Определение и обоснование классов пожаровзрывоопасных зон

Конструктивно-планировочные особенности здания. Насосная станция расположена в одноэтажном прямоугольном здании 12х15 м (рис. 3.1). Наружные и внутренние стены – из обычного кирпича. Здание состоит из насосных залов светлых и темных нефтепродуктов, вентиляционных камер приточной вентиляции I и II, помещения щитовой и двух тамбуров. Все помещения изолированы друг от друга. Насосные залы имеют выходы наружу и в тамбуры, щитовая выход наружу, вентиляционные камеры – в тамбуры. Двери внутренние и наружные – типовые деревянные, горючие.

Вентиляция. Приточно-вытяжная с механическим побуждением вентиляция в насосном зале светлых нефтепродуктов обеспечивает двадцатикратный воздухообмен, а в насосном зале темных нефтепродуктов – восьмикратный.

Приточная вентиляция (венткамера I) снабжена центробежным вентилятором Ц9-57 № 4 с подачей воздуха 4120 м³/ч; а венткамера II – вентилятором Ц9-57 № 3 с подачей воздуха 1650 м³/ч. Приточная вентиляция обеспечивает подачу расчетного количества свежего воздуха в рабочую зону помещений.

Вытяжная вентиляция с механическим побуждением (состоит из центробежных вентиляторов Ц9-57 № 4 и вентиляторов Ц9-57 № 3, расположенных вне здания) обеспечивает удаление 70-80% расчетного объема воздуха из нижней зоны насосных залов.

Так как в насосном зале светлых нефтепродуктов в случае аварии возможно выделение взрывоопасных паров, предусмотрена установка резервного вентилятора сблокированного с рабочим вентилятором. Около 20-30% расчетного объема воздуха удаляется из верхней зоны насосных залов дефлекторами (два дефлектора установлены в насосном зале светлых нефтепродуктов и один – в зале темных нефтепродуктов).

Особенности технологического процесса; конструктивные особенности технологического оборудования. Насосная станция предназначена для слива светлых нефтепродуктов из трех четырехосных железнодорожных цистерн. Для одновременного слива из цистерн светлых нефтепродуктов в насосном зале установлены два основных насоса 6НК9х1, два вспомогательных СВН-80, а также два вакуум-насоса ВВН-3. Для одновременного слива из цистерн темных нефтепродуктов установлены шесть насосов Р3-60.

В качестве запорной арматуры приняты задвижки с ручным приводом. На нагнетательных линиях насосов предусмотрены обратные клапаны.

Все оборудование герметизировано, поэтому через сальниковые и фланцевые уплотнения насосов, трубопроводов, задвижек возможны лишь весьма незначительные выделения нефтепродуктов.

Пожароопасные свойства обращающихся в производстве веществ. Пожаровзрывоопасность технологического процесса данной насосной станции следует оценивать исходя из того, что слив может производиться из самых разнообразных ЛВЖ и ГЖ. Например: бензинов разных марок (А-76, АИ-92, АИ-95), дизельного топлива (летнее), масел (соляровое, топливное, автотракторное и т.п.).

Пожаровзрывоопасность сливаемых через насосную ЛВЖ и ГЖ характеризуется их пожароопасными свойствами. Для примера приведем характеристику пожароопасных свойств некоторых ЛВЖ и ГЖ.

Бензин АИ-92 (С_6..9Н₁₂): безцветная ЛВЖ; молекулярная масса 98,2; плотность =730 кг/м³; температура вспышки t_всп=-36⁰С; концентрационные пределы распространения пламени _нкпрп=0,76%, _вкпрп=5,16%; теплота сгорания 46818 кДж/кг; температура самовоспламенения 330⁰С.

Дизельное топливо (зимнее): ЛВЖ, молекулярная масса 1723; плотность =804 кг/м³; температура вспышки t_всп=48⁰С; температурные пределы распространения пламени t_нпрп=43⁰С, t_впрп=92⁰С; температура самовоспламенения 225⁰С; теплота сгорания 43000 кДж/кг.

Масло индустриальное 50 (машинное СУ): горючая вязкая жидковсть; плотность =903 кг/м³; температура вспышки t_всп=200⁰С; температура самовоспламенения 380⁰С; температурные пределы распространения пламени: t_нпрп=146⁰С, верхний t_впрп=191⁰С.

Нормативная и аналитическая оценка классов пожаровзрывоопасности зон насосных залов светлых и темных нефтепродуктов.

Нормативная оценка класса взрывоопасной зоны.

