Законодательная база Российской Федерации

"ОПРЕДЕЛЕНИЕ КАТЕГОРИЙ ПОМЕЩЕНИЙ, ЗДАНИЙ И НАРУЖНЫХ УСТАНОВОК ПО ВЗРЫВОПОЖАРНОЙ И ПОЖАРНОЙ ОПАСНОСТИ. НПБ 105-03" (утв. Приказом МЧС РФ от 18.06.2003 N 314)

36. Выбор расчетного варианта следует осуществлять с учетом годовой частоты реализации и последствий тех или иных аварийных ситуаций. В качестве расчетного для вычисления критериев пожарной опасности для горючих газов и паров следует принимать вариант аварии, для которого произведение годовой частоты реализации этого варианта Q_w и расчетного избыточного давления дельтаР при сгорании газопаровоздушных смесей в случае реализации указанного варианта максимально, то есть:

G= Q_w x дельтаР = max. (26)

Расчет величины G производится следующим образом:

а) рассматриваются различные варианты аварии и определяются из статистических данных или на основе годовой частоты аварий со сгоранием газопаровоздушных смесей Q_wi для этих вариантов;

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

в) вычисляются величины Gi = Q_wi x дельтаРi для каждого из рассматриваемых вариантов аварии, среди которых выбирается вариант с наибольшим значением G_i;

г) в качестве расчетного для определения критериев пожарной опасности принимается вариант, в котором величина G_i максимальна. При этом количество горючих газов и паров, вышедших в атмосферу, рассчитывается исходя из рассматриваемого сценария аварии с учетом пунктов 38-43.

37. При невозможности реализации описанного выше метода в качестве расчетного следует выбирать наиболее неблагоприятный вариант аварии или период нормальной работы аппаратов, при котором в образовании горючих газопаровоздушных смесей участвует наибольшее количество газов и паров, наиболее опасных в отношении последствий сгорания этих смесей. В этом случае количество газов и паров, вышедших в атмосферу, рассчитывается в соответствии с пунктами 38-43.

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

а) происходит расчетная авария одного из аппаратов согласно п.36 или п.37 (в зависимости от того, какой из подходов к определению расчетного варианта аварии принят за основу);

б) все содержимое аппарата поступает в окружающее пространство;

в) происходит одновременно утечка веществ из трубопроводов, питающих аппарат по прямому и обратному потоку в течение времени, необходимого для отключения трубопроводов.

Расчетное время отключения трубопроводов определяется в каждом конкретном случае исходя из реальной обстановки, и должно быть минимальным с учетом паспортных данных на запорные устройства, характера технологического процесса и вида расчетной аварии.

Расчетное время отключения трубопроводов следует принимать равным:

времени срабатывания систем автоматики отключения трубопроводов согласно паспортным данным установки, если вероятность отказа системы автоматики не превышает 0,000001 в год или обеспечено резервирование ее элементов (но не более 120 с);

120 с, если вероятность отказа системы автоматики превышает 0,000001 в год и не обеспечено резервирование ее элементов;

300 с при ручном отключении.

Не допускается использование технических средств для отключения трубопроводов, для которых время отключения превышает приведенные выше значения.

Под "временем срабатывания" и "временем отключения" следует понимать промежуток времени от начала возможного поступления горючего вещества из трубопровода (перфорация, разрыв, изменение номинального давления и т.п.) до полного прекращения поступления газа или жидкости в окружающее пространство. Быстродействующие клапаны-отсекатели должны автоматически перекрывать подачу газа или жидкости при нарушении электроснабжения.

В исключительных случаях в установленном порядке допускается превышение приведенных выше значений времени отключения трубопроводов специальным решением соответствующих министерств или ведомств по согласованию с Госгортехнадзором России на подконтрольных ему производствах и предприятиях и МЧС России;

г) происходит испарение с поверхности разлившейся жидкости; площадь испарения при разливе на горизонтальную поверхность определяется (при отсутствии справочных или иных экспериментальных данных) исходя из расчета, что 1 л смесей и растворов, содержащих 70% и менее (по массе) растворителей, разливается на площади 0,10 м2, а остальных жидкостей - на 0,15 м2;

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

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

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

m= (V_a+ V_т) x ро_г, (27)

где V_a- объем газа, вышедшего из аппарата, м3; V_т - объем газа вышедшего из трубопровода, м3; ро_г - плотность газа, кг·м(-3).

