ГОСТ Р 12.3.047-98

 

УДК 614.847:006.354                                                                                                    Группа Т58

 

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ СТАНДАРТ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

 

Система стандартов безопасности труда

 

ПОЖАРНАЯ БЕЗОПАСНОСТЬ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ

Общие требования.

Методы контроля

 

Occupational safety standards system.

Fire safety of technological processes.

General requirements. Methods of control

 

ОКС 13.220,  ОКСТУ 4854

Дата введения 2000—01—01

 

ГОСТ Р 12.3.047-98

 

Предисловие

1 РАЗРАБОТАН Всероссийским научно-исследовательским институтом противопожарной обороны (ВНИИПО) Министерства внутренних дел Российской Федерации

 

ВНЕСЕН Техническим комитетом по стандартизации ТК 274/643 «Пожарная безопасность»

 

2 ПРИНЯТ И ВВЕДЕН В ДЕЙСТВИЕ Постановлением Госстандарта России от 3 августа 1998 г. № 304

 

3 ВВЕДЕН ВПЕРВЫЕ

 

1 ОБЛАСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ

Настоящий стандарт устанавливает общие требования пожарной безопасности к технологическим процессам различного назначения всех отраслей экономики страны и любых форм собственности при их проектировании, строительстве, реконструкции, вводе, эксплуатации и прекращении эксплуатации, а также при разработке и изменении норм технологического проектирования и других нормативных документов, регламентирующих мероприятия по обеспечению пожарной безопасности на производственных объектах и при разработке технологических частей проектов, технологических регламентов.

Настоящий стандарт не распространяется на:

- ядерные реакторы и предприятия по производству, переработке и хранению радиоактивных веществ и материалов;

- предприятия по производству и хранению промышленных взрывчатых веществ и боеприпасов;

- космические объекты и стартовые комплексы;

- объекты, связанные с проведением подводных и подземных работ;

- все виды транспортных операций (за исключением транспортных операций, производимых на территории предприятия);

- переработку и ликвидацию токсичных и опасных отходов;

- уничтожение химического оружия.

 

2 НОРМАТИВНЫЕ ССЫЛКИ

В настоящем стандарте использованы ссылки на следующие стандарты:

ГОСТ 9.049—91 ЕСЗКС. Полимерные материалы и их компоненты. Методы лабораторных испытаний на стойкость к воздействию плесневых грибов

ГОСТ 9.050—75 ЕСЗКС. Покрытия лакокрасочные. Методы лабораторных испытаний на стойкость к воздействию плесневых грибов

ГОСТ 12.1.004—91 ССБТ. Пожарная безопасность. Общие требования

ГОСТ 12.1.044—89 ССБТ. Пожаровзрывоопасность веществ и материалов. Номенклатура показателей и методы их определения

ГОСТ 12.3.046—91 ССБТ. Установки пожаротушения автоматические. Общие технические требования

ГОСТ 4765—73 Материалы лакокрасочные. Метод определения прочности при ударе

ГОСТ 5233—89 Материалы лакокрасочные. Метод определения твердости по маятниковому прибору

ГОСТ 15140—78 Материалы лакокрасочные. Методы определения адгезии

ГОСТ 19433—88 Грузы опасные. Классификация и маркировка

ГОСТ 26952—86 Порошки огнетушащие. Общие технические требования и методы испытаний

ГОСТ 30247.0—94 Конструкции строительные. Методы испытаний на огнестойкость. Общие требования

ГОСТ 30247.1—94 Конструкции строительные. Методы испытаний на огнестойкость. Несущие и ограждающие конструкции

ГОСТ 30247.2—97 Конструкции строительные. Методы испытании на огнестойкость. Двери и ворота.

ГОСТ Р 50680—94 Установки водяного пожаротушения автоматические. Общие технические требования. Методы испытаний

ГОСТ Р 50800—95 Установки пенного пожаротушения автоматические. Общие технические требования. Методы испытаний

ГОСТ Р 50969—96 Установки газового пожаротушения автоматические. Общие технические требования. Методы испытаний

ГОСТ 51043—97 Установки водяного и пенного пожаротушения автоматические. Оросители спринклерные и дренчерные. Общие технические требования. Методы испытаний

 

3 ОПРЕДЕЛЕНИЯ

3.1 В настоящем стандарте применяют следующие термины с соответствующими определениями:

3.1.1 авария: Разрушение сооружений и (или) технических устройств, применяемых на опасном производственном объекте, неконтролируемый взрыв и (или) выброс опасных веществ.

3.1.2 крупная авария: Авария, при которой гибнет не менее десяти человек.

3.1.3 проектная авария: Авария, для которой обеспечение заданного уровня безопасности гарантируется предусмотренными в проекте промышленного предприятия системами обеспечения безопасности.

3.1.4 максимальная проектная авария: Проектная авария с наиболее тяжелыми последствиями.

3.1.5 безопасность: Состояние защищенности прав граждан, природных объектов, окружающей среды и материальных ценностей от последствий несчастных случаев, аварий и катастроф на промышленных объектах.

3.1.6 пожарная безопасность: Состояние защищенности личности, имущества, общества и государства от пожаров.

3.1.7 горючая нагрузка: Горючие вещества и материалы, расположенные в помещении или на открытых площадках.

3.1.8 огненный шар: Крупномасштабное диффузионное пламя сгорающей массы топлива или парового облака, поднимающееся над поверхностью земли.

3.1.9 опасность: Потенциальная возможность возникновения процессов или явлений, способных вызвать поражение людей, наносить материальный ущерб и разрушительно воздействовать на окружающую атмосферу.

3.1.10 анализ опасности: Выявление нежелательных событий, влекущих за собой реализацию опасности, анализ механизма возникновения таких событий и масштаба их величины, способного оказать поражающее действие.

3.1.11 опасный параметр: Параметр, который при достижении критических значений способен создавать опасность для рассматриваемого рода деятельности.

3.1.12 оценка риска: Расчет значений индивидуального и социального риска для рассматриваемого предприятия и сравнение его с нормативными значениями.

3.1.13 индивидуальный риск: Вероятность (частота) возникновения опасных факторов пожара и взрыва, возникающая при аварии в определенной точке пространства. Характеризует распределение риска.

3.1.14 социальный риск¹⁾: Зависимость вероятности (частоты) возникновения событий, состоящих в поражении определенного числа людей, подвергшихся поражающим воздействиям пожара и взрыва, от числа этих людей. Характеризует масштаб пожаровзрывоопасности.

________

¹⁾ Социальный риск оценивается по поражению не менее десяти человек.

3.1.15 пожар: неконтролируемое горение, причиняющее материальный ущерб, вред жизни и здоровью граждан, интересам общества и государства.

3.1.16 размер зоны: Протяженность ограниченной каким-либо образом части пространства.

3.1.17 пороговое количество вещества: Минимальное количество единовременно находящегося в производстве вещества, которое определяет границу между технологическими процессами и технологическими процессами повышенной пожарной опасности.

3.1.18 технологический процесс: Часть производственного процесса, связанная с действиями, направленными на изменение свойств и (или) состояния обращающихся в процессе веществ и изделий.

3.1.19 время срабатывания и время отключения: 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 помещение.

3.1.20 разгерметизация: Наиболее распространенный способ пожаровзрывозащиты замкнутого оборудования и помещений, заключающийся в оснащении их предохранительными мембранами и (или) другими разгерметизирующими устройствами с такой площадью сбросного сечения, которая достаточна для предотвращения разрушения оборудования или помещения от роста избыточного давления при сгорании горючих смесей.

3.1.21 огнестойкость технологического оборудования: Промежуток времени, в течение которого воздействие стандартного очага пожара не приводит к потере функциональных свойств оборудования.

 

4 ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ

4.1 При технико-экономическом обосновании строительства, проектировании технологического процесса и размещении технологического оборудования должен предусматриваться комплекс мер по обеспечению пожарной безопасности.

4.2 По уровню пожарной опасности технологические процессы разделяются на:

- технологические процессы повышенной опасности, в которых обращаются пожаровзрывоопасные вещества в количестве, равном или большем порогового значения, указанного в таблице 1;

- технологические процессы, в которых обращаются пожаровзрывоопасные вещества в количестве, меньшем порогового значения, указанного в таблице 1.

 

Таблица 1— Пороговое количество веществ для технологических производств

 

Наименование веществ или групп веществ	Категория опасности по ГОСТ 19433	Пороговое количество веществ, т, не менее
Газы горючие сжатые, сжиженные и растворенные под давлением
Ацетилен С2Н2	231	50
Водород Н2	231	50
Сернистый водород H2S	241	50
Оксид этилена (СН2)2О	241	50
Аммиак NH3	241	500
Все остальные сжатые, сжиженные и растворенные под давлением горючие газы	231,232,241,911	200
Легковоспламеняющиеся и горючие жидкости
Оксид пропилена С3Н6О	311	50
Все остальные легковоспламеняющиеся и горючие жидкости	311, 312, 321, 322, 324, 325, 335, 314, 315, 323, 331	200
Твердые вещества
Саморазлагающиеся вещества	415,416,417,418, 521, 522, 523	10
Окисляющие вещества
Кислород жидкий 02	212	2000
Нитрат аммония NН4NО3	511	5000
Хлорат натрия NaClО3	511	250
Пероксид метилэтилкетона (концентрация более 60%)	523	250
Пероксид метилизобутилкетона (концентрация более 60 %)	523	50
Надуксусная кислота (концентрация более 60 %) СН3СОООН	522	50
Хлор Сl2	222	50
Бром Вr2	832	500
Оксиды азота N2О, N2O2	512	50
Примечания 1 Наименования классов (подклассов) опасных веществ приведены в соответствии с ГОСТ 19433. 2 Пороговые количества опасных веществ, относящихся по ГОСТ 19433 к категориям 434 и 437 (самовозгорающиеся твердые вещества), классу 8 (едкие и коррозионно-активные вещества), категориям 436 и 438 (твердые легковоспламеняющиеся вещества), категориям 425, 913 и 921 (вещества, горючие газы при взаимодействии с водой), должны согласовываться со специально уполномоченными государственными органами по безопасности в промышленности. 3 При совместном использовании несовместимых по ГОСТ 12.1.004 веществ их пороговое количество должно быть согласовано со специально уполномоченными государственными органами по безопасности в промышленности

 

4.3 Приведенные в таблице 1 количества опасных веществ относят:

- к одному хранилищу или одной технологической установке;

- к группе хранилищ или технологических установок, расстояние между которыми менее 500 м. Если на предприятии хранят вещества разных наименований, то при оценке предельно

допустимого их количества следует использовать критерий аддитивности G, рассчитанный по формуле

,                                  (1)

где т_i — масса i-го опасного вещества, т;

т_{i пр} — предельно допустимая масса i -го вещества, т, по таблице 1.

Если G ³ 1, то технологический процесс относят к технологическим процессам повышенной опасности.

4.4 Пожарная безопасность технологических процессов обеспечивается в соответствии с требованиями настоящего стандарта, ГОСТ 12.1.004, а также действующих норм и правил.

 

5 ОБЕСПЕЧЕНИЕ ПОЖАРНОЙ БЕЗОПАСНОСТИ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ ПОВЫШЕННОЙ ОПАСНОСТИ

5.1 Технико-экономическое обоснование строительства и проекты технологических процессов повышенной опасности подлежат государственной экспертизе по пожарной безопасности, проводимой органами государственной противопожарной службы в соответствии с их компетенцией.

Государственную экспертизу проводят в целях установления соответствия проектных материалов требованиям законодательства, нормам и правилам пожарной безопасности и оценки полноты, обоснованности и достаточности предусматриваемых мер по обеспечению пожарной безопасности.

5.2 По результатам проведения экспертизы составляется экспертное заключение, содержащее оценку допустимости и возможности принятия решения о реализации объекта экспертизы.

5.3. Реализация технологического процесса (включая строительство и конструкцию) должна осуществляться по проектам, имеющим положительное заключение государственной экспертизы.

5.4 Требования пожарной безопасности к устройству, изготовлению и эксплуатации оборудования для технологических процессов повышенной пожарной опасности устанавливаются нормами и правилами пожарной безопасности.

Изготовитель оборудования устанавливает в технической документации условия и ограничения применения оборудования, требования по его техническому обслуживанию, ремонту, утилизации и другие меры, обеспечивающие пожаробезопасную эксплуатацию выпускаемого оборудования.

 

6 АНАЛИЗ ПОЖАРНОЙ ОПАСНОСТИ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ

6.1 Оценку пожарной безопасности технологических процессов повышенной пожарной опасности осуществляют с помощью критериев:

- индивидуального риска;

- социального риска;

- регламентированных параметров пожарной опасности технологических процессов.

6.2 Пожарная безопасность технологических процессов считается безусловно выполненной, если:

- индивидуальный риск меньше 10^-8;

- социальный риск меньше 10^-7.

Эксплуатация технологических процессов является недопустимой, если индивидуальный риск больше 10^-6 или социальный риск больше 10^-5.

Эксплуатация технологических процессов при промежуточных значениях риска может быть допущена после проведения дополнительного обоснования, в котором будет показано, что предприняты все возможные и достаточные меры для уменьшения пожарной опасности.

6.3 Оценку пожарной опасности технологических процессов следует проводить на основе оценки их риска.

В случае невозможности проведения такой оценки (например из-за отсутствия необходимых данных) допускается использование иных критериев пожарной безопасности технологических процессов (допустимых значений параметров этих процессов).

В этом случае действие требований 6.2 на оценку пожарной опасности технологических процессов не распространяется.

6.4 При оценке пожарной опасности технологического процесса необходимо оценить расчетным или экспериментальным путем:

- избыточное давление, развиваемое при сгорании газопаровоздушных смесей в помещении (приложение А). Предельно допустимые значения приведены в таблице 2;

- размер зон, ограниченных нижним концентрационным пределом распространения пламени (НКПР) газов и паров (приложение Б);

- интенсивность теплового излучения при пожарах проливов ЛВЖ и ГЖ для сопоставления с критическими (предельно допустимыми) значениями интенсивности теплового потока для человека и конструкционных материалов (приложение В). Предельно допустимые значения приведены в таблице 3;

- размеры зоны распространения облака горючих газов и паров при аварии для определения оптимальной расстановки людей и техники при тушении пожара и расчета времени достижения облаком мест их расположения (приложение Г);

- возможность возникновения и поражающее воздействие «огненного шара» при аварии для расчета радиусов зон поражения людей от теплового воздействия в зависимости от вида и массы топлива (приложение Д). Предельно допустимые значения приведены в таблице 4;

- параметры волны, давления при сгорании газопаровоздушных смесей в открытом пространстве (приложение Е);

- поражающие факторы при разрыве технологического оборудования вследствие воздействия на него очага пожара (приложение Ж);

- интенсивность испарения горючих жидкостей и сжиженных газов на открытом пространстве и в помещении (приложение И);

- температурный режим пожара для определения требуемого предела огнестойкости строительных конструкций (приложение К);

- требуемый предел огнестойкости строительных конструкций, обеспечивающий целостность ограждающих и несущих конструкций пожарного отсека с технологическим процессом при свободном развитии реального пожара (приложение Л);

- размер сливных отверстий для горючих жидкостей в поддонах, отсеках и секциях производственных участков. При этом площадь сливного отверстия должна быть такой, чтобы исключить перелив жидкости через борт ограничивающего устройства и растекание жидкости за его пределами (приложение М);

- параметры паровых завес для предотвращения контакта парогазовых смесей с источниками зажигания. При этом завеса должна исключать проскок горючей смеси в защищаемую зону объекта (приложение Н);

- концентрацию флегматизаторов для горючих смесей, находящихся в технологических аппаратах и оборудовании (приложение П);

- другие показатели пожаровзрывоопасности технологического процесса, необходимые для анализа их опасности и рассчитываемые по методикам, разрабатываемым в специализированных организациях.

Выбор необходимых параметров пожарной опасности для заданного технологического процесса определяют исходя из рассматриваемых вариантов аварий (в том числе крупная, проектная и максимальная) и свойств опасных веществ.

Значения допустимых параметров пожарной опасности должны быть такими, чтобы исключить гибель людей и ограничить распространение аварии за пределы рассматриваемого технологического процесса на другие объекты, включая опасные производства.

