Справка
Проект: Классификация взрывоопасных зон согласно ГОСТ 30852.9-2002 (МЭК 60079-10.1995) «Электрооборудование взрывозащищенное. Часть 10. Классификация взрывоопасных зон»
Наименование объекта: Баимский ГОК. Проект медного месторождения «Песчанка». Обогатительная фабрика. Расположен по адресу: Российская Федерация, Билибинский муниципальный район Чукотского автономного округа
Год выполнения: 2021
Для рассматриваемого объекта были разработаны СТУ, а также вносились Изменения.
Зачем нужен расчет взрывоопасных зон
Правила противопожарного режима в РФ (п. 12 [1]) устанавливают обязанность руководителя организации обеспечить категорирование и определение классов зон помещений (пожарных отсеков):
- производственного назначения
- складского назначения
- а также наружных установок
с обозначением их категорий (за исключением помещений категории Д по взрывопожарной и пожарной опасности) и классов зон на входных дверях помещений с наружной стороны и на установках в зоне их обслуживания на видном месте.
Классификация взрывоопасных зон применяется для выбора электротехнического и другого оборудования по степени их защиты, обеспечивающей их пожаровзрывобезопасную эксплуатацию в указанной зоне (ст 17 «Технического регламента о требованиях пожарной безопасности» [2])
Классы взрывоопасных зон определены ст. 19 ФЗ-123 [2]
Таблица 1
Классификация взрывоопасных зон
| Вещ-во | Класс | Описание |
|---|---|---|
| Газ или Пар |
0 |
|
| 1 |
|
|
| 2 |
|
|
| Пыль | 20 |
|
| 21 |
|
|
| 22 |
|
На практике существует 2 подхода к определению размеров взрывоопасных зон:
- упрощенный
- расчетный
При упрощенном подходе размер зоны ограничивается размерами помещениями. В этом случае все электрооборудование, находящееся в помещении, попадает во взрывоопасную зону, и все электрооборудование должно быть во взрывобезопасном исполнении. Если помещение имеет большой объем или в помещении предполагается наличие значительного количества электрооборудования, применение расчетного подхода позволяет оптимизировать затраты на электрооборудование.
Подвидом расчетного подхода является нормативный подход, при котором размеры взрывоопасных зон определяются исходя из типовых случаев, описанных нормативными документами по пожарной безопасности.
Нормативные основания выполнения расчетов взрывоопасных зон
На территории Российской Федерации одновременно действуют несколько технических регламентов, определяющих требования в сфере безопасности. Ниже представлена таблица 2, в которой отражены документы, регламентирующие параметры взрывоопасных зон.
Таблица 2
Документы, устанавливающие требования к взрывоопасным зонам
| Технический регламент | Документ, принятый в развитие технического регламента | Основание |
|---|---|---|
| “Технический регламент о требованиях пожарной безопасности” Федеральный закон от 22 июля 2008 г. № 123-ФЗ |
|
Распоряжение Правительства РФ от 10.03.2009 N 304-р (ред. от 26.04.2022) |
|
Приказ Росстандарта от 13.02.2023 № 318 | |
| “Технический регламент о безопасности зданий и сооружений” Федеральный закон от 30 декабря 2009 г. № 384-ФЗ |
|
Приказ Росстандарта от 02.04.2020 № 687 (ред. от 06.07.2022) |
| “Технический регламент Таможенного союза. О безопасности оборудования для работы во взрывоопасных средах” ТР ТС 012/2011 |
|
Решение Коллегии Евразийской экономической комиссии от 01.12.2020 № 158 (ред. 22.11.2022) |
| Вне регламентов |
|
Приказ Министерства топлива и энергетики Российской Федерации от 8.07.2002 года № 204 |
С учетом представленных обстоятельств, при которых действует несколько нормативных документов, принятых в развитие нескольких технических регламентов, при отсутствии единого утвержденного подхода к определению параметров взрывоопасных зон, при выполнении классификации взрывоопасных зон принимался следующий порядок:
1. При определении интенсивности утечек применялся ГОСТ IEC 60079-10-1-2013 Взрывоопасные среды. Часть 10-1. Классификация зон. Взрывоопасные газовые среды.
2. При определении класса взрывоопасных зон применялся ГОСТ 30852.9-2002 (МЭК 60079-10.1995) «Электрооборудование взрывозащищенное. Часть 10. Классификация взрывоопасных зон».
