12. МЕТОДЫ РАСЧЕТА ЗНАЧЕНИЙ КРИТЕРИЕВ ПОЖАРНОЙ ОПАСНОСТИ
НАРУЖНЫХ УСТАНОВОК
12.1. Методы расчета значений критериев пожарной опасности
для горючих газов и паров
Выбор и обоснование расчетного варианта
12.1.1. Выбор расчетного варианта следует осуществлять с учетом
вероятности реализации и последствий тех или иных аварийных
ситуаций. В качестве расчетного для вычисления критериев пожарной
опасности для ГГ и паров следует принимать вариант аварии, для
которого произведение вероятности реализации этого варианта Q и
w
расчетного избыточного давления ДР при сгорании газопаровоздушных
смесей в случае реализации указанного варианта максимально, т.е.
G = Q · ДP = max. (27)
w
--------------------------------
Д - большая греческая буква "дельта"
Расчет величины G производится следующим образом:
рассматриваются различные варианты аварии и определяются из
статистических данных или на основе ГОСТ 12.1.004 вероятности аварий
со сгоранием газопаровоздушных смесей Q для этих вариантов;
wi
для каждого из рассматриваемых вариантов определяются по
изложенной ниже методике значения расчетного избыточного давления
ДР ;
i
вычисляются величины G = Q · ДP для каждого из
i wi i
рассматриваемых вариантов аварии, среди которых выбирается вариант с
наибольшим значением G ;
i
в качестве расчетного для определения критериев пожарной
опасности принимается вариант, в котором величина G максимальна.
i
При этом количество ГГ и паров, вышедших в атмосферу,
рассчитывается исходя из рассматриваемого сценария аварии с учетом
пунктов 12.1.3 - 12.1.8.
12.1.2. 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 12.1.3 - 12.1.8.
12.1.3. Количество поступивших веществ, которые могут образовывать горючие газо- или паровоздушные смеси, определяется исходя из следующих предпосылок:
12.1.3.1. Происходит расчетная авария одного из аппаратов согласно пункту 12.1.1 или 12.1.2 (в зависимости от того, какой из подходов к определению расчетного варианта аварии принят за основу).
12.1.3.2. Все содержимое аппарата поступает в окружающее пространство.
12.1.3.3. 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 в соответствии с пунктом 4.2.3.
12.1.3.4. 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 кв.м, а остальных жидкостей - на 0,15 кв.м.
12.1.3.5. Происходит также испарение жидкостей из емкостей, эксплуатируемых с открытым зеркалом жидкости, и со свежеокрашенных поверхностей.
12.1.3.6. Длительность испарения жидкости принимается равной времени ее полного испарения, но не более 3600 с.
12.1.4. Масса газа m, кг, поступившего в окружающее пространство при расчетной аварии, определяется по формуле
m = (V + V ) · р , (28)
a т г
--------------------------------
р - греческая буква "ро"
где V - объем газа, вышедшего из аппарата, куб.м;
a
V - объем газа, вышедшего из трубопровода, куб.м;
т
-3
р - плотность газа, кг·м .
г
При этом
V = 0,01 · P · V, (29)
a 1
где P - давление в аппарате, кПа;
1
V - объем аппарата, куб.м.
V = V + V , (30)
т 1т 2т
где V - объем газа, вышедшего из трубопровода до его отключения,
1т
куб.м;
V - объем газа, вышедшего из трубопровода после его
2т
отключения, куб.м.
V = q · T, (31)
1т
где q - расход газа, определяемый в соответствии с технологическим
регламентом в зависимости от давления в трубопроводе, его диаметра,
-1
температуры газовой среды и других параметров, куб.м·с ;
Т - время, определяемое по пункту 12.1.3, с.
2 2 2
V = 0,01 · п · P · (r · L + r · L + ... + r · L ), (32)
2т 2 1 1 2 2 n n
-------------------------------
п - греческая буква "пи"
где Р - максимальное давление в трубопроводе по технологическому
2
регламенту, кПа;
r - внутренний радиус трубопроводов, м;
L - длина трубопроводов от аварийного аппарата до задвижек, м.
