Определение категорий наружных установок по взрывопожарной и пожарной опасности расчетными методами.

 

Определение категорий наружных установок следует осуществлять путем последовательной проверки их принадлежности к категориям, приведенным в табл. 8, от высшей (А Н) к низшей (Д Н).

В случае, если из-за отсутствия данных представляется невозможным оценить величину индивидуального риска, допускается использование вместо нее следующих критериев.

Таблица 8

Категория наружной установки	Критерии отнесения наружной установки к той или иной категории по пожарной опасности
повышенная взрывопожароопасность (АН)	Установка относится к категории АН, если в ней присутствуют (хранятся, перерабатываются, транспортируются) горючие газы, легковоспламеняющиеся жидкости с температурой вспышки не более 28оС, вещества и (или) материалы, способные гореть при взаимодействии с водой, кислородом воздуха и (или) друг с другом (при условии, что величина пожарного риска при возможном сгорании указанных веществ с образованием волн давления превышает одну миллионную в год на расстоянии 30 метров от наружной установки).
взрывопожароопасность (БН)	Установка относится к категории БН, если в ней присутствуют, хранятся, перерабатываются или транспортируются горючие пыли и (или) волокна, легковоспламеняющиеся жидкости с температурой вспышки более 28оС, горючие жидкости (при условии, что величина пожарного риска при возможном сгорании пыле- и (или) паровоздушных смесей с образованием волн давления превышает одну миллионную в год на расстоянии 30 метров от наружной установки).
пожароопасность (ВН)	Установка относится к категории ВН, если в ней присутствуют (хранятся, перерабатываются, транспортируются) горючие и (или) трудногорючие жидкости, твердые горючие и (или) трудногорючие вещества и (или) материалы (в том числе пыли и (или) волокна), вещества и (или) материалы, способные при взаимодействии с водой, кислородом воздуха и (или) друг с другом гореть, и если не реализуются критерии, позволяющие отнести установку к категории АН или БН (при условии, что величина пожарного риска при возможном сгорании указанных веществ и (или) материалов превышает одну миллионную в год на расстоянии 30 метров от наружной установки).
умеренная пожароопасность (ГН)	Установка относится к категории ГН, если в ней присутствуют (хранятся, перерабатываются, транспортируются) негорючие вещества и (или) материалы в горячем, раскаленном и (или) расплавленном состоянии, процесс обработки которых сопровождается выделением лучистого тепла, искр и (или) пламени, а также горючие газы, жидкости и (или) твердые вещества, которые сжигаются или утилизируются в качестве топлива.
пониженная пожароопасность (ДН)	Установка относится к категории ДН, если в ней присутствуют (хранятся, перерабатываются, транспортируются) в основном негорючие вещества и (или) материалы в холодном состоянии и если по перечисленным выше критериям она не относится к категории АН, БН, ВН или ГН.

Примечание: Для категорий АН и БН. горизонтальный размер зоны, ограничивающей газопаровоздушные смеси с концентрацией горючего выше нижнего концентрационного предела распространения пламени (НКПР), превышает 30 м (данный критерий применяется только для горючих газов и паров) и/или расчетное избыточное давление при сгорании газо -, паро- или пылевоздушной смеси на расстоянии 30 м от наружной установки превышает 5 кПа.

Для категории ВН. интенсивность теплового излучения от очага пожара веществ и/или материалов, указанных для категории ВН, на расстоянии 30 м от наружной установки превышает 4 кВт∙м².

 

Методы расчета значений критериев пожарной опасности наружных установок

Выбор и обоснование расчетного варианта

Выбор расчетного варианта следует осуществлять с учетом годовой частоты реализации и последствий тех или иных аварийных ситуаций. В качестве расчетного для вычисления критериев пожарной опасности для горючих газов и паров следует принимать вариант аварии, для которого произведение годовой частоты реализации этого варианта Q _w и расчетного избыточного давления Δ Р при сгорании газопаровоздушных смесей в случае реализации указанного варианта максимально, то есть:

     (73)

При невозможности реализации описанного выше метода в качестве расчетного следует выбирать наиболее неблагоприятный вариант аварии или период нормальной работы аппаратов, при котором в образовании горючих газопаровоздушных смесей участвует наибольшее количество газов и паров, наиболее опасных в отношении последствий сгорания этих смесей.

Количество поступивших веществ, которые могут образовывать горючие газовоздушные или паровоздушные смеси, определяется, исходя из следующих предпосылок:

а) происходит расчетная авария одного из аппаратов (в зависимости от того, какой из подходов к определению расчетного варианта аварии принят за основу);

б) все содержимое аппарата поступает в окружающее пространство;

в) происходит одновременно утечка веществ из трубопроводов, питающих аппарат по прямому и обратному потоку в течение времени, необходимого для отключения трубопроводов.

