Пожарная безопасность электроустановок / Agunov - Pozharnaya bezopasnost elektroustanovok 2012

30

Глава 1

Многие ЛВЖ могут образовывать взрывоопасные смеси с воздухом уже при температуре в производственном помещении 10–35 оC, т. е. без дополнительного подогрева, т. к. эта температура превышает температуру вспышки. Некоторые ЛВЖ образуют взрывоопасные смеси при температуре ниже нуля, например, сероуглерод, ацетон, бензин.

Взрывоопасные смеси с воздухом могут образовывать пыль и волокна некоторых горючих веществ. Горючие пыль и волокна относятся к взрывоопасным, если их нижний концентрационный предел воспламенения не превышает 65 г/м3. Характерным показателем для пожароопасной характеристики пыли или волокон является температура тления.

Температура тления — самая низкая температура вещества (материалов, смеси), при которой происходит резкое увеличение скорости экзотермических реакций, заканчивающееся возникновением тления.

В таблицах 1.6 и 1.7 приведены характеристики некоторых горючих веществ.

Взрывоопасные смеси воспламеняются в случае, если в электроустановках находится источник зажигания в виде нагретого тела или пламени (электрическая дуга короткого замыкания; искра, возникающая при замыкании или размыкании контактов; чрезмерно высокая температура на поверхности электрооборудования, превышающая температуру самовоспламенения взрывоопасных смесей, и т. п.).

						Таблица 1.6
	Характеристики некоторых ЛВЖ и горючих газов
Наименование горючего			Температура, оС		Концентрационные пределы
	вещества				воспламенения, % об.
			tвсп	tсам	нижний	верхний
		бензин	–11	534	1,4	7,1
ЛВЖ		ацетон	–18	465	2,2	13,0
		спирт этиловый	13	404	3,6	19
		аммиак	–	650	17,0	28
ГГ		метан	–	537	5,28	15
		водород	–	510	4,0	75

Основы пожарной безопасности применения электроустановок

31

Взрывоопасной зоной (ВЗ) называется помещение или ограниченное пространство в помещении или наружной установке, в котором имеются или могут образовываться взрывоопасные смеси.

По степени взрывоопасности взрывоопасные зоны подразделяются на шесть классов.

Согласно ПУЭ для горючих газов и паров легковоспламеняющихся жидкостей предусмотрены четыре класса взрывоопасных зон: В-І, В-Іа, В-Іб, В-Іг.

Для взрывоопасной пыли предусмотрены два класса: В-ІІ и В-ІІа. Наиболее опасными являются зоны классов В-І и В-ІІ. Они опре-

деляются и обосновываются нормативным и расчетным способами.

						Таблица 1.7
Характеристика пыли некоторых горючих веществ
	Взвешенная пыль			Осевшая пыль
Горючее		Темпе-	Темпе-		Темпе-		Темпера-
	НКПВ,	ратура	ратура		ратура		тура само-
вещество
	г/м3	воспламе-	тления,		воспламе-		воспламе-
		нения, оС	оС		нения, оС		нения, оС
Мука древесная	11,2	430	–		–		255
Крахмал карто-			Не тлеет,
	40,3	430	обуглива-		–		420
фельный
			ется
Сахар свекло-			Не тлеет,		–		350
	8,9	360	плавится
вичный
			при 160о С

При определении взрывоопасных зон по ПУЭ принимается, что: а) взрывоопасная зона в помещении занимает весь объем по-

мещения, если объем взрывоопасной смеси (Vвз.см.) превышает 5 % свободного объема помещения (Vс.о.п.);

б) взрывоопасной считается зона в помещении в пределах до 5 м по горизонтали и вертикали от технологического аппарата, из которого возможно выделение горючих газов или паров ЛВЖ, если объем взрывоопасной смеси равен или менее 5 % свободного объема помещения. Помещение за пределами взрывоопасной зоны следует

32

Глава 1

считать невзрывоопасным, если нет других факторов, создающих в нем взрывоопасность.

