Приложение N 3
к Федеральным нормам и правилам
в области промышленной безопасности
"Общие правила взрывобезопасности для
взрывопожароопасных химических,
нефтехимических и нефтеперерабатывающих
производств", утверждённым приказом
Федеральной службы по экологическому,
технологическому и атомному надзору
от 11 марта 2013 года N 96
Расчет участвующей во взрыве массы вещества и радиусов зон разрушений
В целях обоснования безопасного размещения установок, зданий, сооружений на территории взрывопожароопасного производственного объекта в общем случае следует проанализировать риск взрыва топливно-воздушных смесей (далее - ТВС), образующихся при аварийном выбросе опасных (горючих, воспламеняющихся) веществ. Риск взрыва является мерой опасности, характеризующая возможность и тяжесть последствий взрыва. Оценка риска взрыва является частью анализа риска аварии.
Расчет зон поражения, разрушения (последствий взрыва) необходимо применять при выборе технических мероприятий по защите объектов и персонала от ударно-волнового воздействия взрыва парогазовых сред, а также твердых и жидких химически нестабильных соединений (перекисные соединения, ацетилениды, нитросоединения различных классов, продукты осмоления, трихлористый азот), способных взрываться.
Расчеты размеров зон поражения следует проводить по одной из двух методик:
1) методика оценки зон поражения, основанная на "тротиловом эквиваленте" взрыва ТВС;
2) методика, учитывающая тип взрывного превращения (детонация/дефлаграция) при воспламенении ТВС.
1. Методика расчета "тротилового эквивалента" дает ориентировочные значения участвующей во взрыве массы вещества без учета дрейфа облака ТВС. В данной методике приняты следующие условия и допущения.
1.1. В расчетах принимаются общие приведенные массы парогазовых сред m и соответствующие им энергетические потенциалы E, полученные при определении категории взрывоопасности технологических блоков согласно приложению N 2 к настоящим Правилам.
Для конкретных реальных условий значения m и E могут определяться другими методами с учетом эффекта диспергирования горючей жидкости в атмосфере под воздействием внутренней и внешней энергий, характера раскрытия технологической системы, скорости истечения горючего продукта в атмосферу и других возможных факторов.
Масса твердых и жидких химически нестабильных соединений Wx определяется по их содержанию в технологической системе, блоке, аппарате.
1.2. Масса парогазовых веществ, участвующих во взрыве, определяется произведением
m'= zm (1)
где z- доля приведенной массы парогазовых веществ, участвующих во взрыве.
В общем случае для неорганизованных парогазовых облаков в незамкнутом пространстве с большой массой горючих веществ доля участия во взрыве может приниматься равной 0,1. В отдельных обоснованных случаях доля участия веществ во взрыве может быть снижена, но не менее чем до 0,02.
Для производственных помещений (зданий) и других замкнутых объемов значения z могут приниматься в соответствии с таблицей N 1.
Таблица N 1
Значение z для замкнутых объемов (помещений)
1.3. Источники воспламенения могут быть постоянные (печи, факелы, невзрывозащищенная электроаппаратура) или случайные (временные огневые работы, транспортные средства), которые могут привести к взрыву парогазового облака при его распространении.
1.4. Для оценки уровня воздействия взрыва может применяться тротиловый эквивалент. Тротиловый эквивалент взрыва парогазовой среды WT (кг), определяемый по условиям адекватности характера и степени разрушения при взрывах парогазовых облаков, а также твердых и жидких химически нестабильных соединений рассчитывается по формулам:
1.4.1. Для парогазовых сред
WT = (2)
где 0,4 - доля энергии взрыва парогазовой среды, затрачиваемая непосредственно на формирование ударной волны;
0,9 - доля энергии взрыва тринитротолуола (ТНТ), затрачиваемая непосредственно на формирование ударной волны;
q' - удельная теплота сгорания парогазовой среды, кДж/кг;
qk - удельная энергия взрыва ТНТ, кДж/кг.
