Пожарная безопасность технологических процессов / Shvyrkov - PB tekhnologicheskikh processov 2012

Воспламенение паров жидкости от источника зажигания возможно при условии s н . В случае s н требуется дополнительная энергия

для разогрева горючих технологических остатков и повышения s :

MПДПН	=43	ρλ(Tн.к -T0 ) ,		(10.12)
		Kб.мDНх
где – плотность технологических остатков (ТО);			–	коэффициент
теплопроводности ТО; Тн.к, Т0	–	температура начала		кипения ТО

и окружающей среды; H х – теплота испарения ТО.

Коэффициент безопасности Kб.м принимается на основе результатов исследований равным 10.

10.3. Пожароопасные характеристики огневых работ

Наиболее распространенными и пожароопасными видами огневых работ являются электрическая и газовая сварка (резка) металла корпуса технологического аппарата.

Мощность источника зажигания qи.з при электросварочных работах можно рассчитать по характеристикам режима сварки:

qиэф.з = Iр U ζ ф,

(10.13)

где Iр – сила тока; U – падение напряжения на дуге; ζ – коэффициент полезного действия (0,5–0,85 – для ручной дуговой сварки); ф коэффициент, учитывающий влияние, оказываемое несинусоидальностью кривых напряжения и тока на мощность дуги. При сварке на постоянном токе ф = 1, на переменном токе – ф = 0,7 0,95. Величина U принимается равной 20–36 В. Сила тока в зависимости от диаметра электрода и толщины свариваемого металла может колебаться в пределах 50–350 А. При резке сила тока увеличивается на 20–30 %.

Эффективная тепловая мощность пламени газовой горелки можно определить по формуле

qиэф.з = 103ζ KпVз ,

(10.14)

где ζ – коэффициент полезного действия (ζ = 0,25–0,8); Kп – безразмерный коэффициент (Kп = 0,84); Vз – расход газа (ацетилена), м3/ч.

Расход ацетилена Vз при толщине разогреваемого металла от 1 до 300 мм колеблется от 0,45 до 1,2 м3/ч.

Температура, до которой нагреваются отдельные точки околошовной зоны, изменяется от температуры плавления металла до температуры окружающей среды.

151

Распределение тепловой нагрузки, формируемой при электрической сварке в зоне термического влияния радиусом 2,4·10–2 м характеризуется температурами на ее границе 200–300 °С, что близко к температурам самовоспламенения большинства нефтепродуктов. Удельный тепловой поток qт убывает с удалением от центра пятна и может быть найден по формуле

qт = q2m exp (–kr2),

(10.15)

где qт – удельный тепловой поток в зоне теплового пятна радиусом r; q2m – максимальный тепловой поток; k – коэффициент сосредоточенности теплового пятна.

Величину максимального теплового потока в центре пятна можно определить по формуле

q2m = qэф K / π.	(10.16)
и.з

Подставив в формулу (10.15) значения формул (10.16) и (10.14), получим, что удельный тепловой поток в зоне теплового пятна радиусом r

qт = (K / π) Iр U ζ ф exp (–kr2).

(10.17)

Коэффициент K по данным для дуговой сварки составляет 1,1·104 м-2, для газовой сварки – (0,2 – 0,4)104 м-2.

10.4. Методика оценки пожарной безопасности

Фактическая толщина горючих остатков определяется весовым способом или с помощью специальных приборов – толщиномеров.

Весовой метод предусматривает удаление с определенной площади поверхности (соскабливание, протирка) слоя углеводородных остатков с последующим их взвешиванием на весах. Очевидно, что горение может возникать в любой точке ведения огневых работ, поэтому необходимо регламентировать выбор мест отбора проб. Значение безопасной концентрации следует принимать, исходя из особенностей проведения работ. При работе в противогазе или снаружи технологического аппарата в качестве безопасного значения концентрации можно принять ПДВК, исходя из условия (10.1). В случае отсутствия надежных средств защиты органов дыхания за безопасную концентрацию следует принимать ПДК в соответствии с санитарными нормами.

Методика оценки пожарной безопасности регламентных и ремонтных огневых работ включает аналитический расчет ПДПН, определение остаточной пожарной нагрузки (ОПН), контрольный анализ загазованности технологического аппарата, сравнение результатов определения ОПН с ПДПН и газового анализа с ПДВК.

152

Предотвратив образование горючей среды в газовом пространстве оборудования и/или источника зажигания, можно избежать пожара. Источниками зажигания при строительстве, эксплуатации, а также при ликвидации аварий и ремонте технологических объектов могут быть:

искры удара при монтаже и работе вентиляционного оборудования;

самовозгорание пирофорных соединений;

разряды статического электричества при пропарке, мойке, заполнении пеной и других технологических операциях;

тепловое проявление электрической энергии при работе электронасосов, компрессоров, вентиляторов, используемых при очистке технологического оборудования;

искры, связанные с работой двигателей внутреннего сгорания;

атмосферное электричество.

