- •Министерство образования и науки Российской Федерации Федеральное агентство по образованию
- •Устройство и расчет противопожарной защиты на открытых технологических установках
- •1 Определение категории наружных установок по взрывопожарной и пожарной опасности
- •1.1 Категорирование наружных установок
- •Категория наружной установки по взрывопожарной и
- •Расчет избыточного давления и импульса волны давления при сгорании смесей горючих газов и паров с воздухом в открытом пространстве
- •1.3 Метод расчета значений критериев пожарной опасности для горючих пылей
- •1.4 Метод расчета интенсивности теплового излучения
- •1.5 Метод оценки индивидуального риска
- •2 Расчет элементов противопожарной защиты ректификационных колонн
- •3 Устройство и расчет элементов установки противопожарной защиты открытых технологических печей
- •4 Устройство и расчет элементов установки противопожарной защиты насосных станций для нефтепродуктов и горючих газов
- •5 Устройство и расчет элементов установки противопожарной защиты парков хранения сжиженных газов
- •6 Расчет средств тушения пожаров нефти и нефтепроводов в резервуарах
Министерство образования и науки Российской Федерации Федеральное агентство по образованию
Казанский государственный технологический университет
Нижнекамский химико-технологический институт
Устройство и расчет противопожарной защиты на открытых технологических установках
Методическое указание для практических
и самостоятельных работ
2005 г.
Составители: доц. Г.Ф. Нафиков
ст. преп. Э. Г. Гарайшина
Устройство и расчет противопожарной защиты на открытых технологических установках: Метод. указания для практических и самостоятельных работ/ Казан. гос. технол. ун-т; Сост.: Г.Ф. Нафиков, Э. Г. Гарайшина. Казань, 2004г. 38с.
Изложена методика определения категории наружных установок по взрывопожарной и пожарной опасности согласно НПБ 105-03, приведены расчеты противопожарной защиты ректификационных колонн, технологических печей, насосных станций для нефтепродуктов, парков хранения сжиженных углеводородных газов и в резервуарах нефти и нефтепродуктов.
Предназначены для студентов механических и технологических специальностей, изучающих дисциплину «Безопасность жизнедеятельности».
Подготовлены на кафедре «Процессы и аппараты химической технологии».
Печатаются по решению методической комиссии по циклу дисциплин механического профиля Нижнекамского химико-технологического института КГТУ.
Рецензенты: доц. Р.Н.Салахиев
доц. А.Г. Кутузов
1 Определение категории наружных установок по взрывопожарной и пожарной опасности
1.1 Категорирование наружных установок
Требования норм к наружным установкам (НПБ 105-03) [l] должны учитываться в проектах на строительство, расширение, реконструкцию и техническое перевооружение, при изменениях технологических процессов и при эксплуатации наружных установок.
По пожарной опасности наружные установки подразделяются на категории Ан, Бн, Вн, Гн и Дн (табл. 1.1).
Категории пожарной опасности наружных установок определяются исходя из вида находящихся в наружных установках горючих веществ и материалов, их количества и пожароопасных свойств, особенностей технологических процессов.
Определение пожароопасных свойств веществ производится на основании результатов испытаний, расчетов или с использованием справочных данных [2,3]. Допускается использование показателей пожарной опасности для смесей веществ по наиболее опасному компоненту.
