Причины возникновения пожара на объектах экономики

Причины возникновения пожара на объектах экономики

Введение

Несмотря на широкое осуществление мер пожарной профилактики, число загораний, пожаров и взрывов на предприятиях, в природе и в быту остаются сравнительно большими.

В среднем по России ежегодно происходит свыше 250.000 пожаров, которые наносят огромный материальный ущерб и приводят к многочисленным человеческим жертвам.

Поэтому на предприятиях разрабатывается большой комплекс мероприятий по предупреждению пожаров и взрывов. Для того чтобы разработать и осуществлять то или иное мероприятие, и для того чтобы оно было эффективным, необходимо рассчитать вероятность возникновения пожара, а также величину избыточного давления и зону разрушения для оценки возможных последствий, в случае возникновения взрыва.

При прогнозировании последствий пожаров на производственных или общественных объектах определяется ряд показателей, в том числе и уровень обеспечения пожарной безопасности людей. Пожарная безопасность может быть обеспечена мерами пожарной профилактики и активной пожарной защиты. Понятие пожарной профилактики включает в себя комплекс мероприятий, необходимых для предупреждения возникновения пожара или уменьшения его последствий. Под активной пожарной защитой понимаются меры, обеспечивающие успешную борьбу с возникающими пожарами или взрывоопасной ситуацией.

Пожары являются источниками не только материального ущерба, но и, в первую очередь, морального вреда, приводящие к гибели людей.

Основными системами пожарной безопасности являются системы предотвращения пожара и противопожарной защиты, включая организационно - технические мероприятия.

Требуемый уровень обеспечения пожарной безопасности людей с помощью указанных систем должен быть не менее 0,999999 предотвращения воздействия опасных факторов в год в расчете на каждого человека.

Таким образом, профилактика пожаров предполагает проведение на промышленных предприятиях организационных и технологических мероприятий, разрабатываемых на основе глубокого, систематического анализа противопожарного состояния предприятия, оценки пожарной опасности и уровня его противопожарной защиты.

Целью курсовой работы является то, что в процессе ее выполнения приобретаются навыки расчетов вероятности возникновения взрыва и пожара, избыточного давления, радиусов разрушения, а также определения категории помещения и степени его разрушения.

1. Причины возникновения пожара на объектах экономики

Основные причины пожаров на предприятиях можно разделить на: дисциплинарные, технологические, обусловленные электричеством, отсутствием или несвоевременностью контроля.

К дисциплинарным причинам пожаров относятся:

нарушения требований проектирования промышленных и вспомогательных зданий и сооружений, выбора строительных материалов и конструкций, планировки помещений, расположения технологического оборудования и коммуникаций;

отклонения от правил эксплуатации и ремонта оборудования, потребителей электроэнергии и электрических сетей;

нарушение должностных инструкций в части пожаробезопасности, нарушение правил безопасности при ведении огневых работ;

неосторожное обращение с источниками открытого огня, курение в цехах и на складах;

неправильное обращение с легковоспламеняющимися жидкостями;

неправильное хранение промасленных обтирочных материалов, ветоши, хлопчатобумажной спецодежды;

нарушения правил и сроков уборки осевшей горючей пыли.

Технологическими причинами пожаров являются:

работа на неисправном технологическом оборудовании или с нарушением режимов технологических процессов;

применение горючих веществ, не соответствующих техническим характеристикам технологических печей, нарушение режима их растопки, эксплуатации и остановки;

неправильное заполнение легковоспламеняющимися жидкостями и горючими газами емкостей и коммуникаций;

применение не соответствующих ГОСТу смазочных материалов, в частности для компрессоров;

применение инструмента, при ударах которого о твердую поверхность возникают искры;

неисправность запорной арматуры и отсутствие заглушек на ремонтируемых или законсервированных аппаратах и трубопроводах;

искры при электро- и газосварочных работах;

неисправность канализации и гидрозатворов;

конструктивные недостатки оборудования;

ремонт оборудования на ходу;

реконструкция установок с отклонением от технологических схем.

