Пожарная тактика / Terebnyev - Protivipozharnaya zashchita i tusheniye. Kniga 2 2006

Глава II. Требования норм к предотвращению пожаров и противопожарной защите

для паров ненагретых легковоспламеняющихся жидкостей (ЛВЖ):

(2.38)

где mг – масса поступивших в открытое пространство ГГ при аварийной ситуации, кг; ρг – плотность ГГ при расчетной температуре и атмосферном давлении, кг·м-3 ; mп – масса паров ЛВЖ, поступивших в открытое пространство за время полного испарения, но не более 3600 с, кг; ρп – плотность паров ЛВЖ при расчетной температуре и атмосферном давлении, кг·м-3; Рн – 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; Снкпр – 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; tр – расчетная температура, оС. 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 tр по каким-либо причинам определить не удается, допускается принимать ее равной 61 оС.

За начало отсчета горизонтального размера зоны принимают внешние габаритные размеры аппаратов, установок, трубопроводов и т. п. Во всех случаях значение Rнкпр 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

Исходя из рассматриваемого сценария аварии, определяется масса m, кг, горючих газов и (или) паров, вышедших в атмосферу из технологического аппарата.

Величину избыточного давления ∆Р, кПа, развиваемого при сгорании газопаровоздушных смесей, определяют по формуле

где Р0 – атмосферное давление, кПа (допускается принимать равным 101 кПа); r – расстояние от геометрического центра газопаровоздушного облака, м; mпр – приведенная масса газа или пара, кг, вычисляется по формуле:

161

Противопожарная защита и тушение пожаров. Промышленные здания и сооружения

где Qсг – 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.

Величину импульса волны давления i, Па·с, вычисляют по формуле

Метод расчета значений критериев пожарной опасности для горючих пылей

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.

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.

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

где М – расчетная масса поступившей в окружающее пространство горючей пыли, кг, Мвз – расчетная масса взвихрившейся пыли, кг; Мав – расчетная масса пыли, поступившей в результате аварийной ситуации, кг.

Величина Мвз определяется по формуле

где Кг – доля горючей пыли в общей массе отложений пыли; Квз – доля отложенной вблизи аппарата пыли, способной перейти во взвешенное состояние в результате аварийной ситуации. В отсутствие экспериментальных данных о величине Квз допускается принимать Квз = 0,9; Мп – масса отложившейся вблизи аппарата пыли к моменту аварии, кг.

162

Глава II. Требования норм к предотвращению пожаров и противопожарной защите

где Мап – 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 случае, 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; Кп – коэффициент пыления, представляющий отношение массы взвешенной в воздухе пыли ко всей массе пыли, поступившей из аппарата. В отсутствие экспериментальных данных о величине Кп допускается принимать: 0,5

– для пылей с дисперсностью не менее 350 мкм; 1,0 – для пылей с дисперсностью менее 350 мкм.

Избыточное давление ∆Р для горючих пылей рассчитывается следующим образом:

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

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; Hт – теплота сгорания пыли, Дж· кг-1; Hто – константа, принимаемая равной 4,6× 106 Дж·кг-1;

б) вычисляют расчетное избыточное давление ∆Р, кПа, по формуле

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

Величину импульса волны давления i, Па·с, вычисляют по формуле

163

Противопожарная защита и тушение пожаров. Промышленные здания и сооружения

Метод расчета интенсивности теплового излучения

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.

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

где Еf – среднеповерхностная плотность теплового излучения пламени, кВт· м-2; Fq – угловой коэффициент облученности; τ – коэффициент пропускания атмосферы.

Значение Еf принимается на основе имеющихся экспериментальных данных. Для некоторых жидких углеводородных топлив указанные данные приведены в табл. 2.24.

При отсутствии данных допускается принимать величину Еf равной: 100кВт·м-2 для СУГ, 40 кВт·м-2 для нефтепродуктов, 40 кВт·м-2 для твердых материалов.

Таблица 2.24

Среднеповерхностная плотность теплового излучения пламени в зависимости от диаметра очага и удельная массовая скорость выгорания

для некоторых жидких углеводородных топлив

Примечание. Для диаметров очагов менее 10 м или более 50 м следует принимать величину Еf такой же, как и для очагов диаметром 10 м и 50 м соответственно

164

Глава II. Требования норм к предотвращению пожаров и противопожарной защите

Рассчитывают эффективный диаметр пролива d, м, по формуле

(2.49)

где F – площадь пролива, м2.

