Оценка вероятности возникновения пожара и взрыва в отделении компрессии природного газа

                                                                                                                                    Федеральное агентство образования РФ

Кемеровский технологический институт

пищевой промышленности 
 
 
 

                              Кафедра «Безопасность

 жизнедеятельности» 
 

Пояснительная записка к курсовой работе

На тему: «Оценка  вероятности возникновения пожара и взрыва в отделении компрессии природного газа ».

По дисциплине: «Пожарная безопасность»      
 
 
 
 
 
 

                                                             Выполнил: ст.гр. ОТ – 61

                    Пузенко Р.В.

              Проверил: зав. кафедрой

              Иванов Ю.И.  
 

Кемерово 2010 

Содержание: 
 

Введение…………………………………………………………………………...3

1. Причины возникновения  пожара на объектах экономики .…………….4
2. Исходные данные……………………………………………….……….…8
3. Структурная схема оценки пожароопасного события……………………………………………………………………10
4. Характеристика природного газа……………….………………..............11
5. Расчет вероятности возникновения пожара и взрыва в отделении компрессии природного газа .…………………………………………..13
6. Расчет избыточного давления взрыва газовоздушной смеси. Определение категории помещения по взрывопожарной опасности, класс взрывоопасной зоны согласно ПУЭ….…………………………..23
7. Определение расчетным методом коэффициента участия горючего во взрыве и уточнение расчета избыточного давления взрыва…………..26
8. Определение размера зоны ограниченной НКПР горючего газа……..28
9. Определение категории взрывоопасности технологического блока и радиусов зон разрушения ………………………………………………..29

Заключение……………………………………………………………………….32

Список  литературы………………………………………………...……………33

Введение 

      Несмотря  на широкое осуществление мер  пожарной профилактики, число загораний, пожаров и взрывов на предприятиях, в природе и в быту остаются сравнительно большими.

      В среднем по России ежегодно происходит свыше 250.000 пожаров, которые наносят огромный материальный ущерб и приводят к многочисленным человеческим жертвам.

      Поэтому на предприятиях разрабатывается большой  комплекс мероприятий по предупреждению пожаров и взрывов. Для того чтобы разработать и осуществлять то или иное мероприятие, и для того чтобы оно было эффективным, необходимо рассчитать вероятность возникновения  пожара, а также величину избыточного давления и зону разрушения для оценки возможных последствий, в случае возникновения взрыва.

      При прогнозировании последствий пожаров  на производственных или общественных объектах определяется ряд показателей, в том числе и уровень обеспечения  пожарной безопасности людей. Пожарная безопасность может быть обеспечена мерами пожарной профилактики и активной пожарной защиты. Понятие пожарной профилактики включает в себя комплекс мероприятий, необходимых для предупреждения возникновения пожара или уменьшения его последствий. Под активной пожарной защитой понимаются меры, обеспечивающие успешную борьбу с возникающими пожарами или взрывоопасной ситуацией.

     Пожары  являются источниками не только материального  ущерба, но и, в первую очередь, морального вреда, приводящие к гибели людей.

       Основными системами пожарной безопасности являются системы предотвращения пожара и противопожарной защиты, включая организационно – технические мероприятия.

     Требуемый уровень обеспечения пожарной безопасности людей с помощью указанных  систем должен быть не менее 0,999999 предотвращения воздействия опасных факторов в год в расчете на каждого человека.

     Таким образом, профилактика пожаров предполагает проведение на промышленных предприятиях организационных и технологических  мероприятий, разрабатываемых на основе глубокого, систематического анализа противопожарного состояния предприятия, оценки пожарной опасности и уровня его противопожарной защиты.

    Целью курсовой работы является то, что в  процессе ее выполнения приобретаются навыки расчетов вероятности возникновения взрыва и пожара, избыточного давления, радиусов разрушения, а также определения категории помещения и степени его разрушения.

     1. Причины возникновения пожара на объектах экономики 

     Основные  причины пожаров на предприятиях можно разделить на: дисциплинарные, технологические, обусловленные электричеством, отсутствием или несвоевременностью контроля.

     К дисциплинарным причинам пожаров относятся:

     - нарушения требований проектирования  промышленных и вспомогательных  зданий и сооружений, выбора строительных  материалов и конструкций, планировки помещений, расположения технологического оборудования и коммуникаций;

     - отклонения от правил эксплуатации  и ремонта оборудования, потребителей  электроэнергии и электрических  сетей;

     - нарушение должностных инструкций  в части пожаробезопасности, нарушение правил безопасности при ведении огневых работ;

     - неосторожное обращение с источниками  открытого огня, курение в цехах  и на складах;

     - неправильное обращение с легковоспламеняющимися  жидкостями;

     - неправильное хранение промасленных  обтирочных материалов, ветоши, хлопчатобумажной спецодежды;

     - нарушения правил и сроков  уборки осевшей горючей пыли. 

     Технологическими  причинами пожаров  являются:

     - работа на неисправном технологическом  оборудовании или с нарушением  режимов технологических процессов;

     - применение горючих веществ, не соответствующих техническим характеристикам технологических печей, нарушение режима их растопки, эксплуатации и остановки;

     - неправильное заполнение легковоспламеняющимися  жидкостями и горючими газами  емкостей и коммуникаций;

     - применение не соответствующих ГОСТу смазочных материалов, в частности для компрессоров;

     - применение инструмента, при ударах  которого о твердую поверхность  возникают искры;

     - неисправность запорной арматуры  и отсутствие заглушек на ремонтируемых  или законсервированных аппаратах и трубопроводах;

     - искры при электро- и газосварочных  работах;

     - неисправность канализации и  гидрозатворов;

     - конструктивные недостатки оборудования;

     - ремонт оборудования на ходу;

     - реконструкция установок с отклонением  от технологических схем. 

     Основными причинами пожаров, связанных с электричеством, являются:

     - применение электрооборудования,  не соответствующего категории  пожаро- и взрывоопасности производства;

     - перегрузка технологических транспортных  магистралей с электроприводом,  другого электрооборудования и сетей;

     - плохой электрический контакт  в местах присоединения проводников;  нарушение целостности изоляции, другие неисправности и повреждения  потребителей электрической энергии  или сетей;

     - отсутствие средств защиты от  статического электричества на технологическом оборудовании и работниках, отсутствие или нарушение целостности молниеотводов, а также средств защиты от вторичных проявлений линейных разрядов атмосферного электричества. 

     Главными  недостатками контрольных  мер, которые могут явиться причиной пожара, являются:

     - отсутствие или нарушение сроков  проведения технического освидетельствования,  осмотров, текущих и профилактических  ремонтов технологического оборудования, автоматики, контрольно-измерительной  аппаратуры и приборов безопасности;

     - недостаточный контроль над температурным  режимом работы технологического  оборудования, использующего открытый  огонь, а также оборудования, действие  которого связано с повышением  температуры рабочей среды;

     - несвоевременный или некачественный контроль над величиной сопротивления изоляции электрооборудования и сетей, а также сопротивлений средств защиты от статического электричества;

     - отсутствие контроля загрязненности  осветительных и отопительных  приборов, нагретых поверхностей  технологического оборудования и коммуникаций горючими пылями и т.п. 

       Рассмотрим одну из причин – неисправность электрооборудования – более подробно.

     Причины пожаров от электрических  машин, аппаратов и сетей происходят в результате проявления теплового  и искрового действия электрического тока в условиях, благоприятных для воспламенения горючих материалов. Основными причинами пожаров в электроустановках являются перегрузка проводов, короткое замыкание, большие переходные сопротивления в электрических сетях, электрическая дуга или искрение.

     Перегрузка  проводов в электрической сети происходит при прохождении по ним тока больше допускаемой условиями нагрузки величины. Нередко причиной перегрузки в электрической цепи служит параллельное подключение к ней чрезмерного  количества потребителей тока. При перегрузках происходит загорание, нарушение эластичности и разрушение изоляции проводов, что ведет к короткому замыканию.

     Перегрузка  проводов происходит в результате чрезмерной механической нагрузки электродвигателей, вследствие чего воспламеняется изоляция обмоток электродвигателей. Короткое замыкание возникает, когда в электрической цепи какие-либо точки различных фаз соединяются между собой через очень малое сопротивление, вследствие чего мгновенно увеличивается ток в электрической цепи и происходит быстрое выделение большого количества тепла.

     Основными причинами короткого замыкания  являются: повреждение изоляции проводов, попадание на неизолированные провода  токопроводящих предметов, воздействие  на провода химически активны  веществ, пыли сырости, неправильный монтаж и т. п. Короткое замыкание может возникать и непосредственно в электрических машинах и установках. При коротком замыкании электрическая цепь резко уменьшает свое сопротивление, а сила тока, согласно закону Ома, при этом значительно увеличивается по сравнению с нормальной величиной.

