Проектирование систем инженерного
оборудования и систем безопасности |
|
|
НОРМЫ ПОЖАРНОЙ
БЕЗОПАСНОСТИ «Определение
категорий помещений, зданий и наружных установок по
взрывопожарной и пожарной опасности» НПБ 105-03
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
3. МЕТОДЫ
РАСЧЕТА КРИТЕРИЕВ ВЗРЫВОПОЖАРНОЙ ОПАСНОСТИ ПОМЕЩЕНИЙ
6. При расчете
значений критериев взрывопожарной опасности в качестве расчетного следует
выбирать наиболее неблагоприятный вариант аварии или период нормальной работы
аппаратов, при котором во взрыве участвует наибольшее количество веществ или
материалов, наиболее опасных в отношении последствий взрыва.
В случае
если использование расчетных методов не представляется возможным, допускается
определение значений критериев взрывопожарной опасности на основании
результатов соответствующих научно-исследовательских работ, согласованных и
утвержденных в установленном порядке.
7.
Количество поступивших в помещение веществ, которые могут образовать
взрывоопасные газовоздушные или паровоздушные смеси, определяется исходя из
следующих предпосылок:
а)
происходит расчетная авария одного из аппаратов согласно п. 6;
б) все
содержимое аппарата поступает в помещение;
в)
происходит одновременно утечка веществ из трубопроводов, питающих аппарат по
прямому и обратному потокам 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 равным:
времени
срабатывания системы автоматики отключения трубопроводов согласно паспортным
данным установки, если вероятность отказа системы автоматики не превышает
0,000001 в год или обеспечено резервирование ее элементов;
120 с,
если вероятность отказа системы автоматики превышает 0,000001 в год и не
обеспечено резервирование ее элементов;
300 с при
ручном отключении.
Не
допускается использование технических средств для отключения трубопроводов, для
которых время отключения превышает приведенные выше значения.
Под
«временем срабатывания» и «временем отключения» следует понимать промежуток
времени от начала возможного поступления горючего вещества из трубопровода
(перфорация, разрыв, изменение номинального давления и т.п.) до полного
прекращения поступления газа или жидкости в помещение. Быстродействующие
клапаны-отсекатели должны автоматически перекрывать подачу газа или жидкости
при нарушении электроснабжения.
В исключительных
случаях в установленном порядке допускается превышение приведенных выше
значений времени отключения трубопроводов специальным решением соответствующих
федеральных министерств и других федеральных органов исполнительной власти по
согласованию с Госгортехнадзором России на подконтрольных ему производствах и
предприятиях и МЧС России;
г)
происходит испарение с поверхности разлившейся жидкости; площадь испарения при
разливе на пол определяется (при отсутствии справочных данных) исходя из
расчета, что 1 л смесей и растворов, содержащих 70 % и менее (по массе)
растворителей, разливается на площади 0,5 м2, а остальных жидкостей
— на 1 м2 пола помещения;
д)
происходит также испарение жидкости из емкостей, эксплуатируемых с открытым
зеркалом жидкости, и со свежеокрашенных поверхностей;
е)
длительность испарения жидкости принимается равной времени ее полного
испарения, но не более 3600 с.
8.
Количество пыли, которое может образовать взрывоопасную смесь, определяется из
следующих предпосылок:
а)
расчетной аварии предшествовало пыленакопление в производственном помещении,
происходящее в условиях нормального режима работы (например, вследствие
пылевыделения из негерметичного производственного оборудования);
б) в
момент расчетной аварии произошла плановая (ремонтные работы) или внезапная
разгерметизация одного из технологических аппаратов, за которой последовал
аварийный выброс в помещение всей находившейся в аппарате пыли.
9.
Свободный объем помещения определяется как разность между объемом помещения и
объемом, занимаемым технологическим оборудованием. Если свободный объем
помещения определить невозможно, то его допускается принимать условно равным 80 % геометрического объема помещения.
Расчет избыточного давления взрыва
для горючих газов, паров легковоспламеняющихся и горючих жидкостей
10. Избыточное давление взрыва DР для индивидуальных горючих веществ, состоящих из
атомов С, Н, О, N, С1, Вr, I, F, определяется по формуле
(1)
где Рmax — максимальное давление взрыва стехиометрической
газовоздушной или паровоздушной смеси в замкнутом объеме, определяемое
экспериментально или по справочным данным в соответствии с требованиями п. 3.
