Нормативная оценка классов взрыво- и пожароопасных зон и их размеров
Многообразие технологических процессов производств, а также различные режимы работы технологического оборудования, установленного внутри и вне зданий, создают различные условия взрывопожароопасности в производственных помещениях и наружных установках. В связи с этим для практического решения вопроса по выбору электрооборудования в нормах дается понятие взрывоопасных и пожароопасных зон.
Пожароопасная зона – пространство внутри и вне помещений, в пределах которого постоянно или периодически имеются (обращаются) горючие (сгораемые) вещества и в котором они могут находиться при нормальном технологическом процессе или при его нарушениях.
Пожароопасные зоны подразделяются на четыре класса: П-I, П-II, П-IIа и П-III (см. гл. 7.4 [1] и гл. 2 п.2.1 [2]), определяются и обосновываются только нормативно.
Взрывоопасная зона – помещение или ограниченное пространство в помещении или у наружной установке, в котором имеются или могут образоваться взрывоопасные смеси.
Взрывоопасные зоны в зависимости от частоты и длительности присутствия взрывоопасной газовой смеси подразделяются на три класса [2 и 3]:
Взрывоопасная зона класса 0 – зона, в которой взрывоопасная газовая смесь присутствует постоянно или в течение длительных периодов времени (она может быть только в пределах корпусов технологического оборудования).
Взрывоопасная зона класса 1 – зона, в которой существует вероятность присутствия взрывоопасной газовой смеси в нормальных условиях эксплуатации (т.е. когда установка работает согласно расчетным параметрам).
Взрывоопасная зона класса 2 – зона, в которой маловероятно присутствие взрывоопасной газовой смеси в нормальных условиях эксплуатации, а если она возникает, то редко и существует очень непродолжительное время.
По прил. Г [3] к зонам, характеризующимся как взрывоопасная зона класса 2, относятся также отдельные производства и установки при совпадении указаний п.п. Г1 
Г4 этого приложения.
Взрывоопасные зоны в зависимости от частоты и продолжительности присутствия взрывоопасных пылевоздушных смесей и наличия слоев пыли подразделяются также на три класса [2 и 4]:
Взрывоопасная зона класса 20 – зона, в которой взрывоопасная пылевоздушная смесь присутствует постоянно или где могут формироваться слои пыли произвольной или чрезмерной толщины (она может быть только в пределах оболочек технологического оборудования).
Взрывоопасная зона класса 21 – зона в помещении, в которой взрывоопасная, пылевоздушная смесь может образоваться при нормальном режиме работы оборудования.
Взрывоопасная зона класса 22 – зона в помещении, в которой образование взрывоопасной пылевоздушной смеси при нормальной работе маловероятно, а ее образование возможно в результате аварий и неисправностей.
При определении размеров взрывоопасных и пожароопасных зон в помещениях необходимо учитывать:
1) взрывоопасные зоны 0 и 20 не должны, как правило, быть за пределами корпусов технологического оборудования;
2) при расчетном избыточном давлении взрывоопасной смеси, превышающем 5 кПа, взрывоопасные зоны 1, 2, 21 и 22 занимают весь свободный объем помещения;
3) при расчетном избыточном давлении взрыва газовой взрывоопасной смеси, равном или менее 5 кПа, взрывоопасная зона занимает часть объема помещения и представляет собой цилиндр с радиусом и высотой, рассчитываемой технологами согласно ГОСТ 12.1.004-91 [5]. При отсутствии исходных данных зону принимают в виде цилиндра с радиусом, равным 5 м. Высоту отсчитывают от пола помещения – для тяжелых газов и паров, от потолка помещения – для легких газов;
4) при расчетном избыточном давлении пылевоздушной взрывоопасной смеси или паров перегретых горючих жидкостей, равном или менее 5 кПа, взрывоопасная зона соответственно будет 21, 22 или 2 (с учетом требований [3] прил. Г, но зона будет занимать часть свободного объема помещения);
5) пространство за пределами ограниченных взрывоопасных зон считаются невзрывоопасными, если нет других факторов, создающих в нем взрывоопасность;
6) при расчетном избыточном давлении взрыва в помещении не превышающем 0,5 кПа взрывоопасная зона не имеет место;
7) класс взрывоопасной или пожароопасной зоны определяется технологами совместно с электриками проектной или эксплуатирующей организации. Классы взрывоопасных или пожароопасных зон должны содержаться в нормах технологического проектирования или в отраслевых перечнях производств по взрыво- и пожароопасности.
