Количественная оценка взрывоопасное™ технологических объектов

Важнейшей характеристикой энергии взрывов на взрывоопасных технологических объектах является энергетический потенциал (суммарное энерговыделение), который используется в качестве количественного показателя уровня возможных разрушений.

Различают общий энергетический потенциал взрыво-опасности технологического блока, стадии, объекта (Е) и относительный (Q_B).

Общий энергетический потенциал взрывоопасности -это показатель степени и масштабов разрушений взрыва, характеризуется суммой энергий адиабатического расширения парогазовой среды, полного сгорания имеющихся и образующихся из жидкости паров (газов) за счет внутренней и внешней (окружающей среды) энергий при аварийном раскрытии технологической системы (блока).

397

где Е'₁ - сумма энергий адиабатического расширения и сгорания парогазовой фазы (ПГФ), находящейся непосредственно в оцениваемом блоке, кДж; Е'₂ - энергия сгорания ПГФ, поступившей к разгерметизированному участку от смежных объектов (блоков), кДж; Е₁ " - энергия сгорания ПГФ, образующейся за счет энергии перегрева жидкой фазы (ЖФ) рассматриваемого блока и поступившей от смежных объектов за определенное время t, кДж; Е₂" - энергия сгорания ПГФ, образующейся из ЖФ за счет теплоты экзотермических реакций, не прекратившихся при аварийной разгерметизации; Е₃"- энергия сгорания ПГФ, образующейся из ЖФ за счет теплопритока от внешних теплоносителей, кДж; E₄" - энергия сгорания ПГФ, образующейся из пролитой на твердую поверхность (пол, поддон, грунт и т. п.) ЖФ за счет теплоотдачи от окружающей среды (от воздуха по зеркалу и твердой поверхности к жидкости), кДж.

Источники воспламенения могут быть постоянные (печи пиролиза, факел, электроаппаратура открытого исполнения и т.п.) или случайные (временные огневые работы, транспортные средства и т.д.), которые могут привести к взрыву парогазового облака при его распространении.

В настоящее время для обеспечения взрывопожаро-безопасности хозяйственных объектов химической промышленности разработаны и действуют «Общие правила взрывобезопасности химических объектов и производств» -ОПВ-96, которые определяют требования к проектированию, эксплуатации и защите персонала от негативного воздействия взрывоопасных производств.

В соответствии с этими правилами для каждого технологического объекта, блока, установки химико-технологической системы (ХТС) должна определяться категория взрывоопасности.

Химико-технологическая система - это совокупность взаимосвязанных технологическими потоками и действующих как одно целое аппаратов, в которых осуществляется определенная последовательность технологических операций (подготовка сырья к реакции, собственно химическое превращение и выделение целевых и побочных продуктов).

Технологический блок представляет собой аппарат или группу аппаратов (с минимальным числом), которые в заданное время могут быть отключены (изолированы) от технологической системы без опасных изменений режима в смежной аппаратуре или системе.

398

Категории взрывоопасности устанавливаются по двум показателям - относительному энергетическому потенциалу взрывоопасности Q_B и приведенной массе парогазовой среды т, т.е. массе горючего вещества, приведенной к единой энергии сгорания 46 000 кДж/кг, равной удельной теплоте сгорания большинства углеводородов.

Относительный энергетический потенциал взрывоопасности является показателем степени и масштабов разрушений взрыва парогазовой среды в технологическом блоке при условии расхода общего энергетического потенциала технологического блока непосредственно на формирование ударной волны.

По значениям общих энергетических потенциалов взрывоопасности Е можно рассчитать относительные Q_B:

а общая масса горючих паров (газов) взрывоопасного парогазового облака т, кг, может быть определена из соотношения

Категории взрывоопасности технологических объектов определяются в зависимости от величин относительного энергетического потенциала и приведенной массы взрывоопасных сред (табл. 4.12).

Таблица 4.12. Характеристика категорий взрывоопасности технологических объектов

Категория взрывоопасности	QB	т, кг
I		> 5000
II	27-37	2000-5000
III		< 2000

Проматомнадзор Республики Беларусь регистрирует взрывопожароопасные производства и объекты, имеющие в своем составе взрывоопасные технологические блоки с Q_B> 9, а также блоки с Q_B>6, если в них обращаются вещества 1-го и 2-го классов опасности или вещества остронаправленного действия 3-го и 4-го классов опасности, а также осуществляет специальный государственный надзор за ними.

Для оценки разрушительности взрывов, вызванных различными взрывчатыми веществами и средами, широ-

ко используется метод адекватности. По этому методу степень разрушения объектов характеризуется тротило-вым эквивалентом, т.е. количеством тротила, необходимого для получения данного уровня разрушений.

При взрывах конденсированных взрывчатых веществ на образование воздушной ударной волны расходуется практически вся энергия взрыва (>90%).

Максимально возможный КПД взрыва парового облака (т.е. отношение энергии воздушной ударной волны к общему энергетическому потенциалу воздушной смеси) составляет около 40%. Остальная часть энергии взрыва расходуется на нагревание продуктов реакции и воздуха в ударной волне.

Разрушающую способность взрывов характеризуют избыточным давлением, воздействующим на объект. В соответствии с этим различают шесть категорий повреждений (табл. 4.13).

По значениям Е или производным значениям Q_B и т можно определить условный радиус полного разрушения объекта.

