Установление категорий производств по пожарной и взрывной опасности

Пожаро- и взрывоопасность производств, зданий и сооружений, в которых размещаются производства, оценивается с учетом пожа-ро- и взрывоопасных свойств и количества обращающихся веществ и материалов и регламентируется нормативными документами [2, б]. Оценить пожаро- и взрывоопасность производства можно двумя методами: установлением количественных показателей категорий производств и расчетом вероятности достижения определенного уровня пожаро- и взрывоопасное™. Вероятностный подход более со­вершенен, так как позволяет находить оптимальные конструктивные и. технические решения для конкретных объектов. К достоинствам детерминированного подхода можно отнести сравнительную просто­ту, однозначность решений..,.,

•, Категории пожаро- и взрывопожарной опасности помещений,и зданий определяют для наиболее неблагоприятного в отношении пожара или взрыва периода, исходя из вида находящихся в аппа­ратах и помещениях горючих веществ и материалов, их количества и пожароопасных свойств, особенностей технологических процес­сов,

В настоящее время основополагающим документом, устанавли­вающим степень пожаро- и взрывоопасности проектируемого объек­та, являются нормы «Определение категорий помещений и зданий по взрывопожарной и пожарной опасности. НПБ 105-95», которыми предусматривается установление категорий промышленных и склад­ских помещений, зданий и сооружений в соответствии с табл. 10.19. Эта методика достаточно проста и универсальна и является основой

378 Часть I. Место инженерной экологии в системе знаний о человеке и природе

для определения требований к планировке и застройке, этажности, конструктивным решениям, размещению инженерного оборудовал ния, безопасности людей. •7:

Категория помещения

Ь — взрыво-пожароопасная 1В1-В4 — по жароопасная

Таблица 10.191,

Характеристика веществ и материалов, находящихся в помещении

Горючие газы, легковоспламеняющиеся жидкости с темпера­турой вспышки не более 28'С в таком количестве, что могут образовывать парогазовоздушные смеси, при воспламенении которых развивается избыточное давление взрыва в помещении, превышающее 5 кПа. Вещества и материалы, способные взрываться и гореть при взаимодействии с водой, кислородом воздуха или друг с другом в таком количестве, что расчетное избыточное давление взрыва в помещении превышает 5 кПа

А — взрыво-пожароопасная

Горючие пыли или волокна, легковоспламеняющиеся жидкости с температурой вспышки более 28°С, горючие жидкости в таком количестве, что могут образовывать взрывоопасные пылевоздушные или паровоздушные смеси, при воспламенении которых развивается расчетное избыточное давление взрыва в помещении, превышающее 5 кПа

Горючие и трудногорючие жидкости, твердые горючие и трудногорючие вещества и материалы (в том числе пыли и волокна), вещества, материалы, способные при взаимодействии с водой, кислородом воздуха или друг с другом только гореть при условии, что помещения, в которых они имеются в наличии или обращаются, не относятся к категории А или Б

Негорючие вещества и материалы в горячем, раскаленном или расплавленном состоянии, процесс обработки которых сопровождается выделением лучистого тепла, искр и пламени, горючие газы, жидкости и твердые вещества, которые сжигаются или утилизируются в качестве топлива

Негорючие вещества и материалы в холодном состоянии

При определении категории учитывается возможность аварий­ной разгерметизации одной наиболее крупной единицы технологи­ческого оборудования с наиболее пожаро- и взрывоопасным веще­ством, а также возможность натекания продуктов из подводящих*-коммуникаций за время до отключения соответствующих трубопро­водов. Количественным критерием установления категории являет­ся избыточное давление АР, которое может развиваться при взрыв­ном сгорании максимально возможного скопления взрывоопасных веществ в помещении.,

Под пожарной нагрузкой понимается энергия, выделяемая при сгорании горючих материалов, занимающих 1 м² пола.

