Kategorizace prostor a budov. Články o kategorizaci. Článek – Výpočet kategorií požáru – stanovení velikostí zón s nebezpečím výbuchu

Výpočet kategorií požáru nelze si představit bez definování třídy zóny. Toto důležité a nezbytné opatření nám umožňuje určit elektrická zařízení, která je povoleno používat v konkrétní místnosti, aby se zabránilo výbuchu nebo požáru. V tomto případě se velikosti těchto zón určují následovně: pokud přetlak výbuchu směsi plynu, páry, prachu a vzduchu přesáhne 5 kPa, pak se má za to, že výbušná zóna zabírá celý objem místnosti, kde dochází k výbuchu. výpočet kategorií požáruPokud ne, pak je jeho velikost určena elektroinstalačním řádem.

V tomto článku ponecháme bez patřičné pozornosti otázku, jak určit velikost výbušné zóny podle elektroinstalačního řádu (PUE) a samotné výbušné zóny podle technických předpisů (a ty se na vteřinu liší a ani jeden dokument nespecifikuje, jak je lze porovnávat), a zaměříme se na zajímavou otázku našich kolegů z Voroněže: jak, na jakém základě se tyto velikosti obecně určují a jakou metodu výpočtu lze použít k odstranění mimo jiné výše uvedeného rozporu, protože de jure není možné použít velikosti zón uvedené v elektroinstalačním řádu pro velikosti zón definované federálním zákonem 123-FZ. Proto je třeba tyto zóny, opět teoreticky, pokaždé vypočítat a určit.

Proto se otázka metodiky jejich výpočtu stala velmi relevantní a pro ty požární specialisty, kteří se zajímají o výpočet kategorií požáru a výbušných zón, uvádíme výňatek z práce profesora Vladimira Nikolajeviče Čerkasova.

Ve své práci, napsané v roce 1965, popsal experiment, jehož cílem bylo určit velikost výbušných zón hořlavých kapalin a plynů.

Profesor Vladimir Nikolajevič Čerkasov studoval rozložení výbušných koncentrací a výbušných zón hořlavých směsí během jejich nepřetržitého uvolňování do atmosféry.

Při řešení praktických problémů atmosférických difúzních procesů se často používá Suttonova teorie [34]. Podle Suttona lze tedy v případě izotropní turbulence stanovit objemovou koncentraci na povrchu z bodového zdroje umístěného ve výšce h ve vzdálenosti X ve směru po větru a ve vzdálenosti y ve směru napříč větrem pomocí vzorce

(27)

х(x,y) — objemová koncentrace na úrovni země z bodového zdroje umístěného ve výšce h v g/m3 nebo mg/l

Q je specifická spotřeba par nebo plynů v g/s, zdvojnásobená v důsledku odrazu od země:

C je zobecněný difuzní koeficient v m n /2 (pro izotropní turbulenci C=C_х=C_у=C_Zstanoveno ze zkušeností na základě experimentálních dat

u — průměrná rychlost větru v m/s,

y — vzdálenost od osy proudu ve směru napříč větrem v m;

h — výška bodového zdroje nad zemským povrchem v m;

n je bezrozměrný parametr související se stabilitou atmosféry neboli indexem turbulence.

Hodnota tohoto parametru se pohybuje mezi 0 a 1 (za podmínek velmi turbulentní atmosféry se n blíží nule a za podmínek slabé turbulence se n blíží své horní hranici, rovné 1). Za podmínek odpovídajících malým vertikálním teplotním gradientům je hodnota n v průměru rovna 0,25 [34].

