Анализ пожароопасности. 
Пожаровзрывоопасности технологического процесса

Определение категории котельной по пожарной опасности

Котельная — производственное помещение, класса функциональной пожарной опасности Ф5.1. Значит, для котельной необходимо определять категорию пожароопасности.

В соответствии с пунктом 21 статьи 27 Федерального закона «Технический регламент о требованиях пожарной безопасности» ФЗ-123 определять категории по взрывопожарной и пожарной опасности помещений и зданий, в том числе и котельных, следует производить по нормативным документам по пожарной безопасности. Таким документом в настоящее время является СП 12.13 130.2009.

Категория котельной по пожарной опасности определяется путем последовательной проверки ее принадлежности к той или иной категории — от категории, А по взрывопожарной опасности к категории Г по пожарной опасности.

В настоящее время проектируется множество видов котельных, отличающихся как видом топлива, конструктивным исполнением и видом оборудования. Поэтому, по понятным причинам рассмотреть все аспекты, связанные с вопросом определения категории пожарной опасности котельных, не представляется возможным.

Газовые котельные, работающие на природном газе — метане. Не вдаваясь в конструктивные и технические решения для каждого конкретного случая, можно всю технологическую схему котельной условно разделить на несколько участков: питающие (подводящие) трубопроводы с природным газом, сами котельные установки (котлы), отводящие каналы (дымоходы).

В соответствии с СП 12.13 130.2009 следует рассматривать вариант аварии, при котором в помещение котельной может поступить наибольшее количество горючего вещества, в данном случае метана. Это может произойти, если питающий (подводящий) газовый трубопровод, подключаемый к котлу, будет разрушен (разгерметизирован) по всему сечению (полное раскрытие).

Для проведения расчета нужны следующие данные:

• — давление в газопроводе;
• — внутренний диаметр газопровода;
• — данные о надежности системы автоматики, отключающей трубопроводы в случае аварии;
• — объемно-планировочные решения помещения котельной;
• — производительность общеобменной или аварийной вентиляции.

Все вышеперечисленное можно найти в проектной документации, самые большие трудности вызывают данные о надежности системы автоматики, отключающей трубопроводы. При расчете количества газа, поступающего в помещение при аварийной ситуации, нам необходимо знать время отключения трубопроводов.

В соответствии с пунктом А.1.2в СП 12.13 130.2009 расчетное время отключения трубопроводов следует принимать равным:

• — времени срабатывания системы автоматики отключения трубопроводов согласно паспортным данным установки, если вероятность отказа системы автоматики не превышает 0,1 в год или обеспечено резервирование ее элементов;
• — 120 с, если вероятность отказа системы автоматики превышает 0,1 в год и не обеспечено резервирование ее элементов;
• — 300 с при ручном отключении.

В качестве автоматики традиционно используют электромагнитные клапана, которые срабатывают при резком падении давления в газопроводе, срабатывании сигнализаторов загазованности среды.

При этом, следует отметить в паспортных данных электромагнитных газовых клапанов и газоанализаторов такой параметр как «вероятность отказа» не найдете. В паспорте на такие изделия приводится параметр «наработка на отказ».

Электромагнитные клапана имеют очень малое время срабатывания, как правило, не более 1 с. Но использовать данный параметр возможно лишь в случае, если вероятность отказа системы автоматики (сигнализатор загазованности (газоанализатор) — шлейф — клапан электромагнитный газовый) не превышает 0,1 в год или обеспечено резервирование ее элементов.

Вероятность отказа системы автоматики — параметр расчетный, его можно определить, если известны параметры надежности отдельных элементов. Вместе с тем, в случае оборудования котельной дублированной (резервной) системой отключающей автоматики, можно брать время отключения трубопроводов по паспортным данным электромагнитного клапана прибавляя сюда инерционность самого газоанализатора и время достижения в точке его установки пороговой концентрации газа (10% от нижнего концентрационного предела распространения пламени).

Как известно, истечение газа из трубопроводов и резервуаров в зависимости от отношения давлений внутри и снаружи трубопровода или резервуара, может происходить в двух режимах:

• — докритический (дозвуковой) режим истечения;
• — критический (звуковой) режим истечения.

При первом режиме скорость истечения и, следовательно, массовый расход газа зависят от давления в трубопроводе, при звуковом режиме истечения массовый расход газа не зависит от давления в газопроводе.

Переход от одного режима к другому определяется неравенством:

В случае выполнения данного неравенства имеет место докритический режим истечения, в противном случае режим истечения является критическим.

В числителе и знаменателе в левой части неравенства — это давление атмосферное и внутри газопровода, г — показатель адиабаты (для метана равен 1,31).

Из неравенства следует, что при рабочем давлении внутри газопровода более примерно 0,084 МПа (газопроводы среднего и высокого давления) имеет место критический режим истечения, скорость при котором не зависит от давления. Однако массовый расход будет зависеть от давления, поскольку, чем больше давление, тем больше относительное сжатие газа.

