ГОСТ 12.1.004-91 - Пожарная безопасность. Общие требования
2.4. Вероятность (Qн.з) в общем виде рассчитывается по формуле
(152)
где Р — вероятность загрубления защиты (устанавливается обследованием или принимается как среднестатистическое значение, имеющее место на объектах, где преимущественно используется изделие);
lэ — эксплуатационная интенсивность отказов аппаратов защиты, 1/ч;
lр — рабочая (аппаратная) интенсивность отказов защиты (определяется no теории надежности технических систем), 1/ч;
lз — интенсивность отказов загрубленной защиты, 1/ч;
t — текущее время работы, ч.
Для аппаратов защиты, находящихся в эксплуатации более 1,5—2 лет, для расчета (Qн.з) может быть использовано упрощенное выражение:
(153)
2.5. Характерный пожароопасный режим изделия определяется значением электротехнического параметра, при котором возможно появление признаков его загорания. Например, характерный пожароопасный режим — короткое замыкание (КЗ); характерный электротехнический параметр этого режима — значение тока КЗ. Зажигание изделия возможно только в определенном диапазоне токов КЗ. В общем виде:
(154)
где Nп, Nэ — соответственно диапазоны пожароопасных и возможных в эксплуатации значений характерного электротехнического параметра.
В случае использования для оценки зажигательной способности электротехнических факторов их энергетических характеристик — энергии, мощности, плотности теплового потока, температуры и т. п. определяется вероятность того, как часто или как долго значение соответствующего энергетического параметра за определенный промежуток времени (например в течение года) будет превышать его минимальное пожароопасное значение. Нахождение минимальных пожароопасных значений производится в ходе выполнения экспериментальных исследований при определении Qв.
2.6. Вероятность Qв положительного исхода опыта (воспламенения, появления дыма или достижения критической температуры) определяется после проведения лабораторных испытаний в условиях равенства Qп.р = Qн.з = Qп.з = l;
(155)
где m — число опытов с положительным исходам;
п — число опытов.
В случае m³0,76 (п—1), принимают Q в= l.
При использовании в качестве критерия положительного исхода опыта достижение горючим материалом критической температуры Qв определяется из формулы
(156)
где Qi — безразмерный параметр, значение которого выбирается по табличным данным, в зависимости от безразмерного параметра a в распределении Стьюдента.
(157)
где Тк — критическая температура нагрева горючего материала, К;
Тср — среднее арифметическое значение температур в испытаниях в наиболее нагретом месте изделия, К;
s — среднее квадратическое отклонение.
В качестве критической температуры, в зависимости от вида изделия, условий его эксплуатации и возможных источников зажигания может быть принята температура, составляющая в 80% температуры воспламенения изоляционного (конструкторского) материала.
2.7. Допускается при определении Qв заменять создание характерного пожароопасного режима на использование стандартизованного эквивалентного по тепловому воздействию источника зажигания, т. е. с эквивалентными параметрами, характеризующими воспламеняющую способность (мощность, площадь, периодичность и время воздействия).
ПРИЛОЖЕНИЕ 6
Справочное
ПРИМЕРЫ РАСЧЕТА
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 20х12 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 11×105 до 275×105 Па. Диаметр трубопроводов с этиленом равен 150 мм, температура этилена достигает 130 оC. Здание имеет молниезащиту типа Б.
Нижний концетрационный предел воспламенения этилена (Сн.к.п.в 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 разряжение, обуславливающее подсос воздуха через сальниковые уплотнения. Для отклонения 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 компрессор составит значение
Таким образом, вероятность появления в цилиндре компрессора достаточного количества окислителя в соответствии с формулой (44) приложения 3 равна
Откуда вероятность образования горючей среды в цилиндре компреcсора соответствии с формулой (40) 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 формулами (42 и 47) приложения 3 равна
Оценим энергию искр, возникающих при разрушении деталей поршневой группы компрессора. Зная, что скорость движения этих деталей составляет 20 м×c-1, а их масса равна 10 кг и более, найдем энергию соударения (Е), Дж, по формуле
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:
Тогда вероятность появления в цилиндре компрессора источника зажигания в соответствии с формулой (46) 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. Рассчитаем время образования взрывоопасной концентрации в локальном облаке, занимающем 5% объема цеха.
Режим истечения этилена из трубопровода при разгерметизации фланцевых соединений вычисляют из выражения
где Ратм — атмосферное давление, Па;
Pраб — рабочее давление в трубопроводах с этиленом, Па;
vкр — 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
Расход этилена — g через такое отверстие будет равен
Тогда время образования локального взрывоопасного облака, занимающего 5% 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, время образования этого облака и время его существования после устранения утечки этилена будет равно:
Время истечения этилена при имевших место авариях за анализируемый период времени было равно 4,5, 5 и 5,5 мин. Тогда общее время существования взрывоопасного облака, занимающего 5% объема помещения и представляющего опасность при взрыве для целостности строительных конструкций и жизни людей с учетом работы аварийной вентиляции будет равно
Откуда вероятность появления в объеме помещения, достаточного для образования горючей смеси количества этилена, равна
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 пять 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 °С, 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 воспламенения 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 с×год-1, поэтому п = 6 км-2×год-1. Отсюда, в соответствии с формулой (5) 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 формуле (52) 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-1 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 значение
.
Вероятность того, что в компрессорной возникнет пожар или взрыв, равна:
1.3. Заключение
Вероятность возникновения в компрессорной взрыва равна 2,7×10-7 в год, что соответствует одному взрыву в год в 3703704 аналогичных зданиях, а вероятность возникновения в нем или взрыва, или пожара равна 1,9×10-4 в год, т. е. один пожар или взрыв в год в 5263 аналогичных помещениях.
