Законодательная база Российской Федерации

"ПОЖАРНАЯ БЕЗОПАСНОСТЬ. ОБЩИЕ ТРЕБОВАНИЯ. ГОСТ 12.1.004-91" (утв. Постановлением Госстандарта СССР от 14.06.91 N 875)

1.1. Данные для расчета

Отделение компрессии этилена расположено в одноэтажном производственном здании размерами в плане 20х12 м и высотой 10 м. Стены здания - кирпичные с ленточным остеклением. Перекрытие - из ребристых железобетонных плит. Освещение цеха - электрическое,отопление -центральное. Цех оборудован аварийной вентиляцией с кратностью воздухообмена (n), равной восьми.

В помещении цеха размещается компрессор, который повышает давление поступающего из магистрального трубопровода этилена с 11 х 105 до 275 х 105Па. Диаметр трубопроводов с этиленом равен 150 мм, температура этилена достигает 130 оС. Здание имеет молниезащиту типа Б.

Нижний концетрационный предел воспламенения этилена (С_н.к.п.в в смеси с воздухом равен 2,75%, поэтому, в соответствии с СНиП II-90-81: производство по взрывной, взрывопожарной и пожарной опасности относится к категории А, то есть в цехе возможно возникновение как пожара, так и взрыва. По условиям технологического процесса возникновение взрывоопасной концентрации в объеме помещения возможно только в аварийных условиях, поэтому помещение по классификации взрывоопасных зон относится к классу В-1а.

Пожарная опасность отделения компрессии складывается из пожарной опасности компрессорной установки и пожарной опасности помещения. Пожарная опасность компрессора обусловлена опасностью возникновения взрыва этиленовоздушной смеси внутри аппарата.

Пожарная опасность помещения обусловлена опасностью возникновения пожара в цехе, а также опасностью возникновения взрыва этиленовоздушной смеси в объеме цеха при выходе этилена из газовых коммуникаций при аварии.

1.2. Расчет

Возникновение взрыва в компрессоре обусловлено одновременным появлением в цилиндре горючего газа, окислителя и источника зажигания.

По условиям технологического процесса в цилиндре компрессора постоянно обращается этилен, поэтому вероятность появления в компрессоре горючего газа равна единице

Появление окислителя (воздуха) в цилиндре компрессора возможно при заклинивании всасывающего клапана. В этом случае в цилиндре создается разряжение, обуславливающее подсос воздуха через сальниковые уплотнения. Для отклонения компрессора при заклинивании всасывающего клапана имеется система контроля давления, которая отключает компрессор через 10 с после заклинивания клапана. Обследование показало, что за год наблюдалось 10 случаев заклинивания клапанов. Тогда вероятность разгерметизации компрессора равна

Анализируемый компрессор в течение года находился в рабочем состоянии 4000 ч, поэтому вероятность его нахождения под разряжением равна

Откуда вероятность подсоса воздуха в компрессор составит значение

Таким образом, вероятность появления в цилиндре компрессора достаточного количества окислителя в соответствии с формулой(44) приложения 3 равна

Откуда вероятность образования горючей среды в цилиндре компрессора соответствии с формулой (40) приложения 3 будет равна

Источником зажигания этиленовоздушной смеси в цилиндре компрессора могут быть только искры механического происхождения, возникающие при разрушении узлов и деталей поршневой группы из-за потери прочности материала или при ослаблении болтовых соединений.

Статистические данные показывают, что за анализируемый период времени наблюдался один случай разрушения деталей поршневой группы, в результате чего в цилиндре компрессора в течение 2 мин наблюдалось искрение. Поэтому вероятность появления в цилиндре компрессора фрикционных искр в соответствии с формулами (42 и 47) приложения 3 равна

Оценим энергию искр, возникающих при разрушении деталей поршневой группы компрессора. Зная, что скорость движения этих деталей составляет 20 м х c(-1), а их масса равна 10 кг и более, найдем энергию соударения (Е), Дж, по формуле

Известно, что фрикционные искры твердых сталей при энергиях соударения порядка 1000 Дж поджигают метановоздушные смеси с минимальной энергией зажигания 0,28 мДж.

