Расчет АР для индивидуальных веществ, а также для смесей может быть выполнен по формуле
др - 1
• УсвРжСр^в
• где #т — теплота сгорания, Дж/кг; р, — плотность возду- ха до взрыва при начальной температуре Го, кг/м3; ср — теплоемкость воздуха, Дж/(кг-К); 7о— начальная темпе- ратура воздуха.
Определение категорий зданий в зависимости от катего-
Рий расположенных в них помещений осуществляется по
• следующим правилам.
Здание относится к категории А, если в нем суммарная площадь помещений категории А превышает 5 % площади всех помещений, или 200 м2. Допускается не относить здание к категории А, если суммарная площадь помещений категории А в здании не превышает 25 % суммарной площади всех размещенных в нем помещений (но не более 1000 м2) и эти помещения оборудованы установками автоматического пожаротушения.
Здание относится к категории Б, если одновременно выполнены два условия:
здание не относятся к категории А;
суммарная площадь помещений категорий А 8 В превы
шает 5 % суммарной площади всех помещений, иди 200 м* .
Допускается не относить эдакие к категории В, если суммарная площадь помещений категорий А и § в здания не превыш ает 25 % суммарной площади всех раймещеняых в нем помещений (но н е более 1 000 м* и ятя помещения оборудованы установками автоматического пожаротушения. . • • • *
Здание относится к категории В , если одновременно вы полнены два условия:
|
|
* здание не относятся к категория А или Б; суммарная площадь помещений категорий А, В н В пре
выш ае т 5 % (10 %, если в здании отсутствуют помещения категорий А и Б) суммарной площади всех ' помещений.
Допускается не относить здание к категории В, если сум- • марная площадь помещений категорий А, Б и В в здании не превыш а ет. 25 % суммарной площади всех , размещенных в нем п о мещений (но не более 3500 м4) и эти помещения оборудованы установками автоматич е ского пожаротушения.
Зд а ние относится к категории Г , если одновременно вы п о лнены два условия:
Здание не относится к категории . А Б или В; суммарная площадь помещений категорий А Б, В н Г
превы шае т 5 % суммарной площади всех помещений.
Доп ус кается не относить здание к категория Г, если суммарная площадь помещений категорий А В, В а Г в здании не превышает 25 % суммарной площади всех размещенны х в нем помещений (во не более 6000 м1) и помещения категорий А Б, В оборудованы установками автоматического пожаротушения.
Здание относятся к категории Д, если оно Ие относится к категориям А, Б, В ' или Г. • •
При назначении категорий А я Б стровтед ы вдмя нормами и правилами предусматриваются ограничение этажности зданий и производственных площадей между пр о ти во п о жарными стенами в зависимости от степени огнестойкости зданий, требования к лифтам в к их размещению» к эвакуации людей, устройство де л оюбр а сываемых конструкций (ЛСК) площадью, рассчитываемой по СН 602—77, но не менее 0,05 м4 на 1 м' объема пом е щения, огнезащита строительны х кон с трукций, устройство против о п о жарного в о допровода.
|
|
Рекомендуются в качестве основных профилактич е ски х
мероприятий, направленных на предотвращение пожаров и взрывов, следующие:
снижение вероятности появления источников зажигания; флегматизация свободного пространства технологиче
ского оборудования инертными газами;
контроль концентраций водорода в помещениях и техно
логическом оборудовании и сигнализацию о превышении предельно допустимых концентрации;
предотвращение образования водорода в качестве побочного продукта технологического процесса;
устройство аварийной вентиляции.
Конкретный выбор этих мероприятий должен проводиться в соответствии с действующими нормативными документами и с учетом особенностей технологических процессов.
|
|
Широко применяемым средством предупреждения (образования) взрывоопасной среды является аварийная вентиляция, включаемая автоматически при достижении 2 %- ной концентрации водорода с помощью стационарных газоанализаторов. Однако при крупных выбросах водорода вентиляция может оказаться неэффективной, и тогда целесообразно использовать способ флегматизации, заключающийся во введении в защищаемый объем веществ, которые делают водородно-воздушные смеси неспособными к распространению пламени.
Для ослабления последствий взрыва строительными нормами и правилами предусматривается устройство легко сбрасываемых конструкций (ЛСК). Однако регламентируемая инструкцией по расчету площадей ЛСК основана на нормальном (невозмущенном) ламинарном режиме распространения пламени. Вместе с тем при прохождении пламени через препятствия оно может сильно ускоряться. При прохождении пламени через чередующиеся препятствия (технологическое оборудование, колонны, фермы, перегородки, монтажные площадки, краны и т. п.) скорость пламени может увеличиваться более чем на порядок.
