже будет пригодность вентиляции, т.е. степень разбавления взрывоопасной среды.

С другой стороны, пригодность искусственной вентиляция во взрывоопасных зонах обычно хорошая, так как в этом типе вентиляции используются технические средства для обеспечения высокой степени надежности.

Пригодность вентиляции должна быть оценена максимально полно и точно с учетом всех соответствующих факторов. При утечке газовой струи в наружных условиях разбавление произойдет независимо от наличия ветра, поэтому рассеивание должно рассматриваться как соответствующее хорошей пригодности вентиляции внутри помещения.

С.3.7.2 Пригодность при естественной вентиляции

При оценке пригодности естественной вентиляции рекомендуется рассматривать наихудшие условия. Сценарий с наихудшими условиями позволит обеспечить более высокую пригодность вентиляции. Обычно при любой естественной вентиляции более низкий уровень вентиляции приводит к более высокой пригодности и наоборот. Это компенсирует слишком оптимистичные допущения, принятые при оценке уровня вентиляции.

В некоторых ситуациях необходимо проявлять особую осторожность. Для естественной вентиляции в замкнутых пространствах необходимо определить, присутствует ли вентиляция вообще в некоторых неблагоприятных условиях окружающей среды, и тщательно исследовать такие ситуации, т.е. спрогнозировать и рассмотреть в более широком контексте их частоту и вероятность возникновения. Примером таких ситуаций могут быть жаркие летние дни при наличии ветра по двум причинам: температура внутри помещения может незначительно превышать наружную температуру, следовательно, вентиляция за счет тяги будет незначительной и ветер в определенном направлении сможет ее заблокировать. Что касается вентиляции за счет тяги, то эта умеренная вентиляция может присутствовать практически постоянно, следовательно, ее пригодность может считаться средней или даже хорошей. С другой стороны, из-за ветра, который может полностью заблокировать эту вентиляцию, ее пригодность будет плохой. Таким образом, в данном случае наблюдается сочетание низкого уровня вентиляции и плохой пригодности вентиляции, что возможно приведет к классификации зоны как более опасной.

На открытом воздухе степень разбавления обычно считается средней, в то время как наличие вентиляции с точки зрения наличия ветра можно считать хорошей, если нет ограниченной вентиляции, например в ямах, дамбах или в местах, окруженных высокими строениями.

С.3.7.3 Пригодность при искусственной вентиляции

При оценке пригодности искусственной вентиляции необходимо принимать во внимание надежность оборудования и пригодность, например аварийных вентиляторов. Хорошая пригодность обеспечивается автоматическим включением запасных вентиляторов при авариях. Однако если при выходе из строя вентилятора предусмотрены средства предотвращения утечки горючего вещества (например, посредством автоматической остановки технологического процесса), то классификацию вентиляции, установленную для работающих вентиляторов, менять не требуется, т.е. пригодность можно считать хорошей.

С.4 Примеры расположения вентиляции и ее оценка

С.4.1 Введение

Следующие примеры предназначены для иллюстрации взаимодействия между высвобождением горючего вещества и вентиляции на основе принципов, изложенных в разделах 6, 7 и 8. Разбавление - это сложный процесс, который происходит через увлечение воздуха на границах выпускной струи или смешивание с воздухом, вызванное вентиляционным потоком или атмосферной нестабильностью. Обычно рассматриваются оба механизма, потому что струя в конечном итоге становится пассивным шлейфом, восприимчивым к движению воздуха. Смешивание с воздухом обычно не происходит равномерно в вентилируемом помещении, и фоновая концентрация в результате смешивания с воздухом - это лишь очень грубая мера, показывающая среднее загрязнение рассматриваемого объема.

В реальном вентилируемом помещении система вентиляции может быть недостаточной для равномерного разбавления горючего вещества. На практике истинная природа дисперсии и разбавления может существенно отклоняться от средних результатов, полученных расчетным путем. Система вентиляции, т.е. расположение входного и выходного отверстий относительно друг друга и относительно источника утечки, иногда может иметь большее влияние на атмосферу, чем мощность самой вентиляции.