Глава 10. Горение и взрыв в окружающей среде 379

Избыточное давление определяется по формуле ' ^. др,.^А2__;::,•; (1^)

,::, • т^с^к^к' '^

где т — масса горючего газа, пара ЛВЖ или взвешенной в воздухе горючей пыли, поступившей из разгерметизированного технологи­ческого оборудования, кг; Н^— теплота сгорания истекающего ве­щества, кДж/кг; Ро — атмосферное давление, 101 кПа; 7. —ко­эффициент участия горючего вещества во взрыве (2, = 0,5 для газов и пылей, 2 = 0,3 для паров жидкости, 2. = 1 для водорода); ^ — свободный объем помещения, принимаемый равным 0,8 геометри­ческого объема, м³; рд — плотность воздуха (принимается равной 1,2 кг/м³); С„ — теплоемкость воздуха (принимается равной 1,01 кДж/(кг • К)); То — температура в помещении (принимается равной 293 К); /С„ — коэффициент, учитывающий негерметичность помещения (принимается равным 3); К = А{ + 1 —коэффициент, учитывающий аварийную вентиляцию; А — кратность воздухооб­мена, с~¹; (— время поступления взрывоопасных веществ в поме­щение, с. '

Коэффициент К учитывается, если аварийная вентиляция обо­рудована резервными вентиляторами, автоматическим пуском при достижении взрывоопасной концентрации и электропитанием по первой категории надежности (по Правилам устройства электроус­тановок—ПУЭ).

С учетом численных значений показателей формулу (10.12) можно представить в виде;

0,096 отЯ-^ У,,

АР,й1-—ГГ—Ь-7- •: •::- ^,.;. (10-13)

V, К-

Величина т из (10.12), (10.13) рассчитывается в зависимости от агрегатного состояния горючего вещества.

1. При разгерметизации дапаратас горючим газон (ГГ)

т^(У^У^ ' (10,14)

Р Т

- ап I

объём газа, йоступившего из "аппарата, м³

о 'о¹'''¹¹¹¹¹"¹ -.- '^'.'^::\\ ' •' ^!' • '^г.' ' '''"•,^! ''"•' /ап—объем аппарата, м³, Рдп •~ давление в аппарате. кПа; Т, Тц — температура в аппарате и в помещении. К); И, == У^+ У^— объем газа, вышедшего из трубопроводов, м³; р —плотность газа при нор­мальных условиях, кг/м³; У^ = §(— объем газа, выходящего из

380 Часть I. Место инженерной экологии в системе знаний о человеке и природе

подводящего трубопровода, м³ (^ — расход газа из трубопроводов, м^/с; I — время отключений трубопроводов, с); Удт = 0,01 г1 — объем г^за, вышедшего из трубопроводов после их отключения (/"— радиус сечения трубопровода, м; / — длина трубопровода от аппа-Д рата до задвижки, м).

2. При разгерметизации оборудования с ЛВЖ

/то = т? +/п„ ⁺ ^о- (10.15)

где т — масса жидкости, испарившейся при разливе, кг; от„ —•'. масса жидкости, испарившейся с поверхности аппарата, кг; ту —'• масса жидкости, испарившейся со свежеокрашенной поверхнос­ти, кг.

При этом '

^⁼ Уп^, " <10.16);

где ^ = 10~⁶ т]т/ЛТР„ — скорость испарения, кг/(м² • с) (Г| — ко-Ц эффициент учета движения воздуха по табл. 10.20; М — молеку­лярная масса ЛВЖ; Р^ — давление насыщенных паров при расчет-. ной температуре, кПа); Р^ — поверхность разлива, принимаемая 1-' л на 1 м², если ЛВЖ содержит более 70% растворителя и 1л на 0,5 м² в остальных случаях; % — время испарения (принимается по времени полного'испарения, но не более 3600 с).

