Приложение 6 (справочное). Примеры расчета

Приложение 6

Справочное

Примеры расчета

1. Рассчитать вероятность возникновения пожара и взрыва в отделении компрессии.

1.1. Данные для расчета

Отделение компрессии этилена расположено в одноэтажном производственном здании размерами в плане 20 x 12 м и высотой 10 м. Стены здания - кирпичные с ленточным остеклением. Перекрытие - из ребристых железобетонных плит. Освещение цеха - электрическое, отопление - центральное. Цех оборудован аварийной вентиляцией с кратностью воздухообмена (n), равной восьми.

В помещении цеха размещается компрессор, который повышает давление поступающего из магистрального трубопровода этилена с до Па. Диаметр трубопроводов с этиленом равен 150 мм, температура этилена достигает 130°С. Здание имеет молниезащиту типа Б.

Нижний концентрационный предел воспламенения этилена ( в смеси с воздухом равен 2,75%, поэтому, в соответствии с СНиП П-90-81: производство по взрывной, взрывопожарной и пожарной опасности относится к категории А, то есть в цехе возможно возникновение как пожара, так и взрыва. По условиям технологического процесса возникновение взрывоопасной концентрации в объеме помещения возможно только в аварийных условиях, поэтому помещение по классификации взрывоопасных зон относится к классу В-1а.

ГАРАНТ:

См. СНиП 31-03-2001 "Производственные здания", принятые постановлением Госстроя РФ от 19 марта 2001 г. N 20

Пожарная опасность отделения компрессии складывается из пожарной опасности компрессорной установки и пожарной опасности помещения. Пожарная опасность компрессора обусловлена опасностью возникновения взрыва этиленовоздушной смеси внутри аппарата.

Пожарная опасность помещения обусловлена опасностью возникновения пожара в цехе, а также опасностью возникновения взрыва этиленовоздушной смеси в объеме цеха при выходе этилена из газовых коммуникаций при аварии.

1.2. Расчет

Возникновение взрыва в компрессоре обусловлено одновременным появлением в цилиндре горючего газа, окислителя и источника зажигания.

По условиям технологического процесса в цилиндре компрессора постоянно обращается этилен, поэтому вероятность появления в компрессоре горючего газа равна единице

Появление окислителя (воздуха) в цилиндре компрессора возможно при заклинивании всасывающего клапана. В этом случае в цилиндре создается разряжение, обуславливающее подсос воздуха через сальниковые уплотнения. Для отключения компрессора при заклинивании всасывающего клапана имеется система контроля давления, которая отключает компрессор через 10 с после заклинивания клапана. Обследование показало, что за год наблюдалось 10 случаев заклинивания клапанов. Тогда вероятность разгерметизации компрессора равна

Анализируемый компрессор в течение года находился в рабочем состоянии 4000 ч, поэтому вероятность его нахождения под разряжением равна

.

Откуда вероятность подсоса воздуха в компрессор составит значение

.

Таким образом, вероятность появления в цилиндре компрессора достаточного количества окислителя в соответствии с формулой (44) приложения 3 равна

.

Откуда вероятность образования горючей среды в цилиндре компрессора в соответствии с формулой (40) приложения 3 будет равна

.

Источником зажигания этиленовоздушной смеси в цилиндре компрессора могут быть только искры механического происхождения, возникающие при разрушении узлов и деталей поршневой группы из-за потери прочности материала или при ослаблении болтовых соединений.

Статистические данные показывают, что за анализируемый период времени наблюдался один случай разрушения деталей поршневой группы, в результате чего в цилиндре компрессора в течение 2 мин наблюдалось искрение. Поэтому вероятность появления в цилиндре компрессора фрикционных искр в соответствии с формулами (42 и 47) приложения 3 равна

.

Оценим энергию искр, возникающих при разрушении деталей поршневой группы компрессора. Зная, что скорость движения этих деталей составляет 20 , а их масса равна 10 кг и более, найдем энергию соударения (E) Дж, по формуле

.

Известно, что фрикционные искры твердых сталей при энергиях соударения порядка 1000 Дж поджигают метановоздушные смеси с минимальной энергией зажигания 0,28 мДж.

Минимальная энергия зажигания этиленовоздушной смеси равна 0,12 мДж, а энергия соударения тел значительно превышает 1000 Дж, следовательно:

.

Тогда вероятность появления в цилиндре компрессора источника зажигания в соответствии с формулой (46) приложения 3 равна

.

Таким образом, вероятность взрыва этиленовоздушной смеси внутри компрессора будет равна

.