 

Таблица 2— Предельно допустимое избыточное давление при сгорании газо-, паро- или пылевоздушных смесей в помещениях или в открытом пространстве

 

Степень поражения	Избыточное давление, кПа
Полное разрушение зданий	100
50 %-ное разрушение зданий	53
Средние повреждения зданий	28
Умеренные повреждения зданий (повреждение внутренних перегородок, рам, дверей и т.п.)	12
Нижний порог повреждения человека волной давления	5
Малые повреждения (разбита часть остекления)	3

 

Таблица 3— Предельно допустимая интенсивность теплового излучения пожаров приливов ЛВЖ и ГЖ

 

Степень поражения	Интенсивность теплового излучения, кВт/м2
Без негативных последствий в течение длительного времени	1,4
Безопасно для человека в брезентовой одежде	4,2
Непереносимая боль через 20—30 с Ожог 1-й степени через 15—20 с Ожог 2-й степени через 30—40 с Воспламенение хлопка-волокна через 15 мин	7,0
Непереносимая боль через 3—5 с Ожог 1-й степени через 6—8 с Ожог 2-й степени через 12—16 с	10,5
Воспламенение древесины с шероховатой поверхностью (влажность 12 %) при длительности облучения 15 мин	12,9
Воспламенение древесины, окрашенной масляной краской по строганой поверхности; воспламенение фанеры	17,0

 

Таблица 4— Предельно допустимая доза теплового излучения при воздействии «огненного шара» на человека

 

Степень поражения	Доза теплового изучения, Дж/м2
Ожог 1-й степени Ожог 2-й степени Ожог 3-й степени	1,2·105 2,2·105 3,2·105
Примечание — Дозу теплового излучения Q, Дж/м2, рассчитывают по формуле Q = q ts где q — интенсивность теплового излучения «огненного шара», Вт/м2; ts  — время существования «огненного шара», с. q и ts вычисляют в соответствии с приложением Д

 

6.5 К мероприятиям по снижению последствий пожара следует относить:

- ограничение растекания горючих жидкостей по цеху или производственной площадке;

- уменьшение интенсивности испарения горючих жидкостей;

- аварийный слив горючих жидкостей в аварийные емкости;

- установку огнепреградителей (приложение Р);

- ограничение массы опасных веществ при хранении и в технологических аппаратах;

- водяное орошение технологических аппаратов (приложение С);

- флегматизацию горючих смесей в аппаратах и технологическом оборудовании (приложение П);

- вынос пожароопасного оборудования в изолированные помещения;

- применение устройств, снижающих давление в аппаратах до безопасной величины при сгорании газовых и паровоздушных смесей (приложение Т);

- установку в технологическом оборудовании быстродействующих отключающих устройств;

- ограничение распространения пожара с помощью противопожарных разрывов и преград (приложение У);

- применение огнезащитных красок и покрытий (приложение Ф);

- защиту технологических процессов установками пожаротушения (приложение X);

- применение пожарной сигнализации (приложение Ц);

- обучения персонала предприятий способам ликвидации аварий;

- создание условий для скорейшего ввода в действие подразделений пожарной охраны путем устройства подъездных путей, пожарных водоемов и наружного противопожарного водопровода.

6.6 Результаты анализа параметров пожаровзрывобезопасности и мероприятий по снижению последствий пожара должны быть учтены при разработке планов локализации и ликвидации пожароопасных ситуаций и аварии.

6.7 Оценку социального и индивидуального риска при аварии проводят на основе расчета поражающих факторов пожара и принятых мер по снижению их вероятности и последствий.

Расчет индивидуального и социального риска должен быть выполнен для возможной гибели людей как на предприятии, так и за его пределами (приложение Ш, Э, Ю). При этом необходимо рассмотреть все возможные способы его уменьшения и обосновать принятый минимальный риск.

Расчетные значения риска должны удовлетворять требованиям 6.2.

 

7 ПОРЯДОК ОБЕСПЕЧЕНИЯ ПОЖАРНОЙ БЕЗОПАСНОСТИ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ, ОТЛИЧНЫХ ОТ ПРОЦЕССОВ ПОВЫШЕННОЙ ПОЖАРНОЙ ОПАСНОСТИ

7.1 Проектированию технологического процесса должен предшествовать анализ его пожарной опасности.

Ввод в эксплуатацию промышленного объекта допускается при условии выполнения требований пожарной безопасности, предусмотренных проектом и, отвечающих действующим нормам и правилам пожарной безопасности.

7.2 Анализ пожарной опасности технологических процессов должен включать:

- определение пожарной опасности использующихся в технологическом процессе веществ и материалов (по справочным данным федерального банка данных по пожаровзрывоопасности веществ и материалов или экспериментально в соответствии с требованиями ГОСТ 12.1.044 на метрологически аттестованном оборудовании);

- изучение технологического процесса с целью определения оборудования, участков или мест, где сосредоточены горючие материалы или возможно образование пыле- и парогазовоздушных горючих смесей;

- определение возможности образования горючей среды внутри помещений, аппаратов и трубопроводов;

- определение возможности образования в горючей среде источников зажигания;

- исследование различных вариантов аварий, путей распространения пожара и выбор проектной аварии;

- расчет категории помещений, зданий и наружных установок по взрывоопасной и пожарной опасности;

- определение состава систем предотвращения пожара и противопожарной защиты технологических процессов;

- разработку мероприятий по повышению пожарной безопасности технологических процессов и отдельных его участков.

7.3 Пожарная опасность технологических процессов определяется на основе изучения:

- технологического регламента;

- технологической схемы производства продукции;

- показателей пожаровзрывоопасности веществ и материалов, использующихся в технологическом процессе;

- конструктивных особенностей аппаратов, машин и агрегатов;

- схемы расположения в цехе, на участке или открытой площадке опасного оборудования.

7.4 Технологический регламент должен определять:

- рецептуру и основные характеристики выпускаемой продукции, сырья, материалов и полупродуктов (состав, физико-химические свойства, показатели пожаровзрывоопасности, токсичность и т.п.);

- отходы производства и выбросы в атмосферу;

- параметры технологического режима (давление, температура, состав окислительной среды и т.д.);

- порядок проведения технологических операций;

- средства контроля за технологическим процессом;

- основные правила безопасного ведения технологического процесса, исключающие возможность возникновения пожаров.

При изучении технологического регламента следует рассматривать все стадии технологического процесса, начиная с подготовки сырья и кончая выпуском продукции.

7.5 Принципиальная технологическая схема производства продукции должна определять последовательность технологических операций по превращению сырья в готовую продукцию, параметры технологического режима, места ввода в процесс сырья и вспомогательных веществ, места получения полупродуктов и готовой продукции.

7.6 Данные о пожароопасных свойствах представляются для всех имеющихся на производстве опасных веществ, материалов, смесей, полупродуктов и готовой продукции с учетом особенностей и параметров технологического процесса (давления, температуры, состава окислительной среды и т.п.).

Если необходимые данные о пожароопасных свойствах отсутствуют, то их следует определить опытным путем на установках, прошедших аттестацию на право получения экспериментальных данных в установленном порядке, или с помощью стандартизованных расчетных методов.

7.7 В конструкции технологических аппаратов, машин и агрегатов должны быть предусмотрены достаточные меры защиты от пожара, обеспечивающие безопасность их работы в соответствии с 5.4.

7.8 Оценку опасности возникновения пожара и путей его распространения проводят с помощью схем расположения опасного оборудования, построенных на основе планов производственных зданий, установок, этажерок и помещений.

На схемах и картах указывают:

- места возможного образования пожаровзрывоопасной горючей среды;

- участки возможных аварий и их причины;

- вероятные источники зажигания;

- пути распространения огня при пожаре;

- предусмотренные проектом меры защиты участков, узлов и аппаратов от пожара. 7.9 На основе анализа документации, полученной в соответствии с 7.2 — 7.6 и 7.8, разрабатывают систему мер по предотвращению пожара и противопожарной защите технологических процессов в соответствии с требованиями действующих нормативных документов. При этом необходимо дополнительно учитывать:

- возможность образования локальных концентраций горючих смесей у мест выхода паров и газов в помещение у аппаратов, постоянно или временно сообщающихся с внешней средой через открытые люки, дыхательные линии, предохранительные клапаны или имеющие открытые поверхности испарения;

- наличие и эффективность системы отсоса, продувки инертным газом и блокировки у аппаратов периодического действия, загрузка и разгрузка которых сопровождается открытием люков и крышек;

- эффективность отводных линий у аппаратов и емкостей, оснащенных дыхательными устройствами, предохранительными клапанами, устройствами ручного стравливания;

- работоспособность и эффективность систем улавливания газов и паров, устройств против переполнения и растекания жидкостей, приборов контроля и регулирования температуры при эксплуатации открытых емкостей, заполненных горючими жидкостями;

- надежность принятых способов уплотнения сальников, необходимость применения местных отсосов и блокировки вытяжной вентиляции при работе насосов для перекачки ЛВЖ и сжиженных газов и компрессоров.

7.10 При наличии аппаратов и оборудования, работающих под вакуумом или в которых по условиям технологического процесса имеются смеси горючих веществ с окислителем, необходимо определить:

- возможность и условия образования в аппарате горючих смесей;

- фактические концентрации горючих газов в смесях;

- необходимость контроля за составом среды в аппарате;

- необходимость в автоматических средствах предупреждения об образовании смесей;

- возможность локализации горючих смесей;

- надежность и эффективность имеющихся средств защиты.

7.11 Для разработки мероприятий по обеспечению пожарной безопасности технологических процессов целесообразно рассмотреть все виды источников зажигания, которые могут встретиться в производственном процессе.

При этом необходимо:

- установить, какие технические решения предусматриваются для того, чтобы данный аппарат или устройство сам не был причиной возникновения пожара, оценить их эффективность и надежность;

- при наличии аппаратов и газопроводов, имеющих высокую температуру наружной поверхности стенок, определить возможность воспламенения горючих смесей участками, не имеющими теплоизоляции;

- установить перечень веществ и материалов, которые по условиям технологического процесса нагреваются выше температуры самовоспламенения и при аварийных выбросах из аппаратов способны загораться при контакте с окружающим воздухом;

- определить, применяются ли в технологическом процессе вещества, способные воспламеняться при контакте с водой или другими веществами;

- проанализировать возможность образования и накопления пирофорных отложений;

- выявить наличие в технологическом процессе веществ, разлагающихся с воспламенением при нагреве, ударе, трении или самовозгорающихся на воздухе при нормальных условиях;

- предотвратить попадание металла и камней в машины и аппараты с вращающимися механизмами (мешалки, мельницы, дробилки, шнеки и т.п.), а при наличии в них горючей среды оценить эффективность и надежность применяемой защиты;

- предусмотреть там, где это необходимо, применение искробезопасного и взрывобезопасного электрооборудования;

- предусмотреть средства контроля и защиты от перегрева подвижных частей машин и аппаратов (подшипников, валов и т.п.);

- оценить возможность зажигания горючих смесей от теплового проявления электрической энергии (искры и дуги размыкания, короткие замыкания, токи перегрузки, перегрев электрических контактов, нагрев элементов оборудования индукционными токами и токами высокой частоты, удары молнии и разряды статического электричества);

- определить соответствие силового, осветительного и другого оборудования характеру воздействия на него среды и классу взрывоопасных и пожароопасных зон рассматриваемых помещений согласно ПУЭ;

- исключить возможность проникания газов и паров из взрывоопасных помещений в помещения с нормальной средой, в которых используется электрооборудование в открытом исполнении, и предусмотреть соответствующие меры защиты;

- разработать технические решения, предусматривающие предотвращение образования горючих сред и источников зажигания для защиты технологических процессов от возникновения пожаров.

7.12 Если применяемая в технологическом процессе система предотвращения пожара не может исключить его возникновения и распространения на соседние участки и оборудование, то необходимо разработать мероприятия по его противопожарной защите.

7.13 Противопожарная зашита технологических процессов должна обеспечиваться:

- применением средств пожаротушения и соответствующих видов пожарной техники;

- применением автоматических установок пожарной сигнализации и пожаротушения;

- устройствами, ограничивающими распространение пожара за заданные пределы;

- применением строительных конструкций с регламентированными пределами огнестойкости и распространения огня;

- организацией своевременной эвакуации людей и снабжением обслуживающего персонала средствами коллективной и индивидуальной защиты от опасных факторов пожара;

- применением строительных и технологических конструкций с регламентированными пределами огнестойкости и распространения огня.

7.14 Ограничение распространения пожара за пределы очага горения должно обеспечиваться:

- устройством противопожарных преград;

- установлением предельно допустимых площадей противопожарных отсеков и секций;

- устройством аварийного отключения и переключения установок и коммуникаций;

- применением средств, предотвращающих или ограничивающих разлив и растекание жидкостей при пожаре;

- применением огнепреграждающих устройств в оборудовании.

7.15 Выбор огнетушащих веществ, составов и автоматических установок пожарной сигнализации, количества, быстродействия и производительности установок пожаротушения следует проводить на стадии проектирования технологических процессов в зависимости от физико-химических свойств перерабатываемых веществ и средств тушения.

При этом применяемые виды пожарной техники должны обеспечивать эффективное тушение пожара и быть безопасными для людей.

7.16 Если по условиям технологического процесса при аварии возможен единовременный пожар нескольких различных горючих веществ и материалов, отличающихся друг от друга пожароопасными свойствами и характеристиками тушения, то расчет и проектирование установок пожаротушения должны быть произведены по наиболее неблагоприятному для ликвидации пожара веществу или продукту.

Если по условиям совместимости огнетушащих веществ с горючими материалами назначение общего для всех огнетушащего агента нецелесообразно, то допустимо применение нескольких огнетушащих веществ. При этом группы горючих веществ, совместимых с одним из огнетушащих составов, должны быть пространственно разделены или вынесены в отдельные помещения.

 

ПРИЛОЖЕНИЕ А

(обязательное)

 

МЕТОД РАСЧЕТА ИЗБЫТОЧНОГО ДАВЛЕНИЯ, РАЗВИВАЕМОГО ПРИ СГОРАНИИ ГАЗОПАРОВОЗДУШНЫХ СМЕСЕЙ В ПОМЕЩЕНИИ

 

А. 1 Выбор и обоснование расчетного варианта

A.1.1 При расчете значений критериев пожарной опасности при сгорании газопаровоздушных смесей в качестве расчетного следует выбирать наиболее неблагоприятный вариант развития пожара (в период пуска, остановки, загрузки, выгрузки, складирования, ремонта, нормальной работы, аварии аппаратов или технологического процесса), при котором в помещение поступает (или постоянно находится) максимальное количество наиболее опасных в отношении последствий сгорания газопаровоздушных смесей и пожара веществ и материалов.

А. 1.2 Количество поступивших в помещение веществ, которые могут образовать горючие газовоздушные или паровоздушные смеси, определяют, исходя из следующих предпосылок:

а) происходит расчетная авария одного из аппаратов согласно А. 1.1;

б) все содержимое аппарата поступает в помещение;

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 определяют в каждом конкретном случае, исходя из реальной обстановки, и оно 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 системы автоматики отключения трубопроводов согласно паспортным данным установки, если вероятность отказа системы 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 вышеприведенные значения.

Быстродействующие клапаны-отсекатели должны автоматически перекрывать подачу газа или жидкости при нарушении электроснабжения;

г) происходит испарение с поверхности разлившейся жидкости. Площадь испарения при разливе на пол определяют (при отсутствии справочных данных), исходя из расчета, что 1 л смесей и растворов, содержащих 70 % и менее (по массе) растворителей, разливается на площади 0,5 м², а остальных жидкостей — на 1 м² пола помещения;

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

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

А. 1.3 Свободный объем помещения определяют как разность между объемом помещения и объемом, занимаемым технологическим оборудованием. Если свободный объем помещения определить невозможно, то его допускается принимать условно, равным 80 %, геометрического объема помещения.

А. 1.4 Определение пожароопасных свойств веществ и материалов проводят на основании результатов испытаний или расчетов по стандартным методикам с учетом параметров состояния (давление, температура и т.д.).

Допускается использование справочных данных, опубликованных головными научно-исследовательскими организациями в области пожарной безопасности или выданных Государственной службой стандартных справочных данных.

Допускается использование показателей пожарной опасности для смесей веществ и материалов по наиболее опасному компоненту.

А.2 Расчет избыточного давления для горючих газов, паров легковоспламеняющихся и горючих жидкостей

А.2.1 Избыточное давление Dр, кПа, для индивидуальных горючих веществ, состоящих из атомов С, Н, О, N, Cl, Вr, I, F, рассчитывают по формуле

,                               (А.1)

где p_max — максимальное давление, развиваемое при сгорании стехиометрической газовоздушной или паровоздушной смеси в замкнутом объеме, определяемое экспериментально или по справочным данным в соответствии с требованиями А. 1.4. При отсутствии данных допускается принимать p_max  равным 900 кПа;

р₀ — начальное давление, кПа (допускается принимать равный 101 кПа);

т — масса горючего газа (ГГ) или паров легковоспламеняющихся (ЛВЖ) и горючих жидкостей (ГЖ), вышедших в результате расчетной аварии в помещение, вычисляемая для ГГ по формуле (А. 14), а для паров ЛВЖ и ГЖ по формуле (А. 19), кг;

Z— коэффициент участия горючего при сгорании газопаровоздушной смеси, который может быть рассчитан на основе характера распределения газов и паров в объеме помещения согласно А.2.3 и А. 2.4. Допускается принимать Z по таблице А.1;

V_св — свободный объем помещения, м³;

r _{г, п} ^— плотность газа или пара при расчетной температуре t_р, кг/м³, вычисляемая по формуле

,                                         (А.2)

где М— молярная масса, кг/кмоль;

v₀ — мольный объем, равный 22,413 м³/кмоль;

t_р — расчетная температура, °С.