Минимальная энергия зажигания этиленовоздушной смеси равна 0,12 мДж, а энергия соударения тел значительно превышает 1000 Дж, следовательно:

Тогда вероятность появления в цилиндре компрессора источника зажигания в соответствии с формулой (46) приложения 3 равна

Таким образом, вероятность взрыва этиленовоздушной смеси внутри компрессора будет равна

Наблюдение за производством показало, что трижды за год (m-3) отмечалась разгерметизация коммуникаций с этиленом и газ выходил в объем помещения. Рассчитаем время образования взрывоопасной концентрации в локальном облаке, занимающем 5% объема цеха.

Режим истечения этилена из трубопровода при разгерметизации фланцевых соединений вычисляют из выражения

где Р_атм - атмосферное давление, Па;

P_раб - рабочее давление в трубопроводах с этиленом, Па;

V_кр - критическое отношение.

То есть истечение происходит со звуковой скоростью w, равной

Площадь щели F при разгерметизации фланцевого соединения трубопровода диаметром 150 мм и толщиной щели 0,5 мм равна

Расход этилена - g через такое отверстие будет равен

Тогда время образования локального взрывоопасного облака, занимающего 5% объема цеха при работе вентиляции, будет равно

Учитывая, что из всей массы этилена, вышедшего в объем помещения, только 70% участвуют в образовании локального взрывоопасного облака, время образования этого облака и время его существования после устранения утечки этилена будет равно:

Время истечения этилена при имевших место авариях за анализируемый период времени было равно 4,5, 5 и 5,5 мин. Тогда общее время существования взрывоопасного облака, занимающего 5% объема помещения и представляющего опасность при взрыве для целостности строительных конструкций и жизни людей с учетом работы аварийной вентиляции будет равно

Откуда вероятность появления в объеме помещения, достаточного для образования горючей смеси количества этилена, равна

Учитывая, что в объеме помещения постоянно имеется окислитель, получим

Тогда вероятность образования горючей смеси этилена с воздухом в объеме помещения будет равна

Основными источниками зажигания взрывоопасного этиленовоздушного облака в помещении могут быть электроприборы (в случае их несоответствия категории и группе взрывоопасной среды), открытый огонь (при проведении огневых работ), искры от удара (при различных ремонтных работах) и разряд атмосферного электричества.

Пожарно-техническим обследованием отделения компрессии установлено, что пять электросветильников марки ВЗГ в разное время в течение 120, 100, 80, 126 и 135 ч эксплуатировались с нарушением щелевой защиты.

Вероятность нахождения электросветильников в неисправном состоянии равна

Так как температура колбы электролампочки мощностью 150 Вт равна 350 °С, а температура самовоспламенения этилена 540 °С, следовательно, нагретая колба не может быть источником зажигания этиленовоздушной смеси.

Установлено, что за анализируемый период времени в помещении 6 раз проводились газосварочные работы по 6, 8, 10, 4, 3 и 5 ч каждая. Поэтому вероятность появления в помещении открытого огня будет равна

Так как температура пламени газовой горелки и время ее действия значительно превышают температуру воспламенения и время, необходимое для зажигания этиленовоздушной смеси, получаем, что

Ремонтные работы с применением искроопасного инструмента в помещении за анализируемый период времени не проводились.

Вычисляем вероятность появления в помещении разряда атмосферного электричества.