12.1.5. Массу паров жидкости m, поступивших в окружающее
пространство, определяют из выражения
m = W · F · T, (33)
и
-1 -2
где W - интенсивность испарения, кг·с ·м ;
F - площадь испарения, определяемая в соответствии с пунктом
и
12.1.3 в зависимости от массы жидкости m , вышедшей в
n
окружающее пространство, кв.м;
T - продолжительность поступления паров ЛВЖ и ГЖ в окружающее
пространство согласно пункту 12.1.3, с.
При необходимости учета массы паров перегретой жидкости ее
величину m определяют по формуле (при T > T )
пер а кип
2C · (T - T )
р а кип
m = min {0,8m · ----------------- · m }, (34)
пер п L п
исп
где m - масса вышедшей перегретой жидкости, кг;
п
C - удельная теплоемкость жидкости при температуре перегрева
р
-1 -1
жидкости T , Дж·кг ·К ;
а
T - температура перегретой жидкости в соответствии с
а
технологическим регламентом в технологическом аппарате или
оборудовании, К;
T - нормальная температура кипения жидкости, К;
кип
L - удельная теплота испарения жидкости при температуре
исп
-1
перегрева жидкости T , Дж·кг .
а
Если аварийная ситуация связана с возможным поступлением
жидкости в распыленном состоянии, то она должна быть учтена
введением дополнительного показателя, учитывающего общую массу
поступившей жидкости от распыляющих устройств, исходя из
продолжительности их работы.
12.1.6. Интенсивность испарения W определяется по справочным и
экспериментальным данным. Для ненагретых ЛВЖ при отсутствии данных
допускается рассчитывать W по формуле
-6 __
W = 10 · / M · Р , (35)
н
-1
где М - молярная масса, г·моль ;
Р - давление насыщенного пара при расчетной температуре
н
жидкости, определяемое по справочным данным в соответствии с пунктом
2.3, кПа.
12.1.7. Для сжиженных углеводородных газов (СУГ) при отсутствии
данных допускается рассчитывать удельную массу испарившегося СУГ
-2
m из пролива, кг·м , по формуле
суг
____
M / t
m = ---- · (T - T ) · (2 · л · /----- +
суг L 0 ж тв п · а
исп
___
5,1 · / Rе · л · t
В
+ --------------------), (36)
d
-------------------------------
л - греческая буква "ламбда"
п - греческая буква "пи"
а - греческая буква "альфа"
-1
где M - молярная масса СУГ, кг·кмоль ;
L - мольная теплота испарения СУГ при начальной температуре
исп
-1
СУГ Т , Дж·моль ;
ж
T - начальная температура материала, на поверхность которого
0
разливается СУГ, К;
T - начальная температура СУГ, К;
ж
л - коэффициент теплопроводности материала, на поверхность
тв
-1 -1
которого разливается СУГ, Вт·м ·К ;
t - текущее время, с, принимаемое равным времени полного
испарения СУГ, но не более 3600 с;
л
тв
а = --------- - коэффициент температуропроводности материала,
C · р
тв тв
-1
на поверхность которого разливается СУГ, кв.м·с ;
C - теплоемкость материала, на поверхность которого
тв
-1 -1
разливается СУГ, Дж·кг ·К ;
р - плотность материала, на поверхность которого разливается
тв
-3
СУГ, кг·м ;
U · d
Re = ----- - число Рейнольдса;
V
в
-1
U - скорость воздушного потока, м·с ;
____
/4F
/ н
d = / --- - характерный размер пролива СУГ, м;
п
-------------------------------
п - греческая буква "пи"
-1
V - кинематическая вязкость воздуха, кв.м·с ;
в
-1 -1
л - коэффициент теплопроводности воздуха, Вт·м ·К .