При этом

V_a = 0,01P1 x V,(28)

где P1 - давление в аппарате, кПа; V - объем аппарата, м3;

V_т = V_1т + V_2т,(29)

где V_1т - объем газа, вышедшего из трубопровода до его отключения, м3; V_2т - объем газа, вышедшего из трубопровода после его отключения, м3;

V_1т = q x T,(30)

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(-1); T - время, определяемое по п.38, с;

,(31)

где P2 - максимальное давление в трубопроводе по технологическому регламенту, кПа; r- внутренний радиус трубопроводов, м; L - длина трубопроводов от аварийного аппарата до задвижек, м.

40. Масса паров жидкости m, кг, поступивших в окружающее пространство при наличии нескольких источников испарения (поверхность разлитой жидкости, поверхность со свеженанесенным составом, открытые емкости и т.п.), определяется из выражения

m= m_p + m_емк + m_св.окр + m_пер.,(32)

где m_p - масса жидкости, испарившейся с поверхности разлива, кг; m_емк - масса жидкости, испарившейся с поверхностей открытых емкостей, кг; m_св.окр - масса жидкости, испарившейся с поверхностей, на которые нанесен применяемый состав, кг; m_пер - масса жидкости, испарившейся в окружающее пространство в случае ее перегрева, кг.

При этом каждое из слагаемых (m_p, m_емк, m_св.окр) в формуле (32) определяют из выражения

m= W x F_и x T,(33)

где W - интенсивность испарения, кг·с(-1) ·м(-2); F_и - площадь испарения, м2, определяемая в соответствии с п.38 в зависимости от массы жидкости m_п, вышедшей в окружающее пространство; T - продолжительность поступления паров легковоспламеняющихся и горючих жидкостей в окружающее пространство согласно п.38, с.

Величину m_пер определяют по формуле (при T_a>T_кип)

, (34)

где m_п - масса вышедшей перегретой жидкости, кг; C_p- удельная теплоемкость жидкости при температуре перегрева жидкости T_a, Дж·кг(-1) К(-1); T_a - температура перегретой жидкости в соответствии с технологическим регламентом в технологическом аппарате или оборудовании, К; T_кип - нормальная температура кипения жидкости, К; L_исп - удельная теплота испарения жидкости при температуре перегрева жидкости T_a, Дж·кг(-1).

Если аварийная ситуация связана с возможным поступлением жидкости в распыленном состоянии, то она должна быть учтена в формуле (32) введением дополнительного слагаемого, учитывающего общую массу поступившей жидкости от распыляющих устройств исходя из продолжительности их работы.

41. Масса m_п вышедшей жидкости, кг, определяется в соответствии с п.38.

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

,(35)

где M - молярная масса, г·моль(-1); P_н - давление насыщенного пара при расчетной температуре жидкости, определяемое по справочным данным в соответствии с требованиями п.3, кПа.

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

,(36)

где M - молярная масса СУГ, кг·моль(-1); L_исп - мольная теплота испарения СУГ при начальной температуре СУГ T_ж, Дж·моль(-1); Т_0 - начальная температура материала, на поверхность которого разливается СУГ, К; Т_ж - начальная температура СУГ, К; лямбда_тв - коэффициент теплопроводности материала, на поверхность которого разливается СУГ, Вт·м(-1) К(-1); - коэффициент температуропроводности материала, на поверхность которого разливается СУГ, м2·с(-1); C_тв - теплоемкость материала, на поверхность которого разливается СУГ, Дж·кг(-1) ·К(-1); ро_тв - плотность материала, на поверхность которого разливается СУГ, кг·м(-3); t - текущее время, с, принимаемое равным времени полного испарения СУГ, но не более 3600 с; - число Рейнольдса; U- скорость воздушного потока, м·с(-1); - характерный размер пролива СУГ, м; ню_в - кинематическая вязкость воздуха, м2·с(-1); лямбда_в - коэффициент теплопроводности воздуха, Вт·м(-1) К(-1).

Формула 36 справедлива для СУГ с температурой Т_ж<=Т_кип. При температуре СУГ Т_ж>Т_кип дополнительно рассчитывается масса перегретых СУГ m_пер по формуле 34.