Помещение расположено в местности с продолжительностью грозовой деятельности 50 с х год(-1),поэтому п = 6 км2 х год(-1).Отсюда, в соответствии с формулой (5) приложения 3 число ударов молнии в здание равно

Тогда вероятность прямого удара молнии будет равна

Вычисляем вероятность отказа исправной молниезащиты типа Б здания компрессорной по формуле (52) приложения 3

Таким образом, вероятность поражения здания молнией равна

Пожарно-техническим обследованием установлено, что защитное заземление, имеющееся в здании, находится в исправном состоянии, поэтому

Тогда

Учитывая параметры молнии получим

Откуда

Таким образом, вероятность взрыва этиленовоздушной смеси в объеме помещения будет равна:

Рассчитаем вероятность возникновения пожара в помещении компрессорной. Наблюдение за объектом позволило установить, что примерно 255 ч х год(-1)в помещении компрессорной, в нарушение правил пожарной безопасности, хранились разнообразные горючие материалы (ветошь, деревянные конструкции, древесные отходы и т.п.), не предусмотренные технологическим регламентом.

Поэтому вероятность появления в помещении горючих веществ равна

Откуда вероятность образования в цехе пожароопасной среды равна

Из зафиксированных тепловых источников, которые могут появиться в цехе, источником зажигания для твердых горючих веществ является только открытый огонь и разряды атмосферного электричества. Поэтому вероятность возникновения в отделении компрессии пожара равна

Таким образом, вероятность того, что в отделении компрессии произойдет взрыв либо в самом компрессоре, либо в объеме цеха составит значение

Вероятность того, что в компрессорной возникнет пожар или взрыв, равна:

1.3. Заключение

Вероятность возникновения в компрессорной взрыва равна 2,7 х 10(-7)в год, что соответствует одному взрыву в год в 3703704 аналогичных зданиях, а вероятность возникновения в нем или взрыва, или пожара равна 1,9 х 10(-4)в год, т. е. один пожар или взрыв в год в 5263 аналогичных помещениях.

2.1. Данные для расчета

В качестве пожароопасного объекта взят резервуар с нефтью объемом 20000 м3. Расчет ведется для нормальной эксплуатации технически исправного резервуара.

Средняя рабочая температура нефти Т=311 К. Нижний и верхний температурные пределы воспламенения нефти равны: Т_н.п.в=249 К, Т_в.п.в=265 К. Количество оборотов резервуара в год П_об=24 год(-1). Время существования горючей среды в резервуаре при откачке за один оборот резервуара _отк=10 ч (исключая длительный простой). Радиус резервуара РВС=2000 R=22,81 м. Высота резервуара Нр=11,9 м. Число ударов молний п = 6 км(-2) х год(-1). На резервуаре имеется молниезащита типа Б, поэтому _б=0,95.

Число искроопасных операций при ручном измерении уровня N_з.у = 1100 год(-1).Вероятность штиля (скорость ветра u1 м х с(-1)),Q_ш(u1) = 0,12. Число включений электрозадвижек N_э.з=40 х год(-1). Число искроопасных операций при проведении техобслуживания резервуара N_Т.О=24 год(-1). Нижний и верхний концентрационные пределы воспламенения нефтяных паров С_и.к.п.в=0,02% (по объему), С_и.к.п.в=0,1% (по объему). Производительность, операции наполнения g=0,56 м3 х c(-1). Рабочая концентрация паров в резервуаре С=0,4% (по объему). Продолжительность выброса богатой смеси _бог=5 ч.

2.2. Расчет

Так как на нефтепроводах средняя рабочая температура жидкости (нефти) выше среднемесячной температуры воздуха, то за расчетную температуру поверхностного слоя нефти принимаем

Из условия задачи видно, что > в.к.п.в, поэтому при неподвижном уровне нефти вероятность образования горючей смеси внутри резервуара равна нулю (ГС)=0, а при откачке нефти равна

Таким образом вероятность образования горючей среды внутри резервуара в течение года будет равна

Вычислим число попадании молнии в резервуар то формуле (5.1) приложения 3

Тогда вероятность прямого удара молнии в резервуар в течение года, вычисленная по формуле (49) приложения 3, равна

Вычислим вероятность отказа молниезащиты в течение года при исправности молниеотвода по формуле (52) приложения 3.