Приведенные ниже примеры иллюстрируют несколько возможных сценариев, которые могут помочь лучше понять схемы вентиляции, подходящие для конкретной ситуации.

С.4.2 Струйная утечка в большом помещении

В данном примере (см. рисунок С.2) приведены условия, в которых имеется ограниченное количество источников утечек газа в большом пространстве, например утечка газа из трубопровода.

Небольшая утечка в трубопроводе может вызвать выброс струи с высокой скоростью при высоком давлении. Струя будет сама разбавляться и рассеиваться даже без каких-либо других видимых движений воздуха в здании.

Для помещения с нормальной вентиляцией (например, дверные и стенные проемы значительного размера и/или крыша вентиляция, или другие предусмотренные условия вентиляции) объем помещения и естественное движение воздуха предполагают, что степень разбавления будет средней, а пригодность вентиляции низкой.

Для помещения с плохой вентиляцией (например, непроветриваемого подвала) струйная утечка может изначально саморастворяться и рассеиваться в пространстве, но недостаток движения воздуха может также привести к более длительному сроку скопления газа в пространстве. В этой ситуации разбавленный газ из утечки будет повторно захвачен в продолжающемся выбросе струи, что приведет к накоплению фоновой газовой концентрации.

Если условия вентиляции не позволяют контролировать фоновую концентрацию в помещении, то степень разбавления в пространстве считается низкой. Однако все же может быть целесообразным предусмотреть различные классы зон по всему пространству.

Примечание - d _s - диаметр псевдоисточника, то есть диаметр струи в нижнем поперечном сечении, при котором она становится изобарической (пониженной до атмосферного давления).

Рисунок С.2 - Саморассеивание беспрепятственной струйной утечки высокой интенсивности

С.4.3 Струйная утечка в небольшом здании с естественной вентиляцией

В данном примере приведены условия, при которых могут быть источники утечки газа в небольшом помещении или здании.

Коэффициенты дисперсии и разбавления такие же, как указано в С.3.5.

Если в здании предусмотрена вентиляция для обеспечения надлежащего удаления любого газа после утечки, внутренняя часть здания может считаться средней степенью рассеивания.

Если имеется ограниченное количество источников утечки (или местоположения источников утечки), может оказаться целесообразным классифицировать взрывоопасные зоны, которые ограничены пространством вокруг источников утечки. Если существует большое количество возможных источников утечки, то обычно всему пространству присваивают единый класс зоны. Это отражает учет объема саморастворения из струи из множества возможных положений и возможные варианты в газовой или паровой дисперсии из разных мест. Если степень разбавления низкая, то обычно присваивают один класс зоны для закрытых помещений независимо от количества источников утечки.

С.4.4 Струйная утечка в небольшом здании с искусственной вентиляцией

Данный пример (см. рисунок С.3) может использоваться, например, для газового компрессора.

Независимо от скорости вентиляции или устройства вентиляционной системы струйная утечка вероятнее всего не будет разбавлена до уровня ниже нижнего концентрационного предела распространения пламени непосредственно в источнике утечки при очень низком давлении. Следовательно степень разбавления в источнике утечки редко может быть определена как высокая.

Степень разбавления остальной части пространства во многом зависит от расположения и скорости искусственной вентиляции. Степень разбавления также может быть очень чувствительной к обоим факторам, как приведено на рисунках С.3 и С.4.

Рисунок С.3 - Приточная вентиляция

В этом случае в замкнутое пространство подается свежий воздух с отводом, равным объему, через вентиляционное отверстие.

Несмотря на явно большое количество воздухообмена в час, система вентиляции может создать циркуляционное движение воздуха внутри помещения, что приведет к увеличению фоновой концентрации. В качестве альтернативы повторно увлеченный газ увеличит объем разбавления от источников утечки. В этом случае степень разбавления считается низкой.

