|
Определение категорий наружныхустановок по пожарной опасности
НПБ 107-97 Разработаны Главным управлениемГосударственной противопожарной службы (ГУГПС)и Всероссийским научно-исследовательскиминститутом противопожарной обороны (ВНИИПО)МВД России. Внесены и подготовлены к утверждениюнормативно-техническим отделом ГУГПС МВДРоссии. Утверждены главным государственныминспектором Российской Федерации попожарному надзору. Введены в действие приказом ГУГПС МВДРоссии от 17.02.1997 г. № 8. Дата введения в действие 1.05.1997 г. Вводятся впервые. Настоящие нормы устанавливают методикуопределения категорий наружных установокпроизводственного и складского назначения*по пожарной опасности. Наружная установка - комплекс аппаратов итехнологического оборудования,расположенных вне зданий, с несущими иобслуживающими конструкциями. Настоящие нормы не распространяются нанаружные установки для производства ихранения взрывчатых веществ, средствинициирования взрывчатых веществ, наружныеустановки, проектируемые по специальнымнормам и правилам, утвержденным вустановленном порядке, а также на оценкууровня взрывоопасности наружных установок. Требования норм должны учитываться впроектах на строительство, расширение,реконструкцию и техническоеперевооружение, при измененияхтехнологических процессов и приэксплуатации наружных установок. Наряду снастоящими нормами следует такжеруководствоваться положениямиВедомственных норм технологическогопроектирования и специальных перечней,касающихся категорирования наружныхустановок, согласованных и утвержденных вустановленном порядке. Термины и их определения приняты всоответствии с ГОСТ 12.1.033-81 и ГОСТ 12.1.044-89. I. Общие положения1.1. По пожарной опасности наружныеустановки подразделяются на категории Ан,Бн, Вн, Гн и Дн. 1.2. Категории пожарной опасности наружныхустановок определяются, исходя из виданаходящихся в наружных установках горючихвеществ и материалов, их количества ипожароопасных свойств, особенностейтехнологических процессов. 1.3. Определение пожароопасных свойстввеществ и материалов производится наосновании результатов испытаний илирасчетов по стандартным методикам с учетомпараметров состояния (давление,температура и т. д.). Допускается использование справочныхданных, опубликованных головными научно-исследовательскимиорганизациями в области пожарнойбезопасности или выданных Государственнойслужбой стандартных справочных данных. Допускается использование показателейпожароопасности для смесей веществ иматериалов по наиболее опасному компоненту. 2. Категории наружных установок попожарной опасности2.1. Категории наружных установок попожарной опасности принимаются всоответствии с табл. 1. 2.2. Определение категорий наружныхустановок следует осуществлять путемпоследовательной проверки ихпринадлежности к категориям, приведенным втабл.1, от высшей (Ан) к низшей (Дн). 2.3. В случае если из-за отсутствия данныхпредставляется невозможным оценитьвеличину индивидуального риска,допускается использование вместо нееследующих критериев. Таблица 1
Для категорий Ан и Бн: - горизонтальный размер зоны,ограничивающей газопаровоздушные смеси сконцентрацией горючего выше нижнегоконцентрационного предела распространенияпламени (НКПР), превышает 30 м (данныйкритерий применяется только для горючихгазов и паров) и/или - расчетное избыточное давление присгорании газо-, паро- или пылевоздушнойсмеси на расстоянии 30 м от наружнойустановки превышает 5 кПа. Для категории Вн: - интенсивность теплового излучения оточага пожара веществ и/или материалов,указанных для категории Вн, нарасстоянии 30 м от наружной установкипревышает 4 кВт · м-2. 