Нижний концентрационный предел воспламенения этилена () 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 отключения 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 в 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
*.
________________
* Вероятно ошибка оригинала. Следует читать
. - Примечание "КОДЕКС"
Оценим энергию искр, возникающих при разрушении деталей поршневой группы компрессора. Зная, что скорость движения этих деталей составляет · с, а их масса равна и более, найдем энергию соударения (), 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 (-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 - атмосферное давление, Па;
- рабочее давление в трубопроводах с этиленом, Па;
- критическое отношение.
То есть истечение происходит со звуковой скоростью , равной
.
Площадь щели при разгерметизации фланцевого соединения трубопровода диаметром и толщиной щели равна
.
Расход этилена - 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: = 0,94.
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 · год, поэтому = · год. 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 · год 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 2,7·10 в год, что соответствует одному взрыву в год в 3703704 аналогичных зданиях, а вероятность возникновения в нем или взрыва, или пожара равна 1,9·10 в год, т.е. один пожар или взрыв в год в 5263 аналогичных помещениях.
2. Рассчитать вероятность возникновения пожара в резервуаре РВС-20000 НПС "торголи"
2.1. Данные для расчета
В качестве пожароопасного объекта взят резервуар с нефтью объемом . Расчет ведется для нормальной эксплуатации технически исправного резервуара.
Средняя рабочая температура нефти = 311 К. Нижний и верхний температурные пределы воспламенения нефти равны: = 249 К, = 265 К. Количество оборотов резервуара в год = 24 год. Время существования горючей среды в резервуаре при откачке за один оборот резервуара = 10 ч (исключая длительный простой). Радиус резервуара РВС = 20000 = . Высота резервуара = . Число ударов молний = · год. На резервуаре имеется молниезащита типа Б, поэтому = 0,95.
Число искроопасных операций при ручном измерении уровня = 1100 год. Вероятность штиля (скорость ветра 1 м · с), (1) = 0,12. Число включений электрозадвижек = 40 год. Число искроопасных операций при проведении техобслуживания резервуара = 24 год. Нижний и верхний концентрационные пределы воспламенения нефтяных паров = 0,02% (по объему), = 0,1% (по объему). Производительность операции наполнения = ·с. Рабочая концентрация паров в резервуаре = 0,4% (по объему). Продолжительность выброса богатой смеси = 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 , поэтому при неподвижном уровне нефти вероятность образования горючей смеси внутри резервуара равна нулю = 0, а при откачке нефти равна
.
Таким образом, вероятность образования горючей среды внутри резервуара в течение года будет равна
.
Вычислим число попаданий молнии в резервуар по формуле (51) 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 = 0 и = 0.
Появление фрикционных искр в резервуаре возможно только при проведении искроопасных ручных операций при измерении уровня и отборе проб. Поэтому вероятность в соответствии с формулами (49) и (55) приложения 3 равна
.
В этой формуле - 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. = 1, из приложения 3 получим .
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·с) около резервуара образуется взрывоопасная зона, вероятность появления которой равна
Диаметр этой взрывоопасной зоны равен
Определим число ударов молнии во взрывоопасную зону
