Категорирование помещений, зданий и технологических процессов по пожаровзрывоопасности

Оценка пожаровзрывоопасности различных объектов заключается в определении возможных воздействий пожаров и взрывов на эти объекты, а также опасных факторов пожаров и взрывов на людей, с учетом наиболее жестких (т.е. наиболее опасных) условий протекания и проявления пожаров и взрывов, т.е. с учетом аварийных ситуаций.

Существуют два подхода к нормированию в области обеспечения пожаровзрывобезопасности – детерминированный и вероятностный. Детерминированный подход основан на распределении объектов по степени опасности, определяемой по параметру, характеризующему разрушающие последствия пожара и взрыва, на категории, классы и т.п. При этом назначаются конкретные количественные границы этих категорий, классов и т.п. Примерами действующих в нашей стране нормативных документов, носящих детерминированный характер, являются Нормы НПБ 105-5, Правила устройства электроустановок, Правила взрывобезопасности, Строительные нормы и т.д.

Вероятностный подход основан на концепции допустимого риска и предусматривает недопущение воздействия на людей опасных факторов пожара и взрыва (ОФП) с вероятностью, превышающей нормативную. Нормативным документом, основанным на вероятностном подходе, является Государственный стандарт.

К достоинствам детерминированного подхода относятся сравнительная простота использования, достаточный для различных реальных ситуаций набор необходимых сведений. Недостатком этого подхода является то обстоятельство, что нередко его применение обуславливает затруднения по применению прогрессивных проектных решений и излишние затраты.

Вероятностный подход является более прогрессивным, поскольку дает возможность нахождения оптимального варианта проектного решения. Однако этот подход требует многочисленных дополнительных сведений (например, статистических данных о пожарах и взрывах для однотипных объектов), которые как правило, отсутствуют.

В настоящее время основополагающим документом, устанавливающим степень пожароопасности проектируемого объекта, являются Нормы (НПБ105-95). Этим документом предусматривается категорирование промышленных и складских помещений, зданий и сооружений по взрывопожарной и пожарной опасности в соответствии с таблицей.

 

Категории промышленных и складских помещений,

зданий и сооружений по взрывопожарной и пожарной опасности. Таблица 11

Категория помещения	Характеристика веществ и материалов, находящихся в помещении
А взрывопожароопасная	Горючие газы, легковоспламеняющиеся жидкости с температурой вспышки не более 28 ºС в таком количестве, что могут образовывать парогазовоздушные смеси, при воспламенении которых развивается избыточное давление взрыва в помещении, превышающее 5 КПа. Вещества и материалы, способные взрываться и гореть при взаимодействии с водой, кислородом воздуха или друг с другом в таком количестве, что расчетное избыточное давление взрыва в помещении превышает 5 КПа
Б взрывопожароопасная	Горючие пыли или волокна, легковоспламеняющиеся горючие жидкости с температурой вспышки более 28 ºС, а таком количестве, что могут образовывать взрывоопасные пылевоздушные или паровоздушные смеси, при воспламенении которых развивается избыточное давление взрыва в помещении, превышающее 5 КПа.
В1-В4 пожароопасные	Горючие и трудногорючие жидкости, твердые горючие и трудногорючие вещества и материалы (в том числе пыли и волокна, вещества и материалы) способные при взаимодействии с водой, кислородом воздуха или друг с другом только гореть, при условии, что помещения, в которых они имеются в наличии (или обращаются) не относятся к категориям А или Б.
Г	Негорючие вещества и материалы в горячем, раскаленном или расплавленном состоянии, процесс обработки которых сопровождается выделением лучистого тепла, искр и пламени; горючие газы, жидкости и твердые вещества, которые сжигаются или утилизируются в качестве топлива.
Д	Негорючие вещества и материалы в холодном состоянии.

 

При расчете категории принимается возможность аварийной разгерметизации одной крупной единицы технологического оборудования с наиболее пожаровзрывоопасным веществом. Учитывается также возможность натекания продуктов из подводящих коммуникаций за время до отключения соответствующих трубопроводов.