При отсутствии данных допускается принимать Рmax равным 900 кПа;
Р0 — начальное давление, кПа (допускается принимать
равным 101 кПа);
т
— масса горючего газа (ГГ) или
паров легковоспламеняющихся (ЛВЖ) и горючих жидкостей (ГЖ), вышедших в
результате расчетной аварии в помещение, вычисляемая для ГГ по формуле (6), а
для паров ЛВЖ и ГЖ по формуле (11), кг;
Z —
коэффициент участия горючего во взрыве, который может быть рассчитан на основе
характера распределения газов и паров в объеме помещения согласно приложению.
Допускается принимать значение Z по
табл. 2;
Vсв — свободный объем помещения, м3;
rг.п — плотность газа или пара при расчетной
температуре tp, кг×м-3,
вычисляемая по формуле
(2)
где М— молярная масса, кг×кмоль-1;
v0 — мольный объем, равный 22,413 м3×кмоль-1;
tp —
расчетная температура, °С. В качестве расчетной температуры следует
принимать максимально возможную температуру воздуха в данном помещении в
соответствующей климатической зоне или максимально возможную температуру
воздуха по технологическому регламенту с учетом возможного повышения
температуры в аварийной ситуации. Если такого значения расчетной температуры tp
по каким-либо причинам определить не удается, допускается принимать ее равной
61°С;
Сст —
стехиометрическая концентрация ГГ или паров ЛВЖ и ГЖ, % (об.), вычисляемая по
формуле
(3)
где — стехиометрический
коэффициент кислорода в реакции сгорания;
¾ число атомов С, Н, О и галоидов в молекуле
горючего;
Кн
— коэффициент, учитывающий
негерметичность помещения и неадиабатичность процесса горения. Допускается
принимать Кн равным 3.
Таблица 2
Вид горючего вещества |
Значение Z |
Водород |
1,0 |
Горючие газы (кроме водорода) |
0,5 |
Легковоспламеняющиеся и горючие жидкости,
нагретые до температуры вспышки и выше |
0,3 |
Легковоспламеняющиеся и горючие жидкости,
нагретые ниже температуры вспышки, при наличии возможности образования
аэрозоля |
0,3 |
Легковоспламеняющиеся и горючие жидкости,
нагретые ниже температуры вспышки, при отсутствии возможности образования
аэрозоля |
0 |
11. Расчет DР для индивидуальных веществ, кроме упомянутых в п.
10, а также для смесей может быть выполнен по формуле
(4)
где Нт — теплота сгорания, Дж×кг-1;
rв
— плотность воздуха до взрыва при начальной температуре Т0, кг×м-3;
Ср — теплоемкость воздуха, Дж×кг-1×К-1 (допускается принимать равной 1,01×103 Дж× кг-1×К-1);
Т0 — начальная температура воздуха, К.
12. В случае обращения в помещении горючих газов,
легковоспламеняющихся или горючих жидкостей при определении значения массы т, входящей в формулы (1) и (4),
допускается учитывать работу аварийной вентиляции, если она обеспечена
резервными вентиляторами, автоматическим пуском при превышении предельно
допустимой взрывобезопасной концентрации и электроснабжением по первой
категории надежности (ПУЭ), при условии расположения устройств для удаления
воздуха из помещения в непосредственной близости от места возможной аварии.
При этом
массу горючих газов или паров легковоспламеняющихся или горючих жидкостей,
нагретых до температуры вспышки и выше, поступивших в объем помещения, следует
разделить на коэффициент К, определяемый по формуле
К = АТ +
1, (5)
где А — кратность воздухообмена, создаваемого аварийной вентиляцией, с-1;
Т
— продолжительность поступления
горючих газов и паров легковоспламеняющихся и горючих жидкостей в объем
помещения, с (принимается по п. 7).
13. Масса m, кг, поступившего в помещение при расчетной аварии
газа, определяется по формуле
т = (Va + Vт) rr, (6)
где Vа — объем газа, вышедшего из аппарата, м3;
Vт —
объем газа, вышедшего из трубопроводов, м3.
