Законодательная база Российской Федерации

ПРИКАЗ Ростехнадзора от 11.03.2013 N 96 "ОБ УТВЕРЖДЕНИИ ФЕДЕРАЛЬНЫХ НОРМ И ПРАВИЛ В ОБЛАСТИ ПРОМЫШЛЕННОЙ БЕЗОПАСНОСТИ "ОБЩИЕ ПРАВИЛА ВЗРЫВОБЕЗОПАСНОСТИ ДЛЯ ВЗРЫВОПОЖАРООПАСНЫХ ХИМИЧЕСКИХ, НЕФТЕХИМИЧЕСКИХ И НЕФТЕПЕРЕРАБАТЫВАЮЩИХ ПРОИЗВОДСТВ"

В целях обоснования безопасного размещения установок, зданий, сооружений на территории взрывопожароопасного производственного объекта в общем случае следует проанализировать риск взрыва топливно-воздушных смесей (далее - ТВС), образующихся при аварийном выбросе опасных (горючих, воспламеняющихся) веществ. Риск взрыва является мерой опасности, характеризующая возможность и тяжесть последствий взрыва. Оценка риска взрыва является частью анализа риска аварии.

Расчет зон поражения, разрушения (последствий взрыва) необходимо применять при выборе технических мероприятий по защите объектов и персонала от ударно-волнового воздействия взрыва парогазовых сред, а также твердых и жидких химически нестабильных соединений (перекисные соединения, ацетилениды, нитросоединения различных классов, продукты осмоления, трихлористый азот), способных взрываться.

Расчеты размеров зон поражения следует проводить по одной из двух методик:

1) методика оценки зон поражения, основанная на "тротиловом эквиваленте" взрыва ТВС;

2) методика, учитывающая тип взрывного превращения (детонация/дефлаграция) при воспламенении ТВС.

1. Методика расчета "тротилового эквивалента" дает ориентировочные значения участвующей во взрыве массы вещества без учета дрейфа облака ТВС. В данной методике приняты следующие условия и допущения.

1.1. В расчетах принимаются общие приведенные массы парогазовых сред m и соответствующие им энергетические потенциалы E, полученные при определении категории взрывоопасности технологических блоков согласно приложению N 2 к настоящим Правилам.

Для конкретных реальных условий значения m и E могут определяться другими методами с учетом эффекта диспергирования горючей жидкости в атмосфере под воздействием внутренней и внешней энергий, характера раскрытия технологической системы, скорости истечения горючего продукта в атмосферу и других возможных факторов.

Масса твердых и жидких химически нестабильных соединений W_к определяется по их содержанию в технологической системе, блоке, аппарате.

1.2. Масса парогазовых веществ, участвующих во взрыве, определяется произведением

m' = zm, (1)

где

z - доля приведенной массы парогазовых веществ, участвующих во взрыве.

В общем случае для неорганизованных парогазовых облаков в незамкнутом пространстве с большой массой горючих веществ доля участия во взрыве может приниматься равной 0,1. В отдельных обоснованных случаях доля участия веществ во взрыве может быть снижена, но не менее чем до 0,02.

Для производственных помещений (зданий) и других замкнутых объемов значения z могут приниматься в соответствии с таблицей N 1.

Таблица N 1

Значение z для замкнутых объемов (помещений)

1.3. Источники воспламенения могут быть постоянные (печи, факелы, невзрывозащищенная электроаппаратура) или случайные (временные огневые работы, транспортные средства), которые могут привести к взрыву парогазового облака при его распространении.

1.4. Для оценки уровня воздействия взрыва может применяться тротиловый эквивалент. Тротиловый эквивалент взрыва парогазовой среды W_T (кг), определяемый по условиям адекватности характера и степени разрушения при взрывах парогазовых облаков, а также твердых и жидких химически нестабильных соединений, рассчитывается по формулам:

1.4.1. Для парогазовых сред

где 0,4 - доля энергии взрыва парогазовой среды, затрачиваемая непосредственно на формирование ударной волны;

0,9 - доля энергии взрыва тринитротолуола (ТНТ), затрачиваемая непосредственно на формирование ударной волны;

q' - удельная теплота сгорания парогазовой среды, кДж/кг;

q_T - удельная энергия взрыва ТНТ, кДж/кг.

1.4.2. Для твердых и жидких химически нестабильных соединений

где W_k - масса твердых и жидких химически нестабильных соединений;

q_k - удельная энергия взрыва твердых и жидких химически нестабильных соединений.

