Пожарная безопасность технологических процессов / Shvyrkov - PB tekhnologicheskikh processov 2012

Таблица 11.1

Частота разгерметизации для технологического оборудования производственных объектов

	Наименование	Инициирующее аварию	Диаметр отверстия
	оборудования	событие	истечения, мм
			5
	Резервуары, емко-	Разгерметизация с
	сти, сосуды и аппа-	последующим исте-	12,5
	раты под давлением	чением жидкости,	25
		газа или двухфазной	50
		среды
			100
			Полное
			разрушение
	Насосы	Разгерметизация с	5
	(центробежные)	последующим исте-	12,5
		чением жидкости или	25
		двухфазной среды	50
			Диаметр подводя-
			щего / отводящего
			трубопровода
	Компрессоры	Разгерметизация с	5
	(центробежные)	последующим исте-	12,5
		чением газа	25
			50
			Полное
			разрушение
	Резервуары для хра-	Разгерметизация с	25
	нения ЛВЖ и ГЖ	последующим исте-	100
	при давлении, близ-	чением жидкости в
			Полное
	ком к атмосферному	обвалование
			разрушение
	Резервуары с пла-	Пожар в кольцевом
	вающей крышей	зазоре по периметру	–
		резервуара
		Пожар по всей по-	–
		верхности резервуара
	Резервуары со ста-	Пожар на дыхатель-	–
	ционарной крышей	ной арматуре
		Пожар по всей по-	–
		верхности резервуара
	Примечания:

Частота

разгерметизации, год-1

4,0 10-5

1,0 10-5

6,2 10-6

3,8 10-6

1,7 10-6

3,0 10-7

4,3 10-3

6,1 10-4

5,1 10-4

2,0 10-4

1,0 10-4

1,1 10-2

1,3 10-3

3,9 10-4

1,3 10-4

1,0 10-4

8,8 10-5

1,2 10-5

5,0 10-6

4,6 10-3

9,3 10-4

9,0 10-5

9,0 10-5

1.Здесь и далее под полным разрушением подразумевается утечка с диаметром отверстия истечения, соответствующим максимальному диаметру подводящего или отводящего трубопровода, или разрушения резервуара, емкости, сосуда или аппарата.

2.При определении частоты разгерметизации фильтров и кожухотрубных теплообменников указанное оборудование допускается рассматривать как аппараты под давлением.

3.Аппараты воздушного охлаждения допускается рассматривать как участки технологических трубопроводов, длина которых соответствует суммарной длине труб в пучках теплообменника.

161

Таблица 11.2

Частота утечек из технологических трубопроводов

	Диаметр		Частота утечек, м-1 год-1
		Малая	Средняя	Большая	Большая
	трубопровода,	(диаметр	(диаметр	(диаметр	(диаметр	Разрыв
	мм	отверстия	отверстия	отверстия	отверстия
		12,5 мм)	25 мм)	50 мм)	100 мм)
	50	5,7 10-6	2,4 10-6	–	–	1,4 10-6
	100	2,8 10-6	1,2 10-6	4,7 10-7	–	2,4 10-7
	150	1,9 10-6	7,9 10-7	3,1 10-7	1,3 10-7	2,5 10-8
	250	1,1 10-6	4,7 10-7	1,9 10-7	7,8 10-8	1,5 10-8
	600	4,7 10-7	2,0 10-7	7,9 10-8	3,4 10-8	6,4 10-9
	900	3,1 10-7	1,3 10-7	5,2 10-8	2,2 10-8	4,2 10-9
	1200	2,4 10-7	9,8 10-8	3,9 10-8	1,7 10-8	3,2 10-9

Таблица 11.3

Частота возникновения пожара для некоторых зданий производственных объектов

Наименование объекта	Частота возникновения пожара,
	м2 год-1
Электростанции	2,2 10-5
Склады химической продукции	1,2 10-5
Склады многономенклатурной продукции	9,0 10-5
Инструментально-механические цеха	0,6 10-5
Цеха по обработке синтетического каучука	2,65 10-5
и искусственных волокон

11.2.4. Метод «деревьев отказов»

Метод «деревьев отказов» используется для анализа возможных причин возникновения пожароопасной ситуации (пожара) и расчета ее частоты (на основе знания частоты исходного события).

При анализе «деревьев отказов» выявляются комбинации отказов (неполадок) оборудования, инцидентов, ошибок персонала, приводящие к головному событию – неконтролируемому выходу пожароопасного продукта из наружной установки.

Пример «дерева отказа», используемого для анализа причин возникновения аварийных ситуаций при автоматизированной заправке емкости, приведен на рис. 11.1.

Структура «дерева отказа» включает одно головное событие (инцидент), которое соединяется с набором соответствующих нижестоящих событий (ошибок, отказов, неблагоприятных внешних воздействий), образующих причинные цепи (сценарии аварий). Для связи между событиями в узлах «деревьев» используются знаки «И» и «ИЛИ».

