Страница 2: НПБ 107-97. Определение категорий наружных установок по пожарной безопасности (55007)

m=W×F_и ×Т, (3.1.8)

где W - интенсивность испарения, кг×с^-1×м^-2; F_и - площадь испарения, м², определяемая в соответствии с п. 3.1.3 в зависимости от массы жидкости m_п , вышедшей в окружающее пространство; Т- продолжительность поступления паров легковоспламеняющихся и горючих жидкостей в окружающее пространство согласно п.3.1.3, с.

Величину m_пер определяют по формуле (при Т_а> Т_кип)

(3.1.9)

где m_п - масса вышедшей перегретой жидкости, кг; С_р -удельная теплоемкость жидкости при температуре перегрева жидкости Т_а , Дж×кг^-1× К^-1 ; Т_а - температура перегретой жидкости в соответствии с технологическим регламентом в технологическом аппарате или оборудовании, К; Т_кип - нормальная температура кипения жидкости, К; L_исп - удельная теплота испарения жидкости при температуре перегрева жидкости Т_а , Дж × кг^-1.

Если аварийная ситуация связана с возможным поступлением жидкости в распыленном состоянии, то она должна быть учтена в формуле (3.1.7) введением дополнительного слагаемого, учитывающего общую массу поступившей жидкости от распыляющих устройств, исходя из продолжительности их работы.

3.1.6. Масса m_п жидкости, кг, определяется в соответствии с п. 3.1.3.

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

, (3.1.10)

где М -молярная масса, г×моль^-1; Р_н- давление насыщенного пара при расчетной температуре жидкости, определяемое по справочным данным в соответствии с требованиями п. 1.3, кПа.

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

(3.1.11)

где М - молярная масса СУГ, кг × моль^-1; L_исп - мольная теплота испарения СУГ при начальной температуре СУГ Т_ж, Дж×моль^-1; Т_о - начальная температура материала, на поверхность которого разливается СУГ, К; Т_ж - начальная температура СУГ, К; l_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; С_тв - теплоемкость материала, на поверхность которого разливается СУГ, Дж×кг^-1×К^-1; р_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; v_в- кинематическая вязкость воздуха, м²×с^-1; l_в - коэффициент теплопроводности воздуха, Вт×м^-1×К^-1.

Формула (3.1.11) 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 (3.1.9).

Расчет горизонтальных размеров зон, ограничивающих газо- и паровоздушные смеси с концентрацией горючего выше НКПР, при аварийном поступлении горючих газов и паров ненагретых легковоспламеняющихся жидкостей в открытое пространство

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

-для горючих газов (ГГ):

, (3.1.12)

- для паров ненагретых легковоспламеняющихся жидкостей (ЛВЖ):

, 3.1.13)

,

где m_г - масса поступивших в открытое пространство ГГ при аварийной ситуации, кг; р_r - 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; р_н - плотность паров ЛВЖ при расчетной температуре и атмосферном давлении, кг×м^-3; Р_н - давление насыщенных паров ЛВЖ при расчетной температуре, кПа; К - коэффициент, принимаемый равным К=Т/3600 для ЛВЖ; Т- продолжительность поступления паров ЛВЖ в открытое пространство, с; С_нкпр - нижний концентрационный предел распространения пламени ГГ или паров ЛВЖ, % (об.); M - молярная масса, кг×кмоль^-1; V₀ - мольный объем, равный 22,413 м³×кмоль^-1; t_р - расчетная температура, ⁰С. 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_р по каким-либо причинам определить не удается, допускается принимать ее равной 61 ⁰С.

3.1.10. 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.

Расчет избыточного давления и импульса волны давления при сгорании смесей горючих газов и паров с воздухом в открытом пространстве

3.1.11. Исходя из рассматриваемого сценария аварии, определяется масса m, кг, горючих газов и (или) паров, вышедших в атмосферу из технологического аппарата в соответствии с пп. 3.1.3-3.1.8.

3.1.12. Величину избыточного давления DР, кПа, развиваемого при сгорании газопаровоздушных смесей, определяют по формуле

DР=Р₀×(0,8m_пр^0,33/r+3m_пр^0,66/r ²+5m_пр/r ³), (3.1.14)

где Р₀ - 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_сг/Q₀)×m×Z, (3.1.15)

где Q_сг - 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; m - масса горючих газов и (или) паров, поступивших в результате аварии в окружающее пространство, кг.

3.1.13. Величину импульса волны давления i, Па × с, вычисляют по формуле

i =123×m_пр^0,66/r (3.1.16)

3.2. МЕТОД РАСЧЕТА ЗНАЧЕНИЙ КРИТЕРИЙ ПОЖАРНОЙ ОПАСНОСТИ ДЛЯ ГОРЮЧИХ ПЫЛЕЙ

3.2.1. 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.

3.2.2. 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.

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

М=М_вз +М_ав, (3.2.1)

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

3.2.4. Величина М_вз определяется по формуле

М_вз=К_г ×К_вз×М_п, (3.2.2)

где К_г - 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.

3.2.5. Величина М_ав определяется по формуле

М_ав=(М_ап +q×Т)×К_п, (3.2.3)

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; Т -расчетное время отключения, с, определяемое в каждом конкретном случаен, 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 помещение. 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.

3.2.6. Избыточное давление DР для горючих пылей рассчитывается следующим образом:

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

m_пр=M×Z×H_т/H_то, (3.2.4)

где M - 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; H_т - теплота сгорания пыли, Дж×кг^-1; H_то - константа, принимаемая равной 4,6 × 10⁶Дж×кг^-1;

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

DР=Р₀×(0,8m_пр^0,33/r+3m_пр^0,66/r²+5m_пр/r³), (3.2.5)

где r - расстояние от центра пылевоздушного облака, м. Допускается отсчитывать величину r от геометрического центра технологической установки; Р₀ - атмосферное давление, кПа.

3.2.7. Величину импульса волны давления i, Па×с, вычисляют по формуле

i=123m_пр^0,66/r. (3.2.6)

3.3. МЕТОД РАСЧЕТА ИНТЕНСИВНОСТИ ТЕПЛОВОГО ИЗЛУЧЕНИЯ

3.3.1. 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.

3.3.2. Интенсивность теплового излучения q, кВт×м^-2, для пожара пролива жидкости или при горении твердых материалов вычисляют по формуле

q=Е_fF_q×t, (3.3.1)

где Е_f - среднеповерхностная плотность теплового излучения пламени, кВт×м^-2; F_q- угловой коэффициент облученности; t - коэффициент пропускания атмосферы.

Значение Е_f принимается на основе имеющихся экспериментальных данных. Для некоторых жидких углеводородных топлив указанные данные приведены в табл. 2.

При отсутствии данных допускается применять величину Е_f равной: 100кВт×м^-2 для СУГ, 40 кВт×м^-2 для нефтепродуктов, 40 кВт×м^-2 для твердых материалов.

Таблица 2

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

Рассчитывают эффективный диаметр пролива d, м, по формуле

(3.3.2)

где F площадь пролива, м².