Наблюдение за производством показало, что трижды за год (m-3) отмечалась разгерметизация коммуникаций с этиленом и газ выходил в объем помещения. Рассчитаем время образования взрывоопасной концентрации в локальном облаке, занимающем 5% объема цеха.

Режим истечения этилена из трубопровода при разгерметизации фланцевых соединений вычисляют из выражения

,

где - атмосферное давление, Па;

- рабочее давление в трубопроводах с этиленом, Па;

- критическое отношение.

То есть истечение происходит со звуковой скоростью w, равной

.

Площадь щели F при разгерметизации фланцевого соединения трубопровода диаметром 150 мм и толщиной щели 0,5 мм равна

.

Расход этилена - g через такое отверстие будет равен

.

Тогда время образования локального взрывоопасного облака, занимающего 5% объема цеха при работе вентиляции, будет равно

;

.

Учитывая, что из всей массы этилена, вышедшего в объем помещения, только 70% участвуют в образовании локального взрывоопасного облака, время образования этого облака и время его существования после устранения утечки этилена будет равно: .

Время истечения этилена при имевших место авариях за анализируемый период времени было равно 4,5, 5 и 5,5 мин. Тогда общее время существования взрывоопасного облака, занимающего 5% объема помещения и представляющего опасность при взрыве для целостности строительных конструкций и жизни людей, с учетом работы аварийной вентиляции будет равно

.

Откуда вероятность появления в объеме помещения, достаточного для образования горючей смеси количества этилена, равна

.

Учитывая, что в объеме помещения постоянно имеется окислитель, получим

.

Тогда вероятность образования горючей смеси этилена с воздухом в объеме помещения будет равна

.

Основными источниками зажигания взрывоопасного этиленовоздушного облака в помещении могут быть электроприборы (в случае их несоответствия категории и группе взрывоопасной среды), открытый огонь (при проведении огневых работ) искры от удара (при различных ремонтных работах) и разряд атмосферного электричества.

Пожарно-техническим обследованием отделения компрессии установлено, что пять электросветильников марки ВЗГ в разное время в течение 120, 100, 80, 126 и 135 ч эксплуатировались с нарушением щелевой защиты.

Вероятность нахождения электросветильников в неисправном состоянии равна

.

Так как температура колбы электролампочки мощностью 150 Вт равна 350°С, а температура самовоспламенения этилена 540°С, следовательно, нагретая колба не может быть источником зажигания этиленовоздушной смеси.

Установлено, что за анализируемый период времени в помещении 6 раз проводились газосварочные работы по 6, 8, 10, 4, 3 и 5 ч каждая. Поэтому вероятность появления в помещении открытого огня будет равна

.

Так как температура пламени газовой горелки и время ее действия значительно превышают температуру воспламенения и время, необходимое для зажигания этиленовоздушной смеси, получаем, что

.

Ремонтные работы с применением искроопасного инструмента в помещении за анализируемый период времени не проводились.

Вычисляем вероятность появления в помещении разряда атмосферного электричества.

Помещение расположено в местности с продолжительностью грозовой деятельности 50 , поэтому n = 6 . Отсюда, в соответствии с формулой (5) приложения 3 число ударов молнии в здание равно

.

Тогда вероятность прямого удара молнии будет равна

.

Вычисляем вероятность отказа исправной молниезащнты типа Б здания компрессорной по формуле (52) приложения 3

.

Таким образом, вероятность поражения здания молнией равна

.

Пожарно-техническим обследованием установлено, что защитное заземление, имеющееся в здании, находится в исправном состоянии, поэтому

, .

Тогда

.

Учитывая параметры молнии получим

.

Откуда

.

Таким образом, вероятность взрыва этиленовоздушной смеси в объеме помещения будет равна:

.

Рассчитаем вероятность возникновения пожара в помещении компрессорной. Наблюдение за объектом позволило установить, что примерно 255 в помещении компрессорной, в нарушение правил пожарной безопасности, хранились разнообразные горючие материалы (ветошь, деревянные конструкции, древесные отходы и т.п.), не предусмотренные технологическим регламентом.

Поэтому вероятность появления в помещении горючих веществ равна

.

Откуда вероятность образования в цехе пожароопасной среды равна

.

Из зафиксированных тепловых источников, которые могут появиться в цехе, источником зажигания для твердых горючих веществ является только открытый огонь и разряды атмосферного электричества. Поэтому вероятность возникновения в отделении компрессии пожара равна

.

Таким образом, вероятность того, что в отделении компрессии произойдет взрыв либо в самом компрессоре, либо в объеме цеха составит значение

.