Таким образом, вероятность поражения молнией резервуара, в соответствии с формулой (48) приложения 3, равна

Обследованием установлено, что имеющееся на резервуаре защитное заземление находится в исправном состоянии, поэтому вероятность вторичного воздействия молнии на резервуар и заноса в него высокого потенциала равна нулю

Появление фрикционных искр в резервуаре возможно только при проведении искроопасных ручных операций при измерении уровня и отборе проб. Поэтому вероятность Q_р(ТИ_3)в соответствии с формулами (49 и 55) приложения 3 равна

В этой формуле Q(ОП) = 1,52 х 10(-3) - вероятность ошибки оператора, выполняющего операции измерения уровня.

Таким образом, вероятность появления в резервуаре какого-либо теплового источника в соответствии с приложением 3 равна

Полагая, что энергия и время существования этих источников достаточны для воспламенения горючей среды, т. е. Q_р(B) = l из приложения 3 получим Q_р (ИЗ/ГС) = 5,4 х 10(-3).

Тогда вероятность возникновения пожара внутри резервуара в соответствии с формулой (38) приложения 3, равна

Из условия задачи следует, что рабочая концентрация паров в резервуаре выше верхнего концентрационного предела воспламенения, т.е. в резервуаре при неподвижном слое нефти находится негорючая среда. При наполнении резервуара нефтью в его окрестности образуется горючая среда, вероятность выброса которой можно вычислить по формуле (42) приложения 3

Во время тихой погоды (скорость ветра меньше 1 м х с(-1)) около резервуара образуется взрывоопасная зона, вероятность появления которой равна

Диаметр этой взрывоопасной зоны равен

Определим число ударов молнии во взрывоопасную зону

Тогда вероятность прямого удара молнии в данную зону равна

Так как вероятность отказа молниезащиты Q_р(t_1) = 5 х 10(-2), то вероятность поражения молнией взрывоопасной зоны равна

Откуда Q_в.з(ТИ_1)=7 х 10(-3).

Вероятность появления около резервуара фрикционных искр равна

Наряду с фрикционными искрами в окрестностях резервуара возможно появление электрических искр замыкания и размыкания контактов электрозадвижек. Учитывая соответствие пополнения электрозадвижек категории и группе взрывоопасной смеси, вероятность появления электрических искр вычислим по формулам (49 и 54) приложения 3.

Таким образом, вероятность появления около резервуара какого-либо теплового источника в соответствии с приложением 3 составит значение

Полагая, что энергия и время существования этих источников достаточны для зажигания горючей среды, из формулы (49) приложения 3 получим при Q_в=1

Тогда вероятность возникновения взрыва в окрестностях резервуара в соответствии с формулой (39) приложения 3 равна

Откуда вероятность возникновения в зоне резервуара либо пожара, либо взрыва составит значение

2.3. Заключение

Вероятность возникновения в зоне резервуара пожара или взрыва составляет 2,9 х 10(-4), что соответствует одному пожару или взрыву в год в массиве из 3448 резервуаров, работающих в условиях, аналогичных расчетному.

3.1. Данные для расчета

В здании предполагается устройство вентиляционной системы противодымной защиты (ПДЗ) с вероятностью эффективного срабатывания R1=0,95 и системы оповещения людей о пожаре (ОЛП) с вероятностью эффективного срабатывания R2=0,95. Продолжительность пребывания отдельного человека в объекте в среднем 18 ч х сут(-1)независимо от времени года. Статистическая вероятность возникновения пожара в аналогичных объектах в год равна 4 х 10(-4). В качестве расчетной ситуации принимаем случай возникновения пожара на первом этаже. Этаж здания рассматриваем как одно помещение. Ширина поэтажного коридора 1,5 м, расстояние от наиболее удаленного помещения этажа до выхода в лестничную клетку 40 м, через один выход эвакуируются 50 человек, ширина выхода 1,21 м. Нормативную вероятность принимаем равной 1 х 10(-6), вероятность Р_дв, равной 1 х 10(-3).

