ГОСТ Р 12.3.047-2012 Система стандартов безопасности труда (ССБТ). Пожарная безопасность технологических процессов. Общие требования. Методы контроля

Приложение А. Метод расчета избыточного давления, развиваемого при сгорании газо-, паро- и пылевоздушных смесей в помещении

Приложение А

А.1 Выбор и обоснование расчетного варианта

А.1.1 При расчете критериев взрывопожарной опасности в качестве расчетного следует выбирать наиболее неблагоприятный вариант аварии или период нормальной работы аппаратов, при котором в образовании горючих газо-, паро- и пылевоздушных смесей участвует наибольшее количество газов, паров, пылей, наиболее опасных в отношении последствий сгорания этих смесей.

А.1.2 Количество поступивших в помещение веществ, которые могут образовать горючие газовоздушные, паровоздушные, пылевоздушные смеси, определяется исходя из следующих предпосылок:

а) происходит расчетная авария одного из аппаратов согласно А.1.1;

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 определяют в каждом конкретном случае исходя из реальной обстановки, и оно 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 10 в год или обеспечено резервирование ее элементов;

- 120 С, если вероятность отказа системы автоматики превышает 10 в год и не обеспечено резервирование ее элементов;

300 С при ручном отключении;

г) происходит испарение с поверхности разлившейся жидкости; площадь испарения при разливе на пол определяется (при отсутствии справочных данных) исходя из расчета, что 1 литр смесей и растворов, содержащих 70% и менее (по массе) растворителей, разливается на площади 0,5 м, а остальных жидкостей - на 1 м 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.

А.1.3 Количество пыли, которое может образовать пылевоздушную 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.

А.1.4 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.

А.1.5 Определение пожароопасных свойств веществ и материалов проводят на основании результатов испытаний или расчетов по стандартным методикам [3] с учетом параметров состояния (давление, температура и т.д.).

Допускается использование справочных данных.

Допускается использование показателей пожарной опасности для смесей веществ и материалов по наиболее опасному компоненту.

А.2 Расчет избыточного давления для горючих газов, паров легковоспламеняющихся и горючих жидкостей

А.2.1 Избыточное давление для индивидуальных горючих веществ, состоящих из атомов , , , , , , , , определяется по формуле

, (А.1)

где - максимальное давление, развиваемое при сгорании стехиометрической газовоздушной или паровоздушной смеси в замкнутом объеме, определяемое экспериментально или по справочным данным в соответствии с требованиями А.1.5. При отсутствии данных допускается принимать равным 900 кПа;

- начальное давление, кПа (допускается принимать равным 101 кПа);

- масса горючего газа (ГГ) или паров легковоспламеняющихся (ЛВЖ) и горючих жидкостей (ГЖ), вышедших в результате расчетной аварии в помещение, вычисляемая для ГГ по формуле А.14, а для паров ЛВЖ и ГЖ - по формуле А.19, кг;

- коэффициент участия горючих газов и паров в горении, который может быть рассчитан на основе характера распределения газов и паров в объеме помещения согласно А.2.3 и А.2.4. Допускается принимать значение по таблице А.1;

- свободный объем помещения, м;

- плотность газа или пара при расчетной температуре , кг·м, вычисляемая по формуле

, (А.2)

где - молярная масса, кг·кмоль;

- мольный объем, равный 22,413 м·кмоль;

- расчетная температура, °С.

Таблица А.1 - Значение коэффициента участия горючих газов и паров в горении

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 по каким-либо причинам определить не удается, допускается принимать ее равной 61 °С;

- стехиометрическая концентрация ГГ или паров ЛВЖ и ГЖ, % (объемных), вычисляемая по формуле

, (A.3)

где - стехиометрический коэффициент кислорода в реакции сгорания;

, , , - число атомов С, Н, О и галоидов в молекуле горючего;

- коэффициент, учитывающий негерметичность помещения и неадиабатичность процесса горения. Допускается принимать равным трем.

А.2.2 Расчет для индивидуальных веществ, кроме упомянутых в А.2.1, а также для смесей может быть выполнен по формуле

, (А.4)

где - теплота сгорания, Дж·кг;

- плотность воздуха при начальной температуре , кг·м;

- теплоемкость воздуха, Дж·кг·К (допускается принимать равной 1,01·10, Дж·кг·К);

- начальная максимальная температура воздуха, для данного региона в теплый период года, К.

