Определение размеров зон взрывоопасных концентраций

В производственных помещениях и на открытых

Технологических площадках

При разливе горючих жидкостей или сжиженных горючих газов в помещении или на территории промышленной площадки происходит их испарение с образованием зон взрывоопасных концентраций (для горючей жидкости должно выполняться условие ).

Взрывоопасная смесь может занять весь объем помещения и выйти за его пределы. Взрывоопасное облако может дрейфовать по ветру на значительные расстояния до тех пор, пока оно не диффундирует в окружающую среду или не встретит на своем пути источник зажигания, воспламенивший ее. Воспламенение облака приводит к появлению опасных факторов взрыва (избыточное давление взрыва и импульс волны давления), а также к пожару разлива жидкости.

Определяющими параметрами зоны взрывоопасных концентраций являются расстояния Х_НКПР, Y_НКПР и Z_НКПР (длина, ширина и высота), ограничивающие область концентраций, превышающих нижний концентрационный предел распространения пламени (НКПР), которые зависят от массы, физико-химических свойств разлившихся продуктов, температуры и подвижности окружающей среды.

3.4.1. Образование зоны ВОК в производственном помещении

Метод расчета размера зон, ограниченных нижним концентрационным пределом распространения пламени паров, при аварийном поступлении ненагретых легковоспламеняющихся жидкостей или горючих газов в производственное помещение изложен в НПБ 105–03.

Приведенные ниже расчетные формулы применяют для помещений, имеющих форму прямоугольного параллелепипеда с отношением длины к

ширине не более 5 при условии, что , где – нижний концентрационный предел распространения пламени горючего газа или пара, % (об.).

Расстояния Х_НКПР, Y_НКПР и Z_НКПРпри рассчитывают по формулам:

; (3.17)

; (3.18)

, (3.19)

где K₁ – коэффициент, принимаемый равным 1,1314 для ГГ и 1,1958 для ЛВЖ; K₂ – коэффициент, принимаемый равным 1 для ГГ; для ЛВЖ
K₂ = Т/3600; K₃ – коэффициент, принимаемый равным 0,0253 для ГГ при
отсутствии подвижности воздушной среды; 0,02828 для ГГ при подвижной воздушной среде; 0,04714 для ЛВЖ при отсутствии подвижности воздушной среды и 0,3536 для ЛВЖ при подвижной воздушной среде; и – соответственно длина, ширина и высота производственного помещения, м; – допустимые отклонения концентраций при задаваемом уровне значимости – табличное значение (табл. 3.2) (величина уровня значимости выбирается, исходя из особенностей технологического процесса, допускается принимать , равным 0,05); – предэкспоненциальный множитель, % (об.), вычисляемый по следующим формулам:

- при отсутствии подвижности воздушной среды для ГГ

; (3.20)

- при подвижности воздушной среды для ГГ

; (3.21)

- при отсутствии подвижности воздушной среды для паров ЛВЖ

; (3.22)

- при подвижности воздушной среды для паров ЛВЖ

, (3.23)

где – масса газа или паров ЛВЖ, поступающих в объем помещения и участвующих в образовании зон взрывоопасных концентраций, кг; – концентрация насыщенных паров при расчетной температуре t_р воздуха в помещении, % (об.).

При принимают Х_НКПР = Y_НКПР = Z_НКПР= 0.

Концентрация может быть найдена по формуле

, (3.24)

где – атмосферное давление, равное 101 кПа.

Таблица 3.2

Характер распределения концентраций
Для ГГ при отсутствии подвижности воздушной среды	1,38
Для ГГ при подвижности воздушной среды	1,37
Для паров ЛВЖ при отсутствии подвижности воздушной среды	1,25
Для паров ЛВЖ при подвижности воздушной среды	1,27

Примечание. Значения допустимых отклонений концентраций при уровне значимости = 0,05.

Радиус R_би высоту Z_б, м, зоны, ограниченной НКПР газов и паров, вычисляют, исходя из значений X_НКПР, Y_НКПР и Z_НКПР для заданного уровня значимости Q.

При этом R_б > X_НКПР, R_б > Y_НКПР и Z_б > h + R_б для ГГ и Z_б > Z_НКПР для ЛВЖ (h – высота источника поступления газа от пола помещения для ГГ тяжелее воздуха и от потолка помещения для ГГ легче воздуха, м).

Геометрически зона ВОК, образованная ГГ и ограниченная НКПР, представляет собой цилиндр с основанием радиусом R_б и высотой h_б = 2R_б при R_б h и h_б = h + R_б при R_б > h, внутри которого расположен источник возможного выделения ГГ.