В качестве расчетной температуры следует принимать максимально возможную температуру воздуха в данном помещении 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;

С_ст — стехиометрическая концентрация ГГ или паров ЛВЖ и ГЖ, % (об.), вычисляемая по формуле

,                                   (А.3)

где  — стехиометрический коэффициент кислорода в реакции сгорания;

n_с, n_н, n_о, n_х — число атомов С, Н, О и галоидов в молекуле горючего;

Кн — коэффициент, учитывающий негерметичность помещения и неадиабатичность процесса горения. Допускается принимать Кн равным трем.

 

Таблица А.1

 

Вид горючего вещества	Значение
Водород и нагретые выше температуры вспышки высокотемпературные органические теплоносители	1,0
Горючие газы	0,5
Легковоспламеняющиеся и горючие жидкости, нагретые до температуры вспышки и выше	0,3
Легковоспламеняющиеся и горючие жидкости, нагретые ниже температуры вспышки, при наличии возможности образования аэрозоля	0,3
Легковоспламеняющиеся и горючие жидкости, нагретые ниже температуры вспышки, при отсутствии возможности образования аэрозоля	0,0

 

А.2.2 Расчет Dр, кПа, для индивидуальных веществ, кроме упомянутых в А.2.1, а также для смесей может быть выполнен по формуле

                                      (А.4)

где H_т — теплота сгорания, Дж/кг;

r_в — плотность воздуха при начальной температуре Т₀, кг/м³;

С_р — теплоемкость воздуха, Дж/(кг·К) [допускается принимать равной 1,01·10³ Дж/(кг·К)];

Т₀ — начальная температура воздуха, К.

А.2.3 Приведенные в А.2.3 и А.2.4 расчетные формулы применяются для случая 100 т/(r_r,п V_св) < 0,5 С_НКПР, [С_НКПР - нижний концентрационный предел распространения пламени горючего газа или пара, % (об.)] и помещений в форме прямоугольного параллелепипеда с отношением длины к ширине не более пяти.

Коэффициент участия Z горючих газов и паров ненагретых выше температуры окружающей среды легковоспламеняющихся жидкостей при сгорании газопаровоздушной смеси для заданного уровня значимости Q (С > ) (уровень значимости—вероятность того, что значение концентрации С превысит значение математического ожидания этой случайной величины ) рассчитывают по формулам:

при Х_НКПР £ 0,5 l и Y_НКПР £ 0,5 b

,                             (А.5)

при Х_НКПР > 0,5 l и Y_НКПР > 0,5 b

,                               (А.6)

где т — масса газа или паров ЛВЖ, поступающих в помещение в соответствии с А.2.6 и А.2.7, кг;

d — допустимые отклонения концентраций при задаваемом уровне значимости Q(C > ), приведенные в таблице А.2;

Х_НКПР, Y_НКПР, Z_НКПР ^— расстояния по осям X, Y, Z от источника поступления газа или пара, ограниченные нижним концентрационным пределом распространения пламени, соответственно, м; рассчитываются по формулам (Б.5 — Б.7);

l, b — длина и ширина помещения, соответственно, м;

F— площадь пола помещения, м²;

С₀ — предэкспоненциальный множитель, % (об.), равный:

при отсутствии подвижности воздушной среды для горючих газов

,                                    (А.7)

при подвижности воздушной среды для горючих газов

,                                 (А.8)

где U— подвижность воздушной среды, м/с;

при отсутствии подвижности воздушной среды для паров легковоспламеняющихся жидкостей

,                                           (A.9)

где С_н —концентрация насыщенных паров при расчетной температуре t_р, °С, воздуха в помещении, % (об.).

Концентрация С_н может быть найдена по формуле

,                                            (A.10)

где p_н — давление насыщенных паров при расчетной температуре (находится по справочной литературе), кПа;

p₀ — атмосферное давление, равное 101 кПа.

r_п — плотность паров, кг/м³;

при подвижности воздушной среды для паров легковоспламеняющихся жидкостей

,                                     (А.11)

Таблица А.2— Значения допустимых отклонений 5 концентраций при уровне значимости Q (С > )

 

Характер распределения концентраций	Q (С > )	d
Для горючих газов при отсутствии подвижности воздушной среды	0,100 000	1,29
	0,050 000	1,38
	0,010 000	1,53
	0,003 000	1,63
	0,001 000	1,70
	0,000 001	2,04
Для горючих газов при подвижности воздушной среды	0,100 000	1,29
	0,050 000	1,37
	0,010 000	1,52
	0,003 000	1,62
	0,001 000	1,70
	0,000 001	2,03
Для паров легковоспламеняющихся жидкостей при отсутствии подвижности воздушной среды	0,100 000	1,19
	0,050 000	1,25
	0,010 000	1,35
	0,003 000	1,41
	0,001 000	1,46
	0,000 001	1,68
Для паров легковоспламеняющихся жидкостей при подвижности воздушной среды	0,100 000	1,21
	0,050 000	1,27
	0,010 000	1,38
	0,003 000	1,45
	0,001 000	1,51
	0,000 001	1,75

 

Рисунок А. 1 — Зависимость коэффициента Z от X

 

Уровень значимости Q (С > ) выбирают, исходя из особенностей технологического процесса. Допускается принимать Q (C > ) равным 0,05.

А.2.4 Коэффициент Z участия паров ненагретых легковоспламеняющихся жидкостей при сгорании паровоздушной смеси может быть определен по номограмме, приведенной на рисунке А.1.

Х рассчитывают по формулам

                                           (A.12)

где С * = j С_ст (j — эффективный коэффициент избытка горючего, принимаемый равным 1,9).

А.2.5 В случае обращения в помещении горючих газов, легковоспламеняющихся или горючих жидкостей при определении массы т, входящей в формулы (А.1) и (А.4), допускается учитывать работу аварийной вентиляции, если она обеспечена резервными вентиляторами, автоматическим пуском при превышении предельно допустимой взрывобезопасной концентрации горючих газов и паров и электроснабжением по первой категории надежности (ПУЭ) при условии расположения устройств для удаления воздуха из помещения в непосредственной близости от места возможной аварии.

При этом массу т горючих газов, паров легковоспламеняющихся или горючих жидкостей, нагретых до температуры вспышки и выше, поступивших в объем помещения, следует разделить на коэффициент К, рассчитанный по формуле

К = АТ + 1,                                       (А.13)

где А — кратность воздухообмена, создаваемого аварийной вентиляцией, с^-1;

Т— продолжительность поступления горючих газов и паров легковоспламеняющихся и горючих жидкостей в объем помещения, с (принимается по А. 1.2). Если в расчетной аварийной ситуации участвует аппарат (А. 1.2, перечисления а, б) с горючим газом или паровой фазой, то продолжительность поступления Т принимается равной 0 с.

А.2.6 Массу т, кг, поступившего в помещение при расчетной аварии газа рассчитывают по формуле

т = (V_а + V_т) r _г ,                                          (А.14)

где V_а — объем газа, вышедшего из аппарата, м³;

V_т — объем газа, вышедшего из трубопроводов, м³.

При этом:

V_а = 0,01 p₁V,                                                (A. 15)

где р₁ — давление в аппарате, кПа;

V— объем аппарата, м³.

V_т = V_1т +V_2т ,                                                (A. 16)

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 = qT,                                     (A 17)

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/с;

Т— время, определяемое по А. 1.2, с.

,                             (А.18)

где p₂— максимальное давление в трубопроводе по технологическому регламенту, кПа;

r_{1,2, ... n} — внутренний радиус трубопровода, м;

l_{1,2, ... n} —длина трубопровода от аварийного аппарата до задвижек, м.

А.2.7 Массу паров жидкости т, поступивших в помещение при наличии нескольких источников испарения (поверхность разлитой жидкости, поверхность со свеженанесенным составом, с которой происходит испарение легколетучих веществ, открытые емкости и т.п.), рассчитывают по формуле

т = m_p + т_емк + m_св.окр ,                                  (А. 19)

где m_p— масса жидкости, испарившейся с поверхности разлива, кг;

т_емк ^— масса жидкости, испарившейся с поверхностей открытых емкостей, кг;

m_св.окр ^— масса жидкости, испарившейся с поверхностей, на которые нанесен применяемый состав, кг. При этом каждое из слагаемых в формуле (А. 19) определяют по формуле

т = WS_иT,                                      (A.20)

где W— интенсивность испарения, кг/(с·м²);

S_и — площадь испарения, м², определяемая в соответствии с А. 1.2 в зависимости от массы жидкости т_п, поступившей в помещение.

Если аварийная ситуация связана с возможным поступлением жидкости в распыленном состоянии, то она должна быть учтена в формуле (А. 19) введением дополнительного слагаемого, учитывающего общую массу поступившей жидкости от распыляющих устройств, исходя из продолжительности их работ.

Масса паров жидкости, поступивших в помещение при аварийной ситуации, может быть определена экспериментально или расчетным путем.

А.2.8 Массу поступившей в помещение жидкости m_п, кг, определяют в соответствии с А. 1.2.

Примеры — Расчет избыточного давления, развиваемого при сгорании газопаровоздушных смесей в помещении

1. Определить избыточное давление, развиваемое при сгорании паровоздушной смеси ацетона, возникающей при аварийной разгерметизации аппарата в производственном помещении.

Данные для расчета

В помещение со свободным объемом V_св = 160 м³ при аварийной разгерметизации аппарата поступает 117,9 кг паров ацетона (определенных в соответствии с приложением И). Максимально возможная температура для данной климатической зоны t_р = 36 °С. Молярная масса ацетона М = 58,08 кг/кмоль.

Химическая формула ацетона С₃Н₆O. Максимальное давление при сгорании стехиометрической паровоздушной смеси ацетона в замкнутом объеме Р_max = 572 кПа.

Расчет

Стехиометрический коэффициент кислорода в реакции сгорания ацетона равен

Стехиометрическая концентрация ларов ацетона составит

% (об.).

Плотность паров ацетона r_п при расчетной температуре t_р равна

кг/м³

Тогда избыточное давление Dр при сгорании паровоздушной смеси ацетона для расчетной аварии составит

кПа

2. Определить избыточное давление, развиваемое при сгорании газовоздушной смеси водорода, возникающей при аварийной разгерметизации трубопровода в производственном помещении.

Данные для расчета

Через помещение, свободный объем которого V_св = 200 м³, проходит трубопровод с проходным сечением диаметром d_тр = 50 мм, по которому транспортируется водород Н₂ с максимальным расходом q = 5·10^-3 м³/с при нормальных условиях и с максимальным давлением р_т = 150 кПа. Трубопровод оснащен системой автоматического отключения с временем срабатывания 2 с и с обеспечением резервирования ее элементов. Задвижки системы установлены перед стеной помещения в месте ввода трубопровода и за стеной данного помещения в месте вывода трубопровода. Длина отсекаемого участка трубопровода L_тр = 10м. Максимально возможная температура для данной климатической зоны t_p = 39 °С. Плотность водорода r_в при данной t_p равна 0,0787 кг/м³. Молярная масса водорода М = 2,016 кг/кмоль. Максимальное давление при сгорании стехиометрической газовоздушной смеси водорода в замкнутом объеме р_max = 730 кПа.

Расчет

Объем водорода, поступившего в помещение в результате аварийной разгерметизации трубопровода, будет равен

V_в = V_1т ⁺ V_2т = 0,01 + 0,02945 = 0,03945 м³ ,

V_1т = q · T = 5 · 10^-3 · 2 = 0,01 м³,

м³.

Масса водорода, поступившего в помещение при расчетной аварии, составит

m_в = V_в r_в = 0,03945 · 0,0787 = 3,105 · 10^-3 кг.

Стехиометрический коэффициент кислорода в реакции сгорания водорода равен

Стехиометрическая концентрация водорода составит

% (об.).

Избыточное давление Dр при сгорании водородовоздушной смеси, образующейся в результате расчетной аварии, равно

кПа

 

3. Определить коэффициент Z участия паров ацетона при сгорании паровоздушной смеси для случая разгерметизации аппарата с ацетоном.

Данные для расчета

В центре помещения размером 40х40 м и высотой Н_п = 3 м установлен аппарат с ацетоном. Аппарат представляет собой цилиндр диаметром основания d_a = 0,5 м и высотой h_a = 1 м, в котором содержится 25 кг ацетона. Расчетная температура в помещении t_р = 30 °С. Плотность паров ацетона р_a при t_р равна 2,33 кг/м³. Давление насыщенных паров ацетона р_н при t_р равно 37,73 кПа. Нижний концентрационный предел распространения пламени С_НКПР ⁼ 2,7 % (об.). В результате разгерметизации аппарата в объем помещения поступит 25 кг паров ацетона за время испарения Т = 208 с. При работающей общеобменной вентиляции подвижность воздушной среды в помещении v = 0,1 м/с.

Расчет

Параметры С₀, Х_НКПР, Y_НКПР, Z_НКПР приведены в примере 1 раздела Б.2.

Так как при работающей и неработающей вентиляции

при Х_НКПР < 0,5 l и Y_НКПР < 0,5 b

коэффициент Z составит:

при работающей вентиляции

при неработающей вентиляции

4. Определить коэффициент Z участия метана при сгорании газовоздушной смеси для случая аварийной разгерметизации газового баллона с метаном.

Данные для расчета

На полу помещения размером 13х13 м и высотой H_п = 3 м находится баллон с 0,28 кг метана. Газовый баллон имеет высоту h_б = 1,5 м. Расчетная температура в помещении t_p = 30 °С. Плотность метана r_м при t_p равна 0,645 кг/м³. Нижний концентрационный предел распространения пламени метана С_НКПР = 5,28 % (об.). При работающей общеобменной вентиляции подвижность воздушной среды в помещении v = 0,1 м/с.

Расчет

C₀, X_НКПР, Y_НКПР, Z_НКПР приведены в примере 2 раздела Б.2.

Так как при неработающей вентиляции

при Х_НКПР < 0,5 l и Y_НКПР < 0,5 b

коэффициент Z составит

А.3 Горючие пыли

А.3.1 Расчет избыточного давления при сгорании пылевоздушной смеси в помещении

А.3.1.1 Избыточное давление при сгорании пылевоздушной смеси Dp, кПа, рассчитывают по формуле

,                                 (A.21)

где М— расчетная масса взвешенной в объеме помещения горючей пыли, образовавшейся в результате аварийной ситуации, кг;

Н_т — теплота сгорания пыли, Дж/кг;

p₀ — начальное атмосферное давление, кПа (допускается принимать равным 101 кПа);

Z — доля участия взвешенной горючей пыли при сгорании пылевоздушной смеси;

V_св — свободный объем помещения, м³;

r_в — плотность воздуха до сгорания пылевоздушной смеси при начальной температуре То, кг/м³;

С_р — теплоемкость воздуха, ДжДкг·Л) [допускается принимать равной 1010 Дж/(кг·А)];

То — начальная температура воздуха, К,

К_н — коэффициент, учитывающий негерметичность помещения и неадиабатичность процесса горения.

Допускается принимать К_н равным трем.

К пылям, способным образовывать горючие пылевоздушные смеси, относят дисперсные материалы, характеризующиеся наличием показателей пожарной опасности: нижним концентрационным пределом распространения пламени, максимальным давлением, развиваемым при сгорании пылевоздушной смеси (более 50 кПа), и скоростью его нарастания, минимальным пожароопасным содержанием кислорода (менее 21 %).

А. 3.1.2 Z рассчитывают по формуле

Z = 0,5 F,                                              (A.22)

где F— массовая доля частиц пыли размером менее критического, с превышением которого аэровзвесь становится взрывобезопасной, т. е. неспособной распространять пламя.

В отсутствие возможности получения сведений для расчета Z допускается принимать Z = 0,5.

А. 3.1.3 М, кг, рассчитывают по формуле

                                                         (A.23)

где М_вз — расчетная масса взвихрившейся пыли, кг;

М_ав — расчетная масса пыли, поступившей в помещение в результате аварийной ситуации, кг;

р_ст — стехиометрическая концентрация горючей пыли в аэровзвеси, кг/м³;

V_ав — расчетный объем пылевоздушного облака, образованного при аварийной ситуации в объеме помещения, м³.

В отсутствие возможности получения сведений для расчета V_ав допускается принимать

М = М_вз + М_ав.

А.3.1.4  М_вз рассчитывают по формуле

 М_вз  = К_вз М_п,                                              (А.24)

где К_вз — доля отложенной в помещении пыли, способной перейти во взвешенное состояние в результате аварийной ситуации. В отсутствие экспериментальных сведений о К_вз допускается полагать К_вз = 0,9;

М_п — масса отложившейся в помещении пыли к моменту аварии, кг.