Naším úkolem nebylo studovat povrchovou koncentraci, ale rozložení koncentrací na úrovni místa emise par a plynů podél osy jejich proudu ve směru větru. Proto vezmeme-li y = 0 a h = 0 a nahradíme-li hodnoty % = G, x = S, transformujeme vzorec (27) do následujícího tvaru:

(28)

Pro získání koncentrace pomocí vzorce (28) je však nutné určit hodnoty koeficientů C2 a n. Pokud, jak již bylo uvedeno, lze koeficient n považovat za roven 0,25, pak lze hodnotu koeficientu C2 určit pouze na základě dat z experimentální studie rozložení koncentrací za reálných podmínek emise hořlavých par a plynů do atmosféry.

Proto byla při řešení otázek zón s nebezpečím výbuchu hořlavých par a plynů věnována velká pozornost experimentálním studiím rozložení jejich koncentrací a experimenty byly prováděny za reálných podmínek emisí hořlavých směsí do ovzduší v provozovaných průmyslových zařízeních.

Studie zón s nebezpečím výbuchu byly provedeny během úniku hořlavých par a plynů z dýchacích a pojistných ventilů nádrží s hořlavými kapalinami, samostatných svíček, výstupních a odkalovacích potrubí plynu, větracích šachet a boxů atd. Experimenty tedy zahrnovaly nejtypičtější a nejčastěji se vyskytující zařízení pro únik hořlavých směsí do atmosféry.

Aby se zjistil vliv různých konstrukčních konfigurací konců výfukových trubek na proces distribuce koncentrací par a plynů, byly provedeny experimenty s volným vertikálním proudovým výbojem, jakož i s ochrannými krytkami na koncích trubek a zakřivenými konci trubek pod úhlem 90-120°, které brání výboji.

Vliv měrné hmotnosti emitovaných par a plynů na proces rozložení koncentrace byl zohledněn tím, že experimenty byly prováděny s emisí látek těžších než vzduch (benzín, pseudobutylen, styren) i lehčích než vzduch (vodík, zemní plyn) při různých hodnotách přetlaku. Experimenty také zohledňovaly vliv meteorologických podmínek (zejména rychlosti větru) na výbušné zóny.

2. STUDIE VÝBUŠNÝCH ZÓN PŘI SKLADOVÁNÍ HOŘLAVÝCH KAPALIN

Studie zón s nebezpečím výbuchu hořlavých kapalin byla provedena s únikem benzínových par dýchacími a pojistnými ventily a otevřenými měřicími poklopy pozemních vertikálních nádrží typu RVS-5000. To je vysvětleno skutečností, že benzín je velmi běžná hořlavá kapalina a jeho skladování je spojeno s významným nebezpečím požáru a výbuchu.

Z existujících metod pro stanovení koncentrací par a plynů ve vzduchu byla jako základ přijata expresní metoda s použitím speciálního analyzátoru plynů typu PGF2M-IZG „Efir“, kalibrovaného pro benziny.

Koncentrace benzínových par byly stanoveny horizontálně i vertikálně každých 0,5 m od místa jejich úniku v bodech uvedených na obr. 29, přičemž v každém bodě bylo provedeno alespoň pět měření.

Experimenty byly provedeny za nejpříznivějších podmínek pro vznik zón s nebezpečím výbuchu, jako jsou provozní režimy nádrží a meteorologické podmínky. Například vertikální koncentrace v bodech 16–86 (obr. 29) byly naměřeny při rychlosti větru přibližně 0,2 m/s, zatímco horizontální koncentrace v bodech 1–11 a 1a–7a byly naměřeny při rychlosti větru až 2 m/s.

Na nádrži byly instalovány tři dýchací ventily typu DK-200 a tři pojistné ventily typu PKS-200. Kapacita čerpadla pracujícího pro plnění nádrže byla 800 m3/h.

Zóny nebezpečí výbuchu byly stanoveny pro motorové benziny značek A-66 a A-72, které mají nejméně významné dolní koncentrační meze výbušnosti (LEL). Na základě výsledků měření byly sestrojeny grafy závislosti průměrných hodnot koncentrací benzinových par G na vzdálenosti (5 nebo h) k výstupnímu (emisnímu) bodu, tj. G = f (S) horizontálně (obr. 30, a a b, křivky 1) a G = f (h) vertikálně (obr. 30, c, křivka 1).