3.2. Расчет

Оценку уровня безопасности определяем для людей, находящихся на 15-м этаже гостиницы (наиболее удаленном от выхода в безопасную зону) при наличии систем ПДЗ и ОЛП. Так как здание оборудовано вентиляционной системой ПДЗ, его лестничные клетки считаем незадымляемыми. Вероятность Q_в вычисляем по формуле (33) приложения 2

Учитывая, что отдельный человек находится в гостинице 18 ч, то вероятность его присутствия в здании при пожаре принимаем равной отношению . С учетом этого окончательно значение будет равно 0,75 х 10(-6), что меньше . Условие формулы (2) приложения 2 выполняется, поэтому безопасность людей в здании на случай возникновения пожара обеспечена. Рассмотрим вариант компоновки противопожарной защиты без системы оповещения. При этом время блокирования эвакуационных путей _бл на этаже пожара принимаем равным 1 мин в соответствии с требованиями строительных норм и правил проектирования зданий и сооружений. Расчетное время эвакуации t_р, определенное в соответствии с теми же нормами, равно 0,47 мин. Время начала эвакуации _н.э, принимаем равным 2 мин. Вероятность эвакуации P_э.п для этажа пожара вычисляем по формуле (5) приложения 2.

Вероятность Q_в вычисляем по формуле (3) приложения 2.

Поскольку Q_в>, то условие безопасности для людей по формуле (2) приложения 2 на этаже пожара не отвечает требуемому, - и, следовательно, в рассматриваемом объекте не выполняется при отсутствии системы оповещения.

4.1. Данные для расчета

Ацетон находится в аппарате с максимальным объемом заполнения V_ап, равным 0,07 м3, и в центре помещения над уровнем пола. Длина L_1 напорного и обводящего трубопроводов диаметром d 0,05. м равна соответственно 3 и 10м. Производительность q насоса 0,01 м3 х мин(-1). Отключение насоса автоматическое. Объем V_л помещения составляет 10000 м3 (48х24х8,7). Основные строительные конструкции здания железобетонные, и предельно допустимый прирост давления для них составляет 25 кПа. Кратность А аварийной вентиляции равна 10 ч(-1).

Скорость воздушного потока и в помещении при работе аварийной вентиляции равна 1,0 м х с(-1). Температура ацетона равна температуре воздуха и составляет 293 К. Плотность ацетона 792 кг х м-3.

4.2. Расчет

Объем ацетона м3, вышедшего из трубопроводов, составляет

где - время автоматического отключения насоса, равное 2 мин.

Объем поступившего ацетона, м3, в помещение

Площадь разлива ацетона принимаем равной 116 м2.

Скорость испарения (W_исп), кг х с(-1) х м, равна

Масса паров ацетона (М_п), кг, образующихся при аварийном разливе равна

Следовательно, принимаем, что весь разлившийся ацетон, кг, за время аварийной ситуации, равное 3600 с, испарится в объем помещения, т. е.

Стехиометрическая концентрация паров ацетона при =4 равна

Концентрация насыщенных паров получается равной

Отношение С_н/(1,9 х С_ст)>1, следовательно, принимаем Z=0,3.

Свободный объем помещения, м3

Время испарения, ч, составит

Коэффициент получается равным

Максимально возможная масса ацетона, кг

Поскольку m_п(91,9 кг)<m_max(249,8 кг), то помещение в целом относится к невзрывопожароопасным.

Расстояния X_н.к.п.в, Y_н.к.п.в и Z_н.к.п.в составляют при уровне значимости Q = 5 х 10(-2)

где

4.3. Заключение

Таким образом, взрывобезопасные расстояния составляют соответственно R_б>7,85 м и Z_б>3 м.

