Расследование пожаров / Zernov - Proizvodstvo ekspertiz pri admin. rassledovanii 2010

оценку опасных факторов пожара и взрыва для различных сценариев его развития. При построении полей опасных факторов пожара, взрыва для различных сценариев их развития следует учитывать:

-тепловое излучение при факельном горении, пожарах проливов горючих веществ на поверхность и огненных шарах;

-избыточное давление и импульс волны сжатия при сгорании газопаровоздушной смеси в открытом пространстве;

-избыточное давление и импульс волны сжатия при разрыве сосуда (резервуара) в результате воздействия на него очага пожара;

-осколки, образующиеся при взрывном разрушении элементов технологического оборудования;

-расширяющиеся продукты сгорания при реализации пожара – вспышки;

-избыточное давление при сгорании газопаровоздушной смеси в производственном помещении;

-концентрацию токсичных компонентов продуктов горения в помеще-

нии;

-снижение концентрации кислорода в воздухе помещения;

-задымление атмосферы помещения;

-среднеобъемную температуру в помещении.

Как видно из перечня, эти опасные факторы были отражены в ГОСТ 12.3.04-98, где приведены соответствующие расчетные зависимости.

Оценка последствий воздействия опасных факторов пожара, взрыва на людей для различных сценариев развития пожароопасных ситуаций предусматривает определение числа людей, попавших в зону поражения опасными факторами пожара, взрыва. При этом производится сопоставление величин опасных факторов пожара с критериями поражения указанными опасными факторами людей, зданий, сооружений и оборудования. Для оценки пожарного риска следует использовать, как правило, вероятностные критерии поражения людей и окружающих зданий и оборудования опасными факторами. Детерминированные критерии используются в случаях, когда невозможно применение вероятностных критериев.

Детерминированные критерии показывают значения параметров опасного фактора, при которых наблюдается тот или иной уровень поражения людей или разрушения окружающих зданий, сооружений и оборудования. Например, в случае использования детерминированных критериев условная вероятность поражения принимается равной 1, если значение критерия превышает предельно-допустимый уровень, и равной 0, если значение критерия не превышает предельно допустимый уровень поражения людей или разрушения окружающих зданий, сооружений и оборудования. Вероятностные же критерии показывают, какова вероятность поражения людей или

90

разрушения зданий, сооружений и оборудования при заданном значении опасного фактора пожара.

Вычисление значений пожарного риска для производственного объекта - заключительный шаг в исследовании. Риск гибели людей в результате воздействия опасных факторов пожара на производственных объектах характеризуется числовыми значениями индивидуального и социального пожарных рисков. Величина индивидуального пожарного для персонала производственного объекта определяется как частота гибели человека в результате воздействия опасных факторов пожара в течение года. Индивидуальный пожарный риск для персонала определяется как сумма величин индивидуального пожарного риска при нахождении человека в зданиях, сооружениях, строениях и на территориях производственных объектов. Для производственных объектов социальный пожарный риск принимается равным частоте возникновения событий, при реализации которых может пострадать не менее 10 человек.

Методы оценки опасных факторов аварий с пожарами и взрывами на промышленных предприятиях.

Оценка величин опасных факторов проводится на основе анализа физических явлений, протекающих при пожароопасных ситуациях, пожарах, взрывах. При оценке пожарного риска для объектов с наличием горючих газов и жидкостей, как правило, рассматриваются следующие сценарии развития аварий:

пожары проливов при истечении горючих жидкостей из резервуаров, аппаратов и трубопроводов;

факельное (струйное) горение в результате воспламенения выбросов из оборудования под давлением, произошедшего либо в момент выброса (мгновенное воспламенение), либо по истечении некоторого времени, с образованием горящего облака, которое, в свою очередь, поджигает истекающую струю жидкости или газа;

выбросы горючих газов (паров) и жидкостей из оборудования, приводящие к образованию и распространению газопаровоздушного облака;

сгорание газопаровоздушного облака в дефлаграционном или детанационном режиме с образованием волн давления, способных поражать людей и повреждать здания и сооружения (взрыв облака);

сгорание газопаровоздушного облака без образование существенных волн давления (пожар-вспышка);

огненный шар (крупномасштабное диффузионное пламя сгорающей массы распыленного жидкого топлива или парового облака, поднимающееся над поверхностью земли), возникающий при разрушении оборудования

91

под давлением обусловленным воздействием пламени или избыточного давления или другими причинами;

пожары и взрывы внутри зданий и сооружений.

