ГОСТ 12.1.004-85 Система стандартов безопасности труда (ССБТ). Пожарная безопасность. Общие требования

ПРИЛОЖЕНИЕ 7 (справочное). ПРИМЕРЫ РАСЧЕТА

ПРИЛОЖЕНИЕ 7
Справочное

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 2012 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 11·10 до 275·10 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 II-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.

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 разрежение, обусловливающее 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 компрессоре составит величину

.

Таким образом, вероятность появления в цилиндре компрессора достаточного количества окислителя в соответствии с (10) рекомендуемого приложения 3 равна

.

Откуда вероятность образования горючей среды в цилиндре компрессора в соответствии с (5) рекомендуемого 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 (8) и (15) рекомендуемого приложения 3 равна

.

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

Дж.

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 энергия и время существования фрикционных искр, возникающих при разрушении деталей поршневой группы, достаточны для зажигания этиленовоздушной смеси. Отсюда

, .

Тогда вероятность появления в цилиндре компрессора источника зажигания в соответствии с (13) рекомендуемого 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. Рассчитываем время образования взрывоопасной концентрации в локальном облаке, занимающем 5% от 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

м.

Расход этилена - g через такое отверстие будет равен

м·с.

Тогда время образования локального взрывоопасного облака, занимающего 5% от 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 (рекомендуемое приложение 5), время образования этого облака и время его существования после устранения утечки этилена будет равно

мин.

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

мин.

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

.

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 5 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°C, 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 самовоспламенения 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 ч·год, поэтому n=6 км·год. Отсюда, в соответствии с (18) рекомендуемого приложения 3 число ударов молнии в здание равно

.

Тогда вероятность прямого удара молнии будет равна

.

Вычисляем вероятность отказа исправной молниезащиты типа Б здания компрессорной по (20) рекомендуемого 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 ч·год 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 величину

Вероятность того, что в компрессорной возникает либо пожар, либо взрыв, равна

.

1.3. Заключение

Вероятность возникновения в компрессорной взрыва равна 2,7·10 в год, что соответствует одному взрыву в год в 3703704 аналогичных зданиях, а вероятность возникновения в нем или взрыва, или пожара равна 1,9·10 в год, то есть 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 м. Расчет ведется для нормальной эксплуатации технически исправного резервуара.

Средняя рабочая температура нефти T=311 К. Нижний и верхний температурные пределы воспламенения нефти равны: К, К. Количество оборотов резервуара в год год. Время существования горючей среды в резервуаре при откачке за один оборот резервуара ч (исключая длительный простой). Радиус резервуара РВС-20000 R=22,81 м. Высота резервуара м. Число ударов молнии n=6 км·год. На резервуаре имеется молниезащита типа Б, поэтому . Число искроопасных операций при ручном измерении уровня год. Вероятность штиля (скорость ветра м·с) . Число включений электрозадвижек год. Число искроопасных операций при проведении техобслуживания резервуара год. Нижний и верхний концентрационные пределы воспламенения нефтяных паров (по объему), (по объему). Производительность операции наполнения м·с. Рабочая концентрация паров в резервуаре (по объему). Продолжительность выброса богатой смеси 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 (19) рекомендуемого приложения 3

.

Тогда вероятность прямого удара молнии в резервуар в течение года, вычисленная по (17) рекомендуемого приложения 3, равна

.

Вычислим вероятность отказа молниезащиты в течение года при исправности молниеотвода по (20) рекомендуемого приложения 3

.

Таким образом, вероятность поражения молнией резервуара, в соответствии с (16) рекомендуемого 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 равны нулю и .

В соответствии с (15) рекомендуемого приложения 3 вероятность появления в резервуаре разряда атмосферного электричества равна

.

Появление фрикционных искр в резервуаре возможно только при проведении искроопасных ручных операций при измерении уровня и отборе проб. Поэтому вероятность в соответствии с (17) и (25) рекомендуемого приложения 3 равна

.

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

Таким образом, вероятность появления в резервуаре теплового источника в соответствии с (14) рекомендуемого приложения 3 равна

.

Полагая, что энергия и время существования этих источников достаточны для воспламенения горючей среды, из (13) рекомендуемого приложения 3 получим .

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

.

Из условия задачи следует, что рабочая концентрация паров в резервуаре выше верхнего концентрационного предела воспламенения, то есть 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 (8) рекомендуемого приложения 3

.

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

.

Диаметр этой взрывоопасной зоны равен

м.

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 (17) и (22) рекомендуемого приложения 3

.