Вычисляют высоту пламени Н, м, по формуле

(2.50)

где М – удельная массовая скорость выгорания топлива, кг·м-2·с-1; ρв – плотность окружающего воздуха, кг·м-3; g = 9,81 м·с-2 – ускорение свободного падения.

Определяют угловой коэффициент облученности Fq по формулам:

(2.51)

где Fv, Fн – факторы облученности для вертикальной и горизонтальной площадок соответственно, определяемые с помощью выражений:

где r – расстояние от геометрического центра пролива до облучаемого объекта, м. Определяют коэффициент пропускания атмосферы по формуле

58. Интенсивность теплового излучения q, кВт·м-2, для “огненного шара” вычисляют по формуле (2.48).

Величину Еf определяют на основе имеющихся экспериментальных данных. Допускается принимать Еf равным 450 кВт·м-2.

165

Противопожарная защита и тушение пожаров. Промышленные здания и сооружения

Значение Fq вычисляют по формуле

(2.59)

где Н – высота центра “огненного шара”, м; Ds – эффективный диаметр “огненного шара”, м; r – расстояние от облучаемого объекта до точки на поверхности земли непосредственно под центром “огненного шара”, м.

Эффективный диаметр “огненного шара” Ds определяют по формуле

где m – масса горючего вещества, кг.

Величину Н определяют в ходе специальных исследований. Допускается принимать величину Н равной Ds/2.

Время существования “огненного шара” ts , с, определяют по формуле

Коэффициент пропускания атмосферы t рассчитывают по формуле

(2.62)

МЕТОД ОЦЕНКИ ИНДИВИДУАЛЬНОГО РИСКА

Настоящий метод применим для расчета величины индивидуального риска (далее по тексту – риска) на наружных установках при возникновении таких поражающих факторов, как избыточное давление, развиваемое при сгорании газо-, пароили пылевоздушных смесей, и тепловое излучение при сгорании веществ и материалов.

Величину индивидуального риска RB при сгорании газо-, пароили пылевоздушных смесей рассчитывают по формуле

(2.63)

где QBi – годовая частота возникновения i-й аварии с горением газо-, пароили пылевоздушной смеси на рассматриваемой наружной установке, 1/год; QBПi – условная вероятность поражения человека, находящегося на заданном расстоянии от наружной установки, избыточным давлением при реализации указанной аварии i-го типа; п – количество типов рассматриваемых аварий.

166

Глава II. Требования норм к предотвращению пожаров и противопожарной защите

Значения QBi определяют из статистических данных или на основе методик, изложенных в нормативных документах, утвержденных в установленном порядке. В формуле (2.63) допускается учитывать только одну наиболее неблагоприятную аварию, величина QB для которой принимается равной годовой частоте возникновения пожара с горением газо-, пароили пылевоздушных смесей на наружной установке по нормативным документам, утвержденным в установленном порядке, а значение QBП вычислять, исходя из массы горючих веществ, вышедших в атмосферу.

Величину индивидуального риска Rп при возможном сгорании веществ и материалов, указанных в табл.2.24 для категории Вн, рассчитывают по формуле

(2.64)

где Qfi – годовая частота возникновения пожара на рассматриваемой наружной установке в случае аварии i-го типа, 1/год; QfПi – условная вероятность поражения человека, находящегося на заданном расстоянии от наружной установки, тепловым излучением при реализации аварии i-го типа; n- количество типов рассматриваемых аварий.

Значение Qfi определяют из статистических данных или на основе методик, изложенных в нормативных документах, утвержденных в установленном порядке.

В формуле (2.64) допускается учитывать только одну наиболее неблагоприятную аварию, величина Qf для которой принимается равной годовой частоте возникновения пожара на наружной установке по нормативным документам, утвержденным в установленном порядке, а значение QfП вычислять, исходя из массы горючих веществ, вышедших в атмосферу.