2. Рассчитать вероятность возникновения пожара в резервуаре РВС-20000 НПС “торголи”
Полезная информация:
(152)где Р — вероятность загрубления защиты (устанавливается обследованием или принимается как среднестатистическое значение, имеющее место на объектах, где преимущественно используется изделие);
lэ — эксплуатационная интенсивность отказов аппаратов защиты, 1/ч;
lр — рабочая (аппаратная) интенсивность отказов защиты (определяется no теории надежности технических систем), 1/ч;
lз — интенсивность отказов загрубленной защиты, 1/ч;
t — текущее время работы, ч.
Для аппаратов защиты, находящихся в эксплуатации более 1,5—2 лет, для расчета (Qн.з) может быть использовано упрощенное выражение:
(153)2.5. Характерный пожароопасный режим изделия определяется значением электротехнического параметра, при котором возможно появление признаков его загорания. Например, характерный пожароопасный режим — короткое замыкание (КЗ); характерный электротехнический параметр этого режима — значение тока КЗ. Зажигание изделия возможно только в определенном диапазоне токов КЗ. В общем виде:
(154)где Nп, Nэ — соответственно диапазоны пожароопасных и возможных в эксплуатации значений характерного электротехнического параметра.
В случае использования для оценки зажигательной способности электротехнических факторов их энергетических характеристик — энергии, мощности, плотности теплового потока, температуры и т. п. определяется вероятность того, как часто или как долго значение соответствующего энергетического параметра за определенный промежуток времени (например в течение года) будет превышать его минимальное пожароопасное значение. Нахождение минимальных пожароопасных значений производится в ходе выполнения экспериментальных исследований при определении Qв.
2.6. Вероятность Qв положительного исхода опыта (воспламенения, появления дыма или достижения критической температуры) определяется после проведения лабораторных испытаний в условиях равенства Qп.р = Qн.з = Qп.з = l;
(155)где m — число опытов с положительным исходам;
п — число опытов.
В случае m³0,76 (п—1), принимают Q в= l.
При использовании в качестве критерия положительного исхода опыта достижение горючим материалом критической температуры Qв определяется из формулы
(156)где Qi — безразмерный параметр, значение которого выбирается по табличным данным, в зависимости от безразмерного параметра a в распределении Стьюдента.
(157)где Тк — критическая температура нагрева горючего материала, К;
Тср — среднее арифметическое значение температур в испытаниях в наиболее нагретом месте изделия, К;
s — среднее квадратическое отклонение.
В качестве критической температуры, в зависимости от вида изделия, условий его эксплуатации и возможных источников зажигания может быть принята температура, составляющая в 80% температуры воспламенения изоляционного (конструкторского) материала.
2.7. Допускается при определении Qв заменять создание характерного пожароопасного режима на использование стандартизованного эквивалентного по тепловому воздействию источника зажигания, т. е. с эквивалентными параметрами, характеризующими воспламеняющую способность (мощность, площадь, периодичность и время воздействия).
ПРИЛОЖЕНИЕ 6
Справочное
ПРИМЕРЫ РАСЧЕТА
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 20х12 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 11×105 до 275×105 Па. Диаметр трубопроводов с этиленом равен 150 мм, температура этилена достигает 130 оC. Здание имеет молниезащиту типа Б.
Нижний концетрационный предел воспламенения этилена (Сн.к.п.в 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 разряжение, обуславливающее подсос воздуха через сальниковые уплотнения. Для отклонения 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 компрессор составит значение
Таким образом, вероятность появления в цилиндре компрессора достаточного количества окислителя в соответствии с формулой (44) приложения 3 равна
Откуда вероятность образования горючей среды в цилиндре компреcсора соответствии с формулой (40) 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 формулами (42 и 47) приложения 3 равна
Оценим энергию искр, возникающих при разрушении деталей поршневой группы компрессора. Зная, что скорость движения этих деталей составляет 20 м×c-1, а их масса равна 10 кг и более, найдем энергию соударения (Е), Дж, по формуле
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:
Тогда вероятность появления в цилиндре компрессора источника зажигания в соответствии с формулой (46) 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. Рассчитаем время образования взрывоопасной концентрации в локальном облаке, занимающем 5% объема цеха.
Режим истечения этилена из трубопровода при разгерметизации фланцевых соединений вычисляют из выражения
где Ратм — атмосферное давление, Па;
Pраб — рабочее давление в трубопроводах с этиленом, Па;
vкр — 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
Расход этилена — g через такое отверстие будет равен
Тогда время образования локального взрывоопасного облака, занимающего 5% 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, время образования этого облака и время его существования после устранения утечки этилена будет равно:
Время истечения этилена при имевших место авариях за анализируемый период времени было равно 4,5, 5 и 5,5 мин. Тогда общее время существования взрывоопасного облака, занимающего 5% объема помещения и представляющего опасность при взрыве для целостности строительных конструкций и жизни людей с учетом работы аварийной вентиляции будет равно
Откуда вероятность появления в объеме помещения, достаточного для образования горючей смеси количества этилена, равна
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 пять 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 °С, 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 воспламенения 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 с×год-1, поэтому п = 6 км-2×год-1. Отсюда, в соответствии с формулой (5) 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 формуле (52) 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-1 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 значение
.Вероятность того, что в компрессорной возникнет пожар или взрыв, равна:
1.3. Заключение
Вероятность возникновения в компрессорной взрыва равна 2,7×10-7 в год, что соответствует одному взрыву в год в 3703704 аналогичных зданиях, а вероятность возникновения в нем или взрыва, или пожара равна 1,9×10-4 в год, т. е. один пожар или взрыв в год в 5263 аналогичных помещениях.
2. Рассчитать вероятность возникновения пожара в резервуаре РВС-20000 НПС “торголи”
Полезная информация: