МЕТОДЫ РАСЧЕТА ЗНАЧЕНИЙ КРИТЕРИЕВ ПОЖАРНОЙ ОПАСНОСТИ ДЛЯ ГОРЮЧИХ ГАЗОВ И ПАРОВ

Выбор и обоснование расчетного варианта

3.1.1. Выбор расчетного варианта следует осуществлять с учетом вероятности 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 вероятности реализации этого варианта Q_w и расчетного избыточного давления D Р при сгорании газопаровоздушных смесей в случае реализации указанного варианта максимально, то есть:

G = Q_w х D P = max. (3.1.1)

Расчет величины G производится следующим образом:

a) рассматриваются различные варианты аварии и определяются из статистических данных или на основе ГОСТ 12.1.004-91 вероятности аварий со сгоранием газопаровоздушных смесей Q_wi для этих вариантов;

б) для каждого из рассматриваемых вариантов определяются по изложенной ниже методике значения расчетного избыточного давления D Р_i;

в) вычисляются величины G_i = Q_wi х D P_i для каждого из рассматриваемых вариантов аварии, среди которых выбирается вариант с наибольшим значением G_i;

г) в качестве расчетного для определения критериев пожарной опасности принимается вариант, в котором величина G_i максимальна. При этом количество горючих газов и паров, вышедших в атмосферу, рассчитывается, исходя из рассматриваемого сценария аварии с учетом пп. 3.1.3-3.1.8.

3.1.2. 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. В этом случае количество газов и паров, вышедших в атмосферу, рассчитывается в соответствии с пп. 3.1.3-3.1.8.

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

а) происходит расчетная авария одного из аппаратов согласно п. 3.1.1 или п. 3.1.2 (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 cогласно 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 РФ на подконтрольных ему производствах и предприятиях и ГУГПС МВД 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.

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

m = (V_a + V_т) х r _г, (3.1.2)

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

При этом

V_a = 0,01 х P₁ х V, (3.1.3)

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

V_т = V_1т + V_2т, (3.1.4)

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 х T, (3.1.5)

где q - расход газа, определяемый в соответствии с технологическим регламентом в зависимости от давления в трубопроводе, его диаметра, температуры газовой среды и т. д., м³ х с^-1;
Т - время, определяемое по п. 3.1.3, с;

, (3.1.6)

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

3.1.5. 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, (3.1.7)

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.окр) в формуле (3.1.7) определяют из выражения

m = W х F_и? Т, (3.1.8)

где W - интенсивность испарения, кг х с^-1 х м^-2; F_и - площадь испарения, м², определяемая в соответствии с п. 3.1.3 в зависимости от массы жидкости m_п, вышедшей в окружающее пространство; Т - продолжительность поступления паров легковоспламеняющихся и горючих жидкостей в окружающее пространство согласно п. 3.1.3, с.

Величину m_пер определяют по формуле (при Т_а>Т_кип)

m_пер = min , (3.1.9)

где m_п - масса вышедшей перегретой жидкости, кг; С_р - удельная теплоемкость жидкости при температуре перегрева жидкости Т_а, Дж х кг^-1 х 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 х кг^-1.

Если аварийная ситуация связана с возможным поступлением жидкости в распыленном состоянии, то она должна быть учтена в формуле (3.1.7) введением дополнительного слагаемого, учитывающего общую массу поступившей жидкости от распыляющих устройств, исходя из продолжительности их работы.

3.1.6. Масса m_п вышедшей жидкости, кг, определяется в соответствии с п. 3.1.3.

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

(3.1.10)

где М - молярная масса, г х моль^-1; Р_н - давление насыщенного пара при расчетной температуре жидкости, определяемое по справочным данным в соответствии с требованиями п. 1.3, кПа.

3.1.8. Для сжиженных углеводородных газов (СУГ) при отсутствии данных допускается рассчитывать удельную массу испарившегося СУГ m_суг из пролива, кг х м^-2, по формуле

, (3.1.11)

где М - молярная масса СУГ, кг х моль^-1; L_исп - мольная теплота испарения СУГ при начальной температуре СУГ Т_ж, Дж х моль^-1;
Т_о - 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 х м^-1 х К^-1; а = - коэффициент температуропроводности материала, на поверхность которого разливается СУГ, м² х с^-1; С_тв - теплоемкость материала, на поверхность которого разливается СУГ, Дж х кг^-1 хК^-1; r _тв - плотность материала, на поверхность которого разливается СУГ, кг х м^-3; t - текущее время, с, принимаемое равным времени полного испарения СУГ, но не более 3600 с; Re = - число Рейнольдса; U - скорость воздушного потока, м х с^-1; - характерный размер пролива СУГ, м; n _в - кинематическая вязкость воздуха, м² х с^-1; l _в - коэффициент теплопроводности воздуха, Вт х м^-1 х К^-1.

