---

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.