СП 12.13130.2009 предлагает альтернативную методику определения взрывоопасных производственных и складских помещений. Согласно СП 12.13130.2009 помещение считают взрывопожароопасным, если расчетное развиваемое избыточное давление возможного взрыва превышает 5 килопаскалей (1 кПа = 1 кН/м2 = 101,9 кгс/м2).

Избыточное давление взрыва Р (кПа) в помещении для индивидуальных горючих веществ, состоящих из атомов С — углерода, Н — водорода, О — кислорода, N — азота, Cl — хлора, Вr — брома, J — йода, F — фтора, определяется по формуле:

,

где Рmax — максимальное давление взрыва стехиометрической газовоздушной или паровоздушной смеси в замкнутом объеме, определяемое экспериментально или по справочным данным. При отсутствии данных допускается принимать Рmax равным 900 кПа; P0 — начальное давление (допускается принимать равным 101 кПа); m — масса горючего газа или паров легковоспламеняющихся и горючих жидкостей, вышедших в результате расчетной аварии в помещение (кг); Z – коэффициент участия горючего во взрыве, который может быть рассчитан на основе характера распределения газов и паров в объеме помещения. Допускается принимать значение Z: для водорода — Z = 1; для горючих газов (кроме водорода) — Z = 0,5; для легковоспламеняющихся и горючих жидкостей, нагретых до температуры вспышки и выше, — Z = 0,3; для легковоспламеняющихся и горючих жидкостей, нагретых ниже температуры вспышки, при наличии возможности образования аэрозоля — Z = 0,3; для легковоспламеняющихся и горючих жидкостей, нагретых ниже температуры вспышки, при отсутствии возможности образования аэрозоля — Z = 0. Vсв – свободный объем помещения (м3); ρг,п — плотность газа или пара при расчетной температуре (кг/м3);

— стехиометрическая концентрация горючих газов

или паров легковоспламеняющихся жидкостей и горючих жидкостей (объемных %); — стехиометрический

Основы пожарной безопасности применения электроустановок

33

коэффициент кислорода в реакции сгорания; nС, nH, nО, nX – число атомов соответственно углерода, водорода, кислорода и галоидов в молекуле горючего; Кн — коэффициент, учитывающий негерметичность помещения и неадиабатичность процесса горения. Допускается принимать Кн равным трем.

Расчет Р для индивидуальных веществ, кроме упомянутых выше, а также для смесей может быть выполнен по формуле:

,

где Нт — теплота сгорания (Дж/кг); ρв — плотность воздуха до взрыва при начальной температуре Т0, (кг/м3); Ср — теплоемкость воздуха (допускается принимать равной 1,01 × 103 Дж/кгоК); Т0 — начальная температура воздуха (оК).

По этому же выражению производится и расчет избыточного давления взрыва для горючих пылей. В отсутствие возможности получения сведений для оценки величины Z допускается принимать Z = 0,5.

Расчетное избыточное давление взрыва Р для веществ и материалов, способных взрываться и гореть при взаимодействии с водой, кислородом воздуха или друг с другом, определяется по приведенной выше методике, полагая Z = 1 и принимая в качестве величины Нт энергию, выделяющуюся при взаимодействии (с учетом сгорания продуктов взаимодействия до конечных соединений), или экспериментально в натурных испытаниях. В случае, когда определить величину Р не представляется возможным, следует принимать ее превышающей 5 кПа.

Расчетное избыточное давление взрыва Р для гибридных взрывоопасных смесей, содержащих горючие газы (пары) и пыли, определяется по формуле:

Р = Р1 + Р2,

где Р1 — давление взрыва, вычисленное для горючего газа (пара); Р2 — давление взрыва, вычисленное для горючей пыли.