Основными причинами пожаров, связанных с электричеством, являются:

применение электрооборудования, не соответствующего категории пожаро- и взрывоопасности производства;

перегрузка технологических транспортных магистралей с электроприводом, другого электрооборудования и сетей;

плохой электрический контакт в местах присоединения проводников; нарушение целостности изоляции, другие неисправности и повреждения потребителей электрической энергии или сетей;

отсутствие средств защиты от статического электричества на технологическом оборудовании и работниках, отсутствие или нарушение целостности молниеотводов, а также средств защиты от вторичных проявлений линейных разрядов атмосферного электричества.

Главными недостатками контрольных мер, которые могут явиться причиной пожара, являются:

отсутствие или нарушение сроков проведения технического освидетельствования, осмотров, текущих и профилактических ремонтов технологического оборудования, автоматики, контрольно-измерительной аппаратуры и приборов безопасности;

недостаточный контроль над температурным режимом работы технологического оборудования, использующего открытый огонь, а также оборудования, действие которого связано с повышением температуры рабочей среды;

несвоевременный или некачественный контроль над величиной сопротивления изоляции электрооборудования и сетей, а также сопротивлений средств защиты от статического электричества;

отсутствие контроля загрязненности осветительных и отопительных приборов, нагретых поверхностей технологического оборудования и коммуникаций горючими пылями и т.п.

Рассмотрим одну из причин - неисправность электрооборудования - более подробно.

Причины пожаров от электрических машин, аппаратов и сетей происходят в результате проявления теплового и искрового действия электрического тока в условиях, благоприятных для воспламенения горючих материалов. Основными причинами пожаров в электроустановках являются перегрузка проводов, короткое замыкание, большие переходные сопротивления в электрических сетях, электрическая дуга или искрение.

Перегрузка проводов в электрической сети происходит при прохождении по ним тока больше допускаемой условиями нагрузки величины. Нередко причиной перегрузки в электрической цепи служит параллельное подключение к ней чрезмерного количества потребителей тока. При перегрузках происходит загорание, нарушение эластичности и разрушение изоляции проводов, что ведет к короткому замыканию.

Перегрузка проводов происходит в результате чрезмерной механической нагрузки электродвигателей, вследствие чего воспламеняется изоляция обмоток электродвигателей. Короткое замыкание возникает, когда в электрической цепи какие-либо точки различных фаз соединяются между собой через очень малое сопротивление, вследствие чего мгновенно увеличивается ток в электрической цепи и происходит быстрое выделение большого количества тепла.

Основными причинами короткого замыкания являются: повреждение изоляции проводов, попадание на неизолированные провода токопроводящих предметов, воздействие на провода химически активны веществ, пыли сырости, неправильный монтаж и т. п. Короткое замыкание может возникать и непосредственно в электрических машинах и установках. При коротком замыкании электрическая цепь резко уменьшает свое сопротивление, а сила тока, согласно закону Ома, при этом значительно увеличивается по сравнению с нормальной величиной.

Провода не в состоянии при этом мгновенно отдать в окружающую среду большое количество тепла, температура их быстро возрастает и вызывает воспламенение изоляции. К мерам предупреждения перегрузок и короткого замыкания в электрических проводах относится применение плавких предохранителей и специальных автоматов, включенных в цепь последовательно, а также правильный монтаж сетей, машин и аппаратов в соответствии с требованиями ПУЭ.

Переходное сопротивление возникает от плохих контактов в местах соединения, а также при окислении мест соединения или неплотного прилегания к зажимам и контактам электроприборов, что приводит к местным нагревам и пожарам. Предупреждение перегрева проводов от переходных сопротивлений достигается увеличением площади соприкосновения контактов в результате их тщательной обработки, применением других контактов, подключением проводников к аппаратуре при помощи наконечников или различных оконцевателей.

. Исходные данные

Компрессорный цех расположен в одноэтажном производственном помещении размерами 30×18×6 м; стены здания - кирпичные с ленточным остеклением. Освещение цеха - электрическое, отопление - центральное. Цех оборудован аварийной вентиляцией с кратностью воздухообмена в=8. В помещении цеха размещается k=6 компрессора. Компрессор повышает давление поступающего из магистрального трубопровода водорода с P=1,91×10Па до P=19,6×10Па. Диаметр трубопровода с газом равен D=150 мм; температура водорода в компрессоре достигает T=30 ºC. Длина нагнетающего трубопровода до ручной задвижки 5 м. Здание имеет молниезащиту типа Б и расположено в местности с продолжительностью грозовой деятельности U=45 ч/год. Защитное заземление здания находится в исправном состоянии. Скорость движения воздуха 0,1 м/с.

