В.1 Методы расчета значений критериев пожарной опасности для горючих газов и паров

Выбор и обоснование расчетного варианта

В.1.1 Выбор расчетного варианта следует осуществлять с учетом вероятности реализации и последствий тех или иных аварийных ситуаций. В качестве расчетного для вычисления критериев пожарной опасности для ГГ и паров следует принимать вариант аварии, для которого произведение вероятности реализации этого варианта Q_w и расчетного избыточного давления DР при сгорании газопаровоздушных смесей в случае реализации указанного варианта максимально, т.е.

G = Q_w DР = mах. (В.1)

Расчет величины G производится следующим образом:

рассматриваются различные варианты аварии и определяются из статистических данных или на основе ГОСТ 12.1.004 вероятности аварий со сгоранием газопаровоздушных смесей Q_wi для этих вариантов;

для каждого из рассматриваемых вариантов определяются по изложенной ниже методике значения расчетного избыточного давления DР_i;

вычисляются величины G_i = Q_wi DР_i для каждого из рассматриваемых вариантов аварии, среди которых выбирается вариант с наибольшим значением G_i;

в качестве расчетного для определения критериев пожарной опасности принимается вариант, в котором величина G_i максимальна. При этом количество ГГ и паров, вышедших
в атмосферу, рассчитывается исходя из рассматриваемого сценария аварии с учетом пунктов В.1.3 –В.1.8.

В.1.2 При невозможности реализации описанного выше метода в качестве расчетного следует выбирать наиболее неблагоприятный вариант аварии или период нормальной работы аппаратов, при котором в образовании горючих газопаровоздушных смесей участвует наибольшее количество газов и паров, наиболее опасных в отношении последствий сгорания этих смесей. В этом случае количество газов и паров, вышедших в атмосферу, рассчитывается в соответствии с пунктами В.1.3 –В.1.8.

В.1.3 Количество поступивших веществ, которые могут образовывать горючие газо- или паровоздушные смеси, определяется исходя из следующих предпосылок.

В.1.3.1 Происходит расчетная авария одного из аппаратов согласно пункту В.1.1 или В.1.2 (в зависимости от того, какой из подходов к определению расчетного варианта аварии принят за основу).

В.1.3.2Все содержимое аппарата поступает в окружающее пространство.

В.1.3.3Происходит одновременно утечка веществ из трубопроводов, питающих аппарат по прямому и обратному потоку в течение времени, необходимого для отключения трубопроводов.

Расчетное время отключения трубопроводов определяется в каждом конкретном случае исходя из реальной обстановки и должно быть минимальным с учетом паспортных данных на запорные устройства, характера технологического процесса и вида расчетной аварии.

Расчетное время отключения трубопроводов следует принимать в соответствии с пунктом А 2.1.

В.1.3.4Происходит испарение с поверхности разлившейся жидкости; площадь испарения при разливе на горизонтальную поверхность определяется (при отсутствии справочных или иных экспериментальных данных) исходя из расчета, что 1 л смесей и растворов, содержащих 70 % и менее (по массе) растворителей, разливается на площади 0,10 м², а остальных жидкостей — на 0,15 м².

В.1.3.5Происходит также испарение жидкостей из емкостей, эксплуатируемых с открытым зеркалом жидкости, и со свежеокрашенных поверхностей.

В.1.3.6Длительность испарения жидкости принимается равной времени ее полного испарения, но не более 3600 с.

В.1.4 Масса газа m, кг, поступившего в окружающее пространство при расчетной аварии, определяется по формуле

, (В.2)

где V_a — объем газа, вышедшего из аппарата, м³;

V_T — объем газа, вышедшего из трубопровода, м³;

r_г — плотность газа, кг×м^-3.

При этом

, (В.3)

где P₁ — давление в аппарате, кПа;

V — объем аппарата, м³.

, (В.4)

где V_1T — объем газа, вышедшего из трубопровода до его отключения, м³;

V_2T — объем газа, вышедшего из трубопровода после его отключения, м³.

, (В.5)

где q — расход газа, определяемый в соответствии с технологическим регламентом в зависимости от давления в трубопроводе, его диаметра, температуры газовой среды и других параметров, м³×с^-1;

Т — время, определяемое по пункту В.1.3., с.

, (В.6)

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

r — внутренний радиус трубопроводов, м;

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

В.1.5Масса паров жидкости m, поступивших в окружающее пространство, определяют из выражения

m = W F_и T, (В.7)

где W — интенсивность испарения, кг×с^-1×м^-2;

F_и — площадь испарения, определяемая в соответствии с пунктом В.1.3.4 в зависимости от массы жидкости m_n, вышедшей в окружающее пространство, м²;

Т — продолжительность поступления паров ЛВЖ и ГЖ в окружающее пространство согласно пункту В.1.3., с.

