Категорії зовнішніх установок за вибухопожежною і пожежною

небезпекою

Категорія зовнішньої установки

Критерії віднесення зовнішньої установки до тієї або іншої категорії за пожежною небезпекою

Аз вибухо- пожежо- небез- печна

Установка відноситься до категорії А3 якщо в ній знаходяться (обертаються) горючі гази; легкозаймисті рідини з температурою спалаху не більше 28°С;

речовини і (або) матеріали, які здатні вибухати і горіти при взаємодії з водою, киснем повітря і (або) один з одним. При цьому горизонтальний розмір зони, що обмежує газо-, пароповітряні суміші із концентрацією горючої речовини вище нижньої концентраційної межі поширення полум'я (СНКМП), перевищує 30 м (цей критерій застосовується тільки для горючих газів і парів) і (або) розрахунковий надлишковий тиск вибуху, що розвивається в разі згоряння газо-, пароповітряних сумішей, речовин і (або) матеріалів, які здатні вибухати і горіти при взаємодії з водою, киснем повітря і (або) один з одним, перевищує 5 кПа на відстані 30 м від зовнішньої установки.

БЗ

вибухо- пожежо-

небез- печна

Установка відноситься до категорії Б3, якщо в ній знаходяться (обертаються) горючий пил і (або) волокна; легкозаймисті рідини з температурою спалаху більше 28°С; горючі рідини. При цьому горизонтальний розмір зони, що обмежує пароповітряні суміші із концентрацією горючої речовини вище нижньої концентраційної межі поширення полум'я (СНКМП), перевищує 30 м (цей критерій застосовується тільки для горючих парів) і (або) розрахунковий надлишковий тиск вибуху, що розвивається у разі займання пило-, пароповітряних сумішей перевищує 5 кПа на відстані 30 м від зовнішньої установки.

В₃ пожежо-

небез- печна

Установка відноситься до категорії В3, якщо в ній знаходяться (обертаються) горючі гази, легкозаймисті, горючі і (або) важкогорючі рідини, тверді горючі і (або) важкогорючі речовини і (або) матеріали (включно з горючим пилом і (або) волокнами), а також речовини і (або) матеріали, які здатні вибухати і горіти або тільки горіти під час взаємодії з водою, киснем повітря і (або) один з одним, за умови, що установка не відноситься до категорій Аз, або Бз. При цьому інтенсивність теплового випромінювання від вогнища пожежі перевищує 4 кВт·м^–2 на відстані 30 м від зовнішньої установки.

Г3

помірно- пожежо-

небез- печна

Установка відноситься до категорії Г₃, якщо в ній знаходяться (обертаються) негорючі речовини і (або) матеріали в гарячому, розпеченому і (або) розплавленому стані, процес обробки яких супроводжується виділенням променистого тепла, іскор і (або) полум'я, а також горючі гази, рідини і (або) тверді речовини, які спалюються або утилізуються як паливо

Д₃ знижено-

пожежо- небез- печна

Установка відноситься до категорії Д3, якщо вона не відноситься до категорій А3, Б3, В3 або Г₃.

Визначення категорій зовнішніх установок слід здійснювати шляхом послідовної перевірки їх належності до категорій, які наведені у таблиці 6.5 від вищої (А_з) до нижчої (Д_з). У таблиці 6.5 одними з критеріїв, за яким зовнішня установка відноситься до певної категорії, є горизонтальний розмір зони, що

обмежує газо-, пароповітряні суміші із концентрацією горючої речовини вище нижньої концентраційної межі поширення полум'я (СНКМП), розрахунковий надлишковий тиск, що розвивається у разі займання газо-, паро- або пилоповітряних сумішей, та інтенсивність теплового випромінювання від вогнища пожежі.

Методики розрахунку значень критеріїв вибухопожежної і пожежної небезпеки зовнішніх установок

У якості розрахункового варіанта слід обирати найбільш несприятливий варіант аварії або період нормальної роботи апаратів, при якому у вибуху бере участь найбільша кількість найбільш небезпечних речовин чи матеріалів.

Кількість речовин, які надійшли, і які можуть утворювати горючі газоповітряні або пароповітряні суміші, визначається виходячи з таких передумов:

а) відбувається розрахункова аварія одного з апаратів;

б) весь вміст апарата надходить до навколишнього простору;

в) відбувається одночасно витік речовин із трубопроводів, які живлять апарат за прямим та зворотнім потоком протягом часу, який необхідний для перекривання трубопроводів.

Розрахунковий час перекривання трубопроводів визначається в кожному конкретному випадку, виходячи з реальної обстановки, і має бути мінімальним з урахуванням паспортних даних на запірні пристрої, характеру технологічного процесу та виду розрахункової аварії.

Розрахунковий час перекривання трубопроводів слід приймати рівним:

 часу спрацювання системи автоматики перекривання трубопроводів відповідно до паспортних даних установки, якщо забезпечується резервування її елементів;

 120 с, якщо у системі автоматики не забезпечується резервування її елементів;

 300 с, у разі ручного перекривання.

Не допускається використання технічних засобів для перекривання трубопроводів, для яких час перекривання перевищує наведені вище значення.

Під "часом спрацьовування" і "часом перекривання" слід розуміти проміжок часу від початку можливого надходження горючої речовини з трубопроводу (перфорація, розрив, змінення номінального тиску тощо) до повного припинення надходження газу або рідини назовні. Швидкодіючі клапани-відсікачі мають автоматично перекривати подачу газу або рідини у разі порушення електропостачання.

г) відбувається випаровування з поверхні рідини, що розлилася; площа випаровування при розливі на горизонтальну поверхню визначається (у разі відсутності довідкових або інших експериментальних даних), виходячи з розрахунку, що 1 л сумішей і розчинів, які містять 70% і менше (за масою) розчинників, розливається на площі 0,1 м², а інших рідин – на 0,15 м²;

д) відбувається також випаровування рідин з посудин, які експлуатуються з відкритим дзеркалом рідини, та з свіжопофарбованих поверхонь;

є) тривалість випаровування рідини приймається рівною часу її повного випаровування, але не більше 3600 с.

Масу газу т, кг, що надійшов у навколишній простір під час розрахункової аварії, визначають за формулою:



V_a V_т



_г

m   ρ , (6.26) де V_а – об'єм газу, що вийшов з апарата, м³; V_т – об'єм газу, що вийшов з трубопроводу, м³; ρ_г – густина газу, кгм^3. При цьому:

V P P V

V P _i

o i

a   0,01  (6.27) де P_i – тиск в апараті, кПа; V – об'єм апарата, м³;

т т

т V V

V  ₁  ₂ , (6.28) де V_1т– об'єм газу, що вийшов із трубопроводу до його перекривання, м³ ;V_2т – об'єм газу, що вийшов із трубопроводу після його перекривання, м³;

V_1т qT, (6.29) де q – витрати газу, які відповідно до технологічного регламенту залежать від тиску в трубопроводі, його діаметра, температури газового середовища тощо, м/с; Т – час, с.



_{n n}



т , P r L r L ... r L

V₂ 001π ₂ ₁² ₁  ₂² ₂   ² (6.30) де Р₂ – максимальний тиск у трубопроводі за технологічним регламентом, кПа;

r – внутрішній радіус трубопроводів, м; L – довжина трубопроводів від аварійного апарата до засувок, м.

Маса парів рідини m, кг, які надійшли у довкілля за наявності декількох джерел випаровування (поверхня розлитої рідини, поверхня зі свіжо нанесеної рідини, відкриті посудини тощо), визначається за формулою:

перег. пов.

ємк.

р m m m

m

m    (6.31) де т_р – маса рідини, що випарувалася з поверхні розливу, кг; т_ємк – маса рідини, що випарувалася з поверхонь відкритих посудин, кг; тпов. – маса рідини, що випарувалася з поверхонь, на які нанесена рідина, що застосовується, кг; т_перег. – маса рідини, що випарувалася у довкілля простір у випадку її перегрівання, кг.

При цьому, кожну з складових у формулі (6.31) визначають з рівняння:

T F



W

m (6.32) де W – інтенсивність випаровування, кг/см²; F – площа випаровування, м², що визначається залежно від маси рідини m, яка вийшла у навколишній простір; Т –- тривалість надходження парів легкозаймистих та горючих рідин до навколишнього простору, с.