Информация о работе компрессоров в течение года:

1)   Зарегистрировано m=1 случая разрушения детали поршневой группы, вследствие чего в течении a=2 мин наблюдалось искрение в цилиндре компрессора.

2)   C=3 раза отмечалась разгерметизация газовых коммуникаций (нарушение герметичности фланцевых соединений) и газ выходил в объем помещения. Время истечения газа при авариях составило τ=3, 4,5 мин, толщина щели (во фланцевом соединении) 0,5 мм.

3)      N=4 раз в помещении компрессии газа проводились газосварочные работы по q=6, 8, 10,4 часов каждая.

)        Примерно 200 ч/год в помещении компрессорной хранились разнообразные горючие материалы, непредусмотренные техническим регламентом.

)        Наблюдалось γ = 7 случаев заклинивания клапанов компрессора. Время срабатывания автоматики контроля давления t=6 с.

)        Пожаротехническим обследованием установлено, что 6 светильников с маркой защиты ВЗГ в разное время года в течение 90, 120, 100, 130, 80,70 часов эксплуатировались с нарушением щелевой защиты. Мощность источника освещения принять 150 Вт.

)        Компрессора находились в рабочем состоянии в течение года 4000 часов с равной периодичностью под давлением и разряжением.

)        Скорость движения воздуха υ=0,1 м/c.

)        Размер щели δ=0,5 мм.

)        В помещении работают 10 человек.

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

2 2.1 2.2  Формула -эмпирическая -структурная     H

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

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 6 секунд после заклинивания клапана. Обследование показало, что за год наблюдалось 7 случаев заклинивания клапанов компрессора. Вероятность разгерметизации компрессора в этом случае равна:

,

где  - коэффициент безопасности, принимаем  =1, т.к. в течение года было 7 случаев заклинивания клапанов с одинаковым временем отключения компрессора;

- анализируемый период времени, год;

- время существования i-го пожаровзрывоопасного события, мин;- 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∙1,3∙10^-6 = 2,99·10^-7.

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

Q(OK) = Q(OK) = Q (b) = 2,99·10.

Откуда вероятность образования горючей среды в цилиндре компрессора составит:

_К (ГС) = Q_К (ГВ)·Q_К (ОК) =1∙2,99·10^-7 =2,99·10^-7.

Источником зажигания водородной 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 смеси с минимальной энергией зажигания 0,28 мДж.

Минимальная энергия зажигания водородной смеси равна 0,017 мДж, а 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 водородной смеси внутри компрессора будет равна:

Q_i (ВТА) = Q_К (ГС)·Q_К (ИЗ) =2,99·10^-7·3,8∙10^-6= 0,874∙10^-12

Наблюдение за производством показало, что 3 раза за год (с=3) 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):

,

где Р_атм - атмосферное давление, Па;

P_раб - рабочее давление в трубопроводах с водородом, Па.

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  £  (0,057 £ 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 = 303 К- температура водорода в компрессоре.

 м/с.

Находим площадь щели F при разгерметизации фланцевого соединения трубопровода диаметром d = 150 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 = 30·18·6 = 3240 м³,

b - кратность воздухообмена аварийной вентиляции;

 = 4,12 - нижний концентрационный предел воспламенения водорода.

Согласно НПБ 105-03 из всей массы водорода, вышедшего в объем помещения, около 100% участвует в образовании локального взрывоопасного облака, то время образования этого облака и время его существования после устранения утечки водорода будет:

,

где Z - коэффициент участия горючего вещества во взрыве (расчет приведён в пункте 7).

Время истечения водорода при имевших место авариях за анализируемый период времени (год) было равно 3, 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:

,

где 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:

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)=4,7 ·10^-5·1 =4,7·10^-5.

Основными источниками зажигания взрывоопасного водородного 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, 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.2):

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 водородной смеси.