Vа = 0,01Р1V, (7)
где P1 — давление в аппарате,
кПа;
V
— объем аппарата, м3;
Vт = V1т + V2т, (8)
где V1т —
объем газа, вышедшего из трубопровода до его отключения, м3;
V2т —
объем газа, вышедшего из трубопровода после его отключения, м3;
V1т = qT, (9)
q — расход газа, определяемый в соответствии с технологическим
регламентом в зависимости от давления в трубопроводе, его диаметра, температуры
газовой среды и т.д., м3×с-1;
Т
— время, определяемое по п. 7, с;
V2т = 0,01 p Р2(r21L1 + r22L2 + ... + r2nLn), (10)
P2 — максимальное давление в трубопроводе по
технологическому регламенту, кПа,
r — внутренний радиус трубопроводов, м;
L — длина трубопроводов от аварийного аппарата до
задвижек, м.
14. Масса паров жидкости m,
поступивших в помещение при наличии нескольких источников испарения
(поверхность разлитой жидкости, поверхность со свеженанесенным составом,
открытые емкости и т.п.), определяется из выражения
т = тр
+ темк + тсв.окр., (11)
где mр — масса жидкости, испарившейся с поверхности
разлива, кг;
темк — масса жидкости, испарившейся с поверхностей
открытых емкостей, кг;
тсв.окр
— масса жидкости, испарившейся с
поверхностей, на которые нанесен применяемый состав, кг.
При этом каждое из слагаемых в
формуле (11) определяется по формуле
m = W
Fи T, (12)
где W — интенсивность испарения, кг×с-1×м-2;
Fи —
площадь испарения, м2, определяемая в соответствии с п. 7 в
зависимости от массы жидкости тп, вышедшей в помещение.
Если аварийная ситуация связана с возможным
поступлением жидкости в распыленном состоянии, то она должна быть учтена в
формуле (11) введением дополнительного слагаемого, учитывающего общую массу
поступившей жидкости от распыляющих устройств, исходя из продолжительности их
работ.
15. Масса mр,
кг, вышедшей в помещение жидкости определяется в соответствии с п. 7.
16. Интенсивность испарения W
определяется по справочным и экспериментальным данным. Для ненагретых выше
температуры окружающей среды ЛВЖ при отсутствии данных допускается рассчитывать
W no формуле
W = 10-6 h Pн, (13)
где h —
коэффициент, принимаемый по табл. 3 в зависимости от скорости и температуры
воздушного потока над поверхностью испарения;
Рн
— давление насыщенного пара при
расчетной температуре жидкости tр, определяемое по справочным данным в соответствии
с требованиями п. 3, кПа.
Таблица 3
Скорость воздушного потока в помещении, |
Значение коэффициента h при температуре t, °С, воздуха в помещении |
||||
м×с-1 |
10 |
15 |
20 |
30 |
35 |
0 |
1,0 |
1,0 |
1,0 |
1,0 |
1,0 |
0,1 |
3,0 |
2,6 |
2,4 |
1,8 |
1,6 |
0,2 |
4,6 |
3,8 |
3,5 |
2,4 |
2,3 |
0,5 |
6,6 |
5,7 |
5,4 |
3,6 |
3,2 |
1,0 |
10,0 |
8,7 |
7,7 |
5,6 |
4,6 |
Расчет избыточного давления взрыва
для горючих пылей
17. Расчет избыточного давления
взрыва DР кПа, производится по формуле (4), где коэффициент
Z участия взвешенной пыли во взрыве рассчитывается по формуле
Z = 0,5 F, (14)
где F — массовая доля частиц пыли размером менее критического,
с превышением которого аэровзвесь становится взрывобезопасной, т.е. неспособной
распространять пламя. В отсутствие возможности получения сведений для оценки
величины Z допускается принимать Z = 0,5.
18. Расчетная масса взвешенной в
объеме помещения пыли т, кг, образовавшейся в результате аварийной ситуации,
определяется по формуле
т = твз + тав, (15)
где твз
— расчетная масса взвихрившейся пыли, кг;
тав — расчетная масса пыли, поступившей в помещение
в результате аварийной ситуации, кг.
19. Расчетная масса взвихрившейся
пыли твз определяется по формуле
твз
= Квз тп,
(16)
где Квз — доля отложившейся в помещении пыли, способной
перейти во взвешенное состояние в результате аварийной ситуации. При отсутствии
экспериментальных сведений о величине Квз
допускается полагать Квз =
0,9;
тп — масса отложившейся в помещении пыли к моменту
аварии, кг.