1.4.2. Для твердых и жидких химически нестабильных соединений
WT= (3)
где Wk - масса твердых и жидких химически нестабильных соединений;
q k- удельная энергия взрыва твердых и жидких химически нестабильных соединений.
1.5. Зоной разрушения считается площадь с границами, определяемыми радиусами R , центром которой является рассматриваемый технологический блок или наиболее вероятное место разгерметизации технологической системы. Границы каждой зоны характеризуются значениями избыточных давлений по фронту ударной волны ΔP и соответственно безразмерным коэффициентом K .
Классификация зон разрушения приводится в таблице N 2.
Таблица N 2
Классификация зон разрушения
1.5.1. Радиус зоны разрушения (м) в общем виде определяется выражением:
R=K (4)
где K - безразмерный коэффициент, характеризующий воздействие взрыва на объект.
При массе паров m более 5000 кг радиус зоны разрушения может определяться выражением:
(5)
1.5.2. Для выполнения практических инженерных расчетов радиусы зон разрушения могут определяться выражением
R= KR0 (6)
где при m < 5000 кг
R0= (7)
или при m > 5000 кг
R0= (8)
2. Методика, учитывающая тип взрывного превращения (детонация/дефлаграция) при воспламенении ТВС.
2.1. Для более точных расчетов зон разрушения и оценки риска взрыва рекомендуется использовать следующие соотношения.
Масса вещества, способного участвовать во взрыве, определяется путем интегрирования концентрации выброшенного при аварии горючего вещества по пространству, ограниченному поверхностями Σ вкпр и ∑ нкпр по формуле:
m' = (9)
где х, у, z - пространственные переменные, ΣВКПР и Σ НКПР - поверхности в пространстве достижения соответственно верхнего и нижнего концентрационных пределов, c (x, y, z, t0 ) - распределение концентрации в момент времени t0, кг/м3; t0- момент времени воспламенения или момент времени, когда во взрывоопасных пределах находится максимальное количество топлива, с.
Рассчитываются основные параметры воздушных ударных волн (избыточное давление ΔP и импульс волны давления I) в зависимости от расстояния до центра облака (в том числе с учетом возможного дрейфа облака ТВС).
Для вычисления параметров воздушной ударной волны на заданном расстоянии R от центра облака при детонации облака ТВС предварительно рассчитывается соответствующее безразмерное расстояние по соотношению:
Ri= (10)
где E - эффективный энергозапас ТВС, Дж ( E = m·q, где q - теплота сгорания топлива в облаке).
Далее рассчитываются безразмерное давление P x и безразмерный импульс фазы сжатия Ix .
В случае детонации облака газовой ТВС расчет производится по следующим формулам:
Зависимости (11) и (12) справедливы для значений Rx , больших величины Rk=0,2 и меньших Rk=24. В случае Rk<0,2 величина Rx полагается равной 18, а в выражение (12) подставляется значение Rx =0,142.
В случае детонации облака гетерогенной ТВС расчет производится по следующим формулам:
Зависимости (13) и (14) справедливы для значений Rx больших величины Rk=0,25. В случае если Rxk , величина Px полагается равной 18, а величина Ix=0,16.
В случае дефлаграционного взрывного превращения облака ТВС к параметрам, влияющим на величины избыточного давления и импульса положительной фазы, добавляются скорость видимого фронта пламени Vr и степень расширения продуктов сгорания σ. Для газовых смесей принимается σ=7, для гетерогенных - σ=4. Для расчета параметров ударной волны при дефлаграции гетерогенных облаков величина эффективного энергозапаса смеси домножается на коэффициент (σ-1)/σ. Величина Vr определяется исходя из взрывоопасных свойств горючего вещества и загроможденности окружающего пространства, влияющего на турбулизацию фронта пламени.
Безразмерные давление P x1 и импульс фазы сжатия I x1 определяются по соотношениям:
Последние два выражения справедливы для значений Rx, больших величины Rкр= 0,34, в противном случае вместо Rx в соотношения (15) и (16) подставляется величина R кр.