Геометрически зона ВОК, образованная ЛВЖ и ограниченная НКПР, представляет собой цилиндр с основанием радиусом R_б и высотой Z_б =
= Z_НКПР при высоте источника паров ЛВЖ h < Z_НКПР и Z_б = h + Z_НКПР при
h Z_НКПР.

За начало отсчета места появления горючих паров или газов при аварии принимают внешние габаритные размеры аппаратов, установок, трубопроводов и т. п. Во всех случаях значения расстояний X_НКПР, Y_НКПР и Z_НКПР должны быть не менее 0,3 м для ГГ и ЛВЖ.

3.4.2. Образование зоны ВОК на производственной площадке

Метод расчета размера зоны, ограниченной нижним концентрационным пределом распространения пламени пара или газа, при аварийном поступлении ненагретых легковоспламеняющихся жидкостей или горючих газов в открытое пространство при неподвижной воздушной среде изложен в Приложении Б ГОСТ Р 12.3.047–98.

Расстояния Х_НКПР, Y_НКПР и Z_НКПР, ограничивающие область концентраций, превышающих НКПР, рассчитывают по формулам:

- для ГГ

; (3.25)

; (3.26)

- для паров ЛВЖ

; (3.27)

, (3.28)

где – масса поступившего в открытое пространство ГГ при аварийной ситуации, кг; – плотность ГГ при расчетной температуре и атмосферном давлении, кг/м³; – масса паров ЛВЖ, поступивших в открытое пространство за время полного испарения, но не более 3600 с, кг; – плотность паров ЛВЖ при расчетной температуре и атмосферном давлении, кг/м³; – давление насыщенных паров ЛВЖ при расчетной температуре, кПа; K – коэффициент (K = Т/3600 для ЛВЖ); Т – продолжительность поступления паров ЛВЖ в открытое пространство, с.

Радиус R_б, м, и высоту Z_б, м, зоны, ограниченной НКПР газов и паров, вычисляют, исходя из значений Х_НКПР, Y_НКПР и Z_НКПР.

При этом R_б > X_НКПР, R_б > Y_НКПР и Z_б > h + R_б для ГГ и Z_б > Z_НКПР для ЛВЖ (h – высота источника поступления газа от уровня земли, м).

Геометрически зона ВОК, образованная ГГ и ограниченная НКПР, представляет собой цилиндр с основанием радиусом R_би высотой h_б = 2R_бпри R_б < h и h_б = h + R_б при R_б > h, внутри которого расположен источник возможного выделения ГГ.

Геометрически зона ВОК, образованная ЛВЖ и ограниченная НКПР, представляет собой цилиндр с основанием радиусом R_б и высотой
Z_б = Z_НКПР при высоте источника паров ЛВЖ h < Z_НКПР и Z_б = h + Z_НКПР при h Z_НКПР.

За начало отсчета размеров зоны, ограниченной НКПР газов и паров, принимают внешние габаритные размеры аппаратов, установок
и т. п. Во всех случаях значения Х_НКПР, Y_НКПР и Z_НКПРдолжны быть не менее 0,3 м для ГГ и ЛВЖ.

Расчетные формулы (3.27) и (3.28) в соответствии с «Рекомендациями по обеспечению пожарной безопасности объектов хранения и переработки СУГ» могут быть использованы и для определения максимальных размеров зон при испарении СУГ из проливов. В них также приведена методика определения размеров взрывоопасных зон при истечении СУГ из трубопроводов.

Горизонтальный размер взрывоопасной зоны по направлению ветра Х_НКПР, образующейся при истечении СУГ из трубопровода, можно рассчитать по формуле

, (3.29)

где G – массовая скорость поступления горючего газа в окружающее пространство, кг/с; U – скорость ветра, м/с (формула применима для скорости ветра U 1 м/с).

При разгерметизации резервуаров (трубопроводов) для хранения СУГ под давлением возможно истечение паровой (при разгерметизации выше уровня жидкости) и жидкой (при разгерметизации ниже уровня жидкости) фаз. Соответственно следует различать массовые скорости истечения паровой и жидкой фаз СУГ.

Массовую скорость истечения паровой фазы СУГ G_п, кг/(с×м²), вычисляют по формуле

, (3.30)

где – критическое давление, Па; Т_кр – критическая температура, К; (здесь – давление в оборудовании, Па).

Массовую скорость истечения жидкой фазы СУГ , кг/(с×м²), вычисляют по формуле

, (3.31)

где – плотности жидкой и паровой фаз СУГ, кг/м³; Т_R = T / T_кр, где Т – температура СУГ, находящегося в аппарате (трубопроводе), К.