Расчет категорий по взрывопожарной и пожарной опасности для котельной

 

Общие данные

 

Параметр	Значение
Наименование помещения	Помещение снабжающих котлов
Наличие установок АУпт	Да (газовое пожаротушение)
Высота помещения	7,5 метров
Площадь помещения	352,56 м2
Объем	2644,2 м3
Свободный объем	2115,36 м3
Температура помещения	38 0С
Кратность воздухообмена общеобменной вентиляции	8 (1 / ч)
Скорость воздушного потока	0,065 м/с

 

Помещение предназначено для размещения котельного оборудование генерирующего тепло за счет сжигания природного газа в качестве основного топлива и мазута в качестве резервного. Расчет проведем по наиболее опасному виду топлива – газу. В помещении находятся два газовых котла, релейные и силовые электрические шкафы. В качестве теплоносителя используется вода. K газовым котлам по стальному трубопроводу подается газ, внутенний диаметр газовой трубы – 0,2 м; давление в газопроводе 1,0 кгс/см².

Расход газа на один котел 25300 м³/ч, общий расход газа для котлов составит 50600 м³/ч, максимальная протяженность газопровода 467 метра.

Расход газа принят по технологическому регламенту. При определении расчетного времени отключения трубопровода учитывалось время обнаружения горючего газа в помещении системой газового анализа, инерционность указанной системы и время срабатывания запорного устройства, расположенного за пределами рассматриваемого помещения. При наличии резервирования элементов системы автоматики отключения трубопровода расчетное время его отключения принималось равным времени срабатывания системы автоматики согласно паспортным данным установки, но не менее 10 с. За расчетную аварийную ситуацию принимаем полную разгерметизацию подходящего к котлу газопровода и истечение метана через полное сечение трубы.

 

Размещение пожарной нагрузки

Площадь размещения пожарной нагрузки: 300 м² Минимальное расстояние от поверхности пожарной нагрузки до нижних ферм 3,5 м перекрытия или покрытия:

 

Таблица №1 “Вещества, находящиеся в помещении”

№/ п.п	Наименование вещества	Тип вещества	Низшая теплота сгорания, МДж/кг
1	Метан	ГГ	51,10

 

Расчет избыточного давление взрыва для вещества “Метан”

• Наименование вещества: Метан
• Тип вещества: Горючий газ
• Химическая формула: CH 4
• Теплота сгорания: 51,1 МДж/кг
• Молярная масса: 16,04 г/моль
• Максимальное давления взрыва: 706 кПа

 

Разгерметизация (авария) трубопровода

• Максимальное давление в трубопроводе: 98,0665 кПа
• Общий расход трубопровода в аппарате: 14,055 м³/с
• Время отключения трубопровода: 10 с.

 

\rho_{п}=\frac{М}{V_{0} \cdot\left(1+0.00367 \cdot t_{p}\right)}=\frac{16,04}{22.413 \cdot(1+0.00367 \cdot 38)}=0,628 \; кг/м^{3}

 

где M – молярная масса газа, м³/кмоль;

V₀ – мольный объем, равный 22,413 м³/кмоль (п. А.2.1 СП 12.13130.2009);

t_р – расчетная температура, C.

 

Стехиометрический коэффициент кислорода в реакции сгорания:

 

\beta=n_{c}+\frac{n_{н}-n_{х}}{4}-\frac{n_{o}}{2}=1+\frac{4-0}{4}-\frac{0}{2}=2

 

где n_c, n_н, n_o, n_х– число атомов C (углерода), H (водорода), О (кислорода) и галоидов в молекуле горючего вещества;

 

Стехиометрическая концентрация паров:

 

C_{ст}=\frac{100}{1+4.84 \cdot \beta}=\frac{100}{1+4.84 \cdot 2}=9,363

 

Объем газа, вышедший из трубопровода до его отключения:

 

V_{1T}=q \cdot T=14,055 \cdot 10=140,55 \; м^3

 

где q – расход газа, определяемый в соответствии с технологическим регламентом в зависимости от давления в трубопроводе, его диаметра, температуры газовой среды и т. д., м³/с;

Т – время, определяемое по А.1.2 СП 12.13130, с;

 

Объем газа, вышедший из трубопровода после его отключения:

 

V_{2T}=0.01 \cdot \pi \cdot P_{2} \cdot\left(r_{1}^{2} \cdot L_{1}+r_{2}^{2} \cdot L_{2}+r{\ldots}+r_{n}^{2} \cdot L_{n}\right)=0.01 \cdot 3,14 \cdot 98,0665 \cdot 4,67=14,38 \; м³

 

где P₂ – максимальное давление в трубопроводе по технологическому регламенту, кПа;

r_{1,2 . .n} – внутренний радиус трубопроводов, м;

L_1,2..n – длина трубопроводов от аварийного аппарата до задвижек, м.