А.3.1.5 М_ав рассчитывают по формуле

М_ав = ( М_ап + qТ )Кп,                                            (А.25)

где М_ап — масса горючей пыли, выбрасываемой в помещение при разгерметизации одного из технологических аппаратов, кг. При отсутствии ограничивающих выброс пыли инженерных устройств следует полагать, что в момент расчетной аварии происходит аварийный выброс в помещение всей находившейся в аппарате пыли;

q — производительность, с которой продолжается поступление пылевидных веществ в аварийный аппарат по трубопроводам до момента их отключения, кг/с;

Т— расчетное время отключения, определяемое в каждом конкретном случае, исходя из реальной обстановки. Следует принимать равным времени срабатывания системы автоматики, если вероятность ее отказа не превышает 0,000001 в год; 120 с, если вероятность отказа системы автоматики превышает 0,000001 в год; 300 с при ручном отключении;

 k_п— коэффициент пыления, представляющий отношение массы взвешенной в воздухе пыли ко всей массе пыли, поступившей из аппарата в помещение. В отсутствие экспериментальных сведений о K_п  допускается полагать:

- k_п = 0,5 — для пылей с дисперсностью не менее 350 мкм;

- k_п= 1,0 — для пылей с дисперсностью менее 350 мкм.

А.3.1.6 М_п рассчитывают по формуле

,                                    (A.26)

где K_r — доля горючей пыли в общей массе отложений пыли;

K_у — коэффициент эффективности пылеуборки. Принимают равным 0,6 при сухой и 0,7 — при влажной (ручной) пылеуборке; при механизированной вакуумной пылеуборке для ровного пола K_у принимается равным 0,9, для пола с выбоинами (до 5 % площади) — 0,7;

М₁ — масса пыли, оседающей на труднодоступных для уборки поверхностях в помещении за период времени между генеральными уборками, кг;

М₂ — масса пыли, оседающей на доступных для уборки поверхностях в помещении за период времени между

текущими пылеуборками, кг.

Под труднодоступными для уборки площадями подразумевают такие поверхности в производственных помещениях, очистка которых осуществляется только при генеральных пылеуборках. Доступными для уборки местами являются поверхности, пыль с которых удаляется в процессе текущих пылеуборок (ежесменно, ежесуточно и т. п.).

А. 3.1.7 M_k (k=1,2) рассчитывают по формулам

m₁ = M₁' (1 - A )B₁, M₂ = M₂' (1 - A) B₂,                            (A.27)

где M₁' = (M₁₁+M₁₂+,..., +M_1n) — масса пыли, выделяющаяся в объем помещения за период времени между генеральными пылеуборками, кг;

M₁₁,..., M_1n — масса пыли, выделяемая соответствующей единицей пылящего оборудования за тот же период времени, кг;

M₂'  ⁼ (M₂₁+M₂₂+,..., +М_2n) — масса пыли, выделяющаяся в объем помещения за период времени между текущими пылеуборками, кг;

M₂₁, ... , М_2n — масса пыли, выделяемая соответствующей единицей пылящего оборудования за тот же период времени, кг;

А — доля выделяющейся в объем помещения пыли, которая удаляется вытяжными вентиляционными системами. В отсутствие экспериментальных сведений об А полагают А = 0;

B₁, В₂ — доли выделяющейся в объем помещения пыли, оседающей соответственно на труднодоступных и доступных для уборки поверхностях помещения (B₁+B₂ = 1).

При отсутствии сведений о коэффициентах B₁ и В₂ допускается полагать b₁ = 1, В₂ = 0.

А.3.1.8 M₁ и M₂ могут быть определены экспериментально (или по аналогии с действующими образцами производства) в период максимальной загрузки оборудования по формуле

,                                (А.28)

где G_ij, F_ij — соответственно интенсивность пылеосаждения и площадь для труднодоступных (i = 1) и доступных (i = 2) участков;

j — номер участка пылеосаждения;

T_i — промежуток времени между генеральными (i = 1) и текущими (i = 2) пылеуборками.

А.3.2 Характеристики сгорания пылепаровоздушных смесей в технологическом аппарате

А.3.2.1 Сгорание пылевоздушной смеси в аппарате может протекать как в режиме медленного, дозвукового горения, так и в режиме детонации. В подавляющем большинстве практических случаев встречается медленный (дефлаграционный) режим горения, к которому относят информацию (А.3.2.2, А.3.2.3).

А.3.2.2 Основными расчетными (в предположении достаточной стойкости корпуса аппарата к напряжениям разрыва и деформации) характеристиками взрыва пылевоздушных смесей в аппарате считают:

- р_max ^— максимальное давление при сгорании пылевоздушной смеси в аппарате, кПа, определяемое как наибольшее давление при сгорании, достигаемое в объеме аппарата при взрывном горении оптимальной пылевоздушной смеси;

- (dp/dt)_max — максимальную скорость нарастания давления при сгорании пылевоздушной смеси в аппарате, кПа/с, определяемую как наибольший наклон зависимости давления при сгорании оптимальной пылевоздушной смеси в аппарате от времени при точечном зажигании в оптимальном месте;

- k_st — индекс взрывопожароопасности пыли, кПа/м · с; k_st = (dp/dt)_max V ^1/3 (V— объем аппарата, м³).

А.3.2.3 Для не слишком протяженных технологических аппаратов объемом свыше 16 л справедливы эмпирические правила, в соответствии с которыми:

Р_mах1 = Р_mах2;                                         (А.29)

k_st1 = k_st2 ,

где 1,2— индексы, относящиеся к двум произвольно выбранным аппаратам.

Для аппарата объемом менее 16 л расчетные значения характеристик сгорания пылевоздушных смесей (по результатам испытаний в крупномасштабной емкости) обладают достаточным запасом надежности.

А.3.2.4 Оценка расчетных значений параметров сгорания пылевоздушных смесей для протяженных аппаратов (с отношением максимального габаритного размера к минимальному порядка 5 и более), а также горения, протекающего в режиме детонации, возможна на основе экспертных заключений.

Пример

Данные для расчета

Рассчитать избыточное давление при сгорании полиэтиленовой пыли в помещении для следующих исходных данных: М_вз = 10 кг; M_ав = 90 кг; F = 0,3; H_т = 47·10⁶ Дж/кг; V_св = 2000 м³; V_ав = 20 м³; Р_в = 1,2 кг/м³; T_о = 298 К; p_ст = 0,1 кг·м³.

Определяем Z по формуле (А.22)

Z = 0,5F = 0,5 · 0,3 = 0,15.

Определяем М по формуле (А.23)

отсюда следует, что М = 14 кг.

Принимая К_н = 3 и подставляя исходные данные в выражение для расчетного избыточного давления при сгорании пылевоздушной смеси, получим:

 кПа.

 

ПРИЛОЖЕНИЕ Б

(обязательное)

 

МЕТОД РАСЧЕТА РАЗМЕРОВ ЗОН, ОГРАНИЧЕННЫХ НИЖНИМ КОНЦЕНТРАЦИОННЫМ ПРЕДЕЛОМ РАСПРОСТРАНЕНИЯ ПЛАМЕНИ (НКПР) ГАЗОВ И ПАРОВ

 

Б.1 Метод расчета зон, ограниченных НКПР газов и паров, при аварийном поступлении горючих газов и паров ненагретых легковоспламеняющихся жидкостей в открытое пространство при неподвижной воздушной среде

Б. 1.1 Расстояния X_НКПР, Y_НКПР и Z_НКПР, м, для ГГ и ЛВЖ, ограничивающие область концентраций, превышающих НКПР, рассчитывают по формулам

для ГГ

,                               (Б.1)

,                                                (Б.2)

для паров ЛВЖ

,                 (Б.3)

,                 (Б.4)

где m_г - масса поступившего в открытое пространство ГГ при аварийной ситуации, кг;

r_г - плотность ГГ при расчетной температуре и атмосферном давлении, кг/м³;

m_п - масса паров ЛВЖ, поступивших в открытое пространство за время полного испарения, но не более 3600 с, кг;

r_г - плотность паров ЛВЖ при расчетной температуре и атмосферном давлении, кг/м³;

р_н - давление насыщенных паров ЛВЖ при расчетной температуре, кПа;

К -  коэффициент (К =  для ЛВЖ);

Т— продолжительность поступления паров ЛВЖ в открытое пространство, с;

С_НКПР — нижний концентрационный предел распространения пламени ГГ или паров ЛВЖ, % (об.).

Б. 1.2 Радиус r_б, м, и высоту Z_б, м, зоны, ограниченной НКПР газов и паров, вычисляют исходя из значений H_НКПР, Y_HKHP и z_НКПР.

При этом R_б > Х_НКПР, R_б > Y_НКПР и Z_б > h + R_б для ГГ и Z_б > Z_НКПР для ЛВЖ (h — высота источника поступления газа от уровня земли, м).

Для ГГ геометрически зона, ограниченная НКПР газов, будет представлять цилиндр с основанием радиусом R_б и высотой h_б = 2R_б при R_б £ h и h_б = h + R_б при R_б > h, внутри которого расположен источник возможного выделения ГГ.

Для ЛВЖ геометрически зона, ограниченная НКПР паров, будет представлять цилиндр с основанием радиусом R_б и высотой h = Z_НКПР при высоте источника паров ЛВЖ h < Z_НКПР и h_б = h + Z_НКПР при h ³ Z_НКПР

За начало отсчета зоны, ограниченной НКПР газов и паров, принимают внешние габаритные размеры аппаратов, установок, трубопроводов и т. п.

Б. 1.3 Во всех случаях значения X_НКПР , Y_НКПР и Z_НКПР должны быть не менее 0,3 м для ГГ и ЛВЖ.

Примеры

1. Определить размеры зоны, ограниченной НКПР паров, при аварийной разгерметизации трубопровода, транспортирующего ацетон.

Данные для расчета

Трубопровод, транспортирующий ацетон, проложен на открытом пространстве на высоте h = 0,5 м от поверхности земли. Трубопровод оснащен ручными задвижками.

Масса паров ацетона, поступивших в открытое пространство за время полного испарения, определена в соответствии с приложением И и составляет m_а = 240 кг при времени испарения Т = 3600 с. Максимально возможная температура для данной климатической зоны t_р = 36 °С. Плотность паров ацетона r_a при t_р равна 2,29 кг/м³. Нижний концентрационный предел распространения пламени паров ацетона С_НКПР ⁼ 2,7 % (об.). Давление насыщенных паров ацетона р_н при t_p равно 48,09 кПа.

Расчет

Расстояния X_НКПР , Y_НКПР и Z_НКПР для ацетона, ограничивающие область концентраций, превышающих НКПР, составят

Таким образом, граница зоны, ограниченной НКПР паров, по горизонтали будет проходить на расстоянии 41,43 м от обечайки трубопровода, а по вертикали — на высоте h_б = Z_HKHP = 1,55 м от поверхности земли.

2. Определить размеры зоны, ограниченной НКПР газов, при аварийной разгерметизации емкости с метаном на открытом пространстве.

Данные для расчета

При разгерметизации емкости в атмосферу поступит 20 кг метана. Емкость представляет собой цилиндр с основанием радиусом 1 м и высотой h_а = 10 м. Максимально возможная температура для данной климатической зоны t_р = 30 °С. Плотность метана r_м при t_р равна 0,645 кг/м³. Нижний концентрационный предел распространения пламени метана С_НКПР ⁼ 5,28 % (об.)

Расчет

Расстояния X_НКПР , Y_НКПР и Z_НКПР для метана, ограничивающие область концентраций, превышающих НКПР, составят

 м,

 м,

Таким образом, для расчетной аварии емкости с метаном геометрически зона, ограниченная НКПР газов, будет представлять цилиндр с основанием радиусом R_б = 26,18 м и высотой h_б = h_а + R_б = 10 + 26,18 = 36,18 м. За начало зоны, ограниченной НКПР газов, принимают внешние габаритные размеры емкости.

Б.2 Метод расчета размеров зон, ограниченных НКПР газов и паров, при аварийном поступлении горючих газов и паров ненагретых легковоспламеняющихся жидкостей в помещение

Нижеприведенные расчетные формулы применяют для случая 100 m / (r_г,пV_св)< 0,5 С_НКПР [С_НКПР  - нижний концентрационный предел распространения пламени горючего газа или пара, % (об.)] и помещений в форме прямоугольного параллелепипеда с отношением длины к ширине не более 5.

Б.2.1 Расстояния X_НКПР , Y_НКПР и Z_НКПР рассчитывают по формулам

,                             (Б.5)

,                             (Б.6)

,                             (Б.7)

где К₁ - коэффициент, принимаемый равным 1,1314 для горючих газов и 1,1958 для легковоспламеняющихся жидкостей;

К₂ - коэффициент, равный 1 для горючих газов;

 для легковоспламеняющихся жидкостей;

К - коэффициент, принимаемый равным 0,0253 для горючих газов при отсутствии подвижности воздушной среды; 0,02828 для горючих газов при подвижности воздушной среды; 0,04714 для легковоспламеняющихся жидкостей при отсутствии подвижности воздушной среды и 0,3536 для легковоспламеняющихся жидкостей при подвижности воздушной среды;

h — высота помещения, м.

d, l, b и C₀ приведены в А.2.3.

При отрицательных значениях логарифмов расстояния X_НКПР , Y_НКПР и Z_НКПР принимают равными 0.

Б.2.2 Радиус R_б и высоту Z_б, м, зоны, ограниченной НКПР газов и паров, вычисляют исходя из значений X_НКПР , Y_НКПР и Z_НКПР  для заданного уровня значимости Q.

При этом R_б > X_НКПР , R_б > Y_НКПР и Z_б > h + R_б для ГГ и Z_б > Z_НКПР для ЛВЖ (h — высота источника поступления газа от пола помещения для ГГ тяжелее воздуха и от потолка помещения для ГГ легче воздуха, м).

Для ГГ геометрически зона, ограниченная НКПР газов, будет представлять цилиндр с основанием радиусом R_б и высотой h_б = 2 R_б при R_б £ h, h_б = h + R_б при R_б > h, внутри которого расположен источник возможного выделения ГГ. Для ЛВЖ геометрически зона, ограниченная НКПР паров, будет представлять цилиндр с основанием радиусом R_б и высотой Z_б = Z_НКПР высоте источника паров ЛВЖ h < Z_НКПР и  Z_б = h + Z_НКПР при h ³ Z_НКПР. За начало отсчета принимают внешние габаритные размеры аппаратов, установок, трубопроводов и т. п.

Б.2.3 Во всех случаях значения расстояний X_НКПР , Y_НКПР и Z_НКПР должны быть не менее 0,3 м для ГГ и ЛВЖ.

Примеры

1. Определить размеры зоны, ограниченной НКПР паров, образующейся при аварийной разгерметизации аппарата с ацетоном, при работающей и неработающей общеобменной вентиляции.

Данные для расчета 

В центре помещения размером 40 х 40 м и высотой h_п = 3 м установлен аппарат с ацетоном. Аппарат представляет собой цилиндр с основанием диаметром d_a = 0,5 м и высотой h_a = 1 м, в котором содержится 25 кг ацетона. Расчетная температура в помещении t_p = 30 °С. Плотность паров ацетона r_а при t_р равна 2,33 кг/м³. Давление насыщенных паров ацетона p_н при t_р равно 37,73 кПа. Нижний концентрационный предел распространения пламени С_НКПР = 2,7 % (об.). В результате разгерметизации аппарата в помещение поступит 25 кг паров ацетона за время испарения Т = 208 с. При работающей общеобменной вентиляции подвижность воздушной среды в помещении u = 0,1 м/с.

Расчет

Допустимые значения отклонений концентраций d при уровне значимости Q = 0,05 будут равны: 1,27 — при работающей вентиляции; 1,25 — при неработающей вентиляции (u = 0). Предэкспоненциальный множитель С₀ будет равен:

при работающей вентиляции

% (об.),

С_н = 100р_н /р₀ = 100 · 37,73/101 = 37,36 % (об.),

V_св = 0,8 V_п = 0,8 · 40 · 40 · 3 = 3840 м³;

при неработающей вентиляции

% (об.).

Расстояния X_НКПР , Y_НКПР и Z_НКПР составят:

при работающей вентиляции

 м,

 м,

м;

при неработающей вентиляции

 м,

 м,

м.

 

Таким образом, для ацетона геометрически зона, ограниченная НКПР паров, будет представлять собой цилиндр с основанием радиусом R_б и высотой Z_б = h_а+Z_НКПР, так как h_а > Z_HKHP, при работающей вентиляции

Z_б = 1 + 0,2 = 1,2 м, R_б = 9,01 м;

при неработающей вентиляции

Z_б = 1 + 0,03 = 1,03 м, R_б = 10,56 м.

За начало отсчета принимают внешние габаритные размеры аппарата.

2. Определить размеры зоны, ограниченной НКПР газов, образующейся при аварийной разгерметизации газового баллона с метаном, при работающей и неработающей вентиляции.