Наружные установки производственного и складского назначения СП 12.13130.2009 предлагает считать взрывопожароопасными,

34

Глава 1

если горизонтальный размер зоны, ограничивающей газопаровоздушные смеси с концентрацией горючего выше нижнего концентрационного предела воспламенения, превышает 30 м (данный критерий применяется только для горючих газов и паров) и/или расчетное избыточное давление при сгорании газо-, пароили пылевоздушной смеси на расстоянии 30 м от наружной установки превышает 5 кПа.

Величину избыточного давления Р, развиваемого при сгорании газопаровоздушных смесей, в этом случае определяют по формуле:

,

где Р0 — атмосферное давление (допускается принимать равным 101 кПа); r — расстояние от геометрического центра газопаровоздушного облака (м); mпр — приведенная масса газа или пара (кг), вычисляется по формуле:

,

где Qcг — удельная теплота сгорания газа или пара (Дж/кг); Z — коэффициент участия горючих газов и паров в горении, который допускается принимать равным 0,1; Q0 — константа, равная 4,52 × 106 Дж/кг; m — масса горючих газов и/или паров, поступивших в результате аварии в окружающее пространство (кг).

Вернемся к ПУЭ. ПУЭ классифицирует взрывоопасные зоны следующим образом.

Зоны класса В-І — зоны, расположенные в помещениях, в которых выделяются горючие газы или пары ЛВЖ в таком количестве и с такими свойствами, что они могут образовать с воздухом взрывоопасные смеси при нормальных режимах работы, например при загрузке или разгрузке технологических аппаратов, хранении или переливании ЛВЖ, находящихся в открытых емкостях, и т. п.

Зоны класса В-Іа — зоны, расположенные в помещениях, в которых при нормальной эксплуатации взрывоопасные смеси горючих газов (независимо от нижнего концентрационного предела

Основы пожарной безопасности применения электроустановок

35

воспламенения) или паров ЛВЖ с воздухом не образуются, а возможны только в результате аварий или неисправностей.

Зоны класса В-Іб — зоны, расположенные в помещениях, в которых при нормальной эксплуатации взрывоопасные смеси горючих газов или паров ЛВЖ с воздухом не образуются, а возможны только в результате аварий или неисправностей, и которые отличаются одной из следующих особенностей.

1.Горючие газы в этих зонах обладают высоким нижним концентрационным пределом воспламенения (15 % и более) и резким запахом при предельно допустимых концентрациях по ГОСТ 12.1.005-88 (например, машинные залы аммиачных компрессорных

ихолодильных абсорбционных установок).

2.Помещения производств, связанных с обращением газообразного водорода, в которых по условиям технологического процесса исключается образование взрывоопасной смеси в объеме, превышающем 5 % свободного объема помещения, имеют взрывоопасную зону только в верхней части помещения. Взрывоопасная зона условно принимается от отметки 0,75 общей высоты помещения, считая от уровня пола, но не выше кранового пути, если таковой имеется (например, помещения электролиза воды, зарядные станции тяговых и стартерных аккумуляторных батарей).

Пункт 2 не распространяется на электромашинные помещения с турбогенераторами с водородным охлаждением при условии обеспечения электромашинного помещения вытяжной вентиляцией с естественным побуждением; эти электромашинные помещения имеют нормальную среду.

К классу В-Iб относятся также зоны лабораторных и других помещений, в которых горючие газы и ЛВЖ имеются в небольших количествах, недостаточных для создания взрывоопасной смеси в объеме, превышающем 5 % свободного объема помещения, и в которых работа с горючими газами и ЛВЖ производится без применения открытого пламени. Эти зоны не относятся к взрывоопасным, если работа с горючими газами и ЛВЖ производится в вытяжных шкафах или под вытяжными зонтами.

Зоны класса В-Іг — пространства у наружных установок — технологических установок, содержащих горючие газы или ЛВЖ (за исключением наружных аммиачных компрессорных установок, выбор электрооборудования для которых производится так же, как

36

Глава 1

идля аналогичных установок в закрытых помещениях), надземных

иподземных резервуаров с ЛВЖ или горючими газами (газгольдеры), эстакад для слива и налива ЛВЖ, открытых нефтеловушек, прудов-отстойников с плавающей нефтяной пленкой и т. п.

