4.5 Расчёт категории помещений, зданий и наружных установок по взрывопожарной и пожарной опасности

4.5.1 Расчёт категории помещений по взрывопожарной и пожарной опасности

Исходя из характеристик применяемых веществ, категория каждого помещения определяется путём последовательной проверки принадлежности помещения от высшей (А) к низшей (Д), в зависимости от величины избыточного давления взрыва и удельной пожарной нагрузки в помещениях (п.3.2 [1]).При расчете значений критериев взрывопожарной опасности в качестве расчетного выбирается наиболее неблагоприятный вариант аварии, при котором во взрыве участвует наибольшее количество вещества, наиболее опасного в отношении последствий взрыва (п.4.1[1]).Расчет производим согласно методике изложенной в [1].

4.5.1.1Расчёт категории помещения 1 по взрывопожарной и пожарной опасности

В помещении размещается сепаратор-отстойник. Объём сепаратора-отстойника составляет 2,0 м3. В результате авариииз подводящей линии происходит выброс находящейся в аппарате смеси бензола и воды в объём помещения, а из отводящей линии - выброс бензола.

Свободный объем помещения определяем по следующей формуле:

(4.5.1)

где S ? площадь помещения, м2;

h ? высота помещения, м;

- объем оборудования, м3.

Определяем плотность паров бензола при расчётной температуре по формуле (2)[1]:

(4.5.2)

где - молярная масса, кг?кмоль;

- молярный объем,;

- расчетная температура для города Минска, 0С.

Определяем стехиометрический коэффициент кислорода в реакции сгорания поформуле (3)[1]:

(4.5.3)

где nс, nн, nо, nх- число атомов С, Н, О и галоидов в молекуле вещества.

Определяем стехиометрическую концентрацию паров бензола по формуле (3)[1]:

%. (4.5.4)

Определяем объем жидкости, вышедшей из аппарата по формуле (9)[1]:

(4.5.5)

где V - объем аппарата, м3;

- степень заполнения аппарата.

Определяем объем жидкости, вышедшей из трубопровода до его отключения по формуле (11) [1]:

(4.5.6)

где q - расход подводящей линии, ;

Т - расчётное время при ручном отключении (п.4.2.3 [1]), с.

Определяем объем смеси воды и бензола, вышедшей из трубопровода после его отключения по формуле (12) [1]:

(4.5.7)

где r - внутренний радиус трубопроводов, м;

L - длина трубопроводов от аварийного аппарата до задвижек, м.

Определяем объем жидкости, вышедшей из трубопровода по формуле (10) [1]:

(4.5.8)

Определяем массу жидкости, поступившей в окружающее пространство при расчетной аварии, по формуле (8) [1]:

(4.5.9)

где щ- доля ЛВЖ в объёме аппарата;

сж - плотность бензола [2], кг?м3.

Давление насыщенных паров определяем по следующей формуле:

 (4.5.10)

где А,В,СА- значение констант уравнения Антуана.

Определяем интенсивность испарения по формуле (14)[1]:

(4.5.11)

где  - коэффициентв зависимости от скорости и температуры воздушного потока над поверхностью испарения (таблица 3 [1]).

Площадь испарения с учетом ограничения розлива от площади помещения:

(4.5.12)

где Fпом - площадь помещения, м2;

- ограничение розлива от площади помещения, %.

Находим время испарения:

(4.5.13)

Так как время испарения больше чем 3600с, то согласно п.4.2.6 [1] принимаем значение Т=3600с.

Определяем массу паров жидкости, поступивших в помещение, по формуле (13) [1]:

(4.5.14)

Избыточное давление взрыва определяем по формуле (1) [1]:

(4.5.15)

где Pmax- максимальное давление взрыва стехиометрической паровоздушной смеси в замкнутом объеме [2];

P0- начальное давление;

Z ?коэффициент участия горючего во взрыве (таблица 2 [1]);

Кн - коэффициент, учитывающий негерметичность помещения и неадиабатичность процесса горения[1].

Вывод: так как расчётное давление взрыва в помещении более 5 кПа и в помещении обращаются легковоспламеняющиеся жидкости с температурой вспышки не более 28оС - помещение 1 относится к категории А по взрывопожарной и пожарной опасности (п.3.2 [1]).

