Расчет вероятности пожара и взрыва в компрессорном цехе

     Q_п(ОК)= Q_п(ОК₁)= Q_п(В_з)=1 

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

     Q_п(ГС_в)= Q_п(ГВ_в)· Q_п(ОК)=8.15·10^-5·1 =8.15·10^-5 

     Основными источниками зажигания взрывоопасного водородовоздушного 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 6 светильников марки ВЗГ в разное время года в течение 90, 120, 100, 130, 80 и 70 часов эксплуатировались с нарушением щелевой защиты.

     Вероятность нахождения электросветильников в  неисправном состоянии равна 

     

     

 

     Так как  (m-1) = 6-1 = 5, то t_b = 3,18 (табл.1) 

     

     

       

     Так как температура колбы электролампочки  мощностью 150 Вт равна 350°С, а температура самовоспламенения водорода 510°С, следовательно, нагретая колба не может быть источником зажигания водородовоздушной смеси.

     Установлено, что за год в помещении два  раза проводились газосварочные работы по 6  и 8 часов каждая. Поэтому вероятность появления в помещении открытого огня будет равна 

     

     

     

 

     Так как температура пламени газовой  горелки и время ее действия значительно превышают температуру самовоспламенения и время, необходимое для зажигания водородовоздушной смеси, то вероятность реализации события 

     

 

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

     Q_п(ТИ_з)= Q_п(f₁)=0 

     Определяем  вероятность появления в помещении  разряда атмосферного электричества.

     

     Помещение расположено в местности с  продолжительностью грозовой деятельности 20 ч∙год^-1, поэтому среднее число ударов молнии в год на 1км равно 3, т.е. n_у = 3 км^-2·год^-1.

     Так как цех компрессии представляет объект прямоугольной формы, то число ударов молнии в здание равно  

     

где     L – ширина помещения, м;

     H – высота помещения, м;

     S – длина помещения, м

     Тогда вероятность прямого удара молнии в объект по выражению 

     

 

     Вычисляем вероятность отказа исправной молниезащиты типа Б здания компрессорной по выражению  

     

 

     Вероятность поражения здания молнией равна 

     Q_п(С₁)= Q_п(t₁)· Q_п(t₂)=5·10^-2·6.87·10^-3 =3.43·10^-4 

     Пожарно-техническим  обследованием установлено, что  защитное заземление в здании, находится в исправном состоянии, а, следовательно, вероятность вторичного воздействия молнии на объект и заноса высокого потенциала в течение года равно нулю, т.е. Q_п (С₂) = 0, Q_п (С₃) = 0.

     Тогда 

     Q_п(ТИ₁)= Q_п(С₁)= 3.43·10^-4 

     Учитывая, что от прямого удара молнии воспламеняются все горючие смеси, что энергия  искрового разряда при вторичном  воздействии молнии превышает 250 мДж и достаточна для воспламенения горючих веществ с минимальной энергией зажигания до 0,25 Дж, что при заносе высокого потенциала энергия возможных искровых разрядов достигает значений 100 Дж и более, имеем 

     Q_п(В₁)=1 

     Откуда

       

     Q_п(ИЗ/ГС)= Q_i(ТИ_п)· Q_п(В_п ^k)=[ Q_п(ТИ₁)+ Q_п(ТИ₄)]· Q_п(В₁) 

     

= (3.43·10^-4+5.7·10^-3)·1=6.04·10^-3 

     Таким образом, вероятность взрыва водородовоздушной  смеси в объеме помещения будет равна 

     Q(ВО)= Q_п(ГС_В)· Q_п(ИЗ/ГС)= 8.15·10^-5·6.04·10^-3= 4.92·10^-7 

     Рассчитываем вероятность возникновения пожара в помещении компрессорной. Наблюдение за объектом позволило установить, что примерно 200 ч/год в помещении компрессорной в нарушении ППБ хранились разнообразные горючие материалы (ветошь и т. п.), не предусмотренные технологическим регламентом.