Наиболее эффективными средствами флегматизации и пожаротушения являются ингибиторы горения: гомогенные хладоны (бромфторуглеводороды) и гетерогенные (порошки на основе солей щелочных металлов).
|
|
На основе исследований предложены новые комбинированные составы для флегматизации и объемного тушения . Результаты испытаний одного из них (N2 — 95 %, C2F4Br2— 5 %) представлены в табл. 3.8, из которой видно, что рас-
Таблица 3.8. Объемное тушение комбинированным составом
Горючее | Комбинированный состав | Тушение только C,F«Br„ % (об.) | |
C,F,Br,. % (об.) | Смесь. % (об.) | ||
Водород | 0.53—1,1 | 35,7—39,5 | 16,0 |
Нефтепродукты | 0,23—0,40 | 7,7—10,0 | 2,5—3,0 |
ход хладона при введении умеренного количества азота может быть снижен на порядок. Сегодня уже предложены новый способ приготовления и подачи такого состава и метод подбора оптимального соотношения компонентов.
Интересные перспективы для защиты оборудования от взрыва может представить способ подавления взрыва. Удалось создать систему подавления взрыва смесей с содержанием водорода до 13 % объема и свыше 65 % объема в аппарате объемом 2 м3. Инкубационный период взрыва составлял 5-10_2 с, а время обнаружения возникновения взрыва с помощью специально разработанного оптического датчика (1,4—2,5) • 10 ~ 2 с.
Отмечается, что одним из главных требований безопасности, который в состоянии предотвратить перерастание пожара или взрыва на ЛЭС в катастрофу, является размещение реактора в здании, которое способно выдержать полное давление взрыва водородно-воздушной смеси внутри него без нарушения его герметичности. Именно наличие такой прочности оболочки вокруг реактора в ЛЭС Трехмильного острова, где также произошел взрыв реактора, предотвратило катастрофический выход радиоактивных веществ в атмосферу.
На основе результатов исследований предложены для ЛЭС следующие защитные мероприятия:
осуществление сдувок парогазовой смеси из свободного пространства реактора с последующим дожиганием водорода;
добавки в реактор гелиево-водородной смеси взрывобезопасного состава для подавления радиолиза;
упрочение защитной оболочки реактора; использование флегматизирующего действия тонкорас
пыленной воды в защитной оболочке реактора;
применение инертных газообразных флегматизаторов
(азота, диоксида углерода);
в е нтиляци я вр о етран с тва внутри защитной оболочки реактора;
првм е кя й е дожигателей водорода внутри защитной обо-
■ дочки р еа кт о ра.
? ал пожарная опасность натрия
-*•
1 Одна» из самых пожароопасных материалов, применяемых на АЭС, в больших объемах, является натрий. По своим физжческяи свойствам натрий является превосходным теплоносителем, ио его высокая химическая активность, i а прежде всего его интенсивная реакция при контакте с кислородом и водой, требует самых серьезных мер предосто-
! рожности для избежания пожаров на АЭС.
Натрий довольно широко применяется в качестве тепло
' носителя в различных энергетических установках. £)н об. ладает достаточно хорошими физическими и теплофизичес- ; ними свойствами, позволяющими осуществлять интенсивный ; теплосъем в различных теплообменных аппаратах (теплотворная способность 2180 ккал/кг; i коэффициент теплопроводности, кал (см-с-град), 0,317'при 21 °C и 0,205 при
. 100 ”С). Вместе с тем натрий характеризуется и существенными недостатками.Юн обладает высокой химической ак
. тивностью, благодаря которой он реагирует со многими химическими элементами и соединениями. При его горении выделяется большое количество тепла, что приводит к росту температуры и давления в помещениях. Он обладает большойреакодюнной способностью [температура горения
: около 90и°С, температура самовоспламенения в воздухе
• 330—360 ®С, температура самовоспламеиенйя в кислороде | 118 °C, минимальное содержание кислорода, необходимое
; для горения, 5 % объема, скорость выгорания 0,7—0,9 кгДг
• /(м**мия)1. При сгорании в избытке кислорода образуется ' перекись МагОц которая с легкоокисляющимися вещества; ми (порошками алюминия, серой, углем и др.) реагирует
• очень энергично, иногда со взрывом. Карбиды щелочных металлов обладают большой химической активностью; в атмосфере углекислого и сернистого газов они самовоспламе-
i няются энергично и взаимодействуют с водой со взрывом. Твердея углекислота взрывается с расплавленным натрием
• при температуре 350 °C. Реакция с водой начинается при температуре . —98 °C с выделением водорода. Азотистое соединение NaN8 взрывается при температуре, близкой к плавлению. В хлоре и фторе натрий воспламеняется при обычной температуре, с бромом взаимодействует при ' темпера-
туре 200 °C со взрывом, прв нагревания кв воздухе легко воспламеняется.
(Т. Ж. Бадмер (Великобритания) оценивает химические и физические свойства натрия, имеющие отживевве к во* жаркой опасности, я характеризует вааяжодеЛстежя натрия с другими веществами следующим образом.
атмосфере содержащей 5 % и боям кислорода по объему, реагирует легко и воеолавевлетея Ивертея х моту пр 800*С а иятЯвеи при
1000*4
гидроксид и водород
Самопроизвольно воспламеняется с фтором при окружающей температуре и с хлором арк 100*С
Активно реагирует с водой, выделяя водород, который в воздухе образует смесь, взрывающуюся ври воеяламеиеижн металла. При отсутствия воздуха реакция яевврлвооавеш .
Вступает в реакцию со спиртов милой малеку- лярвой массы, выделяя водород медвеляее, чем прв реакция с водой. Обычаю спорость реакция уменьшается во мере увеличения молекулярной массы спирта -
Нарывается вря сопрясоежжевая С азотистой кислотой я воспламеняется вамйnроваведьw> spa соприкосновении с азотной кислотой, удельный вес которой превышает 1,056. С серкой кислотой нарушеИм реакция обратно пропорц&лв.щыо вор- малъаоетн кислоты)
Характеризуя физические и химические свойства натрия, Г. Ж- Балмер приводит следующие данные:
Температура плавления натрия, 97,8
Температура кипения, *С........................................ 882,9
Плотность при 20’С, г/см» ................................... 09^04
Давление пара для различных температур, мм
рг. ст............................................................................................. 400 с— 1;
84Й»^-10;
• • . 6964С—100;
782 Х-00; 815 "С—400
Ниже приведены основные реакции при горении натрия в воздухе. Реакции с кислородом;
2Na 4- 1/20»-> Na,O; ДНам =»— НИ ккал/маль;
П6
ной зоны, так и в отстойнике, где излучение создается в результате выделения продуктов распада.
При поглощении энергии излучения молекулы Н2О разлагаются в результате радиолиза. Продукты первичной реакции Н2О->Н' + *ОН после сложно протекающих вторичных реакций образуют внутри или вне потока излучения другие радиоканальные и молекулярные продукты радиолиза. Основными вторичными реакциями, которые ведут к образованию молекулярных продуктов радиолиза, являются реакции Н°+-Н°—-П2; 'ОН+ОН->Н2О2. Рассчитать количество образующегося водорода в результате радиолиза воды активной зоны и отстойника можно с помощью следующего уравнения:
t
Мн1() = z-" '’ ^DL(t)dt,
N 2-ICO J
t о
где Мщ(()— количество Н2 на моль, образовавшегося к моменту времени ) после аварии, связанной с потерей теплоносителя; G(H2)—степень образования Н2; DL()) — мощность дозы ко времени /, эВ/с; NL — число Лошмидта (молекул/моль).
При определении общего количества водорода в защитной оболочке следует учитывать долю водорода, образовавшегося в бассейне выдержки тепловыделяющихся сборок (ТВС) в результате радиолиза.
В течение года около трети ТВС при перегрузке топлива переносится в бассейн выдержки. Уровень активности выгоревших ТВС спадает относительно быстро. По этой причине наибольшее количество водорода, выделяющегося в результате радиолиза воды в бассейне, следует ожидать в начале цикла. Скорость образования водорода в начале цикла составляет от 7 до 12 л/ч. В дальнейшем скорость образования водорода снижается в соответствии с уменьшением дозы излучения.
При расплавлении активной зоны в первые 200 мс фазы потери теплоносителя после понижения давления насыщенного пара вода начинает кипеть. Возникающая при этом пленка препятствует теплопередаче и ведет тем самым в первые секунды с начала аварии к повышению температуры топливных сборок. Если в ходе этого процесса температура оболочки тепловыделяющегося элемента превыша-
2Na -J- O2 ->Nz2O2; ДНгэв = — 124 ккал/моль.