Установлено, что за год в помещении четыре раза проводились газосварочные работы по 6, 8, 10, 4 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 водородной 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 45 ч∙год^-1, поэтому среднее число ударов молнии в год на 1 км равно 6, т.е. n_у = 6 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) =0,05∙2,115∙10^-3=1,057∙10^-3.

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)= 1,057∙10^-3.

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_п(ТИ_п)·Q_п(В_п ^k)=[ Q_п(ТИ₁)+ Q_п(ТИ₄)]· Q_п(В₁),

=(1,057∙10^-3+6,9∙10^-3)∙1=8∙10^-3.

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

Q(ВО)= Q_п(ГС_В)·Q_п(ИЗ/ГС)=8∙10^-3∙4,7·10^-5 =3,76∙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∙8∙10^-3=1,84∙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)= 3,76 ·10^-7+1,84·10^-4=1,844·10^-4.

Из расчета следует, что вероятность взрыва водородовоздущной смеси в объеме помещения равна 3,76∙10^-7. А вероятность возникновения в помещении взрыва или пожара равна 1,844·10 в год.

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

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

,

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

Р_о -атмосферное давление равное 101 кПа;

Z - коэффициент участия горючего при сгорании газопаровоздушной смеси, равный 1;

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

V = 0,8∙V = 0,8∙3240 = 2592 м³;

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 метана, кг/кмоль;

V₀ - мольный объем, равный 22,413 м³/кмоль;_р - расчетная температура равная 20 °С.

,

m -масса водорода, поступившего в помещение,

, кг;

Где V_А - объем газа, вышедшего из аппарата, м³;_Т - объем газа, вышедшего из трубопроводов, м³.

При этом:

_А = W·F·t = 1208,61·0,118·10^-4·6 = 0,855 м³,

где W = 1208,61 -интенсивность истечения водорода (см. предыдущий расчет), 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 = 0,143∙300 = 42,9м³,

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

q - расход газа, м³/с.

,

где p₂ - максимальное давление в трубопроводе, кПа;- внутренний радиус трубопровода, м;- длина трубопровода от аварийного аппарата до задвижек, м.

V_2Т =0,01∙3,14·19,6∙10²∙0,075²∙5=1,73 м³,

V_Т =42,9+1,73= 44,63 м³,

m = (0,855+44,63) ∙0,081 = 3,684 кг,

Согласно НПБ 105 - 03 "Определение категорий помещений и зданий по взрывопожароопасной и пожарной опасности ", все производственные помещения в зависимости от используемых и получаемых веществ и материалов подразделяются на категорий (А, Б, В1 - В4, Г, Д). Взрывоопасные помещения в которых находятся, получаются или образуются горючие газы, легковоспламеняющиеся жидкости с температурой вспышки до 28°С, в таком количестве что они могут образовывать газо-, паровоздушные смеси и при взрыве которых развевается избыточное давление взрыва в помещение, превышающее 5 кПа, относят к категории А. Так как DР развиваемое в компрессорном цехе при взрыве водородовоздушной смеси равно 12,582 кПа, то данный цех необходимо отнести именно к категории А.

Согласно ГОСТ Р 51330.9 - 99 «Классификация взрывоопасных зон», помещения подразделяются на взрывоопасные воны (В-1, В-1а, В-1б, В-1г, В-2, В-2а). Зоны, расположенные в помещениях, в которых при нормальных режимах работы взрывопожароопасные смеси горючих газов и паров ЛВЖ не образуются, а возможны только в результате аварий или неисправностей, относят к В-1а. Так как существует вероятность возникновения аварии или неисправности, и образования в помещении водородовоздушной горючей смеси, его необходимо отнести к зоне В-1а. Также помещения квалифицируюся на категории взрывоопасных зон (ɪɪ, ɪɪА, ɪɪВ, ɪɪС). Помещения, в которых находится газ- водород, относятся ɪɪС. Категория взрывоопасной зоны отражает, насколько легко взрывчатая атмосфера может воспламенится от искры или дуги.

. Определение расчетным методом коэффициента участия водорода во взрыве и уточнение расчета избыточного давления взрыва

Определяем предэкспоненциальный множитель С₀ при работающей вентиляции:

% (об.),

где ρ_г = 0,081 кг/м³- плотность газа при t_р = 30 ⁰С;

U - подвижность воздушной среды = 0,1 м/с;

V_св - свободный объем помещения, м³;

m - масса водорода, поступившего в помещение, кг.

Расстояния X_НКПР, Y_НКПР и Z_НКПР рассчитываем по формулам

где К₁ - коэффициент, принимаемый равным 1,1314 для горючих газов;

К₂ - коэффициент, равный 1 для горючих газов;

К₃ - коэффициент, принимаемый равным 0,02828 для горючих газов при подвижности воздушной среды;

h = 6 м - высота помещения;

l = 30 м - длина помещения;

b = 18 м - ширина помещения;

δ = 1,37 - допустимое отклонение концентраций при уровне значимости равном 0.05.

,

,

,

Определяем коэффициент участия метана Z при сгорании газовоздушной смеси при Х_НКПР > 0,5∙l и Y_НКПР > 0,5∙b, т.е. 57,425 > 15 м и 34,458 > 9 м:

,

где d = 1,37- допустимые отклонения концентраций при уровне значимости равном 0,005;

F - площадь пола, м;

Z_НКПР ^- расстояния по оси, Z от источника поступления газа, ограниченные нижним концентрационным пределом распространения пламени, соответственно, м;

.

Уточняем избыточное давление взрыва:

,

.

. Определение категории взрывоопасности технологического блока и радиуса зон разрушения

Определяем общий энергетический потенциал взрывоопасности:

E =

Где ρ = 1,165 кг/м³- плотность воздуха при температуре 303 К;

с = 1,01 кДж/(кг∙К) - теплоемкость воздуха;

Р=101 кПа - атмосферное давление;

E = кДж.

Определяем относительный энергетический потенциал взрывоопасности:

,

.

Определяем общую массу взрывоопасного облака горючей газовой смеси, приведённого к удельной энергии сгорания, равной 46000 кДж/кг:

,

.

Определяем радиус зоны разрушения R, центром которой является наиболее вероятное место разгерметизации системы ведущего блока.

К - коэффициент, выбираемый в зависимости от избыточного давления взрыва по таблице 2.

Таблица 2

W - тротиловый эквивалент взрыва газовой смеси,

,

Где 0,4 - доля энергии взрыва парогазовой среды, затрачиваемая на формирование ударной волны;

,9 - доля энергии взрыва тринитротолуола, затрачиваемой на формирование ударной волны;

q_т = 4520 кДж/кг - удельная энергия взрыва тротила

q - удельная теплота сгорания газовой смеси, равная 119841кДж/кг;

.

Определяем радиусы зон разрушения R, центром которого является наиболее вероятное место разгерметизации системы.

При ΔР ≥100 кПа :

ΔР = 70 кПа

.

ΔР = 28 кПа

.

ΔР = 14 кПа

.

ΔР ≤ 2 кПа

.

Таким образом, радиус зоны разрушения при взрыве с избыточным давлением ΔР = 12,494 кПа будет R=12,902 м.

Технологический блок относится к 3 категории взрывоопасности, т.к. относительный энергетический потенциал взрывоопасности (Q) меньше 27 (4,243<27) и масса взрывоопасного облака горючей газовой смеси (М) меньше 2000 кг (7,526<2000 кг).

9. Оценка вероятности поражения людей

При взрывах ТВС существенную роль играют такие поражающие факторы, как длительность действия ударной волны и связанный с ней параметр импульс взрыва. Реальное деление плоскости факторов поражения на диаграмме импульс-давление на две части (внутри - область разрушения, внеобласть устойчивости) не имеет четкой границы. При приближении параметров волны к границе опасной области вероятность заданного уровня поражения нарастает от 0 до 100%. При превышении известного уровня величин амплитуды давления и импульса достигается 100% вероятность поражения. Эта типичная особенность диаграмм поражения может быть отражена представлением вероятности достижения того или иного уровня ущерба с помощью пробит-функции - .

По таблице 3, здание имеет средние повреждения так, как избыточное давление при взрыве 12, 494 кПа.