Získané experimentální křivky rozložení koncentrací benzínových par jsou dobře aproximovány následujícími empirickými vzorci:

mg/l (29)

— v případě horizontálního rozložení koncentrací benzinových par (viz obr. 29, body 1–11) při jejich uvolňování z dýchacích a pojistných ventilů nádrže;

— pro případ vertikálního rozložení koncentrací benzínových par nad ventily (viz obr. 29, body 16–86).

Koncentrace benzínových par určené grafy nebo vzorci (29) a (30) odpovídají pravděpodobnosti spolehlivosti α = 0,5. Jelikož je však problematika zón s nebezpečím výbuchu spojena se zajištěním požární a výbušné bezpečnosti benzínových instalací a skladovacích zařízení, byl kromě průměrných hodnot koncentrací G stanoven i jejich horní interval spolehlivosti G._ist, což odpovídá hladině spolehlivosti α = 0,99.

Horní interval spolehlivosti koncentrací byl stanoven pomocí vzorce (31):

(31)

G_{(S nebo h)ist} skutečné hodnoty koncentrací benzínových par v těchto bodech, odpovídající dané pravděpodobnosti spolehlivosti (α = 0,99);

G_{(S nebo h) zkušenosti} – průměrné hodnoty koncentrací benzínových par v těchto bodech, získané experimentálně (obr. 30 a, b a c, křivky 1);

t _α koeficient, který závisí na dané pravděpodobnosti spolehlivosti a a počtu stupňů volnosti (n—1) a je určen z tabulek Studentova t-testu ([35], dodatek VII); v našem případě = 3,75;

efektivní hodnota efektivní hodnoty chyba aritmetického průměru koncentrací v daném bodě.

Na základě získaných hodnot G_{(S nebo h)ist} Byly sestrojeny distribuční křivky koncentrací benzinových par odpovídající hladině spolehlivosti a = 0,99 (obr. 30, a, b a c, křivky 2).

Při určování rozměrů zón s nebezpečím výbuchu byl zohledněn také bezpečnostní faktor, který byl analogicky s faktorem používaným v oblasti ochrany před výbuchem stanoven na hodnotu 3 a byl určen z následujícího poměru:

(32)

S ohledem na výše uvedené byla zóna nebezpečí výbuchu benzínových par stanovena na 2 m horizontálně a 1 m vertikálně od místa úniku benzínových par. Stanovené rozměry zóny nebezpečí výbuchu mohou platit pro nádrže jakékoli kapacity, protože byly určeny nejen horním intervalem spolehlivosti koncentrací, ale také s ohledem na faktor spolehlivosti rovný 3.

Zóny s nebezpečím výbuchu byly také zkoumány při úniku par pseudobutylenu a styrenu plynovým potrubím, svíčkami a průmyslovou ventilací. Během těchto experimentů nebyly v žádném experimentálním bodě zjištěny výbušné koncentrace.

3. Výzkum zón s nebezpečím výbuchu plynu

Studie zón s nebezpečím výbuchu plynu byla provedena s emisemi vodíku a zemního plynu ze svíček a výfukových potrubí. Experimenty s měřením koncentrací vodíku, který je 14,5krát lehčí než vzduch, byly provedeny s emisí 15 m3/s a přetlakem 100 mm H1O, při průměrné rychlosti větru 28 m/s a teplotě vzduchu 0,5 °C. Hodnoty koncentrace vodíku byly stanoveny vertikálně každých 11 m ve směru osy proudu. Experimenty byly provedeny pomocí analyzátoru plynů PGF-54-XNUMX s kalibrací pro vodík.