Величину т_пер визначають за формулою (при Т_а> Т_кип):

m_пер=min







   

 _п

вип кип а p

П m

L T С T

m 2 ( )

; 8 ,

0 (6.33)

де т_П – маса перегрітої рідини, що вийшла назовні, кг; С_р – питома теплоємність рідини при температурі перегрівання рідини Т_а, –Джкг^1К^1; Т_а – температура перегрітої рідини відповідно до технологічного регламенту в технологічному апараті або обладнанні, К; Т_кип – нормальна температура кипіння рідини, К; L_еип – питома теплота випаровування рідини при температурі перегріву рідини Та, Джкг^1.

Якщо аварійна ситуація пов'язана з можливим надходженням рідини у розпиленому стані, то вона має бути врахована у формулі (6.30) шляхом введення додаткової складової, що враховує загальну масу рідини, яка надійшла від пристроїв, що розпорошують, виходячи з тривалості їхньої роботи.

Інтенсивність випаровування W визначають за довідковими та експериментальними даними. Для ненагрітих ЛЗР, у разі відсутності даних, допускається розраховувати W за формулою:

PH

M

W 10^6   , (6.34) де М – молярна маса, г-моль^-1; Р_Н – тиск насиченої пари при розрахунковій температурі рідини, кПа.

Для скраплених вуглеводневих газів (СВГ), у разі відсутності даних допускається розраховувати питому масу випаруваного СВГ т_зв, з проливу, кг/м² , за формулою:

Re ) 1 , 2 5

( ) (

m_{свг 0}

d t a

T t L T

M в

ТВ Г

вип





 

 









 

  (6.35) де М – молярна маса СВГ, кг·моль^-1; L_вип – мольна теплота випаровування СВГ при початковій температурі ТГ, Джмоль^1; То – початкова температура матеріалу, на поверхню якого розливається СВГ, К; Т_Г – початкова температура СВГ, К; λ_ТВ – коефіцієнт теплопровідності матеріалу, на поверхню якого розливається СВГ, Втм^1К^1;

ТВ ТМ

ТВ

a C





  – коефіцієнт температуропровідності матеріалу, на поверхню якого розливається СВГ, м²с^1; С_ТМ – теплоємність матеріалу, на поверхню якого розливається СВГ, Джкг^1К^1; ρ_ТВ – густина матеріалу, на поверхню якого розливається СВГ, кг/м³; t – поточний час, с, який приймається рівним часу повного випаровування СВГ, але не більше 3600

с; v

d Re U

 число Рейнольдса; U – швидкість повітряного потоку, м/с¹;

π Fв

d 

 4

– характерний розмір розливу СВГ, м; ν – кінематична в'язкість повітря, м²/с; _у –- коефіцієнт теплопровідності повітря, Джкг^1К^1.

Формула (30) справедлива для СВГ з температурою Т_г < Т_кип При температурі СВГ Т_Г > Т_кип додатково розраховується маса перегрітих СВГ т_пер за формулою (32).

Розрахунок значень критеріїв вибухопожежної і пожежної небезпеки для горючих газів і парів

Розрахунок горизонтальних розмірів зон

Розрахунок горизонтальних розмірів зон, що обмежують газо- і пароповітряні суміші з концентрацією горючої речовини вище нижньої концентраційної межі поширення полум'я (С_нкмп) у разі аварійного надходження до відкритого простору

обчислюють за формулами:

 для горючих газів (ГГ):

333 , 0

5632 ,

14 

 





 



НКМП Г

Г

НКМП С

R m

 (6.36)

 для парів нагрітих легкозаймистих рідин (ЛЗР) :

333 , 0 813

, 0

1501 ,

3 

 





 



 









Н П

П НКМР

Н

НКМП Р

т С

К Р

R  (6.37)

 _P

П

Г V t

М





 