 

№ п / п	Внутренний радиус трубопровода, м	Длина трубопровода от аварийного аппарата до задвижек, м	r2 *L
1	0,1	467	4,67

 

Расчет избыточного давление взрыва для вещества “Метан”

 

V_{T}=V_{1T}+V_{2T}=140,55+14,38=154,93 \; кПа

 

где V_1T – объем газа, вышедшего из трубопровода до его отключения, м³;

V_2T – объем газа, вышедшего из трубопровода до его отключения, м³;

 

Масса газа, поступившего в помещение, при расчетной аварии:

 

m=V_{T} \cdot \rho=154,93 \cdot 0,628=97,296 \; кг

 

V_T – объем газа, вышедшего из трубопроводов, м³;

 

Масса газа вещества при учете работы аварийной вентиляции или постоянно работающей общеобменной вентиляции, удовлетворяющей требованиям п. А.2.3 СП12.13130.2009:

 

m=\frac{m}{A \cdot T+1}=\frac{97,296}{0,0022222 \cdot 10+1}=95,181 \; кг

 

где m – Масса газа, поступившего в помещение, при расчетной аварии, кг;

А – Кратность воздухообмена, создаваемого аварийной вентиляцией, 1 /с;

Т – Время, определяемое по А.1.2 СП12.13130.2009, с;

 

Избыточное давление взрыва:

 

\Delta P=\left(P_{\max }-P_{0}\right) \cdot \frac{m \cdot Z}{V_{св} \cdot \rho} \cdot \frac{100}{C_{ст}} \cdot \frac{1}{K_{н}}=(706-101) \cdot \frac{95,181 \cdot 0,5}{2115,36 \cdot 0,628} \cdot \frac{100}{9,363} \cdot \frac{1}{3}=77,161 \; кПа

 

где P_maх – максимальное давление, развиваемое при сгорании стехиометрической газовоздушной или паровоздушной смеси в замкнутом объеме. При отсутствии данных допускается принимать P_maх  равным 900 кПа;

P₀ – начальное давление, кПа (допускается принимать равным 101 кПа);
m – масса паров жидкостей, вышедших в результате расчетной аварии в помещение, кг;

Z – коэффициент участия горючих газов и паров в горении по таблице A. 1 СП12.13130.2009;

V_св – свободный объем помещения, м³;

ρ – плотность газа или пара при расчетной температуре t_р, кг/м³;

С_ст – стехиометрическая концентрация паров жидкости, % (объемных);

К_н – коэффициент, учитывающий негерметичность помещения и неадиабатичность процесса горения. Допускается принимать К_н равным 3.

 

Вывод для помещения котельной

Таблица №2 “Результаты определения избыточного давления для веществ, находящихся (обращающихся) в помещении”

№ п.п	Наименование вещества	Общее количество, кг	Низшая теплота сгорания, МДж/кг	Пожарная нагрузка, МДж	Избыточное давление P0 – P1, кПа
1	метан	154,93	51,10	7916,92	77,161

 

B данном помещении находятся (обращаются) горючие газы и (или) легковоспламеняющиеся жидкости с температурой вспышки не более 28 ⁰C в таком количестве, что могут образовывать взрывоопасные парогазовоздушные смеси, при воспламенении которых развивается расчетное избыточное давление взрыва в помещении, превышающее 5 кПа. В этом случае помещение следует отнести к категории А (повышенная взрывопожароопасность).

 

Заключение

Согласно ст. 19 Федерального закона от 22.07.2008 N 123-ФЗ “Технический регламент о требованиях пожарной безопасности”, зоны, в которых при нормальном режиме работы оборудования не образуются взрывоопасные смеси газов или паров жидкостей с воздухом, но возможно образование такой взрывоопасной смеси газов или паров жидкостей с воздухом только в результате аварии или повреждения технологического оборудования, следует отнести к классу 2.

Определение категорий по взрывопожарной и пожарной опасности объекта Помещения снабжающих котлов.

 

Таблица “Категории помещений объекта”

№ п.п	Наименование помещения	Площадь, м²	Категория	Класс зоны
1	Помещение снабжающих котлов (Здание котельной)	352,56	А	2