Таблица 1.1
Категория наружной установки по взрывопожарной и
пожарной опасности
Категория наружной установки |
Критерии отнесения наружной установки к той или иной категории по пожарной опасности |
Ан |
Если в установке присутствует (хранятся, перерабатываются, транспортируются) горючие газы; легковоспламеняющиеся жидкости с температурой вспышки не более 28° С; вещества и материалы, способные гореть при взаимодействии с водой, кислородом воздуха или друг с другом; при условии, что величина индивидуального риска при возможном сгорании указанных веществ с |
Продолжение табл.1.1
|
образованием волн давления превышает 10-6 в год на расстоянии 30 м от наружной установки. |
Бн |
Если в установке присутствуют горючие пыли и волокна; легковоспламеняющиеся жидкости с температурой вспышки более 28°С ; горючие жидкости; при условии, что величина индивидуального риска при возможном сгорании пыле- и паровоздушных смесей с образованием волн давления превышает 10-6 в год на расстоянии 30 м от наружной установки. |
Вн |
Если в установке присутствуют горючие или трудногорючие жидкости; твердые горючие или трудногорючие вещества и материалы (пыли, волокна); вещества и материалы, способные при взаимодействии с водой, кислородом воздуха или друг с другом гореть; не реализуются критерии, позволяющие отнести установки к категориям Ан или Бн; при условии, что величина индивидуального риска при возможном сгорании указанных веществ превышает 10-6 в год на расстоянии 30 м от наружной установки. |
Гн |
Если в установке присутствуют негорючие вещества и материалы в горячем, раскалённом или расплавленном состоянии, процесс обработки которых сопровождается выделением лучистого тепла, искр или пламени, а также горючие газы, жидкости и твердые вещества, которые сжигаются или утилизируются в качестве топлива. |
Дн |
Если в установке присутствуют в основном негорючие вещества или материалы в холодном состоянии, и по перечисленным выше критериям она не относится к категориям Ан, Бн, Вн, Гн. |
Для категорий Ан и Бн:
-горизонтальный размер зоны, ограничивающей газопаровоздушные смеси с концентрацией горючего выше нижнего концентрационного предела распространения пламени (НКПР), превышает 30 м;
- расчетное избыточное давление при сгорании газо-, паро- или пылевоздушной смеси на расстоянии 30 м от наружной установки превышает 5 кПа.
Для категорий Вн:
- интенсивность теплового излучения от очага пожара веществ и материалов, указанных для категории Вн, на расстоянии 30м от наружной установки превышает 4 кВт/м2.
Таблица 1.2
Исходные данные и варианты задания
№ |
Параметр |
Обозначения |
Ед. изм. |
Величина параметра |
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
1 |
Давление в аппарате |
P1 |
кПа |
100-15000 |
2 |
Объем аппарата |
Vап |
м3 |
1-50 |
3 |
Расход газа, определяемый в соответствии с технологическим регламентом |
q |
м3∙с-1 |
|
0,1-1,0 |
||||
|
||||
4 |
Время отключения трубопроводов |
Тотк |
с |
100-15000 |
5 |
Максимальное давление в трубопроводе |
Р2 |
кПа |
100-10000 |
6 |
Внутренний радиус трубопроводов |
r |
м |
0,075-0,10 |
Продолжение табл.1.2
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
7 |
Длина трубопроводов от аварийного аппарата до задвижек |
L |
м |
10-100 |
8 |
Масса жидкости, испарившейся с поверхности разлива |
mp |
кг |
1-100 |
9 |
Масса жидкости, испарившейся с поверхностей открытых емкостей |
mемк. |
кг |
1-100 |
10 |
Масса жидкости, испарившейся с поверхностей, на которые нанесен применяемый состав |
mсв.окр. |
кг |
1-10 |
11 |
Площадь испарения |
Fu |
м2 |
2-120 |
12 |
Продолжительность испарения |
Тu |
с |
600-3600 |
13 |
Масса вышедшей перегретой жидкости |
mnер |
кг |
1-50 |
14 |
Температура перегретой жидкости |
Та |
К |
380-580 |
15 |
Начальная температура СУГ |
Тж |
К |
273-373 |
16 |
Текущее время, принимаемое равным времени полного расширения СУГ |
t |
с |
600-3600 |
17 |
Скорость воздушного потока |
V |
м∙с-1 |
0-25 |
18 |
Расчетная температура |
tр |
°С |
61 |
Продолжение табл.1.2
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
19 |
Продолжительность поступления паров ЛВЖ в открытое пространство |