Данные для расчета

На полу помещения размером 13 х 13 м и высотой H_п = 3 м находится баллон с 0,28 кг метана. Газовый баллон имеет высоту h_б = 1,5 м. Расчетная температура в помещении t_р = 30 °С. Плотность метана r_м при t_р равна 0,645 кг/м³. Нижний концентрационный предел распространения пламени метана С_НКПР ⁼ 5,28 % (об.). При работающей общеобменной вентиляции подвижность воздушной среды в помещении u = 0,1 м/с.

Расчет

Допустимые отклонения концентраций при уровне значимости Q = 0,05 будут равны: 1,37 при работаюшей вентиляции; 1,38 при неработающей вентиляции (u = 0).

Предэкспоненциальный множитель С₀ будет равен:

при работающей вентиляции

% (об.);

при неработающей вентиляции

% (об.);

Расстояния X_НКПР , Y_НКПР и Z_НКПР составят:

при работающей вентиляции

 ,

 ,

.

следовательно  X_НКПР , Y_НКПР и Z_НКПР = 0;

при неработающей вентиляции

 м,

 м,

м.

Таким образом, для метана при неработающей вентиляции геометрически зона, ограниченная НКПР газов, будет представлять собой цилиндр с основанием радиусом R_б = 3,34 м и высотой h_б = h + R_б = 3 + 3,34 = 6,34 м. Ввиду того, что h_б расчетное больше высоты помещения h_п = 3 м, за высоту зоны, ограниченной НКПР газов, принимаем высоту помещения h_б = 3 м.

 

ПРИЛОЖЕНИЕ В

(рекомендуемое)

МЕТОД РАСЧЕТА ИНТЕНСИВНОСТИ ТЕПЛОВОГО ИЗЛУЧЕНИЯ ПРИ ПОЖАРАХ ПРОЛИВОВ ЛВЖ И ГЖ

 

В. 1 Интенсивность теплового излучения q, кВт/м², рассчитывают по формуле

q = E_f · F_q · t,                                            (B.1)

где E_f — среднеповерхностная плотность теплового излучения пламени, кВт/м²;

F_q — угловой коэффициент облученности;

t — коэффициент пропускания атмосферы.

В.2 E_f принимают на основе имеющихся экспериментальных данных. Для некоторых жидких углеводородных топлив указанные данные приведены в таблице В. 1.

 

Таблица B.1— Среднеповерхностная плотность теплового излучения пламени в зависимости от диаметра очага и удельная массовая скорость выгорания для некоторых жидких углеводородных топлив

 

Топливо	Ef, кВт/м2, при d, м					т, кг/(м2 · с)
	10	20	30	40	50
СПГ (метан)	220	180	150	130	120	0,08
СУГ (пропан-бутан)	80	63	50	43	40	0,1
Бензин	60	47	35	28	25	0,06
Дизельное топливо	40	32	25	21	18	0,04
Нефть	25	19	15	12	10	0,04
Примечание— Для диаметров очага менее 10 м или более 50 м следует принимать Ef  такой же, как и для очагов диаметром 10 м и 50 м соответственно

 

При отсутствии данных допускается  E_f принимать равной 100 кВт/м² для СУГ, 40 кВт/м² для нефтепродуктов.

8.3 Рассчитывают эффективный диаметр пролива d, м, по формуле

,                                                    (В.2)

где S — площадь пролива, м².

8.4 Рассчитывают высоту пламени Н, м, по формуле

,                                 (В.3)

где т — удельная массовая скорость выгорания топлива, кг/(м · с);

r_в — плотность окружающего воздуха, кг/м³;

g— ускорение свободного падения, равное 9,81 м/с².

8.5 Определяют угловой коэффициент облученности F_q по формуле

,                                       (В.4)

где ,(В.5)

где А = (h² + + 1) / 2S₁ ,          (В.6)

S_l = 2r/d (r— расстояние от геометрического центра пролива до облучаемого объекта),  (В. 7)

h = 2H/d;                                                    (B.8)

,      (В.9)

B = ( 1+S² ) / ( 2S ),                                                (B.10)

B.6 Определяют коэффициент пропускания атмосферы t по формуле

t = exp[ -7,0 · 10 ^-4 ( r - 0,5 d)]               (B.11)

Пример — Расчет теплового излучения от пожара пролива бензина площадью 300 м² на расстоянии 40 м от центра пролива.

Расчет

Определяем эффективный диаметр пролива d по формуле (В. 2)

м.

Находим высоту пламени по формуле (В.3), принимая

т = 0,06 кг / (м² · с), g = 9,81 м/с² и r_в = 1,2 кг/м³:

Находим угловой коэффициент облученности F_q по формулам (В.4) — (В. 10), принимая r = 40 м:

h = 2 · 26,5 / 19,5 = 2,72,

S₁ =2 · 40 / 19,5= 4,10,

А = (2,72² + 4,10² + 1) / (2 · 4,1) = 3,08,

B = (1 + 4,1²) / (2 · 4,1) =2,17,

Определяем коэффициент пропускания атмосферы т по формуле (В. 11)

t = exp [ - 7,0 · 10 ^-4 (40 - 0,5 · 19,5 )] =  0,979.

Находим интенсивность теплового излучения q по формуле (В.1), принимая Е_f= 47 кВт/м² в соответствии с таблицей В. 1:

q = 47 · 0,0324 · 0,979 = 1,5 кВт/м².

 

ПРИЛОЖЕНИЕ Г

(рекомендуемое)

 

МЕТОД РАСЧЕТА РАЗМЕРОВ ЗОН РАСПРОСТРАНЕНИЯ ОБЛАКА ГОРЮЧИХ ГАЗОВ И ПАРОВ ПРИ АВАРИИ

Г.1 Сущность метода

В настоящем приложении установлен порядок расчета изменения во времени концентрации газа в облаке при мгновенном выбросе и непрерывном истечении сжиженного углеводородного газа (СУГ), плотность которого больше плотности воздуха.

Г.1.1 Мгновенный выброс СУГ

Г. 1.1.1 Мгновенный выброс СУГ может происходить при повреждении резервуара или иного аппарата, в котором СУГ находится под давлением.

За счет внутренней энергии СУГ его массовая доля d мгновенно испаряется, образуя с капельками жидкости облако аэрозоля. За счет больших скоростей вихревых потоков происходит быстрое вовлечение в облако воздуха и быстрое испарение оставшейся части СУГ.

Массу воздуха М_а0, кг, мгновенно вовлекающуюся в облако для такого испарения, рассчитывают по формуле

М_а0 = ( l - d) M_gL_g / ( C_p.a ( T_a - T_g ) + X_wL_w),                         (Г.1)

где М_g — масса выброшенного СУГ, кг;

С_р.a — удельная теплоемкость воздуха, Дж/(кг·К);

L_g — удельная теплота парообразования СУГ, Дж/кг;

T_a — температура окружающего воздуха, К;

Т_g  — температура кипения СУГ при атмосферном давлении, К;

Х_w — массовая доля водяных паров в воздухе;

L_w — удельная теплота парообразования воды, Дж/кг.

d определяют из соотношения

d = 1 - ехр (- С_p.g (T_a - T_g) / L_g),                              (Г.2)

где C_p.g — удельная теплоемкость СУГ, Дж/(кг · К).

Г. 1.1.2 Принимают, что образовавшееся облако дрейфует по ветру со скоростью v_d = 0,6n_в (n_в — скорость ветра) и имеет в начальный момент форму цилиндра, высота которого равна его радиусу. С течением времени высота облака уменьшается, а радиус растет.

Изменение во времени радиуса, высоты облака и концентрации газа в нем в этой фазе (называемой фазой падения) определяется путем решения методом Рунге-Кутта (реализованным в виде стандартной программы на ЭВМ) системы обыкновенных дифференциальных уравнений:

dM_a / dt = r_a p r² a₂ a₃ n_в Ri^-1 + 2 r_a а₁ (d_r / d_t) p r h,

dT / dt =((dM_a / dt) C_p.a ( T_a - T ) + p r² ( T_gr - T )^1,333 ) / ( M_a C_p.a + M_g C_p.g ) ,              (Г.З)

dr / dt = a₄ (gh (r_g.a - r_a) / r_g.a) ^0,5,

где M_a — масса воздуха в облаке, кг;

r_a — плотность воздуха, кг/м³;

r — радиус облака, м;

а₁, a₂, a₃, a₄ — коэффициенты ( а₁ = 0,7, а₂ = 0,5, a₄ = 1,07, a₃ = 0,3 для классов устойчивости А—В (классы устойчивости даны по Паскуиллу, таблица Г.1); 0,24 — для С—В; 0,16 — для E—F);

Ri — число Ричардсона, определяемое из соотношения

Ri = (5,88 h^0,48 g / ( a₃² n_в² )) ( r_g.a - r_a ) / r_a ;

h — высота облака, м;

Т— температура облака. К;

Т_gr — температура земной поверхности. К;

r_g.a  — плотность паровоздушного облака, кг/м³.

 

Таблица Г.1— Классы устойчивости атмосферы по Паскуиллу

 

Класс по Паскуиллу	Типичная скорость ветра, м/с	Описание погоды	Вертикальный градиент температуры, К/м
А	1	Безоблачно	>>>0,01
В	2	Солнечно и тепло	>>0,01
С	5	Переменная облачность в течение дня	>0,01
D	5	Облачный день или облачная ночь	»0,01
Е	3	Переменная облачность в течение ночи	<0,01
F	2	Ясная ночь	Инверсия (отрицательный градиент)

 

Решением системы вышеуказанных уравнений являются зависимости

M_a = M_a(t), Т= Т(t), r= r(t).

Для решения системы уравнений необходимы дополнительные соотношения

r_g.a = (M_a  + M_g ) / (M_a / r_a + M_g / r_g ) ( T_a / T ).                           (Г.4)

В качестве критерия  окончания фазы падения принимают выполнение условия:

(r_g.a - r_a ) / r_g.a  < 10^-3 .                                   (Г.5)

Зависимость h = h(t) находим из соотношения

h(t)=(M_a / r_a + M_g /r_g ) (T /T_a )( 1/(p r(t)²).                              (Г.6)

Г. 1.1.3 Когда плотность паровоздушного облака незначительно отличается от плотности воздуха (т. е. после окончания фазы падения), его движение определяется как фаза пассивной дисперсии и описывается процессами турбулентной диффузии.

Концентрацию газа в точке с координатами (х, у, z) в фазе пассивной дисперсии определяют из формулы

                              (Г.7)

где s_y, s_z — среднеквадратичные отклонения, зависящие от величины x_c - x₀ ;

х_c — координата центра облака в направлении ветра, м

x₀ — координата точки окончания фазы падения, м;

s_y (x_c - x₀); s_z (x_c - x₀) зависят от класса устойчивости по Паскуиллу.

При x_c = x₀ принимается s_y0 = r / 2,14, s_z0 = h / 2,14;

при x_c > x₀

Г.1.2 Непрерывное истечение СУГ

Для описания непрерывного истечения СУГ из резервуаров или иных аппаратов предполагается, что результирующая концентрация газа в паровоздушном облаке является суммой концентраций от отдельных элементарных газовых объемов и рассчитывается по формуле

,                   (Г.8)

где Q = т· t _j,— масса СУГ в j-м элементарном объеме, кг;

т — массовая скорость истечения СУГ, кг/с;

xj— координата центра j-го элементарного объема, м;

 — среднеквадратичные отклонения распределения концентраций в j-м элементарном объеме, м.

 - определяют аналогично  в Г. 1.1.3.

Пример — Расчет динамики паровоздушного облака в открытом пространстве

Для расчета динамики паровоздушного облака (движения в пространстве границы облака, определяемой НКПВ) принимается, что в некоторый момент времени t₀ начинается истечение пропана с массовой скоростью 1,3 кг/с, скорость ветра составляет 1 м/с, градиент температуры составляет 0,667 К/м.

Процедура расчета, реализованная на ПЭВМ, представлена на блок-схеме (рисунок Г.1). Результаты расчета границы облака для двух значений времени t₀ + 10 с и t₀ + 300 с представлены на рисунке Г.2.

 

 

Рисунок Г. 1 — Алгоритм расчета параметров паровоздушного облака

t₀ — время начала истечения

Рисунок Г. 2 — Границы паровоздушного облака по НКПВ на различные моменты времени от начала истечения

 

ПРИЛОЖЕНИЕ Д

(рекомендуемое)

 

МЕТОД РАСЧЕТА ИНТЕНСИВНОСТИ ТЕПЛОВОГО ИЗЛУЧЕНИЯ И ВРЕМЕНИ СУЩЕСТВОВАНИЯ «ОГНЕННОГО ШАРА»

 

Д. 1 Расчет интенсивности теплового излучения «огненного шара» q, кВт/м², проводят по формуле

q = E_f · F_q · t,                                       (Д.1)

где E_f — среднеповерхностная плотность теплового излучения пламени, кВт/м²;

— угловой коэффициент облученности;

t   коэффициент пропускания атмосферы.

Д.2  E_f определяют на основе имеющихся экспериментальных данных. Допускается принимать E_f  равным 450 кВт/м².

Д.3 F_q  рассчитывают по формуле

,              (Д.2)

где Н— высота центра «огненного шара», м;

D_s — эффективный диаметр «огненного шара», м;

r — расстояние от облучаемого объекта до точки на поверхности земли непосредственно под центром «огненного шара», м.

Д.4 Эффективный диаметр «огненного шара» D_s рассчитывают по формуле

D_s =5,33 m ^0,327,                              (Д.3)

где т — масса горючего вещества, кг.

Д.5 H определяют в ходе специальных исследований. Допускается принимать H равной D_s/2.

Д.6 Время существования «огненного шара» t_s, с, рассчитывают по формуле

t_s = 0,92 m ^0,303.                                              (Д.4)

Д.7 Коэффициент пропускания атмосферы т рассчитывают по формуле

t = ехр [-7,0 · 10^-4 (- D_s / 2)].                          (Д.5)

Пример — Определить время существования «огненного шара» и интенсивность теплового излучения от него на расстоянии 500 м при разрыве сферической емкости с пропаном объемом 600 м³ в очаге пожара.

Данные для расчета

Объем сферической емкости 600 м³. Плотность жидкой фазы 530 кг/м³. Степень заполнения резервуара жидкой фазы 80 %. Расстояние от облучаемого объекта до точки на поверхности земли непосредственно под центром «огненного шара» 500 м.

Расчет

Находим массу горючего т в «огненном шаре» по формуле

т = Vr a = 600 · 530 · 0,8 = 2,54 · 10⁵ кг,

где V— объем резервуара, м³ (V =  600 м³);

r — плотность жидкой фазы, кг/м³ (r = 530 кг/м³);

a — степень заполнения резервуара (a = 0,8).

По формуле (Д.3) определяем эффективный диаметр «огненного шара» D_s

D_s = 5,33 (2,54 · 10⁵)^0,327 = 312 м.

По формуле (Д.2), принимая H = D_s /2 = 156 м, находим угловой коэффициент облученности F_q

По формуле (Д.5) находим коэффициент пропускания атмосферы t:

t = ехр [-7,0 · 10^-4 (  - 312/2)] = 0,77.

По формуле (Д.1), принимая E_f = 450 кВт/м², находим интенсивность теплового излучения q

q = 450 · 0,037 · 0,77 = 12,9 кВт/м².

По формуле (Д.4) определяем время существования «огненного шара» t_s

t_s  = 0,92 (2,54 · 10⁵)^0,303 = 40 с.

 

ПРИЛОЖЕНИЕ Е

(рекомендуемое)

 

МЕТОД РАСЧЕТА ПАРАМЕТРОВ ВОЛНЫ ДАВЛЕНИЯ ПРИ СГОРАНИИ ГАЗОПАРОВОЗДУШНЫХ СМЕСЕЙ В ОТКРЫТОМ ПРОСТРАНСТВЕ

 

Е. 1 Исходя из рассматриваемого сценария аварии, определяют массу т, кг, горючих газов и (или) паров, вышедших в атмосферу из технологического аппарата (приложение А).

Е.2 Избыточное давление Dp, кПа, развиваемое при сгорании газопаровоздушных смесей, рассчитывают по формуле

,                (Е. 1)

где р₀ — атмосферное давление, кПа (допускается принимать равным 101 кПа);

r — расстояние от геометрического центра газопаровоздушного облака, м;

m_пp — приведенная масса газа или пара, кг, рассчитанная по формуле

m_пр = (Q_сг / Q₀)m_г,п Z,

где Q_сг — удельная теплота сгорания газа или пара, Дж/кг;

Z— коэффициент участия, который допускается принимать равным 0,1;

Q₀— константа, равная 4,52 · 10⁶ Дж/кг;

 m_г,п — масса горючих газов и (или) паров, поступивших в результате аварии в окружающее пространство, кг.