Насосный зал светлых нефтепродуктов. Класс зоны этого зала следует оценивать исходя из предположения слива такой ЛВЖ, как бензин, имеющей температуру вспышки – 36⁰С. В п. 2.2.1 указывалось, что если в технологическом процессе применяется ЛВЖ с температурой вспышки ниже +61⁰С (см. также п.7.3.11 [1]), то помещение насосного зала светлых нефтепродуктов следует отнести к классу взрывоопасных зон. Однако, если технологическое оборудование и вентиляция работает исправно, относить такое помещение к зонам класса В-I (1) нет оснований.

При аварийной ситуации (разгерметизация сальников насосов и фланцев трубопроводов, разрыв трубопроводов и т.п.) в насосный зал сравнительно небольших размеров (51,1 м²) может излиться большое количество бензина. При этом даже нормально работающая вентиляция не всегда исключает возможность образования взрывоопасных концентраций паров бензина с воздухом. Поэтому с учетом п. 7.3.39 [1] следует произвести аналитическую оценку класса взрывоопасной зоны насосного зала светлых нефтепродуктов.

Насосный зал темных нефтепродуктов. Класс зоны этого зала следует оценивать по сливу различных масел, имеющих температуру вспышки более 61⁰С. В п. 2.2.1 настоящего пособия, гл. 2 [2] и гл. 7.4 [1] приводятся понятия и классификация пожароопасных зон. Поскольку через насосный зал темных нефтепродуктов сливаются ГЖ с t_всп более 61⁰С, то это помещение, здания насосной, следует относить к пожароопасным зонам класса П-I. Такой вывод совпадает с данными пояснительной записки и на чертежах проекта насосной (см. рис. 3.2).

Аналитическая оценка класса взрывоопасности зоны зала светлых нефтепродуктов.

В п. 2.2.1 и 2.2.2 и табл. 2.1 настоящего пособия указывалось, что в основу аналитической оценки класса взрывоопасной зоны и ее размеров положен количественный показатель избыточного давления взрыва , кПа, определяемый по НПБ 105-03 [6]. Для определения этого показателя и категории помещений насосного зала по взрывопожарной опасности необходимо учитывать:

- агрегатное состояние взрывопожароопасных веществ и материалов. В нашем случае – бесцветная ЛВЖ бензин марки АИ-92;

- взрывоопасные свойства бензина (максимальное давление взрыва при стехиометрической концентрации, теплота сгорания, температура вспышки, плотности паров);

- реальные условия ведения технологического процесса (давление, температура) для прогнозирования наиболее неблагоприятного варианта аварийной ситуации, при которой может в помещение поступать наибольшее количество бензина);

- наличие технических средств контроля и защиты от образования взрывоопасных концентраций на случай разгерметизации технологического оборудования (сигнализаторы взрывоопасных концентраций, аварийная вентиляция, быстродействующая система отключения поврежденного трубопровода или аппарата, технические решения по ограничению площади разлива жидкости, аварийный слив и т.п.).

- реальные условия образования взрывоопасных концентраций, которые учитываются коэффициентом участия горючего во взрыве;

- вероятность появления источника зажигания (при аварийной ситуации она принимается равной 1);

- устойчивость конструкций здания к избыточному давлению взрыва.

За наиболее опасную аварийную ситуацию в насосной принимается отрыв одного из напорных трубопроводов одного из основных насоса 6НК9х1, производительностью Q=100 м³/ч и диаметром напорного трубопровода d=0,15 м.

При отрыве трубопровода в насосный зал будет поступать бензин при работающем насосе до перекрытия задвижки, а после ее перекрытия бензин из трубопровода самотеком также выльется в помещение.

Избыточное давление взрыва для индивидуальных горючих веществ, состоящих из атомов углерода и водорода, определяется по формуле (1) [6]:

где P_max – максимальное давление взрыва стехиометрической смеси в замкнутом объеме помещения насосного зала, определяемого экспериментально или по справочным данным. P_max=900 кПа;

Р₀ - начальное давление, кПа (Р₀=101 кПа);

m – масса паров бензина, вышедших в результате расчетной аварии в помещение, кг;

Z - коэффициент участия горючего во взрыве (Z=0,3, табл. 2 [6]);

V_св–свободный объем помещения насосного зала ;

- плотность пара или газа, при расчетной температуре, кг/м³;

С_ст – стехиометрическая концентрация паров бензина, % (об), С_ст=100/(1+4,84 ),

=n_с+(n_н-n_х)/4-n_о/2 – стехиометрический коэффициент кислорода в реакции горения; =7,276+14,6/4=11,0;

n_с, n_н, n_о, n_х – число атомов углерода, кислорода, галоидов в молекуле горючего вещества.

