Расчёт категорий по взрывопожарной и пожарной опасности помещений с газоиспользующим оборудованием

Расчёт категорий по взрывопожарной
и пожарной опасности помещений с
газоиспользующим оборудованием
ДЛЯ ЧЕГО НЕОБХОДИМЫ
КАТЕГОРИИ?


Категории являются фундаментом при определении проектных
решений в области пожарной безопасности для
производственных, складских зданий, помещений и наружных
установок.
В зависимости от категории устанавливаются необходимые
объемно-планировочные, конструктивные решения зданий,
пожарных отсеков и помещений, необходимость их
оборудования автоматическими установками пожаротушения,
системами пожарной сигнализации, системами оповещения,
определяются параметры путей эвакуации, типы
противопожарных преград, наличие первичных средств
пожаротушения.
Горючая среда помещений с
газоиспользующим оборудованием:
 ГГ

– природный газ.
ТВЕРДЫЕ ВЕЩЕСТВА – древесина,
бумага, полимеры, резина.
Источники зажигания:



Искры
Открытое пламя
Нагрев
ТНПА по категорированию
объектов



НПБ 5-2005 «Нормы пожарной безопасности Республики Беларусь.
Категорирование помещений, зданий и наружных установок по
взрывопожарной и пожарной опасности».
Утверждены Приказом Главного государственного инспектора Республики
Беларусь по пожарному надзору от 28 апреля 2006 г. № 68.
Нормы устанавливают методику расчета категорий помещений, пожарных
отсеков и зданий классов функциональной пожарной опасности Ф5.1, Ф5.2, Ф5.3
согласно ТКП 45-2.02-142-2011 «ЗДАНИЯ, СТРОИТЕЛЬНЫЕ КОНСТРУКЦИИ,
МАТЕРИАЛЫ И ИЗДЕЛИЯ. Правила пожарно-технической классификации»
и наружных установок по взрывопожарной и пожарной опасности в зависимости
от количества и взрывопожароопасных свойств находящихся (обращающихся) в
них веществ и материалов с учетом особенностей технологических процессов
размещенных в них производств. Нормы не распространяются на помещения,
здания и наружные установки для производства и хранения взрывчатых
веществ (ВВ), средств инициирования ВВ, здания и сооружения, проектируемые
по специальным нормам и правилам, утвержденным в установленном порядке.
Категории помещений с
газоиспользующим оборудованием
Категория помещения
А
(взрывопожароопасная)
B1-В4
(пожароопасные)
Г1
Характеристика веществ и материалов, находящихся (обращающихся) в
помещении
Горючие газы, легковоспламеняющиеся жидкости с температурой вспышки не
более 28 оС 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
ЛВЖ, ГЖ 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 взрываться и
гореть, при условии, что помещения, в которых они имеются в наличии или
обращаются, не относятся к категориям А или Б
ГГ, ЛВЖ, ГЖ, твердые горючие вещества и материалы, используемые в качестве
топлива
Допускается относить к категории В4 помещения, в которых находятся:

ГГ (при условии, что помещения, в которых они имеются в наличии или обращаются, не относятся к
категории А). НАПРИМЕР РАСХОДОМЕРНАЯ ГАЗОРАСПРЕДЕЛИТЕЛЬНОГО ПУНКТА
Таблица определения
пожароопасных категорий
(таблица 4* НПБ 5-2005)
Категория
помещения
Удельная пожарная
нагрузка g на участке,
МДж/м2
Способ размещения
В1
Более 2200
Не нормируется
В2
1400-2200
См. пункт 9.3
В3
200-1400
То же
В4
До 200
На любом участке пола помещения площадью не более 10 м2. Способ
размещения участков пожарной нагрузки определяется согласно пунктам
9.3 НПБ 5-2005
Категории зданий с
газоиспользующим оборудованием

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 1000 м2), и эти помещения
оборудуются установками автоматического пожаротушения.



Здание относится к категории В, если одновременно выполнены два
условия:
здание не относится к категориям А или Б;
суммарная площадь помещений категорий А, Б и В1-В3 превышает 5
% (10 %, если в здании отсутствуют помещения категорий А и Б)
суммарной площади всех помещений. Допускается не относить здание к
категории В, если суммарная площадь помещений категорий А, Б и В1-В3 в
здании не превышает 25 % суммарной площади всех размещенных в нем
помещений (но не более 3500 м2), и эти помещения оборудуются
установками автоматического пожаротушения.
Категории зданий с
газоиспользующим оборудованием




Здание относится к категории Г, если одновременно выполнены
два условия:
здание не относится к категориям А, Б или В;
суммарная площадь помещений категорий А, Б, В1-В3 и Г1-Г2
превышает 5 % суммарной площади всех помещений.
Допускается не относить здание к категории Г, если суммарная площадь
помещений категорий А, Б, В1-В3 и Г1-Г2 в здании не превышает 25 %
суммарной площади всех размещенных в нем помещений (но не более 5000 м2)
и помещения категорий А, Б, В1-В3 оборудуются установками
автоматического пожаротушения.
Особенности определения здания
категории Г
Здание относится к категории Г, если одновременно выполнено
условие:
 суммарная площадь помещений категорий А, Б, В1-В3 и Г1-Г2
превышает 5 % суммарной площади всех помещений.