Реакция с водяным паром:
Na + Н2О-> NaOH 4- 1 /2Н?; ДН2эв =— 90 ккал/моль; l/2Na2O 4- 1/2Н2О-> NaOH; ДН29 =— 177 ккал/моль;
l/2Na^O2 4- 1/2Н2О -> 1 (4О2 4- NaOH); ДН29в =
=— 17 ккал/моль.
Опасность натриевого дыма в зависимости от концентрации характеризуется следующими данными:
2 мг/м3 — приемлем для персонала при непрерывном воздействии;
50 мг/м3 — допустим в течение 2—5 мин; видимость уменьшается до 15 м;
100 мг/м3 — неприятен для глаз и легких; серьезная потеря видимости;
200 мг/м3 — видимость нулевая.
Такова в основном характеристика химическим и физическим свойствам натрия.
Скорость горения натрия, определенная по результатам измерений расхода кислорода и количественного анализа продуктов сгорания, в условиях естественной конвекции колеблется от 16 до 36 кг-ч_| • м“2. При увеличении скорости обдувающего потока воздуха до Юм-с-1 массовая скорость выгорания возрастает в 3 раза. На основании экспериментальных данных был сделан вывод, что во время горения температура натрия повышается, но никогда не достигает температуры горения. Ни в одном из проведенных опытов при горении разлитого натрия не была достигнута температура его кипения (880 °C). Даже при начальной температуре натрия, равной 840 °C, температура не повышается, а наоборот, снижается и постепенно стабилизируется на уровне 650 °C.
При горении натрия в луже, разлившейся по полу, по данным экспериментальных исследований температура на поверхности горящего натрия достигает 750—850 °C. При факельном горении струи натрия в распыленной паровой фазе температура факела может достигать 1600 °C. Длительность пожара для расчетного случая горения «разлившейся лужи» принимается около 1 ч, факельного горения — 5 мин.
При натриевом пожаре на АЭС с реакторами на быстрых нейтронах тепловым воздействиям подвергаются строи-
тельные и технологические конструкция, сти к их повреждению. Однако более се ческую опасность представляют аэрозольные продукты горения натрия, при попадании которых а глазе, носоглотку и легкие человека происходят повреждение слизистой оболочки и тканей. Особенно опасен натриевый дым при горении радиоактивного натрия. *
Зарубежный опыт эксплуатации АЭС, на которых в качестве теплоносителя применяется натрий, показывает, что утечки натрия обычно наблюдаются в местик сварных швов, тонких деталях (сильфонах, диафрагмах) и различных фланцевых соединениях, где под влиянием термических напряжений, механических и других воздействий возможно образование трещин, щелей ила- обрывов трубопроводов.
^Пожары при больших протечках натрия происходят в две стадии, На первой стадии натрий вытекает из поврежденного участка в виде струи или брызг. При контакте с кислородом воздуха расплавленный натрий начинает гореть. В зависимости от давления, размеров повреждения и наличия задерживающих конструкций истечение натрия может происходить спокойно или сопровождаться разбрызгиванием и распылением. В последнем случае реакция его взаимодействия с кислородом воздуха носит бурный и часто взрывной характер. Обычно чем крупнее повреждение, тем больше вытекает натрия, но меньше образуется брызг. Вторая стадия — горение разлившегося натрия,*
Управление процессом горения натршГвоз можно только при точном знаний механизма и кинетики его горения. Поэтому необходимо экспериментальное наследование для определения соответствующих параметров и создания модели, описывающей горение массы расплавленного натрия независимо от особенностей формы расплава.
В соответствии с различными гипотетическими аварийными ситуациями различают три основных тина горения: на поверхности расплава, в - распыленной фазе, смешанного типа.
Продукты торення состоят из аэрозолей а веществ, остающихся после горения. Аэрозоли состоят, главным образом, из перекиси натрия (NaHJj). Присутствие в аэрозоле гидрата оксида натрия и следов карбоната объясняется воздействием паров воды и СО2 воздуха на перекись натрия. Количество натрия в аэрозолях составляет 40 % общей сгоревшей массы.
