Категория склада карбида кальция

Что-то давненько не выкладывал примеров. В личку поступало несколько вопросов о том, как определить категорию склада карбида кальция по пожарной опасности. По понятным причинам сразу все просьбы читателей удовлетворить не могу, поэтому пишу по мере возможности.

Категория склада карбида кальция должна определяться в соответствии с СП 12.13130, в порядке проверки расчетным путем принадлежности к категории А по взрывопожарной опасности и далее, к более низким категориям пожарной опасности.

Казалось бы, все предельно просто – взяли и посчитали, ведь есть много примеров в пособиях по расчету категорий и в интернете, в том числе и здесь. Но дело в том, что свод правил по категорированию помещений не содержит тех расчетных методов, по которым можно было бы определить категорию склада карбида кальция по взрывопожарной и пожарной опасности. Это связано, прежде всего, со свойствами карбида кальция.

Для начала рассмотрим свойства карбида кальция, непосредственно влияющие на категорию пожарной опасности помещений, где хранится карбид кальция. На этом этапе нас ждет несколько сюрпризов.

В справочнике Баратова про горючесть карбида кальция ничего не указано, скромно говорится, что карбид кальция – твердое вещество серого цвета. Справочник Корольченко неожиданно сообщает, что карбид кальция – негорючее вещество.

Если заглянуть в паспорт безопасности химической продукции, он же «Material Safety Data Sheet», то в разделе «Fire Fighting Measures» (противопожарные меры) указано, что карбид кальция – легковоспламеняющееся вещество. В России, конечно же, есть свои критерии по отнесению веществ к легковоспламеняемым, думаю, все же, что он к ним не относится.

Если поискать в химической литературе, то можно найти уравнение реакции горения карбида кальция, что в итоге убеждает нас в одном: карбид кальция – горючее вещество.

Основная пожарная опасность карбида кальция заключается в его свойстве реагировать с водой с выделением горючего газа – ацетилена. При этом, карбид кальция поглощает воду из воздуха и в результате реакции гидролиза нагревается.

Категория пожарной опасности склада карбида кальция, как это предписывает нормативный документ по категорированию, будет определяться последовательно, от категории А по взрывопожарной опасности до Д по пожарной опасности.

Следует отметить, что помещение склада карбида кальция, исходя из классификационных признаков категорий помещений по взрывопожарной и пожарной опасности, будет относиться либо к категории А, либо к В1-В4. Другими словами, склад карбида кальция не будет относиться к категории Б по взрывопожарной опасности, Г или Д по пожарной опасности.

Вернемся к тому, о чем говорили в начале этой статьи. Расчетные методы по определению категории А по взрывопожарной опасности в случае определения категории склада карбида кальция отсутствуют. Поэтому нужно идти несколько иным путем, что-то придумывать. Думаю, и так уже понятно, что в качестве аварийной ситуации следует рассматривать такую, при которой карбид кальция будет реагировать с водой с выделением ацетилена.

Хранение карбида кальция осуществляется в соответствии с ГОСТ 1460-81, при этом, можно выделить следующие важные для нас положения:

— запрещается ввод в здание склада с карбидом кальция водопровода, канализации, а также водяного и парового отопления;

— вскрытые или поврежденные барабаны не разрешается хранить на складах. На складах не допускается скапливание карбидной пыли;

— карбид кальция упаковывают в стальные барабаны всех типов герметичного исполнения вместимостью 100 дм3, или в барабаны другого типа, не уступающие по техническим требованиям ГОСТ 5044, или в специальные герметически закрывающиеся контейнеры;

— барабаны с карбидом кальция хранят на открытых площадках под навесом или в несгораемых, хорошо проветриваемых складах, исключающих попадание влаги, в вертикальном положении, не более чем в три яруса;

— совместное хранение с другими веществами и материалами не допускается.

Вдобавок, склады карбида кальция проектируются и строятся таким образом, чтобы уровень пола помещения склада был выше уровня земли. Барабаны с карбидом кальция размещают на возвышении от уровня пола складского помещения.