Для оценки уровня ПВБ необходимо знать значения вероятностей (надежности) предотвращения источника зажигания Ри.з и невоспламенения горючей смеси Рг.с.

Вероятность существования (предотвращения) источника зажигания можно определить, исходя из значений нормативной вероятности предотвращения пожара Рб и Рг.с , по формуле

P	1	1 Pб	.	(10.18)
и.з		1 Pг.с

Вероятность предотвращения образования (невоспламенения) горючей смеси в период ликвидации аварий или предремонтной подготовки технологического аппарата определяется по формуле

P	1	K	б	m			,	(10.19)
						i
г.с		об i 1

где i – продолжительность существования горючей смеси при i-й операции; об – общее время технологических операций по предремонтной подготовке; m – количество операций.

При проведении огневых работ вероятность источника зажигания допустимо принимать равной нулю.

Вероятность предотвращения пожара Рп.п в данном случае можно определить по формуле

				н	Kр
P	P	1		n0Qв			,	(10.20)
				.п N
п	г.с

где n0 – число рабочих, подвергшихся воздействию опасных факторов пожара (ОФП);Qвн – нормативная вероятность воздействия ОФП (допустимо

153

принимать равной 10–6); Kр – количество обслуживаемых объектов в год одной бригадой; N – число технического персонала в бригаде.

Коэффициенты безопасности могут быть определены, исходя из максимальных флуктуаций концентрации (снижение или увеличение концентраций в ходе проведения технологических операций), неравномерности распределения паров (газов) углеводородов, кислорода или флегматизатора в газовом пространстве, погрешности газового анализа и точности определения показателя пожарной опасности.

Методика оценки уровня ПВБ включает в себя:

расчет длительности взрывоопасного периода каждой стадии технологии предремонтной подготовки;

оценку суммарного времени технологии предремонтной подготовки;

определение вероятности предотвращения горючей среды и источника зажигания;

оценку численности аварийной бригады и частоты проведения технологических операций;

расчет вероятности предотвращения пожара.

Практическое использование указанной методики требует разработки комплексной системы с учетом требований интенсификации производства, экологической безопасности и детального исследования ПВБ основных технологических операций.

Контрольные вопросы

1.Принцип обеспечения пожарной безопасности огневых работ на технологическом оборудовании.

2.Способы обеспечения ПВБ технологического оборудования при производстве огневых ремонтных работ.

3.С помощью каких технологических операций осуществляется предремонтная подготовка технологического оборудования?

4.Условия обеспечения ПВБ с помощью 1-го метода.

5.Условия обеспечения ПВБ с помощью 2-го метода.

6.Условия обеспечения ПВБ с помощью 3-го метода.

7.Основные источники зажигания при ремонте технологического оборудования и способы их изоляции от горючей среды.

8.Какой слой горючих отложений называется критическим по условиям воспламенения?

9.Какой параметр принимают в качестве критерия готовности технологического аппарата к ремонтным работам?

10.Что включает в себя методика оценки уровня ПВБ?

154

РАЗДЕЛ III

ОЦЕНКА ПАРАМЕТРОВ ПОЖАРНОЙ ОПАСНОСТИ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ ОБЪЕКТОВ ЗАЩИТЫ

Глава 11

МЕТОДЫ ОЦЕНКИ ПАРАМЕТРОВ ПОЖАРОВЗРЫВООПАСНОСТИ ПРИ АВАРИЯХ И ПОЖАРАХ НА НАРУЖНЫХ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ УСТАНОВКАХ

Увеличение количества и энергоемкости используемых в промышленности пожароопасных веществ, усложнение технологий и режимов управления современными производствами требуют разработки механизма получения обоснованных оценок и критериев безопасности таких производств с учетом всей совокупности социально-экономических факторов, в том числе вероятности и последствий возможных пожаров.

Оценка пожарного риска наружных технологических установок является частью системного подхода к принятию решений, процедур и практических мер в решении задач предупреждения или уменьшения опасности пожаров для жизни человека, ущерба имуществу и окружающей среде, называемого в нашей стране обеспечением пожарной безопасности.

Основные термины и определения, используемые при расчетах пожарного риска

Потенциальный пожарный риск – частота реализации ОФП в рас-

сматриваемой точке территории.

Индивидуальный пожарный риск – пожарный риск, который может привести к гибели человека в результате воздействия ОФП.

Социальный пожарный риск – степень опасности для группы людей в результате воздействия ОФП, ведущих к гибели 10 человек и более.