162

Пролив горючего (переполнение емкости) по причине излишне продолжительной работы насосов из-за их несвоевременного отключения

ИЛИ

Команда на отключение

Команда на отключение

не поступила

не осуществлена

И

Система автоматической выдачи

Оператор не выдал команды

дозы (САВД) не выдала команды

ИЛИ

Оператор не пытался

ИЛИ

отключить насосы

ИЛИ

Отказ средств

Отказ средств

Оператор

Оператор не смог

не среагировал

отключить

передачи сигнала

выдачи сигнала

на отказ САВД

насосы вовремя

ИЛИ

ИЛИ

ИЛИ

ИЛИ

ИЛИ

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

Рис. 11.1. «Дерево отказов» заправочной операции

Логический знак «И» означает, что вышестоящее событие возникает при одновременном наступлении нижестоящих событий (соответствует перемножению их вероятностей для оценки вероятности вышестоящего события). Знак «ИЛИ» означает, что вышестоящее событие может произойти вследствие возникновения одного из нижестоящих событий. Так, «дерево отказов», представленное на рис. 11.1, имеет промежуточные события (прямоугольники), тогда как в нижней части «дерева» кругами с цифрами показаны исходные события-предпосылки, наименование и нумерация которых приведены в табл. 11.4.

Анализ структуры «дерева отказа» позволяет выделить ветви прохождения сигнала к головному событию.

Метод «дерева отказов» используется, главным образом, для определения наиболее эффективных мер предупреждения пожароопасных ситуаций.

163

	Исходные события «дерева отказа»	Таблица 11.4
№	Событие или состояние модели	Вероятность события
п/п		Рi
1	Система автоматической выдачи дозы (САВД) оказалась	0,0005
	отключенной (ошибка контроля исходного положения)
2	Обрыв цепей передачи сигнала от датчиков объема дозы	0,00001
3	Ослабление сигнала выдачи дозы помехами (нерасчетное	0,0001
	внешнее воздействие)
4	Отказ усилителя-преобразователя сигнала выдачи дозы	0,0002
5	Отказ расходомера	0,0003
6	Отказ датчика уровня	0,0002
7	Оператор не заметил световой индикации о неисправности	0,005
	САВД (ошибка оператора)
8	Оператор не услышал звуковой сигнализации об отказе	0,001
	САВД (ошибка оператора)
9	Оператор не знал о необходимости отключения насоса	0,001
	по истечении заданного времени
10	Оператор не заметил индикации хронометра об истечении	0,004
	установленного времени заправки
11	Отказ хронометра	0,00001
12	Отказ автоматического выключателя электропривода	0,00001
	насоса
13	Обрыв цепей управления приводом насоса	0,00001

11.2.5. «Логическое дерево событий» – основа расчета условной вероятности реализации опасного фактора пожара

Основой расчета условной вероятности реализации опасного фактора пожара является сценарий пожара и статистические данные условной вероятности реализации различных ветвей «логического дерева событий» и перехода пожароопасной ситуации или пожара в ту или иную стадию развития.

Для построения сценариев возникновения и развития пожаров, как правило, используется метод «логического дерева событий».

«Логическое дерево событий» предназначено для графического отображения общего характера развития возможных пожароопасных ситуаций с переходом в пожар с отражением причинно-следственной взаимосвязи событий в зависимости от специфики пожарной опасности объекта с учетом влияния на них имеющихся защитных мероприятий и является основой для расчета частоты реализации опасного фактора пожара.

Сценарий возникновения и развития пожароопасной ситуации и пожара на логическом дереве отражается в виде последовательности событий от исходного до конечного события (ветвь «дерева событий»).

164

Пожар может иметь несколько уровней развития. При определенных условиях он может быть приостановлен или перейти на следующий, более высокий уровень.

Уровни развития аварии и пожара на технологическом объекте подразделяются:

на уровень А – характеризуется возникновением и развитием аварии и пожара в пределах одного технологического блока без влияния на смежные;

уровень Б – характеризуется выходом аварии и пожара за пределы блока и возможным продолжением его развития в пределах технологического объекта (установки, цеха, производства);

уровень В – характеризуется развитием аварии и пожара на смежные технологические объекты, здания и сооружения на территории предприятия и за его пределами.

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

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

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

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

Пример «дерева событий» для количественного анализа различных

сценариев аварий на установке переработки нефти представлен на рис. 11.2.

Численные обозначения рядом с наименованием события показывают условную вероятность возникновения этого события. При этом вероятность возникновения инициирующего события (выброс нефти из резервуара) принята равной 1. Значение частоты возникновения отдельного события или сценария пересчитывается путем умножения частоты возникновения инициирующего события на условную вероятность развития аварии по конкретному сценарию.

