Удк 614. 835Ю. Е. Павлюк, канд техн наук, доцент, Н. О. Ференц, канд техн наук, доцент

Збірник наукових праць ЛДУ БЖД
128
УДК 614.835
Ю.Е.
Павлюк, канд. техн. наук, доцент, Н.О. Ференц, канд. техн. наук, доцент
(Львівський державний університет безпеки життєдіяльності)
ПРО НЕОБХІДНІСТЬ ВНЕСЕННЯ ЗМІН У МЕТОДИКУ КАТЕГОРУВАННЯ
ЗОВНІШНІХ ТЕХНОЛОГІЧНИХ УСТАНОВОК ЗА ВИБУХОПОЖЕЖНОЮ
НЕБЕЗПЕКОЮ
Встановлено, що при визначенні категорій зовнішніх установок за вибухопожежною не- безпекою необхідно використовувати такий показник як індивідуальний ризик на установках при виникненні надлишкового тиску і теплового випромінювання. Визначено ймовірності руйнування
і пошкодження будинків, втрати керованості, розриву барабанних перетинок, відкидання людини ударною хвилею від епіцентру вибуху на автомобільній газонаповнювальній компресорній станції.
Рекомендовано внести зміни в існуючі норми.
Ключові слова: зовнішня установка, вибухонебезпека, категорія, тиск вибуху, імпульс хвилі
Актуальність проблеми
Безпека зовнішніх технологічних установок має особливе значення. Для аварій на таких об’єктах характерні великі об'єми викиду вибухопожежонебезпечних речовин, які утворюють хмари вибухонебезпечних сумішей, розливи легкозаймистих рідин і, як наслідок, пожежі, вибухи, руйнування сусідніх апаратів та інших установок. За статистикою, збиток від аварійності і травма- тизму у промислово розвинених державах сягає 5-10% від валового національного продукту. Тому однією з основних проблем, яку доводиться вирішувати на всіх стадіях експлуатації зовнішніх установок, є розробка комплексу заходів, що запобігають аваріям.
Для прийняття заходів з вибухопожежної безпеки, зовнішні установки виробничих об'єк- тів класифікують, застосовуючи відповідні методики для їх кількісної оцінки [1]. Прийнята в
Україні система категорування зовнішніх установок за вибухопожежною і пожежною небезпекою визначає комплекс пожежно-технічних заходів, спрямованих на убезпечення людей
і збереження матеріальних цінностей, дає можливість об'єктивно встановити умовний рівень їх вибухопожежної небезпеки і обгрунтувати конкретні організаційно-технічні заходи, що дають можливість в межах допустимого ризику експлуатувати виробничі об'єкти.
Метою роботи є обґрунтування необхідності внесення змін у методику категоруван- ня зовнішніх установок за вибухопожежною небезпекою.
Розглянемо методики визначення категорій зовнішніх установок за вибухопожежною небезпекою [1,4] та методики оцінки вибухопожежонебезпеки технологічного процесу виро- бництва [2, 3].
Результати роботи
З прийняттям НАПБ Б.03.002-2007 «Норми визначення категорій приміщень, будин- ків та зовнішніх установок за вибухопожежною та пожежною небезпекою» вперше на тери- торії України необхідно визначати категорії зовнішніх технологічних установок.
Зовнішня установка – установка, розташована поза приміщеннями (зовні будинків) просто неба або під дахом чи за сітчастими захисними конструкціями [1]. До зовнішніх уста- новок відносять резервуари, автозаправні станції, ректифікаційні колони, газгольдери, сило- си, трубчасті печі, сушарки тощо. У таких установках зберігаються чи переробляються ви- бухопожежонебезпечні матеріали, що зумовлює небезпеку вибухів великої руйнівної сили, пожеж, які завдають значного матеріального збитку, призводять до травм і загибелі обслуго- вуючого персоналу.
Згідно з НАПБ Б.03.002-2007, зовнішні установки за вибухопожежною та пожежною небезпекою поділяють на категорії: А
з
(вибухопожежонебезпечна), Б
з
(вибухопожежо- небезпечна), В
з
(пожежонебезпечна), Г
з та Д
з

Пожежна безпека №18, 2011
129
Категорія зовнішньої установки за вибухопожежною та пожежною небезпекою – кла- сифікаційна характеристика, що визначається кількістю та вибухонебезпечними властивос- тями речовин і матеріалів, що знаходяться (обертаються) в них, з урахуванням особливостей технологічних процесів розташованих у них виробництв.
Кількісна оцінка речовин і матеріалів, що знаходяться у зовнішній установці, здійс- нюється обчисленням таких параметрів як надлишковий тиск у разі згоряння газо- паропові- тряної суміші, горизонтальний розмір зони, що обмежує газопароповітряні суміші із концен- трацією горючої речовини вищою від нижньої концентраційної межі поширення полум'я та
інтенсивність теплового випромінювання від вогнища пожежі.
Зовнішня установка належить до вибухонебезпечних категорій, якщо розмір зони, що обмежує газопароповітряні суміші із концентрацією горючої речовини більшою від нижньої концентраційної межі поширення полум'я, перевищує 30 м і (або) розрахунковий надлишко- вий тиск у разі згоряння газопароповітряної суміші на відстані 30 м від зовнішньої установ- ки перевищує 5 кПа.
У роботі здійснено аналіз небезпеки автомобільної газонаповнювальної компресорної станції. Основні небезпеки на об'єкті – руйнування обладнання, загазованість майданчика в результаті розгерметизації обладнання, вибух газоповітряної суміші в обладнанні, вибух га- зоповітряної хмари на майданчику, пожежа (як вторинне явище).
Параметри ударної хвилі – надлишковий тиск, який утворюється при згорянні газової фази, величина імпульсу хвилі тиску, розраховані згідно з методикою [1], наведені в таблиці 1.
Таблиця 1
Параметри ударної хвилі при вибуху метану на автомобільній газонаповнювальній
компресорній станції
Показник
Значення
Відстань від епіцентру ви- буху, r, м
5 10 20 50 100
Надлишковий тиск, ∆Р, кПа,
211,67 85,82 40,5 21,16 8,58
Імпульс ударної хвилі тиску
2403,23 1201,61 700,12 280,05 120,16
Залежність надлишкового тиску вибуху та імпульсу ударної хвилі від відстані до епіцентру зо- бражена на рисунку 1.э
А Б
Рис.1. Залежність надлишкового тиску вибуху (А) та імпульсу ударної хвилі (Б) від відстані
до епіцентру

Збірник наукових праць ЛДУ БЖД
130
Оскільки на відстані 30 м від установки надлишковий тиск перевищує 5 кПа, то згідно з [1], автомобільна газонаповнювальна компресорна станція за вибухопожежною небезпекою належить до категорії А
з
Таким чином, методика визначення категорій зовнішніх установок за вибухонебезпе- кою [1] дає можливість лише обчислити величину надлишкового тиску вибуху і теплового випромінення при аварії, однак, не показує ймовірності ураження людини, яка перебуває на заданій відстані від зовнішньої установки, ймовірності руйнування будівель надлишковим тиском при реалізації вказаної аварії.
В Росії при визначенні категорій зовнішніх установок за вибухопожежною і пожеж- ною небезпекою [4], здійснюється розрахунок величини індивідуального ризику на установ- ках при виникненні таких уражувальних факторів, як надлишковий тиск, що розвивається при згорянні газоповітряних сумішей, і теплове випромінення при згорянні речовин і матері- алів. Величину індивідуального ризику R
В
при згорянні газоповітряних сумішей розрахову- ють за формулою [4]:
ВПi
n
i
Bi
В
Q
Q
R



1
, де
Вi
Q –річна частота виникнення i-ї аварії з горінням газо-, паро- чи пилоповітряної суміші на даній зовнішній установці, 1/рік;
ВПi
Q
–умовна ймовірність ураження людини, що пере- буває на заданій відстані від зовнішньої установки, надлишковим тиском при реалізації вка- заної аварії i-го типу; п –кількість типів аварій. Значення
Вi
Q визначають з статистичних да- них чи на основі відповідних методик.
У роботі проведено обчислення ймовірності ураження людей та пошкоджень будівель від вибуху хмари. Ймовірність пошкоджень стін промислових будівель, при яких можливе відновлення споруд без їх зносу, оцінюється за співвідношенням:
1 1
Pr
5 0, 26 lnV
 
. Фактор
1
V
розраховується з урахуванням перепаду тиску в хвилі та імпульсу статичного тиску за співвідношенням:
8,4 9,3 1
(17500 /
)
(290 / )
V
P
i



Ймовірність руйнувань промислових будівель, при яких споруди підлягають зносу, оцінюється за співвідношенням:
2 2
Pr
5 0, 22 lnV
 
. У цьому випадку фактор
2
V розрахову-
ється за формулою:
7,4 11,3 2
(40000 /
)
(460 / )
V
P
i



Ураження людей при вибуху хмари газоповітряної суміші включає втрату керованос- ті, розрив барабанних перетинок та відкидання людини ударною хвилею газоповітряної су- міші.
Ймовірність довготривалої втрати керованості у людей (стан нокдауну), які потрапи- ли в зону дії ударної хвилі при вибуху хмари газоповітряної суміші, оцінюється за величи- ною пробіт-функції:
3 3
Pr
5 5, 74 lnV
 
. Фактор небезпеки
3
V розраховується за співвідно- шенням:
3 4, 2 /
1, 3 /
V
p
i


. Безрозмірний тиск і безрозмірний імпульс задаються:
1
/
o
p
P P
  
і
1/ 2 1/ 3
/(
)
o
i
i P
m


, де – маса тіла живого організму (приймаємо 80 кг). Зале- жність ймовірності розриву барабанних перетинок у людей від рівня перепаду тиску у пові- тряній хвилі:
4
Pr
12, 6 1, 524 ln P
 

 .
Ймовірність відкидання людей хвилею тиску оцінюється за величиною пробіт- функції:
5 5
Pr
5 2, 44 lnV
 
Фактор
5
V розраховується
із співвідношення
3 9
5 7, 38 10 /
1, 3 10 /(
)
V
P
P i


 

 
Зв'язок ймовірності ураження з пробіт-функцією наведено у таблиці 2.