Формула (3.1.11) 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 (3.1.9).

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

3.1.9. Горизонтальные размеры зоны, м, ограничивающие область концентраций, превышающих нижний концентрационный предел распространения пламени (С_нкпр), вычисляют по формулам:

- для горючих газов (ГГ):

R_НКПР = 14,5632 х ; (3.1.12)

- для паров ненагретых легковоспламеняющихся жидкостей (ЛВЖ):

R_НКПР = 3,1501 х O К х , (3.1.13)

r _г,п = ,

где m_г - масса поступивших в открытое пространство ГГ при аварийной ситуации, кг; r _г - плотность ГГ при расчетной температуре и атмосферном давлении, кг х м^-3; m_п - масса паров ЛВЖ, поступивших в открытое пространство за время полного испарения, но не более 3600 с, кг; r _п - плотность паров ЛВЖ при расчетной температуре и атмосферном давлении, кг х м^-3; Р_н - давление насыщенных паров ЛВЖ при расчетной температуре, кПа; К - коэффициент, принимаемый равным К = Т/3600 для ЛВЖ; Т - продолжительность поступления паров ЛВЖ в открытое пространство, с; С_нкпр - нижний концентрационный предел распространения пламени ГГ или паров ЛВЖ,
% (об.); М - молярная масса, кг х кмоль^-1; V₀ - мольный объем, равный 22,413 м³ х кмоль^-1; t_р - расчетная температура, ° С. В качестве расчетной температуры следует принимать максимально возможную температуру воздуха в соответствующей климатической зоне или максимально возможную температуру воздуха по технологическому регламенту с учетом возможного повышения температуры в аварийной ситуации. Если такого значения расчетной температуры t_р по каким-либо причинам определить не удается, допускается принимать ее равной 61 ° С.

3.1.10. 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

3.1.11. Исходя из рассматриваемого сценария аварии, определяется масса m, кг, горючих газов и (или) паров, вышедших в атмосферу из технологического аппарата в соответствии с пп. 3.1.3-3.1.8.

3.1.12. Величину избыточного давления D P, кПа, развиваемого при сгорании газопаровоздушных смесей, определяют по формуле

D P = P_0? (0,8m_пр^0,33/r + 3m_пр^0,66/r² + 5m_пр/r³), (3.1.14)

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, вычисляется по формуле

m_пр = (Q_cг/Q_о) х m х Z, (3.1.15)

где Q_cг - удельная теплота сгорания газа или пара, Дж х кг^-1;
Z - коэффициент участия горючих газов и паров в горении, который допускается принимать равным 0,1; Q_о - константа, равная 4,52 х 10⁶ Дж х кг^-1; m - масса горючих газов и (или) паров, поступивших в результате аварии в окружающее пространство, кг.

3.1.13. Величину импульса волны давления i, Па х с, вычисляют по формуле

i = 123 х m_пр^0,66 /r. (3.1.16)

Таким образом, большинство горючих веществ, независимо от их начального агрегатного состояния, при нагревании пере­ходят в газообразные продукты. Соприкасаясь с воздухом, они образуют горючие смеси, представляющие соответствующую пожарную опасность. Для воспламенения таких смесей не требуется мощного и длительно действующего источника воспламе­нения. Они воспламеняются даже от искры.

Жидкие горючие и легковоспламеняющиеся вещества (нефтепродукты, растительные масла, ароматические углеводороды, спирты, эфиры, альдегиды, кетоны, орга­нические кислоты и др.) при нагревании испаряются, и соответственно их температуре повышается давление.

•Легковоспламеняющиеся (ЛВЖ) и горючие (ГЖ) жидкости но степени пожарной опасности делятся на четыре класса (раз­ряда). К тому или иному классу ЛВЖ и ГЖ относятся в за­висимости от температуры вспышки их паров:

1-й класс — нефтепродукты и сырая нефть; температура вспышки паров 28° С и ниже;

2-й класс — нефтепродукты и сырая нефть; температура вспышки паров выше 28 до 45° С включительно;

3-й класс — нефтепродукты и сырая нефть; температура вспышки паров выше 45 до 120° С включительно;

4-й класс — нефтепродукты и сырая нефть; температура вспышки паров выше 120° С.

Горючие газы (водород, ацетилен, аммиак, коксовый, 1 енераторный, водяной, естественный и другие газы) обладают большей текучестью и диффузионной способностью, чем горючие жидкости. Поэтому образование горючей среды вне емкости, в которой находится газ, возможно в случаях выхода его через неплотности и повреждения емкости. Если выходящая при этом через неплотности струя газа сразу же будет воспламенена, взрывоопасные концентрации не возникнут, газ будет гореть, образуя факел пламени. Создание горючей среды внутри ем­кости с газом возможно только при достаточном количестве в пей воздуха.