Кзонам класса В-Iг также относятся: пространства у проемов за наружными ограждающими конструкциями помещений с взрывоопасными зонами классов В-I, В-Iа и В-II (исключение — проемы окон с заполнением стеклоблоками); пространства у наружных ограждающих конструкций, если на них расположены устройства для выброса воздуха из систем вытяжной вентиляции помещений со взрывоопасными зонами любого класса или если они находятся в пределах наружной взрывоопасной зоны; пространства у предохранительных и дыхательных клапанов емкостей и технологических аппаратов с горючими газами и ЛВЖ.

Для наружных взрывоопасных установок взрывоопасная зона класса В-Iг считается в пределах до:

а) 0,5 м по горизонтали и вертикали от проемов за наружными ограждающими конструкциями помещений с взрывоопасными зонами классов В-I, В-Iа, В-II;

б) 3 м по горизонтали и вертикали от закрытого технологического аппарата, содержащего горючие газы или ЛВЖ; от вытяжного вентилятора, установленного снаружи (на улице) и обслуживающего помещения с взрывоопасными зонами любого класса;

в) 5 м по горизонтали и вертикали от устройств для выброса из предохранительных и дыхательных клапанов емкостей и технологических аппаратов с горючими газами или ЛВЖ, от расположенных на ограждающих конструкциях зданий устройств для выброса воздуха из систем вытяжной вентиляции помещений с взрывоопасными зонами любого класса;

г) 8 м по горизонтали и вертикали от резервуаров с ЛВЖ или горючими газами (газгольдеры); при наличии обвалования — в пределах всей площади внутри обвалования;

д) 20 м по горизонтали и вертикали от места открытого слива и налива для эстакад с открытым сливом и наливом ЛВЖ.

Эстакады с закрытыми сливно-наливными устройствами, эстакады и опоры под трубопроводы для горючих газов и ЛВЖ не относятся к взрывоопасным, за исключением зон в пределах до 3 м по горизонтали и вертикали от запорной арматуры и фланцевых сое-

Основы пожарной безопасности применения электроустановок

37

динений трубопроводов, в пределах которых электрооборудование должно быть взрывозащищенным для соответствующих категории и группы взрывоопасной смеси.

Зоны класса В-ІІ — зоны, расположенные в помещениях, в которых выделяются переходящие во взвешенное состояние горючие пыли или волокна в таком количестве и с такими свойствами, что они способны образовать с воздухом взрывоопасные смеси при нормальных режимах работы (например, при загрузке и разгрузке технологических аппаратов).

Зоны класса В-ІІа — зоны, расположенные в помещениях, в которых опасные состояния, указанные для класса В-II, не имеют места при нормальной эксплуатации, а возможны только в результате аварий или неисправностей.

В таблице 1.8 приведена классификация взрывоопасных зон по степени опасности при использовании в них электрооборудования.

Согласно «Техническому регламенту о требованиях пожарной безопасности» в зависимости от частоты и длительности присутствия взрывоопасной смеси взрывоопасные зоны подразделяются на следующие классы:

–0-й класс — зоны, в которых взрывоопасная газовая смесь присутствует постоянно или хотя бы в течение одного часа;

–1-й класс — зоны, расположенные в помещениях, в которых при нормальном режиме работы оборудования выделяются горючие газы или пары легковоспламеняющихся жидкостей, образующие с воздухом взрывоопасные смеси;

–2-й класс — зоны, расположенные в помещениях, в которых при нормальном режиме работы оборудования взрывоопасные смеси горючих газов или паров легковоспламеняющихся жидкостей с воздухом не образуются, а возможны только в результате аварии или повреждения технологического оборудования;