Взрывоопасная зона с размерами R_б>7,85 м и Z_б>3 м относится к классу В-1а. Схематически взрывоопасная зона изображена на черт. 9.

1 - помещение; 2 - аппарат; 3 - взрывоопасная зона
Черт. 9

5.1. Данные для расчета

Масса зерновой пыли, скапливающейся в циклоне m_а, составляет 20000 г. Производительность циклона q по пыли составляет 100 г х мин-1. Время автоматического отключения циклона r не более 2 мин. Свободный объем помещения V_св, равен 10000 м3. Остальные исходные данные: m_x = 500 г; _1 = 1; п = 14; K_у = 0,6; К_r = 1; К_в.з = 1; К_п= 1; Q = 16700 кДж х кг(-1); Т_0 = 300 К; С_р = 1,0 кДж х кг(-1); Т_0 = 300 К; C_р= l,0 кДж х кг(-1); _в = 1,29 кг х м(-3); Р_доп=25 кПа; Р_0 = 101 кПа; Z = 1,0.

5.2. Расчет

Масса отложившейся пыли к моменту очередной уборки г, составит

Расчетная масса пыли, г, участвующей в образовании взрывоопасной смеси, равна

Максимально возможную массу горючей пыли, кг, вычисляем по формуле

5.3. Заключение

Значение m_р не превышает m_max, следовательно, помещение не относится к взрывопожароопасным.

6.1. Данные для расчета приведены в табл. 13.

В результате испытаний получено:

Таблица 13

6.2. Расчет

Расчет возникновения пожара от ПРА ведем по приложению 5, ПРА является составной частью изделия с наличием вокруг него горючего материала (компаунд, клеммная колодка); произведение вероятностей Q(ПР)хQ(НЗ) обозначим через Q(а_i); тогда из приложения 5 можно записать

где Q_а - нормативная вероятность возникновения пожара при воспламенении аппарата, равная 10(-6);

Q(B) - вероятность воспламенения аппарата или выброса из него пламени при температуре поверхности ПРА (в наиболее нагретом месте), равной или превышающей критическую;

Q(а_i) - вероятность работы аппарата в i-м (пожароопасном) режиме;

Q(T_i) - вероятность достижения поверхностью аппарата (в наиболее нагретом месте) критической (пожароопасной) температуры, которая равна температуре воспламенения (самовоспламенения) изоляционного материала;

k - число пожароопасных аномальных режимов работы, характерное для конкретного исполнения ПРА.

Для оценки пожарной опасности проводим испытание на десяти образцах ПРА. За температуру в наиболее нагретом месте принимаем среднее арифметическое значение температур в испытаниях

Дополнительно определяет среднее квадратическое отклонение

Вероятность (Q(T_i)) вычисляем по формуле (156) приложения 5

где _i - безразмерный параметр, значение которого выбирается по табличным данным, в зависимости от безразмерного параметра _i, в распределении Стьюдента.

Вычисляем (_i) по формуле

где T_к - критическая температура.

Значение (Т_к) применительно для ПРА вычисляем по формуле

где T_дj, T_вj - температура; j-го аппарата (в наиболее нагретом месте), соответственно, при появлении первого дыма и при "выходе" аппарата из строя (прекращении тока в цепи).

Значение Q(B) вычисляем по формуле (155) приложения 5 при п=10.

Значение критической температуры (Тк) составило 442,1 К, при этом из десяти испытуемых аппаратов у двух был зафиксирован выброс пламени (m=1 Q(B)=0,36).

Результаты расчета указаны в табл. 14.

Таблица 14

6.3. Заключение

Таким образом, расчетная вероятность возникновения пожара от ПРА равна

Qп = l (0,06 х 0+0,l х 0+0,006 х 0,00033) х 0,36=7,1 х 10(-7),

что меньше 1 х 10(-6), т. е. ПРА пожаробезопасен.

ПРИЛОЖЕНИЕ 7
Справочное