Е.3 Импульс волны давления i, Па · с, рассчитывают по формуле

.                                       (Е.3)

Пример — Рассчитать избыточное давление и импульс волны давления при выходе в атмосферу пропана, хранящегося в сферической емкости объемом 600 м³, на расстоянии 500 м от нее.

Данные для расчета

Объем емкости 600 м³. Температура 20 °С. Плотность сжиженного пропана 530 кг/м³. Степень заполнения емкости 80 % (по объему). Удельная теплота сгорания пропана 4,6 · 10⁷ Дж/кг. Принимается, что в течение времени, необходимого для выхода сжиженного газа из емкости, весь пропан испаряется.

Расчет

Находим приведенную массу m_пр  по формуле (Е.2):

m_пр  = 4,6 · 10⁷ / 4,52 · 10⁶ ·(0,8· 530 · 600) · 0,1 = 2,59 · 10⁵ кг.

Находим избыточное давление Dp по формуле (Е.1)

Dp = 101 [0,8 (2,59 · 10⁵)^0,33 / 500 + 3 (2,59 · 10⁵) ^0,66 / 500² + 5 (2,59 · 10⁵) / 500³] = 16,2 кПа.

Находим импульс волны давления i по формуле (Е.3):

i = 123 (2,59 · 10⁵)^0,66 / 500 = 1000 Па · с.

 

ПРИЛОЖЕНИЕ Ж

(рекомендуемое)

 

МЕТОД РАСЧЕТА ПАРАМЕТРОВ ВОЛНЫ ДАВЛЕНИЯ ПРИ ВЗРЫВЕ РЕЗЕРВУАРА С ПЕРЕГРЕТОЙ ЖИДКОСТЬЮ ИЛИ СЖИЖЕННЫМ ГАЗОМ ПРИ ВОЗДЕЙСТВИИ НА НЕГО ОЧАГА ПОЖАРА

 

Ж. 1 При попадании замкнутого резервуара со сжиженным газом или жидкостью в очаг пожара может происходить нагрев содержимого резервуара до температуры, существенно превышающей нормальную температуру кипения, с соответствующим повышением давления. За счет нагрева несмоченных стенок сосуда уменьшается предел прочности их материала, в результате чего при определенных условиях оказывается возможным разрыв резервуара с возникновением волн давления и образованием «огненного шара». Расчет параметров «огненного шара» изложен в приложении Д. Порядок расчета параметров волн давления изложен ниже. Разрыв резервуара в очаге пожара с образованием волн давления получил название BLEVE (Boiling Liquid Expanding Vapour Explosion — взрыв расширяющихся паров вскипающей жидкости).

Ж. 2 Возможность возникновения BLEVE для конкретного вещества, хранящегося в замкнутой емкости, определяют следующим образом.

Ж.2.1 Рассчитывают d по формуле

d = Ср (T-T_кип ) / L,                                 (Ж.1)

где Ср— удельная теплоемкость жидкой фазы, Дж/кг;

Т— температура жидкой фазы, соответствующая температуре насыщенного пара при давлении срабатывания предохранительного клапана, К;

T_кип — температура кипения вещества при нормальном давлении. К;

L — удельная теплота испарения при нормальной температуре кипения Т_кип, Дж/кг.

Ж.2.2 Если d < 0,35, BLEVE не происходит. При d ³ 0,35 вероятность возникновения данного явления велика.

Ж.3 Параметрами волны давления, образующейся при BLEVE, являются избыточное давление в положительной фазе волны Dp и безразмерный импульс положительной фазы волны i.

Dp, кПа, и i, Па·с, рассчитывают по формулам:

,                         (Ж.2)

,                                       (Ж.3)

где p₀ — атмосферное давление, кПа (допускается принимать равным 101 кПа);

r — расстояние до разрушающегося технологического оборудования, м;

m_пр — приведенная масса, кг, рассчитанная по формуле

m_пр = E_иэ / Q₀.                                     (Ж.4)

где E_иэ — энергия, выделяющаяся при изэнтропическом расширении среды, находящейся в резервуаре, Дж;

q₀ — константа, равная 4,52 · 10⁶ Дж/кг.

Ж.4  E_иэ , Дж, рассчитывают по формуле

E_иэ = С_эфф m ( Т - Т_кип).                                  (Ж.5)

где m — масса вещества в резервуаре, кг;

С_эфф — константа, равная 500 Дж/(кг·К);

Т — температура вещества в резервуаре в момент его взрыва, К;

Т_кип — температура кипения вещества при атмосферном давлении, К.

При наличии в резервуаре предохранительного клапана Т, К, допускается рассчитывать по формуле

,                           (Ж.6)

где А, В, С_а — константы Антуана вещества;

р_к — давление срабатывания предохранительного клапана, кПа. Константа А должна соответствовать давлению, выраженному в килопаскалях.

Пример — Расчет параметров ударной волны при BLEVE

Данные для расчета

Рассчитать параметры положительной фазы волны давления на расстоянии 750 м от эпицентра  аварии, связанной с развитием BLEVE на железнодорожной цистерне вместимостью 50 м³ с 10 т жидкого пропана. Цистерна имеет предохранительный клапан на давление срабатывания 2,0 МПа.

Расчет Энергию, выделившуюся при расширении среды в резервуаре, рассчитывают по формуле (Ж.5).

E_иэ = С_эфф m ( Т - Т_кип),

где m = 4 · 10⁴ кг — масса пропана в цистерне;

С_эфф — константа, равная 500 Дж/кг·К);

Т_кип ⁼ - 43 + 273 = 230 К — температура кипения пропана при постоянном давлении.

Т, К, находим по формуле (Ж.6)

где  р_к = 2,000 кПа, А = 5,949, В = 812,648, С_а = 247,55.

Отсюда

Получим E_иэ

E_иэ  = 4 · 10⁴(332-230)500 = 2,06 · 10⁹ Дж.

Находим приведенную массу m_пр, кг, по формуле (Ж.4)

m_пр  = 2,06 · 10⁹ / (4,52 · 10⁶ ) = 456 кг.

Вычислим Dp и i по формулам (Ж.2) и (Ж.3)

Dр = 101 (0,8 · 456^0,33 / 750 + 3 · 456^0,66 / 750² + 5 · 456³ / 750 ) = 0,86 кПа,

i = 123 · 456^0,66 / 750 = 9,7 Па · с.

 

ПРИЛОЖЕНИЕ И

(рекомендуемое)

МЕТОД РАСЧЕТА ПАРАМЕТРОВ ИСПАРЕНИЯ ГОРЮЧИХ НЕНАГРЕТЫХ ЖИДКОСТЕЙ И СЖИЖЕННЫХ УГЛЕВОДОРОДНЫХ ГАЗОВ

 

И. 1 Интенсивность испарения W, кг/(с·м²), определяют по справочным и экспериментальным данным. Для ненагретых выше температуры окружающей среды ЛВЖ, при отсутствии данных допускается рассчитывать W по формуле¹⁾

W = 10^-6 hp_н,                                    (И.1)

_______

¹⁾ Формула применима при температуре подстилающей поверхности от минус 50 до плюс 40 °С.

где h — коэффициент, принимаемый по таблице И.1 в зависимости от скорости и температуры воздушного потока над поверхностью испарения;

М — молярная масса, г/моль;

p_н  — давление насыщенного пара при расчетной температуре жидкости t_р, определяемое по справочным данным, кПа.

 

Таблица И.1

 

Скорость воздушного потока в помещении,	Значение коэффициента  hпри температуре t, °С, воздуха в помещении
м/с	10	15	20	30	35
0,0	1,0	1,0	1,0	1,0	1,0
0,1	3,0	2,6	2,4	1,8	1,6
0,2	4,6	3,8	3,5	2,4	2,3
0,5	6,6	5,7	5,4	3,6	3,2
1,0	10,0	8,7	7,7	5,6	4,6

 

И.2 Для сжиженных углеводородных газов (СУГ) при отсутствии данных допускается рассчитывать удельную массу паров испарившегося СУГ m _СУГ, кг/м², по формуле¹)

,                               (И.2)

_______

¹⁾ Формула применима при температуре подстилающей поверхности от минус 50 до плюс 40 °С.

 

где М — молярная масса СУГ, кг/моль;

L_исп — мольная теплота испарения СУГ при начальной температуре СУГ Т_ж, Дж/моль;

Т₀ — начальная температура материала, на поверхность которого разливается СУГ, соответствующая расчетной температуре t_p, К;

Т_ж — начальная температура СУГ, К;

l_тв — коэффициент теплопроводности материала, на поверхность которого разливается СУГ, Вт/(м · К);

а — эффективный коэффициент температуропроводности материала, на поверхность которого разливается СУГ, равный 8,4·10^-8 м²/с;

t — текущее время, с, принимаемое равным времени полного испарения СУГ, но не более 3600 с;

 число Рейнольдса (n— скорость воздушного потока, м/с; d — характерный размер пролива СУГ, м;

u_в — кинематическая вязкость воздуха при расчетной температуре t_р, м²/с);

l_в — коэффициент теплопроводности воздуха при расчетной температуре t_р , Вт/(м · К).

Примеры — Расчет параметров испарения горючих ненагретых жидкостей и сжиженных углеводородных газов

1 Определить массу паров ацетона, поступающих в объем помещения в результате аварийной разгерметизации аппарата.

Данные для расчета

В помещении с площадью пола 50 м² установлен аппарат с ацетоном максимальным объемом V_aп = 3 м³. Ацетон поступает в аппарат самотеком по трубопроводу диаметром d = 0,05 м с расходом q, равным 2 · 10^-3 м³/с. Длина участка напорного трубопровода от емкости до ручной задвижки l₁ = 2 м. Длина участка отводящего трубопровода диаметром d = 0,05 м от емкости до ручной задвижки L₂ равна 1 м. Скорость воздушного потока и в помещении при работающей общеобменной вентиляции равна 0,2 м/с. Температура воздуха в помещении t_р=20 °С. Плотность r ацетона при данной температуре равна 792 кг/м³. Давление насыщенных паров ацетона р_a при  t_р равно 24,54 кПа.

Расчет

Объем ацетона, вышедшего из напорного трубопровода, V_н.т составляет

м³,

где t — расчетное время отключения трубопровода, равное 300 с (при ручном отключении).

Объем ацетона, вышедшего из отводящего трубопровода V_от составляет

Объем ацетона, поступившего в помещение

V_a = V_ап + V_н.т + V_от = 3 + 6,04 ·10^-1 + 1,96 · 10^-3 = 6,600 м³.

Исходя из того, что 1 л ацетона разливается на 1 м² площади пола, расчетная площадь испарения S_р = 3600 м² ацетона превысит площадь пола помещения. Следовательно, за площадь испарения ацетона принимается площадь пола помещения, равная 50 м².

Интенсивность испарения равна:

W_исп = 10^-6 · 3,5  · 24,54 = 0,655 · 10^-3 кг/(с · м²).

Масса паров ацетона, образующихся при аварийной разгерметизации аппарата т, кг, будет равна

т = 0,655 · 10^-3 · 50 · 3600 = 117,9 кг.

2 Определить массу газообразного этилена, образующегося при испарении пролива сжиженного этилена в условиях аварийной разгерметизации резервуара.

Данные для расчета

Изотермический резервуар сжиженного этилена объемом V_и.р.э ⁼ 10000 м³ установлен в бетонном обваловании свободной площадью S_об = 5184 м² и высотой отбортовки Н_об ⁼ 2,2 м. Степень заполнения резервуара a = 0,95.

Ввод трубопровода подачи сжиженного этилена в резервуар выполнен сверху, а вывод отводящего трубопровода снизу.

Диаметр отводящего трубопровода d_тp = 0,25 м. Длина участка трубопровода от резервуара до автоматической задвижки, вероятность отказа которой превышает 10^-6 в год и не обеспечено резервирование ее элементов, L= 1 м. Максимальный расход сжиженного этилена в режиме выдачи G_ж.э ⁼ 3,1944 кг/с. Плотность сжиженного этилена r_ж.э при температуре эксплуатации Т_эк = 169,5 К равна 568 кг/м³. Плотность газообразного этилена r_г.э при Т_эк  равна 2,0204 кг/м³. Молярная масса сжиженного этилена М_ж.э = 28 · 10^-3 кг/моль. Мольная теплота испарения сжиженного этилена L_иcn при Т_эк равна 1,344 · 10⁴ Дж/моль. Температура бетона равна максимально возможной температуре воздуха в соответствующей климатической зоне T_б = 309 К. Коэффициент теплопроводности бетона l_б=1,5Вт/(м·К). Коэффициент температуропроводности бетона а = 8,4 · 10^-8 м²/с. Минимальная скорость воздушного потока u_min = 0 м/с, а максимальная для данной климатической зоны u_max = 5 м/с. Кинематическая вязкость воздуха n_в при расчетной температуре воздуха для данной климатической зоны t_р = 36 °С равна 1,64 · 10^-5 м²/с. Коэффициент теплопроводности воздуха l_в при t_р равен 2,74 · 10^-2 Вт/(м · К).

Расчет

При разрушении изотермического резервуара объем сжиженного этилена составит

м³.

Свободный объем обвалования V_об = 5184 · 2,2 = 11404,8 м³.

Ввиду того, что V_ж.э < V_об примем за площадь испарения S_исп свободную площадь обвалования S_об, равную 5184 м².

Тогда массу испарившегося этилена m_и.э с площади пролива при скорости воздушного потока u = 5 м/с рассчитывают по формуле (И.2)

Масса m_и.э при u = 0 м/с составит 528039 кг.

 

ПРИЛОЖЕНИЕ К

 (рекомендуемое)

 

МЕТОДЫ РАСЧЕТА ТЕМПЕРАТУРНОГО РЕЖИМА ПОЖАРА В ПОМЕЩЕНИЯХ ЗДАНИЙ РАЗЛИЧНОГО НАЗНАЧЕНИЯ

 

К.1 Условные обозначения

V— объем помещения, м³;

S— площадь пола помещения, м²;

А_i — площадь i-го проема помещения, м²;

h_i — высота i-го проема помещения, м;

 — суммарная площадь проемов помещения, м²;

 — приведенная высота проемов помещения, м;

П— проемность помещения, рассчитывается по формуле (К.1) или (К.2), м^0,5;

Р_i — общее количество пожарной нагрузки i-го компонента твердых горючих и трудногорючих материалов, кг;

q — количество пожарной нагрузки, отнесенное к площади пола, кг/м;

q_кр.к  — удельное критическое количество пожарной нагрузки, кг/м²;

q_к — количество пожарной нагрузки, отнесенное к площади тепловоспринимающих поверхностей помещения, кг/м²;

П_ср — средняя скорость выгорания древесины, кг/(м² · мин);

П_срi — средняя скорость выгорания i-го компонента твердого горючего или трудногорючего материала,  кг/м² · мин);

— низшая теплота сгорания древесины, МДж/кг;

 — низшая теплота сгорания /-го компонента материала пожарной нагрузки, МДж/кг;

e_ф — степень черноты факела;

Т₀ — температура окружающего воздуха, К;

Т_w — температура поверхности конструкции, К;

t — текущее время развития пожара, мин;

t_н.с.п  —  минимальная продолжительность начальной стадии пожара, мин;

 — предельная продолжительность локального пожара при горении ЛВЖ и ГЖ, мин.

К.2 Определение интегральных теплотехнических параметров объемного свободно развивающегося пожара в помещении

К.2.1 Определение вида возможного пожара в помещении

Вычисляется объем помещения V

Рассчитывают проемность помещений П, м^0,5, объемом V £ 10 м³

,                                   (K.1)

для помещений с V > 10м³

.                                      (К.2)

Из справочной литературы выбирают количество воздуха, необходимое для сгорания 1 кг материала i-й пожарной нагрузки V_0i, нм³/кг.

Рассчитывают количество воздуха, необходимое для сгорания 1 кг материала пожарной нагрузки

.                                 (К.3)

Определяют удельное критическое количество пожарной нагрузки q_кр.к кг/м², для кубического помещения объемом V, равным объему исследуемого помещения

.                 (К.4)

Вычисляют удельное значение пожарной нагрузки q_к, кг/м², для исследуемого помещения

                             (К.5)

где S— площадь пола помещения, равная V^0,667.

Сравнивают значения q_к и q_кр.к . Если q_к < q_кр.к , то в помещении будет пожар, регулируемый нагрузкой (ПРН); если q_к ³ q_кр.к , то в помещении будет пожар, регулируемый вентиляцией (ПРВ).

К.2.2 Расчет среднеобъемной температуры

Определяют максимальную среднеобъемную температуру Т_mах

для ПРН

T_max - T₀ = 224 ;                                  (К.6)

для ПРВ в интервале 0,15 £ t_п £ 1,22 ч с точностью до 8 % Т_max = 1000°С и c точностью до 5 %

                                      (К.7)

где t_п — характерная продолжительность объемного пожара, ч, рассчитываемая по формуле

,        (K8)

где n_cр — средняя скорость выгорания древесины, кг/(м² · мин);

n_i — средняя скорость выгорания i -го компонента твердого горючего или трудногорючего материала, кг/(м² · мин).