А.2.3 Приведенные в А.1 и А.4 расчетные формулы применяются для случая [ - нижний концентрационный предел распространения пламени горючего газа или пара, % (об.)] и помещений в форме прямоугольного параллелепипеда с отношением длины к ширине не более пяти.

Коэффициент участия горючих газов и паров, нагретых не выше температуры окружающей среды легковоспламеняющихся жидкостей при сгорании газо-, паро- и пылевоздушной смеси для заданного уровня значимости , (уровень значимости - вероятность того, что значение концентрации превысит значение математического ожидания этой случайной величины ) рассчитывают по формулам:

при и

, (А.5)

при и

, (А.6)

где - масса газа или паров ЛВЖ, поступающих в помещение в соответствии с А.2.6 и А.2.7, кг;

- допустимые отклонения концентраций при задаваемом уровне значимости , приведенные в таблице А.2;

, , - расстояния по осям , , от источника поступления газа или пара, ограниченные соответственно, м; рассчитываются по формулам Б.1-Б.4;

, - длина и ширина помещения, соответственно, м;

- площадь пола помещения, м;

- предэкспоненциальный множитель, % (об.), равный:

при отсутствии подвижности воздушной среды для горючих газов

, (А.7)

при подвижности воздушной среды для горючих газов

, (А.8)

где - подвижность воздушной среды, м/с, принимается из технической документации на систему вентиляции для данного помещения;

при отсутствии подвижности воздушной среды для паров легковоспламеняющихся жидкостей

, (А.9)

где - концентрация насыщенных паров при расчетной температуре , °С, в воздухе в помещении, % (об.);

- плотность паров, кг/м.

Таблица А.2 - Значения допустимых отклонений концентраций при уровне значимости

Концентрация может быть найдена по формуле

, (А.10)

где - давление насыщенных паров при расчетной температуре (находится по справочной литературе), кПа;

- атмосферное давление, равное 101 кПа;

при подвижности воздушной среды для паров легковоспламеняющихся жидкостей

. (А.11)

Уровень значимости выбирают исходя из особенностей технологического процесса. Допускается принимать , равным 0,05.

А.2.4 Коэффициент участия паров ненагретых легковоспламеняющихся жидкостей при сгорании паровоздушной смеси может быть определен по номограмме, приведенной на рисунке А.1.

Рисунок А.1 - Зависимость коэффициента Z от X

Рисунок А.1 - Зависимость коэффициента от

рассчитывают по формуле

, (А.12)

где ;

- эффективный коэффициент избытка горючего, принимаемый равным 1,9.

А.2.5 В случае обращения в помещении горючих газов, легковоспламеняющихся или горючих жидкостей при определении массы , входящей в формулы А.1 и А.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 согласно [4], при условии расположения устройств для удаления воздуха из помещения в непосредственной близости от места возможной аварии.

Допускается учитывать постоянно работающую общеобменную вентиляцию, обеспечивающую концентрацию горючих газов и паров в помещении, не превышающую предельно допустимую взрывобезопасную концентрацию, рассчитанную для аварийной вентиляции. Указанная общеобменная вентиляция должна быть оборудована резервными вентиляторами, включающимися автоматически при остановке основных. Электроснабжение указанной вентиляции должно осуществляться не ниже чем по первой категории надежности.

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 , определяемый по формуле

, (А.13)

где - кратность воздухообмена, создаваемого аварийной вентиляцией, с;

- продолжительность поступления горючих газов и паров легковоспламеняющихся и горючих жидкостей в объем помещения, с (принимается по А.1.2).

А.2.6 Масса , кг, поступившего в помещение при расчетной аварии газа, определяется по формуле

, (А.14)

где - объем газа, вышедшего из аппарата, м;

- объем газа, вышедшего из трубопроводов, м.

При этом

, (А.15)

где - давление в аппарате, кПа;

- объем аппарата, м;

, (А.16)

где - объем газа, вышедшего из трубопровода до его отключения, м;

- объем газа, вышедшего из трубопровода после его отключения, м;

, (А.17)

где - расход газа, определяемый в соответствии с технологическим регламентом в зависимости от давления в трубопроводе, его диаметра, температуры газовой среды и т.д., м·с;

- время, определяемое по А.1.2, с;

, (А.18)

где - максимальное давление в трубопроводе по технологическому регламенту, кПа;

- внутренний радиус трубопроводов, м;

- длина трубопроводов от аварийного аппарата до задвижек, м.