Время отключения трубопроводов принимается:

t1 – равным времени срабатывания системы автоматики отключения трубопроводов согласно паспортным данным установки, если вероятность отказа системы автоматики не превышает 10^-6 в год или обеспечено резервирование ее элементов;

t2 – 120 с, если вероятность отказа системы автоматики превышает 10^-6 в год и не обеспечено резервирование ее элементов;

t3 – 300 с при ручном отключении.

Количественным критерием назначения категории является избыточное давление (∆P), которое может развиться при взрывном сгорании максимально возможного скопления взрывоопасных веществ в помещении. При ∆P >5 КПа рассматриваемый объект относится к взрывопожароопасным категорий А или Б в зависимости от свойств веществ. При ∆P <5 КПа объект относится либо к категории В, либо к категории Д в зависимости от величины пожарной нагрузки. Под пожарной нагрузкой понимается энергия, выделяемая при сгорании горючих материалов, находящихся на 1 м² пола помещения.

 

Расчет ∆P производится по формуле:

 

∆P = ,

 

где m – масса горючего газа, пара ЛВЖ или взвешенной в воздухе горючей пыли, поступившей из разгерметизированного технологического оборудования, кг;

Н_Т – теплота сгорания истекающего вещества, кДж/кг;

Р₀ – атмосферное давление, 101 КПа;

Z – коэффициент участия горючего вещества во взрыве (Z=0,5 для газов и пылей, Z=0,3 для паров жидкостей, Z=1 для водорода);

V_п – свободный объем помещения, принимаемый равным 0,8 от геометрического объема, м³;

ρ_В – плотность воздуха (можно принять равной 1,2 кг/м³);

С_В – теплоемкость воздуха (можно принять равной 1,01 кДж/кг К);

Т₀ – температура в помещении (можно принять равной 293 К);

К_Н – коэффициент, учитывающий не герметичность помещения (принимается равным 3);

К=At + 1 – (А – кратность воздухообмена, с^-1; t – время поступления взрывоопасных веществ в помещение, с) – коэффициент, учитывающий аварийную вентиляцию (этот коэффициент учитывается, если аварийная вентиляция оборудована резервными вентиляторами, автоматическим пуском при достижении взрывоопасной концентрации и электропитанием по первой категории надежности по ПУЭ).

 

С учетом численных значений показателей, входящих в уравнение

 

∆P = , получаем:

 

∆P = .

 

Величина m рассчитывается в зависимости от агрегатного состояния горючего вещества.

 

1.При разгерметизации аппарата с горючим газом (ГГ):

m = (V₁ + V_T) ρ,

 

где V₁ = V_ап -

 

(V_ап – объем аппарата, м³; Р_ап – давление в аппарате, КПа, Т,Т0 – температура в аппарате и в помещении, К) – объем газа, поступившего из аппарата, м³;

ρ – плотность газа при н.у., кг/м³;

 

V_1T = qt – (q-расход газа из трубопроводов, м³/с; t- время отключения трубопроводов, с) объем газа, входящего из подводящего трубопровода, м³;

V_2T = 0,01r x l – (r- радиус сечения трубопровода, м; l – длина трубопровода от аппарата до задвижки, м) объем газа, вышедшего из трубопроводов после их отключения, м³.

 

2.При разгерметизации оборудования с ЛВЖ:

 

m = m_p + m_П + m_0,

 

где m_p – масса жидкости, испарившейся при разливе, кг;

m_П – масса жидкости, испарившейся с поверхности аппарата, кг;

m₀ – масса жидкости, испарившейся со свежеокрашенной поверхности, кг.

 

при этом m_p = W_И F_И τ_И,

 

где W_И = 10^-6 х η √М Р_Н (η – коэффициент учета движения воздуха по таблице; М- молекулярная масса ЛВЖ; Р_Н – давление насыщенных паров при расчетной температуре, КПа) – скорость испарения, кг/м² с;

F_И – поверхность разлива, принимаемая 1 л на 1 м², если ЛВЖ содержит более 70% растворителя, и 1 л на 0,5 м² в остальных случаях;

τ_И – время испарения (принимается по времени полного испарения, но не более 3600 с).