Таким образом, вероятность появления около резервуара теплового источника в соответствии с (14) рекомендуемого приложения 3 составит величину

Полагая, что энергия и время существования этих источников достаточны для зажигания горючей среды, из (13) рекомендуемого приложения 3, получим

.

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

.

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

.

2.3. Заключение

Вероятность возникновения в зоне резервуара пожара или взрыва составляет 2,9·10, 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-ти 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 ч·сут независимо от времени года. Статистическая вероятность возникновения пожара в аналогичных объектах в год равна 4·10. 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 1·10, вероятность равной 1·10.

3.2. Расчет

Оценку уровня безопасности определяем для людей, находящихся на 15-ом 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 (7) рекомендуемого 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 величина будет равна 0,75·10, что меньше . Условие (2) рекомендуемого 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 (5) рекомендуемого приложения 2

.

Вероятность вычисляем по (3) рекомендуемого приложения 2

.

Поскольку , то условие безопасности для людей по (2), рекомендуемого приложения 2 на этаже пожара, 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 м 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 м·мин. Отключение насоса автоматическое. Объем помещения составляет 10000 м (48248,7). Основные строительные конструкции здания железобетонные и предельно допустимый прирост давления для них составляет 25 кПа. Кратность A аварийной вентиляции равна 10 ч. Скорость воздушного потока u в помещении при работе аварийной вентиляции равна 1,0 м·с. Температура ацетона равна температуре воздуха и составляет 293 К. Плотность ацетона 792 кг·м.

4.2. Расчет

Объем ацетона, вышедшего из трубопроводов, составляет

м,

где - время автоматического отключения насоса, равное 2 мин.

Объем поступившего ацетона в помещение

м.

Площадь разлива ацетона принимаем равной 116 м по п.2.1.4 рекомендуемого приложения 5.

Скорость испарения равна

.

Масса паров ацетона, образующихся при аварийном разливе, будет равна

кг.

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

кг.

Стехиометрическая концентрация паров ацетона при равна

% (по объему).

Концентрация насыщенных паров получается равной

% (по объему).

Отношение , следовательно, согласно п.1.4 и чертежу рекомендуемого приложения 5 принимаем Z=0,3.

Свободный объем помещения

м.

Время испарения составит

ч.

Коэффициент получается равным

K=10·0,153+1=2,53.

Максимально возможная масса ацетона

кг

Поскольку , то помещение в целом относится к невзрывопожароопасным.

Расстояния , и составляют при уровне значимости Q=5·10

м,

м,

где % (по объему).

4.3. Заключение

Таким образом, взрывобезопасные расстояния составляют соответственно м и м.

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

1 - помещение; 2 - аппарат; 3 - взрывоопасная зона

5. Определить категорию производства, в котором находится участок обработки зерна и циклон для отделения 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 г·мин. Время автоматического отключения циклона не более 2 мин. Свободный объем помещения равен 10000 м. Остальные исходные данные: г; ; ; n=14; ; ; ; ; Q=16700 кДж·кг; К; кДж·кг; кг·м; кПа; кПа; Z=1,0.

5.2. Расчет

Масса отложившейся пыли к моменту очередной уборки составит

г.

Расчетная масса пыли, участвующей в образовании взрывоопасной смеси, равна

г.

Максимально возможную массу горючей пыли вычисляем по формуле

кг.

5.3. Заключение

Величина 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.1.

В результате испытаний получено:

Таблица 1

6.2. Расчет

Расчет возникновения пожара от ПРА ведем по (5) рекомендуемого приложения 6.

Применительно к данному изделию, вероятность Q (ГВ) равна 1, так как ПРА является составной частью изделия с наличием вокруг него горючего материала (компаунд, клеммная колодка); произведение вероятностей Q (ПР) · Q (НЗ) обозначим через : тогда (5) рекомендуемого приложения 6 можно записать в виде

,

где Q (A) - нормативная вероятность возникновения пожара при воспламенении аппарата;

k - количество пожароопасных аномальных режимов работы, характерное для конкретного исполнения ПРА;

- 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;

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

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

.

Дополнительно определяем среднее квадратическое отклонение

.

Вероятность вычисляем по формуле

,

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 (2) рекомендуемого приложения 6 при n=10.

Значение критической температуры () составило 442,1 К, при этом из десяти испытуемых аппаратов у двух был зафиксирован выброс пламени [m=2 и Q(B)=0,2].

Результаты расчета указаны в табл.2.

Таблица 2

6.3. Заключение

Таким образом, расчетная вероятность возникновения пожара от ПРА равна

, что меньше 1·10, т.е. ПРА пожаробезопасен.