Вычисляют время достижения максимального значения среднеобъемной температуры t_max, мин для ПРН

;                                (К.9)

для ПРВ

t_max = t_п,

где t_п — рассчитывают по формуле (К.8).

Определяют изменение среднеобъемной температуры при объемном свободно развивающемся пожаре

                     (К.10)

где Т₀ — начальная среднеобъемная температура, °С;

t — текущее время, мин.

К.2.3 Расчет средней температуры поверхности перекрытия

Определяют значение максимальной усредненной температуры поверхности перекрытия , °С

для ПРН

;                        (К. 11)

для ПРВ с точностью до 8,5 %  = 980 °С, с точностью до 5 %

.                (К. 12)

Вычисляют время достижения максимального значения усредненной температуры поверхности перекрытия t_mах, мин

для ПРН

;      (К.13)

для ПРВ с точностью до 10 %

t_max = t_п,

Определяют изменение средней температуры поверхности перекрытия

,             (К. 14)

где  — начальная средняя температура поверхности перекрытия.

К.2.4 Расчет средней температуры поверхности стен

Определяют максимальную усредненную температуру поверхности стен

для ПРН

;                     (К. 15)

для ПРВ при 0,15 £ t_п < 0,8 ч с точностью до 10 %

.                      (К. 16)

При 0,8 < t_п £ 1,22ч максимальное усредненное значение температуры поверхности стены с точностью до 3,5 % составляет 850 °С.

Вычисляют время достижения максимального значения усредненной температуры поверхности стен t_mах, мин

для ПРН

                   (К.17)

для ПРВ

t_max = 1,1 t_п,

Определяют изменение средней температуры стен

,                                (К. 18)

где   — начальная средняя температура поверхности стен.

К.2.5 Расчет плотности эффективного теплового потока в конструкции стен и перекрытия (покрытия)

Определяют максимальную усредненную плотность эффективного теплового потока в строительные конструкции , кВт/м²:

а) при ПРН:

для конструкции стен

;                     (К. 19)

для конструкций перекрытия

;                               (К.20)

б) при ПРВ:

для конструкций стен при 0,8 > t_п > 0,15 ч

;                            (К.21)

при 1,22 ³ t_п ³ 0,8 ч

  =15 кВт/м²;

для конструкций перекрытий (покрытий) при 0,8 > t_п  > 0,15 ч

;               (К.22)

при 1,22 ³ t_п ³ 0,8 ч

  =17,3 кВт/м²;

Вычисляют время достижения максимальной усредненной плотности теплового потока в конструкции для ПРН и ПРВ:

для конструкций стен

.                        (К.23)

для конструкций перекрытия (покрытия)

.                        (К.24)

Определяют изменение средней плотности теплового потока в соответствующие конструкции

.              (К.25)

К.2.6 Расчет максимальных значений плотностей тепловых потоков, уходящих из очага пожара через проемы помещения, расположенные на одном уровне, при ПРВ

Максимальную плотность теплового потока с продуктами горения, уходящими через проемы, рассчитывают по формуле

.              (К.26)

К.3 Расчет температурного режима в помещении с учетом начальной стадии пожара при горении твердых горючих и трудногорючих материалов

К.3.1 По данным пожарно-технического обследования или проектной документации определяют:

- объем помещения V;

- площадь проемов помещения А_i;

- высоту проемов h_i;

- общее количество пожарной нагрузки каждого вида горючего твердого материала Р_i;

- приведенную высоту проемов h;

- высоту помещения h;

- общее количество пожарной нагрузки, приведенное к древесине, Р.

К.3.2 По результатам экспериментальных исследований в соответствии с объемом помещения V и пожарной нагрузкой q определяют минимальную продолжительность начальной стадии пожара (НСП) t_НСП. Времени окончания НСП соответствует температура Т_в.

К. 3.3 Рассчитывают температурный режим развитой стадии пожара.

К. 3.4 По результатам расчета температурного режима строят зависимость среднеобъемной температуры в помещении в координатах температура — время так, чтобы значению температуры Т_в на восходящей ветви соответствовало значение t_НСП.

К.3.5 Определяют изменение среднеобъемной температуры в начальной стадии пожара

( Т - Т₀ ) / (Т_НСП - Т₀) = (t / t_НСП )²,                           (К.27)

где Т_НСП ^— среднеобъемная температура в момент окончания НСП.

Среднее значение Т_НСП горении пожарной нагрузки из твердых органических материалов принимается равным 250 °С.

Пример — Определение температурного режима пожара в помещении промышленного здания с учетом начальной стадии.

Данные для расчета

Площадь пола S = 2340 м², объем помещения V= 14040 м³, площадь проемов А = 167 м², высота проемов h = 2,89 м. Общее количество пожарной нагрузки, приведенное к древесине, составляет 4,68 · 10⁴ кг, что соответствует пожарной нагрузке q = 20 кг/м².

Расчет По результатам экспериментальных исследований продолжительность начальной стадии пожара:

t_НСП = 40 мин.

Температура общей вспышки в помещении:

Т_в = 250 °С.

Изменение температуры в начальной стадии пожара:

( Т - Т₀ ) / (Т_НСП - Т₀) = (t / t_НСП )² = [ 523 - 293 (t / 40)² ];

Т - 293=0,14 t².

Проемность помещения:

м^0,5.

Количество воздуха, необходимое для сгорания 1 кг материала пожарной нагрузки:

м³/кг

Удельное критическое количество пожарной нагрузки:

q_кп.к = кг/м².

Удельное количество пожарной нагрузки:

 кг/м².

Из сравнения q_к  и q_кп.к получается, что

q_к  = 14 > q_кп.к = 5,16

Следовательно, в помещении будет пожар, регулируемый вентиляцией.

Максимальная среднеобъемная температура на стадии объемного пожара:

К.

Характерная продолжительность пожара:

ч.

Время достижения максимальной среднеобъемной температуры:

t_mах = t_п = 24 мин.

Изменение среднеобъемной температуры при объемном свободно развивающемся пожаре:

;

Изменение среднеобъемной температуры при пожаре с учетом начальной стадии пожара в помещении объемом V = 14040 м³, проемностью П= 0,12 м^0,5, с пожарной нагрузкой, приведенной к древесине в количестве 20 кг/м², представлен на рисунке К.1:

Рисунок К.1 — Изменение среднеобъемной температуры по времени с учетом начальной стадии пожара

 

ПРИЛОЖЕНИЕ Л

(рекомендуемое)

 

МЕТОД РАСЧЕТА ТРЕБУЕМОГО ПРЕДЕЛА ОГНЕСТОЙКОСТИ СТРОИТЕЛЬНЫХ КОНСТРУКЦИЙ

 

Л. 1 Расчет требуемых пределов огнестойкости

Метод расчета требуемых пределов огнестойкости железобетонных и огнезащищенных металлических конструкций промышленных зданий (сооружений) учитывает характеристики технологических процессов и устанавливает соответствующие требования к огнестойкости конструкций, исходя из нормируемого риска достижения предельного состояния конструкций по признаку потери несущей и теплоизолирующей способностей в условиях реальных пожаров.

Требуемые пределы огнестойкости устанавливаются на основе определения эквивалентной продолжительности пожаров и коэффициента огнестойкости. Коэффициент огнестойкости рассчитывают в зависимости от заданной предельной вероятности отказов конструкций в условиях реальных пожаров.

 

- H = 4,8м; q = 68 - 70 кг/м2; - - - Н = 6,6 м; 1 - q =2,4 - 14 кг/м2; 2 -  q = 67 - 119 кг/м2; 3 - q = 60 - 66 кг/м2; 4 - q = 60 кг/м2; 5 - q = 82 - 155 кг/м2; 6- q = 140 - 160 кг/м2; 7 - q = 200 кг/м2; 8 - q = 210 - 250 кг/м2; 9 - q = 500 - 550 кг/м2 Рисунок Л. 1 — Зависимость минимальной продолжительности начальной стадии пожара tНСП от объема V, высоты Н помещения и количества пожарной нагрузки q

1 - H = 3м ; 2 - H = 6м ; 3 - H = 12 м Рисунок Л.2 — Зависимость минимальной продолжительности начальной стадии пожара tНСП от объема V высоты H помещения

 

Л. 1.1 Расчет требуемых пределов огнестойкости в помещении проводят для случаев локального или объемного пожаров. Для определения вида пожара сначала по рисункам Л.1 и Л.2 находят минимальную продолжительность начальной стадии пожара (НСП) t_НСП . При распространении огня по пожарной нагрузке, отличающейся по свойствам от древесины, продолжительность НСП вычисляется по формуле

,                           (Л.1)

где n_др, n_i, — средние скорости выгорания древесины и i-го компонента твердого горючего или трудногорючего материала, кг/(м² · мин);

= 13,8 МДж/кг,  —низшие теплоты сгорания древесины и i-го компонента соответственно, МДж/кг;

U_ср ,  ^— средние линейные скорости распространения по древесине и i-му компоненту соответственно, м/мин.

После определения продолжительности НСП проверяют неравенство:

S_т £ p ()²,                                           (Л.2)

где S_т — площадь под пожарной нагрузкой, м².

Если условие (Л.2) выполняется, то пожарная нагрузка расположена сосредоточенно, в помещении будет локальный пожар.

В противном случае пожарная нагрузка расположена рассредоточенно, в помещении будет объемный пожар.

На основе данных проектной документации, пожарно-технических обследований, а также справочных материалов определяется эквивалентная продолжительность пожара t_э для выбранной конструкции в рассматриваемом помещении. Эквивалентную продолжительность пожара определяют по известным значениям проемности помещения П, м^0,5 и характерной длительности пожара t_п ч.

Фактор проемности помещения при объемном пожаре П рассчитывают по формуле

                                         (Л.3)

где S — площадь пола, м²;

V— объем помещения, м³;

А_i — площадь, м²;

h_i — высота i-го проема в помещении, м;

N — количество проемов.

В случае локального пожара фактор проемности рассчитывают по формуле

,                            (Л.4)

где Н —  расстояние от зеркала горения до конструкции (высота помещения), м;

F —  площадь пожарной нагрузки (разлива), м².

Характерную длительность объемного пожара t_п ч, для твердых горючих и трудногорючих материалов рассчитывают по формуле

,                             (Л.5)

где G_j — общее количество пожарной нагрузки i-го материала в кг (j = 1,...,М);

М— число различных видов нагрузки;

n_др — средняя скорость выгорания древесины, кг/(м²·мин);

п_j— средняя скорость выгорания j-го материала, кг/(м²·мин);

, — весовая доля j-й пожарной нагрузки.

n_др , n_j определяют экспериментально или по справочным данным.

При горении ЛВЖ и ГЖ продолжительность локального пожара t_л, мин, рассчитывают по формуле

,                                  (Л.6)

где G— количество ЛВЖ и ГЖ, которое может разлиться при аварийной ситуации, кг;

Мср — средняя скорость выгорания ЛВЖ и ГЖ, кг/(м² ·мин);

F — площадь разлива, м².

Для рассматриваемого типа конструкций по номограммам (рисунки Л.3 — Л.9) определяют эквивалентную продолжительность пожара t_э(t_п, П) [t_п — определено по формулам (Л.5) или (Л.6) в зависимости от вида пожара, а П вычислено по формулам (Л.3) или (Л.4)].

 

1 - H/= 1,2; 2 - H/ l,5; 3  - H/= 1,8; 4 - H/= 2,2; 5 - H/ = 2,4 Рисунок Л.3 — Зависимость эквивалентной продолжительности пожара tэ от продолжительности пожара для железобетонных и огнезащищенных металлических конструкций перекрытия в условиях локальных пожаров tл (или продолжительности НСП tНСП) при горении твердых и трудногорючих материалов	1-H / = 1,2; 2 - H /= 1,5; 3 - H /=1,8; 4 - H / = 2,2; 5 - H / = 2,4; 6 - H / = 3,6 Рисунок Л.4 — Зависимость эквивалентной продолжительности пожара tэ от продолжительности пожара tл для железобетонных и огнезащищенных металлических конструкций перекрытия при горении ЛВЖ и ГЖ
1-H / = 1,2; 2 - H /= 2,0; 3 - H /=2,4; 4 - H / = 2,85; 5 - H / = 3,2; 6 - H / = 4,0; 7 - H / =4,4; 8 -  H / = 5,2; 9 - H / =5,6; 10 - H / = 6,0   Рисунок Л.5 — Зависимость эквивалентной продолжительности пожара tэ от продолжительности пожара tл для горизонтальных незащищенных металлических конструкций	1 - H / = 0,5; 2 - H /= 0,6; 3 - H /= 0,7; 4 - H / = 0,8; 5 - H / = 1,0; 6 - H / = 1,5; 7 - H / = 2,0;   Рисунок Л.6 — Зависимость эквивалентной продолжительности пожара tэ от продолжительности пожара tл для вертикальных незащищенных металлических конструкций
1 - П = 0,25 м 0,5; 2 - П = 0,20м 0,5; 3 - П = 0,18 м 0,5; 4 - П = 0,15 м 0,5; 5 - П = 0,12 м 0,5; 6  - П = 0,08 м 0,5; 7 - П = 0,04 м 0,5; Рисунок Л.7 — Зависимость эквивалентной продолжительности пожара tэ от характерной продолжительности пожара tп Для огнезащищенных металлических и железобетонных конструкций перекрытия	1 - П = 0,25 м 0,5; 2 - П = 0,20м 0,5; 3 - П = 0,18 м 0,5; 4 - П = 0,15 м 0,5; 5 - П = 0,12 м 0,5; 6  - П = 0,08 м 0,5; 7 - П = 0,04 м 0,5; Рисунок Л.8 — Зависимость эквивалентной продолжительности пожара tэ от характерной продолжительности объемного пожара tп для железобетонных несущих стен
	1 - П = 0,25 м 0,5; 2 - П = 0,20м 0,5; 3 - П = 0,18 м 0,5; 4 - П = 0,15 м 0,5; 5 - П = 0,12 м 0,5; 6  - П = 0,08 м 0,5; 7 - П = 0,04 м 0,5; Рисунок Л.9 — Зависимость эквивалентной продолжительности пожара tэ от характерного времени объемного пожара tп для центрально сжатых железобетонных колонн

 

Л. 1.2 Коэффициент огнестойкости выбранной конструкции К₀ определяют по значению предельной вероятности отказов  с учетом допустимой вероятности отказов конструкций . Значения  в зависимости от того, какой группе конструкций i принадлежит выбранная конструкция, приведены в таблице Л.1.

 

Таблица Л.1— Допустимые вероятности отказов конструкций от пожаров

 

Группа конструкций	Вероятность отказов
Вертикальные несущие конструкции, противопожарные преграды, ригели, перекрытия, фермы, балки	10-6
Другие горизонтальные несущие конструкции, перегородки	10-5
Прочие строительные конструкции	10-4

 

Предельные вероятности отказов конструкций в условиях пожаров  рассчитывают по формуле

где Р₀ — вероятность возникновения пожара, отнесенная к 1 м² площади помещения;

Р_А — вероятность выполнения задачи (тушения пожара) автоматической установкой пожаротушения;

Рп.о  — вероятность предотвращения развитого пожара силами пожарной охраны.

Р₀ рассчитывают по методу, приведенному в ГОСТ 12.1.004, или берут из таблицы Л.2.

 

Таблица Л.2 — Вероятности возникновения пожара Р₀ для промышленных помещений

 

Промышленный цех	Вероятность возникновения пожара Р0, м/год · 10-5
По обработке синтетического каучука и искусственных волокон	2,65
Литейные и плавильные	1,89
Механические	0,60
Инструментальные	0,60
По переработке мясных и рыбных продуктов	1,53
Горячей прокатки металлов	1,89
Текстильного производства	1,53
Электростанций	2,24

 

Оценки Р_А берут из таблицы Л.3.

Таблица Л.3 — Вероятности выполнения задачи АУЛ Р_А

 

Тип АУП	Вероятность выполнения задачи
Установки водяного пожаротушения: спринклерные; дренчерные Установки пенного пожаротушения Установки газового пожаротушения с: механическим пуском; пневматическим пуском; электрическим пуском	0,571 0,588 0,648   0,518 0,639 0,534

 

Р_п.о устанавливают по статистическим данным или расчетом с учетом установки автоматических средств обнаружения пожара, сил и средств пожарной охраны. В случае отсутствия данных по пожарной охране и системе пожарной сигнализации следует положить Р_п.о

По вычисленным значениям  определяют значение характеристики безопасности  при необходимости интерполируя данные таблицы Л.4.