Условную вероятность Qfпi поражения человека избыточным давлением при сгорании газо-, пароили пылевоздушных смесей на расстоянии r от эпицентра определяют следующим образом:

·вычисляют избыточное давление ∆Р и импульс i по методам, описанным в разделе (методы расчета значений критериев пожарной опасности для горючих газов и паров или метод расчета значений критериев пожарной опасности для горючих пылей);

·исходя из значений ∆Р и i, вычисляют величину “пробит”-функции Рr по формуле

где ∆Р – избыточное давление, Па; i – импульс волны давления, Па·с;

167

Противопожарная защита и тушение пожаров. Промышленные здания и сооружения

С помощью табл. 2.25 определяют условную вероятность поражения человека. Например, при значении Рr = 2,95 значение Qвп=2 %=0,02, а при Рr=8,09 значение Qвп=99,9 %=0,999.

Условную вероятность поражения человека тепловым излучением QfПi определяют следующим образом:

а) рассчитывают величину Рr по формуле

где t – эффективное время экспозиции, с; q – интенсивность теплового излучения, кВт·м-2, определяемая в соответствии с методом расчета интенсивности теплового излучения.

Величину t находят:

1) для пожаров проливов ЛВЖ, ГЖ и твердых материалов

где t0 – характерное время обнаружения пожара, с, (допускается принимать t=5 с); х – расстояние от места расположения человека до зоны, где интенсивность теплового излучения не превышает 4 кВт·м-2, м; u – скорость движения человека, м·с-1 (допускается принимать u = 5 м·с-1);

2) для воздействия “огненного шара” – в соответствии с методом расчета интенсивности теплового излучения;

б) с помощью табл. 2.25 определяют условную вероятность QПi поражения человека тепловым излучением.

Если для рассматриваемой технологической установки возможен как пожар пролива, так и “огненный шар”, в формуле (2.64) должны быть учтены оба указанных выше типа аварии.

Таблица 2.25

Значения условной вероятности поражения человека в зависимости от величины Pr

168

Глава II. Требования норм к предотвращению пожаров и противопожарной защите

Продолжение табл. 2.25

РАСЧЕТНОЕ ОПРЕДЕЛЕНИЕ ЗНАЧЕНИЯ КОЭФФИЦИЕНТА Z УЧАСТИЯ ГОРЮЧИХ ГАЗОВ И ПАРОВ НЕНАГРЕТЫХ ЛЕГКОВОСПЛАМЕНЯЮЩИХСЯ

ЖИДКОСТЕЙ ВО ВЗРЫВЕ

Изложенный ниже расчетный метод применяется для случая

100ml/(ρг,пV)< 0,5 СНКПР ,

где СНКПР – нижний концентрационный предел распространения пламени газа или пара, % (об.), и для помещений в форме прямоугольного параллелепипеда с отношением длины к ширине не более 5.

Коэффициент Z участия горючих газов и паров легковоспламеняющихся жидкостей во взрыве при заданном уровне значимости Q (С > C) рассчитывается по формулам:

при Хнкпр ≤ ½L и Yнкпр ≤ ½ S

при Хнкпр > ½L и Yнкпр > ½S

169

Противопожарная защита и тушение пожаров. Промышленные здания и сооружения

где С0 — предэкспоненциальный множитель, % (об.), равный:

· при отсутствии подвижности воздушной среды для горючих газов

(2.69)

· при подвижности воздушной среды для горючих газов

(2.70)

· при отсутствии подвижности воздушной среды для паров легковоспламеняющихся жидкостей

(2.71)

· при подвижности воздушной среды для паров легковоспламеняющихся жидкостей

(2.72)

m — масса газа или паров ЛВЖ, поступающих в объем помещения в соответствии с разделом 3, кг; d — допустимые отклонения концентрации при задаваемом уровне значимости Q (С > ) приведенные в табл. 2.26; Хнкпр, Yнкпр, Zнкпр

– расстояния по осям X, Y и Z от источника поступления газа или пара, ограниченные нижним концентрационным пределом распространения пламени соответственно, м; рассчитываются по формулам (2.76–2.78); L, S – длина и ширина помещения соответственно, м; F – площадь пола помещения соответственно, м2; U – подвижность воздушной среды, м·с-1; Сн – концентрация насыщенных паров при расчетной температуре tp, °С, воздуха в помещении, % (об.).

Концентрация Сн может быть найдена по формуле

(2.73)

где Рн – давление насыщенных паров при расчетной температуре (находится из справочной литературы), кПа; Р0 – атмосферное давление, равное 101 кПа.

170