1. Рассчитать вероятность возникновения пожара и взрыва в отделении компрессии.

1.1. Данные для расчета

Отделение компрессии этилена расположено в одноэтажном производственном здании размерами в плане 20x12 м и высотой 10 м. Стены здания — кирпичные с ленточным остеклением. Перекрытие — из ребристых железобетонных плит. Освещение цеха — электрическое, отопление — центральное. Цех оборудован аварийной вентиляцией с кратностью воздухообмена (n), равной восьми.

Нижний концетрационный предел воспламенения этилена (С_н.к.п.в в смеси с воздухом равен 2,75%, поэтому, в соответствии с СНиП II —90- 81: производство по взрывной, взрывопожарной и пожарной опасности относится к категории А, то есть в цехе возможно возникновение как пожара, так и взрыва. По условиям технологического процесса возникновение взрывоопасной концентрации в объеме помещения возможно только в аварийных условиях, поэтому помещение по классификации взрывоопасных зон относится к классу В-1а.

Пожарная опасность отделения компрессии складывается из пожарной опасности компрессорной установки и пожарной опасности помещения. Пожарная опасность компрессора обусловлена опасностью возникновения взрыва этиленовоздушной смеси внутри аппарата.

Пожарная опасность помещения обусловлена опасностью возникновения пожара в цехе, а также опасностью возникновения взрыва этиленовоздушной смеси в объеме цеха при выходе этилена из газовых коммуникаций при аварии.

1.2. Расчет

Возникновение взрыва в компрессоре обусловлено одновременным появлением в цилиндре горючего газа, окислителя и источника зажигания.

По условиям технологического процесса в цилиндре компрессора постоянно обращается этилен, поэтому вероятность появления в компрессоре горючего газа равна единице

Появление окислителя (воздуха) в цилиндре компрессора возможно при заклинивании всасывающего клапана. В этом случае в цилиндре создается разряжение, обуславливающее подсос воздуха через сальниковые уплотнения. Для отключения компрессора при заклинивании всасывающего клапана имеется система контроля давления, которая отключает компрессор через 10 с после заклинивания клапана. Обследование показало, что за год наблюдалось 10 случаев заклинивания клапанов. Тогда вероятность разгерметизации компрессора равна

Анализируемый компрессор в течение года находился в рабочем состоянии 4000 ч, поэтому вероятность его нахождения под разряжением равна

Откуда вероятность подсоса воздуха в компрессор составит значение

Таким образом, вероятность появления a цилиндре компрессора достаточного количества окислителя в соответствии с формулой (44) приложения 3 равна

Откуда вероятность образования горючей среды в цилиндре компреcсора соответствии с формулой (40) приложения а будет равна

Источником зажигания этиленовоздушной смеси в цилиндре компрессора могут быть только искры механического происхождения, возникающие при разрушении узлов и деталей поршневой группы из-за потери прочности материала или при ослаблении болтовых соединений.

Статистические данные показывают, что за анализируемый период времени наблюдался один случай разрушения деталей поршневой группы, в результате чего в цилиндре компрессора в течение 2 мин наблюдалось искрение. Поэтому вероятность появления в цилиндре компрессора фрикционных искр в соответствии с формулами (42 и 47) приложения 3 равна

Известно, что фрикционные искры твердых сталей при энергиях соударения порядка 1000 Дж поджигают метановоздушные смеси с минимальной энергией зажигания 0,28 мДж.

Минимальная энергия зажигания этиленовоздушной смеси равна 0,12 мДж, а энергия соударения тел значительно превышает 1000 Дж, следовательно:

Тогда вероятность появления в цилиндре компрессора источника зажигания в соответствии с формулой (46) приложения 3 равна

Таким образом, вероятность взрыва этиленовоздушной смеси внутри компрессора будет равна

Наблюдение за производством показало, что трижды за год (m-3) отмечалась разгерметизация коммуникаций с этиленом и газ выходил в объем помещения. Рассчитаем время образования взрывоопасной концентрации в локальном облаке, занимающем 5% объема цеха.

Режим истечения этилена из трубопровода при разгерметизации фланцевых соединений вычисляют из выражения

где Р_атм — атмосферное давление, Па;

P_раб — рабочее давление в трубопроводах с этиленом, Па;

v_кр — критическое отношение.

То есть истечение происходит со звуковой скоростью w, равной

Площадь щели F при разгерметизации фланцевого соединения трубопровода диаметром 150мм и толщиной щели 0,5 мм равна

Расход этилена — g через такое отверстие будет равен

Тогда время образования локального взрывоопасного облака, занимающего 5% объема цеха при работе вентиляции, будет равно

Учитывая, что из всей массы этилена, вышедшего в объем помещения, только 70% участвуют в образовании локального взрывоопасного облака, время образования этого облака и время его существования после устранения утечки этилена будет равно:

Время истечения этилена при имевших место авариях за анализируемый период времени было равно 4,5, 5 и 5,5 мин. Тогда общее время существования взрывоопасного облака, занимающего 5% объема помещения и представляющего опасность при взрыве для целостности строительных конструкций и жизни людей с учетом работы аварийной вентиляции будет равно

Откуда вероятность появления в объеме помещения, достаточного для образования горючей смеси количества этилена, равна

Учитывая, что в объеме помещения постоянно имеется окислитель, получим

Тогда вероятность образования горючей смеси этилена с воздухом в объеме помещения будет равна

Основными источниками зажигания взрывоопасного этиленовоздушного облака в помещении могут быть электроприборы (в случае их несоответствия категории и группе взрывоопасной среды), открытый огонь (при проведении огневых работ), искры от удара (при различных ремонтных работах) и разряд атмосферного электричества.

Пожарно-техническим обследованием отделения компрессии установлено, что пять электросветильников марки ВЗГ в разное время в течение 120, 100, 80, 126 и 135 ч эксплуатировались с нарушением щелевой защиты.

Вероятность нахождения электросветильников в неисправном состоянии равна

Так как температура колбы электролампочки мощностью 150 Вт равна 350 °С, а температура самовоспламенения этилена 540 °С, следовательно, нагретая колба не может быть источником зажигания этиленовоздушной смеси.

Установлено, что за анализируемый период времени в помещении 6 раз проводились газосварочные работы по 6, 8, 10, 4, 3 и 5 ч каждая. Поэтому вероятность появления в помещении открытого огня будет равна

Так как температура пламени газовой горелки и время ее действия значительно превышают температуру воспламенения и время, необходимое для зажигания этиленовоздушной смеси, получаем, что

Ремонтные работы с применением искроопасного инструмента в помещении за анализируемый период времени не проводились.

Вычисляем вероятность появления в помещении разряда атмосферного электричества.

Тогда вероятность прямого удара молнии будет равна

Вычисляем вероятность отказа исправной молниезащиты типа Б здания компрессорной по формуле (52) приложения 3

Таким образом, вероятность поражения здания молнией равна

Пожарно-техническим обследованием установлено, что защитное заземление, имеющееся в здании, находится в исправном состоянии, поэтому

Тогда

Учитывая параметры молнии получим

Откуда

Таким образом, вероятность взрыва этиленовоздушной смеси в объеме помещения будет равна:

Откуда вероятность образования в цехе пожароопасной среды равна

Из зафиксированных тепловых источников, которые могут появиться в цехе, источником зажигания для твердых горючих веществ является только открытый огонь и разряды атмосферного электричества. Поэтому вероятность возникновения в отделении компрессии пожара равна

Таким образом, вероятность того, что в отделении компрессии произойдет взрыв либо в самом компрессоре, либо в объеме цеха составит значение

.

Вероятность того, что в компрессорной возникнет пожар или взрыв, равна:

1.3. Заключение

2. Рассчитать вероятность возникновения пожара в резервуаре РВС 20000 НПС “торголи”

2.1. Данные для расчета

В качестве пожароопасного объекта взят резервуар с нефтью объемом 20000 м³. Расчет ведется для нормальной эксплуатации технически исправного резервуара.

2. Расчет

Так как на нефтепроводах средняя рабочая температура жидкости (нефти) выше среднемесячной температуры воздуха, то за расчетную температуру поверхностного слоя нефти принимаем .

Из условия задачи видно, что >_в.к.п.в, поэтому при неподвижном уровне нефти вероятность образования горючей cмеси внутри резервуара равна нулю Q_В^Н (ГС)=0, а при откачке нефти равна

.

Таким образом вероятность образования горючей среды внутри резервуара в течение года будет равна

.

Вычислим число попадании молнии в резервуар то формуле (5.1) приложения 3

.

Тогда вероятность прямого удара молнии в резервуар в течение года, вычисленная по формуле (49) приложения 3, равна

.

Вычислим вероятность отказа молниезащиты в течение года при исправности молниеотвода по формуле (52) приложения 3.

Таким образом, вероятность поражения молнией резервуара, в соответствии с формулой (48) приложения 3, равна

Обследованием установлено, что имеющееся на резервуаре защитное заземление находится в исправном состоянии, поэтому вероятность вторичного воздействия молнии на резервуар и заноса в него высокого потенциала равна нулю

Появление фрикционных искр в резервуаре возможно только при проведении искроопасных ручных операций при измерении уровня и отборе проб. Поэтому вероятность Q_р(ТИ₃) в соответствии с формулами (49 и 55) приложения 3 равна

Таким образом, вероятность появления в резервуаре какого-либо теплового источника в соответствии с приложением 3 равна

Тогда вероятность возникновения пожара внутри резервуара в соответствии с формулой (38) приложения 3, равна

Из условия задачи следует, что рабочая концентрация паров в резервуаре выше верхнего концентрационного предела воспламенения, т. е, в резервуаре при неподвижном слое нефти находится негорючая среда. При наполнении резервуара нефтью в его окрестности образуется горючая среда, вероятность выброса которой можно вычислить по формуле (42) приложения 3

Диаметр этой взрывоопасной зоны равен

Определим число ударов молнии во взрывоопасную зону

Тогда вероятность прямого удара молнии в данную зону равна

Вероятность появления около резервуара фрикционных искр равна

Наряду с фрикционными искрами в окрестностях резервуара возможно появление электрических искр замыкания и размыкания контактов электрозадвижек. Учитывая соответствие пополнения электрозадвижек категории и группе взрывоопасной смеси, вероятность появления электрических искр вычислим по формулам (49 и 54) приложения 3.

Таким образом, вероятность появления около резервуара какого-либо теплового источника в соответствии с приложением 3 составит значение

Полагая, что энергия и время существования этих источников достаточны для зажигания горючей среды, из формулы (49) приложения 3 получим при Q_в=1

Тогда вероятность возникновения взрыва в окрестностях резервуара в соответствии с формулой (39) приложения 3 равна

Откуда вероятность возникновения в зоне резервуара либо пожара, либо взрыва составит значение

2.3. Заключение

3. Определить вероятность воздействия ОФП на людей при пожаре в проектируемой 15-этажной гостинице при различных вариантах системы противопожарной защиты.

3.1. Данные для расчета

3.2. Расчет

Оценку уровня безопасности определяем для людей, находящихся на 15-м этаже гостиницы (наиболее удаленном от выхода в безопасную зону) при наличии систем ПДЗ и ОЛП. Так как здание оборудовано вентиляционной системой ПДЗ, его лестничные клетки считаем незадымляемыми. Вероятность Q_в вычисляем по формуле (33) приложения 2

.

.

Вероятность Q_в вычисляем по формуле (3) приложения 2.

Поскольку Q_в>Q^н_в, то условие безопасности для людей по формуле (2) приложения 2 на этаже пожара не отвечает требуемому, — и, следовательно, в рассматриваемом объекте не выполняется при отсутствии системы оповещения.

4. Определить категорию и класс взрывоопасной зоны помещения, в котором размещается технологический процесс с использованием ацетона.

4.1. Данные для расчета

4.2. Расчет

Объем ацетона м³, вышедшего из трубопроводов, составляет

где t — время автоматического отключения насоса, равное 2 мин.

Объем поступившего ацетона, м³, в помещение

.

Площадь разлива ацетона принимаем равной 116 м².

Масса паров ацетона (М_п), кг, образующихся при аварийном разливе равна

Следовательно, принимаем, что весь разлившийся ацетон, кг, за время аварийной ситуации, равное 3600 с, испарится в объем помещения, т. е.

Стехиометрическая концентрация паров ацетона при b =4 равна

Концентрация насыщенных паров получается равной

Отношение С_н/(1,9? С_ст)>1, следовательно, принимаем Z=0,3.

Свободный объем помещения, м³

Время испарения, ч, составит

.

Коэффициент получается равным

Максимально возможная масса ацетона, кг

Поскольку m_п(91,9 кг)<m_max(249,8 кг), то помещение в целом относится к невзрывопожароопасным.

где

4.3. Заключение

Таким образом, взрывобезопасные расстояния составляют соответственно R_б>7,85 м и Z_б>3 м.

Взрывоопасная зона с размерами R_б? 7,85 м и Z_б? 3 м относится к классу В-1а. Схематически взрывоопасная зона изображена на черт. 9.

1 - помещение; 2 - аппарат; 3 - взрывоопасная зона

Черт. 9

5. Определить категорию производства, в котором находится участок обработки зерна и циклон для определения зерновой пыли в системе вентиляции.

5.1. Данные для расчета

5.2. Расчет

Масса отложившейся пыли к моменту очередной уборки г, составит

Расчетная масса пыли, г, участвующей в образовании взрывоопасной смеси, равна

Максимально возможную массу горючей пыли, кг, вычисляем по формуле

5.3. Заключение

Значение m_р не превышает m_max, следовательно, помещение не относится к взрывопожароопасным.

6. Рассчитать вероятность возникновения пожара от емкостного пускорегулирующего аппарата (ПРА) для люминесцентных ламп на W=40 Вт и U=220 В.

6.1. Данные для расчета приведены в табл. 13.

В результате испытаний получено:

Таблица 13

6.2. Расчет

Расчет возникновения пожара от ПРА ведем по приложению 5, ПРА является составной частью изделия с наличием вокруг него горючего материала (компаунд, клеммная колодка); произведение вероятностей Q(ПР)хQ(НЗ) обозначим через Q(а_i); тогда из приложения 5 можно записать

Q(a_i) — вероятность работы аппарата в i-м (пожароопасном) режиме;

Для оценки пожарной опасности проводим испытание на десяти образцах ПРА. За температуру в наиболее нагретом месте принимаем среднее арифметическое значение температур в испытаниях

Дополнительно определяет среднее квадратическое отклонение

Вероятность (Q(T_i)) вычисляем по формуле (156) приложения 5

где Q _i — безразмерный параметр, значение которого выбирается по табличным данным, в зависимости от безразмерного параметра a _i, в распределении Стьюдента.

Вычисляем (a _i) по формуле

где T_к — критическая температура.

Значение (Т_к) применительно для ПРА вычисляем по формуле

где T_дj, T_вj — температура ;j-го аппарата (в наиболее нагретом месте), соответственно, при появлении первого дыма и при “выходе” аппарата из строя (прекращении тока в цепи).

Значение Q(B) вычисляем по формуле (155) приложения 5 при п=10.

Значение критической температуры (T_к) составило 442,1 К, при этом из десяти испытуемых аппаратов у двух был зафиксирован выброс пламени (m=1 Q(B)=0,36).

Результаты расчета указаны в табл. 14.

Таблица 14

6.3. Заключение