4.5.1.2Расчёт категории помещения 2 по взрывопожарной и пожарной опасности

В помещении размещается насос растворителя и подогреватель. Объём насоса растворителя составляет 0,002 м3, объём подогревателя - 0,05 м3. Исходя из этого, принимаем, что в помещении происходит полное разрушение подогревателя, так как данный технологический аппарат представляет большую опасность в отношении последствий взрыва. В результате аварии из подводящей и отводящей линий происходит выброс находящейся в аппарате паровоздушной смеси в объём помещения.

Свободный объем помещения определяем по следующей формуле:

 (4.5.16)

Определяем массу паров бензола, вышедшего из аппарата, по формуле:

(4.5.17)

где Р1 - давление в аппарате, кПа;

V - объем аппарата, м3;

k- концентрация бензола в ПВС, .

Определяем массу паров бензола, вышедшего из трубопровода до его отключения по формуле:

(4.5.18)

где q - расход подводящей линии, ;

Т - расчётное время при ручном отключении (п.4.2.3 [1]), с.

Определяем массупаров бензола, вышедшего из трубопровода после его отключения по формуле (12) [1]:

(4.5.19)

где Р2 - максимальное давление в трубопроводе по технологическому регламенту, кПа;

r - внутренний радиус трубопроводов, м;

L - длина трубопроводов от аварийного аппарата до задвижек, м.

Определяем массупаров бензола, вышедшего из трубопровода по формуле (10)[1]:

 (4.5.20)

Определяем массупаров бензола, поступившего в окружающее пространство при расчетной аварии, с учетом аварийной вентиляции, по формуле:

(4.5.21)

Избыточное давление взрыва определяем по формуле (1)[1]:

(4.5.22)

Вывод: так как расчётное давление взрыва в помещении более 5 кПа и в помещении обращаются легковоспламеняющиеся жидкости с температурой вспышки не более 28оС -помещение 2 относится к категории Апо взрывопожарной и пожарной опасности (п.3.2 [1]).

4.5.1 3Расчёт категории помещения 3 по взрывопожарной и пожарной опасности

В помещении размещается вентилятор центробежный и конденсатор кожухотрубчатый. Объём вентилятора составляет 0,013 м3, объём конденсатора кожухотрубчатого - 0,058 м3. Исходя из этого, принимаем, что в помещении происходит полное разрушение конденсатора кожухотрубчатого, так как данный технологический аппарат представляет большую опасность в отношении последствий взрыва. В результате авариииз подводящей линии происходит выброс находящейся в аппарате смеси водяного пара и паров бензола в объём помещения, а из отводящей линии - смесь бензола и воды.

Свободный объем помещения определяем по следующей формуле:

(4.5.23)

Определяем объем газа, вышедшего из аппарата по формуле (9)[1]:

(4.5.24)

где Р1 - давление в аппарате, кПа;

V - объем аппарата, м3.

Определяем объем газа, вышедшего из трубопровода до его отключения по формуле (11) [1]:

(4.5.25)

где q1 - расход подводящей линии, ;

Т - расчётное время при ручном отключении (п.4.2.3 [1]), с.

Определяем объем газа, вышедшего из трубопровода после его отключения по формуле (12) [1]:

(4.5.26)

где Р2 - максимальное давление в трубопроводе по технологическому регламенту, кПа;

r - внутренний радиус трубопроводов, м;

L - длина трубопроводов от аварийного аппарата до задвижек, м.

Определяем объем газа, вышедшего из трубопровода по формуле (10)[1]:

 (4.5.27)

Определяем массу паров бензола, поступивших в окружающее пространство при расчетной аварии, по формуле (8)[1]:

(4.5.28)

где k-концентрация бензола в ПВС, .

Определяем объем жидкости, вышедшей из трубопровода до его отключения по формуле (11) [1]:

(4.5.29)

где q2 - расход отводящей линии, ;

Определяем объем жидкости, вышедшей из трубопровода после его отключения по формуле (12) [1]:

(4.5.30)

Определяем массу бензола, поступившего в окружающее пространство при расчетной аварии, по формуле (8)[1]:

(4.5.31)

Площадь испарения с учетом ограничения розлива от площади помещения:

 (4.5.32)

где Fпом - площадь помещения, м2;

- ограничение розлива от площади помещения, %.

Находим время испарения:

(4.5.33)

Так как время испарения больше чем 3600с, то согласно п.4.2.6 [1] принимаем значение Т=3600с.

Определяем массу паров жидкости, поступивших в помещение, по формуле (13) [1]:

(4.5.34)

Суммарная масса бензола, поступившего в помещение, с учетом аварийной вентиляции, составит:

(4.5.35)

Избыточное давление взрыва составит:

(4.5.36)

Вывод: так как расчётное давление взрыва в помещении более 5 кПа и в помещении обращаются легковоспламеняющиеся жидкости с температурой вспышки не более 28оС - помещение3 относится к категории Апо взрывопожарной и пожарной опасности (п.3.2 [1]).