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

для горючих газов (ГГ):

, (37)

для паров ненагретых легковоспламеняющихся жидкостей (ЛВЖ):

,(38)

,

где m_г - масса поступивших в открытое пространство ГГ при аварийной ситуации, кг; ро_г - плотность ГГ при расчетной температуре и атмосферном давлении, кг·м(-3); m_п - масса паров ЛВЖ, поступивших в открытое пространство за время полного испарения, но не более 3600 с, кг; ро_п - плотность паров ЛВЖ при расчетной температуре и атмосферном давлении, кг·м(-3); Р_н - давление насыщенных паров ЛВЖ при расчетной температуре, кПа; K - коэффициент, принимаемый равным K = T/3600 для ЛВЖ; T - продолжительность поступления паров ЛВЖ в открытое пространство, с; C_нкпр - нижний концентрационный предел распространения пламени ГГ или паров ЛВЖ, % (об.); M - молярная масса, кг·кмоль(-1); V_0 - мольный объем, равный 22,413 м3·кмоль(-1); t_p - расчетная температура, °С. В качестве расчетной температуры следует принимать максимально возможную температуру воздуха в соответствующей климатической зоне или максимальную возможную температуру воздуха по технологическому регламенту с учетом возможного повышения температуры в аварийной ситуации. Если такого значения расчетной температуры t_p по каким-либо причинам определить не удается, допускается принимать ее равной 61 °С.

45. За начало отсчета горизонтального размера зоны принимают внешние габаритные размеры аппаратов, установок, трубопроводов и т.п. Во всех случаях значение R_нкпр должно быть не менее 0,3 м для ГГ и ЛВЖ.

46. Исходя из рассматриваемого сценария аварии, определяется масса m, кг, горючих газов и (или) паров, вышедших в атмосферу из технологического аппарата в соответствии с пунктами 38-43.

47. Величину избыточного давления дельтаР, кПа, развиваемого при сгорании газопаровоздушных смесей, определяют по формуле

,(39)

где P_0 - атмосферное давление, кПа (допускается принимать равным 101 кПа); r- расстояние от геометрического центра газопаровоздушного облака, м; m_пр - приведенная масса газа или пара, кг, вычисляется по формуле

m_пр = (Q_cr/Q_0) x m x Z, (40)

где Q_cr- удельная теплота сгорания газа или пара, Дж·кг(-1); Z- коэффициент участия горючих газов и паров в горении, который допускается принимать равным 0,1; Q_0 - константа, равная 4,52·106* Дж·кг(-1); m - масса горючих газов и (или) паров, поступивших в результате аварии в окружающее пространство, кг.

48. Величину импульса волны давления i, Па·с, вычисляют по формуле

.(41)

49. В качестве расчетного варианта аварии для определения критериев пожарной опасности для горючих пылей следует выбирать наиболее неблагоприятный вариант аварии или период нормальной работы аппаратов, при котором в горении пылевоздушной смеси участвует наибольшее количество веществ или материалов, наиболее опасных в отношении последствий такого горения.

50. Количество поступивших веществ, которые могут образовывать горючие пылевоздушные смеси, определяется исходя из предпосылки о том, что в момент расчетной аварии произошла плановая (ремонтные работы) или внезапная разгерметизация одного из технологических аппаратов, за которой последовал аварийный выброс в окружающее пространство находившейся в аппарате пыли.

51. Расчетная масса пыли, поступившей в окружающее пространство при расчетной аварии, определяется по формуле

M= M_вз + М_ав,(42)

где M - расчетная масса поступившей в окружающее пространство горючей пыли, кг; M_вз - расчетная масса взвихрившейся пыли, кг; М_ав - расчетная масса пыли, поступившей в результате аварийной ситуации, кг.

52. Величина М_вз определяется по формуле

М_вз = К_r x К_вз х М_п, (43)

где К_r - доля горючей пыли в общей массе отложений пыли; К_вз - доля отложенной вблизи аппарата пыли, способной перейти во взвешенное состояние в результате аварийной ситуации. В отсутствие экспериментальных данных о величине К_вз допускается принимать К_вз=0,9; М_п - масса отложившейся вблизи аппарата пыли к моменту аварии, кг.

53. Величина М_ав определяется по формуле

М_ав = (М_ап + q x T) x К_п, (44)

где М_ап - масса горючей пыли, выбрасываемой в окружающее пространство при разгерметизации технологического аппарата, кг; при отсутствии ограничивающих выброс пыли инженерных устройств следует полагать, что в момент расчетной аварии происходит аварийный выброс в окружающее пространство всей находившейся в аппарате пыли; q - производительность, с которой продолжается поступление пылевидных веществ в аварийный аппарат по трубопроводам до момента их отключения, кг·с(-1); T - расчетное время отключения, с, 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 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; К_п - коэффициент пыления, представляющий отношение массы взвешенной в воздухе пыли ко всей массе пыли, поступившей из аппарата. В отсутствие экспериментальных данных о величине К_п допускается принимать: 0,5 - для пылей с дисперсностью не менее 350 мкм; 1,0 - для пылей с дисперсностью менее 350 мкм.