3. При наличии взрывоопасной пыли

т-= от„+ т^,:;:. (10.171

где Отвз = ^вз^п '—^масса взвихрившейся пыли; /г^0,9 — доля взве| щенной пыли; /Пп = Аг/Ау(от(+ т^), /г^ — доля горючей пыли; /г„ —{. коэффициент эффективности уборки, принимаемый при ручной-^ сухой 0,6, при влажной 0,7, при механизированной на ровном полу 0,9 и на полу с выбоинами 0,7; от; = М\(\ - а) р] — масса пыли, оседающей за межуборочный период, кг; М; — масса пыли, выде­

Глава 10. Горение и взрыв в окружающей среде

лившейся за этот период из оборудования, кг; а — доля пыли, уда­ляемой вентиляцией, в отсутствие экспериментальных сведений о значении а полагают а = 0; р} — доля пыли на труднодоступных, местах, обычно р[ = 1; Отдд = {т^ + §{) К^ (т^ — масса пыли, выброшенной при аварии из аппарата, кг; Ад — коэффициент пы-ления, равный 0,5 при размере частиц более 350 мкм и 1,0 при размере частиц менее 350 мкм; § — производительность с которой продолжается поступление пылевидных веществ в аварийный ап­парат по трубопроводам до момента их отключения, кг • с"¹; I — время отключения, с).

Количество пыли, которое может образовывать взрывоо­пасную смесь, определяется из следующих предпосылок:

• расчетной аварии предшествовало пыленакопление в произ­водственном помещении, происходящее в условиях нормального ре­жима работы (например, вследствие пылевыделения из негерметич­ного производственного оборудования);

• в момент расчетной аварии произошла плановая (ремонтные работы) или внезапная разгерметизация одного из технологических аппаратов, за которой последовал аварийный выброс в помещение всей находившейся в аппарате пыли.

Определение категорий В1-В4 осуществляется путем сравнения максимального значения удельной пожарной нагрузки ^, МДж/м²,;

с данными табл. 10.21.,

Величина (? определяется уравнением.

'7=0/5, (10.18)

где 0 = С,<3н; С; — количество;-го материала пожарной нагрузки, кг; <3„ — низшая теплота сгорания г-го материала пожарной нагрузи, ки, МДж/кг; 5 — площадь размещения пожарной нагрузки, м² (но не менее 1|0 м²)... -, ', •,/

Расстояние между участками должно быть более / (табл. 10.22).

Значения критической плотности лучистых потоков от Очагов по жара из твердых материалов даны в табл. 10.23.

Величина ^р принимается при А > 11 м (А — высота помещения), а при/г < 11 м I = 1^ + (11 - /г). Для пожарной нагрузки с неиз вестным значением <^р значения /д > 12 м. При проливе горючих жидкостей /пр между соседними участками разлива рассчитывается по формулам:

^р ^> 15 при НУ 11 м; 1^>; 26 - Н при Н <; 11 м, (10,19) Если при определении категорий В2 или ВЗ реализуется условие <?>0, 64^2, < 00.20)

то помещение должно быть отнесено к категориям В1 И В2 соот­ветственно.. ' •.'

Для веществ и материалов, способных взрываться и гореть при взаимодействии с водой, воздухом или друг с другом, при расчете ЛР значение коэффициента 2 принимается равным 1; Н^ — энергия взаимодействия.

После установления категорий помещений устанавливают категории зданий в целом в соответствии со следующими пра­вилами. Здание относится к категории А, если в нем суммарная

площадь помещений категорий А превышает 5% площади всех по­мещений или 200 м². Допускается не относить здание к категории А, если суммарная площадь помещений категории А в здании не превышает 25% суммарной площади всех размещенных в нем по­мещений (но не более 1000 м²), и эти помещения оборудуются ус­тановками автоматического пожаротушения.

$ Здание относится к. категории Б, если одновременна выпол­нены два условия: ' ^{: ?} |:: • здание не относится к категории А;.., ^..;::.:

^ • суммарная площадь помещений категорий А и Б превышает §.% суммарной площади всех помещений или 200 м². | Допускается не относить здание к категории Б, если суммарная площадь помещений категорий А и Б не превышает 25% суммарной площади всех размещенных в нем помещений (но не более 1000 м²) и эти помещения оборудуются установками автоматического пожа­ротушения.,.,

Здание относится к. категории В, если одновременно выпол­нены два условия:,',,

• здание не относится к категориям А или Б;;

• суммарная площадь помещений категорий А, Б, В превышает 5% (10%, если в здании отсутствуют помещения категорий А и Б)

суммарной площади всех помещений.