 

Таблица12

Скорость воздуха, м/с	Значение η при температуре воздуха, С
	1,0	1,0	1,0	1,0	1,0
0,1	3,0	3,6	2,4	1,8	1,6
0,2	4,6	3,8	3,5	2,4	2,3
0,5	6,6	5,7	5,4	3,6	3,2
	10,0	8,7	7,7	5,6	4,6

 

3. При наличие взрывоопасной пыли:

 

m = m_ВЗ + m_АВ,

 

где m_ВЗ = К_ВЗ х m_П (К_ВЗ = 0,9 – доля взвешенной пыли);

 

m_П = ,

 

где К_Г – доля горючей пыли, К_у – коэффициент эффективности уборки, принимаемый при ручной сухой 0,6 и при влажной 0,7 при механизированной на ровном полу 0,9 и на полу с выбоинами 0,7; m₁ = M(1-α)β₁ – масса пыли, оседающей за межуборочный период, кг;

M₁ - масса пыли, выделившейся за этот период из оборудования, кг;

α – доля пыли, удаляемой вентиляцией;

β₁ – доля пыли на труднодоступных местах;

β₂- то же на доступных местах (обычно β₁=1, β₂=0) – масса взвихрившейся пыли;

m_АВ = (m_АП + qt)K_П (m_АП – масса пыли, выброшенной при аварии из аппарата, кг; К_П - коэффициент пыления, равный 0,5 при размере частиц более 350 мкм и 1,0 при размере частиц менее 350 мкм).

 

Определение категорий В1-В4 осуществляется путем сравнения максимального значения удельной пожарной нагрузки (g, МДж/м²) с таблицей

 

 

Определение категорий В1-В4. Таблица 13

Категории	Удельная пожарная нагрузка g на участке МДж/м^2	Способ размещения
В1	более 2200	не нормируется
В2	1401-2200	допускается несколько участков с пожарной нагрузкой, не превышающей указанных значений g
В3	181-1400	то же
В4	1-180	на любом участке площадью 10м^2. Расстояние между участками должны быть более 1 пр(см. таблицу).

 

Таблица 14

qкр, кВт/м^2
1 пр, м						3,8	3,2	2,8

 

Величина g (удельная пожарная нагрузка) определяется по уравнению:

g = ,

 

где Q = G_i Q (G_i – количество i-го материала пожарной нагрузки, кг);

Q- низшая теплота сгорания i-го материала пожарной нагрузки, МДж/кг;

S – площадь размещения пожарной нагрузки, м² (но не менее 10 м²).

 

Значения критической плотности лучистых потоков

от очага пожара из твердых материалов. Таблица 15

Материалы	Qкр кВт/м^2
Древесина (сосна W=12%)	13,9
Древесностружечные плиты (плотность 417 кг/м)	8,3
Хлопок	7,5
Слоистый пластик	15,4
Стеклопластик	15,3
Пергамин	17,4
Резина	14,8
Рулонная кровля	17,4

 

Величины 1 пр из таблицы принимаются при Н (высота помещения) > 11 м, а при Н<11 м принимается как 1 = 1 пр + (11 – Н). Для пожарной нагрузки с неизвестной величиной q_кр значение l_пр ≥12 м. При разливе горючих жидкостей l_пр между соседними участками разлива рассчитывается по формулам:

 

lпр ≥ 15 при Н ≥ 11м,

lпр ≥ 26-Н при Н < 11м.

 

Если при определении категорий В2 или В3 реализуется условие Q ≥ 0,64 g H² то помещение должно относиться к категориям В1 и В2 соответственно.

Для веществ и материалов, способных взрываться и гореть при взаимодействии с водой, воздухом или друг с другом, при расчете ∆Р величина коэффициента Z принимается 1, а за Н_Т - энергия взаимодействия.

После категорирования помещений производится категорирование зданий в целом. Согласно НПБ 105-95 здание относится к категории А, если суммарная площадь помещений категории А превышает 5% от площади всех помещений или 200 м². Если помещение оборудуется установками автоматического пожаротушения, то норма 5% увеличивается до 25% или до 1000 м².

