L – длина защищаемого здания, м;

n – среднегодовое число ударов молнии в 1 км² земной поверхности в месте расположения здания.

Ожидаемое количество поражений молнией в год для здания мельницы прямоугольной формы длиной 120 м, шириной 45 м, высотой 7 м определяют:

N = (45 + 6 · 7) · (120 + 6 · 7) · 4 · 10^-6 = 56 376 10^-6 = 0,056376

Полученное значение показывает, что поражение молнией здания мельницы происходит один раз в 20 лет.

2.6.3. Построение зоны защиты

Защита от прямых ударов молнии здания мельницы Ш категории с неметаллической кровлей выполняется тросовыми молниеотводами, обеспечивающими зону защиты Б.

Установка молниеприемников и молниеотводов на самом здании мельницы не рекомендуется, поскольку здание IV степени огнестойкости выполнено из сгораемых материалов облегченной конструкции (по взрывозащите). Таким образом, целесообразно выполнить молниезащиту одиночным тросовым молниеотводом.

Зона защиты одиночного тросового молниеотвода приведена на рисунке 1. Она представляет собой двускатную плоскость с приставленными полуконусами на концах. Горизонтальное сечение зоны защиты на высоте защищаемого сооружения h_х, представляет собой прямоугольник с приставленными к малым сторонам полукругами радиусом r_х. С учетом стрелы провеса троса сечением 35-50 мм² при известной высоте опор h_оп и длине пролета а высота троса определяется:

h=h_оп – 2, при а < 120 м, (2.2)

h=h_оп – 3 при 120 < а < 150, (2.3)

Зона защиты одиночного тросового молниеотвода имеет следующие габаритные размеры.

Высота зоны защиты: h₀=0,92 · h, (2.4)

Радиус зоны защиты на уровне земли: r₀=1,7 · h, (2.5)

Рисунок 1. Общий вид молниезащиты здания мельницы. М 1 : 1000

Для зоны Б высота одиночного тросового молниеотвода при известных значениях высоты здания и половин ширины определяют по формуле: h=(r_х+1,85·h_х)/1,7 (2.6)

Расположив опоры у торцов здания, принимают, что радиус зоны защиты на уровне высоты здания r_х, равен половине ширины здания: r_х=S/2 (2.7)

Получаем r_х=45/2=22,5 м, высота тросового молниеотвода h=(22,5+1,85·7)/1,7=20,85 м.

Так как для Ш категории молниезащиты при установке отдельно стоящих молниеотводов расстояние от них по воздуху и в земле до защищаемого объекта и вводимых в него подземных коммуникаций не нормируется, то расстояние опор от торцов здания принимают равным 5 м. Тогда длина пролета троса а=120+2·5=130 м.

Исходя из условия (2.3) 120 < а=130 < 150, определяем высоту опор, преобразуя формулу (2.3) h_оп =20,85+3=23,85 м.

Высота зоны защиты h_о=0,92 · 20,85 = 19,182 м.

Радиус зоны защиты на уровне земли r₀=1,7 · 20,85 = 35,445 м.

Фундаментом и заземлителем одновременно служит конструкция из 4^х железобетонных подножников. Защита от заноса высокого потенциала по подземным коммуникациям осуществляется путем их присоединения на вводе в здание к железобетонному фундаменту здания.

Таким образом, определили параметры конструкции молниеотводов:

• высота тросового молниеотвода 20,85 м;

• высота опоры 23,85 м;

• длина пролета троса 130 м;

• высота зоны защиты 19,182 м;

• радиус защиты на уровне земли 35,445 м.

3. Взрывозащита

3.1. Общие положения

Взрывобезопасность предприятий, на которых возможно возникновение взрыва, должна обеспечиваться комплексом профилактических мероприятий и применением систем взрывозащиты производственного оборудования, зданий и сооружений. Профилактика взрывов направлена на предотвращение условий для возникновения взрывоопасных смесей, насколько это допустимо с позиций обеспечения нормального ведения технологических процессов, а также на исключение возможности появления потенциальных источников их зажигания.

Все необходимые требования по взрывопредупреждению на элеваторах и мукомольных заводах должны постоянно уточняться, а мероприятия и средства, обеспечивающие их выполнение, непрерывно совершенствоваться по технической и экономической эффективности. Требования и мероприятия по профилактике взрывов полностью отвечают современным представлениям о взрывопредупреждении на промышленных предприятиях. Однако, как показывает практика эксплуатации предприятий, невозможно полностью исключить ошибки обслуживающего персонала, нарушения правил, случаи нарушения режимов работы оборудования, внезапный выход из строя отдельных узлов, деталей и машин. В связи с этим остаются актуальными вопросы взрывозащиты оборудования, зданий и сооружений. Конкретные требования по взрывозащите для каждой отрасли сформулированы в специальных ведомственных нормативно-технических документах.