Принципы классификации взрывоопасных зон в помещениях и наружных установках приведены в табл. 2.1.
Таблица 2.1.
| Характеристика веществ и материалов | Расчетное избыточное давление взрыва, кПа | Категория помещения по НПБ 105-03 [6] | Класс взрывоопасной зоны | Размеры взрывоопасной зоны |
| Взрывоопасные установки в помещениях | ||||
Горючие газы, ЛВЖ с  | Более 5 | А | 1, 2 | Весь объем помещения |
ЛВЖ с  | Более 5 | Б | 1, 2 | Весь объем помещения |
| Горючие газы, ЛВЖ | Равно или менее 5 |  | 1,2 | Часть объема помещения |
| Горючие пыли, волокна | Более 5 | Б | 21, 22 | Весь объем помещения |
| Горючие пыли, волокна | Равно или менее 5 | | 21, 22 | Часть объема помещения |
| Горючие газы с НКПР>15% и резким запахом (аммиак) | Более 5 | А | Весь объем помещения | |
| То же | Равно или менее 5 | | Часть объема помещения | |
| Вещества и материалы, способные образовывать взрывоопасные смеси при взаимодействии с водой, кислородом воздуха или друг с другом | Более 5 | А | Весь объем помещения | |
| То же | Равно или менее 5 | | Часть объема помещения | |
| Перегретые ГЖ | Более 5 | Б | Весь объем помещения | |
| Перегретые ГЖ | Равно или менее 5 | | Часть объема помещения | |
| Газообразный водород | Равно или менее 5 | | Верхняя часть помещения |
Продолжение таблицы 2.1
| Наружные взрывоопасные установки | ||||
| Горючие газы, ЛВЖ | - | Ан | 1, 2 | Согласно гл. 7.3 ПУЭ |
| Горючие пыли, волокна | - | Бн | 21, 22 | Согласно гл. 7.3 ПУЭ |
Примечания: в отдельных отраслях промышленности, например, в нефтяной и газовой [19], могут быть специфические оценки классов взрывоопасных зонах, отличающиеся от типового подхода изложенного в табл. 2.1, например:
1) к зоне 0 относятся:
а) закрытые помещения, в которых установлены открытые технологические устройства, аппараты, емкости или имеются выходы для паров нефти и горючих газов, а также каналы, шахты, где возможны выход и накопление паров нефти или горючего газа, огороженные подроторные пространства буровых установок;
б) открытые пространства радиусом 1,5 м вокруг открытых технологических устройств, содержащих нефть, буровой раствор, обработанный нефтью, нефтяные газы или другие легковоспламеняющиеся вещества вокруг устья скважины, а также вокруг окончания труб, отводящих попутные или другие горючие газы;
в) пространство внутри открытых и закрытых технологических устройств и емкостей, содержащих нефть, буровой раствор, обработанный нефтью, нефтяные газы, другие легковоспламеняющиеся вещества;
г) закрытые помещения для хранения шлангов для перекачки ЛВЖ.
2) к зоне 1 относятся:
а) закрытые помещения, в которых установлены закрытые технологические устройства, оборудование, аппараты, узлы регулирующих, контролирующих, отключающих устройств, содержащих нефть, буровой раствор, обработанный нефтью, горючие газы, где образование взрывоопасных смесей возможно только в случае поломки или неисправности оборудования. Закрытые помещения насосных сточных вод.
б) открытые пространства, радиусом 1,5 м от зоны 0 по п.п. б и т.д. (см. табл. 1, приложение 7, рис. 1 9 [19]).
2.2.2. Аналитическая оценка классов взрыво- и пожароопасных зон и их размеров
В 2.2.1. указывалось, что в основу аналитической оценки класса взрыво- и пожароопасной зоны и ее размеров положен количественный показатель избыточного давления, взрыва 
, кПа, определяемый по НПБ 105-03 [6].