Bylo zjištěno, že pokud v bodech 0,5 a 1 m nad bodem emise vodíku byly průměrné koncentrace 4 a 1,3krát nižší než spodní mez výbuchu vodíku (1,9 % objemových), pak v bodě vzdáleném 1,5 m byly koncentrace 36,3krát nižší. V bodě vzdáleném 2 m vertikálně analyzátor plynu neposkytoval žádné údaje, stejně jako neposkytoval žádné údaje v horizontálním směru od bodu emise, tj. koncentrace vodíku byly mimo citlivost zařízení.

Za maximální zónu nebezpečí výbuchu pro vodík (za emisních podmínek odpovídajících experimentu) by tedy měla být považována zóna s přebytkem 1,5 m nad místem emise. Takový závěr o velikosti zóny nebezpečí výbuchu bude zjevně správný pro případy vyšší produktivity emise ve srovnání s emisí v experimentu, ale pro přetlaky až do 100 mm HXNUMXO.

Experimenty ke stanovení zón nebezpečí výbuchu při uvolňování zemního plynu do atmosféry byly provedeny na distribuční stanici plynu a v místě skladování plynu. Zemní plyny (Saratov, Stavropol a Dašavskij) se skládají z 94–98 % z metanu, díky čemuž je jejich hustota vzhledem ke vzduchu 0,55. Dolní mez výbušnosti zemních plynů je 3,8 % objemových.

V prvním případě k úniku plynu docházelo z plynovodu o průměru 500 mm přes svíčku o průměru 100 mm. Experimenty byly provedeny jak s volným únikem plynu, tak s ochrannou krytkou zabraňující volnému úniku.

Koncentrace plynu během volné emise byly měřeny v bodech umístěných každý metr podél výšky od řezného konce svíčky; průměrná hodnota koncentrace plynu v každém bodě byla odhadnuta na základě osmi měření. Emise plynu byla prováděna při přetlaku 0,2 a 0,3 atm. Během experimentů se rychlost větru pohybovala v rozmezí 1-2 m/s a teplota vzduchu se rovnala 27 °C. Koncentrace plynu byly stanoveny pomocí analyzátoru plynu PGF2M-IIIA “Methane”.

Ve druhém případě (během experimentů v místě plynojemu) byl plyn vyfukován skrz svíčku o průměru 100 mm z baterie horizontálních plynojemů při přetlaku plynu 0,5 atm. Celkem byly provedeny tři experimentální varianty (obr. 31 a, b a c).

V prvním experimentu byl proveden volný výdej plynu; ve druhém měla zapalovací svíčka ochranný kryt, který bránil volnému výdeji plynu, a ve třetím experimentu byla na konec zapalovací svíčky připevněna speciální tryska, která směřovala proud plynu pod úhlem 120° k vertikále.

Během experimentů byla průměrná rychlost větru 1 m/s a teplota vzduchu 24 °C. Měření koncentrace byla prováděna v bodech umístěných každý metr vertikálně i horizontálně od místa emise.

Na základě výsledků studií koncentrace plynu byly sestrojeny grafy znázorňující rozložení průměrných hodnot koncentrace vertikálně i horizontálně od místa emise.

Protože hodnoty koncentrací plynů stanovené z grafů odpovídají pravděpodobnosti spolehlivosti α = 0,5, byl stanoven i jejich horní interval spolehlivosti G._ist odpovídající hladině spolehlivosti α = 0,99.

Koncentrace plynů odpovídající hornímu intervalu spolehlivosti G_ist, byly stanoveny pomocí vzorce (31). Na základě získaných hodnot G_ist Byly sestrojeny grafy rozdělení koncentrací odpovídající pravděpodobnosti spolehlivosti α = 0,99 (obr. 32, křivky 1, 2, 3 a obr. 33, křivka 2).

Na obr. 33 odpovídá křivka 1 pravděpodobnosti spolehlivosti α = 0,5.

Velikosti zón s nebezpečím výbuchu byly stanoveny na základě koncentrací plynů odpovídajících hornímu intervalu spolehlivosti G._ist s přihlédnutím k bezpečnostnímu faktoru rovnému 3 ve vzorci (32).