 

Таблица Л.4— Значения характеристики безопасности Р

 

Вероятность отказов конструкций при пожаре	Характеристика безопасности b	Вероятность отказов конструкций при пожаре	Характеристика безопасности b
	3,7 4,1 4,4 4,5		2,3 2,8 3,2 3,5
	3,1 3,5 3,8 4,0		1,3 2,0 2,5 2,6

 

Л.1.3 Расчет коэффициента огнестойкости К₀ проводят по формуле

К₀ = 0,527 ехр (0,36  b).                                       (Л.8)

В качестве примера в таблице Л.5 приведены значения К₀  для условий Р₀ = 5 · 10^-6 м²/год и Р_А = 0,95, Р_п.о = 0.

 

Таблица Л.5 — Коэффициент огнестойкости К₀

 

Площадь отсеков S, м2	Вертикальные несущие конструкции, противопожарные преграды, балки, перекрытия, фермы	Другие горизонтальные несущие конструкции, перегородки	Прочие строительные конструкции
1000 2500 5000 7500 10000 20000	1,36 1,52 1,69 1,79 1,84 2,03	0,99 1,14 1,26 1,31 1,42 1,47	0,58 0,75 0,87 0,94 0,99 1,10

 

Л.1.4 Требуемый предел огнестойкости t₀ рассчитывают по вычисленным значениям t_э, и К₀

t₀ = К₀.                                         (Л.9)

Примеры

1 Определить требуемую огнестойкость железобетонной плиты перекрытия над участком механического цеха при свободном горении 100 кг индустриального масла на площади F= 3 м². Размеры помещения 18 х 12 х 4 м, в помещении есть проем с размерами 4 х 3 м. Принять, что допустимая вероятность отказов Р_доп равна 10^-6.

Расчет

Из справочников найдем, что скорость выгорания масла М_ср = 2,7 кг/(м²·мин). Тогда вычислим продолжительность локального пожара t_п по формуле (Л.6)

t_п = 100  / (3 · 2,7) » 12,4 мин.

Проемность П в случае локального пожара определим по формуле (Л.4)

П = 4 / » 2,3.

Теперь найдем эквивалентную продолжительность пожара t_э Для железобетонной плиты перекрытия при горении индустриального масла. По рисунку Л.4 получим t_э < ^0,5 ч. Согласно условию задачи Р_A = P_п.о =0, а по таблице Л.2 находим Р₀ = 0,6 · 10^-5 м²/год. Тогда предельная вероятность Р_п, вычисленная по формуле (Л.6), равна:

Р_п = 10^-6 / (6 · 10^-6 · 18 · 12) » 7,7 ·10^-4.

Интерполируя данные таблицы Л.4, находим, что b»3,1. Теперь вычислим коэффициент огнестойкости по формуле (Л.8):

К₀ = 0,527 ехр (0,36 · 3,1) » 1,6.

Требуемый предел огнестойкости t₀ равен:

t₀ < 1,6 · 0,5 = 0,8 ч.

2 Определить требуемую огнестойкость железобетонной плиты перекрытия над участком механического цеха в условиях объемного пожара при свободном горении древесины с плотностью нагрузки 20 кг · м^-2. Размеры помещения 18 х 12 х 4 м, в помещении есть проем с размерами 4 х 3 м. Принять Р_доп = 10^-6  м ²/год.

Расчет

Определим фактор проемности П. Объем V помещения равен

V = 18 · 12 · 4 = 864 м³ < 1000м³.

Тогда по формуле (Л.3) получаем

П = 4 · 3  » 0,23.

Характерную продолжительность пожара вычислим по формуле (Л.4). Общее количество пожарной нагрузки G  равно

G = 20 · 18 · 12 = 4320 кг.

По формуле (Л.4) определяем, что

t_п = 4320 · 13,8 / (6285 · 12 ·) » 0,46 ч.

По рисунку Л.7 определяем эквивалентную продолжительность пожара t_э для железобетонной плиты перекрытия при вычисленных значениях П и t_п Получаем, что t_э » 0,8 ч. С учетом вычисленного в примере 1 значения К₀ найдем требуемый предел огнестойкости t₀:

t₀ = 1,6 · 0,8 » 1,3ч.

 

ПРИЛОЖЕНИЕ М

(рекомендуемое)

 

МЕТОД РАСЧЕТА РАЗМЕРА СЛИВНЫХ ОТВЕРСТИЙ

 

М.1 Введение

M.I.I Настоящий метод устанавливает порядок расчета площади сливного отверстия в ограничивающем жидкость устройстве (поддоне, отсеке, огражденном бортиками участке цеха, производственной площадке и т.п.), при котором исключается перелив жидкости через борт ограничивающего устройства и растекание жидкости за его пределами.

М. 1.2 В расчете учитывают поступление горючей жидкости в поддон из аппарата в момент его аварийного вскрытия, воды от установки пожаротушения и выгорание жидкости с поверхности поддона.

М.1.3 В методике расчета приняты следующие предположения:

- при возникновении аварийной ситуации герметичность стенок аппарата не нарушается;

- разрушаются только патрубки, лежащие ниже уровня жидкости в аппарате, образуя сливные отверстия, равные диаметру патрубков;

- вероятность одновременного разрушения двух патрубков мала;

- давление паров над поверхностью жидкости в аппарате в процессе слива жидкости не меняется.

М.2 Расчет площади сливных отверстий

М.2.1 Для проведения расчета необходимо знать:

- количество трубопроводов п, расположенных ниже уровня горючей жидкости в аппарате, и площадь их поперечного сечения s, м²;

- площадь поперечного сечения аппарата F_a, м²;

- высоту уровня жидкости над трубопроводами Н, м;

- высоту борта поддона L, м;

- интенсивность орошения водой, подаваемой из установок пожаротушения, площади поддона I, кг/(м² · с);

- скорость выгорания горючей жидкости W, кг/(м² · с);

- избыточное давление в аппарате над поверхностью жидкости р, Н/м².

Целью расчета является выбор площади поддона F_п, м², и расчет площади сливного отверстия f м².

М.2.2 По заданным исходным данным определить начальные расходы Q_i, м³/с, жидкости из аппарата через отверстия, равные сечению трубопроводов, расположенных на аппарате, по формуле

где j_i = 0,65 — коэффициент истечения жидкости через отверстие;

s_i — площадь сечения i-го трубопровода;

g— ускорение силы тяжести, равное 9,81 м/с²;

Н_i — высота уровня жидкости над i-м трубопроводом.

М.2.3 По наибольшему из вычисленных начальных расходов Q_м выбрать площадь отверстия в аппарате о- и высоту уровня жидкости над ним Н₀.

М.2.4 Из конструктивных соображений выбрать площадь поддона F_п, м².

М.2.5 Определить т

,                               (M.2)

где h_max = 0,8L — максимально допустимый уровень жидкости в поддоне.

М.2.6 Вычислить объем жидкости, поступающей в поддон в единицу времени от установки пожаротушения (с учетом выгорания горючей жидкости) Q₀, м³/с, по формуле

,                           (М.3)

где r — плотность огнетушащей жидкости, кг/м³.

При отсутствии данных по скорости выгорания W сследует положить равной нулю.

М.2.7 Если т < 1, то площадь сливного отверстия определить по формуле

.                            (М.4)

M.2.8 При т ³ 1 порядок расчета f следующий:

М.2.8.1 Определить напор, создаваемый сжатыми газами в аппарате

,                                       (М.5)

где r — плотность воды, кг/м³.

М.2.8.2 Вычислить значение параметра

                               (М.6)

где Q_max - максимальный расход жидкости из аппарата, определяемый по М.2.2.

М.2.8.3 По b с помощью таблицы М.1 необходимо найти а. Если данных таблицы М.1 для определения а недостаточно, то а определяют путем решения системы уравнений

                                   (М.7)

 

Таблица M.1— Зависимость параметра а от b

 

а	b	а	b	а	b	а	b
0,000	0,000	0,990	0,993	3,107	1,901	14,999	3,408
0,071	0,106	1,000	1,000	3,418	1,987	16,573	3,506
0,170	0,241	1,045	1,030	3,762	2,075	18,313	3,605
0,268	0,361	1,081	1,053	4,144	2,164	20,236	3,705
0,362	0,467	1,185	1,117	4,568	2,255	22,362	3,804
0,454	0,560	1,255	1,158	5,037	2,347	24,711	3,903
0,540	0,642	1,337	1,205	5,557	2,440	27,308	4,003
0,622	0,714	1,433	1,256	6,132	2,534	30,178	4,102
0,697	0,777	1,543	1,313	6,769	2,628	33,351	4,219
0,765	0,831	1,668	1,374	7,473	2,725	36,857	4,302
0,853	0,877	1,810	1,439	8,253	2,821	40,732	4,401
0,876	0,915	1,971	1,509	9,115	2,918	45,014	4,501
0,921	0,946	2,151	1,581	10,068	3,015	54,978	4,701
0,955	0,970	2,352	1,657	11,121	3,113	67,148	4,901
0,980	0,980	2,575	1,736	12,287	3,211	74,210	5,000
0,986	0,986	2,828	1,817	13,575	3,309

 

M.2.8.4 Рассчитать f м³, по формуле

.                                     (М.8)

М.2.9 Выбрать сечение отходящих от поддона трубопроводов f_т из условия f_т > f.

Пример

Данные для расчета

В производственном помещении вертикально установлен цилиндрический аппарат диаметром 1,5 м и заполнен толуолом. Аппарат имеет четыре патрубка. Сечения патрубков и высоты уровней жидкости над ними представлены в таблице М.2.

 

Таблица М.2

 

Номер патрубка	Hi, м	si, м2	Номер патрубка	Hi, м	si, м2
1 2	1,0 2,5	3,1 · 10-3 0,5 · 10-3	3 4	4,0 6,0	1,13 · 10-2 0,785 · 10-2

 

Нормативная интенсивность подачи воды от системы пожаротушения равна 0,5 кг/(м² · с). Скорость выгорания толуола W = 3,47 · 10^-2 кг/(м² · с). Давление в аппарате равно атмосферному. Предполагается под аппаратом установить поддон с высотой борта L = 0,3 м. Необходимо определить площадь поддона F_п  и площадь сливного отверстия f

Расчет

Определим начальные расходы жидкости через патрубки N₁—N₄.

Q₁ = js₁ = 0,65 · 3,1 · 10^-3  = 8,93 · 10^-3 м³/с;

Q₂ =  0,65 · 0,5 · 10^-3  = 2,28 · 10^-3 м³/с;

Q₃ =  0,65 · 1,13 · 10^-2  = 6,5 · 10^-2 м³/с;

Q₄ =  0,65 · 0,785 · 10^-2  = 5,54 · 10^-2 м³/с;

Максимальный расход жидкости осуществляется через патрубок N₃, поэтому для дальнейшего расчета принимаем

Q_max = 6,5 · 10^-2 м³/с, s = 1,13 · 10^-2 м², Н₀ = 4 м.

Рассчитаем площадь поперечного сечения аппарата

F_а =p D² / 4 = p 1,5⁴/ 4 = 1,77 м²,

и, принимая сторону квадратного поддона большей на 1 м диаметра аппарата, найдем площадь поддона

F_п = (D + 1)² = 6,25 м².

Определим т

Так как т > 1, дальнейший расчет проводим по М.2.8. Вычислим с учетом скорости выгорания толуола объем воды, поступающий в поддон в единицу времени

м³/c

Так как Р = 0, то напор, создаваемый сжатыми газами над поверхностью жидкости Н_р = 0. Определим b:

По таблице М.1 находим а = 0,75.

Рассчитаем площадь сливного отверстия f

м².

 

 

ПРИЛОЖЕНИЕ Н

(рекомендуемое)

 

МЕТОД РАСЧЕТА ПРОТИВОПОЖАРНЫХ ПАРОВЫХ ЗАВЕС

 

Н.1 Общие требования

Противопожарная паровая завеса предназначена для предотвращения контакта горючих газовых смесей, образующихся при авариях на предприятиях нефтехимической и газовой промышленности, с источниками зажигания (например нагревательными печами). Завеса должна обладать достаточными плотностью и дальнобойностью, исключающими проскок горючей смеси в защищаемую зону объекта. Выполнение этих требований достигается оптимальной компоновкой конструкции устройства, воспроизводящего завесу, и расчетом параметров завесы. Метод включает только расчет устройства, воспроизводящего паровую завесу. Расчет магистрального паропровода проводится по общеизвестным методам.

1 — защищаемый объект; 2 — ограждение; 3 — опора коллектора; 4 — коллектор; 5 — дренажный вентиль; h — высота верхней кромки ограждения над коллектором; h_б — высота опоры; X— расстояние от коллектора до защищаемой стороны объекта; Х₁ — расстояние от ограждения до коллектора

Рисунок H.1 — Схема устройства для создания паровой завесы

H.1.1 Устройство для создания паровой завесы (рисунок Н.1) представляет собой кольцевой трубчатый коллектор, вдоль оси которого по всей верхней части просверлены отверстия одинакового диаметра на равном расстоянии друг от друга. Диаметр и длину коллектора, количество и диаметр отверстий определяют расчетом.

Н.1.2 Коллектор располагается на металлических, бетонных или кирпичных опорах, высота которых должна быть не менее 0,2 м.

Н.1.3 Расстояние от коллектора до защищаемого объекта определяют расчетом.

Н.1.4 Коллектор должен иметь дренажные вентили для спуска конденсата или атмосферных осадков.

Н.1.5 Вдоль оси коллектора устанавливают жесткое газонепроницаемое ограждение (листовое железо или кирпичная стена) для предотвращения проскока горючей смеси между отдельными струями в начальном участке завесы. Верхняя кромка ограждения должна быть на 0,4—0,6 м выше коллектора. Расстояние между коллектором и ограждением определяют расчетом. Проемы в ограждениях должны быть постоянно закрыты плотными дверями.

Н.1.6 Траектория струи завесы должна превышать защищаемую зону. Высоту завесы над защищаемой зоной определяют расчетом. Для высоких объектов завеса может быть выполнена многосекционной в вертикальном направлении.

Н.1.7 Для обеспечения равномерной раздачи пара по длине коллектора необходимо, чтобы отношение суммарной площади отверстий к площади поперечного сечения коллектора было меньше или равно 0,3.

Н.1.8 Температуру воздуха при расчете принимать равной средней для наиболее холодного (зимнего) периода времени, характерного данному географическому району.

Н.1.9 Скорость ветра при расчете принимать равной средней скорости для наиболее ветренного периода, характерного данному географическому району.

Н.2 Порядок расчета параметров паровой завесы

Исходными величинами для расчета параметров завесы принимают:

- давление и удельный объем пара в коллекторе завесы;

- скорость ветра;

- плотность (температура) воздуха;

- высота и периметр защищаемой зоны объекта;

- высота верхней кромки ограждения над коллектором;

- высота опоры коллектора.

Рассчитывают следующие величины.

Н.2.1 Расстояние X, м, от коллектора завесы до защищаемого объекта

Х=0,25Н,                                              (Н.1)

где Н— высота защищаемой зоны объекта, м.

Н.2.2 Длина коллектора L_кол, м

L_кол = Р + 8X,                                       (Н.2)

где Р — периметр защищаемого объекта, м.

Н.2.3 Удельный расход пара из отверстий коллектора r₀ W₀, кг/(м² · с)

,                          (Н.3)

где r₀ — плотность пара, кг/м³;

W₀ — скорость выхода пара, м/с;

р₁ — давление пара в коллекторе. Па;

V₁ — удельный объем пара в коллекторе, м³/кг;

p₂ — атмосферное давление, Па;

К — показатель адиабаты пара (для перегретого пара принять К = 1,3, для насыщенного пара К = 1,135).

Н.2.4 Диаметр отверстий на коллекторе d₀, м

,                                     (Н.4)

где r_в — плотность воздуха, кг/м³;

W_в — скорость ветра, м/с.

Если по условиям расчета задается диаметр отверстий, то следует определить высоту завесы Н_з, м

,                                  (Н.5)

Н.2.5 Расстояния между отверстиями l, м

                                                    (Н.6)

где h — высота верхней кромки ограждения над коллектором, м.

Н.2.6 Количество отверстий n, шт.

,                                         (Н.7)

Н.2.7 Диаметр коллектора D_кол, м

,                                 (H.8)

Н.2.8 Расход пара G_п, кг/с:

.                                      (H.9)

где j — коэффициент расхода пара через отверстие (j от 0,6 до 0,8).

Н.2.9 Общая высота ограждения h_огр, м:

h_огр = h + h_б.                                      (Н.10)

где h_б — высота опоры коллектора, м.

Н.2.10 Расстояние от ограждения до коллектора Х₁, м:

Х₁ = 0,25А.                                          (Н.11)

Н.2.11 Длина ограждения L_огр, м:

L_огр = L_кол +8X₁.                                    (H.12)

Указанный порядок расчета проводят после ориентировочного выбора значений давления пара и диаметра отверстий в коллекторе по таблице Н.1.

 

Таблица Н.1— Изменение высоты завесы в зависимости от диаметра отверстий и давления пара

 

Р1 105Па	d0, мм
	3	4	5	6	7	8	9