А.2.7 Масса паров жидкости , поступивших в помещение при наличии нескольких источников испарения (поверхность разлитой жидкости, поверхность со свеженанесенным составом, открытые емкости и т.п.), определяется из выражения:

, (А.19)

где - масса жидкости, испарившейся с поверхности разлива, кг;

- масса жидкости, испарившейся с поверхностей открытых емкостей, кг;

- масса жидкости, испарившейся с поверхностей, на которые нанесен применяемый состав, кг.

При этом каждое из слагаемых в формуле А.19 определяется по формуле

, (А.20)

где - интенсивность испарения, кг·с·м;

- площадь испарения, м, определяемая в соответствии с А.1.2 в зависимости от массы жидкости , вышедшей в помещение.

Если аварийная ситуация связана с возможным поступлением жидкости в распыленном состоянии, то она должна быть учтена в формуле А.19 введением дополнительного слагаемого, учитывающего общую массу поступившей жидкости от распыляющих устройств, исходя из продолжительности их работ.

Масса паров жидкости, поступивших в помещение при аварийной ситуации, может быть определена экспериментально или расчетным путем.

А.2.8 Массу паров , кг, вышедшую в помещение жидкости, определяют в соответствии с А.1.2.

А.2.9 Интенсивность испарения , кг·с·м, определяется по справочным и экспериментальным данным. Для ненагретых выше расчетной температуры окружающей среды ЛВЖ при отсутствии данных допускается рассчитывать по формуле

, (А.21)

где - коэффициент, принимаемый по таблице A.3 в зависимости от скорости и температуры воздушного потока над поверхностью испарения;

- давление насыщенного пара при расчетной температуре , определяемое по справочным данным, кПа;

- молярная масса, кг·к·моль.

Таблица А.3 - Значение коэффициента в зависимости от скорости и температуры воздушного потока

А.2.10 Масса паров , кг, при испарении жидкости, нагретой выше расчетной температуры, но не выше температуры кипения жидкости, определяется по соотношению

, (А.22)

где - удельная теплоемкость жидкости при начальной температуре испарения, Дж·кг·К;

- удельная теплота испарения жидкости при начальной температуре испарения, определяемая по справочным данным, Дж·кг.

При отсутствии справочных данных допускается рассчитывать по формуле

, (А.23)

где , - константы уравнения Антуана, определяемые по справочным данным для давления насыщенных паров, измеряемого в кПа;

- начальная температура нагретой жидкости, К;

- молярная масса, кг·к·моль.

Формулы А.22 и А.23 справедливы для жидкостей, нагретых от температуры вспышки и выше при условии, что температура вспышки жидкости превышает значение расчетной температуры ().

А.3 Расчет избыточного давления взрыва для горючих пылей

А.3.1 Расчет избыточного давления , кПа, производится по формуле (А.4), где коэффициент участия взвешенной пыли в горении рассчитывают по формуле

, (А.24)

где - массовая доля частиц пыли размером менее критического, с превышением которого аэровзвесь становится неспособной распространять пламя. В отсутствие возможности получения сведений для оценки величины допускается принимать 1.

К пылям, способным образовывать горючие пылевоздушные смеси, относят дисперсные материалы, характеризующиеся наличием показателей пожарной опасности: нижним концентрационным пределом распространения пламени, максимальным давлением, развиваемым при сгорании пылевоздушной смеси (более 50 кПа), и скоростью его нарастания, минимальным взрывоопасным содержанием кислорода менее 21% (об.).

А.3.2 Расчетную массу взвешенной в объеме помещения пыли , кг, образовавшейся в результате аварийной ситуации, определяют по формуле

, (А.25)

где - расчетная масса взвихрившейся пыли, кг;

- расчетная масса пыли, поступившей в помещение в результате аварийной ситуации, кг;

- стехиометрическая концентрация горючей пыли в аэровзвеси, кг·м;

- расчетный объем пылевоздушного облака, образованного при аварийной ситуации в объеме помещения, м.