Расчет избыточного давления взрыва для горючих газов, паров легковоспламеняющихся и горючих жидкостей производится [6]:
а) для индивидуальных горючих веществ, состоящих из атомов С, Н, О, N, Cl, Br, I и F по формуле (1);
б) для индивидуальных веществ, кроме упомянутых в п.п.(а) и для смесей по формуле (4).
Расчет избыточного давления взрыва , кПа, для горючих пылей производится по формуле (4), где коэффициент Z участия взвешенной пыли во взрыве рассчитывается по формуле (14). В отсутствии возможности получения сведений для оценки величины Z допускается принимать Z=0,5.
Оценка избыточного давления взрыва для взрывоопасных смесей, содержащих горючие газы (пары) и пыли, т.е. гибридных взрывоопасных смесей, определяется по формуле (25) [6].
Примеры расчетов величины для различных случаев технологических процессов с применением ГГ, ЛВЖ и горючих пылей и выводы о классе взрывоопасных зон и их размеров приводятся в гл. 3, п.3.3 работы [7] и в гл. 2 учебника [2].
2.3. Определение и обоснование категорий и групп взрывоопасных смесей
До введения стандартов на взрывозащищенное электрооборудование оно разрабатывалось и маркировалось по ПИВЭ [8] и ПИВРЭ [9]. В эксплуатации такое электрооборудование имеется в значительном количестве и до настоящего времени.
При решении задач пожарно-технической экспертизы электротехнической части проектов или при противопожарном обследовании объектов в настоящее время необходимо пользоваться стандартами на взрывозащищенное электрооборудование как старой, так и новой серии (см. приложение 17), а также ПУЭ [1, седьмого или не отмененных разделов и глав шестого изданий].
Следовательно, чтобы сделать вывод о соответствии взрывозащищенного электрооборудования требованиям пожарной безопасности и ПУЭ, но изготовленного и маркированного по ПИВЭ и ПИВРЭ, необходимо знать перевод этой маркировки в маркировку по стандартам и ПУЭ.
В настоящее время в различных отраслях промышленности количество горючих веществ (горючих газов, паров и пыли) стало резко возрастать. Разрабатывать и изготовлять взрывозащищенное электрооборудование применительно к каждому из этих веществ невозможно и экономически нецелесообразно. Все это обусловило необходимость группировки взрывоопасных смесей горючих веществ по классам. Объединение газо- и паровоздушных смесей в классы с общими взрывоопасными свойствами позволяет выделить представительную смесь, характерную для данного класса смесей. Испытанное на этой смеси взрывозащищенное электрооборудование считалось бы безопасным и пригодным для использования в среде с любой смесью, относящейся к данному классу. Это дает возможность максимально унифицировать конструкцию взрывозащищенного электрооборудования, сделать общими принципами его маркировки.
Поэтому в стандартах [10, 11, 12 и 13], ПУЭ, ПИВРЭ и ПИВЭ все взрывоопасные смеси газов и паров с воздухом принято разделять на категории и группы.
В основу классификации взрывоопасных смесей по категориям положено их свойство передавать (при определенных условиях) взрыв из экспериментальной оболочки в окружающую среду через критические или зазоры БЭМЗ между плоскими фланцами. В зависимости от величины критического или зазора БЭМЗ устанавливают категорию взрывоопасной смеси (табл. 2.2).
Таблица 2.2
| Категория взрывоопасной смеси по ПИВЭ и ПИВРЭ | Величина критического зазора* между фланцами, мм | Категория взрывоопасной смеси (и ее наименование) по ПУЭ, ГОСТ Р [11] и ГОСТ [13] | Величина БЭМЗ**, мм |
| Свыше 1,0 -«- 0,65 до 1,0 -«- 0,35 до 0,65 Менее 0,35 | I (Рудничный газ) IIА (Промышленные газы и пары) IIВ -«- IIС -«- | Свыше 1,0 -«- 0,9 до 1,0 -«- 0,5 до 0,9 До 0,5 |
*Критический зазор – зазор, соответствующий вероятности передачи взрыва, равный 50%.
**БЭМЗ – безопасный экспериментальный максимальный зазор между фланцами оболочки. Через этот зазор не происходит передача взрыва из оболочки в окружающую среду (при любой концентрации горючих смесей в воздухе).