1.5. Зоной разрушения считается площадь с границами, определяемыми радиусами R, центром которой является рассматриваемый технологический блок или наиболее вероятное место разгерметизации технологической системы. Границы каждой зоны характеризуются значениями избыточных давлений по фронту ударной волны P и соответственно безразмерным коэффициентом K.

Классификация зон разрушения приводится в таблице N 2.

Таблица N 2

Классификация зон разрушения

1.5.1. Радиус зоны разрушения (м) в общем виде определяется выражением:

где K - безразмерный коэффициент, характеризующий воздействие взрыва на объект.

При массе паров m более 5000 кг радиус зоны разрушения может определяться выражением:

1.5.2. Для выполнения практических инженерных расчетов радиусы зон разрушения могут определяться выражением

R = K R_0, (6)

где при m 5000 кг

или при m > 5000 кг

2. Методика, учитывающая тип взрывного превращения (детонация/дефлаграция) при воспламенении ТВС.

2.1. Для более точных расчетов зон разрушения и оценки риска взрыва рекомендуется использовать следующие соотношения.

Масса вещества, способного участвовать во взрыве, определяется путем интегрирования концентрации выброшенного при аварии горючего вещества по пространству, ограниченному поверхностями _ВКПР и _НКПР по формуле:

где x, y, z - пространственные переменные, _ВКПР и _НКПР - поверхности в пространстве достижения соответственно верхнего и нижнего концентрационных пределов, c(x, y, z, t_0) - распределение концентрации в момент времени t_0, кг/м3; t_0 - момент времени воспламенения или момент времени, когда во взрывоопасных пределах находится максимальное количество топлива, с.

Рассчитываются основные параметры воздушных ударных волн (избыточное давление P и импульс волны давления I) в зависимости от расстояния до центра облака (в том числе с учетом возможного дрейфа облака ТВС).

Для вычисления параметров воздушной ударной волны на заданном расстоянии R от центра облака при детонации облака ТВС предварительно рассчитывается соответствующее безразмерное расстояние по соотношению:

R_x = R / (E / P_0)^(1/3), (10)

где E - эффективный энергозапас ТВС, Дж (E = m x q, где q - теплота сгорания топлива в облаке).

Далее рассчитываются безразмерное давление P_x и безразмерный импульс фазы сжатия I_x.

В случае детонации облака газовой ТВС расчет производится по следующим формулам:

ln(P_x) = - 1,124 - 1,66ln(R_x) + 0,26(ln(R_x))^2 ± 10%; (11)

ln(I_x) = - 3,4217 - 0,898ln(R_x) - 0,009(ln(R_x))^2 ± 15%. (12)

Зависимости (11) и (12) справедливы для значений R_x, больших величины R_k = 0,2 и меньших R_k = 24. В случае R_k < 0,2 величина P_x полагается равной 18, а в выражение (12) подставляется значение R_x = 0,142.

В случае детонации облака гетерогенной ТВС расчет производится по следующим формулам:

P_x = 0,125 / R_x + 0,137 / R_x^2 + 0,023 / R_x^3 ± 10%; (13)

I_x = 0,022 / R_x ± 15%. (14)

Зависимости (13) и (14) справедливы для значений R_x, больших величины R_k = 0,25. В случае если R_x < R_k, величина P_x полагается равной 18, а величина I_x = 0,16.

В случае дефлаграционного взрывного превращения облака ТВС к параметрам, влияющим на величины избыточного давления и импульса положительной фазы, добавляются скорость видимого фронта пламени V_г и степень расширения продуктов сгорания . Для газовых смесей принимается = 7, для гетерогенных - = 4. Для расчета параметров ударной волны при дефлаграции гетерогенных облаков величина эффективного энергозапаса смеси домножается на коэффициент ( - 1) / . Величина V_г определяется исходя из взрывоопасных свойств горючего вещества и загроможденности окружающего пространства, влияющего на турбулизацию фронта пламени.

Безразмерные давление P_x1 и импульс фазы сжатия I_x1 определяются по соотношениям:

P_x1 = (V_г / С_0)^2 (( - 1) / ) (0,83 / R_x - 0,14 / R_x^2); (15)

I_x1 = (V_г / С_0)^2 (( - 1) / ) (1 - 0,4 ( - 1) V_г / С_0) х (0,06 / R_x + 0,01 / R_x^2 - 0,0025 / R_x^3). (16)

Последние два выражения справедливы для значений R_x, больших величины R_кр = 0,34, в противном случае вместо R_x в соотношения (15) и (16) подставляется величина R_кр.

Далее вычисляются величины P_x2 и I_x2, которые соответствуют режиму детонации и для случая детонации газовой смеси рассчитываются по соотношениям (11), (12), а для детонации гетерогенной смеси - по соотношениям (13), (14). Окончательные значения P_x и I_x выбираются из условий:

P_x = min (P_x1, P_x1); I_x = min (I_x1, I_x1). (17)

После определения безразмерных величин давления и импульса фазы сжатия вычисляются соответствующие им размерные величины:

P = P_x P_0; (18)

I = I_x (P_0)^2/3 E^1/3 / C_0. (19)

2.2. Для расчета условной вероятности разрушения объектов и поражения людей ударными волнами используется пробит-функция, значение которой определяется следующим образом:

а) вероятность повреждений стен промышленных зданий, при которых возможно восстановление зданий без их сноса, может оцениваться по соотношению:

Pr_1 = 5 - 0,26 x lnV_1, (20)

V_1 = (	17500	)^8,4 + (	290	)^9,3;
	P		I

где

P - избыточное давление, Па;

I - импульс, кг·м/с;

б) вероятность разрушений промышленных зданий, при которых здания подлежат сносу, оценивается по соотношению

Pr_2 = 5 - 0,22 x lnV_2, (21)

где

V_2 = (	40000	)^7,4 + (	460	)^11,3;
	P		I

При взрывах ТВС внутри резервуаров и другого оборудования, содержащего газ под давлением, в общем случае следует учитывать опасность разлета осколков и последующее развитие аварии, сопровождаемое "эффектом домино" с распространением аварии на соседнее оборудование, если оно содержит опасные вещества;

в) вероятность длительной потери управляемости у людей (состояние нокдауна), попавших в зону действия ударной волны при взрыве облака ТВС, может быть оценена по величине пробит-функции:

Pr_3 = 5 - 5,74 x lnV_3, (22)

m - масса тела живого организма, кг;

P_0 - атмосферное давление, Па;

г) вероятности разрыва барабанных перепонок у людей от уровня перепада давления в воздушной волне определяется по формуле

Pr_4 = - 12,6 + 1,524 x lnP, (23)

Вероятность отброса людей волной давления оценивается по величине пробит-функции:

Pr_5 = 5 - 2,44 x lnV_5, (24)

где

V_5 =	7,38 x 10^(-3)	+	1,3 x 10^9	.
	P		P x I

При использовании пробит-функций в качестве зон 100-процентного поражения принимаются зоны поражения, где значение пробит-функции достигает величины, соответствующей вероятности 90 процентов. В качестве зон, безопасных с точки зрения воздействия поражающих факторов, принимаются зоны поражения, где значение пробит-функции достигает величины, соответствующей вероятности 1 проценту.

2.3. Вероятность гибели людей, находящихся в зданиях.

Для расчета условной вероятности гибели людей, находящихся в зданиях, используются данные о гибели людей при разрушении зданий при взрывах и землетрясениях. Исходя из типа зданий и избыточного давления ударной волной, оценивается степень разрушения производственных и административных зданий. Данные приведены в таблице N 3. Условная вероятность травмирования и гибели людей определяется по таблице N 4.

Данные уточняются при их обосновании с указанием источника информации.

Таблица N 3

Данные о степени разрушения производственных, административных зданий и сооружений, имеющих разную устойчивость

Таблица N 4

Зависимость условной вероятности поражения человека с разной степенью тяжести от степени разрушения здания

Величина индивидуального риска для i-го человека или риска разрушения i-го здания R_i (год^(-1)) определяется по формуле (25).

R_i =	G
		q_ji x P(j), (25)
	j=1

где

P(j) принимается равной величине потенциального риска в j-ой области территории, год^(-1) (определяется методами количественной оценки риска) при расчете индивидуального риска, или принимается равной прогнозируемой частоте реализации в j-ой области территории нагрузок (давление, импульс), способных привести к разрушению i-го здания при расчете риска разрушения зданий;

q_ji принимается равной вероятности присутствия человека в j-ой области территории при расчете индивидуального риска или принимается равной 1 в случае, если i-е здание располагается в j-ой области территории, и нулю, в противном случае, при расчете риска разрушения зданий;

G - число областей, на которые условно можно разбить территорию объекта, при условии, что величина потенциального риска на всей площади каждой из таких областей можно считать одинаковой.