Массовый расход газа при докритическом истечении определяется по выражению:

Массовый расход газа при критическом режиме истечения равен:

Вместе с этим, не нужно забывать, что в качестве топлива может использоваться не только природный газ (метан), но и другие вещества и материалы: уголь (угольная пыль), мазут, древесина (отходы деревообрабатывающего производства) и др.

По помещениям котельных, где в качестве топлива используются твердые горючие материалы и горючие жидкости, они будут относиться к категории В1-В4 по пожарной опасности, пылеугольные котельные могут быть отнесены к категории Б по взрывопожарной опасности по соответствующему расчету.

Расчета категории газовой котельной по пожарной опасности.

Помещение котельной, работающей на природном газе (метан). В помещении размещаются три отопительных котла с системой технологических трубопроводов и вспомогательным оборудованием. Ввод газа в котельную осуществляется при помощи трубопровода с внутренним диаметром 50 мм. Номинальное рабочее давление в газопроводе — 0,003 МПа.

Размеры помещения котельной 30Ч18 м, высота 5 м. Котельная оборудована газоанализаторами, которые подают сигнал на отключение питающего газопровода (сигнал подается на газовый электромагнитный клапан) при превышении концентрации метана в помещении свыше 10% от НКПР метана. Газовый электромагнитный клапан срабатывает также при резком понижении давления в сети, что характерно для разрыва газопровода. Параметры надежности данной системы автоматики в проектной документации отсутствуют.

В качестве аварийной ситуации рассмотрим разгерметизацию газопровода, при этом раскрытие происходит на все сечение.

В соответствии с исходными данными определим режим истечения:

Показатель адиабаты природного газа (метана) равен 1,31, поэтому:

В данном случае имеет место докритический (дозвуковой) режим истечения.

Плотность газа при коэффициенте сжатия, равном 1 составит:

Площадь сечения трубопровода при диаметре 50 мм составит:

Массовый расход газа при истечении из газопровода составит:

Время поступления метана в помещение котельной будет определяться способом отключения (ручное или автоматическое), а также надежностью систем автоматики.

Поскольку в данном случае котельная оборудована автоматикой, но параметры ее надежности неизвестны, принимаем, что вероятность ее отказа более одной миллионной в год. Время аварии в этом случае принимается равным 120 с.

Масса газа, поступившего в помещение, составит:

Следует заметить, немалое количество газа выделяется в объем помещения всего-то за две минуты. Но не будем забывать, что в расчете коэффициент расхода был принят по максимуму, равным единице.

Стехиометрический коэффициент кислорода в реакции сгорания составит:

Стехиометрическая концентрация паров составит (% об.):

Свободный объем помещения:

Vсв=0,8*9*12*6=518 м3.

Избыточное давление взрыва составит:

Поскольку избыточное давление взрыва превышает 5 кПа, то помещение следует относить к категории, А по взрывопожарной опасности.

Масса метана, при которой избыточное давление взрыва будет менее 5 кПа, составит:

Примем массу метана равной 0,8 кг (с запасом).

В соответствии с п.А.2.3 СП 12.13 130.2009 массу метана при работе аварийной вентиляции можно уменьшить на величину, равную:

где A — кратность аварийной вентиляции, T — время поступления паров.

Коэффициент K будет равен отношению максимальной массы паров, при которой избыточное давление взрыва превышает 5 кПа (значение полученное выше, 83,7 кПа), к массе паров, при которой избыточное давление взрыва не превысит 5 кПа.

Кратность вентиляции составит:

Аварийную вентиляцию с такой кратностью оснастить котельную не представляется возможным.

Значит нужно искать другие технические решения, а именно, либо как-то обосновывать, что вероятность отказа системы отключающей автоматики не превышает одной миллионной в год, либо обеспечить резервирование элементов автоматики.

В этом случае время поступления горючего газа в помещение котельной можно принять по паспортным данным оборудования.

Допустим, инерционность отсекающего клапана газового электромагнитного — 1 с. В этом случае масса газа, поступившего в помещение, составит:

При такой массе метана избыточное давление взрыва не превышает 5 кПа.

В этом случае помещение котельной не относится к категории, А по взрывопожарной опасности. Вещества и материалы, которые обращаются в помещении котельной, не подпадают под критерии категории Б, следовательно, следующим этапом будет проверка на отнесение помещения котельной по пожарной опасности к категории Г.

В соответствии с п.Б.1 Приложения Б СП 12.13 130.2009 определение категории Г помещения осуществляется путем сравнения временной пожарной нагрузки на каждом из участков в помещении т. е. нужно посчитать все горючие материалы, входящие в состав технологического оборудования, а также горючую изоляцию проводов и кабелей.

Если по расчету получится, что удельная пожарная нагрузка окажется менее 1 МДж/м2, то помещение котельной можно отнести к категории Г по пожарной опасности. В противном случае котельную следует отнести к категории В1-В4по пожарной опасности, при соответствующем обосновании.

пожар опасность котельная.