Расчетное время отключения трубопроводов определяется в каждом конкретном случае, исходя из реальной обстановки, и должно быть минимальным с учетом паспортных данных на запорные устройства, характера технологического процесса и вида расчетной аварии.

Расчетное время отключения трубопроводов следует принимать равным:

времени срабатывания систем автоматики отключения трубопроводов согласно паспортным данным установки, если вероятность отказа системы автоматики не превышает 0,000001 в год или обеспечено резервирование ее элементов (но не более 120 с);

- 120 с, если вероятность отказа системы автоматики превышает 0,000001 в год и не обеспечено резервирование ее элементов;

- 300 с, при ручном отключении.

Не допускается использование технических средств для отключения трубопроводов, для которых время отключения превышает приведенные выше значения.

Под “временем срабатывания” и “временем отключения” следует понимать промежуток времени от начала возможного поступления горючего вещества из трубопровода (перфорация, разрыв, изменение номинального давления и т. п.) до полного прекращения поступления газа или жидкости в окружающее пространство. Быстродействующие клапаны-отсекатели должны автоматически перекрывать подачу газа или жидкости при нарушении электроснабжения.

В исключительных случаях в установленном порядке допускается превышение приведенных выше значений времени отключения трубопроводов специальным решением соответствующих министерств или ведомств по согласованию с Госгортехнадзором России на подконтрольных ему производствах и предприятиях и МЧС России;

г) происходит испарение с поверхности разлившейся жидкости; площадь испарения при разливе на горизонтальную поверхность определяется (при отсутствии справочных или иных экспериментальных данных), исходя из расчета, что 1 л смесей и растворов, содержащих 70 % и менее (по массе) растворителей, разливается на площади 0,10 м², а остальных жидкостей – на 0,15 м²;

д) происходит также испарение жидкостей из емкостей, эксплуатируемых с открытым зеркалом жидкости, и со свежеокрашенных поверхностей;

е) длительность испарения жидкости принимается равной времени ее полного испарения, но не более 3600 с.

Масса газа m, кг, поступившего в окружающее пространство при расчетной аварии, определяется по формуле

m =(V _a+ V _т)· r _г, (74)

где V_a – объем газа, вышедшего из аппарата, м³; V_т – объем газа вышедшего из трубопровода, м³; r _г - плотность газа, кг× м^-3.

 

При этом

V _a=0,01· Р _1· V, (75)

где Р₁ – давление в аппарате, кПа; V – объем аппарата, м³;

V _т= V _1т+ V _2т, (76)

где V_1т – объем газа, вышедшего из трубопровода до его отключения, м³; V_2т – объем газа, вышедшего из трубопровода после его отключения, м³;

V _1т= q× T, (77)

где q – расход газа, определяемый в соответствии с технологическим регламентом в зависимости от давления в трубопроводе, его диаметра, температуры газовой среды и т. д., м^3× с^-1; Т – время, с;

 

⁽⁷⁸⁾

где Р₂ – максимальное давление в трубопроводе по технологическому регламенту, кПа; r – внутренний радиус трубопроводов, м; L – длина трубопроводов от аварийного аппарата до задвижек, м.

 

Масса паров жидкости m, кг, поступивших в окружающее пространство при наличии нескольких источников испарения (поверхность разлитой жидкости, поверхность со свеженанесенным составом, открытые емкости и т. п.), определяется из выражения

m = m _р+ m _емк+ m _св.окр+ m _пер, (79)

где m_р – масса жидкости, испарившейся с поверхности разлива, кг; m_емк – масса жидкости, испарившейся с поверхностей открытых емкостей, кг; m_св.окр – масса жидкости, испарившейся с поверхностей, на которые нанесен применяемый состав, кг; m_пер – масса жидкости, испарившейся в окружающее пространство в случае ее перегрева, кг.

 

При этом каждое из слагаемых (m _р, m _емк, m _св.окp) в формуле (79) определяют из выражения

m = W× F _{и ×} Т, (80)

где W – интенсивность испарения, кг× с^-1× м^-2; F_и – площадь испарения, м², в зависимости от массы жидкости m_п, вышедшей в окружающее пространство; Т – продолжительность поступления паров легковоспламеняющихся и горючих жидкостей в окружающее пространство, с.