3. Методы расчета значений критериевпожарной опасности3.1. Методы расчета значений критериевпожарной опасности для горючих газов ипаровВыбор и обоснование расчетного варианта 3.1.1. Выбор расчетного варианта следуетосуществлять с учетом вероятностиреализации и последствий тех или иныхаварийных ситуаций. В качестве расчетногодля вычисления критериев пожарнойопасности для горючих газов и паров следуетпринимать вариант аварии, для которогопроизведение вероятности реализации этоговарианта Qw и расчетного избыточногодавления DР при сгорании газопаровоздушныхсмесей в случае реализации указанноговарианта максимально, то есть: G = Qw · Расчет величины G производится следующимобразом: a) рассматриваются различные вариантыаварии и определяются из статистическихданных или на основе ГОСТ 12.1.004-91вероятности аварий со сгораниемгазопаровоздушных смесей Qwi для этихвариантов; б) для каждого из рассматриваемыхвариантов определяются по изложенной нижеметодике значения расчетного избыточногодавления D Рi; в) вычисляются величины Gi = Qwi · г) в качестве расчетного для определениякритериев пожарной опасности принимаетсявариант, в котором величина Giмаксимальна. При этом количество горючихгазов и паров, вышедших в атмосферу,рассчитывается, исходя из рассматриваемогосценария аварии с учетом пп. 3.1.3-3.1.8. 3.1.2. При невозможности реализацииописанного выше метода в качестверасчетного следует выбирать наиболеенеблагоприятный вариант аварии или периоднормальной работы аппаратов, при котором вобразовании горючих газопаровоздушныхсмесей участвует наибольшее количествогазов и паров, наиболее опасных в отношениипоследствий сгорания этих смесей. В этомслучае количество газов и паров, вышедших ватмосферу, рассчитывается в соответствии спп. 3.1.3-3.1.8. 3.1.3. Количество поступивших веществ,которые могут образовывать горючиегазовоздушные или паровоздушные смеси,определяется, исходя из следующихпредпосылок: а) происходит расчетная авария одного изаппаратов согласно п. 3.1.1 или п. 3.1.2 (взависимости от того, какой из подходов копределению расчетного варианта авариипринят за основу); б) все содержимое аппарата поступает вокружающее пространство; в) происходит одновременно утечка веществиз трубопроводов, питающих аппарат попрямому и обратному потоку в течениевремени, необходимого для отключениятрубопроводов. Расчетное время отключения трубопроводовопределяется в каждом конкретном случае,исходя из реальной обстановки, и должнобыть минимальным с учетом паспортныхданных на запорные устройства, характератехнологического процесса и вида расчетнойаварии. Расчетное время отключения трубопроводовследует принимать равным: - времени срабатывания систем автоматикиотключения трубопроводов cогласнопаспортным данным установки, есливероятность отказа системы автоматики непревышает 0,000001 в год или обеспеченорезервирование ее элементов (но не более 120с); - 120 с, если вероятность отказа системыавтоматики превышает 0,000001 в год и необеспечено резервирование ее элементов; - 300 с при ручном отключении. Не допускается использование техническихсредств для отключения трубопроводов, длякоторых время отключения превышаетприведенные выше значения. Под "временем срабатывания" и "временемотключения" следует понимать промежутоквремени от начала возможного поступлениягорючего вещества из трубопровода (перфорация,разрыв, изменение номинального давления и т.п.) до полного прекращения поступления газаили жидкости в окружающее пространство.Быстродействующие клапаны-отсекателидолжны автоматически перекрывать подачугаза или жидкости при нарушенииэлектроснабжения. В исключительных случаях в установленномпорядке допускается превышениеприведенных выше значений времениотключения трубопроводов специальнымрешением соответствующих министерств иливедомств по согласованию сГосгортехнадзором РФ на подконтрольных емупроизводствах и предприятиях и ГУГПС МВДРоссии; г) происходит испарение с поверхностиразлившейся жидкости; площадь испаренияпри разливе на горизонтальную поверхностьопределяется (при отсутствии справочныхили иных экспериментальных данных), исходяиз расчета, что 1 л смесей и растворов,содержащих 70 % и менее (по массе)растворителей, разливается на площади 0,10 м2,а остальных жидкостей - на 0,15 м2; д) происходит также испарение жидкостейиз емкостей, эксплуатируемых с открытымзеркалом жидкости, и со свежеокрашенныхповерхностей; е) длительность испарения жидкостипринимается равной времени ее полногоиспарения, но не более 3600 с. 3.1.4. Масса газа m, кг, поступившего вокружающее пространство при расчетнойаварии, определяется по формуле