00367 , 0

0 1

 , (6.38) де т_Г – маса ГГ, що надійшли до відкритого простору під час аварійної ситуації, кг; ρ_г – густина ГГ при розрахунковій температурі й атмосферному тиску, кг/м³ ; т_П – маса парів ЛЗР, що надійшли до відкритого простору за час повного випаровування, але не більше 3600 с, кг; ρП – густина парів ЛЗР при розрахунковій температурі й атмосферному тиску, кг/м³; Рн – тиск насичених парів ЛЗР при розрахунковій температурі, кПа; К – коефіцієнт, що приймається рівним К=Т/3600 для ЛЗР; Т– тривалість надходження парів ЛЗР до відкритого простору, с; С_нкмп – нижня концентраційна межа поширення полум'я ГГ або парів ЛЗР, % (об.); М – молярна маса, кг/кмоль; V_о – мольний об'єм, рівний 22,413 м³/кмоль; t_р – розрахункова температура, °С. У якості розрахункової температури слід приймати максимально можливу температуру повітря у відповідній кліматичній зоні або максимально можливу температуру повітря за технологічним регламентом з урахуванням можливого підвищення температури у випадку аварійної ситуації. Якщо такого значення розрахункової температури t_Р, за будь-якими причинами визначити не вдасться, допускається приймати її рівною 61 °С.

За початок відліку горизонтального розміру зони приймають зовнішні габаритні розміри апаратів, установок, трубопроводів тощо. У всіх випадках значення R_ркнп повинно бути не менше 0,3 м для ГГ і ЛЗР.

Розрахунок надлишкового тиску вибуху та імпульсу хвилі тиску у разі згоряння сумішей горючих газів і парів з повітрям у відкритому просторі

Виходячи з розглянутого сценарію аварії, визначається маса т, кг, горючих газів і (або) парів, що потрапили до атмосфери з технологічного апарата.

Величину надлишкового тиску Р, кПа, що розвивається у разі згоряння газопароповітряних сумішей, визначають за формулою:



^{033 066 2 3}



0 0,8 m /r 3 m / r 5 m / r

P

P , ПР ^, _ПР

ПР    







Δ (6.39)

де Р0 – атмосферний тиск, кПа (допускається приймати таким, що дорівнює 101 кПа); r – відстань від геометричного центра газопароповітряної хмари, м; т_пр – приведена маса газу або пари, кг, обчислюється за формулою:



Q / Q



m Z

m_ПР  _{H 0}   (6.40) де Q – питома теплота згоряння газу або пари, Дж/кг; Z – коефіцієнт участі горючих газів і парів у горінні, який допускається приймати рівним 0,1; Q – константа, рівна 4,5210⁶ Дж/кг; т – маса горючих газів і (або) парів, які надійшли в результаті аварії до навколишнього простору, кг.

Величину імпульсу хвилі тиску i, Пас, обчислюють за формулою:

r m 123 ^0,66_пр



i (6.41) де r – відстань від геометричного центра газопароповітряної хмари, м; т_пр – приведена маса газу або пари, кг.

Розрахунок значень критеріїв пожежної небезпеки для горючого пилу Як розрахунковий варіант аварії для визначення критеріїв пожежної небезпеки для горючого пилу слід вибирати найбільш несприятливий варіант аварії або період нормальної роботи апаратів, при якому в горінні пилоповітряної суміші бере участь найбільша кількість речовин або матеріалів, які є найбільш небезпечні щодо наслідків такого горіння.

Кількість речовин, які вийшли з установки і можуть утворювати горючі пилоповітряні суміші, визначають, виходячи з того, що в момент розрахункової аварії відбулася планова (ремонтні роботи) або раптова розгерметизація одного з технологічних апаратів, за якої відбувся аварійний викид у довкілля пилу, який обертався в апараті.

Розрахункову масу пилу, що надійшов у довкілля у разі розрахункової аварії, визначають за формулою:

ав

зв m

m

m  , (6.42) де m – розрахункова маса горючого пилу, який надійшов у довкілля, кг, m_зв – розрахункова маса пилу, який завихрився, кг; m_ав – розрахункова маса пилу, який надійшов в результаті аварійної ситуації, кг.

Величина m_зв визначається за формулою:

п звж г

зв К К m

m    , (6.43) де К_г – частка горючого пилу в загальній масі відкладень пилу; К_звж – частка відкладеного поблизу апарата пилу, який здатен перейти у зважений стан в результаті аварійної ситуації. У разі відсутності експериментальних даних про величину К_звж допускається приймати К_звж = 0,9; mп – маса пилу, який відклався поблизу апарата до моменту аварії, кг.