Группа горючести. ВНИИПО подразделяет вещества и мате­риалы по горючести на: негорючие, трудногорючие и горючие.. последние в свою очередь делятся на легковоспламеняющиеся и трудновоспламеняющиеся.

Негорючими называются вещества и материалы, не i пособные к горению на воздухе.

Трудногорючими называются вещества и материалы, которые возгораются при действии источника зажигания, но не- i пособны к самостоятельному горению после его удаления.

Горючими называются вещества и материалы, способные - лмовозгораться, а также возгораться от источника зажигания и продолжать самостоятельно гореть после его удаления.

К трудновоспламеняющимся относятся горючие ве- щества и материалы с пониженной пожарной опасностью, кото­рые при хранении на открытом воздухе или в помещении не пособны возгораться даже при длительном воздействии мало­калорийного источника зажигания (пламени спички, искры, накаленного электропровода и т. п.). Такие вещества и материа­лы загораются от сравнительно мощного источника при нагре­вании их значительной части до температуры /воспламенения.

К легковоспламеняющимся относятся горючие ве­щества и материалы с повышенной пожарной опасностью, кото­рые при хранении на открытом воздухе или в помещении способ­ны без предварительного подогревания возгораться от кратко­временного воздействия малокалорийного источника зажигания.

Группу горючести веществ и материалов учитывают при раз­работке противопожарных норм и противопожарного режима.

На речном транспорте группу горючести используют при классификации опасных грузов, которые перевозят на судах.

Степень возгораемости строительных материалов и конструк­ции определяется в соответствии со «Строительными нормами и правилами» (СНиП) II-A.5-62 «Противопожарные требования. Основные положения проектирования».

Зона воспламенения газов и паров в воздухе. Зоной воспла­менения газов (паров) в воздухе называется область концент­рации данного газа в воздухе при атмосферном давлении 760 мм рт. ст., внутри которой смесь его с воздухом способна воспламеняться от внешнего источника зажигания с последую­щим распространением горения на весь объем смеси.

Наименьшее или наибольшее содержание газа (или пара) в воздухе (или кислороде), при котором возникшее от посторон­него источника зажигания пламя может распространиться неог­раниченно по всему объему смеси, называется концентра­ционным пределом воспламенения газов и паров Жидкостей.

Граничные концентрации зоны воспламенения называются соответственно верхним и нижним пределами вос­пламенения газов (паров) в воздухе. Величину ниж- -него предела воспламенения газов в воздухе учитывают при классификации производств по пожарной опасности в соответст­вии со СНиП II-M.2-62 «Производственные здания промышлен­ных предприятий. Нормы проектирования».

Величинами пределов воспламенения пользуются при расчете допустимых концентраций газов внутри взрывоопасных техноло­гических аппаратов, систем рекуперации, вентиляции, а также при установлении предельно допустимой взрывоопасной кон­центрации газов (паров) во время работы с огнем и искрящим инструментом.

Температурные пределы воспламенения паров в воздухе.

Температурными пределами воспламенения паров в воздухе называются такие температуры вещества, при которых его насыщенные пары, находясь в равновесии с жидкой или твердой фазой образуют в воздухе концентрации, равные соответственно нижнему или верхнему пределам воспламенения.

Значения температурных пределов воспламенения применяют мри расчете безопасных температурных режимов закрытых < апологических аппаратов с жидкостями и летучими твердыми п"ществами, работающих при атмосферном давлении.

Безопасной средой при образовании взрывоопасных паровоздушных смесей ВНИИПО считает температуру индивидуаль­ною вещества на 10° ниже нижнего или на 10° выше верхнего м-мпературных пределов воспламенения.

Если температурный режим аппарата находится в области "поеных температур или хотя бы на непродолжительное время совпадаетт с ней, ВНИИПО рекомендует предусматривать меры по флегматизации взрывоопасных паровоздушных смесей инерт­ными газами, специальными флегматизирующими веществами и in другими средствами.

Температура вспышки. Горючие газы и твердые измельченные вещества (пыль горючих веществ) образуют горючие смеси при иобой температуре, твердые вещества, а также жидкости — только при определенных температурах в границах минималь­ного (нижнего) и максимального (верхнего) концентрационных пределов.

При внесении искры, открытого огня в среду концентрации паров или газов, равной нижнему концентрационному пределу воспламенения, они вспыхивают, сам же продукт (горючее ве­щество) не воспламеняется.

Температура вспышки — самая низкая температу­ра горючего вещества, при которой над его поверхностью образуются пары или газы, способные вспыхивать в воздухе от постороннего источника зажигания; устойчивого горения веще­ства не возникает. При температуре вспышки мгновенно сгора­ет только образовавшаяся смесь паров или газов с воздухом.