     Провода не в состоянии при этом мгновенно  отдать в окружающую среду большое  количество тепла, температура их быстро возрастает и вызывает воспламенение  изоляции. К мерам предупреждения перегрузок и короткого замыкания в электрических проводах относится применение плавких предохранителей и специальных автоматов, включенных в цепь последовательно, а также правильный монтаж сетей, машин и аппаратов в соответствии с требованиями ПУЭ.

     Переходное  сопротивление возникает от плохих контактов в местах соединения, а также при окислении мест соединения или неплотного прилегания к зажимам и контактам электроприборов, что приводит к местным нагревам и пожарам. Предупреждение перегрева проводов от переходных сопротивлений достигается увеличением площади соприкосновения контактов в результате их тщательной обработки, применением других контактов, подключением проводников к аппаратуре при помощи наконечников или различных  оконцевателей. 

     2. Исходные данные 

     Компрессорный цех расположен в одноэтажном  производственном помещении размерами 28×14×8 м; стены здания - кирпичные  с ленточным остеклением. Перекрытие - из ребристых железобетонных плит. Освещение цеха – электрическое, отопление - центральное. Цех оборудован аварийной вентиляцией с кратностью воздухообмена в=8. В помещении цеха размещается k=2 компрессор. Компрессор повышает давление поступающего из магистрального трубопровода природного газа с P =6×10 Па до P =60×10 Па. Диаметр трубопровода с газом равен D=100 мм; температура природного газа в компрессоре достигает T=100ºC. Длина нагнетающего трубопровода до ручной задвижки 5 м. Здание имеет молниезащиту типа Б и расположено в местности с продолжительностью грозовой деятельности U=90 ч/год. Защитное заземление здания находится в исправном состоянии. Скорость движения воздуха 0,2 м/с.

                        Информация о работе компрессоров в течение года:  

     

1. Зарегистрировано m=1 случая разрушения детали поршневой  группы, вследствие чего в течении a=1 мин наблюдалось искрение в цилиндре компрессора.
2. C=3 раза отмечалась разгерметизация газовых коммуникаций (нарушение герметичности фланцевых соединений) и газ выходил в объем помещения. Время истечения газа при авариях составило τ=2,3,3 мин, толщина щели (во фланцевом соединении) 0,5 мм.
3. N=5  раза в помещении компрессии газа проводились газосварочные работы по q=3,4,5,6,7 часа каждая.
4. Примерно 200 ч/год в помещении компрессорной хранились разнообразные горючие материалы, непредусмотренные техническим регламентом.
5. Наблюдалось γ = 5 случаев  заклинивания клапанов компрессора. Время срабатывания автоматики контроля давления t=8 с.
6. Пожаротехническим обследованием установлено, что 6 светильников с маркой защиты ВЗГ в разное время года в течение 90, 120, 100, 130, 80 и 70 часов эксплуатировались с нарушением щелевой защиты. Мощность источника освещения принять 150 Вт.
7. Компрессора находились в рабочем состоянии в течение года 4000 часов с равной периодичностью под давлением и разряжением.

 
 
 

    Таблица 1. Исходные данные. 

     

     3. Оценка пожаровзрывоопасного  события с помощью  структурной схемы 

 

где:     ГС – горючая среда;

     ИЗ  – источник зажигания;

     ГВ  – горючее вещество;

     ОК  - окислитель;

     ТИ  – тепловые источники;

     В – время существования  тепловых источников. 

     4. Характеристика природного  газа 
 

 

     5.  Расчет вероятности  возникновения пожара  или взрыва в отделении компрессии природного газа 

     Возникновение взрыва в компрессоре обусловлено одновременного появления в цилиндре горючего газа, окислителя и источника зажигания.

     По  условиям технологического процесса в  цилиндре компрессора постоянно  обращается природный газ, поэтому  вероятность его появления в  компрессоре равна единице, т.е.: 

     Q_к (

ГВ) = Q_к (ГВ₁) = Q_к (λ₁) = 1  

     Появление окислителя (воздуха) в цилиндре компрессора  возможно при заклинивании всасывающего клапана. При этом в цилиндре создается разряжение, обуславливающее подсос воздуха через сальниковые уплотнения. Для отключения компрессора при заклинивании всасывающего клапана предусмотрена система контроля давления, которая отключает компрессор через 8 с после заклинивания клапана. Обследование показало, что за год наблюдалось 5 случаев заклинивания клапанов компрессора. Вероятность раз герметизации компрессора в этом случае равна 

     

, 

где     – коэффициент безопасности. Принимаем =1, т.к. в течение года был только один  случай разрушения деталей;

      – анализируемый период времени, год;

      - время  существования i-го пожаровзрывоопасного события, мин;

       m – общее количество событий;

       j – порядковый номер события.  

     Анализируемый компрессор в течение года находился  в рабочем состоянии 4000 ч, что свидетельствует о равной периодичности его нахождения под разрежением и давлением. Вероятность его нахождения под разрежением равна 
 
 
 
 
 
 
 
 

     

 

     Откуда  вероятность подсоса воздуха  в компрессор составит 

     Q_К (

) = Q_К (S₁)· Q_К (S₂) = 2.3∙2.5∙10^-6 = 5.75·10^-6 

           Таким образом, вероятность  появления в цилиндре компрессора  достаточного количества окислителя будет 

     Q

(OK) = Q (OK ) = Q (b ) = 5.75·10^-6 

     Откуда  вероятность образования горючей  среды в цилиндре компрессора  составит 

     Q_К (ГС) = Q_К (ГВ)·Q_К (ОК) =1·0.57·10^-6 =0.57·10^-6

      

     Источником  зажигания смеси природного газа с воздухом в цилиндре компрессора  могут быть только искры механического происхождения, возникающие при разрушении узлов и деталей поршневой группы из-за потери прочности материала или при ослаблении болтовых соединений.

     Статистические  данные показывают, что за анализируемый  период времени наблюдался 1  случай разрушения деталей поршневой группы, в результате чего в цилиндре компрессора в течение 1 мин наблюдалось искрение. Поэтому вероятность появления в цилиндре компрессора фрикционных искр равна 

     

 

     Оценим  энергию искр, возникающих при разрушении деталей поршневой группы компрессора. Зная, что скорость движения этих деталей  составляет w = 20 м /с, а их  масса m≥ 10 кг, найдем энергию соударения 

     

 

     Известно, что фрикционные искры твердых  сталей при энергиях соударения порядка 1000 Дж поджигают смесь природного газа с воздухом с минимальной энергией зажигания 0,28 мДж.

     Минимальная энергия зажигания смеси природного газа с воздухом равна 0.017 мДж, а энергия  соударения тел значительно превышает  1000 Дж

(Е = 2000 Дж), следовательно  

     Q_{К ·}(

=1. 

     Тогда вероятность появления в цилиндре компрессора источника зажигания  равна 

     Q_К (ИЗ) = Q_К (ТИ_З)·Q_К (В) =1.9∙10^-6·1 =1.9∙10^-6 

     Таким образом, вероятность взрыва смеси  природного газа ЧС воздухом внутри компрессора будет равна 

     Q_i (ВТА) = Q_К (ГС)·Q_К (ИЗ) =0.57·10^-6·1.9∙10^-6= 1.08∙10^-12 

     Наблюдение  за производством показало, что 3 раза за год (m – 3) отмечалась разгерметизация коммуникаций с природным газом, и газ выходил в объем помещения. Рассчитаем время образования взрывоопасной концентрации в локальном облаке, занимающем 5% объема цеха.

     Определяем  режим истечения природного газа из трубопровода при разгерметизации  фланцевых соединений. При этом считаем, что течение газа во фланцевых соединениях адиабатическое, т.к. за короткое время протекания газовых частиц через сопло (соединения) теплообмен с окружающей средой практически не устанавливается.

     Находим отношение давлений среды на выходе из сопла (Р_атм) и на входе в него (Р_раб) 

     

 

     Найденное значение ε сравниваем с так называемым критическим отношением давлений, которое согласно ГОСТ 12.2.085 - XX определяется по выражению 

     

, 

где     К = 1.3- показатель адиабаты.

     Исходя  из того, что адиабатное истечение  газа характеризуется  £ (0,1 £ 0,546) теоретическая скорость движения газа (природного газа), выходящего из цилиндрического или суживающегося конического сопла, будет равна критической скорости и определяется по выражению 

     

 м/с, 

где      R = 515 - удельная газовая постоянная, Дж /(кг • К);          

           Т =373 К– температура природного газа. 
 

       Находим площадь щели F при разгерметизации фланцевого соединения трубопровода диаметром d = 100 мм и толщиной щели δ =  0,3 мм. 

     

м² 

     Расход  природного газа через такое отверстие  составит 

     

 

     Тогда время образования локального взрывоопасного облака, занимающего 5% от объема цеха при работе аварийной вентиляции, составит 

     

 

где  V - объём помещения, м³ 

     V = l×b×h = 28·14·8 = 3136 м³, 

       b - кратность воздухообмена аварийной вентиляции;