Стехиометрическая концентрация паров бензина при С_7,276Н_14,6 будет равна:

С_ст=100/(1+4,84 11)=1,8

К_н – коэффициент, учитывающий негерметичность помещения и неадиабатичность процесса горения. Принимается равным 3.

Массу паров бензина m, вышедших в результате расчетной аварии в помещение, определяют по формуле 12 [6]:

, кг,

где W – интенсивность испарения, кг/м² с;

F_n – площадь испарения, м², в зависимости от массы жидкости m, вышедшей в помещение;

- длительность испарения (с.) жидкости с поверхности F_n. Принимается по п. 7, п.п. е [6], равная 3600 с.

Количество бензина, поступившего в помещение m_ж (кг) из трубопровода, определяют по формуле:

m_ж=m_ТР1+m_ТР2,

где m_ТР1 – количество бензина, поступившего в помещение до перекрытия задвижки на трубопроводе при работающем насосе;

m_ТР2 – количество бензина поступившего в помещение после перекрытия задвижки.

Количество бензина, поступившего в помещение до перекрытия задвижки на трубопроводе при работающем насосе находят по формуле:

кг,

где q_нас=0,027 м³/с – производительность насоса;

=3000 с – время, необходимое для отключения трубопровода при ручном перекрытии задвижки;

=798 кг/м³ – плотность бензина.

Количество бензина, поступившего в помещение после перекрытия задвижки, определяется по формуле:

кг,

где f_ТР = d²/4= /4=0,0176 м²;

d_ТР=0,15 м, диаметр трубы;

=10 м – длина трубопровода от насоса до задвижки.

Общее количество жидкости, поступившей в помещение из поврежденного трубопровода, будет равно: m_ж=6463,8+140,4=6604,2 кг.

Площадь испарения определяется из условия, что 1л бензина разливается на 1 м² площади пола (см. п. 7, п.п. Г. [6]). Следовательно по формуле м².

Так как площадь насосного зала равна 51,1 м² и дверные проемы оборудованы порогами высотой 0,15 м, то площадь поверхности испарения принимается равной площади пола F_и=51,1 м².

Интенсивность испарения определяется по формуле 13 [6]:

где - коэффициент, принимаемый по табл. 3 [6] в зависимости от скорости и температуры воздушного потока над поверхностью испарения. =2,4 при скорости воздушного потока в помещении 0,1 м/с и температуре воздуха в помещении 20⁰С;

м=102,2 – молекулярная масса бензина;

Р_н – давление насыщенных паров бензина при температуре жидкости 20⁰С, определяется по формуле Антуана:

Р_н= кПа,

где А, В, С – константы уравнения Антуана (А=5,0702; В=682,876; С=222,066).

Р_н= кПа.

Масса паров бензина, поступивших в помещение, будет равна:

кг.

Плотность паров бензина при температуре 20⁰С определяется по формуле:

кг/м³

где V_t=22,4 м³ – объем килограммолекулы пара при ⁰С и при Р=10⁵ Па (атмосферное давление).

Подставляя данные в формулу (1) [6] находим избыточное давление взрыва

кПа

Заключение. 1. Насосный зал светлых нефтепродуктов по НПБ [6] следует отнести по взрывоопасной опасности к помещениям категории А, так как в технологическом процессе слива обращается бензин с t_всп менее 28⁰С и при аварийной ситуации (если произойдет взрыв смеси паров бензина с воздухом) может создаваться избыточное давление взрыва =391,6 кПа, превышающее 5 кПа.

2. С учетом табл. 2.1 настоящего пособия, взрывоопасную зону зала светлых нефтепродуктов следует отнести к зонам В-Iа (2), а ее размер – весь свободный объем помещения.

3. В проекте (см. рис. 3.1) это помещение отнесено также к взрывоопасной зоне класса В-Iа, что является правильным и соответствует требованиям ПУЭ.

Тамбур насосного зала светлых нефтепродуктов (согласно п. 7.3.53, табл. 7.3.9 [1]) следует отнести к взрывоопасной зоне В-Iб.

Помещение вентиляционной камеры 1 следует отнести к помещениям с нормальной средой вследствие наличия на воздуховодах самозакрывающегося обратного клапана (см. п. 7.3.51 [1]). Помещение вентиляционной камеры 2, тамбур насосного зала темных нефтепродуктов и помещение щитовой правильно отнесены в проекте к помещениям с нормальной средой (п. 1.1.6 [1]).