m = (Va + Vт) · r где Vа - объем газа, вышедшего изаппарата, м3; Vт - объем газа,вышедшего из трубопровода, м3; r При этом Va = 0,01 · P1 · V, (3.1.3) где Р1 - давление в аппарате, кПа; V -объем аппарата, м3; Vт = V1т + V2т, (3.1.4) где V1т - объем газа, вышедшего изтрубопровода до его отключения, м3; V2т- объем газа, вышедшего из трубопроводапосле его отключения, м3;
V1m = q· T, (3.1.5) где q - расход газа, определяемый всоответствии с технологическимрегламентом в зависимости от давления втрубопроводе, его диаметра, температурыгазовой среды и т. д., м3 ·
где Р2 - максимальное давление втрубопроводе по технологическомурегламенту, кПа; r - внутренний радиуструбопроводов, м; L - длина трубопроводов отаварийного аппарата до задвижек, м. 3.1.5. Масса паров жидкости m, кг, поступившихв окружающее пространство при наличиинескольких источников испарения (поверхностьразлитой жидкости, поверхность сосвеженанесенным составом, открытые емкостии т. п.), определяется из выражения m = mр + mемк + mсв.окр + mпер, (3.1.7) где mр - масса жидкости, испарившейсяс поверхности разлива, кг; mемк - массажидкости, испарившейся с поверхностейоткрытых емкостей, кг; mсв.окр - массажидкости, испарившейся с поверхностей, накоторые нанесен применяемый состав, кг; mпер- масса жидкости, испарившейся в окружающеепространство в случае ее перегрева, кг. При этом каждое из слагаемых (mр, mемк,mсв.окр) в формуле (3.1.7) определяют извыражения m = W · Fи где W - интенсивность испарения, кг · с-1 · Величину mпер определяют по формуле(при Та>Ткип)
где mп - масса вышедшей перегретойжидкости, кг; Ср - удельнаятеплоемкость жидкости при температуреперегрева жидкости Та, Дж · кг-1 · Если аварийная ситуация связана свозможным поступлением жидкости враспыленном состоянии, то она должна бытьучтена в формуле (3.1.7) введениемдополнительного слагаемого, учитывающегообщую массу поступившей жидкости отраспыляющих устройств, исходя изпродолжительности их работы. 3.1.6. Масса mп вышедшей жидкости, кг,определяется в соответствии с п. 3.1.3. 3.1.7. Интенсивность испарения Wопределяется по справочным иэкспериментальным данным. Для ненагретыхЛВЖ при отсутствии данных допускаетсярассчитывать W по формуле
где М - молярная масса, г · моль-1; Рн- давление насыщенного пара при расчетнойтемпературе жидкости, определяемое посправочным данным в соответствии стребованиями п. 1.3, кПа. 3.1.8. Для сжиженных углеводородных газов (СУГ)при отсутствии данных допускаетсярассчитывать удельную массу испарившегосяСУГ mсуг из пролива, кг · м-2, поформуле
где М - молярная масса СУГ, кг · моль-1;Lисп - мольная теплота испарения СУГпри начальной температуре СУГ Тж, Дж ·моль-1; То - начальнаятемпература материала, на поверхностькоторого разливается СУГ, К; Тж -начальная температура СУГ, К; l тв -коэффициент теплопроводности материала, наповерхность которого разливается СУГ, Вт ·м-1 · К-1; Формула (3.1.11) справедлива для СУГ стемпературой Тж Расчет горизонтальных размеров зон,ограничивающих газо- и паровоздушные смесис концентрацией горючего выше НКПР, приаварийном поступлении горючих газов ипаров ненагретых легковоспламеняющихсяжидкостей в открытое пространство 3.1.9. Горизонтальные размеры зоны, м,ограничивающие область концентраций,превышающих нижний концентрационныйпредел распространения пламени (Снкпр),вычисляют по формулам: - для горючих газов (ГГ):
- для паров ненагретыхлегковоспламеняющихся жидкостей (ЛВЖ):
где mг - масса поступивших в открытоепространство ГГ при аварийной ситуации, кг; r - плотность ГГ при расчетной температуре иатмосферном давлении, кг · м-3; mп- масса паров ЛВЖ, поступивших в открытоепространство за время полного испарения, ноне более 3600 с, кг; r 3.1.10. За начало отсчета горизонтальногоразмера зоны принимают внешние габаритныеразмеры аппаратов, установок,трубопроводов и т. п. Во всех случаяхзначение RНКПР должно быть не менее 0,3м для ГГ и ЛВЖ. Расчет избыточного давления и импульсаволны давления при сгорании смесей горючихгазов и паров с воздухом в открытомпространстве 3.1.11. Исходя из рассматриваемого сценарияаварии, определяется масса m, кг, горючихгазов и (или) паров, вышедших в атмосферу изтехнологического аппарата в соответствии спп. 3.1.3-3.1.8. 3.1.12. Величину избыточного давления DP, кПа, развиваемого при сгораниигазопаровоздушных смесей, определяют поформуле D P = P0 · где Р0 - атмосферное давление, кПа (допускаетсяпринимать равным 101 кПа); r - расстояние отгеометрического центра газопаровоздушногооблака, м; mпр - приведенная масса газаили пара, кг, вычисляется по формуле mпр = (Qcг/Qо) · m · Z, (3.1.15) где Qcг - удельная теплота сгораниягаза или пара, Дж · кг-1; 3.1.13. Величину импульса волны давления i, Па· с, вычисляют по формуле i = 123 · mпр 3.2. Метод расчета значений критериевпожарной опасности для горючих пылей3.2.1. В качестве расчетного варианта авариидля определения критериев пожарнойопасности для горючих пылей следуетвыбирать наиболее неблагоприятный вариантаварии или период нормальной работыаппаратов, при котором в горениипылевоздушной смеси участвует наибольшееколичество веществ или материалов,наиболее опасных в отношении последствийтакого горения. 3.2.2. Количество поступивших веществ,которые могут образовать горючиепылевоздушные смеси, определяется, исходяиз предпосылки о том, что в момент расчетнойаварии произошла плановая (ремонтныеработы) или внезапная разгерметизацияодного из технологических аппаратов, закоторой последовал аварийный выброс вокружающее пространство находившейся ваппарате пыли. 3.2.3. Расчетная масса пыли, поступившей вокружающее пространство при расчетнойаварии, определяется по формуле M = Мвз + Мав, (3.2.1) где M - расчетная масса поступившей вокружающее пространство горючей пыли, кг; Мвз- расчетная масса взвихрившейся пыли, кг; Мав- расчетная масса пыли, поступившей врезультате аварийной ситуации, кг. 3.2.4. Величина Мвз определяется поформуле Мвз = Кг · где Кг - доля горючей пыли в общеймассе отложений пыли; Квз - доляотложенной вблизи аппарата пыли, способнойперейти во взвешенное состояние врезультате аварийной ситуации. Вотсутствие экспериментальных данных овеличине Квз допускается принимать Квз= 0,9; Мп - масса отложившейся вблизиаппарата пыли к моменту аварии, кг. 3.2.5. Величина Мав определяется поформуле Мав = (Мап + q · Т) · Кп, (3.2.3) где Мап - масса горючей пыли,выбрасываемой в окружающее пространствопри разгерметизации технологическогоаппарата, кг; при отсутствии ограничивающихвыброс пыли инженерных устройств следуетполагать, что в момент расчетной авариипроисходит аварийный выброс в окружающеепространство всей находившейся в аппаратепыли; q - производительность, с которойпродолжается поступление пылевидныхвеществ в аварийный аппарат потрубопроводам до момента их отключения, кг· с-1; Т - расчетное время отключения, с,определяемое в каждом конкретном случае,исходя из реальной обстановки. Следуетпринимать равным времени срабатываниясистемы автоматики, если вероятность ееотказа не превышает 0,000001 в год илиобеспечено резервирование ее элементов (ноне более 120 с); 120 с, если вероятность отказасистемы автоматики превышает 0,000001 в год ине обеспечено резервирование ее элементов;300 с при ручном отключении; Кп -коэффициент пыления, представляющийотношение массы взвешенной в воздухе пылико всей массе пыли, поступившей из аппаратав помещение. В отсутствиеэкспериментальных данных о величине Кпдопускается принимать: 0,5 - для пылей сдисперсностью не менее 350 мкм; 1,0 - для пылейс дисперсностью менее 350 мкм. 3.2.6. Избыточное давление D Рдля горючих пылей рассчитывается следующимобразом: а) определяют приведенную массу горючейпыли mпр ,кг, по формуле mпр = М · Z · Hт /Нто, (3.2.4) где М - масса горючей пыли, поступившей врезультате аварии в окружающеепространство, кг; Z - коэффициент участияпыли в горении, значение которогодопускается принимать равным 0,1. Вотдельных обоснованных случаях величина Zможет быть снижена, но не менее чем до 0,02; Hт- теплота сгорания пыли, Дж · кг-1; Нто- константа, принимаемая равной 4,6 · 106Дж · кг-1; б) вычисляют расчетное избыточноедавление D Р, кПа, по формуле D Р = Р0 · где r - расстояние от центрапылевоздушного облака, м. Допускаетсяотсчитывать величину r от геометрическогоцентра технологической установки; Р0 -атмосферное давление, кПа. 3.2.7. Величину импульса волны давления i, Па· с, вычисляют по формуле i = 123mпр 3.3. Метод расчета интенсивности тепловогоизлучения3.3.1. Интенсивность теплового излучениярассчитывают для двух случаев пожара (илидля того из них, который может бытьреализован в данной технологическойустановке): - пожар проливов ЛВЖ, ГЖ или горениетвердых горючих материалов (включаягорение пыли); - "огненный шар" - крупномасштабноедиффузионное горение, реализуемое приразрыве резервуара с горючей жидкостью илигазом под давлением с воспламенениемсодержимого резервуара. Если возможна реализация обоих случаев,то при оценке значений критерия пожарнойопасности учитывается наибольшая из двухвеличин интенсивности теплового излучения. 3.3.2. Интенсивность теплового излучения q,кВт · м-2, для пожара пролива жидкостиили при горении твердых материаловвычисляют по формуле q = Ef · где Ef - среднеповерхностнаяплотность теплового излучения пламени, кВт· м-2; Fq - угловой коэффициентоблученности; t - коэффициент пропусканияатмосферы. Значение Ef принимается на основеимеющихся экспериментальных данных. Длянекоторых жидких углеводородных топливуказанные данные приведены в табл. 2. При отсутствии данных допускаетсяпринимать величину Еf равной: 100 кВт ·м-2 для СУГ, 40 кВт · м-2 длянефтепродуктов, 40 кВт · м-2 для твердыхматериалов. Таблица 2 Среднеповерхностная плотность тепловогоизлучения пламени в зависимости отдиаметра очага и удельная массоваяскорость выгорания для некоторых жидкихуглеводородных топлив
Рассчитывают эффективный диаметр проливаd, м, по формуле
где F - площадь пролива, м2. Вычисляют высоту пламени H, м, по формуле
где Определяют угловой коэффициентоблученности Fq по формулам:
где FV, FH - факторы облученностидля вертикальной и горизонтальной площадоксоответственно, определяемые с помощьювыражений:
A = (h2 + S2 + 1)/(2· S); (3.3.7) B = (1+S2)/(2· S); (3.3.8) S = 2r/d; (3.3.9) h = 2H/d, (3.3.10) где r - расстояние от геометрическогоцентра пролива до облучаемого объекта, м. Определяют коэффициент пропусканияатмосферы по формуле t = exp [-7,0 · 10-4· 3.3.3. Интенсивность теплового излучения q,кВт · м-2, для "огненного шара"вычисляют по формуле (3.3.1). Величину Еf определяют на основеимеющихся экспериментальных данных.Допускается принимать Еf равным 450 кВт· м-2. Значение Fq вычисляют по формуле
где H - высота центра "огненного шара",м; Ds - эффективный диаметр "огненногошара", м; r - расстояние от облучаемогообъекта до точки на поверхности землинепосредственно под центром "огненногошара", м. Эффективный диаметр "огненного шара"Ds определяют по формуле Ds = 5,33m0,327, (3.3.13) где m - масса горючего вещества, кг. Величину Н определяют в ходе специальныхисследований. Допускается приниматьвеличину Н равной Ds/2. Время существования "огненного шара"ts, c, определяют по формуле ts = 0,92 · m0,303. (3.3.14) Коэффициент пропускания атмосферы tрассчитывают по формуле:
4. Метод оценки индивидуального риска4.1. Настоящий метод применим для расчетавеличины индивидуального риска (далее потексту - риска) на наружных установках привозникновении таких поражающих факторов,как избыточное давление, развиваемое присгорании газо-, паро- или пылевоздушныхсмесей, и тепловое излучение при сгораниивеществ и материалов. 4.2. Величину индивидуального риска Rвпри сгорании газо-, паро- или пылевоздушныхсмесей рассчитывают по формуле
где Qвi - вероятность возникновения i-йаварии с горением газо-, паро- илипылевоздушной смеси на рассматриваемойнаружной установке, 1/год; Qвпi -условная вероятность поражения человека,находящегося на заданном расстоянии отнаружной установки, избыточным давлениемпри реализации указанной аварии i-го типа; n -количество типов рассматриваемых аварий. Значения Qвi определяют изстатистических данных или на основе ГОСТ12.1.004-91. В формуле (4.1) допускается учитыватьтолько одну наиболее неблагоприятнуюаварию, величина Qв для которойпринимается равной вероятностивозникновения пожара с горением газо-, паро-или пылевоздушных смесей на наружнойустановке по ГОСТ 12.1.004-91, а значение Qвпвычислять, исходя из массы горючих веществ,вышедших в атмосферу, в соответствии с пп.3.1.2-3.1.8. 4.3. Величину индивидуального риска Rппри возможном сгорании веществ иматериалов, указанных в табл.1 для категорииВн, рассчитывают по формуле
где Qfi - вероятность возникновенияпожара на рассматриваемой наружнойустановке в случае аварии i-го типа, 1/год; Qfпi- условная вероятность поражениячеловека, находящегося на заданномрасстоянии от наружной установки, тепловымизлучением при реализации аварии i-го типа; n- количество типов рассматриваемых аварий. Значения Qfi определяют изстатистических данных или на основе ГОСТ12.1.004-91. В формуле (4.2) допускается учитыватьтолько одну наиболее неблагоприятнуюаварию, величина Qf для которойпринимается равной вероятностивозникновения пожара на наружной установкепо ГОСТ 12.1.004-91, а значение Qfпвычислять, исходя из массы горючих веществ,вышедших в атмосферу, в соответствии с пп.3.1.2-3.1.8. 4.4. Условную вероятность Qвпiпоражения человека избыточным давлениемпри сгорании газо-, паро- или пылевоздушныхсмесей на расстоянии r от эпицентраопределяют следующим образом: - вычисляют избыточное давление DР и импульс i по методам, описанным вразделах 3.1 или 3.2; - исходя из значений D Р и i,вычисляют величину "пробит" - функции Рrпо формуле Рr = 5 - 0,26ln(V), (4.3) где где D Р - избыточноедавление, Па; i - импульс волны давления, Па ·с; - с помощью табл. 3 определяют условнуювероятность поражения человека. Например,при значении Pr = 2,95 значение Qвп = 2 % =0,02, а при Pr = 8,09 значение Qвп = 99,9 % =0,999. 4.5. Условную вероятность поражениячеловека тепловым излучением Qfпiопределяют следующим образом: а) рассчитывают величину Рr по формуле Pr = -14,9 + 2,56ln(t · q1,33), (4.5) где t - эффективное время экспозиции, с; q -интенсивность теплового излучения, кВт · м-2,определяемая в соответствии с разделом 3.3. Величину t находят: 1) для пожаров проливов ЛВЖ, ГЖ и твердыхматериалов t = tо + х/u, (4.6) где tо - характерное времяобнаружения пожара, с, (допускаетсяпринимать t = 5 с); х - расстояние от местарасположения человека до зоны, гдеинтенсивность теплового излучения непревышает 4 кВт · м-2, м; u - скоростьдвижения человека, м · с-1 (допускаетсяпринимать u = 5 м · с-1); 2) для воздействия "огненного шара" - всоответствии с разделом 3.3; б) с помощью табл. 3 определяют условнуювероятность Qпi поражения человекатепловым излучением. 4.6. Если для рассматриваемойтехнологической установки возможен какпожар пролива, так и "огненный шар", вформуле (4.2) должны быть учтены обауказанных выше типа аварии. Таблица 3Значения условной вероятности поражения человека в зависимости от величины Рr
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||