Исходя из вышесказанного, в данном случае, имеется возможность рассмотреть лишь одну аварийную ситуацию, связанную с падением и разгерметизацией барабана с карбидом кальция. Это вполне может произойти в процессе разгрузки или погрузки. При этом, принимается, что он просыпается на пол помещения.

При таком аварийном сценарии карбид кальция будет реагировать с водой, точнее с водяным паром, содержащимся в воздухе помещения.

Важно помнить, что при расчете категории взрывопожарной опасности, учитывается лишь аварийная вентиляция, удовлетворяющая ряду требований.

Осталась всего лишь какая-то мелочь: определить интенсивность поступления ацетилена в объем помещения. И вот тут стандартные расчетные методы СП 12.13130 уже не работают. Ведь речь идет о скорости химической реакции, которая определяется целым комплексом факторов: составом карбида кальция из конкретной партии, условиями внешней среды, влияющими на диффузию водяных паров к поверхности карбида кальция и через образующийся слой гидроксида кальция.

В общем, можно отметить, что скорость выделения ацетилена из карбида кальция – величина не расчетная. Оценить ее расчетным путем более-менее точно можно при помощи математического моделирования. Скорость выделения ацетилена из карбида кальция при его реакции в прямом контакте с водой в генераторе – величина справочная и по различным источником лежит в пределах 230-300 л/кг.

В соответствии с СП 12.13130 расчетное время аварии следует принимать не более 3600 с. Однако, скорость выделения ацетилена из карбида кальция неизвестна, по уже указанным причинам. В этой связи, можно поступить по одному из принципов свода правил: если нет возможности что-то определить расчетным путем, принимается наиболее худший вариант, при котором выделится наибольшее количество веществ, опасных в отношении взрыва. К сожалению, в отсутствие экспериментальных данных, вижу такой подход пусть и грубым, но не противоречащим требованиям свода правил по категорированию.

Давайте рассмотрим пример расчета категории склада карбида кальция по взрывопожарной опасности.

Склад карбида кальция площадью 40 м. кв. и высотой 4 м. Расчетная температура принимается равной 39°С (312 К), относительная влажность – 80%. Свободный объем принимается равным 80% от объема помещения. В качестве аварийной ситуации рассмотрим сценарий, при  котором барабан с карбидом кальция падает и разгерметизируется, часть его содержимого рассыпается. Карбид кальция вступает в химическую реакцию с водой, содержащейся в воздухе помещения, происходит выделение ацетилена и накопление его в помещении. Чтобы определить массу ацетилена, выделившегося в результате реакции, нужно записать уравнение реакции и с помощью пропорции провести расчет.

Итак, уравнение реакции гидролиза карбида кальция выглядит следующим образом:

Давление насыщенных паров воды по справочным данным при температуре 39°С  составляет 7 кПа.

Давление ненасыщенных паров воды составит:

Масса паров воды, содержащаяся в объеме склада карбида кальция, по уравнению Клапейрона-Менделеева составит:

Расчет массы ацетилена рассчитаем по уравнению реакции с помощью пропорции. Масса ацетилена составит:

18 – молекулярная масса воды, 26 – молекулярная масса ацетилена, 2 – количество молекул воды в уравнении реакции гидролиза карбида кальция.

Плотность ацетилена при расчетной температуре составит:

Средняя концентрация ацетилена в помещении % (об.) составит:

Стехиометрический коэффициент кислорода в реакции сгорания ацетилена равен:

Стехиометрическая концентрация ацетилена составит (% об.):

Избыточное давление взрыва ацетилена составит:

Поскольку избыточное давление взрыва превышает 5 кПа, то помещение относится к категории А по взрывопожарной опасности.

Несложно убедиться, что в любом случае, за исключением помещений с очень большим объемом, склад карбида кальция будет относиться к категории А по взрывопожарной опасности.

Та же самая категория присваивалась раньше для складов карбида кальция без расчетов по ведомственным перечням, которые уже не действуют в плане определения категорийности.

У меня, в принципе, все. Спасибо за внимание, и не забудьте подписаться на новости блога!

P.S. Уважаемые читатели, жду от вас объективной критики. Может быть, у кого-нибудь есть свои варианты определения категории склада карбида кальция и прецеденты проведения по ним госэкспертизы? Буду признателен, если поделитесь.