ОЦЕНКА СТЕПЕНИ ПРОТИВОПОЖАРНОЙ ЗАЩИТЫ ОБЪЕКТА ПО ВЫРАБОТКЕ ТЕПЛОВОЙ ЭНЕРГИИ

​АННОТАЦИЯ

Целью исследования данной работы оценка степени противопожарной защиты объекта по выработки тепловой энергии во время аварийной ситуации при воспламенении природного газа. Оценка сценария возможной аварийной ситуации с использованием расчетных методов: НПБ 105-03 «Определение категорий помещений, зданий и наружных установок по взрывопожарной и пожарной опасности», ПБ 09-540-03 «Общие правила взрывобезопасности для взрывопожароопасных химических, нефтехимических и нефтеперерабатывающих производств», утвержденные постановлением Госгортехнадзора России от 05.05.03г. №29, СП 12.13130.2009 «Свод правил. Определение категорий помещений, зданий и наружных установок по взрывопожарной и пожарной опасности». В результате оценки уровня воздействия взрыва на помещение котельной рассчитали показатель избыточного давления взрыва для горючих газов, согласно НПБ 105-03 получили равным ΔР=125.5кПа, данный показатель оказывает отрицательное воздействие. Таким образом, благодаря объемно-планировочным и конструктивным решениям, энергия (давление) взрыва пойдет по пути наименьшего сопротивления, а именно, через легко сбрасываемые конструкции (оконные и дверные проемы). Сами конструктивные элементы при этом выстоят.

Ключевые слова: пожарная безопасность, пожарный риск, противопожарная защита.

Введение. Высокие темпы промышленного производства и социального прогресса требуют резкого увеличения выработки тепловой энергии на базе мощного развития топливно-энергетического комплекса страны. Централизованные системы теплоснабжения от тепловых электрических станций (ТЭС) наиболее эффективны. В настоящее время, централизованное теплоснабжение крупных городов осуществляется на базе мощных атомных станций теплоснабжения. Внедрение в производство крупных высокопроизводительных установок и аппаратов, усложненных технологических процессов требуют от рабочих, инженерно-технического персонала и работников пожарной охраны постоянного внимания к вопросам обеспечения пожарной безопасности. Для небольших тепловых потребителей источником теплоты служат промышленные и отопительные котельные. Удельный вес их в балансе теплоснабжения составляет значительно большую часть. Несмотря на строительство крупных тепловых электростанций, с каждым годом увеличивается выпуск и улучшаются конструкции котловых агрегатов малой и средней мощности, повышаются надежность и экономичность котельного оборудования, снижается металлоемкость на единицу мощности, сокращаются сроки и затраты на производство строительно-монтажных работ [2-4].

Городская сеть теплоснабжения обычно разделена на районы питания по числу ТЭЦ. В системе теплоснабжения подача тепла в жилые кварталы и промышленным предприятиям осуществляется от районных тепловых станций - крупных котельных с водогрейными котлами [1-3].

Целью исследования является оценка степени противопожарной защиты объекта по выработки тепловой энергии во время аварийной ситуации при воспламенении природного газа.

Методы исследования. Оценка сценария возможной аврийной ситуации с использованием расчетных методов: НПБ 105-03 «Определение категорий помещений, зданий и наружных установок по взрывопожарной и пожарной опасности», ПБ 09-540-03 «Общие правила взрывобезопасности для взрывопожароопасных химических, нефтехимических и нефтеперерабатывающих производств», утвержденные постановлением Госгортехнадзора России от 05.05.03г. №29, СП 12.13130.2009 «Свод правил. Определение категорий помещений, зданий и наружных установок по взрывопожарной и пожарной опасности».

Результаты исследования и их обсуждение.

Возможными сценариями развития аварий с природным газом может быть: сценарий разгерметизация или разрушение газопровода, выброс газа в атмосферу или в помещение без мгновенного воспламенения, образование облака газовоздушной смеси (ГВС), рассеяние облака ГВС в атмосфере (удаление из помещения с помощью вытяжной вентиляции).

Воспламенение природного газа в помещении котельной в результате разрушения  газопровода Ø 219 х 8,0 (Р раб = 0,4  кгс/см²)  и отказа системы контроля загазованности, обеспечивающей надежный контроль за концентрацией химических веществ и взрывоопасной концентрации метана в воздухе котельной, а также своевременное предупреждение обслуживающего персонала о возможной опасности посредством звукового и светового сигналов и отключение подачи газа к котлам.

Длина рассматриваемого газопровода Ø 219 х 8,0 (Р раб = 0,4 кгс/см²) между запорной арматурой и газопотребляющими установками составляет L=17 м. Объём газопровода на данном участке составляет V = 0,53 м³. Максимальный расход газа подводящегося по газопроводу составляет Q=2640м³/ч. Для выполнения расчёта, время при ручном отключении подачи газа в котельную согласно НПБ 105-03 принимаем равным 300 секунд [9]. При разрыве газопровода объём вышедшего газа, до момента прекращения подачи газа составит V = 220 м³.