 

Величину m _пер определяют по формуле (при Т _а> Т _кип)

 

  ⁽⁸¹⁾

где m_П – масса вышедшей перегретой жидкости, кг; С_р –удельная теплоемкость жидкости при температуре перегрева жидкости Т_а, Дж× кг^-1 К^-1; Т_а – температура перегретой жидкости в соответствии с технологическим регламентом в технологическом аппарате или оборудовании, К; Т_кип – нормальная температура кипения жидкости, К; L_исп – удельная теплота испарения жидкости при температуре перегрева жидкости Т_а, Дж× кг^-1.

 

Если аварийная ситуация связана с возможным поступлением жидкости в распыленном состоянии, то она должна быть учтена в формуле (79) введением дополнительного слагаемого, учитывающего общую массу поступившей жидкости от распыляющих устройств, исходя из продолжительности их работы.

Интенсивность испарения W определяется по справочным и экспериментальным данным. Для ненагретых ЛВЖ при отсутствии данных допускается рассчитывать W по формуле

, (82)

где М – молярная масса, г× моль^-1; Р_Н – давление насыщенного пара при расчетной температуре жидкости, определяемое по справочным данным, кПа.

Для сжиженных углеводородных газов (СУГ) при отсутствии данных допускается рассчитывать удельную массу испарившегося СУГ m _суг из пролива, кг× м^-2, по формуле

⁽⁸³⁾

где М – молярная масса СУГ, кг× моль^-1; L_исп – мольная теплота испарения СУГ при начальной температуре СУГ Т_ж, Дж× моль^-1; Т₀ – начальная температура материала, на поверхность которого разливается СУГ, К; Т_ж – начальная температура СУГ, К; l _ТВ – коэффициент теплопроводности материала, на поверхность которого разливается СУГ, Вт× м^-1× К^-1;

– коэффициент температуропроводности материала, на поверхность которого разливается СУГ, м^2× с^-1; С_тв – теплоемкость материала, на поверхность которого разливается СУГ, Дж× кг^-1× К^-1; r _тв – плотность материала, на поверхность которого разливается СУГ, кг× м^-3; t – текущее время, с, принимаемое равным времени полного испарения СУГ, но не более 3600 с; – число Рейнольдса; U – скорость воздушного потока, м× с^-1; – характерный размер пролива СУГ, м; v_в – кинематическая вязкость воздуха, м^2× с^-1; l _в – коэффициент теплопроводности воздуха, Вт× м^-1× К^-1.

Формула 83 справедлива для СУГ с температурой Т_ж £ Т_кип. При температуре СУГ Т_ж > Т_кип дополнительно рассчитывается масса перегретых СУГ m_пер по формуле 81.

Расчет горизонтальных размеров зон, ограничивающих газо- и паровоздушные смеси с концентрацией горючего выше НКПР, при аварийном поступлении горючих газов и паров ненагретых легковоспламеняющихся жидкостей в открытое пространство

Горизонтальные размеры зоны, м, ограничивающие область концентраций, превышающих нижний концентрационный предел распространения пламени (φ _нкпр), вычисляют по формуле для горючих газов (ГГ):

      ⁽⁸⁴⁾

  

где т_г – масса поступившего в открытое пространство ГГ при аварийной ситуации, кг;

φ_НКПР – нижний концентрационный предел распространения пламени ГГ или паров, % об;

ρ_г – плотность горючего газа при расчетной температуре и атмосферном давлении, кг/м³.

для паров ненагретых легковоспламеняющихся жидкостей (ЛВЖ):

        ⁽⁸⁵⁾

где т_п – масса паров ЛВЖ, поступивших в открытое пространство за время полного испарения, но не более 3600 с, кг;

ρ _п – плотность паров ЛВЖ при расчетной температуре, кг/м³;

Р _S – давление насыщенных паров ЛВЖ, кПа;

К – коэффициент (К = τ/3600);

τ – продолжительность поступления паров ЛВЖ при испарении, с;

φ_НКПР – нижний концентрационный предел распространения пламени ГГ или паров, % об;

За начало отсчета горизонтального размера зоны принимают внешние габаритные размеры аппаратов, установок, трубопроводов и т. п. Во всех случаях значение R_нкпр должно быть не менее 0,3 м для ГГ и ЛВЖ.

Расчет избыточного давления и импульса волны давления при сгорании смесей горючих газов и паров с воздухом в открытом пространстве

Исходя из рассматриваемого сценария аварии, определяется масса m, кг, горючих газов и (или) паров, вышедших в атмосферу из технологического аппарата, величину избыточного давления Δ Р, кПа, развиваемого при сгорании газопаровоздушных смесей, определяют по формуле:

          ⁽⁸⁶⁾

где Р₀ – атмосферное давление, кПа (допускается принимать равным 101 кПа);

r – расстояние от геометрического центра газопаровоздушного облака, м;

m _пр – приведенная масса газа или пара, кг.

