Расчет вероятности пожара и взрыва в компрессорном цехе

                        Информация о работе компрессоров в течение года:  

     

1. Зарегистрировано m=1 случай разрушения детали поршневой  группы, вследствие чего в течении a=2 мин наблюдалось искрение в цилиндре компрессора.
2. C=2 раза отмечалась разгерметизация газовых коммуникаций (нарушение герметичности фланцевых соединений) и газ выходил в объем помещения. Время истечения газа при авариях составило τ=2,5;4,5 мин, толщина щели (во фланцевом соединении) 0,5 мм.
3. N=2  раза в помещении компрессии газа проводились газосварочные работы по q=6,8 часа каждая.
4. Примерно 200 ч/год в помещении компрессорной хранились разнообразные горючие материалы, непредусмотренные техническим регламентом.
5. Наблюдалось γ = 5 случаев заклинивания клапанов компрессора. Время срабатывания автоматики контроля давления t=12 с.
6. Пожарнотехническим обследованием установлено, что 6 светильников с маркой защиты ВЗГ в разное время года в течение 90, 120, 100, 130, 80 и 70 часов эксплуатировались с нарушением щелевой защиты. Мощность источника освещения принять 150 Вт.
7. Компрессора находились в рабочем состоянии в течение года 4000 часов с равной периодичностью под давлением и разряжением.

 

     3. Оценка пожаровзрывоопасного  события с помощью  структурной схемы

       
 

     

где    ГС – горючая среда;

     ИЗ  – источник зажигания;

     ГВ  – горючее вещество;

     ОК  - окислитель;

     ТИ  – тепловые источники;

     В – время существования  тепловых источников. 
 
 
 
 

     

     

     4. Характеристика водорода 
 

 

     

 
5.  Расчет вероятности  возникновения пожара  или взрыва в отделении компрессии водорода 

     Возникновение взрыва в компрессоре обусловлено  одновременного появления в цилиндре горючего газа, окислителя и источника зажигания.

     По  условиям технологического процесса в  цилиндре компрессора постоянно  обращается водород, поэтому вероятность его появления в компрессоре равна единице, т.е.: 

     Q_к (

ГВ) = Q_к (ГВ₁) = Q_к (λ₁) = 1  

     Появление окислителя (воздуха) в цилиндре компрессора  возможно при заклинивании всасывающего клапана. При этом в цилиндре создается разряжение, обуславливающее подсос воздуха через сальниковые уплотнения. Для отключения компрессора при заклинивании всасывающего клапана предусмотрена система контроля давления, которая отключает компрессор через 12 с после заклинивания клапана. Обследование показало, что за год наблюдалось 5 случаев заклинивания клапанов компрессора. Вероятность раз герметизации компрессора в этом случае равна 

     

, 

где     – коэффициент безопасности. Принимаем =1, т.к. в течение года был только один  случай разрушения деталей;

      – анализируемый период времени, год;

      - время существования i-го  пожаровзрывоопасного события, мин;

      m – общее количество событий;

       j– Порядковый номер события.

     Анализируемый компрессор в течение года находился  в рабочем состоянии 4000 ч, что свидетельствует о равной периодичности его нахождения под разрежением и давлением. Вероятность его нахождения под разрежением равна 

     

 

     Откуда  вероятность подсоса воздуха  в компрессор составит 

     Q_К (

) = Q_К (S₁)· Q_К (S₂) = 2.3∙10^-1∙1.9∙10^-6 = 4.37·10^-7

     

     

           Таким образом, вероятность  появления в цилиндре компрессора  достаточного количества окислителя будет 

     Q

(OK) = Q (OK ) = Q (b ) = 4.37·10  

     Откуда  вероятность образования горючей  среды в цилиндре компрессора составит 

     Q_К (ГС) = Q_К (ГВ)·Q_К (ОК) =1·4.37·10^-7 =4.37·10^-7

      

     Источником  зажигания водородовоздушной 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 равна 

     

 

     Оценим  энергию искр, возникающих при  разрушении деталей поршневой группы компрессора. Зная, что скорость движения этих деталей  составляет w = 20 м /с, а их  масса m≥ 10 кг, найдем энергию соударения 

     

 

     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 водородовоздушной смеси равна 0.017 мДж, и энергия соударения тел значительно превышает 1000 Дж

(Е = 2000 Дж), следовательно  

     Q_{К ·}(

=1. 

     Тогда вероятность появления в цилиндре компрессора источника зажигания равна

     

     

     Q_К (ИЗ) = Q_К (ТИ_З)·Q_К (В) =3.8∙10^-6·1 =3.8∙10^-6 

     Таким образом, вероятность взрыва водородовоздушной  смеси внутри компрессора будет равна 

     Q_i (ВТА) = Q_К (ГС)·Q_К (ИЗ) =4.37·10^-7·3.8∙10^-6 = 1.6∙10^-12 

     Наблюдение  за производством показало, что дважды в год (m – 2) отмечалась разгерметизация коммуникаций с водородом, и газ выходил в объем помещения. Рассчитаем время образования взрывоопасной концентрации в локальном облаке, занимающем 5% объема цеха.

     Определяем  режим истечения водорода из трубопровода при разгерметизации фланцевых соединений. При этом считаем, что течение газа во фланцевых соединениях адиабатическое, т.к. за короткое время протекания газовых частиц через сопло (соединения) теплообмен с окружающей средой практически не устанавливается.

     Находим отношение давлений среды на выходе из сопла (Р_атм) и на входе в него (Р_раб) 

     

 

     Найденное значение ε сравниваем с так называемым критическим отношением давлений, которое согласно ГОСТ 12.2.085 - XX определяется по выражению 

     

, 

где     К = 1.41- показатель адиабаты.

     Исходя  из того, что адиабатное истечение газа характеризуется £ (0,07 £ 0,527) теоретическая скорость движения газа (водорода), выходящего из цилиндрического или суживающегося конического сопла, будет равна критической скорости и определяется по выражению 

     

, 

где     R = 4120 - удельная газовая постоянная, Дж /(кг • К);          

           Т =318 К– температура водорода.

     

       

     

 м/с 
 

       Находим площадь щели F при разгерметизации фланцевого соединения трубопровода диаметром d = 100 мм и толщиной щели δ =  0,5 мм. 

     

м² 

     Расход  водорода через такое отверстие  составит 

     

 

     Тогда время образования локального взрывоопасного облака, занимающего 5% от объема цеха при работе аварийной вентиляции, составит 

     

 

где  V - объём помещения, м³ 

     V = l×b×h = 12·12·6 = 864 м³, 

       b - кратность воздухообмена аварийной вентиляции;

        = 4.12 - нижний концентрационный  предел воспламенения водорода.

     Учитывая, что из всей массы  водорода, вышедшего в объем помещения, только 47% участвует в образовании локального взрывоопасного облака (см. п.7), то время образования этого облака и время его существования после устранения утечки водорода будет

     

     

       

     Время истечения водорода при имевших  место авариях за анализируемый период времени (год) было равно 2.5 и 4.5 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 составит 

     

 

где m- общее количество событий; 

     

 

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

     

     

, 

     t_b - коэффициент значения, которого в зависимости от числа степеней свободы (m-1), при доверительной вероятности b = 0,95, (принимается по таблице 1):   

     Таблица 1

     

     

            – среднеквадратичное отклонение точечной оценки среднего времени существования пожаровзрывоопасного события 
 
 

       

     Учитывая, что в объеме помещения постоянно  имеется окислитель (воздух), получим