Принятая в нашей стране система категорирования производственных и складских помещений и зданий определяет уровень их взрывопожарной и пожарной опасности. Назначение категории здания влечет за собой комплекс пожарно-профилактических мероприятий, обеспечивающих безопасную эксплуатацию зданий, безопасность людей и сохранность материальных ценностей.
1 мая 2009 г. вступил в силу Федеральный закон Российской Федерации от 22 июля 2008 г. N° 123-ФЗ "Технический регламент о требованиях пожарной безопасности". Он определяет основные положения технического регулирования в области пожарной безопасности и устанавливает общие требования пожарной безопасности к объектам защиты (продукции), в том числе к зданиям, сооружениям и строениям, промышленным объектам, пожарно-технической продукции и продукции общего назначения.
В развитие данного Федерального закона был разработан свод правил CП 12.13130.2009 "Определение категорий помещений, зданий и наружных установок по взрывопожарной и пожарной опасности". Документ устанавливает методику определения категорий помещений и зданий производственного и складского назначения по взрывопожарной и пожарной опасности в зависимости от количества и пожаровзрывоопасных свойств находящихся (обращающихся) в них веществ и материалов с учетом особенностей технологических процессов размещенных в них производств.
По пожарной и взрывопожарной опасности помещения производственного и складского назначения независимо от их функционального назначения подразделяются на следующие категории:
Здания, сооружения, строения и помещения иного назначения разделению на категории не подлежат.
Категории помещений и зданий определяются исходя из вида находящихся в них горючих веществ и материалов, их количества и пожароопасных свойств, а также исходя из объемно—планировочных решений помещений и характеристик проводимых в них технологических процессов.
Определение категорий помещений следует осуществлять путем последовательной проверки принадлежности помещения к категориям, от наиболее опасной (А) к наименее опасной (Д).
В статье приводится методика расчета на принадлежность помещений к категории повышенной взрывопожароопасности (А) и взрывопожароопасности (Б) при обращении в качестве пожарной нагрузки горючих газов и жидкостей.
Взрывопожароопасность помещений категорий А и Б обусловлена возможностью образования в них при аварийных ситуациях взрывоопасных газо-, пapo- или пылевоздушных смесей, взрыв которых может привести к разрушению здания. Поэтому безопасность таких помещений обеспечивается в первую очередь исключением любых источников зажигания и реализацией мероприятий, ослабляющих действие взрыва на несущие конструкции здания (например, устройство легкосбрасываемых конструкций).
Категории помещений по взрывопожарной и пожарной опасности принимаются в соответствии с табл. 1 СП12.13130.2009.
К категории А относятся помещения, в которых обращаются горючие газы, легковоспламеняющиеся жидкости с температурой вспышки не более 28 °С в таком количестве, что могут образовывать взрывоопасные парогазовоздушные смеси, при воспламенении которых развивается расчетное избыточное давление взрыва в помещении, превышающее 5 кПа, и (или) 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.
К категории Б относятся помещения, в которых обращаются горючие пыли или волокна, легковоспламеняющиеся жидкости с температурой вспышки более 28 °С, горючие жидкостям в таком количестве, что могут образовывать взрывоопасные пылевоздушные или паровоздушные смеси, при воспламенении которых развивается расчетное избыточное давление взрыва в помещении, превышающее 5 кПа.
При расчете критериев взрывопожарной опасности в качестве расчетного следует выбирать наиболее неблагоприятный вариант аварии или период нормальной работы аппаратов, при котором в образовании горючих газо-, паро-, пылевоздушных смесей участвует наибольшее количество газов, паров, пылей, наиболее опасных в отношении последствий сгорания этих смесей.
Количество поступивших в помещение веществ, которые могут образовать горючие газовоздушные, паровоздушные, пылевоздушные смеси, определяется в соответствии с п. А.1.2 приложения А к СП 12.13130.2009.
Избыточное давление ∆Р для индивидуальных горючих веществ, состоящих из атомов С, Н, О, N, Сl, Вr, I, F, (Сl, Вr, I, F относятся к галогенам, или по другому, галлоидам) определяется по формуле:
где Рmax: максимальное давление, развиваемое при сгорании стехиометрической газовоздушной или паровоздушной смеси в замкнутом объеме, определяемое экспериментально или по справочным данным. При отсутствии данных допускается принимать Рmax равным 900 кПа
Р0: начальное давление, кПа (допускается принимать равным 101 кПа)
m: масса горючего газа (ГГ) или паров легковоспламеняющихся (ЛВЖ) и горючих жидкостей (ГЖ), вышедших в результате расчетной аварии в помещение
Z: коэффициент участия горючих газов и паров в горении, который может быть рассчитан на основе характера распределения газов и паров в объеме помещения или принимается по таблице А.1 СП12.13130.2009
Vсв: свободный объем помещения, м3
Кн: коэффициент, учитывающий негерметичность помещения и неадиабатичность процесса горения. Допускается принимать Кн равным трем.
ρгп: плотность газа или пара при расчетной температуре tp, кг /м3
Далее начинаем сам расчет
Последовательность определения каждого элемента из уравнения не важна, но, для удобства будем придерживаться последовательности, изложенной в СП12.13130.2009
Определяем свободный объем помещения как разность общего и занятого объема. При отсутствии данных допускается принимать свободный объем помещения равный 80% от общего
М — молярная масса, м3/кмоль
V0 — мольный объем, равный 22,413 м3/кмоль
tp — расчетная температура, oС
В качестве расчетной температуры следует принимать максимально возможную температуру воздуха в данном помещении в соответствующей климатической зоне или максимально возможную температуру воздуха по технологическому регламенту (СНиП Строительная климатология) с учетом возможного повышения температуры в аварийной ситуации. Если такого значения расчетной температуры tp по каким-либо причинам определить не удается, допускается принимать ее равной 61 oС
2.1 Для определения стехиометрической концентрации следует определить стехиометрический коэффициент кислорода в реакции сгорания
nc, nн, no, nx — число атомов С, Н, О и галоидов в молекуле горючего(Сl, Вr, I, F)
При разгерметизации баллона с ГГ следует учитывать всю массу газа, которая может быть в баллоне.
Масса m, кг, поступившего в помещение при расчетной аварии газа
Va — объем газа, вышедшего из аппарата, м3
Vт — объем газа, вышедшего из трубопроводов, м3
При этом
P1 — давление в аппарате, кПа;
V — объем аппарата, м3
V1т — объем газа, вышедшего из трубопровода до его отключения, м3
V2т — объем газа, вышедшего из трубопровода после его отключения, м3
q — расход газа, определяемый в соответствии с технологическим регламентом в зависимости от давления в трубопроводе, его диаметра, температуры газовой среды и т. д., м3/c
Т — время, определяемое по А.1.2 СП12.13130.2009, с
P2 — максимальное давление в трубопроводе по технологическому регламенту, кПа
r1, 2,…, n — внутренний радиус трубопроводов, м
L1, 2,…, n — длина трубопроводов от аварийного аппарата до задвижек, м
3.2.1 Определяем площадь испарения (Fи)
3.2.3 Определяем по технической документации % растворителей в жидкости. Если процент содержания растворителей превышает 70 %, то коэффициент растекания (N) принимается 1, если менее 70%, то 0,5
В этом случае расчетной аварии принимаем, что вся жидкость из емкости растеклась по полу помещения.
