Алгоритм расчета критериев взрывопожарной и пожарной опасности помещений

 

 

2.2 Методика определения категорий помещений, зданий и сооружений и наружных установок по взрывопожарной и пожарной опасности

 

2.2.1 Категории помещений по взрывопожарной и пожарной опасности

1) Категории помещений по взрывопожарной и пожарной опасности принимаются по таблице 1.

 

Таблица 1

Категория помещения	Характеристика веществ и материалов, находящихся (обращающихся) в помещении
А (повышенная взрывопожароопасность)	Горючие газы, легковоспламеняющиеся жидкости с температурой вспышки не более 28 °С в таком количестве, что могут образовывать взрывоопасные парогазовоздушные смеси, при воспламенении которых развивается расчетное 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 (взрывопожароопасность)	Горючие пыли или волокна, легковоспламеняющиеся жидкости с температурой вспышки более 28 °С, горючие жидкости в таком количестве, что могут образовывать взрывоопасные пылевоздушные или паровоздушные смеси, при воспламенении которых развивается расчетное избыточное давление взрыва в помещении, превышающее 5 кПа
В1-В4 (пожароопасность)	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 (умеренная пожароопасность)	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 (пониженная пожароопасность)	Негорючие вещества и материалы в холодном состоянии

 

2) Категории помещений определяют путем последовательной проверки принадлежности помещения к категориям от высшей (А) к низшей (Д).

3) Определение пожароопасной категории помещения (В1-В4) по взрывопожарной и пожарной опасности осуществляется путем сравнения максимального значения удельной временной пожарной нагрузки (далее по тексту - пожарная нагрузка) на любом из участков с величиной удельной пожарной нагрузки, приведенной в таблице 2.

 

Таблица 2

Категория помещения	Удельная пожарная нагрузка (g) на участке, МДж/м2	Способ размещения
В1	более 2200	Не нормируется
В2	от 1401 до 2200	В соответствии с требованиями пункта 22 методики
В3	от 181 до 1400	В соответствии с требованиями пункта 22 методики
В4	от 1 до 180	На любом участке пола помещения площадью 10 м2.

 

 

2.2.2 Методы расчета критериев взрывопожарной опасности помещений

2.2.2.1 Выбор и обоснование расчетного варианта

4) При расчете значений критериев взрывопожарной опасности в качестве расчетного следует выбирать наиболее неблагоприятный вариант аварии или период нормальной работы аппаратов, при котором во взрыве участвует наибольшее количество веществ или материалов, наиболее опасных в отношении последствий взрыва.

В случае если использование расчетных методов не представляется возможным, допускается определение значений критериев взрывопожарной опасности на основании результатов соответствующих научно-исследовательских работ, согласованных и утвержденных в установленном порядке.

5) Количество поступивших в помещение веществ, которые могут образовать взрывоопасные газовоздушные или паровоздушные смеси, определяется исходя из следующих предпосылок:

· происходит расчетная авария одного из аппаратов;

· все содержимое аппарата поступает в помещение;

· происходит одновременно утечка веществ из трубопроводов, питающих аппарат, по прямому и обратному потокам в течение времени, необходимого для отключения трубопроводов.

Расчетное время отключения трубопроводов определяется в каждом конкретном случае исходя из реальной обстановки и должно быть минимальным с учетом паспортных данных на запорные устройства, характера технологического процесса и вида расчетной аварии.

Расчетное время отключения трубопроводов следует принимать 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;

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

300 с при ручном отключении.

Запрещается использование технических средств для отключения трубопроводов, для которых время отключения превышает приведенные выше значения.

Быстродействующие клапаны-отсекатели должны автоматически перекрывать подачу газа или жидкости при нарушении электроснабжения.

В исключительных случаях в установленном порядке допускается превышение приведенных выше значений времени отключения трубопроводов.

· происходит испарение с поверхности разлившейся жидкости; площадь испарения при разливе на пол определяется (при отсутствии справочных данных) исходя из расчета, что 1 л смесей и растворов, содержащих 70 % и менее (по массе) растворителей, разливается на площади 0,5 м², а остальных жидкостей - на 1 м² пола помещения;

· происходит также испарение жидкости из емкостей, эксплуатируемых с открытым зеркалом жидкости, и со свежеокрашенных поверхностей;

· длительность испарения жидкости принимается равной времени ее полного испарения, но не более 60 мин.

6) Количество пыли, которое может образовать взрывоопасную смесь, определяется из следующих предпосылок:

· расчетной аварии предшествовало пыленакопление в производственном помещении, происходящее в условиях нормального режима работы;

· в момент расчетной аварии произошла плановая (ремонтные работы) или внезапная разгерметизация одного из технологических аппаратов, за которой последовал аварийный выброс в помещение всей находившейся в аппарате пыли.

Примечание - Под «временем срабатывания» и «временем отключения» следует понимать промежуток времени от начала возможного поступления горючего вещества из трубопровода (перфорация, разрыв, изменение номинального давления) до полного прекращения поступления газа или жидкости в помещение.

7) Свободный объем помещения определяется как разность между объемом помещения и объемом, занимаемым технологическим оборудованием. Если свободный объем помещения определить невозможно, то его допускается принимать условно равным 80 % геометрического объема помещения.

2.2.2.2 Расчет избыточного давления взрыва для горючих газов, паров легковоспламеняющихся и горючих жидкостей

8) Избыточное давление взрыва ∆Р для индивидуальных горючих веществ, состоящих из атомов С, Н, О, N, Cl, Br, I, F, определяется по формуле

(1)

где Р_max - максимальное давление взрыва стехиометрической газовоздушной или паровоздушной смеси в замкнутом объеме, определяемое экспериментально. При отсутствии данных допускается принимать Р_max равным 900 кПа;

Р₀ - начальное давление, кПа (допускается принимать равным 101 кПа);

m - масса горючего газа (далее по тексту - ГГ) или паров легковоспламеняющихся (далее по тексту - ЛВЖ) и горючих жидкостей (далее по тексту - ГЖ), вышедших в результате расчетной аварии в помещение, вычисляемая для ГГ по формуле (6), а для паров ЛВЖ и ГЖ по формуле (11), кг;

Z - коэффициент участия горючего во взрыве, который может быть определен на основе характера распределения газов и паров в объеме помещения согласно методике приведенной в разделе 6 приложения 3 к Техническому регламенту «Общие требования к пожарной безопасности». Допускается принимать значение Z по таблице 3;

V_св - свободный объем помещения, м³;

r_г,п - плотность газа или пара при расчетной температуре tp, кг/м³, определяется по формуле

(2)

где М - молярная масса, кг/кмоль;

v₀ - мольный объем, равный 22,413 м³/кмоль;

t_p - расчетная температура, °С.

Примечание - В качестве расчетной температуры следует принимать максимально возможную температуру воздуха в данном помещении в соответствующей климатической зоне или максимально возможную температуру воздуха по технологическому регламенту с учетом возможного повышения температуры в аварийной ситуации.

В случае, если значения расчетной температуры t_p по каким-либо причинам определить не удается, допускается принимать ее равной 61 °С;

С_ст - стехиометрическая концентрация ГГ или паров ЛВЖ и ГЖ, % (об.), определяется по формуле

 

(3)

где β- стехиометрический коэффициент кислорода в реакции сгорания;

n_С, n_н, n_о, n_X, - число атомов С, Н, О и галоидов в молекуле горючего;

К_н - коэффициент, учитывающий негерметичность помещения и неадиабатичность процесса горения. Допускается принимать К_н равным 3.

 

Таблица 3

Вид горючего вещества	Значение Z
Водород	1,0
Горючие газы (кроме водорода)	0,5
Легковоспламеняющиеся и горючие жидкости, нагретые до температуры вспышки и выше	0,3
Легковоспламеняющиеся и горючие жидкости, нагретые ниже температуры вспышки, при наличии возможности образования аэрозоля	0,3
Легковоспламеняющиеся и горючие жидкости, нагретые ниже температуры вспышки, при отсутствии возможности образования аэрозоля

 

9) Расчет ∆Р для индивидуальных веществ, кроме приведенных в пункте 8) настоящего приложения, а также для смесей может быть выполнен по формуле

(4)

где Н_т - теплота сгорания, Дж/кг;

r_в - плотность воздуха до взрыва при начальной температуре Т₀, кг/м³;

С_р - теплоемкость воздуха, Дж/кг^.К (допускается принимать равной 1,01^.10³ Дж/кг^.К);

Т₀ - начальная температура воздуха, К.

10) В случае обращения в помещении горючих газов, легковоспламеняющихся или горючих жидкостей при определении значения массы m, входящей в формулы (1) и (4), допускается учитывать работу аварийной вентиляции, если она обеспечена резервными вентиляторами, автоматическим пуском при превышении предельно допустимой взрывобезопасной концентрации и электроснабжением по первой категории надежности в соответствии с требованиями «Правил устройства электроустановок Республики Казахстан», при условии расположения устройств для удаления воздуха из помещения в непосредственной близости от места возможной аварии.

При этом массу m горючих газов или паров легковоспламеняющихся или горючих жидкостей, нагретых до температуры вспышки и выше, поступивших в объем помещения, следует разделить на коэффициент К, определяемый по формуле

К = АТ + 1, (5)

где А - кратность воздухообмена, создаваемого аварийной вентиляцией, 1/с;

Т - продолжительность поступления горючих газов и паров легковоспламеняющихся и горючих жидкостей в объем помещения, с (принимается по пункту 4.2.1.2 настоящего приложения).

11) Масса m, кг, поступившего в помещение при расчетной аварии газа определяется по формуле

m = (V_a + V_т)r_r, (6)

где Va - объем газа, вышедшего из аппарата, м³;

V_т - объем газа, вышедшего из трубопроводов, м³.

При этом

V_a = 0,01P₁V, (7)

где Р₁ - давление в аппарате, кПа;

V - объем аппарата, м³;

V_т = V_1т + V_2т, (8)

где V_1т - объем газа, вышедшего из трубопровода до его отключения, м³;

V_2т - объем газа, вышедшего из трубопровода после его отключения, м³;

V_1т = qT, (9)

где q - расход газа, определяемый в соответствии с технологическим регламентом в зависимости от давления в трубопроводе, его диаметра, температуры газовой среды, м³/с;

Т - время, определяемое по пункту 5, с;

V_2т = 0,01pP₂(r²₁L₁ + r²₂L₂ +... + r²_nL_n), (10)

где Р₂ - максимальное давление в трубопроводе по технологическому регламенту, кПа;

r - внутренний радиус трубопроводов, м;

L - длина трубопроводов от аварийного аппарата до задвижек, м.

12) Масса паров жидкости m, поступивших в помещение при наличии нескольких источников испарения (поверхность разлитой жидкости, поверхность со свеженанесенным составом, открытые емкости), определяется из выражения

m = m_р + m_емк + m_св.окр., (11)

где m_р - масса жидкости, испарившейся с поверхности разлива, кг;

m_емк - масса жидкости, испарившейся с поверхностей открытых емкостей, кг;

m_св.окр - масса жидкости, испарившейся с поверхностей, на которые нанесен применяемый состав, кг.

При этом каждое из слагаемых в формуле (11) определяется по формуле

m = WF_иT, (12)

где W - интенсивность испарения, кг/с^.м²;

F_и - площадь испарения, м², определяемая в соответствии с пунктом 5 в зависимости от массы жидкости m_п, вышедшей в помещение.

Если аварийная ситуация связана с возможным поступлением жидкости в распыленном состоянии, то она должна быть учтена в формуле (11) введением дополнительного слагаемого, учитывающего общую массу поступившей жидкости от распыляющих устройств, исходя из продолжительности их работ.

13) Масса m_п, кг, вышедшей в помещение жидкости определяется в соответствии с пунктом 5) настоящего приложения.

14) Интенсивность испарения W определяется по справочным и экспериментальным данным. Для ненагретых выше температуры окружающей среды ЛВЖ при отсутствии данных допускается рассчитывать W по формуле

(13)

где h - коэффициент, принимаемый по таблице 4 в зависимости от скорости и температуры воздушного потока над поверхностью испарения;

Р_н - давление насыщенного пара при расчетной температуре жидкости t_p, определяемое по справочным данным, кПа.

Примечание - Определение пожароопасных свойств веществ и материалов производится на основании результатов испытаний или расчетов по стандартным методикам с учетом параметров состояния (давления, температуры и т.д.).

 

 

Таблица

Скорость воздушного потока в помещении, м/с	Значение коэффициента h при температуре t, °С, воздуха в помещении
	1,0	1,0	1,0	1,0	1,0
0,1	3,0	2,6	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
1,0	10,0	8,7	7,7	5,6	4,6

 

2.2.2.3 Определение категорий В1-В4 помещений

15) При пожарной нагрузке, включающей в себя различные сочетания (смесь) горючих, трудногорючих жидкостей, твердых горючих и трудногорючих веществ и материалов в пределах пожароопасного участка, пожарная нагрузка Q, МДж, определяется по формуле

(21)

где G_i - количество i-го материала пожарной нагрузки, кг;

Q^p_нi - низшая теплота сгорания i-го материала пожарной нагрузки, МДж/кг.

Удельная пожарная нагрузка g, МДж/м², определяется из соотношения

(22)

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

В помещениях категорий В1-В4 допускается наличие нескольких участков с пожарной нагрузкой, не превышающей значений, приведенных в таблице 5 настоящего приложения.

В помещениях категории В4 расстояния между этими участками принимаются более предельных.

В таблице 5 приведены рекомендуемые значения предельных расстояний l_пр в зависимости от величины критической плотности падающих лучистых потоков q_кр, кВт/м², для пожарной нагрузки, состоящей из твердых горючих и трудногорючих материалов.

Значения l_пр приведенные в таблице 5, рекомендуются при условии, если:

· Н - минимальное расстояние от поверхности пожарной нагрузки до нижнего пояса ферм перекрытия (покрытия), м - более 11 м;

· если Н - менее 11 м, то предельное расстояние определяется как l = l + (11 - Н), где l_пр - определяется по таблице 5.

 

Таблица 5

qкр, кВт/м2
lпр, м						3,8	3,2	2,8

 

Значения q_кр для некоторых материалов пожарной нагрузки приведены в таблице 6 настоящего приложения.

 

Таблица 6

Материал	qкр, кВт/м2
Древесина (сосна влажностью 12 %)	13,9
Древесно-стружечные плиты (плотностью 417 кг.м-3)	8,3
Хлопок-волокно	7,5
Слоистый пластик	15,4
Стеклопластик	15,3
Пергамин	17,4
Резина	14,8
Уголь	35,0
Рулонная кровля	17,4
Сено, солома (при минимальной влажности до 8 %)	7,0

 

Если пожарная нагрузка состоит из различных материалов, то значение q_кр определяется по материалу с минимальным значением q_кр.

Для материалов пожарной нагрузки с неизвестными значениями q_кр значения предельных расстояний принимаются l_пр ≥ 12 м.

Для пожарной нагрузки, состоящей из ЛВЖ или ГЖ, рекомендуемое расстояние l_пр между соседними участками размещения (разлива) пожарной нагрузки определяется по формулам

l_пр ≥ 15 м, при Н > 11, (23)

l_пр ≥ 26 - Н при Н < 11. (24)

Если при определении категорий В2 или В3 количество пожарной нагрузки Q, определенное по формуле (21), отвечает неравенству

Q ≥ 0,64g_тН², где

g_т = 2200 МДж^.м², при 1401 МДж^.м² ≤ g ≤ 2200 МДж^.м²;

g_т = 1400 МДж^.м², при 181 МДж^.м² ≤ g ≤ 1400 МДж^.м².

то помещение будет относиться к категориям В1 или В2 соответственно.

 

2.2.3 Категории зданий по взрывопожарной и пожарной опасности

16) Здание относится к категории А, если в нем суммарная площадь помещений категории А превышает 5 % площади всех помещений или 200 м².

Допускается не относить здание к категории А, если суммарная площадь помещений категории А в здании не превышает 25 % суммарной площади всех размещенных в нем помещений (но не более 1 тыс. м²) и эти помещения оборудуются установками автоматического пожаротушения.

17) Здание относится к категории Б, если одновременно выполнены два условия:

здание не относится к категории А;

суммарная площадь помещений категорий А и Б превышает 5 % суммарной площади всех помещений или 200 м².

Допускается не относить здание к категории Б, если суммарная площадь помещений категорий А и Б в здании не превышает 25 % суммарной площади всех размещенных в нем помещений (но не более 1 тыс. м²) и эти помещения оборудуются установками автоматического пожаротушения.

18) Здание относится к категории В1-В4, если одновременно выполнены два условия:

здание не относится к категориям А или Б;

суммарная площадь помещений категорий А, Б и В1-В4 превышает 5 % (10 %, если в здании отсутствуют помещения категорий А и Б) суммарной площади всех помещений.

Допускается не относить здание к категории В1-В4, если суммарная площадь помещений категорий А, Б и В1-В4 в здании не превышает 25 % суммарной площади всех размещенных в нем помещений (но не более 3,5 тыс. м²) и эти помещения оборудуются установками автоматического пожаротушения.

19) Здание относится к категории Г, если одновременно выполнены два условия:

здание не относится к категориям А, Б или В1-В4;

суммарная площадь помещений категорий А, Б, В1-В4 и Г превышает 5 % суммарной площади всех помещений.

Допускается не относить здание к категории Г, если суммарная площадь помещений категорий А, Б, В1-В4 и Г в здании не превышает 25 % суммарной площади всех размещенных в нем помещений (но не более 5 тыс. м²) и помещения категорий А, Б, В1-В4 оборудуются установками автоматического пожаротушения.

20) Здание относится к категории Д, если оно не относится к категориям А, Б, В1-В4 или Г.