Вероятность того, что в компрессорной возникнет пожар или взрыв, равна: .

1.3. Заключение

Вероятность возникновения в компрессорной взрыва равна в год, что соответствует одному взрыву в год в 3703704 аналогичных зданиях, а вероятность возникновения в нем или взрыва или пожара равна в год, т.е. один пожар или взрыв в год в 5263 аналогичных помещениях.

2. Рассчитать вероятность возникновения пожара в резервуаре РВС-20000 НПС "торголи"

2.1. Данные для расчета

В качестве пожароопасного объекта взят резервуар с нефтью объемом 20000 . Расчет ведется для нормальной эксплуатации технически исправного резервуара.

Средняя рабочая температура нефти Т = 311 К. Нижний и верхний температурные пределы воспламенения нефти равны: = 249 К, = 265 К. Количество оборотов резервуара в год = 24 . Время существования горючей среды в резервуаре при откачке за один оборот резервуара = 10 ч (исключая длительный простой). Радиус резервуара РВС = 20000 R = 22,81 м. Высота резервуара = 11,9 м. Число ударов молний n = 6 . На резервуаре имеется молниезащита типа Б, поэтому = 0,95.

Число искроопасных операций при ручном измерении уровня = 1100 . Вероятность штиля (скорость ветра ), . Число включений электрозадвижек . Число искроопасных операций при проведении техобслуживания резервуара . Нижний и верхний концентрационные пределы воспламенения нефтяных паров = 0,02% (по объему), = 0,1% (по объему). Производительность операции наполнения g = 0,56 . Рабочая концентрация паров в резервуаре С = 0,4% (по объему). Продолжительность выброса богатой смеси = 5 ч.

2.2. Расчет

Так как на нефтепроводах средняя рабочая температура жидкости (нефти) выше среднемесячной температуры воздуха, то за расчетную температуру поверхностного слоя нефти принимаем .

Из условия задачи видно, что , поэтому при неподвижном уровне нефти вероятность образования горючей смеси внутри резервуара равна нулю , а при откачке нефти равна

.

Таким образом вероятность образования горючей среды внутри резервуара в течение года будет равна

.

Вычислим число попаданий молнии в резервуар по формуле (51) приложения 3

.

Тогда вероятность прямого удара молнии в резервуар в течение года, вычисленная по формуле (49) приложения 3, равна

.

Вычислим вероятность отказа молниезащиты в течение года при исправности молниеотвода по формуле (52) приложения 3

.

Таким образом, вероятность поражения молнией резервуара, в соответствии с формулой (48) приложения 3, равна

.

Обследованием установлено, что имеющееся на резервуаре защитное заземление находится в исправном состоянии, поэтому вероятность вторичного воздействия молнии на резервуар и заноса в него высокого потенциала равна нулю и .

Появление фрикционных искр в резервуаре возможно только при проведении искроопасных ручных операций при измерении уровня и отборе проб. Поэтому вероятность в соответствии с формулами (49 и 55) приложения 3 равна

.

В этой формуле - вероятность ошибки оператора, выполняющего операции измерения уровня.

Таким образом, вероятность появления в резервуаре какого-либо теплового источника в соответствии с приложением 3 равна

.

Полагая, что энергия и время существования этих источников достаточны для воспламенения горючей среды, т.е. из приложения 3 получим .

Тогда вероятность возникновения пожара внутри резервуара в соответствии с формулой (38) приложения 3, равна

Из условия задачи следует, что рабочая концентрация паров в резервуаре выше верхнего концентрационного предела воспламенения, т.е. в резервуаре при неподвижном слое нефти находится негорючая среда. При наполнении резервуара нефтью в его окрестности образуется горючая среда, вероятность выброса которой можно вычислить по формуле (42) приложения 3

.

Во время тихой погоды (скорость ветра меньше 1 ) около резервуара образуется взрывоопасная зона, вероятность появления которой равна

.

Диаметр этой взрывоопасной зоны равен

.

Определим число ударов молнии во взрывоопасную зону

.

Тогда вероятность прямого удара молнии в данную зону равна

.

Так как вероятность отказа молниезащиты , то вероятность поражения молнией взрывоопасной зоны равна

.

Откуда .

Вероятность появления около резервуара фрикционных искр равна

.

Наряду с фрикционными искрами в окрестностях резервуара возможно появление электрических искр замыкания и размыкания контактов электрозадвижек. Учитывая соответствие исполнения электрозадвижек категории и группе взрывоопасной смеси, вероятность появления электрических искр вычислим по формулам (49 и 54) приложения 3.

.

Таким образом, вероятность появления около резервуара какого-либо теплового источника в соответствии с приложением 3 составит значение

.