Полный объём вышедшего газа с учётом оставшегося объёма в газопроводе составит V=220,53 м³.

Масса вышедшего газа с учётом его плотности принятой р=0,69 кг/м³ составляет m = 152,2 кг.

Масса вышедшего газа, участвующего во взрыве согласно ПБ 09-540-03, определяется произведением (1) [10].

m = zm=                                                               (1)

где m – масса вышедшего газа;

z – доля приведенной массы парогазовых веществ участвующих во взрыве.

Согласно ПБ 09-540-03 коэффициент участия принимаем  z = 0,5, так как рассматриваемый случай предполагает взрыв  горючего газа в замкнутом пространстве [10].

Таким образом, масса вышедшего газа участвующая во взрыве составит  m = 76,1 кг.

Для оценки уровня воздействия взрыва на помещение котельной применяется показатель избыточного давления взрыва для горючих газов.  Избыточное давление ΔР для горючих газов, согласно НПБ 105-03 определяем по формуле (2).

                   (2)

где  –  максимальное давление взрыва стехиометрической газовоздушной смеси в замкнутом объёме, согласно НПБ 105-03 при отсутствии данных допускается принимать равным 900 кПа [9];

– начальное давление, согласно НПБ 105-03 допускается принимать равным 101 кПа [9];

– свободный объём помещения, для котельной с учётом находящегося оборудования принимаем равным 80% полного объёма помещения [9], что составляет 2496 м³;

 – стехиометрическая концентрация горючего газа;

– коэффициент, учитывающий негерметичность помещения и неадиабатичность процесса горения, согласно НПБ 105-03 принимаем равным = 3 [9].

Стехиометрическая концентрация горючего газа вычисляется по формуле (3) [9].

                                                               (3)

Где β – стехиометрический коэффициент кислорода в реакции сгорания, рассчитываемый по формуле (4).

                                                                         (4)

Где ,,,– число атомов С, Н, О и галоидов в молекуле горючего.

Природный газ, являющийся топливом в котельной на 96,82% состоит из метана (СН4), следовательно:

β = 2

C_ст= 9,36%

Заключение.

В результате оценки уровня воздействия взрыва на помещение котельной рассчитали показатель избыточного давления взрыва для горючих газов, согласно НПБ 105-03  получили равным ΔР=125.5кПа, данный показатель оказывает отрицательное воздействие. Таким образом, благодаря объемно-планировочным и конструктивным решениям, энергия (давление) взрыва пойдет по пути наименьшего сопротивления, а именно, через легко сбрасываемые конструкции (оконные и дверные проемы). Сами конструктивные элементы при этом выстоят.

Список литературы:

1. Брушлинский, Н.Н. Пожарные риски. Динамика пожарных рисков / Н.Н. Брушлинский. - М.: ФГУ ВНИИПО МЧС России, 2005. - 82 с.
2. Брушлинский, Н.Н. Пожарные риски: основные понятия / Н.Н.Брушлинский, Ю.М.Глуховенко, В.Б.Коробко, С.В.Соколов, П.Вагнер, С.А.Лупанов, Е.А.Клепко М.: Национальная академия наук пожарной безопасности, 2008. - 47 с.
3. Годиенко, Д.М. Пожары и пожарная безопасность в 2019 году / Д.М.Гордиенко - М.: ВНИИПО, 2020 - 80 с.
4. Гордиенко, Д.М. Пожары и пожарная безопасность в 2017 году / Д.М.Гордиенко - М.: ВНИИПО, 2018 - 125 с.
5. Земский, Г.Т. Физико-химические и огнеопасные свойства органических химических соединений / Г.Т.Земский - М.: ФГУ ВНИИПО МЧС России, 2009 - 458 с.
6. Корольченко, А.Я. Пожаровзрывоопасность веществ и материалов, и средства их тушения. Справочник - 2-е изд., перераб. и доп. / , А.Я.Корольченко - М.:Асс. «Пожнаука», 2004 - 713 с.
7. Кошмаров, Ю.А. Прогнозирование опасных факторов пожара в помещении / Кошмаров Ю.А. Учебное пособие - М.: Академия ГПС МВД  России, 2000. 118 с. 
8. Монахов, В.Т. Показатели пожарной опасности веществ. Анализ и предсказание. Газы и жидкости / Справочные данные о пожарной опасности веществ и материалов - М.: ФГУ ВНИИПО МЧС России, 2007 - 640 с.
9. НПБ 105-03 «Определение категорий помещений, зданий и наружных установок по взрывопожарной и пожарной опасности»
10. ПБ 09-540-03 «Общие правила взрывобезопасности для взрывопожароопасных         химических,        нефтехимических         и нефтеперерабатывающих производств», утвержденные постановлением Госгортехнадзора России от 05.05.03г. №29.
11. СП 12.13130.2009 «Свод правил. Определение категорий помещений, зданий и наружных установок по взрывопожарной и пожарной опасности».
12. СП 4.13130.2019 «Свод правил. Системы противопожарной защиты. Ограничение распространения пожара на объектах защиты. Требования к объемно-планировочным и конструктивным решениям».