Приведенные в табл. 2.2 величины зазоров служат только для установления категории взрывоопасной смеси и не являются основанием для контроля зазоров взрывонепроницаемого электрооборудования в условиях его эксплуатации. Для этого следует руководствоваться гл. 3.4 «Электроустановки во взрывоопасных зонах» ПТЭЭП [14] или пользоваться чертежами средств взрывозащиты такого электрооборудования.
В основу классификации по группам положена температура самовоспламенения смеси.
В зависимости от температуры самовоспламенения по ПИВЭ было установлено четыре группы взрывоопасных смесей: А, Б, Г, Д; по ПИВРЭ – пять групп: Т1, Т2, Т3, Т4, Т5; по ПУЭ или ГОСТ [13] и ГОСТ Р [10] – шесть групп: Т1, Т2, Т3, Т4, Т5, Т6. Температуру самовоспламенения взрывоопасной смеси определяют на специальной установке [10, 13], а ее группу по табл. 2.3.
Таблица 2.3
| Группа взрывоопасной смеси | Температура самовоспла-менения, 0С | Группа взрыво-опасной смеси | Температура самовоспламене-ния, 0С | Группа взрыво-опасной смеси | Температура самовоспламенения, 0С |
| по ПИВЭ [8] | по ПИВРЭ [9] | по ПУЭ, ГОСТ [13], ГОСТ Р [10] | |||
| А Б Г Д | Свыше 450 -«- 300 до 450 -«- 175 до 300 -«- 120 до 175 | Т1 Т2 Т3 Т4 Т5 | Свыше 450 -«- 300 до 450 -«- 200 до 300 -«- 135 до 200 -«- 100 до 135 | Т1 Т2 Т3 Т4 Т5 Т6 | Свыше 450 -«- 300 до 450 -«- 200 до 300 -«- 135 до 200 -«- 100 до 135 -«- 85 до 100 |
Примеры распределения взрывоопасных смесей веществ по категориям и группам приводятся в табл. 2.4.
Таблица 2.4
| Категория смеси | Группа смеси | Вещества, образующие с воздухом взрывоопасную смесь |
| I | Т1 | Метан (рудничный)* |
| IIA | Т1 | Аммиак, аллил хлоридный, ацетон, ацетонитрил, бензол, бензотрифторид, винил хлористый, винилиден хлористый, 1,2-дихлорпропан, дихлорэтан, диэтиламин, дизопропиловый эфир, доменный газ, изобутилен, изобутан, изопропилбензол, кислота уксусная, ксилол, метан (промышленный)**, метилацетат,  -метилстирол, метил хлористый, метилизоцинат, метилхлорформиат метилциклопропилкетон, метилэтилкетон, окись углерода, пропан, пиридин, растворители Р-4, Р-5 и РС-1, разбавитель РЭ-1, сольвент нефтяной, стирол, спирт диацетоновый, толуол, трифторхлорпропан, трифторпропен, трифторэтан, трифторхлорэтилен, триэтиламин, хлорбензол, циклопентадиен, этан, этил хлористый |
| IIA | Т2 | Алкилбензол, амилацетат, ангидрид уксусный, ацетилацетон, ацетил хлористый, ацетопропилхлорид, бензин Б95/130, бутан, бутилацетат, бутилпропионат, винилацетат, винилиден фтористый, диатол, диизопропиламин, диметиламин, диметилформамид, изопентан, изопрен, изопропиламин, изооктан, кислота пропионовая, метиламин, метилизобутил кетон, мтеилметакрилат, метилмеркаптан, метилтрихлорсилан, 2-метилтиофен, метилфуран, моноизобутиламин, метилхлормтеилдихлорсилан, окись мезитила, пентадиен-1,3, пропиламин, пропилен. Растворители: № 646, 647, 648, 649, БЭФ и АЭ. Разбавители: РДВ, РКБ-1, РКБ-2. Спирты: бутиловый нормальный, бутиловый третичный, изоамиловый, изобутиловый, изопропиловый, метиловый, этиловый. Трифторпропилметилдихлорсилан, трифторэтилен, изобутил хлористый, этиламин, этилацетат, этилбутират, этилендиамин, этиленхлоргидрин, этилизобутират, этилбензол, циклогексанол, циклогексанон |