54. Избыточное давление дельтаР для горючих пылей рассчитывается следующим образом:

а) определяют приведенную массу горючей пыли m_пр, кг, по формуле

m_пр = M x Z x H_т/Н_то, (45)

где М - масса горючей пыли, поступившей в результате аварии в окружающее пространство, кг; Z - коэффициент участия пыли в горении, значение которого допускается принимать равным 0,1. В отдельных обоснованных случаях величина Z может быть снижена, но не менее чем до 0,02; Н_т - теплота сгорания пыли, Дж·кг(-1); Н_то - константа, принимаемая равной 4,6·10(6) Дж·кг(-1);

б) вычисляют расчетное избыточное давление дельтаР, кПа, по формуле

, (46)

где r - расстояние от центра пылевоздушного облака, м. Допускается отсчитывать величину r от геометрического центра технологической установки; P_0 - атмосферное давление, кПа.

55. Величину импульса волны давления i, Па·с, вычисляют по формуле

.(47)

56. Интенсивность теплового излучения рассчитывают для двух случаев пожара (или для того из них, который может быть реализован в данной технологической установке):

пожар проливов ЛВЖ, ГЖ или горение твердых горючих материалов (включая горение пыли);

"огненный шар" - крупномасштабное диффузионное горение, реализуемое при разрыве резервуара с горючей жидкостью или газом под давлением с воспламенением содержимого резервуара.

Если возможна реализация обоих случаев, то при оценке значений критерия пожарной опасности учитывается наибольшая из двух величин интенсивности теплового излучения.

57. Интенсивность теплового излучения q, кВт·м(-2), для пожара пролива жидкости или при горении твердых материалов вычисляют по формуле

q= E_f x F_q x тау, (48)

где E_f- среднеповерхностная плотность теплового излучения пламени, кВт·м(-2); F_q - угловой коэффициент облученности; тау - коэффициент пропускания атмосферы.

Значение Е_f принимается на основе имеющихся экспериментальных данных. Для некоторых жидких углеводородных топлив указанные данные приведены в табл.8.

Таблица 8

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

Примечание. Для диаметров очагов менее 10 м или более 50 м следует принимать величину E_f такой же, как и для очагов диаметром 10 м и 50 м соответственно.

При отсутствии данных допускается принимать величину E_f равной: 100 кВт·м(-2) для СУГ, 40 кВт·м(-2) для нефтепродуктов, 40 кВт·м(-2) для твердых материалов.

Рассчитывают эффективный диаметр пролива d, м, по формуле

, (49)

где F - площадь пролива, м2.

Вычисляют высоту пламени H, м, по формуле

, (50)

где M - удельная массовая скорость выгорания топлива, кг·м(-2) ·с(-1); ро_в - плотность окружающего воздуха, кг·м(-3); g=9,81 м·с(-2) - ускорение свободного падения.

Определяют угловой коэффициент облученности F_q по формулам:

,(51)

где F_v, F_н - факторы облученности для вертикальной и горизонтальной площадок соответственно, определяемые с помощью выражений:

, (52)

, (53)

; (54)

; (55)

S= 2r / d; (56)

h= 2H / d, (57)

где r - расстояние от геометрического центра пролива до облучаемого объекта, м.

Определяют коэффициент пропускания атмосферы по формуле

. (58)

58. Интенсивность теплового излучения q, кВт·м(-2), для "огненного шара" вычисляют по формуле (48).

Величину E_f определяют на основе имеющихся экспериментальных данных. Допускается принимать E_f равным 450 кВт·м(-2).

Значение F_q вычисляют по формуле

, (59)

где H - 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.

Эффективный диаметр "огненного шара" D_s определяют по формуле

, (60)

где m - масса горючего вещества, кг.

Величину H определяют в ходе специальных исследований. Допускается принимать величину H равной D_s / 2.

Время существования "огненного шара" t_s, с, определяют по формуле

. (61)

Коэффициент пропускания атмосферы тау рассчитывают по формуле

. (62)