     Поэтому вероятность появления в помещении  горючих веществ, с учетом исходных данных, равна  

     

 

     Вероятность образования в цехе пожароопасной  среды равна 

     Q(ГС_п)= Q_п(ГВ_п)· Q_п(ОК)=2,3·10^-2·1=2,3·10^-2 

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

     Q(ПО)= Q(ГС_п)· Q_п(ИЗ/ГС)=2,3·10^-2·6.04·10^-3=1.39·10^-4 

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

     

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

     

     

     Q(ПЗ или ВЗ)= Q(ВП)+Q_п(ПО)= 9.84 ·10^-7+1.39·10^-4=1.39·10^-4 

     Из  расчета следует, что вероятность  взрыва водородовоздущной смеси  в объеме помещения равна 4.92·10 , что соответствует одному взрыву в год в 2032520.325 аналогичных помещениях. А вероятность возникновения в помещении или взрыва, или пожара равна 1.39·10 в год, т.е. один пожар или взрыв в год в 7194.24 аналогичных помещениях. 

 

      6. Расчет избыточного давления взрыва газовоздушной смеси. Определение категории помещения по взрывопожароопасности и класса взрывоопасной зоны

 
 

     Избыточное  давление, образующееся при взрыве водородовоздушной смеси, определяется по формуле: 

     

, 

где  Р_max  - максимальное давление, развиваемое при сгорании водородовоздушной смеси в замкнутом объеме, равное 730 кПа;

     Р_о –атмосферное давление равное 101 кПа;

     Z – коэффициент участия горючего при сгорание газопаровоздушной смеси,  равный  1;

     V_св – свободный объем равен 80% от объема помещения (V), м³ 

     V

= 0.8∙V,

     

= 0.8·864 = 691.2 м³ 

          r_г – плотность газа при расчетной температуре, равная 0.084 кг/м^{3 ;}

     С_ст – стехиометрическая концентрация водорода, 

     

% (об.) 
 

где        β  -   стехиометрический коэффициент кислорода в реакции сгорания  

     

, 

          n_C, n_H, n_O, n_X  - число атомов углерода, водорода, кислорода и галоидов в молекуле горючего;

        К_н – коэффициент, учитывающий негерметичность помещения и неадеобатичность процесса горения равный 3;

      r _г — плотность водорода при расчетной температуре t_р, кг/м³, вычисляемая по формуле

     

     

      , 

где   М = 2.016 - молярная масса водорода, кг/кмоль;

       V₀ - мольный объем, равный 22,413 м³/кмоль;

       t_р - расчетная температура равная 20 °С. 

     

 

     m –масса водорода, поступившего в помещение 

, кг 

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

      V_Т - объем газа, вышедшего из трубопроводов, м³.

     При этом: 

V_А = W·F·t = 1238.164·7.9·10

·12 = 1.174м³

                                   

где  W = 1238.164 -интенсивность истечения водорода (см. предыдущий рсчет),м/с;

     F - площадь щели, м;

     t -  время истечения водорода,с.   

V_т = V_1т +V_2т 

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 = q∙T = 0.098∙300 = 29.4 м³ 
 

где  Т = 300 с - время отключения трубопроводов (ручное отключение);

     q - расход газа, м³/с. 

     

,

                            

где  p₂ - максимальное давление в трубопроводе, кПа;

     r - внутренний радиус трубопровода, м;

     

     l - длина трубопровода от аварийного  аппарата до задвижек, м. 

     V_2Т =0,01∙3,14·14.7∙10²∙0,050²∙5=0.57 м³ 

     V_Т =29.4 +0.57= 29.97 м³ 

     m = (1.174+29.97)∙0.084 = 2.616 кг 

     

 

       Согласно НПБ 105 – 03 "Определение  категорий помещений и зданий  по взрывопожароопасной и пожарной опасности " помещение относится к категории А, т.к. в нем обращается горючий газ (водород) в таком количестве, что может образовывать взрывоопасную водородовоздушную смесь, при воспламенении которой, развивается избыточное давление взрыва в помещение (ΔP), превышающее 5 кПа (32.31>5 кПа).

     Исходя  из того, что помещение относится  к категории А, в соответствии с противопожарными требованиями ГОСТ Р 12.3.047-98, в нем предусмотрена аварийная вентиляция с кратностью воздухообмена  К  = 8, которая удаляет токсичные продукты и дым при пожаре и имеет более высокую производительность по сравнению с нормальной общеобменной вентиляцией. Таким образом избыточное давление взрыва будет рвно