Таблица 3- Предельно допустимое избыточное давление при сгорании газо-, паро- или пылевоздушных смесей в помещениях или в открытом пространстве

Из методических указаний (с.л.-№9), значение пробит- функции для средних разрушений зданий определяется по соотношению:

Фактор V₂ рассчитывается с учетом перепада давления в волне и импульса статического давления по соотношению:

.

где I-импульс волны давления, кПа-с;

Р- избыточное давление, кПа

,

где m_пр - Приведенная масса пара, участвующая во взрыве:

,

где -удельная теплота сгорания водорода, 120 000 кДж/кг;

Z - коэффициент участия водорода во взрыве;

-энергия взрыва, равная 4520 кДж/кг;

m - масса горючих газов, поступивших в результате аварии в окружающее пространство, кг;

 кг;

Па∙с;

Вероятность повреждений стен промышленных зданий согласно таблице 4 равна 23 %.

Вероятность сильных разрушений промышленных зданий, при которых здания подлежат сносу, оценивается по соотношению:

.

В этом случае фактор  рассчитывается по формуле:

Вероятность разрушений промышленных зданий, при которых здания подлежат сносу, согласно таблице 4 равна 3 %.

Таблица 4 - Связь вероятности поражения с пробит-функцией

Вероятность полных разрушений здания определяется:

,

Вероятность полного разрушения зданий равна 3 %.

Доля общих потерь персонала в разрушенных зданиях:

Доля безвозвратных потерь персонала в разрушенном здании:

Доля санитарных потерь персонала в разрушенных зданиях:

Численность общих потерь персонала составит:

чел,

где N=3 - количество работающих в здании.

Численность безвозвратных потерь персонала составит:

чел.

Численность санитарных потерь персонала составит:

 чел.

Определяем вероятности поражения персонала, находящегося в здании:

,

Ожидаемая численность потерь:

чел.,

чел.,

чел.

Общая ожидаемая численность потерь:

чел.

Заключение

водород пожар метан взрывоопасность

В данной курсовой работе были рассмотрены причины пожаров и взрывов, возникающих на предприятиях. Был выполнен анализ причин взрыва и пожара на исследуемом объекте с помощью структурной схемы.

Был выполнен расчет вероятности возникновения взрыва (пожара). Вероятность взрыва водородовоздушной смеси внутри компрессора равна 0,874∙10^-12; вероятность взрыва в объеме помещения равна 3,76∙10^-7, а вероятность взрыва в объеме помещения взрыва или пожара составила 1,84·10в год.

По величине массы водорода, которая равна 7,508 кг, что меньше 2000 кг, относим помещение к 3 категории.

Относительный потенциал взрывоопасности равен 4,243 кДж.

Избыточное давление при взрыве равно 12,494 кПа, при котором произойдет среднее разрушение здания.

Список литературы

1.       ГОСТ 12.1.004-91 Пожарная безопасность. Общие требования. - М.: Госстандарт, 1992.

2.      НПБ 105 - 03 Определение категорий помещений и зданий по взрывопожарной и пожарной опасности.

.        ГОСТ Р 12.3.047-98 Пожарная безопасность технологических процессов. Общие требования. Методы контроля. Принят и введен в действие: Постановлением Госстандарта России от 3 августа 1998 г. № 304

.        ГОСТ 12.2.085-02 Сосуды под давлением. Клапаны предохранительные. Требования безопасности.

.        ГОСТ Р 51330.9 - 99 Классификация взрывоопасных зон.

.        Баратов А.Н., Пчелинцев В.А. Пожарная безопасность. - М.: АСВ 1997.

.        Пожаровзрывоопасность веществ и материалов и средства их тушения: Справочное издание; кн.1/ Баратов А.Н. и др.,1990.

.        Вредные вещества в промышленности. Справочник для химиков, инженеров и врачей. Изд. 7-е. Том 3. Под ред. Лазарева Н.В. и Левиной Э.Н. Л.,“Химия”, 1976.

.        Оценка последствий действия поражающих факторов на опасных производственных объектах на основе вероятности критериев. Методические указания/ Иванов Ю.И., Гончаров С.Ю., Бесперстов Д.А.,2011