При необходимости учета массы паров перегретой жидкости, ее величину m_пер определяют по формуле (при Т_a > Т_кип)

, (В.8)

где m_п— масса вышедшей перегретой жидкости, кг;

С_р — удельная теплоемкость жидкости при температуре перегрева жидкости T_a, Дж×кг^-1×K^-1;

Т_a — температура перегретой жидкости в соответствии с технологическим регламентом в технологическом аппарате или оборудовании, К;

Т_кип — нормальная температура кипения жидкости, К;

L_исп —удельная теплота испарения жидкости при температуре перегрева жидкости Т_a, Дж×кг^-1.

При отсутствии справочных данных допускается рассчитывать L_исп по формуле

, (В.9)

где В, С_а — константы уравнения Антуана, определяемые по справочным данным для давления насыщенных паров, измеряемого в кПа;

Т_а — начальная температура нагретой жидкости, К;

М — молярная масса жидкости, кг ∙ кмоль^–1.

Если аварийная ситуация связана с возможным поступлением жидкости в распыленном состоянии, то она должна быть учтена введением дополнительного показателя, учитывающего общую массу поступившей жидкости от распыляющих устройств, исходя из продолжительности их работы.

В.1.6 Интенсивность испарения W определяется по справочным и экспериментальным данным. Для ненагретых ЛВЖ при отсутствии данных допускается рассчитывать W по формуле

(В.10)

где М — молярная масса, г×моль^-1;

Р_н — давление насыщенного пара при расчетной температуре жидкости, определяемое по справочным данным в соответствии с пунктом 4.3, кПа, либо расчетным методом в соответствии с пунктом А.2.8.

В.1.7. Для сжиженных углеводородных газов (СУГ) при отсутствии данных допускается рассчитывать удельную массу испарившегося СУГ m_суг из пролива, кг×м^-2, по формуле

m_суг = , (В.11)

где М – молярная масса СУГ, кг×кмоль^-1;

L_исп – мольная теплота испарения СУГ при начальной температуре СУГ Т_ж, Дж×моль^-1;

Т₀– начальная температура материала, на поверхность которого разливается СУГ, К;

Т_ж – начальная температура СУГ, К;

l_тв – коэффициент теплопроводности материала, на поверхность которого разливается СУГ, Вт×м^-1×К^-1;

t – текущее время, с, принимаемое равным времени полного испарения СУГ, но не более
3600 с;

α = – коэффициент температуропроводности материала, на поверхность которого разливается СУГ, м²×с^-1;

С_тв– теплоемкость материала, на поверхность которого разливается СУГ, Дж×кг^-1×К^-1;

r_тв – плотность материала, на поверхность которого разливается СУГ, кг×м^-3;

Re = — число Рейнольдса;

U – скорость воздушного потока, м×с^-1;

d = – характерный размер пролива СУГ, м;

– радиус пролива СУГ, м;

V_в– кинематическая вязкость воздуха, м²×с^-1;

l_в – коэффициент теплопроводности воздуха, Вт×м^-1×К^-1.

Формула (В.11) справедлива для СУГ с температурой Т_ж £ Т_кип. При температуре СУГ Т_ж > Т_кип дополнительно рассчитывается масса перегретых СУГ m_пер по формуле (В.8).

Расчет горизонтальных размеров зон, ограничивающих газо- и паровоздушные смеси с концентрацией горючего выше НКПР, при аварийном поступлении горючих газов и паров ненагретых ЛВЖ в открытое пространство

В.1.8. Горизонтальные размеры зоны, м, ограничивающие область концентраций, превышающих нижний концентрационный предел распространения пламени (С_НКПР), вычисляют по следующим формулам:

для ГГ

, (В.12)

для паров ненагретых ЛВЖ

, (В.13)

(В.14)

где m_г— масса поступивших в открытое пространство ГГ при аварийной ситуации, кг;

r_г— плотность ГГ при расчетной температуре и атмосферном давлении, кг×м^-3;

С_НКПР —нижний концентрационный предел распространения пламени ГГ или паров ЛВЖ, % (об.);

К — коэффициент, принимаемый равным К = Т/3600 для ЛВЖ;

Т — продолжительность поступления паров ЛВЖ в открытое пространство Р_н — давление насыщенных паров ЛВЖ при расчетной температуре, кПа;

m_п — масса паров ЛВЖ, поступивших в открытое пространство за время полного испарения, но не более 3600 с, кг;

r_п — плотность паров ЛВЖ при расчетной температуре и атмосферном давлении, кг×м^-3;

, с;

М — молярная масса, кг×кмоль^-1;

V₀ — мольный объем, равный 22,413 м³×кмоль^-1;

t_р — расчетная температура, °С.

В качестве расчетной температуры следует принимать максимально возможную температуру воздуха в соответствующей климатической зоне или максимально возможную температуру воздуха по технологическому регламенту с учетом возможного изменения температуры в аварийной ситуации. Если такого значения расчетной температуры t_р по каким-либо причинам определить не удается,
то допускается принимать ее равной 61 °С.

В.1.9. За начало отсчета горизонтального размера зоны принимают внешние габаритные размеры аппаратов, установок, трубопроводов и т.п. Во всех случаях значение R_НКПР должно быть не менее 0,3 м для ГГ и ЛВЖ.