Оценка вероятности возникновения пожара и взрыва в отделении компрессии природного газа

        = 4.5 - нижний концентрационный предел воспламенения природного газа.

     Учитывая, что из всей массы  природного газа, вышедшего в объем помещения, только 47% участвует в образовании  локального взрывоопасного облака (см. п.7), то время образования этого облака и время его существования после устранения утечки природного газа будет 

     

 

     Время истечения природного газа при имевших  место авариях за анализируемый период времени (год) было равно 2,3,3 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 природного газа, равна 

     

     

, 

     t_b - коэффициент значения, которого в зависимости от числа степеней свободы (m-1), при доверительной вероятности b = 0,95, (принимается по таблице 2):   

     Таблица 2.

 

            – 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 природного газа с воздухом в объеме помещения будет равна 

     Q_п(ГС_в)= Q_п(ГВ_в)· Q_п(ОК)=2,93 ·10^-5·1 =2,93·10^-5 

     Основными источниками зажигания взрывоопасного облака природного газа с воздухом 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 и 70 часов эксплуатировались с нарушением щелевой защиты.

     Вероятность нахождения электросветильников в  неисправном состоянии равна 

     

     

 

     Так как  (m-1) = 1-1 = 0, принимаем m=1 ,то t_b = 12,71 (табл.1) 

     

 

     Так как температура колбы электролампочки  мощностью 150 Вт равна 350°С, а температура  самовоспламенения природного газа 510°С, следовательно, нагретая колба не может быть источником зажигания смеси природного газа с воздухом. 

     Установлено, что за год в помещении 5 раза проводились  газосварочные работы по 3,4,5,6,7 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 смеси природного газа с воздухом , 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 90 ч∙год^-1, поэтому среднее число ударов молнии в год на 1км равно 12, т.е. n_у = 12 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)=5·10^-2·0,054 =27·10^-4 

     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)= 27·10^-4 

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

     

= (27·10^-4+0.068)·1=0,18·10^-3 

     Таким образом, вероятность взрыва смеси  природного газа с воздухом в объеме помещения будет равна 

     Q(ВО)= Q_п(ГС_В)· Q_п(ИЗ/ГС)= 2,93·10^-5·0,18·10^-3= 5,3·10^-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^-2·0.18·10^-3=4.14·10^-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)= 0,2+4,14·10^-4=0,2 

     Из  расчета следует, что вероятность  взрыва природного газа с воздухом в объеме помещения равна 3.2·10^-12, что соответствует одному взрыву в год в 884955752212,389 аналогичных помещениях. А вероятность возникновения в помещении взрыва или пожара равна 0,2 в год. 

     

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

 
 

     Избыточное  давление, образующееся при взрыве смеси природного газа с воздухом, определяется по формуле: 

     

, 

где  Р_max  - максимальное давление, развиваемое при сгорании смеси природного газа с воздухом в замкнутом объеме, равное 706 кПа;

     Р_о –атмосферное давление равное 101 кПа;

     Z – коэффициент участия горючего при сгорание газопаровоздушной смеси,  равный  0,5;

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

     V

= 0.8∙V,

     

 = 0.8·3136= 2508,8 м³ 

          r_г – плотность газа при расчетной температуре, кг/м^{3 ;}

     С_ст – стехиометрическая концентрация природного газа, 

     

 % (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 не герметичность помещения и не адеабатичность процесса горения равный 3;

      r _г — плотность природного газа при расчетной температуре t_р, кг/м³, вычисляемая по формуле 

     

, 

где   М = 16,04 - молярная масса метана, кг/кмоль;

       V₀ - мольный объем, равный 22,413 м³/кмоль;

       t_р - расчетная температура равная 20 °С. 

     

 

     m –масса природного газа, поступившего в помещение