Расчет является ориентировочным и может применяться при выборе основных направлений организационно-технических мероприятий по защите персонала от травмирования, а также зданий и сооружений от разрушения при взрывах парогазовых сред и конденсированных взрывчатых веществ (ВВ).

Тротиловый эквивалент взрыва парогазовой среды W_T определяемый по условиям адекватности характера и

Таблица 4.13. Характеристика разрушений зданий при воздействии ударной волны

Категория	Характеристика повреждения здания	Избыточное
повреждения		давление, кПа
А	Полное разрушение здания
В	Тяжелые повреждения, здание подлежит сносу
С	Среднее повреждение, возможно восстановление здания
D	Разбито 90% остекления
Е	Разбито 50% остекления	0,2
F	Разбито 5% остекления	0,005

400

степени разрушения при взрывах паровых облаков и конденсированных ВВ, рассчитывается по формулам: для парогазовых сред

где W_T - тротиловый эквивалент, кг; 0,9 - доля энергии взрыва тринитротолуола (ТНТ), затрачиваемая непосредственно на формирование ударной волны; 0,4 - доля энергии взрыва парогазовой среды, затрачиваемая непосредственно на формирование ударной волны; q - удельная теплота сгорания парогазовой среды, кДж/кг; q_m - удельная энергия взрыва ТНТ, кДж/кг; z - доля приведенной массы паров, участвующей во взрыве; для конденсированных ВВ

где q^k_т - удельная энергия взрыва конденсированного ВВ, кДж/кг; W_K - масса конденсированного ВВ, кг.

Зоной избыточного давления считается площадь с границами, определяемыми радиусами (R), центром (местом отсчета) которых является рассматриваемый технологический блок или наиболее вероятное место разгерметизации технологической системы.

Границы каждой зоны характеризуются значениями избыточных давлений по фронту ударной волны (АР) и безразмерным коэффициентом (К) (табл. 4.14).

Анализ последствий промышленных взрывов показывает, что современные конструктивные решения зданий операторных и пультов управления не обеспечивают дос-

Таблица 4.14. Классификация зон избыточного давления по фронту ударной волны

Класс зоны	К	АР, кПа
	3,8	>100
	5,6
	9,6
		<2,0

401

таточную устойчивость при воздействии ударных волн с учетом удаленности этих зданий от зоны взрыва.

Здания по возможности располагают вне зоны вероятного распространения парового облака. При отсутствии такой возможности они должны выдерживать максимальное давление около 100 кПа в течение 30 мс, а здания, не попадающие в зону парового облака, должны иметь расчетную устойчивость в соответствии с расстоянием и избыточным давлением. Они рассчитываются на избыточное давление 70 кПа в течение 20 мс.

При высоте облака, превышающего на 15 м высоту кровли, ее рассчитывают на такое же давление, что и стены. Здания рекомендуется располагать на расстоянии не менее 30 м от источника взрыва при массе парового облака около 15 т. Такое же расстояние рекомендуется и между зданиями при опасности сильного разрушения.

Считается, что здания не будут разрушены при удалении от источника взрыва на расстояние более 60 м при избыточном давлении 70 кПа и длительности воздействия 20 мс. Избыточное давление отраженных волн для стен принимают равным 30 кПа, для крыши - 20 кПа. Для случая расположения здания в зоне парового облака его рассчитывают на давление 30 кПа.

Здания и сооружения любого назначения проектируют с учетом противопожарных требований.

Помещения категорий А и Б следует, если это допускается требованиями технологии, размещать у наружных стен, а в многоэтажных зданиях - на верхних этажах. При размещении в одном здании или помещении технологических процессов с различной взрывопожарной и пожарной опасностью следует предусматривать мероприятия для предупреждения взрыва и распространения пожара. Если указанные мероприятия недостаточно эффективны, то технологические процессы с различной взрывоопас-ностью следует размещать в отдельных помещениях.

4.3. Средства тушения пожаров и пожарная сигнализация

Общие положения

Для разработки действенных методов предупреждения и ликвидации пожаров и взрывов, необходимо знать об-

402

щие теоретические положения о горении, а также характеристики, полученные при изучении пожаров и взрывов на производстве.

Следует помнить, что любой пожар легче всего ликви
дировать в начальной стадии, приняв меры к локализа
ции очага с тем, чтобы предотвратить увеличение площа
ди горения.

Согласно ГОСТ 12.1. ОЗЗ локализация пожара - это действия, направленные на предотвращение возможности дальнейшего распространения горения и создание условий для его успешной ликвидации имеющимися силами и средствами.

Ликвидация пожара - это действия, направленные на окончательное прекращение горения, а также на исключение возможности его повторного возникновения. Успех быстрой и эффективной локализации и ликвидации пожара в его начальной стадии зависит прежде всего от наличия соответствующих огнетушащих средств, пожарной связи и сигнализации для вызова пожарной помощи и умения их оперативно использовать.

Для тушения возникшего пожара необходимо прекратить либо снизить поступление в зону горения воздуха и горючих веществ до такой степени, чтобы горение не происходило. При этом должны быть выполнены следующие действия:

♦ охладить зону горения ниже температуры самовоспламенения или понизить температуру горящего вещества ниже температуры воспламенения;

♦ разбавить реагирующие вещества негорючими веществами;

♦ изолировать горючие вещества от зоны горения.