1. МЕТОДЫ РАСЧЕТА ЗНАЧЕНИЙ КРИТЕРИЕВ ВЗРЫВОПОЖАРНОЙ И ПОЖАРНОЙ ОПАСНОСТИ НАРУЖНЫХ УСТАНОВОК
    1. Методы расчета значений критериев взрывопожарной и пожарной опасности для горючих газов и паров
      1. Выбор и обоснование расчетного варианта
        1. Как расчетный вариант следует выбирать наиболее неблагоприятный вариант аварии или период нормальной работы аппаратов, при котором во взрыве участвует наибольшее количество наиболее опасных веществ или материалов.
        2. Количество веществ, которые поступили, и которые могут образовать горючие газовоздушные или паровоздушные смеси, определяется исходя из следующих предпосылок:

а) происходит расчетная авария одного из аппаратов в соответствии с п. 10.1.1.1 (в зависимости от того, какой из подходов к определению расчетного варианта аварии принят за основу);

б) все содержимое аппарата поступает во внешнюю среду;

в) происходит одновременно утечка веществ из трубопроводов, которые питают аппарат по прямому и обратному потокам на протяжении времени, которое необходимо для перекрывания трубопроводов.

Расчетное время перекрывания 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 перекрытия трубопроводов следует принимать равным:

  • времени срабатывания (привидения в действие) системы автоматики отключения (перекрывания) трубопроводов - в соответствии с паспортными данными установки, если вероятность отказа системы автоматики не превышает 10-6 в год или обеспечено резервирование ее элементов;
  • 120 с, если вероятность отказа системы автоматики превышает 10-6 на год и не обеспечено резервирование ее элементов;
  • 300 с, в случае ручного перекрывания.

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

Быстродействующие клапаны-отсекатели должны автоматически перекрывать подачу газа (жидкости) в случае нарушения электроснабжения или срабатывания автоматической пожарной сигнализации;

г) происходит испарение с поверхности жидкости, что разлилась; площадь испарения при разливе на горизонтальную поверхность определяется (в случае отсутствия информационных или экспериментальных данных), исходя из расчета, что 1 л смесей и растворов, которые содержат 70% и меньше (по массе) растворителей, проливается на площадь 0,1 м2, а других жидкостей - на 0,15 м ;

д) происходит также испарение жидкостей с открытой поверхности емкостей технологического оборудования и с поверхностей, на которые по технологическому процессу нанесена горючая жидкость, которая на момент аварии находится в стадии высыхания;

е) длительность испарения жидкости принимается равной времени её полного испарения, но не больше 3600 с.

  1. Масса газа т, кг, которая поступила во внешнюю среду во время расчетной аварии, определяется по формуле:

m=(Va + Vt) • Рг(27)

где Va - объем газа, который вышел из аппарата, м ;

Vt - объем газа, что вышел из трубопровода, м3;

-3

рг - плотность газа, кг»м .

При этом

P

Va = P • V = 0,01 P • V(28)

Р0

где Р- давление в аппарате, кПа;

V- объем аппарата, м3;

Ро - атмосферное давление, которое равняется 101,3 кПа.

Vt = Vt + V2T(29)

где V1T - объем газа, вышедшего из трубопровода доперекрытия, м3;

V2T - объем газа, вышедшего из трубопроводапослеего перекрытия,м3;

Vit = q • т,(30)

где q - расход газа, определяемый в соответствии с технологическим регламентом в зависимости от давления в трубопроводе, его диаметра, температуры газовой среды и т.п., м3»с-1;

т - время, которое определяется по п. 10.1.1.2, с.

P

V2T = P • Pl-(^L + Г22.L2 +... + r„2.Ln) = 0,01p .P2•(rj2 • Lj+^L2 +... + r„2.L)(31)

P0

где Р2 - максимальное давление в трубопроводе по технологическому регламенту, кПа; г- внутренний радиус трубопроводов, м;

L - длина трубопроводов от аварийного аппарата до задвижек, м;

Р0 - атмосферное давление, которое равняется 101,3 кПа.

  1. Масса паров жидкости т, кг, поступивших во внешнюю среду при наличии нескольких источников испарения (поверхность разлитой жидкости, поверхность со свеженане- сенным составом, открытые емкости и т.п.), определяется из выражения:

т тр + темк + тсв.окр + тпер г(32)

где тр - масса жидкости, испарившейся с поверхности разлива, кг;

темк - масса жидкости, испарившейся с поверхностей открытых емкостей, кг; тсв,окр - масса жидкости, испарившейся со свежеокрашенных поверхностей, кг; тпер - масса жидкости, испарившейся во внешнюю среду в случае перегрева, кг.