В этом случае площадь испарения
Определяем массу разлившейся жидкости
Во первых нужно пояснить, что аппаратом, в рамках определения категории помещения, будет являться некое оборудование имеющее емкость (бак), подводящий и (или) отводящий трубопроводы
Объем жидкости, попавшей в помещение определяется по формуле
Va - объем аппарата, м3
ε - степень заполнения аппарата
q - расход насоса, м3/с
Ta - время до отключения насоса, с
d - диаметр трубопровода, м
L - длина трубопровода
Определяем площадь испарения
Определяем массу разлившейся жидкости
По умолчанию принимается, что жидкость, попавшая в помещение в распыленном виде сразу образует паровоздушную смесь, состоящую из молекул воздуха и растворителя
ρ - плотность жидкости
Iрасп - расход распыляющего устройства, л/с
Tрасп - время работы распыляющего устройства, с
В этом случае просто суммируем все площади, которые и будут являться площадью испарения
Определяем интенсивность испарения, кг/с*м2
Если температура жидкости не превышает температуру окружающей среды
η — коэффициент, принимаемый по таблице А.2 СП12.13130.2009 в зависимости от скорости и температуры воздушного потока над поверхностью испарения
Рн — давление насыщенного пара при расчетной температуре жидкости tр, определяемое по справочным данным, кПа
Определяем давление насыщенного пара по уравнению Антуана (уравнение для констант, при температуре в oC)
А, В, Сa - константы уравнения Антуана
tp - температура жидкости
Определяем массу испарившейся жидкости
Т — время, определяемое по А.1.2 СП12.13130.2009
Определяем массу жидкости, которая испарится с поверхности жидкости, во время ее остывания до температуры окружающей среды (Данное пояснение в СП12.13130.2009 отсутствует, но применяется в Пособии к нему)
Сж - удельная теплоемкость жидкости при начальной температуре испарения, Дж/кг*К
Lисп - удельная теплота испарения жидкости при начальной температуре испарения, определяемая по справочным данным, Дж/кг
При отсутствии справочных данных допускается рассчитывать Lисп по формуле
В, Сa — константы уравнения Антуана, определяемые по справочным данным для давления насыщенных паров, измеряемого в кПа;
Тa — начальная температура нагретой жидкости, К
М — молярная масса жидкости, кг/кмоль
Далее проводим расчет по методике для ненагретых жидкостей и суммируем массы
3.4 Определяем время полного испарения жидкости
В соостетствии с А.1.2 СП12.13130.2009 длительность испарения жидкости принимается равной времени ее полного испарения, но не более 3600 с
3.5 Определяем массу испарившейся жидкости
3.6 В случае наличия нескольких источников испарения масса определяется для каждого из них и суммируется
В случае обращения в помещении горючих газов, легковоспламеняющихся или горючих жидкостей при определении массы m, допускается учитывать работу аварийной вентиляции, если она обеспечена резервными вентиляторами, автоматическим пуском при превышении предельно допустимой взрывобезопасной концентрации и электроснабжением по первой категории надежности по Правилам устройства электроустановок (ПУЭ), при условии расположения устройств для удаления воздуха из помещения в непосредственной близости от места возможной аварии.
4.1 Массу газов или паров легковоспламеняющихся или горючих жидкостей, нагретых до температуры вспышки и выше поступивших в объем помещения, следует разделить на коэффициент К, определяемый по формуле
А — кратность воздухообмена, создаваемого аварийной вентиляцией, с
Т — продолжительность поступления горючих газов и паров легковоспламеняющихся и горючих жидкостей в объем помещения, с
4.2 Определяем массу вещества
Весь указанный алгоритм проведения расчета категории помещения применен в калькуляторе расчета категории помещения по взрывопожарной опасности, кроме этого в программу включены характеристики пожарной опасности множества веществ и материалов.
Кроме этого калькулятор формирует отчет в формате PDF о порядке расчета с указанием порядка расчета, используемых формул и характеристик веществ. С примерами оформленных отчетов можно ознакомиться по ссылкам пример расчета, еще пример расчета и еще один пример
После определения категории помещения расчетным методом, можно пойти двумя путями:
1. Выполнить все требования пожарной безопасности, относящиеся к помещениям категорий А и Б (например: выбор места размещения помещения на объекте, защита АУП, монтаж ЛСК и др.)
2. Снизить пожарную опасность помещения
Все приведенные мероприятия позволяют снизить категорию помещения при проведении расчета, т.е. расчет придется выполнять многократно
1. Снизить объемы емкостей с ЛВЖ или ГЖ. Так как СП 12.13130.2009 указывает на то, что при расчете аварии происходит разрушение одной из емкостей, то и количество попавших в помещение жидкостей снизится.
2. Снизить температуры по технологическим регламентам ниже температуры вспышки. В это случае среда перестанет быть взрывоопасной.
3. Исключить движение воздуха над поверхностью розлитых жидкостей, так же как и снижение температуры, позволяют замедлить испарение жидкостей, иногда до безопасных значений.
4. Уменьшить количество одновременно открытых поверхностей и сушащихся изделий.
5. Снизить расход краскораспыляющих устройств.
Для скорости расчетов в выборе оптимальных параметров процессов идеально подходит калькулятор расчета категории помещения по взрывопожарной опасности.
Он позволяет многократно провести расчеты бесплатно и лишь один раз сформировать необходимый отчет.