Допустимый пожарный риск – пожарный риск, уровень которого допустим и обоснован исходя из социально-экономических условий.

ОФП – опасный фактор пожара.

11.1. Цель и задачи, решаемые при оценке пожарного риска

Оценка пожарного риска должна дать ответы на три основных вопроса:

1. Что плохого может произойти? (Идентификация опасностей, анализ пожарной опасности.)

155

2.Как часто это может случаться? (Анализ частоты.)

3.Какие могут быть последствия? (Анализ последствий.)

Требования о необходимости проведения оценки пожарного риска производственных объектов содержатся:

в Федеральном законе от 22 июля 2008 г. № 123-ФЗ «Технический регламент о требованиях пожарной безопасности» (далее «ТР о ТПБ»);

в Постановлении Правительства Российской Федерации от 16 февраля 2008 г. № 87 «О составе разделов проектной документации и требованиях к их содержанию».

Количественной мерой возможности реализации пожарной опасности производственных объектов является риск гибели людей в результате воздействия опасных факторов пожара, в том числе:

риск гибели персонала производственного объекта;

риск гибели людей, находящихся в селитебной зоне вблизи производственного объекта.

Риск гибели людей в результате воздействия опасных факторов пожара на производственных объектах характеризуется числовыми значениями индивидуального и социального пожарных рисков.

Порядок расчета пожарного риска регламентирует «Методика определения расчетных величин пожарного риска на производственных объектах», утвержденная Приказом МЧС РФ от 10 июля 2009 г. № 404 и зарегистрированная в Минюсте РФ 17 августа 2009 г. за № 14541.

11.2. Этапы расчета параметров пожарного риска

Значение пожарного потенциального риска Р(а) (чел./год) в определенной точке а на территории определяется с помощью соотношения:

J

P(a) Q jQdj (a) , (11.1)

j 1

где J – число сценариев развития пожара (ветвей логического дерева событий); Qj – частота реализации опасного фактора пожара в течение года j-го сценария развития пожара, год-1; Qdj (a) – условная вероятность пора-

жения человека в определенной точке территории а в результате реализации j-го сценария развития аварии.

Этапы расчета параметров пожарного риска на производственном объекте включают:

1)изучение и составление описания объекта оценки пожарного риска;

2)анализ пожарной опасности производственного объекта;

3)определение частоты реализации первичных событий пожароопасных ситуаций на производственном объекте;

156

4)построение логического дерева событий реализации опасных факторов пожара;

5)расчет частоты реализации опасного фактора пожара в течение года j-го сценария развития пожара, чел. /год;

6)расчет зон поражения опасными факторами поражения;

7)расчет условной вероятности поражения человека в определенной точке территории в результате реализации j-го сценария развития аварии;

8)вычисление фактического пожарного риска;

9)оценка пожарного риска, т. е. сравнение фактического пожарного риска с нормативными значениями.

Нормативные значения пожарного риска для производственных объектов регламентируются статьей 93 «ТР о ТПБ».

Величина индивидуального риска Rm (год–1) для работника производственного объекта m при его нахождении на территории объекта определяется с помощью соотношения

I

Rm qim P(a) , (11.2)

i 1

где P(a) – величина потенциального риска в i-й области территории

предприятия, год–1; qim – вероятность присутствия работника на i-й области территории объекта.

11.2.1. Изучение и составление описания объекта оценки пожарного риска

Изучение и составление описания объекта оценки пожарного риска предусматривает следующие процедуры:

изучение технологии процесса и аппаратурного оформления процесса;

наименование обращающихся веществ и их показатели пожарной опасности;

вместимость аппаратов, производительность насосов и т. п.;

технологические параметры процесса;

условное членение технологического процесса на технологические

блоки.

Изложение материала может быть принято по следующей схеме:

принципиальная технологическая схема с обозначением основного технологического оборудования и кратким описанием технологического процесса;

157

план размещения основного технологического оборудования, в котором обращаются пожароопасные вещества;

перечень основного технологического оборудования, в котором обращаются пожароопасные вещества;

данные о распределении пожароопасных веществ по оборудованию;

описание решений, направленных на исключение разгерметизации оборудования и предупреждение аварийных выбросов пожароопасных веществ;

описание решений, направленных на предупреждение развития пожароопасной ситуации.

11.2.2. Анализ пожарной опасности

Совокупность опасных воздействий на технологическую систему, приводящих к возникновению пожара как в условиях нормального функционирования, так и в экстремальных условиях, достаточно трудно идентифицировать. Для этой цели используются различные способы и приемы моделирования пожарной опасности. Их объединяет одна цель – установление логических связей при изучении причин и условий реализации пожара.