Рисунок С.4 - Подача или отвод вентиляции

В этом случае в замкнутом пространстве предусмотрена как приточная, так и вытяжная вентиляция. Если присутствует только подача воздуха, существует вероятность того, что вентиляционное устройство создаст рециркуляционное движение воздуха и приведет к повторному уносу разбавленного газа в выпускную струю, что приведет к увеличению фоновой концентрации газа. При тщательном рассмотрении вентиляционных устройств и расположении точек отвода можно свести к минимуму любые схемы рециркуляции воздуха. В этом случае степень разбавления будет средней или даже высокой.

Примечание - Вентиляция обычно применяется только в качестве вытяжной системы, которая может быть общей или местной (для местной вытяжной вентиляции) (см. 7.2.3.3).

С.4.5 Утечки с низкой интенсивностью

Утечки с низкой интенсивностью распространены во многих промышленных процессах, включая, например, испарение горючих жидкостей из вентиляционных отверстий, ванн, водостоков или печатание или окрашивание. Струйная утечка также может рассматриваться как утечка с низкой интенсивностью, если струя ударяется о поверхность. Скорость струи можно уменьшить, превратив струю в пассивный шлейф. Для утечек с низкой интенсивностью рассеивания и разбавления значительное значение имеет движение воздуха в пространстве и плавучесть газа или пара.

Что касается струйных выбросов, степень разбавления будет зависеть от размера здания или помещения, скорости высвобождения и способности контролировать любую фоновую концентрацию общей вентиляцией.

С.4.6 Неконтролируемые утечки

Неконтролируемые утечки являются небольшими утечками газов или паров из оборудования под давлением из-за потери герметичности (обычно в пределах от 10 ^-7 кг/с до 10 ^-9 кг/с). Несмотря на небольшое количество данные утечки могут накапливаться в непроветриваемых помещениях.

Такие неконтролируемые утечки со временем могут накапливаться, вызывая опасность взрыва. Следовательно, необходимо соблюдать осторожность при проектировании конкретных помещений или оборудования, например помещений для анализаторов и герметичных корпусов (приборные панели или корпуса защиты от атмосферных воздействий, термоизолированные обогреваемые корпуса или закрытые пространства между трубопроводами и корпусами из теплоизоляции или аналогичные элементы с более высоким давлением газовых линий). Такие элементы должны иметь вентиляцию или условия для рассеивания газа, пусть даже на критические периоды времени.

При использовании плотно закрытых корпусов вероятна низкая эффективность, и пригодность вентиляции в таких помещениях с естественной вентиляцией может привести к низкому разбавлению, и, следовательно, может потребоваться классификация на зоны класса 0 или зоны класса 1 в соответствии с таблицей D.1.

С.4.7 Местная вытяжная вентиляция

Если возможно, на практике рекомендуется применение местной искусственной вентиляции (см. рисунок С.5).

Местная искусственная вентиляция может улучшить степень разбавления вблизи источника утечки. Что еще более важно, местная искусственная вентиляция должна контролировать движение газа или пара для ограничения газа или пара за пределами предполагаемой зоны воздействия местной системы вентиляции. При выполнении этого можно рассмотреть степень разбавления вокруг источника утечки как среднюю.

Как правило, для эффективности местная искусственная вентиляция должна располагаться поблизости от источника утечки. Местная искусственная вентиляция может быть очень эффективной, если источник утечки характеризуется очень низкой скоростью утечки. Поскольку местная искусственная вентиляция требует преодоления интенсивности утечки газа или пара для управления движением этой утечки, пригодность местной искусственной вентиляции для струйной утечки значительно снижена по сравнению с другими типами утечки.

Рисунок С.5 - Местная вытяжная вентиляция

С.5 Естественная вентиляция строений

С.5.1 Общие положения

В С.5.2 - С.5.4 приведены средства для оценки естественной вентиляции строений. Допускается применять другие подходящие способы оценки, например: с использованием строительных стандартов, таких как [3].

Без подробной информации и конкретных особенностей строений только знание размера и формы строений не может способствовать обеспечению естественной вентиляции, и в таких случаях степень эффективности естественной вентиляции считаться низкой.

С.5.2 Ветровая вентиляция

Степень движения воздуха внутри строения зависит от размера и расположения проемов относительно направления ветра, а также от формы строения. Вентиляционные потоки могут быть вызваны проникновением воздуха через негерметичные двери и окна или трещины и зазоры в частях строения, даже при отсутствии в стенах и/или на крыше "строительных" отверстий или если эти отверстия закрыты. Приведенные ниже формулы основаны на предположении, что поток воздуха проникает в строение через вентиляционные проемы, а не за счет инфильтрации. Этот принцип также можно применять при классификации взрывоопасных зон.

Вентиляция подразумевает как поступление, так и выход воздуха, и некоторые отверстия будут функционировать в основном как входные, а некоторые - как выходные. Отверстия с наветренной стороны (с той стороны, откуда дует ветер) обычно бывают входными, а отверстия с подветренной стороны (в направлении ветра) и в кровле - выходными. Это означает, что ветровую вентиляцию можно оценить, только хорошо зная розу ветров для конкретного места.

Движущая сила ветровой вентиляции - это перепад давлений между подветренной и наветренной сторонами строения.

Поток воздуха, м ³/с, можно рассчитать по формулам:

,

(С.2)

.

(С.3)

Значения С _р необходимо взять из правил вентиляции или строений.

Значение А ₁ - площадь отверстия с наветренной стороны, м ², А ₂ - площадь отверстия с подветренной стороны, м ².

Самым надежным способом измерения коэффициента давления здания является использование системы математического моделирования задач газовой динамики и теплообмена (CFD) или испытания в аэродинамической трубе.

Сила и направление ветра подвержены изменениям и обычно не поддаются оценке. Руководство по скорости ветра указано в таблице С.1. Ветер следует рассматривать совместно с другими видами вентиляции, чтобы установить, дополняет ли он их или препятствует. Ветер может усиливать вентиляцию, если входные и выходные отверстия, предназначенные для ветровой вентиляции, будут расположены так же, как и для других источников вентиляции, но если эти отверстия будут с противоположной стороны, то влияние ветра будет отрицательным. Например, ветер в любом направлении будет оказывать положительное действие на вентиляцию, если в крыше есть вентиляционное отверстие, но будет оказывать отрицательное действие, если выходные вентиляционные отверстия расположены с наветренной стороны.

С.5.3 Вентиляция под действием движущей силы

Вентиляция под действием движущей силы - "эффект тяги" - возникает под влиянием перемещения воздуха вследствие разницы температур внутри помещения и снаружи. Движущей силой является разница в плотности воздуха, возникающая из-за перепада температур. Градиент вертикального давления зависит от плотности воздуха и следовательно будет отличаться внутри и снаружи, что может привести к перепаду давления.

Если средняя температура внутри строения выше, чем снаружи, плотность воздуха внутри строения будет меньше. Если в замкнутом пространстве проемы расположены на разной высоте, воздух будет проникать через проемы, расположенные ниже, и выходить через проемы, расположенные выше. Расход воздуха будет увеличиваться с увеличением разности температур. Следовательно, вентиляция от эффекта тяги будет более эффективной при более низких значениях температуры наружного воздуха. При более высоких значениях температуры наружного воздуха этот тип вентиляции станет менее эффективным, а если температура наружного воздуха превысит температуру внутри помещения, направление воздушного потока изменится на противоположное.

Температура внутри помещения может быть выше из-за естественных причин, например отопления, предусмотренного в помещении, или технологического тепла. Также внутри помещения могут возникать конвективные потоки, которые будут влиять на среднюю температуру помещения.

Если исходить из того, что внутри строения присутствует смешанный воздух, то температуру как снаружи, так и внутри можно принять как постоянную. Перепад давления во входном отверстии может быть описан формулами:

,

(C.4)

.

