10.3. Пожароопасные характеристики огневых работ

Наиболее распространенными и пожароопасными видами огневых работ являются электрическая и газовая сварка (резка) металла корпуса технологического аппарата.

Мощность источника зажигания q_из при электросварочных работах можно рассчитать по характеристикам режима сварки

q_из ^эф = I_р U ζ ф, (10.23)

где I_р – сила тока; U – падение напряжения на дуге: ζ – коэффициент полезного действия, 0,5  0,85 (для ручной дуговой сварки); ф  коэффициент, учитывающий влияние, оказываемое несинусоидальностью кривых напряжения и тока на мощность дуги.  При сварке на постоянном токе ф = 1, на переменном токе ф = 0,7  0,95. Величина U принимается равной 20 – 36 В . Сила тока в зависимости от диаметра электрода и толщины свариваемого металла может колебаться в пределах 50 – 350 А. При резке сила тока увеличивается на 20 – 30 %.

Эффективная тепловая мощность пламени газовой горелки определяется по формуле:

q_из ^эф = 10³ζ K_пV_з ¹, (10.24)

где ζ – коэффициент полезного действия, ζ = 0,25 - 0,8; K_п – безразмерный коэффициент, K_п = 0,84; V_з – расход газа ( ацетилена), м³ /ч; .

Расход ацетилена V_з при толщине разогреваемого металла от 1 до 300 мм колеблется от 0,45 до 1,2 м³/ч.

Температура, до которой нагреваются отдельные точки околошовной зоны, изменяется от температуры плавления металла до температуры окружающей среды. Распределение тепловой нагрузки, формируемой при электрической сварке (резке) в зоне термического влияния радиусом 2,4 · 10^-2м характеризуется температурами на ее границе 200 – 300 °С, что близко к температурам самовоспламенения нефти. Удельный тепловой поток q_т убывает с удалением от центра пятна и может быть найден по формуле

q_т = q_2m exp(-kr²), (10.25)

где q_т – удельный тепловой поток в зоне теплового пятна радиусом r; q_2m – максимальный тепловой поток; k – коэффициент сосредоточенности теплового пятна.

Величину максимального теплового потока в центре пятна определяют по формуле

q_2m = q_из ^эф К/π. (10.26)

Подставив в (10.25) значение (10.26) и (10.24), получим, что удельный тепловой поток в зоне теплового пятна радиусом r :

q_т = (К/π) I_р U ζ ф exp(-kr²). (10.27)

Коэффициент K по данным для дуговой сварки составляет 1,1· 10⁴ м^-2, для газовой сварки (0,2 - 0,4) · 10⁴ м^-2.

10.4. Методика оценки пожарной безопасности

Фактическая толщина горючих остатков определяется весовым методом или с помощью специальных приборов толщиномеров.

Весовой метод предусматривает удаление с определенной площади поверхности (соскабливание, протирка) слоя углеводородных остатков с последующим их взвешиванием на весах. Очевидно, что горение может возникать в любой точке ведения огневых работ, поэтому необходимо регламентировать выбор мест отбора проб. Значение безопасной концентрации следует принимать, исходя из особенностей проведения работ. При работе в противогазе или снаружи технологического аппарата в качестве безопасного значения концентрации можно принять предельно допустимую взрывобезопасную концентрацию (ПДВК), исходя из условий (10.1). В случае отсутствия надежных средств защиты органов дыхания за безопасную концентрацию следует принимать предельно допустимую концентрацию (ПДК) в соответствии с санитарными нормами.

Методика оценки ПБ регламентных и ремонтных огневых работ включает аналитический расчет ПДПН, определение остаточной пожарной нагрузки (ОПН), контрольный анализ загазованности технологического аппарата, сравнение результатов определения ОПН с ПДПН и газового анализа с ПДВК.

Система обеспечения пожарной безопасности (СОПБ) работ на объектах НГК в соответствии с требованиями ГОСТ 12.1.004-91 должна состоять из следующих трех подсистем: предотвращения пожара (ССП), противопожарной защиты (СПЗ) и организационно-технических мероприятий (ОТМ).

Предотвратив образование горючей среды в газовом пространстве технологического оборудования и (или) источника зажигания, можно избежать пожара. Источниками зажигания при строительстве, эксплуатации, а также при ликвидации аварий и ремонте технологических объектов могут быть:

- искры удара при монтаже и работе вентиляционного оборудования;

- самовозгорание пирофорных соединений;

- разряды статического электричества при пропарке, мойке и других операциях;

- тепловое проявление электрической энергии при работе электронасосов, компрессоров, вентиляторов, используемых при очистке трубопроводов;

- искры, связанные с работой двигателей внутреннего сгорания;

- атмосферное электричество.

Для оценки уровня ПВБ необходимо знать значения вероятностей (надежности) предотвращения источника зажигания (Р_и.з) и невоспламенения горючей смеси (Р_г.с).

Вероятность существования (предотвращения) источника зажигания можно определить, исходя из значений нормативной вероятности предотвращения пожара Р_б и Р_г.с, по формуле:

. (10.28)

Вероятность предотвращения образования (невоспламенения) горючей смеси в период ликвидации аварий или предремонтной подготовки технологического аппарата определяется по формуле:

, (10.29)

где t₁ – продолжительность существования горючей смеси; t_об – общее время технологических операций по предремонтной подготовке; m – количество операций.

При проведении огневых работ вероятность источника зажигания допустимо принимать равной нулю.

Вероятность предотвращения пожара Р_п.п в данном случае можно определить по формуле:

, (10.30)

где n₀ – число рабочих, подвергшихся воздействию ОФП; Q_в^н – нормативная вероятность воздействия ОФП (в соответствии с требованиями ГОСТ 12.1.004-91 допустимо принимать равной 10^-6); N – число технического персонала в бригаде; К_р – количество обслуживаемых объектов в год одной бригадой.

Коэффициенты безопасности могут быть определены исходя из максимальных флуктуаций концентрации (снижение или увеличение концентраций в ходе проведения технологических операций), неравномерности распределения паров (газов) углеводородов (кислорода или флегматизатора) в газовом пространстве, погрешности газового анализа и точности определения показателя пожарной опасности.

Для определения коэффициентов безопасности необходимы экспериментальные исследования закономерностей распределения концентраций в газовом пространстве технологического аппарата при проведении операций по предремонтной подготовке технологического объекта. Погрешность определения показателя пожарной опасности может быть оценена в соответствии с ГОСТ 12.1.044-91. Погрешность газового анализа определяется из паспортных данных газоанализаторов и точности их градуировки.

Методика оценки уровня ПВБ включает в себя:

- расчет длительности взрывоопасного периода каждой стадии технологии ликвидации аварии или предремонтной подготовки;

- оценку суммарного времени технологии ликвидации аварии или предремонтной подготовки;

- определение вероятности предотвращения горючей среды и источника зажигания;

- оценку численности аварийной бригады и частоты проведения технологических операций;

- расчет вероятности предотвращения пожара.

Практическое использование указанной методики требует разработки комплексной системы ПТТ с учетом требований интенсификации производства и экологической безопасности и детального исследования пожаровзрывобезопасности основных технологических операций.