11.2.6. Статистические данные условной вероятности реализации различных ветвей «логического дерева событий»

При расчете частоты реализации опасного фактора пожара следует использовать условную вероятность реализации различных ветвей «логического дерева событий» и перехода пожароопасной ситуации или пожара в ту или иную стадию развития (табл. 11.5).

165

Прекращение горения

Факельное

или ликвидация аварии

0,02

С мгновенным

горение струи

Разрушение соседнего

0,04

оборудования

0,02

воспламенением

Эффект«домино» отсутствует

0,05

«Огненный шар»

0,001

Разрушение соседнего

0,01

оборудования

0,009

Выброс нефти

Ликвидация аварии

1,0

0,35

Нет воспламенения

Без мгновенного

Отсутствие источника

0,45

0,10

воспламенения

Воспламенение

Пожар пролива

0,95

0,10

нефти

0,50

Горение или взрыв облака

0,40

Рис. 11.2. «Дерево событий» на установке первичной переработки нефти

Условная вероятность мгновенного воспламенения

Таблица 11.5

и воспламенения с задержкой

Массовый

Условная вероятность

Условная вероятность

Условная вероятность

последующего воспла-

сгорания с образовани-

расход

мгновенного

менения при отсутствии

ем избыточного давле-

истечения,

воспламенения

мгновенного

ния при последующем

кг/с

воспламенения

воспламенении

Номи-

ми-

наль-

Двух-

Двух-

Двух-

Диа-

ное

фаз-

Жид-

фаз-

Жид-

фаз-

Жид-

пазон

сред-

Газ

Газ

Газ

нее

ная

кость

ная

кость

ная

кость

смесь

смесь

смесь

значе-

ние

Малый

0,5

0,005

0,005

0,005

0,005

0,005

0,005

0,080

0,080

0,050

(<1)

Сред-

ний

10

0,035

0,035

0,015

0,036

0,036

0,015

0,240

0,240

0,050

(1–50)

Боль-

шой

100

0,150

0,150

0,040

0,176

0,176

0,042

0,600

0,600

0,050

(>50)

Пол-

Не оп-

ный

реде-

0,200

0,200

0,050

0,240

0,240

0,061

0,540

0,540

0,100

разрыв

лено

166

В литературе имеются обобщенные статистические данные условной вероятности реализации опасного фактора пожара. Например, в табл. 11.6 приведены данные, заимствованные из ГОСТ Р 12.3.047–98 «Пожарная безопасность технологических процессов. Общие требования. Методы контроля».

Таблица 11.6

Статистические вероятности различных сценариев развития аварии с выбросом СУГ

Опасный фактор пожара по сценарию	Условная вероятность
Факел	0,0574
«Огненный шар»	0,7039
Горение пролива	0,0287
Сгорание облака	0,1689
Сгорание с развитием избыточного давления	0,0119
Без горения	0,0292
Итого	1

11.2.7. Оценка зон поражения людей опасными факторами пожара на открытых технологических площадках

Оценка зон поражения людей опасными факторами пожара проводится на основе существующих методик анализа физических явлений, протекающих при пожароопасных ситуациях и пожарах.

Детерминированные критерии показывают значения параметров опасного фактора, при которых наблюдается тот или иной уровень поражения людей или разрушения окружающих зданий и оборудования.

Вероятностные критерии показывают, какова условная вероятность поражения людей или разрушения зданий и оборудования при заданном значении опасного фактора пожара.

Критерии поражения тепловым излучением

При анализе воздействия теплового излучения следует различать случаи импульсного и длительного воздействия.

В первом случае критерием поражения является доза излучения D (например, воздействие «огненного шара»), во втором – критическая интенсивность теплового излучения qкр (например, воздействие пожара пролива).

Величины qкр для различных степеней поражения человека приведены в табл. 11.7.

167

			Таблица 11.7
		Степень поражения	Интенсивность
			излучения, кВт/м2
	Без негативных последствий в течение неограниченного		1,4
	времени
	Безопасно для человека в брезентовой одежде		4,2
	Непереносимая боль через 20–30 с		7,0
	Ожог 1	степени через 15–20 с	10,5
	Ожог 2	степени через 30–40 с
	Непереносимая боль через 3–5 с
	Ожог 1	степени через 6–8 с	20,0
	Ожог 2	степени через 12–16 с
	Мгновенные болевые ощущения через 4 с
	Летальный исход с вероятностью 50 % при длительности		44,5
	воздействия около 10 с

Детерминированные критерии поражения людей и зданий избыточным давлением при сгорании газопаровоздушных смесей в помещениях или на открытом пространстве приведены в табл. 11.8.