20. Расчетная масса пыли,
поступившей в помещение в результате аварийной ситуации, тав, определяется по
формуле
тав = (тап
+ qТ)Кп,
(17)
где тап — масса горючей пыли, выбрасываемой в помещение из
аппарата, кг;
q — производительность, с которой продолжается
поступление пылевидных веществ в аварийный аппарат по трубопроводам до момента
их отключения, кг×с-1;
Т
— время отключения, определяемое
по п.7 в), с;
Кп — коэффициент пыления, представляющий отношение
массы взвешенной в воздухе пыли ко всей массе пыли, поступившей из аппарата в
помещение. При отсутствии экспериментальных сведений о величине Кп допускается полагать:
для пылей с дисперсностью не менее
350 мкм — Кп = 0,5;
для пылей с дисперсностью менее 350
мкм — Кп = 1,0.
Величина тап принимается в соответствии с пп. 6 и 8.
21. Масса отложившейся в помещении пыли
к моменту аварии определяется по формуле
(18)
где Кг — доля
горючей пыли в общей массе отложений пыли;
т1 — масса
пыли, оседающей на труднодоступных для уборки поверхностях в помещении за
период времени между генеральными уборками, кг;
т2 — масса пыли, оседающей на доступных для уборки
поверхностях в помещении за период времени между текущими уборками, кг;
Ку ¾ коэффициент эффективности пылеуборки. Принимается
при ручной пылеуборке:
сухой — 0,6;
влажной — 0,7.
При механизированной вакуумной
уборке:
пол ровный — 0,9;
пол с выбоинами (до 5 % площади) —
0,7.
Под труднодоступными для уборки
площадями подразумевают такие поверхности в производственных помещениях,
очистка которых осуществляется только при генеральных пылеуборках. Доступными
для уборки местами являются поверхности, пыль с которых удаляется в процессе
текущих пылеуборок (ежесменно, ежесуточно и т.п.).
22. Масса пыли mi (i = 1,2),
оседающей на различных поверхностях в помещении за межуборочный период,
определяется по формуле
mi
= Мi (1 - a)bi, (i = 1,2) (19)
где М1 = — масса пыли,
выделяющаяся в объем помещения за период времени между генеральными
пылеуборками, кг;
М1j — масса
пыли, выделяемая единицей пылящего оборудования за указанный период, кг;
М2 = — масса пыли, выделяющаяся в объем помещения за период времени
между текущими пылеуборками, кг;
М2j — масса пыли, выделяемая единицей пылящего оборудования за указанный
период, кг;
a — доля
выделяющейся в объем помещения пыли, которая удаляется вытяжными
вентиляционными системами. При отсутствии экспериментальных сведений о величине
a полагают a = 0;
b1, b2 ¾ доли выделяющейся в объем помещения пыли, оседающей
соответственно на труднодоступных и доступных для уборки поверхностях помещения
(b1 + b2 = 1).
При отсутствии сведений о величине
коэффициентов b1 и b2 допускается полагать
b1 = 1, b2 = 0.
23. Величина Мi (i = 1,2) может быть
также определена экспериментально (или по аналогии с действующими образцами
производств) в период максимальной загрузки оборудования по формуле
Мi = , (i =
1,2) (20)
где G1j, G2j — интенсивность пылеотложений соответственно на труднодоступных F1j (м2) и
доступных F2j (м2) площадях, кг×м-2с-1;
t1, t2 — промежуток времени соответственно между
генеральными и текущими пылеуборками, с.
Определение категорий В1 — В4
помещений
24. Определение пожароопасной
категории помещения осуществляется путем сравнения максимального значения удельной
временной пожарной нагрузки (далее по тексту — пожарная нагрузка) на любом из
участков с величиной удельной пожарной нагрузки, приведенной в табл. 4.
Таблица 4
Категория помещения |
Удельная пожарная нагрузка g на
участке, МДж×м-2 |
Способ размещения |
В1 |
Более 2200 |
Не нормируется |
В2 |
1401 — 2200 |
См. п. 25 |
В3 |
181 ¾ 1400 |
То же |
В4 |
1 ¾ 180 |
На
любом участке пола помещения площадью 10 м2. Способ размещения участков пожарной нагрузки определяется
согласно п. 25 |
25. При пожарной нагрузке,
включающей в себя различные сочетания (смесь) горючих, трудногорючих жидкостей,
твердых горючих и трудногорючих веществ и материалов в пределах пожароопасного
участка, пожарная нагрузка Q, МДж, определяется по формуле
(21)
где Gi — количество i-го материала пожарной нагрузки, кг;
Qpнi — низшая теплота сгорания i-го материала пожарной нагрузки, МДж×кг-1.