Tn |
с |
600-3600 |
20 |
Расстояние от центра газопаровоздушного облака |
r |
м |
10-100 |
21 |
Коэффициент участия горючих газов и паров в горении |
J |
- |
0,02-0,5 |
22 |
Доля горючей пыли в общей массе отложенной пыли |
Кг |
- |
0,1-0,5 |
23 |
Доля отложенной вблизи аппарата пыли, способной перейти во взвешенное состояние в результате аварий |
КВЗ |
- |
0,5-0,9 |
24 |
Производительность, с которой продолжается поступление пыли в аварийный аппарат по трубопроводам до момента их отключения |
Чп |
кг∙с-1 |
1-10 |
25 |
Масса отложившейся вблизи аппарата пыли к моменту аварии |
Мот |
кг |
1-50 |
26 |
Производительность, с которой продолжается поступление пыли в аварийный |
qn |
кг∙с-1 |
1-10 |
Продолжение табл.1.2
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
|
аппарат по трубопроводам до момента их отключения |
|
|
|
27 |
Расстояние от центра пылевоздушного облака |
r |
м |
10-20 |
28 |
Угловой коэффициент облученности |
Fq |
- |
0,2-0,8 |
29 |
Удельная массовая скорость выгорания топлива |
Vуд |
кг∙м-2∙с-1 |
1-10 |
30 |
Годовая частота возникновения i-й аварии с горением газо-, паро- или пылевоздушной смеси на наружной установке |
QВс |
1/год |
1-10 |
31 |
Годовая частота возникновения пожара на наружной установке в случае аварии i-ro типа |
Qfc |
1/год |
1-10 |
32 |
Количество типов рассматриваемых аварий |
n |
- |
1-10 |
33 |
Расстояние от места расположения человека до зоны, где интенсивность теплового излучения не превышает 4 кВт∙м-2 |
х |
м |
10-30 |
1.2 Методы расчета значений критериев пожарной
опасности наружных установок
2.1 Метод расчета значений критериев пожарной
опасности для горячих газов и паров
Масса газа mГ, кг, поступающего в окружающее пространство при расчетной аварии, определяется по формуле:
(1.1)
Объем газа, вышедшего из аппарата, м3:
(1.2)
Объем газа, вышедшего из трубопроводов, м3:
(1.3)
Объем газа, вышедшего из трубопровода до его отключения, м3:
(1.4)
Объем газа, вышедшего из трубопровода после его отключения, м3:
(1.5)
Масса паров жидкости mж, кг, поступивших в окружающее пространство при наличии нескольких источников испарения (поверхность разлитой жидкости, поверхность со свежим составом, открытые емкости и т.п.), определяется из выражения:
(1.6)
При этом каждую из слагаемых в формуле (1.6) определяют из выражения:
(1.7)
Величину mпер определяют по формуле (при Та>Ткип):
(1.8)
Интенсивность испарения W определяется по справочникам или экспериментально. Для не нагретых ЛВЖ при отсутствии данных допускается расчет W по формуле:
(1.9)
где М - молярная масса, г/моль; Рн - давление насыщенного пара при расчетной температуре жидкости, кПа (по справочнику).
Для сжиженных углеводородных газов (СУГ) при отсутствии данных допускается расчет удельной массы испарившегося СУГ mсуг из пролива, , по формуле:
(1.10)
где Re-число Рейнольдса:
, (1.11)
где d - характерный размер пролива СУГ, м:
(1.12)
Формула (1.11) справедлива для СУГ с температурой Тж <Ткип. При температуре СУГ Тж>Ткип дополнительно рассчитывается масса перегретых СУГ mпер по формуле (1.8).
Рассчитывают эффективный диаметр пролива d, м, по формуле (1.12).
Вычисляют высоту пламени Н, м, по формуле:
(1.13)
Таблица 1.3
Среднеповерхностная плотность теплового излучения пламени Е1 в зависимости от диаметра очага и удельная массовая скорость выгорания для некоторых жидких углеводородных топлив Vуд
Топливо |
Е1, |
Vуд , кг∙м-2∙с-1 |
||||
d=10м |
d=20м |
d=30м |
d=40м |
d=50м |
||
СПГ (Метан) |
220 |
180 |
150 |
130 |
120 |
0,08 |
СУГ (Пропан-бутан) |
80 |
63 |
50 |
43 |
40 |
0,10 |
Бензин |
60 |
40 |
35 |
28 |
25 |
0,06 |
Дизель, топливо |
40 |
32 |
25 |
21 |
18 |
0,04 |
Нефть |
25 |
19 |
15 |
12 |
10 |
0,04 |
1.2.2 Расчет горизонтальных размеров зон, ограничивающих газо- и паровоздушные смеси с концентрацией горючего выше НКПР, при аварийном поступлении горючих газов и паров не нагретых ЛВЖ в открытое пространство
Горизонтальные размеры зоны, RНКПР, м, ограничивающие область концентрации, превышающих НКПР (СПКПР), вычисляют по формулам:
- для горючих газов (ГТ):
(1.14)
-для паров не нагретых ЛВЖ:
(1.15)
(1.16)