Анализ результатов технического расследования аварий показывает необходимость разработки и внедрения ряда технических мероприятий по взрывозащите, не предусматриваемых действующими нормативными документами. Для создания высокоэффективных, экономически приемлемых, надежных и простых в эксплуатации систем взрывозащиты предстоит выполнить в дальнейшем большой объем научно-исследовательских, опытно-конструкторских и проектных работ.

Особое место и значительную часть в этом комплексе работ составят экспериментальные исследования. Это связано не только с тем, что до настоящего времени до конца не изучены механизмы пылевоздушного и гибридного взрыва и его газотермодинамика, нет данных по процессам взрывного горения многих пылевоздушных и пылегазовоздушных смесей, но и с тем, что создание каждого нового устройства или системы взрывозащиты требует экспериментальной отработки и проверки в натуральных условиях.

Обзор способов взрывозащиты, применяемых как в России так и за рубежом, позволяет сформулировать основные направления разработок технических средств взрывозащиты:

• ограничение роста давления взрыва выше допустимого уровня за счет вскрытия проходных сечений для отвода продуктов сгорания из объема защищаемого оборудования, сооружения или помещения (рис. 3.1);

• подавление процесса взрывного горения на начальной стадии введением в зону взрыва пламегасящих веществ (рис. 3.2);

• предотвращение распространения пламени и высокотемпературных продуктов взрывного горения по технологических и другим коммуникациям устройством огнепреградителей;

• предотвращение распространения пламени и высокотемпературных продуктов сгорания установкой на магистралях пламеотсекателей.

Отдельная система взрывозащиты, например какого-либо технологического аппарата, может состоять из нескольких различных устройств, предназначаемых для предотвращения повышения давления в зоне взрыва и ограничения распространения продуктов взрывного горения из зоны взрыва в смежные объемы. Как показывают результаты исследований, опыт эксплуатации различных типов систем взрывозащиты, в настоящее время наиболее приемлемы для предприятий по хранению и переработке зерна разработки по первому и четвертому направлениям.

При определении объектов, подлежащих взрывозащите, и решении вопроса о сроках (очередности) обеспечения объекта системой взрывозащиты необходимо провести оценку по следующим показателям:

• возможность возникновения в объеме взрывоопасной смеси при нормальной работе на стационарном режиме, переходных режимах, холостом ходу, в аварийном режиме, после остановки или до включения;

• показатели пожаровзрывоопасности образующейся аэровзвеси – концентрационные и температурные пределы распространения пламени (воспламенения), максимальное давление взрыва, скорость его нарастания и т.д.;

• предельные параметры возможного взрыва в условиях отсутствия систем взрывозащиты – максимальное давление, скорость его нарастания, суммарная энергия (мощность взрыва) по тротиловому эквиваленту или удельному тепловыделению;

• возможность возникновения источника зажигания взрывоопасной смеси в процессе работы оборудования в нормальном и аварийных режимах, попадание его из смежного оборудования, при нарушениях противопожарного режима (привнесенный источник) и т.д.;

• связь рассматриваемого объема со смежными объемами (помещениями, сооружениями, технологическими аппаратами);

• возможность возникновения взрыва в смежных объемах или возможность их разрушения от взрыва в рассматриваемом объеме;

• наличие средств (систем) взрывопредупреждения;

• возможность контроля режима работы обслуживающим персоналом или автоматикой;

• эксплуатационная надежность рассматриваемого объекта;

• масштаб и перспективы применения на предприятиях отрасли;

• роль в производственном процессе (возможность нормальной работы предприятия без рассматриваемого объекта, ограничение работы или невозможность эксплуатации предприятия);

• материальная ценность объекта, сложность восстановления после возможного повреждения взрывом. [1, с. 213-219]

3.2. Взрыворазрядные устройства

Взрыворазрядные устройства (взрыворазрядители) предназначены для предотвращения роста давления взрыва в защищаемом оборудовании выше допустимого, в целях его защиты от разрушения и недопущения возможности распространения продуктов горения в производственные помещения. Предотвращают рост давления взрыва выше допустимого уровня отводом продуктов горения и несгоревшей пылевоздушной смеси из защищаемого оборудования в безопасную зону за пределы производственного здания.