Удельная пожарная нагрузка g, МДж×м-2, определяется из соотношения
g = , (22)
где S — площадь размещения пожарной нагрузки, м2
(но не менее 10 м2).
В помещениях категорий В1 — В4
допускается наличие нескольких участков с пожарной нагрузкой, не превышающей значений,
приведенных в табл. 4. В помещениях категории В4 расстояния между этими
участками должны быть более предельных. В табл. 5 приведены рекомендуемые
значения предельных расстояний lпр в зависимости от величины критической
плотности падающих лучистых потоков qкр, кВт/м-2, для пожарной
нагрузки, состоящей из твердых горючих и трудногорючих материалов. Значения
lпр, приведенные в табл. 5, рекомендуются при условии, если Н > 11 м; если Н
< 11 м, то предельное расстояние определяется как l = lпр + (11 - Н), где
lпр — определяется из табл. 5, Н — минимальное расстояние от поверхности
пожарной нагрузки до нижнего пояса ферм перекрытия (покрытия), м.
Таблица 5
qкр, кВт×м-2 |
5 |
10 |
15 |
20 |
25 |
30 |
40 |
50 |
lпр, м |
12 |
8 |
6 |
5 |
4 |
3,8 |
3,2 |
2,8 |
Значения qкр для некоторых
материалов пожарной нагрузки приведены в табл. 6.
Таблица 6
Материал |
qкр,
кВт×м-2 |
Древесина (сосна влажностью 12 %) |
13,9 |
Древесно-стружечные плиты (плотностью 417 кг×м-3) |
8,3 |
Торф брикетный |
13,2 |
Торф кусковой |
9,8 |
Хлопок-волокно |
7,5 |
Слоистый пластик |
15,4 |
Стеклопластик |
15,3 |
Пергамин |
17,4 |
Резина |
14,8 |
Уголь |
35,0 |
Рулонная кровля |
17,4 |
Сено, солома (при минимальной влажности до 8 %) |
7,0 |
Если пожарная нагрузка состоит из
различных материалов, то значение qкр определяется по материалу с минимальным
значением qкр.
Для материалов пожарной нагрузки с
неизвестными значениями qкр значения предельных расстояний принимаются lпр ³ 12 м.
Для пожарной нагрузки, состоящей из
ЛВЖ или ГЖ, рекомендуемое расстояние lпр между соседними участками размещения
(разлива) пожарной нагрузки рассчитывается по формулам
lпр ³ 15 м при
Н ³ 11, (23)
lпр ³ 26 - H при Н
< 11. (24)
Если при определении категорий В2
или В3 количество пожарной нагрузки Q, определенное по формуле 21, отвечает
неравенству
Q ³ 0,64 gтН2,
то помещение будет относиться к категориям В1 или
В2 соответственно. Здесь gт=2200 МДж/м2 при 1401 МДж/м2£ g ³2200 МДж/м2 и gт=1400
МДж/м2 при 181 МДж/м2£ g ³1400 МДж/м2.
Определение избыточного давления
взрыва для веществ и материалов, способных взрываться и гореть при
взаимодействии с водой, кислородом воздуха или друг с другом
26. Расчетное избыточное давление
взрыва DР для веществ и материалов, способных взрываться и
гореть при взаимодействии с водой, кислородом воздуха или друг с другом,
определяется по приведенной выше методике, полагая Z = 1 и принимая в качестве
величины Нт энергию, выделяющуюся при взаимодействии (с учетом сгорания
продуктов взаимодействия до конечных соединений), или экспериментально в
натурных испытаниях. В случае когда определить величину DР не представляется возможным, следует принимать ее
превышающей 5 кПа.
Определение избыточного давления
взрыва для взрывоопасных смесей, содержащих горючие газы (пары) и пыли
27. Расчетное избыточное давление
взрыва DР для гибридных взрывоопасных смесей, содержащих
горючие газы (пары) и пыли, определяется по формуле
DР = DР1 + DР2, (25)
где DР1 — давление взрыва, вычисленное для горючего газа
(пара) в соответствии с пп. 10 и 11.
DР2 — давление взрыва, вычисленное для горючей пыли в соответствии с п.
17.
Copyright © secpro |