4.5.1.4 Расчёт категории помещения 4 по взрывопожарной и пожарной опасности

В помещении размещаются угольные адсорберы. Принимаем, что в помещении происходит полное разрушение адсорбера и в результате аварии происходит выброс находящейся в аппарате паровоздушной смеси. По условию масса паров бензола, выходящих при аварии, составляет 560 кг.

Свободный объем помещения определяем по следующей формуле:

(4.5.37)

Избыточное давление взрыва составит:

(4.5.38)

Вывод: так как расчётное давление взрыва в помещении более 5 кПа и впомещении обращаются легковоспламеняющиеся жидкости с температурой вспышки не более 28оС -помещение4 относится к категории Апо взрывопожарной и пожарной опасности (п.3.2 [1]).

Результаты расчёта категории помещений по взрывопожарной и пожарной опасности приведены в таблице 4.5.1.

Таблица 4.5.1 -Категории помещений по взрывопожарной и пожарной опасности

4.5.2 Расчёт категории здания по взрывопожарной и пожарной опасности

Результаты расчёта категории здания по взрывопожарной и пожарной опасности приведены в таблице 4.5.2.

Таблица 4.5.2 - Категория здания по взрывопожарной и пожарной опасности

Так как суммарная площадь помещений категорииА в здании превышает 5% суммарной площади всех размещенных в нем помещений и превышает 200 м2, то здание относится к категории А по взрывопожарной и пожарной опасности.

4.5.3 Расчёт категориинаружной установки по взрывопожарной и пожарной опасности

Определение категории наружной установки осуществляем путём последовательной проверки принадлежности от высшей (Ан) к низшей (Дн) категории (п.3.2 [1]). При расчете значений критериев взрывопожарной опасности в качестве расчетного выбирается наиболее неблагоприятный вариант аварии, при котором во взрыве участвует наибольшее количество вещества, наиболее опасного в отношении последствий взрыва(п.4.1 [1]).

Происходит авария ёмкости для ЛВЖ, объёмом 58 м3. В результате авариииз ёмкости происходит выброс находящегося в аппарате бензола в окружающую среду.

Объем вышедшего бензола при аварии составит:

(4.5.39)

Площадь испарения жидкости согласно п.12.1.3.4 [1] определяется исходя из условия, что 1 л бензола разливается на площадь 0,15 м2 поверхности.

Определяем площадь испарения:

(4.5.40)

Так как площадь обвалования меньше расчётной площади испарения, то расчёт производим по площади обвалования:

Определяем массу паров жидкости, участвующих во взрыве, по формуле
(13) [1]:

(4.5.41)

Определяем приведенную массу паров жидкости по формуле (41)[1]:

 (4.5.42)

где Qсг - удельная теплота сгорания бензола [2],

Q0 - константа стр.28 [2],

Z - коэффициент участия паров жидкости в горении.

Определяем расстояние от геометрического центра технологической установки по следующей формуле:

(4.5.43)

Определяемвеличину избыточного давления по формуле (40)[1]:

(4.5.44)

Вывод:так как расчётное избыточное давление взрыва при сгорании паровоздушной смеси на расстоянии 30 м от наружной установкипревышает 5 кПа и в нейприсутствуют легковоспламеняющиеся жидкости с температурой вспышки не более 28оС, наружная установка относится к категории Анпо взрывопожарной и пожарной опасности (п.11.2 [1]).

4.6 Исследование возможных причин распространения пожара

Основными путями распространения пожара будут технологические коммуникации, транспортирующие паровоздушные смеси, по поверхности разлившегося бензола, дверные и оконные проемы, взрыв паровоздушной смеси, отверстия и зазоры в строительных конструкциях; сгораемая оболочка осветительных сетей, системы канализации.

В помещении 1 при аварии сепаратора-отстойника выделяется 8,3 м3 ЛВЖ (согласно расчета, приведенного в разделе 4.5.1.1), площадь растекания которой, исходя из условия, что 1 л бензола разливается на площадь 1 м2 поверхности (п.12.1.3.4 [1]),составит:

(4.9)

Так как площадь ограничения розлива меньше расчётной площади на которую может произойти розлив, то площадь растекания ЛВЖ составит:

(4.10)

где Sпом - площадь помещения, м2;

- ограничение розлива от площади помещения, %.