При этом рассматриваются следующие процессы (в зависимости от типа оборудования и обращающихся на объекте горючих веществ), вызывающие возникновение опасных факторов пожара:

-истечение жидкости, газа или двухфазной среды из отверстия;

-растекание жидкости при разрушении оборудования;

-испарение жидкости из пролива;

-выброс газа при разрушении оборудования;

-формирование зон загазованности;

-образование газопаровоздушного облака (газы и пары тяжелее возду-

ха);

-сгорание газопаровоздушной смеси в открытом пространстве;

-разрушение сосуда с перегретой ЛВЖ, ГЖ или сжиженным горючим газом;

-тепловое излучение от пожара пролива или огненного шара;

-факельное горение струи жидкости и/или газа;

-образование и разлет осколков при разрушении элементов технологического оборудования;

-сгорание газопаровоздушной смеси в технологическом оборудовании или помещении;

-пожар в помещении;

-вскипание и выброс горящей жидкости при пожаре в резервуаре, При необходимости рассматриваются иные процессы, которые могут

иметь место при возникновении пожароопасных ситуаций и пожаров.

В методике приведены следующие методы оценки опасных факторов:

-методы расчета теплового излучения пожара пролива и огненного

шара;

-методы расчета параметров волны сжатия при различных режимах сгорания газопаровоздушных смесей на открытом пространстве, разрушении сосуда с перегретой легковоспламеняющейся жидкостью или сжиженным горючим газом в очаге пожара;

-методы оценки зон поражения при пожаре вспышке и факельном горении.

Также в методике приведены методы расчета следующих характеристик:

-массового расхода горючей среды при аварии (жидкость, газ, двухфазная среда);

-интенсивности испарения жидкости из пролива;

-максимальных размеров взрывоопасных зон.

92

Следует отметить, что методы оценки опасных факторов пожара, реализующихся при пожарах в зданиях производственных объектов, регламентируются положениями ГОСТ Р 12.3.047-98.

Методика расчета интенсивности теплового излучения в определен-

ной точке пространства при пожаре проливе или огненном шаре аналогична приведенной в ГОСТ Р 12.3.047-98 «Пожарная безопасность технологических процессов. Общие требования. Методы контроля» и «Руководстве для оценки пожарного риска для промышленных предприятий». Интенсивность теплового излучения определяется исходя из среднеповерхностной плотности теплового излучения пламени, углового коэффициента облученности и коэффициента пропускания атмосферы. Среднеповерхностная плотность теплового излучения пламени определяется в зависимости от типа горючего вещества и размеров пламени. Угловой коэффициент облученности определяется исходя из размеров пламени, его геометрической формы и расстояния до облучаемого объекта.

Пламя пожара пролива рассматривается как вертикальный или наклонный (при учете воздействия ветра) цилиндр, размеры которого зависят от диаметра пролива и удельной скорости выгорания жидкости.

Огненный шар рассматривается как сфера, диаметр которой определяется в зависимости от массы выброшенного при разрушении оборудования топлива. Коэффициент пропускания атмосферы определяется исходя из размеров пламени и расстояния до него.