Полагая, что энергия и время существования этих источников достаточны для зажигания горючей среды, из формулы (49) приложения 3 получим при

.

Тогда вероятность возникновения взрыва в окрестностях резервуара в соответствии с формулой (39) приложения 3 равна

.

Откуда вероятность возникновения в зоне резервуара либо пожара, либо взрыва составит значение

.

2.3. Заключение

Вероятность возникновения в зоне резервуара пожара или взрыва составляет , что соответствует одному пожару или взрыву в год в массиве из 3448 резервуаров, работающих в условиях, аналогичных расчетному.

3. Определить вероятность воздействия ОФП на людей при пожаре в проектируемой 15-этажной гостинице при различных вариантах системы противопожарной защиты

3.1. Данные для расчета

В здании предполагается устройство вентиляционной системы противодымной защиты (ПДЗ) с вероятностью эффективного срабатывания и системы оповещения людей о пожаре (ОЛП) с вероятностью эффективного срабатывания . Продолжительность пребывания отдельного человека в объекте в среднем 18 независимо от времени года. Статистическая вероятность возникновения пожара в аналогичных объектах в год равна . В качестве расчетной ситуации принимаем случай возникновения пожара на первом этаже. Этаж здания рассматриваем как одно помещение. Ширина поэтажного коридора 1,5 м, расстояние от наиболее удаленного помещения этажа до выхода в лестничную клетку 40 м, через один выход эвакуируются 50 человек, ширина выхода 1,2 м. Нормативную вероятность принимаем равной , вероятность равной .

3.2. Расчет

Оценку уровня безопасности определяем для людей, находящихся на 15-м этаже гостиницы (наиболее удаленном от выхода в безопасную зону) при наличии систем ПДЗ и ОЛП. Так как здание оборудовано вентиляционной системой ПДЗ, его лестничные клетки считаем незадымляемыми. Вероятность вычисляем по формуле (33) приложения 2

.

Учитывая, что отдельный человек находится в гостинице 18 ч, то вероятность его присутствия в здании при пожаре принимаем равной отношению . С учетом этого окончательно значение будет равно , что меньше . Условие формулы (2) приложения 2 выполняется, поэтому безопасность людей в здании на случай возникновения пожара обеспечена. Рассмотрим вариант компоновки противопожарной защиты без системы оповещения. При этом время блокирования эвакуационных путей на этаже пожара принимаем равным 1 мин в соответствии с требованиями строительных норм и правил проектирования зданий и сооружений. Расчетное время эвакуации определенное в соответствии с теми же нормами, равно 0,47 мин. Время начала эвакуации принимаем равным 2 мин. Вероятность эвакуации для этажа пожара вычисляем по формуле (5) приложения 2.

.

Вероятность вычисляем по формуле (3) приложения 2

.

Поскольку , то условие безопасности для людей по формуле (2) приложения 2 на этаже пожара не отвечает требуемому, - и, следовательно в рассматриваемом объекте, не выполняется при отсутствии системы оповещения.

4. Определить категорию и класс взрывоопасной зоны помещения, в котором размещается технологический процесс с использованием ацетона.

4.1. Данные для расчета

Ацетон находится в аппарате с максимальным объемом заполнения равным 0,07 , и в центре помещения над уровнем пола. Длина напорного и обводящего трубопроводов диаметром d 0,05 м равна соответственно 3 и 10 м. Производительность q насоса 0,01 . Отключение насоса автоматическое. Объем помещения составляет 10000 (48 x 24 x 8,7). Основные строительные конструкции здания железобетонные, и предельно допустимый прирост давления для них составляет 25 кПа. Кратность А аварийной вентиляции равна 10 .

Скорость воздушного потока u в помещении при работе аварийной вентиляции равна 1,0 . Температура ацетона равна температуре воздуха и составляет 293 К. Плотность ацетона 792 .

4.2. Расчет

Объем ацетона , вышедшего из трубопроводов, составляет

,

где - время автоматического отключения насоса, равное 2 мин.

Объем поступившего ацетона, , в помещение

.

Площадь разлива ацетона принимаем равной 116 .

Скорость испарения (), , равна

Масса паров ацетона (), кг, образующихся при аварийном разливе равна

.

Следовательно, принимаем, что весь разлившийся ацетон, кг, за время аварийной ситуации, равное 3600 с, испарится в объем помещения, т.е.

.

Стехиометрическая концентрация паров ацетона при = 4 равна

(по объему).

Концентрация насыщенных паров получается равной

(по объему).