Далее вычисляются величины Px2 и Ix2 , которые соответствуют режиму детонации и для случая детонации газовой смеси рассчитываются по соотношениям (11), (12), а для детонации гетерогенной смеси - по соотношениям (13), (14). Окончательные значения Px и Ix выбираются из условий:
Px= min (Px1 , Px2) : Ix =min (Ix1, Ix2) (17)
После определения безразмерных величин давления и импульса фазы сжатия вычисляются соответствующие им размерные величины:
ΔP=PxP0 (18)
I=Ix (P0)2/3E1/3/C0 (19)
2.2. Для расчета условной вероятности разрушения объектов и поражения людей ударными волнами используется пробит-функция, значение которой определяется следующим образом:
а) вероятность повреждений стен промышленных зданий, при которых возможно восстановление зданий без их сноса, может оцениваться по соотношению:
Δ P- избыточное давление, Па;
I - импульс, кг·м/с;
б) вероятность разрушений промышленных зданий, при которых здания подлежат сносу, оценивается по соотношению.
Pr2=5-0,22 .lnV2 (21)
где
V2= +
При взрывах ТВС внутри резервуаров и другого оборудования, содержащего газ под давлением, в общем случае следует учитывать опасность разлета осколков и последующее развитие аварии, сопровождаемое "эффектом домино" с распространением аварии на соседнее оборудование, если оно содержит опасные вещества.
в) вероятность длительной потери управляемости у людей (состояние нокдауна), попавших в зону действия ударной волны при взрыве облака ТВС, может быть оценена по величине пробит-функции:
Pr3= 5-5.74·InV3 (22)
V3=
где
m - масса тела живого организма, кг;
P0- атмосферное давление, Па;
г) вероятности разрыва барабанных перепонок у людей от уровня перепада давления в воздушной волне определяется по формуле.
Вероятность отброса людей волной давления оценивается по величине пробит-функции:
где
При использовании пробит-функции в качестве зон 100-процентного поражения принимаются зоны поражения, где значение пробит-функции достигают величины, соответствующей вероятности 90 процентов. В качестве зон безопасных с точки зрения воздействия поражающих факторов принимается зоны поражения, где значение пробит-функции достигают величины, соответствующей вероятности 1 проценту.
2.3. Вероятность гибели людей, находящихся в зданиях.
Для расчета условной вероятности гибели людей, находящихся в зданиях, используются данные о гибели людей при разрушении зданий при взрывах и землетрясениях. Исходя из типа зданий и избыточного давления ударной волной, оценивается степень разрушения производственных и административных зданий. Данные приведены в таблице N 3. Условная вероятность травмирования и гибели людей определяется по таблице N 4.
Данные уточняются при их обосновании с указанием источника информации.
Таблица N 3
Данные о степени разрушения производственных, административных зданий и сооружений, имеющих разную устойчивость
Таблица N 4
Зависимость условной вероятности поражения человека с разной степенью тяжести от степени разрушения здания
Величина индивидуального риска для i-го человека или риска разрушения i-го здания Ri (год -1) определяется по формуле (25).
где (Pi) принимается равной величине потенциального риска в j-ой области территории, год-1 (определяется методами количественной оценки риска) при расчете индивидуального риска, или принимается равной прогнозируемой частоте реализации в j-ой области территории нагрузок (давление, импульс), способных привести к разрушению i-го здания при расчете риска разрушения зданий;
(Pi) - принимается равной вероятности присутствия человека в j-ой области территории при расчете индивидуального риска, или принимаются равной 1 в случае, если i-e здание располагается в j-ой области территории и нулю, в противном случае, при расчете риска разрушения зданий;
,год-1 - число областей, на которые условно можно разбить территорию объекта, при условии, что величина потенциального риска на всей площади каждой из таких областей можно считать одинаковой.
Электронный текст документа
подготовлен и сверен по:
Бюллетень нормативных актов федеральных
органов исполнительной власти,
N 23, 10.06.2013
(приказ, Федеральные нормы и правила)
официальный сайт Минюста России
по состоянию на 22.04.2013
(приложения к Федеральным
нормам и правилам)