Пожежна безпека №18, 2011
131
Таблиця 2
Значення умовної ймовірності ураження людини залежно від величини Рr
Величина Pr
Умовна ймовірність ураження, %
0 1
2 3
4 5
6 7
8 9
0
- 2,67 2,95 3,12 3,25 3,36 3,45 3,52 3,59 3,66 10 3,72 3,77 3,82 3,90 3,92 3,96 4,01 4,05 4,08 4,12 20 4,16 4,19 4,23 4,26 4,29 4,33 4,36 4,39 4,42 4,45 30 4,48 4,50 4,53 4,56 4,59 4,61 4,64 4,67 4,69 4,72 40 4,75 4,77 4,80 4,82 4,85 4,87 4,90 4,92 4,95 4,97 50 5,00 5,03 5,05 5,08 5,10 5,13 5,15 5,18 5,20 5,23 60 5,25 5,28 5,31 5,33 5,36 5,39 5,41 5,44 5,47 5,50 70 5,52 5,55 5,58 5,61 5,64 5,67 5,71 5,74 5,77 5,81 80 5,84 5,88 5,92 5,95 5,99 6,04 6,08 6,13 6,18 6,23 90 6,28 6,34 6,41 6,48 6,55 6,64 6,75 6,88 7,05 7,33
-
0,00 0,10 0,20 0,30 0,40 0,50 0,60 0,70 0,80 0,90 99 7,33 7,37 7,41 7,46 7,51 7,58 7,65 7,75 7,88 8,09
З допомогою таблиці 2 визначаємо умовну ймовірність ураження людини. Наприклад, при значенні Рr = 2,95 значення Q
вп
= 2% =0,02, а при Рr = 8,09 значення Q
вп
=99,9 % = 0,999.
Наближена оцінка ймовірних ступенів ураження наведена у таблиці 3 і на рисунку 2.
Таблиця 3
Оцінка ймовірних ступенів ураження
Показник
Значення
Відстань від епіцентру вибуху, r, м
5 10 20 50 100 1
Pr
10,11 8,82 6,76 4,88 2,84
Імовірність руйнування, %
100 100 96 45 1
2
Pr
7,71 6,24 4,98 3,69 3,34
Імовірність пошкоджень, %
99,6 89 49 9
4 3
Pr
3,14
<0
<0
<0
<0
Імовірність довготривалої втрати керованості у людей, %
3 0
0 0
0 4
Pr
6,09 4,71 3,56 2,58 1,2
Імовірність розриву барабанних пе- ретинок, %
86 39 7
1 0
5
Pr
2,66
<0
<0
<0
<0
Імовірність відкидання людей уда- рною хвилею, %
1 0
0 0
0

Збірник наукових праць ЛДУ БЖД
132
Рис.2. Залежності ймовірностей руйнування і пошкодження будинків, ймовірностей
втрати керованості, розриву барабанних перетинок, відкидання людини ударною хвилею від
відстані від епіцентру вибуху
Висновок. При визначенні категорій зовнішніх установок за вибухопожежною небез- пекою необхідно використовувати такий показник як індивідуальний ризик на установках при виникненні надлишкового тиску і теплового випромінення, оскільки він характеризує умовну ймовірність ураження людини, яка перебуває на заданій відстані від зовнішньої установки.
Вищевказане необхідно відобразити в діючих нормах [1] та викласти методику для розрахун- ку індивідуального ризику.
Список літератури
:
1. НАПБ Б.03.002-2007. Норми визначення категорій приміщень, будинків та зовні- шніх установок за вибухопожежною та пожежною небезпекою.
2. НАОП 1.3.00-1.01-88. Общие правила взрывобезопасности для взрывопожароопас- ных химических, нефтехимических и нефтеперерабатывающих производств.
3. ГОСТ Р 12.3.047-98. Пожарная безопасность технологических процессов. Общие требования.
4. НАПБ 105-03. Определение категорий помещений, зданий и наружных установок по взрывопожарной и пожарной опасности.
Ю.Э. Павлюк, Н.А.
Ференц
О НЕОБХОДИМОСТИ ВНЕСЕНИЯ ИЗМЕНЕНИЙ В МЕТОДИКУ
КАТЕГОРИРОВАНИЯ ВНЕШНИХ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ УСТАНОВОК
ПО ВЗРЫВОПОЖАРНОЙ ОПАСНОСТИ
Установлено, что при определении категорий внешних установок по взрывопожарной опасности необходимо использовать такой показатель как индивидуальный риск на установ- ках при возникновении избыточного давления и теплового излучения. Определены вероят- ности разрушения и повреждения домов, вероятности потери управляемости, разрыва бара- банных перепонок, отбрасывания человека ударной волной от эпицентра взрыва на автомо- бильной газонаполнительной компрессорной станции. Рекомендуется внести изменения в существующие нормы.
Ключевые слова: внешняя установка, взрывоопасность, категория, давление взрыва, импульс волны