В помещении 3 при разрушении конденсатора кожухотрубчатого выделяется 4,524 м3 ЛВЖ (согласно расчета, приведенного в разделе 4.5.1.4), площадь растекания которой, исходя из условия, что 1 л бензола разливается на площадь 1 м2 поверхности (п.12.1.3.4 [1]), составит:

(4.11)

Так как площадь ограничения розлива меньше расчётной площади на которую может произойти розлив, то площадь растекания ЛВЖ составит:

(4.12)

При аварии на наружной установке объем, вышедшего бензола, составляет 56,74 м3(согласно расчета, приведенного в разделе 4.5.3). Площадь розлива жидкости согласно п.12.1.3.4 [1] определяется исходя из условия, что 1 л бензола разливается на площадь 0,15 м2 поверхности.

Определяем площадь розлива:

(4.13)

Так как площадь обвалования меньше расчётной площади розлива, то площадь растекания бензола составит:

Защита дыхательной линии присутствует только в емкости для ЛВЖ. Определим диаметр гранул гравийного огнепреградителя, установленного на дыхательной линии сепаратора-отстойника.

Составим уравнение реакции горения:

С6Н6 + 7,5(О2 + 3,76N2) = 6СО2 + 3Н2О + 7,5 • 3,76 N2 + Q

Объемная доля горючего в стехиометрической концентрации составит:

 (4.14)

где ni - число атомов i-го элемента в молекуле вещества.

Коэффициент теплопроводности смеси:

(4.15)

где лг и лв - соответственно коэффициент теплопроводности горючего вещества и воздуха[8], Вт?м•К.

Удельная теплоемкость горючей смеси:

(4.16)

где Ср.г и Ср.в - соответственно удельная теплоёмкость горючего вещества и воздуха [4], Дж?кг•К.

Газовая постоянная смеси составит:

(4.17)

где Мг и Мв - соответственно молярная масса горючего вещества и воздуха, кг?кмоль.

Критический диаметр огнепреградителя составит:

(4.18)

где Тр - температура исходной смеси, К;

Uн - нормальная скорость распространения пламени, м/с;

Рр - давление исходной смеси, Па.

Для надежности гашения уменьшим диаметр:

(4.20)

где Кн ? коэффициент безопасности.

Диаметр гранул составит:

(4.21)

Мероприятиями по предотвращению распространения пожара являются:

?содержать системы аварийного слива в исправном состоянии, а аварийные емкости постоянно свободными (п.37 [2]);

? задвижки и другие запорные устройства на трубопроводах содержать в исправном состоянии и обеспечивать возможность надежного и быстрого прекращения поступления продукта в отдельные участки трубопроводов. Предусмотреть свободный и удобный доступ к задвижкам (п.63 [2]);

? в полах помещений предусмотреть канавки для стока жидкости или уклон к приямку производственной канализации через гидрозатворы, огнепреградители (п.95 [2]);

? снабдить исправными огнепреградителями линии паровоздушной смеси адсорбционной установки (п.183 [2]);

? слив воды (негорючей жидкости) из аппаратов производить в закрытую систему дренирования. При этом должен осуществляться контроль за наличием в отходящей воде растворенных горючих паров (п.187 [2]);

? на площадках внутри обвалований не допускать складирование горючих материалов (п.247 [2]);

?во избежание распространения огня во время пожара сеть промышленной канализации обеспечить исправными гидравлическими затворами (п.346 [2]);

? в производственных зданиях не снимать предусмотренные проектом двери вестибюлей, коридоров, тамбуров, лестничных клеток и помещений (п.363 [2]);

? устройства проходов кабелей или трубопроводов сквозь стены, перекрытия и переходы через температурные и усадочные швы содержать в исправном состоянии и обеспечивать надежную защиту от распространения огня в смежные помещения (п.4.1.8 [3]);

? не прокладывать электропровода и кабели непосредственно внутри сгораемых конструкций и под сгораемыми отделочными материалами (п.4.1.20 [3]);

? не устанавливать какие-либо приспособления, препятствующие нормальному закрыванию противопожарных или противодымных дверей (устройств) (п.8.1.1 [3]);

? в местах пересечения противопожарных стен, перегородок, перекрытий и ограждающих конструкций различными инженерными и технологическими коммуникациями образовавшиеся отверстия и зазоры должны быть заполнить на всю толщину строительным раствором или другими негорючими материалами, обеспечивающими требуемый предел огнестойкости (п.8.1.2 [3]).