–20-й класс (второй – нулевой класс) — зоны, в которых взрывоопасные смеси горючей пыли с воздухом имеют нижний концентрационный предел воспламенения менее 65 граммов на кубический метр и присутствуют постоянно;

–21-й класс (второй – первый класс) — зоны, расположенные

впомещениях, в которых при нормальном режиме работы оборудования выделяются переходящие во взвешенное состояние горючие пыли или волокна, способные образовывать с воздухом

Таблица 1.8

Классификация взрывоопасных зон по ПУЭ

	ВЗ	Распол.	Веще-	Норм. режим	Дополнительные данные	Пример
		в помещ.	ство	работы
						–хранение и переработка ЛВЖ;
	В-І	Да		Да		–установки приготовления резинового
						клея.
				Авария,	В-І допускается относить к	–помещения для хранения баллонов с
	В-Іа	Да			В-Іа при выполнении подпун-	ГГ;
				неисправность
					ктов а) и б) п. 7.3.52. ПУЭ.	–насосные станции по перекачке ЛВЖ.
					Зона в помещении:	–машинные залы аммиачных компрес-
			ГГ и		а) ГГ имеют НКПВ > 15 % и	соров и холодильных абсорбционных
					резкий запах;	установок;
			пары	Авария,	б) применяется H2 в таких ко-	–помещения электролиза воды, за-
	В-Іб	Да	ЛВЖ
				неисправность	личествах, что Vвз.см≥5 % Vс.о.п,	рядные станции тяговых и стартерных
					нет образования ВОС;	аккумуляторных батарей.
					в) вещества применяются в
					малых количествах
					Vвз.см≥5 % Vс.о.п.
		Нет, на-			Состав и размер зон опреде-	–пространство у наружных установок,
	В-Іг	ружные		Да	ляются подпунктами а) — д)	содержащих ГГ или ЛВЖ;
		установ-			п. 7.3.44. ПУЭ.	–наземные и подземные резервуары с
		ки				ЛВЖ и ГГ.
	В-ІІ	Да	ВС	Да		–помещения ТЭС по разгрузке угля и
						торфа.
			пылей и
				Авария,		–помещения топливоподачи топлива,
	В-ІІа	Да	волокон
				неисправность		угля.

38

1 Глава

Основы пожарной безопасности применения электроустановок

39

взрывоопасные смеси при концентрации 65 и менее граммов на кубический метр;

–22-й класс (второй – второй класс) — зоны, расположенные

впомещениях, в которых при нормальном режиме работы оборудования не образуются взрывоопасные смеси горючих пылей или волокон с воздухом при концентрации 65 и менее граммов на кубический метр, но возможно образование такой взрывоопасной смеси горючих пылей или волокон с воздухом только в результате аварии или повреждения технологического оборудования.

В таблице 1.9 показано соответствие классов взрывоопасных зон по ПУЭ и «Техническому регламенту о требованиях пожарной безопасности».

Таблица 1.9

Соответствие классов взрывоопасных зон по ПУЭ и «Техническому регламенту о требованиях пожарной безопасности»

	Вещества, образующие		Технический регла-
			мент о требованиях
	с воздухом взрыво-	ПУЭ
			пожарной безопас-
	опасные смеси
			ности
		–	0-й класс зоны
	Горючие газы, пары	Зона класса В-I	1-й класс зоны
		Зона класса В-Iа	2-й класс зоны
	ЛВЖ
		Зона класса В-Iб	2-й или 1-й класс зоны
		Зона класса В-Iг	–
	Горючие пыли, во-	–	20-й класс зоны
		Зона класса В-II	21-й класс зоны
	локна
		Зона класса В-IIа	22-й класс зоны

1.6. Классификация взрывоопасных смесей

Взрывозащищенное электрооборудование имеет ряд специфических отличий от электрооборудования общего назначения. При выборе электрооборудования для взрывоопасных зон следует учитывать не только класс взрывоопасной зоны, но и физикохимические свойства взрывоопасных смесей.