Метод расчета значений критериев пожарной опасности для горючих пылей

В качестве расчетного варианта аварии для определения критериев пожарной опасности для горючих пылей следует выбирать наиболее неблагоприятный вариант аварии или период нормальной работы аппаратов, при котором в горении пылевоздушной смеси участвует наибольшее количество веществ или материалов, наиболее опасных в отношении последствий такого горения.

Количество поступивших веществ, которые могут образовывать горючие пылевоздушные смеси, определяется, исходя из предпосылки о том, что в момент расчетной аварии произошла плановая (ремонтные работы) или внезапная разгерметизация одного из технологических аппаратов, за которой последовал аварийный выброс в окружающее пространство находившейся в аппарате пыли.

Расчетная масса пыли, поступившей в окружающее пространство при расчетной аварии, определяется по формуле

  ⁽⁸⁷⁾

где М – расчетная масса поступившей в окружающее пространство горючей пыли, кг;

М _вз – расчетная масса взвихрившейся пыли, кг;

М _ав – расчетная масса пыли, поступившей в результате аварийной ситуации, кг.

 

Избыточное давление Δ Р для горючих пылей рассчитывается следующим образом:

а) определяют приведенную массу горючей пыли m _пр, кг, по формуле

         ⁽⁸⁸⁾

где M – масса горючей пыли, поступившей в результате аварии в окружающее пространство, кг;

Z – коэффициент участия пыли в горении, значение которого допускается принимать равным 0,1. В отдельных обоснованных случаях величина Z может быть снижена, но не менее чем до 0,02;

H _Т – теплота сгорания пыли, Дж/кг;

H _ТО – константа, принимаемая равной 4,6∙10⁶ Дж/кг.

 

б) вычисляют расчетное избыточное давление Р, кПа, по формуле

      ⁽⁸⁹⁾

где r – расстояние от центра пылевоздушного облака, м. Допускается отсчитывать величину r от геометрического центра технологической установки.

 

Метод расчета интенсивности теплового излучения

Интенсивность теплового излучения рассчитывают для двух случаев пожара (или для того из них, который может быть реализован в данной технологической установке):

– пожар проливов ЛВЖ, ГЖ или горение твердых горючих материалов (включая горение пыли);

– «огненный шар» – крупномасштабное диффузионное горение, реализуемое при разрыве резервуара с горючей жидкостью или газом под давлением с воспламенением содержимого резервуара.

Если возможна реализация обоих случаев, то при оценке значений критерия пожарной опасности учитывается наибольшая из двух величин интенсивности теплового излучения.

 

Метод оценки индивидуального риска

Настоящий метод применим для расчета величины индивидуального риска (далее по тексту - риска) на наружных установках при возникновении таких поражающих факторов, как избыточное давление, развиваемое при сгорании газо-, паро- или пылевоздушных смесей, и тепловое излучение при сгорании веществ и материалов.

Величину индивидуального риска R_B при сгорании газо-, паро- или пылевоздушных смесей рассчитывают по формуле:

       ⁽⁹⁰⁾

где Q_Bi – годовая частота возникновения i-й аварии с горением газо-, паро- или пылевоздушной смеси на рассматриваемой наружной установке, 1/год;

Q_BПi – условная вероятность поражения человека, находящегося на заданном расстоянии от наружной установки, избыточным давлением при реализации указанной аварии i-го типа;

п – количество типов рассматриваемых аварий.

Значения Q_Bi определяют из статистических данных или на основе методик, изложенных в нормативных документах, утвержденных в установленном порядке. В формуле допускается учитывать только одну наиболее неблагоприятную аварию, величина Q_B для которой принимается равной годовой частоте возникновения пожара с горением газо-, паро- или пылевоздушных смесей на наружной установке по нормативным документам, утвержденным в установленном порядке, а значение Q_BП вычислять, исходя из массы горючих веществ, вышедших в атмосферу.

Величину индивидуального риска R_п при возможном сгорании веществ и материалов для категории В_н, рассчитывают по формуле:

             ⁽⁹¹⁾

где Q_fi – годовая частота возникновения пожара на рассматриваемой наружной установке в случае аварии i-го типа, 1/год;

Q_fПi – условная вероятность поражения человека, находящегося на заданном расстоянии от наружной установки, тепловым излучением при реализации аварии i-го типа;

n – количество типов рассматриваемых аварий.