При площади категорий В3 по пожарной
опасности 4,9% и площади категории Г1
0,1% здание относится к категории Г.
особенность расчета
Категорирование помещений, зданий и наружных
установок имеет четко оговоренный алгоритм
действий: определение категорий помещений следует
осуществлять путем последовательной проверки
принадлежности помещения к категориям от высшей
(А) к низшей (Д).
АЛГОРИТМ РАСЧЕТА
При расчете категории помещения с горючими газами:






1. Исходные данные.
2. Обоснование расчетного варианта наиболее
неблагоприятного в отношении взрыва периода.
3. Расчет массы ГГ, которые могут образовывать
взрывоопасные газо- , пыле- и паровоздушные смеси в
помещении.
4. Определение коэффициента участия горючего во
взрыве Z.
5. Расчет Избыточного давление взрыва в помещении.
6. Вывод о категории помещения по взрывопожарной и
пожарной опасности согласно НПБ 5-2005.
ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ



1. Пояснительная записка, содержащая в текстовой части:
а) сведения о функциональном назначении Объекта, описание
конструктивных, объёмно-планировочных и архитектурных
решений, мероприятий по обеспечению пожарной безопасности;
б) описание производственного процесса (процесса хранения)
веществ и материалов.


2. Поэтажные планы и разрезы здания с экспликацией
помещений, расстановкой оборудования.


3. Перечень веществ и материалов, используемых и (или) или
обращающихся в процессах производства или хранения, с
указанием наименований веществ, агрегатных состояний, массы
и (или) объёма данных веществ, мест расположения
оборудования, в котором используются или обращаются
вещества или материалы, на плане помещения.
ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ









В случае использования (обращения) в помещении горючих газов:
- наименования и химические формулы данных горючих газов;
- объёмы ёмкостей (аппаратов, баллонов и т.п.) в которых содержатся
(обращаются) горючие газы;
- давление в указанных ёмкостях (аппаратах, баллонах);
- максимальное давление в трубопроводах (по техническому регламенту), по
которым транспортируются горючие газы;
- внутренний радиус указанных трубопроводов;
- расход газа по указанным трубопроводам;
- время срабатывания системы автоматики отключения трубопроводов
согласно паспортным данным установки, места расположения задвижек на
трубопроводах, вероятность отказа системы автоматики, наличие
резервирования её элементов;
- параметры выделения горючих газов в других технологических процессах.
ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ





В случае использования (обращение) в помещении
твёрдых горючих материалов (ТГМ):
- масса каждого вида ТГМ (в т.ч. на единицу изделия или детали
оборудования);
- низшая теплота сгорания каждого вида ТГМ;
- схема размещения ТГМ, на которой обозначены площадь
размещения ТГМ (проекция на пол) и расстояния между
соседними участками размещения ТГМ;
- минимальное расстояние от поверхности ТГМ до нижнего
пояса ферм перекрытия (покрытия).
Обоснование варианта
расчета





П.2.2 «Категории взрывопожарной и пожарной опасности помещений и
зданий определяются для наиболее неблагоприятного в отношении
пожара или взрыва периода, исходя из вида находящихся в аппаратах и
помещениях горючих веществ и материалов, их количества и пожароопасных
свойств, особенностей технологических процессов.»
П.4.1. «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.»
П.4.2 «Происходит расчетная авария одного из аппаратов;
Все содержимое аппарата поступает в помещение;
Происходит одновременно утечка веществ из трубопроводов, питающих
аппарат по прямому и обратному потоку в течение времени, необходимого для
отключения трубопроводов.»
Характеристика помещения:
 Длина l = 50 м
 Ширина b = 24 м
 Высота h = 10 м
 Расчетная температура воздуха в помещении tp = 35
°С - абсолютная максимальная температура воздуха
(для г. Минска) согласно табл. 2 СНиП 23-01.
Характеристика веществ и материалов,
обращающихся (находящихся) в помещении:
 Природный газ (по метану - СН4): горючий газ (ГГ).
 Молярная масса: 16,043 кг/кмоль.
 Теплота сгорания: 50000 кДж/кг.
Характеристика технологического
процесса:
 Газоперекачивающий агрегат (ГРП) в составе:
 - трубопровод топливного газа
производительностью 13,33 м3/с, длиной 5 м,
диаметром 108 мм, давлением 16 кг/см2;
 - трубопровод компримированного газа
производительностью 83,33 м3/с, длиной 11,5 м,
условным диаметром 600 мм, давлением 66 кг/см2;
 Отключение автоматическое без резервирования,
расчетное время отключения принимается
согласно НПБ 5 равным 120 с.
За расчетную аварийную ситуацию принимаются
разгерметизация трубопровода компримированного газа и
выход газа в помещение.
1) Расчет избыточного давления взрыва, кПа, производится
по формуле (1) НПБ-5:







где Рmax - максимальное давление взрыва стехиометрической
газовоздушной смеси в замкнутом объеме, определяемое
экспериментально или по справочным данным, для метана Рmax
= 706 кПа;
Р0 - начальное давление, кПа (допускается принимать равным
101 кПа);
т - масса газа, вышедшего в результате расчетной аварии в
помещение, кг;
Z - коэффициент участия горючего вещества во взрыве, для ГГ
Z = 0,5;
Kн - коэффициент, учитывающий негерметичность помещения и
неадиабатичность процесса горения (допускается принимать
равным 3).
2) Vсв - свободный объем помещения, м3:
Vсв = VпK = (20×14×10)0,8 = 2240 м3;
 K - коэффициент свободного объема помещения, равен 0,8;
 где Vп - объем помещения, м3;
3) r г - плотность газа при расчетной температуре tp, кг/м3,
вычисляемая по формуле (2) НПБ:



rг =
,
где М - молярная масса, кг/кмоль;
V0 - мольный объем, м3/кмоль;
tp - расчетная температура, °С;
16,04
 0,63 кг/м3,
22,413(1  0,00367  35)
4) Сст - стехиометрическая концентрация ГГ,% (об), вычисляемая по
формуле (3) НПБ-5:
где
стехиометрический коэффициент кислорода в реакции сгорания
nc, nн, no, nx - число атомов С, Н, О и галоидов в молекуле горючего,
для метана (СН4):
40 0
 1
 2
4
2
Ccт
100

 9,36
1  4,84  2
% (об)
5) Определяется объем газа, вышедшего в помещение в результате
аварийной ситуации, м3:
Vав = V1т + V2т,
где V1т - объем газа, вышедшего из трубопровода до его отключения, м;
V1т = qT,
где q - расход газа, м3/с;
Т - расчетное время отключения, с;
V1т = 13,33×120= 1596,0 м3.







V2т - объем газа, вышедшего из трубопровода после его
отключения, м3
V2т = 0,01πP(r2×L),
где Р - давление в трубопроводе, кПа;
r - внутренний радиус трубопроводов, м;
L - длина трубопроводов от аварийного аппарата до задвижек,
м.
V2т = 0,01×3,14×6472(0,32×11,5) = 210,33 м3;
Vав = 1596,6 + 210,33 = 1806,33 м3.
где по
http://www.convert-me.com/ru/convert/pressure/kgcmsq.html
66 кг/см2 = 6472 кПа
6) Определяется масса выделившегося при аварии газа, кг:
m = Vав r Г ;
где Vав - объем газа, поступившего в результате аварийной ситуации, м3;
r г - плотность газа при расчетной температуре, кг/м3;
m = 1806,33×0,63 = 1137,9 кг.
Определяется избыточное давление взрыва, кПа:
1137,9  0,5 100 1
P  (706  101)
 201
9600  0,63  9,36  3
Помещение цеха следует относить к категории А по взрывопожарной опасности.
Снижение пожаро-взрывоопасных
факторов в помещениях с
газоиспользующим оборудованием
ВАРИАНТ 1


Для исключения в участке отделки категории А рассмотрим
случаи наличия аварийная вентиляции в помещении с
кратностью воздухообмена не ниже 4 ч-1 (1,1×10-3 с-1) и 10 ч-1
(2,8×10-3 с-1).
Масса паров ЛВЖ, участвующих в образовании взрывоопасной
смеси следует разделить на коэффициент К, определяемый по
формуле (п. 5.3 НПБ 5-2005):
m р 4к
1137,9

 227,5 кг
4 1
m р 10к
избыточное давление взрыва, кПа:
227,5  0,5 100 1
P 4к  (706  101)
 40,5
9600  0,63  9,36  3
103,5  0,5 100 1
P10к  (706  101)
 18,5
9600  0,63  9,36  3

1137,9

 103,5 кг
10  1
m р 40к 
1137,9
 27,8 кг
40  1
P 40к  (706  101)
27,8  0,5 100 1
 4,9
9600  0,63  9,36  3
ВАРИАНТ 2
V1т - объем газа, вышедшего из трубопровода до его отключения, м;
V1т = qT,
где q - расход газа, м3/с;
Т - расчетное время отключения, с;
V1т = 13,33×10= 133,0 м3.
Vав = 133,0 + 210,33 = 343,33 м3.
m = 343,33×0,63 = 216,3 кг.
При аварийной вентиляции в помещении с кратностью воздухообмена не ниже
8 ч-1 (1,1×10-3 с-1) расчетная масса газа равна:
m р 8к
216,3

 24,1 кг
8 1
P8к  (706  101)
24,1 0,5 100 1
 4,29
9600  0,63  9,36  3
Расчёт категорий по взрывопожарной
и пожарной опасности помещений с
газоиспользующим оборудованием
СПАСИБО ЗА ВНИМАНИЕ