Допускается не относить здание к категории В, если суммарная площадь помещений категорий А, Б, В в здании не превышает 25% суммарной площади всех размещенных в нем помещений (но не более 3500 м²) и эти помещения оборудуются установками автома­тического пожаротушения., ". ^;- •: '

Здание относится к категории. Г, если одновременно выпол­нены два условия: ' ^.^"'/' ^:;:.;, •,.; '

• здание не относится к категориям. А,.Б.или >В;:

• суммарная площадь помещений А, В, В и Г превышает 5%

суммарной площади всех помещений.' -

Допускается не относить здание к категории Г, если суммарная площадь помещений категорий А, Б, В и Г в здании не превышает 25% суммарной площади всех размещенных в нем помещений (но не более 5000 м²) и помещения категорий А, Б, В оборудуются ус­тановками автоматического пожаротушения.

„ Здание относится к категории Д, если оно не относится к

кДчгегориям А, Б, В или Г. ^ ^ Требования технологической взрывобезопасности регламен­тируются «Общими правилами взрывобезопасности для взрывоопас-

.384 Часть 1. Место инженерной экологии в системе знаний о человеке и природе

ных химических и нефтехимических производств». Согласно этому документу степень взрывоопасности технологических блоков опре­деляется суммарным энергетическим потенциалом Е, кДж, по фор­муле ':, '•: •

Е=.Ё^+Еу'+Е^'+Е^+Еу. (10.21)

Под технологическим блоком понимается аппарат или группа аппаратов, которые в заданное время могут быть отключены от тех­нологической схемы без опасных изменений технологического ре­жима.:

Детальный анализ выражения (10.21) показывает, что сущест­венный вклад в суммарный потенциал дают:

• Е{ = О'ц' — энергия сгорания парогазовой фазы (ПГФ), на­ходящейся в аварийном аппарате, кДж; где С' — масса ПГФ в ава­рийном аппарате, кг; ^' — теплота сгорания ПГФ, кДж/кг;

• Е^' = ус/^/ — энергия от сгорания ПГФ из смежных аппа­ратов, кДж; О/ — масса ПГФ из смежных аппаратов, кг; <?,*—. теплота сгорания ПГФ из смежных аппаратов, кДж/кг;.^:

• Е^" = 0"С"€} — — энергия сгорания ПГФ, образующейся из

перегретой (выше температуры кипения) жидкой фазы (ЖФ), ПО-Д ступающей из аварийного и смежных аппаратов, кДж; О" — масса Я ЖФ, кг; С" — теплоемкость ЖФ, кДж/ (кг • с); 0 —перегрев ЖФ, Д с; ^' — теплота сгорания кДж/ кг; г — теплота парообразования | кДж/ кг;

• £3 ⁼ ^г'^' — энергия сгорания ПГФ, образующейся'из ЖФ, кДж; 0^"— масса паров, образуемых при испарении ЖФ, кг; ^' —

теплота сгорания, кДж/ кг.

Значения Е используются для определения массы взрывоопас­ного парогазового облака т, приведенного к тротиловому эквива­ленту, а также относительного энергетического потенциала (?д тех­нологического блока:;•: •

м '= Ё/Ш- 10⁴);; (10.22)

'Ов^ vi/16,534. (10.23)

По значениям т и Од устанавливаются категории технологичес­ких блоков по взрывоопаености (табл. 10.24),

Глава 10. Горение и взрыв в окружающей среде

В зависимости от категории взрывоопасности нормами устанав­ливаются определенные ограничения и назначаются необходимые для обеспечения взрывобезопасности мероприятия.

С помощью рассмотренных методик и нормативных документов Производится оценка возможности и масштабов образования пожа-ро- и взрывоопасных сред.