В защищаемом оборудовании следует предусматривать специальные отверстия и переходные патрубки для присоединения взрыворазрядителей. Форма и расположение переходных патрубков не должны способствовать накоплению пыли или продукта перед мембраной со стороны взрыворазрядного устройства. Взрыворазрядитель состоит из взрыворазрядного устройства с предохранительной мембраной и отводящего трубопровода. Предохранительную мембрану, перекрывающую проходное сечение взрыворазрядителя, следует устанавливать на минимальном расстоянии от корпуса защищаемого оборудования.

В качестве взрыворазрядных устройств обычно применяют взрыворазрядители шиберного типа, с бандажным креплением предохранительных разрывных мембран и с легкоразъемным соединением отводящих трубопроводов (рис. 3.3), комбинированные (рис. 3.4), устанавливаемые при объединении отводящих трубопроводов в общий коллектор (рис. 3.5). В зонах с повышенной температурой, например, в зерносушилках, устанавливают взрыворазрядители с выщелкивающейся мембраной из тонкого стального листа (рис. 3.6). Во взрыворазрядителях шиберного типа применяют разрывные мембраны из алюминиевой фольги толщиной 0,04 мм. Возможно изготовление мембран из полиэтиленовых пленок, которые применяют обычно во взрыворазрядителях с бандажным креплением разрывных мембран.

В качестве разрывных предохранительных мембран рекомендуется применять полиэтиленовые пленки марок Т, СТ, СНК, СК, В или Н (ГОСТ 10354 – 82). Толщину (δ) разрывных мембран из полиэтиленовой пленки выбирают в зависимости от диаметра (D) проходного сечения взрыворазрядителя. Зависимость D от δ получена экспериментально из условия необходимости обеспечения вскрытия (разрыва) мембран при давлении 10…15 кПа. Для прямоугольного проходного сечения взрыворазрядителя эквивалентное значение диаметра D определяют по формуле:

D = 4 · F /П (3.1)

где F – площадь проходного сечения взрыворазрядителя, м²;

П – периметр проходного сечения взрыворазрядителя, м.

Опыт эксплуатации мембранных взрыворазрядителей шиберного типа выявил ряд недостатков в их конструкции:

• взрыворазрядитель не обеспечивает полной герметизации защищаемого оборудования;

• мембрана из алюминиевой фольги толщиной 0,04 мм быстро разрывается, что приводит к нарушению нормального режима работы аспирационных сетей и пылевыделению;

• конструкция не позволяет производить осмотр мембраны в рабочем положении, сложна в изготовлении и эксплуатации.

При использовании предохранительных мембран другого типа или из других материалов расчет взрыворазрядителей должен быть проведен при условии определения статического давления их вскрытия, рекомендуемые значения которого составляют 10…15 кПа. Отводящие трубопроводы взрыворазрядителей должны быть прямыми, минимальной длины. Общая длина трубопровода от корпуса защищаемого оборудования до наружного среза не должна превышать 12 м. В качестве отводящих трубопроводов взрыворазрядителей рекомендуется использовать стальные сварные трубы с толщиной стенок не менее 1,0 мм или трубы любых типов, выдерживающие остаточное давление взрыва. Внутренний диаметр отводящего трубопровода должен быть не менее диаметра проходного сечения взрыворазрядителя. При вертикальном выведении из здания отводящего трубопровода на его срезе для защиты от атмосферных осадков устанавливают диффузор с зонтом. Отводящие трубопроводы от нескольких единиц оборудования допускается объединять в единый коллектор, диаметр которого должен быть не менее наибольшего диаметра трубопроводов из числа объединяемых в коллектор.

Взрыворазрядителями защищают оборудование, в котором обращаются горючие вещества органического или неорганического происхождения – молотковые дробилки, нории, фильтры и циклоны аспирационных установок, рециркуляционные зерносушилки с камерами нагрева, шахтные зерносушилки с подогревателями, каскадные нагреватели. Устанавливают взрыворазрядители на действующих предприятиях в плановом порядке по технической документации, согласованной с вышестоящей организацией, при проведении капитальных ремонтов, техническом перевооружении и реконструкции. [1, с. 219-224]

3.2.1. Расчет площади проходных сечений взрыворазрядителей

Площадь (F, м²) проходных сечений взрыворазрядителей рассчитывают из условия, что остаточное давление взрыва (_∆P) не должно превышать допустимого значения (_∆P_доп), определяемого прочностью конструкции защищаемого оборудования:

_∆P ≤ _∆P_доп (3.2)