Здание относится к категории Б, если оно не относится к категории А и суммарная площадь помещений категорий А и Б превышает 5% или 200 м², а если помещения оборудованы автоматическими установками пожаротушения, то здание можно не относить к категории Б, если суммарная площадь помещений категорий А и Б не превышает 25% или до 1000 м².

К категории В относятся здания, если, во-первых, они не отнесены к категориям А или Б, во-вторых, если суммарная площадь помещений категорий А, Б и В превышает 5% (10% при отсутствии в здании помещений категорий А и Б) суммарной площади всех помещений.

Допускается не относить к категории В здания, если площадь помещений категорий А, Б,В при наличии в них установок автоматического пожаротушения не превышает 25% площади здания (но не более 3500 м²).

Здание относится к категории Г, если, во-первых, не относится к категориям А,Б и В, и во-вторых, если суммарная площадь помещений категорий А, Б, В и Г не превышает 5% площади здания (25% при оборудовании автоматическим пожаротушением, но не более 5000 м²).

В зависимости от установленной категории пожаровзрывоопасности помещения, здания или сооружения предусматриваются определенные объемно-планировачные решения и профилактические мероприятия, которые рассматриваются в последующих разделах пособия.

Требования технологической взрывобезопасности регламентируются нормами. Согласно этому документу степень взрывоопасности технологических блоков определяется суммарным энергетическим потенциалом:

 

Е = , кДж.

 

Под технологическим блоком имеются в виду аппарат или группа аппаратов, которые в заданное время могут быть отключены от технологической системы ьез опасных изменений технологического режима.

 

Детальный анализ выражения показал, что существенный вклад в суммарный потенциал дают:

= G' q' – энергия сгорания парогазовой фазы (ПГФ), находящейся в аварийном аппарате, кДж;

где G' – масса ПГФ в аварийном аппарате, кг;

q' – теплота сгорания ПГФ, кДж/кг.

= ∑ G_i' q' – энергия от сгорания ПГФ из смежных аппаратов, кДж;

где G' – масса ПГФ из смежных аппаратов, кг;

q' – теплота сгорания ПГФ из смежных аппаратов.

= G_i'' c'' θ - энергия сгорания ПГФ, образующейся из перегретой (выше температуры кипения) жидкой фазы (ЖФ), поступающей из аварийного и смежных аппаратов, кДж;

где G_i'' – масса ЖФ,кг;

c'' – теплоемкость ЖФ, кДж/кг С;

θ – перегрев ЖФ, С;

q' – теплота сгорания, кДж/кг;

r – теплота парообразования, кДж/кг.

=G_∑'' q' – энергия сгорания ПГФ, образующейся из пролитой ЖФ, кДж;

где G_∑'' - масса паров, образуемых при испарении ЖФ, кг;

q' – теплота сгорания, кДж/кг.

Значение Е (энергетического потенциала) используется для определения массы взрывоопасного парогазовоздушного облака (m), приведенного к тротиловому эквиваленту, а также относительно энергетического потенциала (Q_В) технологического блока:

 

m = , кг

 

Q_В = .

 

По значениям m и Q_В производится категорирование технологических блоков по взрывоопасности (таблица).

В зависимости от категории взрывоопасности Нормами устанавливаются определенные ограничения и назначаются необходимые для обеспечения взрывобезопасности мероприятия.

 

Категории взрывоопасности. Таблица 16

Категория взрывоопасности	QВ	m, кг
I	>37	>5000
II	27-37	2000-5000
III	<27	<2000

 

С помощью рассмотренных выше нормативных документов производится оценка возможности и масштабов образования пожаровзрывоопасных сред. Как известно, для возникновения пожара или взрыва еще необходим источник воспламенения. Наиболее распространенными являются источники электрического происхождения. Предупреждению появления таких источников посвящены Правила устройства электроустановок. Причем этими Правилами требования к выбору электрооборудования регламентируются с учетом степени взрывопожароопасности объекта, для которого производится выбор электрооборудования. Степень взрывопожароопасности при этом характеризуется взрывоопасными и пожароопасными зонами.