При этом каждое из слагаемых (тр, темк, тсвокр) в формуле (32) определяется по формуле:

m = W • Fu • т,(33)

-1 -2

где W- интенсивность испарения, кг.с м ;

Fu - площадь испарения, м2, определяемая в соответствии с п. 10.1.1.2 в зависимости от массы жидкости тп, вышедшей во внешнюю среду;

т - длительность поступления паров легковоспламеняющихся и горючих веществ во внешнюю среду в соответствии с п. 10.1.1.2, с.

Масса тпер определяют при Та > Ткип по формуле:

2СЯ • (Та - Т )

тпер = mm

(34)

0,8тп;кип- • тп

L

исп

где тп - масса перегретой жидкости, которая вышла наружу, кг;

СП - удельная теплоемкость жидкости при температуре перегретой жидкости Та, Дж.кг-1.К-1;

Та - температура перегретой жидкости в соответствии с технологическим регламентом в

технологическом аппарате и установках, К;

Ткип - нормальная температура кипения жидкости, К;

Lucn - удельная теплота испарения жидкости при температуре перегрева жидкости Та,

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.

  1. Масса тп жидкости, которая вышла в окружающую среду, кг, определяется в соответствии с п. 10.1.1.2.
    1. Интенсивность испарения W определяют по справочным и экспериментальным данным. Для ненагретых ЛВЖ, в случае отсутствия данных, допускается рассчитывать W по формуле:

W = 10_6 • л[ы • P ,(35)

н

где М- молярная масса, г.моль-1;

Рн - давление насыщенного пара при расчетной температуре жидкости, определяемое по

справочным данным в соответствии с требованиями п. 5.4, кПа, или по формуле (14).

  1. Для сжиженных углеводородных газов (СУГ), в случае отсутствия данных, допускается производить расчет удельной массы испарившегося СУГ тсуг из пролива, кг-м"2, по

формуле:

М

т =•(T - T ) • (2 • 1

суг lогтм

исп

  1. ^ VRe • 1 • t

tп ч

+п—),(36)

p • ad

где М - молярная масса СУГ, кг-моль"1;

Ьисп - мольная теплота испарения СУГ при начальной температуре СУГ Тг, Дж-моль"1;

То - начальная температура материла, на поверхность которого пролился СУГ, К;

ТГ - начальная температура СУГ, К;

ХТМ - коэффициент теплопроводности материала, на поверхность которого проливается СУГ, Вт-м"1* К"1;

1

a =тмкоэффициент температуропроводности материала, на поверхность которо"

C • р тмтм

го проливается СУГ, м^с"1;

СТМ - теплоемкость материала, на поверхность которого проливается СУГ, Дж • кг"1 • К"1; рТМ " плотность материала, на поверхность которого проливается СУГ, кг • м"3; т " текущее время, которое принимается равным времени полного испарения СУГ, но не больше 3600 с;

U • d

Re =" число Рейнольдса;

V

п

U " скорость воздушного потока, м-с"1;

4 • F

d =

в

" характерный размер пролива СУГ, м;

p

vn " кинематическая вязкость воздуха, м2 • с"1;

Хп " коэффициент теплопроводности воздуха, Вт • м"1 • К"1.

Формула 36 справедлива для СУГ с температурой Т < Ткип. При температуре СУГ ТГ > Ткип дополнительно рассчитывается масса перегретых СУГ тпер по формуле 34.

  1. Определение горизонтальных размеров зон, которые ограничивают газо- и паровоздушные смеси с концентрацией горючего вещества выше нижнего концентрационного предела распространения пламени, в случае аварийного выхода горючих газов и паров ненагретых легковоспламеняющихся веществ во внешнюю среду
    1. Горизонтальные размеры зоны, м, которые ограничивают область концентраций, превышающих нижний концентрационный предел распространения пламени (далее - Снкпр), определяют по формуле:

для горючих газов (ГГ):

тг0 333

(37)

R = 14,5632 • ( г )°’

нкпрр •C

^Рг ^нкпр

для паров ненагретых легковоспламеняющихся жидкостей (ЛВЖ):

R= 3,1501-4к •( Рн )0,813*( тп )0,333( )

нкпрсР•Р(38)

^нкпр^п1 н

М

Рг п = (39)

Vo -(1 + 0,00367* tp)v 2

где тГ " масса ГГ, поступившая во внешнюю среду во время аварийной ситуации, кг;

рг " плотность ГГ при расчетной температуре и атмосферном давлении, кг • м"3;

тП - масса паров ЛВЖ, поступивших во внешнюю среду за время полного испарения, но

не больше 3600 с, кг;

рп " плотность паров ЛВЖ при расчетной температуре и атмосферном давлении, кг • м"3;

Рн" давление насыщенных паров ЛВЖ при расчетной температуре, кПа;

К- коэффициент, принимаемый равным К=т/3600 для ЛВЖ; т " продолжительность поступления паров ЛВЖ во внешнюю среду, с;

Снкпр " нижний концентрационный предел распространения пламени ГГ или паров ЛВЖ,

% (об.);

М " молярная масса, кг • кмоль"1;

Vo- мольный объем, равный 22,413 м3 • кмоль"1; tp - расчетная температура, °С.

Как расчетную температуру следует принимать максимально возможную температуру воздуха в соответствующей климатической зоне или максимально возможную температуру воздуха по технологическому регламенту с учетом возможного повышения температуры в случае аварийной ситуации. Если данного значения расчетной температуры tp, по каким"ТО причинам определить не удается, допускается принимать равной 61°С.

10.1.2.2. За начало отсчета горизонтального размера зоны принимают наружные габарит" ные размеры аппаратов, установок, трубопроводов и т.п. Во всех случаях значение Rmпр должно быть не меньше 0,3 м для ГГ и ЛВЖ.

  1. Расчет избыточного давления при сгорании смесей горючих газов и паров с воздухом в открытом пространстве
    1. Исходя из рассмотренного варианта аварии, определяется масса т, кг, горючих газов и/или паров, вышедших в атмосферу из технологического аппарата в соответствии с пунктами 10.1.1.3 " 10.1.1.7.
      1. Величина избыточного давления АР, кПа, которая развивается в случае сгорания газопаровоздушных смесей, определяется по формуле:

АР=Р0 ■(0,8тпр°’33/г+3тпр°’66/г 2+5тпр/г 3),(40)

где Р0 " атмосферное давление, кПа (допускается принимать 101,3 кПа);

г- расстояние от геометрического центра газопаровоздушного облака, м; тпр " приведенная масса газа или пара, кг, рассчитывается по формуле:

тпр = ^аг^о) • т • Z,(41)

где QC!, " удельная теплота сгорания газа или пара, Дж • кг"1;

Z " коэффициент участия горючих газов и паров в горении, который допускается принимать равным 0,1;

Q0 " константа, равная 4,52*106 Дж • кг"1;

т " масса горючих газов и/или паров, поступивших в момент аварии во внешнюю среду, кг.

  1. Метод расчета значений критериев пожарной опасности для горючей пыли
    1. В качестве расчетного варианта аварии для определения критериев пожарной опасности горючей пыли следует выбирать наиболее неблагоприятный вариант аварии или период нормальной работы аппаратов, при котором в горении пылевоздушной смеси берет участие наибольшее количество веществ или материалов самых опасных в смысле последствий такого горения.
      1. Количество поступивших веществ, которые могут образовывать горючие пылевоздушные смеси, определяется, исходя из того, 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.
      2. Расчетная масса пыли, вышедшая во внешнюю среду в случае расчетной аварии, определяются по формуле:

тр = твз + тав,(42)

где т - расчетная масса горючей пыли, вышедшей во внешнюю среду, кг; твз - расчетная масса пыли, которая перешла в состояние аэрозоля, кг; тав - расчетная масса пыли, вышедшая в результате аварийной ситуации, кг.

  1. Величина твз определяется по формуле:

твз = Кг • Квп • тп,(43)

где Кг - доля горючей пыли в общей массе отложений пыли;

Квп - доля отложившейся вблизи аппарата пыли, способной перейти во взвешенное состояние в результате аварийной ситуации. В случае отсутствия экспериментальных данных о величине Квп допускается принимать Квп = 0,9; тп - масса пыли, отложившейся вблизи аппарата к моменту аварии, кг.

  1. Величина тав определяется по формуле:

тав=(тап + q • т) • Кп,(44)

где тап - масса горючей пыли, которая попадает во внешнюю среду в случае разгерметизации технологического аппарата, кг, в случае отсутствия инженерных устройств, ограничивающих выброс пыли, следует считать, что в момент расчетной аварии происходит аварийный выброс во внешнюю среду всей пыли, которая размещена в аппарате;

q - расход, с которым продолжается выброс пылеобразных веществ в аварийный аппарат по трубопроводам до момента их перекрытия, кг • с-1;

т - расчетное время перекрывания, с, определяемое в каждом конкретном случае, исходя из реальной обстановки, следует принимать равным времени срабатывания системы автоматики, если вероятность отказа не превышает 10"6 в год или обеспечено резервирование элементов (но не больше 120 с); 120 с, в случае, если вероятность отказа системы автоматики превышает 10"6 в год и не обеспечено резервирование элементов; 300 с в случае руч - ного перекрывания;