(C.5)

Значение A ₁ - площадь отверстия с наветренной стороны, м ², А ₂ - площадь отверстия с подветренной стороны, м ².

Результаты, полученные согласно данным формулам, применимы только для помещений с входными и выходными проемами, расположенными на противоположных сторонах относительно друг друга (см. рисунок С.7), и при отсутствии или присутствии в небольшом количестве препятствий, мешающих свободному потоку воздуха. Также если вертикальное расстояние между средними точками между нижним и верхним проемами Н мало, а расстояние по горизонтали велико, тогда вентиляция, вызванная силой тяги, будет уменьшена, и расчет может быть менее точным. Например, где Н меньше ширины помещения, там необходимо учитывать коэффициент безопасности, связанный с неэффективностью вентиляции (см. С.3.6.2).

Коэффициент расхода C _d - это эмпирическое значение, полученное с помощью нескольких экспериментов для конкретных случаев утечки и для конкретных типов проемов или отверстий. Любое значение выше 0,75 должно основываться на установленных справочных материалах для применения. Температура в помещении должна быть выше температуры наружного воздуха, чтобы были созданы необходимые условия для вентиляции, вызванной силой тяги. Когда на открытом воздухе высокая температура окружающей среды, внутренняя температура может стать ниже, чем снаружи, если только в помещении есть какой-то источник тепла. На перепады температуры также влияет вещество строений, и для некоторых конструкций температура в помещении может быть ниже, чем наружная температура при определенных условиях. Если температура в помещении ниже, чем температура наружного воздуха, то формула С.4 неприменима.

Чем больше расстояние по вертикали между серединами нижнего и верхнего проемов, тем более эффективной будет естественная вентиляция. Для вентиляции, вызванной силой тяги, наиболее желаемое расположение входных проемов - внизу на противоположных стенах, на крыше. Однако там, где это невозможно, впускные и выпускные проемы должны располагаться у противоположных стен, чтобы обеспечить движение воздуха по всей площади.

Во многих случаях требования к обогреву при более низких температурах окружающей среды могут быть нарушены естественной вентиляцией, что вызывает необходимость уменьшить или закрыть вентиляционные проемы. Следует рассмотреть возможность уменьшения проемов до такой степени, что они могут нарушить естественную вентиляцию, предотвращая разбавление взрывоопасной газовой среды. Как правило, все проемы, которые могут быть нормально закрыты (такие, как двери, окна и регулируемые жалюзи), не следует рассматривать как вентиляционные отверстия.

Рисунок С.6 - Удельный объемный расход свежего воздуха, эквивалентный эффективной площади проема

Диаграмма на рисунке С.6 построена по значениям, полученным по формуле (С.4). Поэтому ограничения в использовании этих расчетов, приведенные в С.5.2, также применимы.

С.5.4 Сочетание естественной ветровой вентиляции и вентиляции под действием тяги

Как ветровая вентиляция, так и вентиляция под действием тяги могут существовать отдельно, но есть вероятность их одновременного появления. Перепады давления, возникающие из-за тепловой тяги, обычно являются основной движущей силой в безветренный холодный день, тогда как перепады давления, создаваемые ветром, будут основной движущей силой в жаркий ветреный день. Эти силы могут препятствовать друг другу или дополнять друг друга в зависимости от расположения входных и выходных отверстий (для вентиляции за счет тяги) относительно направления ветра (рисунок С.7).

При использовании вероятностной оценки необходимо учитывать климат, розу ветров для отдельного расположения и возможные значения температуры внутри помещения.

Рисунок С.7 - Пример противодействующих движущих сил вентиляционных потоков

Вентиляционные потоки, вызванные разностью давлений, ветром или разностью температур, также можно рассчитать. Для вентиляционных отверстий большего размера свойства потока, м ³/с, можно рассчитать с помощью следующей формулы, в которой используются разность давлений, возникающая под действием ветра, и изменение плотности воздуха, связанное со средней температурой:

.

(С.6)