На основании распределения продуктов горения (40 %
Вещуухээясояи mswMR *•
Кис ляд M»Qj
Термическое осаждение частиц оксйдОе
На2О2 | - . Ne2o | |
1 | Каао • 'СЯЮ’С X | - N a tmox < 83O* |
Кояка а&стореммй остаток |
Ряс. 3.8. Схема двойного механизма горения натрия (в паровой и жид-
кой фазах)
в виде аэрозоля, 60 % в виде осадков на поверхности) легко сделать вывод, что горение массы натрия имеет смешанный механизм: горение в парах и горение на поверхности. Механизм схематически может быть представлен следующим образом (рис. 3.8): натрий испаряется и диффундирует через зону, расположенную между массой натрия -н пламенем; оксид натрия, образующийся в пламени, уносится из реакционного пространства и превращается в перекись натрия. Часть этих аэрозолей может оседать на жидком слое. Однако количество осадков на поверхности может быть объяснено только тем, что кислород диффундирует через зону пламени и реагирует с расплавленным натрием.
Таким образом, горение включает в себя как процессы химические, так и процессы тепло- и массопереноса. Самый медленный из них является процессом, управляющим реакцией и лимитирующим скорость горения. Поэтому этот
проц е сс должая быть изучен для создавая проходящей модели и определения способа торможения реакция.
Скорость горения натрии» вычисленная so результат а м и з мерений расхода кислорода и количеств е нн о го анализа пр о дуктов сгорания, колеблется от 1 6 до 28 кг / ( ч. ц ^ ). На основании экспериментальны х данных был сделан вы вод , ч то во вр е мя гор е ния температура натрия повыш ает ся, но ник огд а не достигает температуры к и п е ния, Так , например, ни в одном вз опытов, пр о ведеяных в резервуаре объемом 400 м \ ие была достигнута температура к и п ен ия натрия (880 °C). Даже при начальной температуре натрия , равной 840 °C, температура не повы силас ь до температуры кипения, а, наоборо т , снизилась и постепенно стабилизировалась на уровне 650 °C.
Во Франции с этой целью был разработан проект «Эсме- ральда>, задачей которого было изучение горения большой массы (до 70 т) натрия. Использование крупномасштабных экспериментов было вы з вано тем, что испытани я в малых масштабах не позволяют объяснить некоторые особенности поведения материалов в реальных условиях.
Рассматриваемые массы натрии и площадь гор е нии соответствуют условиям, которые могли бы возникнуть при полном разрушении вторичных трубопроводов в р е акторе Super Phoenix, т. е. при растекании 70 т натрия по площади 200 м2. Самым крупным и з рассматриваемых к о мпонентов установки является танк слива при переполнении топливного резервуара, диаметр к о торого 4,4 м и длина 13 м. Ра с четный расход в случае сгорания пр и медком распы л ени и равен 2 т / ч.
Эти критерии определили размеры исследовательской установки, занимающей п л ощадь в 2300 м2, в которую входят кессон (объемом 3600 м8 и габаритными размерами 20X15 м при высоте 12 и), стены которого способны выдержать температуру 1200 — 1 300 вС и давление, пр е выш а ю щее атмосферное на 1 бар, бокс парогенератора (объемом 2000 м8 и габаритными размерами 1 0X 10 м при высоте 20 м) с естественной вентиляцией , вспомогательные устройства для хранения и подачи натрия, подготовки экспериментов, обработки продуктов сгорания, очистки компонентов установки и вентиляции (включая вентиляцию к е сс о на), порошк о вая установка пожаротушени я.
Большой объем работ по исследованию процессов горе ния натрия проводится также французским центром ядер- иы х исследований в г. Кадараше.
КЕССОН
□ Ок+w ДЛЯ наблюдения
, Поддон для | Lr=3 1 горения натрия ]
L.- « . В,
Рнс. 3.9. Пршиишжальяая схема экспериментальной установки «Кас-
сандра»
Задачей серки экспериментов, получившей название «Кассандра», являлось: 1) определение температуры и давления ири горении поверхностного слоя натрия в замкнутом объеме; 2) изучение поведения аэрозолей оксида натрия, распределения их во времени и в пространстве; 3) определение характера взаимодействия бетона с горящим натрием.
Серия опытов по программе «Кассандра» проводилась в замкнутом объеме при начальной температуре около 550 °C, изменяющимися параметрами опытов были количество натрия и величина поверхности горения (рис. 3.9). Условия и результаты этих экспериментов приведены в табл. 3.9.
Дата добавления: 2019-01-14; просмотров: 284; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!