Studie zón s nebezpečím výbuchu hořlavých směsí par a plynů ukazují, že konstrukce zařízení pro emisi hořlavých par a plynů do atmosféry má obzvláště silný vliv na rozměry zón s nebezpečím výbuchu, za jinak stejných podmínek. Například, zejména v případě volné emise (obr. 31, a) hořlavých par a plynů lehčích než vzduch, by se zóna s nebezpečím výbuchu měla brát v úvahu pouze vertikálně a její rozměry budou tím větší, čím vyšší je přetlak, při kterém je plyn uvolňován (obr. 32). Proto by se této metodě uvolňování par a plynů mělo obecně vyhýbat, zejména při přetlaku větším než 500 mm HXNUMXO.

Pokud mají výstupní plynové potrubí ochranné krytky (obr. 31,6), je zóna nebezpečí výbuchu výrazně zmenšena. V tomto případě je však třeba zohlednit zónu nebezpečí výbuchu i horizontálně. Tato možnost odvodu plynu umožňuje minimální rozměry zón nebezpečí výbuchu.

Pokud je na koncích trubek a svíček speciální tryska nebo ohyb trubky (obr. 31, c), směřující proud par a plynů pod úhlem 90-120° k vertikále, má horizontální velikost zóny prvořadý význam. Navíc v závislosti na přetlaku během emise par a plynů může být velikost takové zóny poměrně značná (například až 20 m v případě emise zemního plynu za přetlaku 0,5 atm).

Tato konstrukční varianta výbojových zařízení (zejména při přetlaku 0,5 atm nebo více) by ve většině případů měla být považována za nesplňující podmínky požární a výbušné bezpečnosti, ani za praktické řešení problémů ochrany před bleskem.

4. DOPORUČENÍ PRO STANDARDIZACI ZÓN S NEBEZPEČÍM VÝBUCHU A OCHRANY PŘED BLESKEM ZAŘÍZENÍ PRO ÚNIK HOŘLAVÝCH VÝPAR A PLYNŮ DO ATMOSFÉRY

Na základě výzkumu se doporučuje zohlednit následující rozměry zón s nebezpečím výbuchu:

a) pro látky těžší než vzduch (benzín atd.) při úniku přes zařízení s ochrannými krytkami na koncích potrubí a při přetlaku až 500 mm H1O má zóna nebezpečí výbuchu tyto rozměry: 2 m svisle nad místem úniku a XNUMX m vodorovně od místa úniku;

b) pro látky lehčí než vzduch (vodík, zemní plyn atd.) s volným uvolňováním a při přetlaku do 100 mm H1,5O má zóna nebezpečí výbuchu rozměry XNUMX m svisle nad místem úniku;

c) pro látky těžší i lehčí než vzduch, pokud jsou vypouštěny s povinnou přítomností ochranných krytek na koncích potrubí a při přetlaku do 0,5 atm, má zóna nebezpečí výbuchu tyto rozměry: 4 m svisle nad místem emise a 8 m vodorovně od místa emise.

Studie zón nebezpečí výbuchu hořlavých par a plynů a doporučení pro jejich standardizaci jsou značně zajímavé i z hlediska zdůvodnění zón nebezpečí výbuchu přijatých pro venkovní instalace s nebezpečím výbuchu třídy B-I, „Pravidla pro instalaci elektrických instalací“ (PUE). Rozměry zón nebezpečí výbuchu podle PUE překračují rozměry, které jsme získali v experimentální studii. Výsledky studií tak potvrzují spolehlivost norem PUE pro zóny nebezpečí výbuchu pro venkovní instalace třídy B-I.

Jak můžeme vidět výpočet kategorií požáru, založený na vědeckém přístupu, musí zahrnovat pochopení procesu tvorby směsi páry, plynu a vzduchu a nebezpečí její koncentrace.