Методика расчета параметров волны сжатия при различных режи-

мах сгорания газопаровоздушных смесей на открытом пространстве предусматривает, что сгорание газопаровоздушного облака в открытом пространстве может происходить в дефлаграционном или детонационном режиме как с образованием волн давления, способных поражать людей и повреждать здания и сооружения (взрыв облака), так и без образования существенных волн давлений. Возможность того или иного режима сгорания облака определяется в зависимости от типа горючего вещества, размеров облака и загроможденности окружающего пространства. Методика аналогична приведенной в «Руководстве для оценки пожарного риска для промышленных предприятий» и РД 03-409-01 «Методика оценки последствий аварийных взрывов топливно-воздушных смесей». Поражающее действие волны сжатия определяется в зависимости от амплитуды и импульса волны сжатия, которые в свою очередь рассчитываются исходя из расстояния до центра облака, массы и размеров облака, типа горючего вещества, характера загроможденности окружающего пространства.

Методика расчета параметров волны сжатия при разрушении сосуда

с перегретой легковоспламеняющейся жидкостью или сжиженным горючим газом в очаге пожара аналогична приведенной в ГОСТ Р 12.3.047-98*

93

и «Руководстве для оценки пожарного риска для промышленных предприятий». Поражающее действие волны сжатия определяется в зависимости от амплитуды и импульса волны сжатия, которые в свою очередь рассчитываются исходя из расстояния до центра резервуара (аппарата), давления и физических свойств, находящейся в нем среды.

Методика расчета зон поражения при пожаре вспышке аналогична приведенной в «Руководстве для оценки пожарного риска для промышленных предприятий». При пожаре вспышке зона поражения людей определяется зоной действия расширяющихся высокотемпературных продуктов сгорания облака по формуле:

R = 1,2 Rнкпр

Методика расчета зон поражения при факельном горении предусмат-

ривает, что при струйном истечении горючих газов, паров возникает опасность образования диффузионных факелов.

Длина факела Lф (м) при струйном горении вычисляется по формуле:

L = K G0,4,

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.

При оценке пожарной опасности горящего факела при струйном истечении сжатых горючих газов, паровой и жидкой фазы СУГ и СПГ 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 LF 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-ом секторе с радиусом, равным длине факела;

воздействие горизонтального факела на соседнее оборудование, приводящее к его разрушению (каскадному развитию аварии), происходит в 30о-ом секторе, ограниченном радиусом, равным LF;

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

тепловое излучение от вертикальных факелов составляет 10 кВт/м2 в круговой зоне с радиусом, равным LF;

94

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, ограниченный радиусом, равным LF);

при мгновенном воспламенении струи газа возможность формирования волн сжатия допускается не учитывать.

Методы расчета массового расхода горючей среды при аварии (жид-

кость, газ, двухфазная среда) и интенсивности испарения жидкости из пролива аналогичны приведенным в ГОСТ Р 12.3.047-98 и «Руководству по оценке пожарного риска для промышленных предприятий».

Наиболее важный этап исследования - оценка последствий воздейст-

вия опасных факторов пожара, взрыва на людей для различных сценари-

ев развития пожароопасных ситуаций - предусматривает определение числа людей, попавших в зону поражения опасными факторами пожара, взрыва. При этом производится сопоставление величин опасных факторов пожара с критериями поражения указанными опасными факторами людей, зданий, сооружений и оборудования.

Для оценки пожарного риска следует использовать, как правило, вероятностные критерии поражения людей и окружающих зданий и оборудования опасными факторами. Детерминированные критерии используются при невозможности применения вероятностных критериев.

Детерминированные критерии показывают значения параметров опасного фактора, при которых наблюдается тот или иной уровень поражения людей или разрушения окружающих зданий, сооружений и оборудования. Например, в случае использования детерминированных критериев условная вероятность поражения принимается равной 1, если значение критерия превышает предельно-допустимый уровень, и равной 0, если значение критерия не превышает предельно допустимый уровень поражения людей или разрушения окружающих зданий, сооружений и оборудования.

Вероятностные критерии показывают, какова вероятность поражения людей или разрушения зданий, сооружений и оборудования при заданном значении опасного фактора пожара. В качестве вероятностных критериев поражения людей и/или зданий и сооружений используются пробитфункции. Для этого применяются различные модели, связывающие между собой величины опасных факторов пожара и их последствия для людей, зданий и сооружений.

Пробит-функцию для поражения человека, здания или сооружения можно записать следующим образом:

95

Pr = a + bLn(S),

где: a, b - константы, зависящие от степени поражения и вида объекта; S - величина воздействующего фактора.

Для оценки последствий воздействия теплового излучения пожара величина S зависит интенсивности теплового излучения и времени его воздействия на объект. Для оценки последствий воздействия волны давления при сгорании облака величина S зависит от амплитуды волны давления и ее импульса. Связь между значением пробит-функции и условной вероятности поражения задается специальной таблицей.

В методике приведены пробит-функции поражения человека тепловым излучением и волной сжатия. Пробит-функции аналогичны приведенным в ГОСТ Р 12.3.047-98 «Пожарная безопасность технологических процессов. Общие требования. Методы контроля» и «Руководству по оценке пожарного риска для промышленных предприятий».

Вычисление значений пожарного риска (потенциального, индивидуального и социального пожарного риска для зданий (частей зданий - пожарных отсеков), а также территории производственных объектов и прилегающей к ним территории).

Величина потенциального риска Р(а) (год-1) в определенной точке местности а, как на территории производственного объекта, так и на прилегающей к объекту территории, определяется с помощью соотношения

I
P a	Qdi a Q Ai , (5.1)
i	1

где I - число сценариев развития аварии (ветвей логического дерева событий возникновения и развития аварии);

Qdi(a) - условная вероятность поражения человека в определенной точке местности а в результате реализации i-го сценария развития аварии, отвечающего определенному событию, инициирующему аварию;

Q(Ai) - частота реализации в течение года i-го сценария развития аварии, год-1.

Условные вероятности поражения человека Qdi(a) определяются по значениям пробит-функций.

Величина Р(а) определяется посредством наложения зон поражения опасными факторами с учетом частоты реализации каждого сценария развития аварии на карту местности с привязкой их к соответствующему событию, инициирующему аварию (элементу оборудования, технологической установке) и ориентированию зоны поражения в соответствии с метеорологическими условиями (для струйного горения, пожара-вспышки, образования и взрывного превращения газопаровоздушного облака). При расчете риска рассматриваются метеорологические условия с типичными направлениями ветров и ожидаемой частотой их возникновения.

96

Qdik

Процедура расчета риска предусматривает рассмотрение различных аварийных ситуаций и определение зон поражения опасными факторами пожара и взрыва, и частот их реализации. Для удобства расчетов территорию местности делят на зоны, внутри которых величины Р(а) полагаются одинаковыми.

В необходимых случаях оценка условной вероятности поражения человека проводится с учетом совместного воздействия более чем одного опасного фактора (для ветвей логического дерева со стадиями с условием перехода «И»). Так, например, для расчета условной вероятности поражения человека при реализации сценария развития аварии, связанного со взрывом резервуара с ЛВЖ под давлением, находящегося в очаге пожара, необходимо учитывать, кроме теплового излучения огненного шара, также воздействие ударной волны и осколков.

Условная вероятность поражения человека Qdi(a) от совместного независимого воздействия несколькими опасными факторами в результате реализации i-го сценария развития аварии определяется следующим образом:

	h
Qdi	a 1 П 1 QkQdik a ,	(5.2)
	k 1

где h - число рассматриваемых опасных факторов аварии; Qk - вероятность реализации k-го опасного фактора;

a - условная вероятность поражения k-м опасным фактором.

Результаты расчетов потенциального риска могут быть отображены на карте (ситуационном плане) предприятия и прилегающих районов в виде замкнутых линий равных значений (изолинии функции Р(а)).

Изолинии функции Р(а) называются контурами риска. Их физический смысл состоит в том, что они разделяют территорию предприятия (так же, как и местность вокруг предприятия) на области, в которых ожидаемая частота возникновения опасных факторов аварии, приводящих к гибели людей, заключена в определенных, указанных на рисунке, пределах.