Температура вспышки является основным показателем сте­пени огнеопасности горючих жидкостей и принята за основу их классификации по степени пожарной опасности. Ее учиты­вают при классификации производств, помещений и электроус- мновок по степени пожарной опасности в соответствии со

СНиП и Правилами устройства электроустановок (ПУЭ), при p i (работке противопожарных мероприятий в целях обеспечения пожарной безопасности и техники безопасности во время по­грузки, выгрузки, транспортировки, а также при зачистке, дегазации и и ремонте нефтеналивных судов.

Самонагревание. Все горючие вещества на воздухе при оп­ределенных температурах окисляются, выделяя при этом тепло, п н зависимости от их структуры и свойства, от скорости про­цесса выделения и отвода тепла способны самонагреваться.

Самонагревание некоторых веществ может происходить не только в результате окисления, а также и вследствие ряда фи­зических и биологических явлений. Температурой само­нагревания называется самая низкая температура, при которой в веществе или материале возникают практически различные экзотермические процессы окисления, разложения и т. п.

Температура самонагревания потенциально может представ­лять пожарную опасность. Величину ее используют при опреде­лении условий безопасного длительного (или постоянного) на­гревания вещества. Безопасной температурой постоянного на­гревания данного вещества или материала ВНИИПО считает температуру, не превышающую 90% величины температуры самонагревания. Процесс самонагревания при определенных ус­ловиях может перейти в горение. Эти условия создаются при температуре самовоспламенения вещества.

Самовоспламенение. Самовоспламенение — такое явление, когда при самой низкой температуре нагревания вещества без внешнего воздействия пламени или раскаленного тела про­исходит резкое увеличение скорости экзотермической реакции, приводящее к возникновению пламенного горения.

Температуру самовоспламенения газов и паров легковос­пламеняющихся жидкостей учитывают при их классификации на группы взрывоопасности во время выбора типа электрообо­рудования, температурных условий безопасного применения ве­щества при усиленном нагревании его; при вычислении мак­симально допустимой температуры нагревания неизолированных поверхностей технологического, электрического и другого обо­рудования; при расследовании причин пожаров, когда необходи­мо определить, могло ли самовоспламениться вещество от на­гретой поверхности.

Предельно допустимая температура безопасного нагревания неизолированных поверхностей технологического, электрическо­го и иного оборудования, по данным ВНИИПО, составляет 80% величины температуры самовоспламенения газов или паров, оп­ределяемой в градусах Цельсия.

Температуру самовоспламенения твердых веществ учитыва­ют при установлении причин пожаров, при выборе оптимальных режимов кратковременного нагревания веществ. Использовать ее для определения предельно допустимой температуры безопас­ного нагревания неизолированных поверхностей технологическо­го, электрического и другого оборудования нельзя.

Самовозгорание. Одни вещества загораются только при на­гревании до температуры самовоспламенения, а другие без нагревания, так как окружающая среда уже нагрела их до тем­пературы самовоспламенения.

Способность веществ загораться без нагревания в результа­те самонагревания их до возникновения горенйя называется самовозгораннем, а загорание веществ вследствие нагревания п\ г определенной температуры самовоспламенения — самовоспламенением.

Самовозгорание возможно в тех случаях, когда горючие материалы, пропитанные растительными маслами, в результате окисления жиров и масла выделяют значительное количество тепла вызывающего воспламенение как жиров, так и материалов.

Волокнистые материалы, пропитанные маслом (по степенипоглощения кислорода), имеют разную степень пожарной опас­ными Наиболее опасны: льняная олифа, ворвань, льняное, конопляное, ореховое и маковое масла; опасны — подсолнечное, тиковое, сурепное и касторовое масла; менее опасны — оливковое и костяное масла, гусиный жир, говяжье и баранье сало; малоопасны — коровье масло, пчелиный воск и кокосовое масло.

К числу самовозгорающихся веществ относятся: масла и жи­ры, сульфиды железа; растительные продукты; каменный уголь, и и>рф; химические вещества. По температуре самовозгорания испивают степень пожарной опасности теплового режима обра­ти ки веществ и материалов, условия их хранения.

Воспламенение. Температурой воспламенения на­сыпается самая низкая температура горючего вещества, при­ми орой последнее выделяет горючие пары или газы с такой скоростью, что после воспламенения их под воздействием внеш­него источника зажигания возникает устойчивое горение.

Среди газов воспламеняться могут только их горючие смеси,, например, смесь метана с воздухом, паров бензина и других, горючих жидкостей с воздухом или кислородом.

Воспламенение жидкостей при соприкосновении с воздухом протекает в две стадии: сначала жидкость испаряется, образуя горючую смесь паров с воздухом; затем при соприкосновении с пламенем эта смесь загорается.

Поиск по сайту: