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 Г_о, кг/м³; с_р — 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

М_н1() = 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!

Поделиться с друзьями:

---

---

Мы поможем в написании ваших работ!