Контуры риска не зависят от количества работающих на предприятии или их должностных обязанностей, а определяются исключительно используемой технологией и надежностью применяемого оборудования. Потенциальный риск используется как мера (критерий допустимости / недопустимости) уровня пожарной безопасности объекта.

Индивидуальный риск для любого работника предприятия характеризует возможность гибели при возникновении аварии. Потеря жизни в течение определенного периода времени (года) является случайным событием, зависящим от рода его профессиональной деятельности, в том числе от продолжительности нахождения работника в областях, отвечающих различным контурам риска при его перемещениях по промышленной площад-

97

ке предприятия в течение рабочей смены. Для целей управления безопасностью персонала используется количественная мера возникновения этого случайного события - частота поражения опасными факторами пожара (взрыва) определенного человека, называемую индивидуальным риском.

Таким образом, индивидуальный риск определяется как ожидаемая частота поражения определенного работника предприятия опасными факторами аварий в течение года.

Области, на которые разбита территория предприятия, обозначается

J, j = 1, ... J.

Для удобства описания расчетов работники предприятия нумеруются m = 1, ..., М

Текущий номер работника m однозначно определяет наименование должности работника, его категорию и другие особенности его профессиональной деятельности, необходимой для оценки безопасности.

Индивидуальный риск работника m производственного объекта опре-

деляется как сумма величин индивидуального риска при нахождении работника на территории и зданиях производственного объекта.

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

J
Rm	q jm P j ,
j	1

где P j - величина потенциального риска в j-й области территории предприятия, год-1;

qjm - вероятность присутствия работника m в j-й области территории предприятия.

Величина индивидуального риска Rm (год-1) для работника m при его нахождении в здании производственного объекта определяется с помощью соотношения

	N
Rm	q jm P j ,
	j 1

где Pj - величина потенциального риска в j-й области территории предприятия, год-1;

qjm - вероятность присутствия работника m в j-ом помещении; N - число помещений в здании.

Вероятность присутствия работника в определенных помещениях или участках территории определяется, исходя из доли времени нахождения рассматриваемого человека на этих участках в течение года на основе решений по организации эксплуатации и технического обслуживания обору-

98

дования и здания производственного объекта.

Для людей, находящихся в селитебной зоне вблизи производственного объекта, индивидуальный риск принимается равным величинам потенциального риска в этой зоне.

Вычисление значений пожарного риска производится по следую-

щим формулам.

Величина потенциального риска Pi (год-1) в i-ом помещении здания определяется следующим образом:

J

Pi QjQdij j 1

где J – число сценариев возникновения пожара в здании; Qij – частота реализации в течение года j-го сценария пожара, год-1; Qdij – условная вероятность поражения человека при его нахождении в i-ом помещении в начале реализации j-го сценария пожара.

Условная вероятность поражения человека Qdij определяется по формуле:

Qdij 1 PЭij 1 Dij

где РЭij – вероятность эвакуации людей, находящихся в i-ом помещении здания, при реализации j-го сценария пожара; Dij – вероятность эффективной работы технических средств по обеспечению безопасности людей в i-ом помещении при реализации j-го сценария пожара.

Вероятности РЭij и Dij рассчитываются по методикам, изложенным в ГОСТ Р 12.3.047-98.

Понятие социального риска используется для анализа воздействия промышленных аварий на людей, а также для установления приемлемости того или иного уровня пожарной или промышленной безопасности. Социальный риск задается с помощью функции, значениями которой являются величины, определяющие, что в аварии с пожаром погибло не менее определенного количества человек.

Социальный риск S (год-1) определяется по формуле

	L
S	Q Ai ,	(5.4)
	i 1

где L - число сценариев развития аварии, для которых выполняется ус-

ловие Ni ≥ N0;

Ni - ожидаемое число погибших в результате реализации i-го сценария развития аварии;

N0 - число погибших, для которого оценивают величину социального риска. В настоящем документе принимается N0 = 10.

99