Отношение , следовательно, принимаем Z = 0,3.

Свободный объем помещения,

.

Время испарения, ч, составит

.

Коэффициент получается равным

.

Максимально возможная масса ацетона, кг

.

Поскольку (91,9 кг) (249,8 кг), то помещение в целом относится к невзрывопожароопасным.

Расстояния , и составляют при уровне значимости

;

,

где (по объему).

4.3. Заключение

Таким образом, взрывобезопасные расстояния составляют соответственно > 7,85 м и > 3 м.

Взрывоопасная зона с размерами м и м относится к классу В-1а. Схематически взрывоопасная зона изображена на черт.9.

5. Определить категорию производства, в котором находится участок обработки зерна и циклон для определения зерновой пыли в системе вентиляции.

5.1. Данные для расчета

Масса зерновой пыли, скапливающейся в циклоне , составляет 20000 г. Производительность циклона q по пыли составляет 100 . Время автоматического отключения циклона не более 2 мин. Свободный объем помещения равен 10000 . Остальные исходные данные: = 500 г; ; ; n = 14; ; ; ; ; Q = 16700 ; = 300 К; = 1,0 ; = 300 К; = 1,0 ; = 1,29 ; = 25 кПа; = 101 кПа; Z = 1,0.

5.2. Расчет

Масса отложившейся пыли к моменту очередной уборки, г, составит

.

Расчетная масса пыли, г, участвующей в образовании взрывоопасной смеси, равна

.

Максимально возможную массу горючей пыли, кг, вычисляем по формуле

.

5.3. Заключение

Значение не превышает следовательно, помещение не относится к взрывопожароопасным.

6. Рассчитать вероятность возникновения пожара от емкостного пускорегулирующего аппарата (ПРА) для люминесцентных ламп на W = 40 Вт и U = 220 В.

6.1. Данные для расчета приведены в табл.13.

В результате испытаний получено:

                                                               Таблица 13

Температура оболочки в наиболее нагретом месте при работе в аномальных режимах, К
Параметр	Длительный пусковой режим	Режим с короткозамкну- тым конденсатором	Длительный пусковой ре- жим с короткозамкнутым конденсатором
Т сигма	375 6,80	380 5,16	430 7,38

6.2. Расчет

Расчет возникновения пожара от ПРА ведем по приложению 5, ПРА является составной частью изделия с наличием вокруг него горючего материала (компаунд, клеммная колодка); произведение вероятностей Q (ПР) x Q (НЗ) обозначим через Q (); тогда из приложения 5 можно записать

,

где - нормативная вероятность возникновения пожара при воспламенении аппарата, равная ;

- вероятность воспламенения аппарата или выброса из него пламени при температуре поверхности ПРА (в наиболее нагретом месте), равной или превышающей критическую;

- вероятность работы аппарата в i-м (пожароопасном) режиме;

- вероятность достижения поверхностью аппарата (в наиболее нагретом месте) критической (пожароопасной) температуры, которая равна температуре воспламенения (самовоспламенения) изоляционного материала;

k - число пожароопасных аномальных режимов работы, характерное для конкретного исполнения ПРА.

Для оценки пожарной опасности проводим испытание на десяти образцах ПРА. За температуру в наиболее нагретом месте принимаем среднее арифметическое значение температур в испытаниях

.

Дополнительно определяет среднее квадратическое отклонение

Вероятность () вычисляем по формуле (156) приложения 5

,

где - безразмерный параметр, значение которого выбирается по табличным данным, в зависимости от безразмерного параметра в распределении Стьюдента.

Вычисляем () по формуле

,

где - критическая температура.

Значение () применительно для ПРА вычисляем по формуле

,

где , - температура j-го аппарата (в наиболее нагретом месте), соответственно при появлении первого дыма и при "выходе" аппарата из строя (прекращении тока в цепи).

Значение Q (В) вычисляем по формуле (155) приложения 5 при n = 10.

Значение критической температуры () составило 442,1 К, при этом из десяти испытуемых аппаратов у двух был зафиксирован выброс пламени (m = 1 Q (В) = 0,36).

Результаты расчета указаны в табл.14.

                                                               Таблица 14

Параметр	Длительный пус- ковой режим (i = 1)	Режим с короткозамкну- тым конденсатором (i = 2)	Длительный пусковой режим с короткозамкну- тым конденсатором (i = 3)
	0,06 30,9 1 0	0,1 37,8 1 0	0,006 4,967 0,99967 0,00033

6.3. Заключение

Таким образом, расчетная вероятность возникновения пожара от ПРА равна , что меньше , т.е. ПРА пожаробезопасен.