		Таблица 11.8
	Степень поражения	Избыточное давление, кПа
	Полное разрушение зданий	100
	50%-ное разрушение зданий	53
	Средние повреждения зданий	28
	Умеренные повреждения зданий (повреждение внутрен-	12
	них перегородок, рам, дверей и т. п.)
	Нижний порог повреждения человека волной давления	5
	Малые повреждения (разбита часть остекления)	3

По значениям этих критериев можно определить размеры зон воздействия опасных факторов пожара, имея в своем распоряжении количественные методы их расчета.

При расчете зон поражения людей опасными факторами пожара, как правило, используют следующие методики оценки:

уровня взрывоопасности технологической системы;

ожидаемой частоты возникновения пожаров при нормальном функционировании технологической системы;

опасности распространения пожара на резервуар вертикальный стальной (РВС) с ЛВЖ, расположенный рядом с горящим РВС;

массы жидкости, поступившей в окружающее пространство при разгерметизации технологической системы;

168

массового расхода жидкости;

массовой скорости истечения паровой фазы сжиженного газа;

массовой скорости истечения сжатого газа;

геометрических параметров пожарной опасности разлива ЛВЖ;

теплофизических параметров пожарной опасности при испарении ЛВЖ с поверхности разлива (интенсивность испарения, масса испарившейся жидкости);

зоны взрывоопасных концентраций паров;

параметров волны давления при сгорании облака топливно-воздуш- ной смеси;

интенсивности теплового излучения пожара пролива;

интенсивности теплового излучения при сгорании «огненного шара»;

радиуса воздействия продуктов сгорания паровоздушного облака

вслучае пожара-вспышки;

размеров факела при струйном горении.

Основные алгоритмы расчета по вышеперечисленным методикам приведены в нормативной литературе, а также в различных справочных и учебных пособиях.

Особенности расчета размера зоны поражения факелом при струйном горении и радиуса воздействия продуктов сгорания

паровоздушного облака в случае пожара-вспышки

При струйном истечении сжатых горючих газов, паровой и жидкой фазы СУГ и СПГ (сжиженного природного газа) возникает опасность образования диффузионных факелов.

Длина факела LF , м, при струйном горении вычисляется по формуле

LF KG0,4 ,

(11.3)

где G – расход продукта, кг/с; K – эмпирический коэффициент, который при истечении сжатых газов принимается равным 12,5, при истечении паровой фазы СУГ или СПГ – 13,5, при истечении жидкой фазы СУГ или СПГ – 15.

Длина факела при струйном истечении горючих жидкостей определяется дальностью (высотой) струи жидкости.

Ширина факела DF, м, при струйном горении вычисляется по формуле

DF 0,15LF .

(11.4)

169

При проведении оценок пожарной опасности горящего факела при струйном истечении сжатых горючих газов, паровой и жидкой фазы СУГ

иСПГ принимаются следующие допущения:

размеры факела определяют зону непосредственного контакта пламени с окружающими объектами, т. е. характеризуют область наиболее

опасного теплового воздействия, интенсивность которого может быть принята 100 кВт/м2;

длина факела не зависит от направления истечения продукта и скорости ветра;

наибольшую опасность представляют горизонтальные факелы, условную вероятность реализации которых следует принимать равной 0,67;

поражение человека в горизонтальном факеле происходит в 30о-м секторе с радиусом, равным длине факела;

воздействие горизонтального факела на соседнее оборудование,

приводящее к его разрушению (каскадному развитию аварии), происходит в 30о-м секторе, ограниченном радиусом, равным LF;

за пределами указанного сектора на расстояниях от LF до 1,5LF тепловое излучение от горизонтального факела составляет 10 кВт/м2;

при истечении жидкой фазы СУГ или СПГ из отверстия с эквивалентным диаметром до 100 мм при мгновенном воспламенении происходит полное сгорание истекающего продукта в факеле без образования пожара пролива;

область возможного воздействия пожара-вспышки при струйном истечении совпадает с областью воздействия факела (30о-й сектор, ограни-

ченный радиусом, равным LF).

В случае образования паровоздушной смеси в незагроможденном технологическим оборудованием пространстве и его зажигании относительно слабым источником (например, искрой) сгорание этой смеси происходит, как правило, с небольшими видимыми скоростями пламени. При этом амплитуды волны сжатия малы и могут не приниматься во внимание при оценке поражающего воздействия. В этом случае реализуется так называемый пожар-вспышка, при котором зона поражения высокотемпературными продуктами сгорания паровоздушной смеси практически совпадает с максимальным размером облака продуктов сгорания (т. е. поражаются в основном объекты, попадающие в это облако).

Радиус воздействия высокотемпературных продуктов сгорания паровоздушного облака при пожаре-вспышке RF определяется соотношением:

RF 1,2RНКПР ,

(11.5)

где RНКПР – горизонтальный размер взрывоопасной зоны, м.

170