В отсутствие возможности получения сведений для расчета допускается принимать

. (А.26)

А.3.3 Расчетную массу взвихрившейся пыли определяют по формуле

, (А.27)

где - доля отложившейся в помещении пыли, способной перейти во взвешенное состояние в результате аварийной ситуации. При отсутствии экспериментальных сведений о величине допускается принимать 0,9;

- масса отложившейся в помещении пыли к моменту аварии, кг.

А.3.4 Расчетную массу пыли, поступившей в помещение в результате аварийной ситуации, , определяют по формуле

, (А.28)

где - масса горючей пыли, выбрасываемой в помещение из аппарата, кг;

- производительность, с которой продолжается поступление пылевидных веществ в аварийный аппарат по трубопроводам до момента их отключения, кг·с;

- время отключения, определяемое по А.1.2 (в), с;

- коэффициент пыления, представляющий отношение массы взвешенной в воздухе пыли ко всей массе пыли, поступившей из аппарата в помещение. При отсутствии экспериментальных данных о величине допускается принимать:

- 0,5 - для пылей с дисперсностью не менее 350 мкм;

- 1,0 - для пылей с дисперсностью менее 350 мкм.

Величину принимают в соответствии с А.1.1 и А.1.3.

А.3.5 Массу отложившейся в помещении пыли к моменту аварии определяют по формуле

, (А.29)

где - доля горючей пыли в общей массе отложений пыли;

- коэффициент эффективности пылеуборки. Принимают равным 0,6 при сухой и 0,7 - при влажной пылеуборке (ручной). При механизированной вакуумной пылеуборке для ровного пола принимают равным 0,9; для пола с выбоинами (до 5% площади) - 0,7;

- масса пыли, оседающей на труднодоступных для уборки поверхностях в помещении за период времени между генеральными уборками, кг;

- масса пыли, оседающей на доступных для уборки поверхностях в помещении за период времени между текущими уборками, кг.

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.).

А.3.6 Масса пыли (1; 2), оседающей на различных поверхностях в помещении за межуборочный период, определяется по формуле

, , (А.30)

где - масса пыли, выделяющаяся в объем помещения за период времени между генеральными пылеуборками, кг;

- масса пыли, выделяемая единицей пылящего оборудования за указанный период, кг;

- масса пыли, выделяющаяся в объем помещения за период времени между текущими пылеуборками, кг;

- масса пыли, выделяемая единицей пылящего оборудования за указанный период, кг;

- доля выделяющейся в объем помещения пыли, которая удаляется вытяжными вентиляционными системами. При отсутствии экспериментальных данных о величине полагают 0;

, - доли выделяющейся в объем помещения пыли, оседающей соответственно на труднодоступных и доступных для уборки поверхностях помещения .

При отсутствии сведений о коэффициентах и допускается принимать 1, 0.

А.3.7 (1; 2) могут быть также определены экспериментально (или по аналогии с действующими образцами производств) в период максимальной загрузки оборудования по формуле

, , (А.31)

где , - интенсивность пылеотложений соответственно на труднодоступных (м) и доступных (м) площадях, кг·м·с;

, - промежуток времени соответственно между генеральными и текущими пылеуборками, с.

А.3.8 В таблице А.4 приведены типичные предельно допустимые значения избыточного давления с точки зрения повреждения зданий.

Таблица А.4 - Типичные предельно допустимые значения избыточного давления с точки зрения повреждения зданий

А.4 Определение избыточного давления для смесей, содержащих горючие газы (пары) и пыли

Расчетное избыточное давление для гибридных смесей, содержащих горючие газы (пары) и пыли, определяется по формуле

, (А.32)

где - избыточное давление, вычисленное для горючего газа (пара) в соответствии с А.2.1 и А.2.2;

- избыточное давление, вычисленное для горючей пыли в соответствии с А.3.1.

А.5 Определение избыточного давления для веществ и материалов, способных сгорать при взаимодействии с водой, кислородом воздуха или друг с другом с образованием волн давления

Расчетное избыточное давление для веществ и материалов, способных сгорать при взаимодействии с водой, кислородом воздуха или друг с другом, определяют по А.2.2, полагая 1 и принимая в качестве энергию, выделяющуюся при их взаимодействии (с учетом сгорания продуктов взаимодействия до конечных соединений) или экспериментально в натурных испытаниях. В случае, когда определить величину не представляется возможным, следует принимать ее превышающей 5 кПа.