Величина m_ав визначається за формулою:



_ап



_п

ав m К

m  qТ  , (6.44) де m_ап – маса горючого пилу, що викидається у довкілля у разі розгерметизації технологічного апарата, кг, за відсутності обмежуючих викид пилу інженерних пристроїв слід вважати, що у момент розрахункової аварії відбувається аварійний викид у довкілля всього пилу, який знаходився в апараті; q – витрата, з якою продовжується надходження пилоподібних речовин до аварійного апарата по трубопроводах до моменту їх перекривання, кгс^1; Т – розрахунковий час перекривання, с, який визначається у кожному конкретному випадку, виходячи з реальної обстановки, слід приймати таким, що дорівнює часу спрацьовування системи автоматики, якщо ймовірність її відмови не перевищує 0,000001 на рік або забезпечується резервування її елементів (але не більше 120 с); 120 с, у разі якщо ймовірність відмови системи автоматики перевищує 0,000001 на рік і не забезпечується резервування її елементів; 300 с у разі ручного перекривання; К_п – коефіцієнт пилення, який є відношенням маси завислого у повітрі пилу до всієї маси пилу, який вийшов з апарата. У разі відсутності експериментальних даних щодо значення К_п допускається приймати його: 0,5 – для пилу з дисперсністю не менше 350 мкм; 1,0 – для пилу з дисперсністю менше 350 мкм.

Надлишковий тиск ΔP для горючого пилу розраховується у такий спосіб:

а) визначають приведену масу горючого пилу тпр, кг, за формулою:

ТО Т

H H Z

 m

m_пр , (6.45) де m – маса горючого пилу, який надійшов в результаті аварії у довкілля, кг;

Z – коефіцієнт участі пилу в горінні, значення якого допускається приймати рівним 0,1. В окремих обґрунтованих випадках величина Z може бути зменшена, але не менше ніж до 0,02; H_Т – теплота згоряння пилу, Джкг^1; H_ТО – константа, яка приймається рівною 4,6·10⁶ Джкг^1.

б) обчислюють розрахунковий надлишковий тиск ΔP, кПа, за формулою:



^{033 066 2 3}



0 0,8 m /r 3 m /r 5 m /r

P

P , ПР ^, _ПР

ПР    







Δ , (6.46)

де r – відстань від центра пилоповітряної хмари, м. Допускається вимірювати величину r від геометричного центра технологічної установки: P_O – атмосферний тиск, кПа.

Значення імпульсу хвилі тиску і Пас, обчислюють за формулою:

r 123 ^0,66_пр

i  ^m , (6.47) де r – відстань від центра пилоповітряної хмари, м; т_пр – приведена маса горючого пилу, кг.

Методика розрахунку інтенсивності теплового випромінювання

Інтенсивність теплового випромінювання розраховують для двох випадків пожежі (або для того з них, який може бути реалізований у цій технологічній установці):

 пожежа розливів ЛЗР, ГР або горіння твердих горючих матеріалів (включаючи горіння пилу);

 "вогненна куля" – великомасштабне дифузійне горіння, що реалізується у разі розриву резервуара з горючою рідиною або газом під тиском із займанням вмісту резервуара.

Якщо можлива реалізація обох варіантів, то під час оцінки значень критерію пожежної небезпеки, враховується найбільше з двох значень інтенсивності теплового випромінювання.

Інтенсивність теплового випромінювання q, кВтм^2, для пожежі розливу рідини або при горінні твердих матеріалів обчислюють за формулою:

τ



 E_{f q}

q F , (6.48) де Е_f- – середньоповерхнева густина теплового потоку випромінювання з полум'я, кВт*м^-2; Fq – кутовий коефіцієнт опромінення;  – коефіцієнт пропускання теплового випромінювання крізь атмосферу.

Значення Еf приймається на основі наявних експериментальних даних. Для деяких рідких вуглеводневих палив зазначені дані наведені у таблиці 8.

У разі відсутності даних допускається приймати величину Еf рівною: 100

2

м

кВт для СВГ; 40 кВтм^2 для нафтопродуктів; 40 кВтм^2 для твердих матеріалів.

Таблиця 6.6

In document (1)Державна служба з надзвичайних ситуацій України Львівський державний університет безпеки життєдіяльності Надія ФЕРЕНЦ, Юрій ПАВЛЮК ПОЖЕЖНА ПРОФІЛАКТИКА ТЕХНОЛОГІЧНИХ ПРОЦЕСІВ Підручник Львів 2019 (2)УДК 81'25 ББК 81.18 Ф 87 Ференц, Надія Олександрівна (сторінка 133-140)