Продолжение таблицы 2.4
| IIA | Т3 | Бензины: А-66, А-72, А-76, «галоша», Б-70, экстракционный по ТУ 38.101.303-72, экстракционный по МРТУ 12Н-20-63. Бутилметакрилат, гексан, гептан, динзобутиламин, дипропиламин, альдегид изовалериановый, изооктилен, камфен, керосин, морфолин, нефть, эфир петролейный, полиэфир ТГМ-3, пентан, растворитель № 651, скипидар, спирт амиловый, триметиламин, топливо Т-1 и ТС-1, уайт-спирит, циклогексан, циклогексиламин, этилдихлортиофосфат, этилмеркаптан |
| IIA | Т4 | Ацетальдегид, альдегид изомасляный, альдегид масляный, альдегид пропионовый, декан, тетраметилдиаминометан, 1,1,3-триэтоксибутан |
| IIA | Т5 | - |
| IIA | Т6 | - |
| IIВ | Т1 | Коксовый газ, синильная кислота |
| IIВ | Т2 | Дивинил, 4,4-диметилдиоксан, диметилдихлорсилан, диоксан, диэтилдихлорсилан, камфорное масло, кислотаакриловая, метилакрилат, метилвинилдихлорсилан, нитрил акриловой кислоты, нитроциклогексан, окись пропилена, окись 2-метилбутена-2, окись этилена, растворители АМР-3 и АКР, триметилхлорсилан, формальдегид, фуран, фурфурол, этилхлоргидрин, этилтрихлорсилан, этилен |
| IIВ | Т3 | - |
| IIВ | Т4 | Акролеин, винилтрихлорсилан, сероводород, тетрагидрофуран, тетраэтоксисилан, триэтоесисилан, топливо дизельное, формальгликоль, этилдихлорсилан,этилцеллозольв, дибутиловый эфир, диэтиловый эфир, диэтиловый эфир этиленгликоля |
| IIВ | Т5 | - |
| IIВ | Т6 | - |
| IIС | Т1 | Водород, водяной газ, светильный газ, смесь (водород 75% + азот 25%) |
| IIС | Т2 | Ацетилен |
| IIС | Т3 | Метилдихлорсилан, трихлорсилан |
| IIС | Т4 | - |
| IIС | Т5 | Сероуглерод |
| IIС | Т6 | - |
*Под рудничным метаном следует понимать рудничный газ, в котором кроме метана содержание газообразных углеводородов – гомологов метана С2-С5 – не более 0,1 объемной доли, а водорода в пробах газов из шпуров сразу после бурения – не более 0,002 объемной доли от общего объема горючих газов.
**В промышленном метане содержание водорода может составлять до 0,15 объемной доли.
Категории и группы взрывоопасных смесей газов и паров с воздухом, невключенных в табл. 2.4, определяются испытательными организациями по ГОСТ 12.1.011-78 [13] или ГОСТ Р 51330.11-99 [11] и ГОСТ Р 51330.5-99[10]. Для разрешения этой задачи можно пользоваться данными табл. 7.3.3 [1], а также ГОСТ Р 51330.19-99 [15].
В табл. 2.5 и 2.6 приводятся сопоставления обозначений категорий и групп взрывоопасных смесей по ПИВРЭ и ПИВЭ с обозначениями по ПУЭ и ГОСТам [10, 11, 13 и 15]. Такое сопоставление необходимо при пожарно-технической экспертизе, когда в проектных материалах (или на действующем объекте в условиях эксплуатации) взрывозащищенное электрооборудование имеет знаки взрывозащиты по ПИВЭ и ПИВРЭ.
Таблица 2.5
| Обозначение категории взрывоопасных смесей | |
| ПИВЭ и ПИВРЭ | ПУЭ, ГОСТ [13] и ГОСТ Р [11] |
| IIА IIА IIА, IIВ IIА, IIВ, IIС |
Таблица 2.6
| Обозначение групп взрывоопасных смесей | ||
| ПИВЭ | ПИВРЭ | ПУЭ, ГОСТ [13] и ГОСТ Р [10] |
| А | Т1 | Т1 |
| Б | Т2 | Т1, Т2 |
| - | Т3 | Т1 Т3 |
| Г | Т4 | Т1 Т4 |
| Д | Т5 | Т1 Т5 |
| - | - | Т1 Т6 |