в
Формула (36) справедлива для СУГ с температурой T <= T . При
ж кип
температуре СУГ T > T дополнительно рассчитывается масса
ж кип
перегретых СУГ m по формуле (34).
пер
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
12.1.8. Горизонтальные размеры зоны, м, ограничивающие область
концентраций, превышающих нижний концентрационный предел
распространения пламени (С ), вычисляют по следующим формулам:
НКПР
для ГГ:
m
г 0,333
R = 14,5632 · (-----------) ; (37)
НКПР р · C
г НКПР
для паров ненагретых ЛВЖ:
P m
__ н 0,813 п 0,333
R = 3,1501 · / K · (-----) · ( -------) , (38)
НКПР С р · р
НКПР п н
M
р = -----------------------, (39)
п V · (1 + 0,00367 · t )
0 р
--------------------------------
Р - греческая буква "ро"
где m - масса поступивших в открытое пространство ГГ при аварийной
г
ситуации, кг;
р - плотность ГГ при расчетной температуре и атмосферном
г
-3
давлении, кг·м ;
m - масса паров ЛВЖ, поступивших в открытое пространство за
п
время полного испарения, но не более 3600 с, кг;
р - плотность паров ЛВЖ при расчетной температуре и
п
-3
атмосферном давлении, кг·м ;
P - давление насыщенных паров ЛВЖ при расчетной температуре,
н
кПа;
K - коэффициент, принимаемый равным К = T / 3600 для ЛВЖ;
T - продолжительность поступления паров ЛВЖ в открытое
пространство, с;
C - нижний концентрационный предел распространения пламени
НКПР
ГГ или паров ЛВЖ, % (об.);
-1
M - молярная масса, кг·кмоль ;
-1
V - мольный объем, равный 22,413 куб.м·кмоль ;
0
t - расчетная температура, град. C.
p
В качестве расчетной температуры следует принимать максимально
возможную температуру воздуха в соответствующей климатической зоне
или максимально возможную температуру воздуха по технологическому
регламенту с учетом возможного изменения температуры в аварийной
ситуации. Если такого значения расчетной температуры t по
р
каким-либо причинам определить не удается, допускается принимать ее
равной 61 град. C.
12.1.9. За начало отсчета горизонтального размера зоны
принимают внешние габаритные размеры аппаратов, установок,
трубопроводов и т.п. Во всех случаях значение R должно быть не
НКПР
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
12.1.10. Исходя из рассматриваемого сценария аварии определяется масса m, кг, ГГ и / или паров, вышедших в атмосферу из технологического аппарата в соответствии с пунктами 12.1.3 - 12.1.7.
12.1.11. Величину избыточного давления ДР, кПа, развиваемого при сгорании газопаровоздушных смесей, допускается определять по формуле
0,33 0,66 2 3
ДР = P · (0,8 · m / r + 3 · m / r + 5 · m / r ), (40)
0 пр пр пр
--------------------------------
Д - большая греческая буква "дельта"
где P - атмосферное давление, кПа (допускается принимать равным
0
101 кПа);
r - расстояние от геометрического центра газопаровоздушного
облака, м;
m - приведенная масса газа или пара, кг, вычисляется по
пр
формуле
m = (Q / Q ) · m · Z, (41)
пр сг o
-1
где Q - удельная теплота сгорания газа или пара, Дж·кг ;
сг
6 -1
Q - константа, равная 4,52 · 10 Дж·кг ;
o
m - масса ГГ и / или паров, поступивших в результате аварии в
окружающее пространство, кг;
Z - коэффициент участия ГГ и паров в горении, который
допускается принимать равным 0,1.
12.1.12. Величину импульса волны давления i, Па·с, вычисляют по
формуле
0,66
i = 123 · m / r. (42)
пр
12.2. Метод расчета значений критериев пожарной опасности
для горючих пылей
12.2.1. 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.
12.2.2. Количество поступивших веществ, которые могут образовать 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.