Основой разработки моделей пожарной опасности является курс дисциплины «Пожарная безопасность технологических процессов», который предусматривает моделирование пожарной опасности для следующих характерных фаз функционирования технологической системы:

нормальное функционирование;

пожароопасная (аварийная) ситуация;

пожар.

При нормальном функционировании системы незначительное отклонение технологических параметров от регламента процесса способно перевести систему в предпожарное состояние. При отсутствии способов предотвращения пожара или отказе систем противопожарной защиты возможно возникновение пожара.

Для периода нормального функционирования технологической системы характерны следующие события пожарной опасности:

выход параметров процесса за критическое значение;

образование взрывоопасной среды в аппаратуре;

взрыв в аппаратуре;

разрушение аппаратуры;

выброс пожароопасных веществ из аппаратуры;

пожар на технологической системе.

158

Пожароопасная ситуация характеризуется одним или комплексом следующих событий пожарной опасности:

коррозионный, механический износ, повреждение технологического оборудования и трубопроводов;

разгерметизация аппаратуры;

самопроизвольный выход пожароопасного вещества;

разлив пожароопасной жидкости, процесс испарения;

образование зон взрывоопасных концентраций газо-, пароили пылевоздушных смесей;

контакт взрывоопасной смеси с источником зажигания;

воздействие избыточного давления или теплового излучения при сгорании газо-, пароили пылевоздушных смесей.

Фаза пожара характеризуется потерей «живучести» технологической системы при воздействии тепла пожара. Для этой фазы характерны следующие события пожарной опасности:

перегрев оборудования с СГГ, ЛВЖ, ГЖ открытым пламенем при пожаре с последующим взрывом;

разрушение аппаратуры, коммуникаций, зданий, сооружений, смежных блоков, травмирование людей;

дальнейшее развитие пожара на предприятии и с выходом его за пределы объекта.

К пожароопасным не относятся ситуации, в результате которых не возникает опасность для жизни и здоровья людей.

Для каждой пожароопасной ситуации на производственном объекте должно быть приведено описание причин возникновения и развития пожароопасных ситуаций, места их возникновения и факторов пожара, представляющих опасность для жизни и здоровья людей в местах их пребывания.

Наиболее вероятными событиями, которые могут являться причинами пожароопасныхситуацийнапроизводственныхобъектах, следуетпринимать:

выход параметров технологических процессов за критические значения, который вызван нарушением технологического регламента (например, перелив топлива при сливоналивных операциях, разрушение оборудования вследствие превышения давления по технологическим причинам, появление источников зажигания в местах образования горючих газопаровоздушных смесей);

разгерметизация технологического оборудования, вызванная механическим (влиянием повышенного или пониженного давления, динамических нагрузок и т. п.), температурным (влиянием повышенных или пониженных температур) и агрессивным химическим (влиянием кислородной, сероводородной, электрохимической и биохимической коррозии) воздействиями;

159

механическое повреждение оборудования в результате ошибок персонала, падения предметов, некачественного проведения ремонтных и регламентных работ и т. п. (например, разгерметизация оборудования или выход из строя элементов его защиты в результате повреждения при ремонте или столкновения с железнодорожным или автомобильным транспортом).

Для выявления пожароопасных ситуаций рекомендуется осуществить деление технологических систем на блоки. Указанное деление осуществляется, исходя из возможности раздельной герметизации этих участков при возникновении аварии.

При анализе пожароопасных ситуаций, связанных с разгерметизацией технологического оборудования, следует рассмотреть утечки при различных диаметрах истечения (в том числе максимальные – при полном разрушении оборудования или подводящих/отводящих трубопроводов).

11.2.3. Рекомендации по определению частоты реализации первичного (инициирующего) события

Для определения частоты реализации пожароопасных ситуаций на производственном объекте используется информация:

об отказе оборудования, используемого на объекте;

о параметрах надежности используемого на объекте оборудования;

об ошибочных действиях персонала объекта;

о гидрометеорологической обстановке в районе размещения производственного объекта;

о географических особенностях местности в районе размещения производственного объекта.

Как правило, на практике для определения частоты реализации используются расчетные методы и статистические данные.

Основные положения метода определения вероятности возникновения пожара, а также примеры расчетов (вероятности возникновения взрыва

ипожара в отделении компрессии; вероятности возникновения пожара в резервуаре) приведены в ГОСТ 12.1.004–91 «Пожарная безопасность. Общие требования. Методы контроля».

Для определения частоты реализации пожароопасных ситуаций могут использоваться статистические данные по аварийности или расчетные данные по надежности технологического оборудования, соответствующие специфике рассматриваемого производственного объекта.

Рекомендуемые сведения по частоте реализации событий, инициирующих пожароопасные ситуации, представлены в табл. 11.1–11.3.

160