3. При определении размеров взрывоопасных зон применялся СП 423.1325800.2018 «Электроустановки низковольтные зданий и сооружений. Правила проектирования во взрывоопасных зонах». Данный свод правил устанавливает консервативный подход к определению размеров зон. Требования, содержащиеся в данном своде правил аналогичны требованиям Правил устройства электроустановок (ПУЭ).
4. При отсутствии информации для определения размеров взрывоопасных зон для отдельных случаев применялся API PR505 «Рекомендованная практика по классификации мест расположения электроустановок на нефтеперерабатывающих предприятиях, отнесенных к классу 1, зонам класса 0, 1 и 2».
Методика
При определении класса и размеров взрывоопасной зоны необходимо определить:
- источник утечки;
- степень утечки;
- интенсивность утечки;
- вид вентиляции (естественная, искусственная);
- уровень вентиляции (высокий, средний, низкий);
- готовность вентиляции.
В первую очередь должно быть установлено, находится ли горючий газ или пар (также, горючие жидкости и твердые вещества, которые могут образовать газ или пар) внутри технологического оборудования, которое не может быть полностью закрытым. Кроме этого, должно быть выявлено технологическое оборудование, содержащее внутри взрывоопасную газовую смесь, и определены источники утечки горючих веществ, в результате которых взрывоопасная газовая смесь может образоваться снаружи.
Примеры источников утечки
Источники непрерывной утечки:
- а) поверхность горючей жидкости в закрытом резервуаре с постоянным сбросом пара в атмосферу;
- б) поверхность горючей жидкости в резервуаре, который открыт непрерывно или в течение длительных периодов времени (например, сепаратор нефти/воды).
Источники утечки первой степени:
- а) уплотнения насосов, компрессоров или клапанов с утечкой горючего вещества в нормальном режиме работы;
- б) устройства отделения воды в резервуарах с горючей жидкостью, из которых возможна утечка горючей жидкости вещества в атмосферу в процессе выпуска воды в нормальном режиме работы;
- в) устройства отбора проб, через которые возможна утечка горючего вещества в нормальном режиме работы;
- г) клапаны сброса и различные отверстия, через которые возможна утечка горючего вещества в нормальном режиме работы.
Источники утечки второй степени:
- а) уплотнения насосов, компрессоров и клапанов, через которые утечка горючего вещества в нормальном режиме работы невозможна;
- б) фланцы, соединения и трубные фитинги, через которые утечка горючего вещества в нормальном режиме работы невозможна;
- в) устройства отбора проб, через которые утечка горючего вещества в нормальном режиме работы невозможна;
- г) клапаны сброса и другие отверстия, через которые утечка горючего вещества в нормальном режиме работы невозможна.
Источники утечки могут изменяться в зависимости от особенностей технологического оборудования и условий работы.
Вероятность присутствия взрывоопасной газовой смеси в зоне а, следовательно, и ее класс зависят в основном от степени утечки и уровня вентиляции.
Вентиляция может осуществляться путем перемещения воздуха за счет ветра и/или перепада температуры или за счет искусственных средств, таких как вентиляторы.
Вентиляция оказывает влияние на размеры области, в которой существует взрывоопасная смесь и время ее существования. Прежде всего для оценки уровня вентиляции требуется определить максимальную интенсивность утечки горючего газа или пара для источника утечки горючего вещества. Это должно проводиться на основании экспериментальных данных, расчетов или оправданных предположений.
Постоянная утечка обычно соответствует зоне класса 0, утечка первой степени – зоне класса 1, а утечка второй степени – зоне класса 2. Однако такое соответствие не является строгим из-за наличия вентиляции.
При устройстве систем вентиляции необходимо учитывать следующие обстоятельства.
Во-первых, большинство закрытых зон содержат много источников утечки. В то же время иметь множество небольших взрывоопасных зон в помещениях, классифицированных как взрывобезопасные, не рекомендуется.
Во-вторых, при утечках, которые характерны для классификации зон, естественная вентиляция часто бывает недостаточной даже на открытом воздухе.
В-третьих, нерационально интенсивно проветривать средствами искусственной вентиляции большие помещения.
Уровень вентиляции должен воздействовать на рассеивание утечки горючего газа или пара. Время рассеивания взрывоопасной смеси после устранения утечки должно быть таким, чтобы выполнялись условия зоны класса 1 или 2 в зависимости от того, является ли степень утечки первой или второй.
Готовность вентиляции оказывает влияние на образование и присутствие взрывоопасной смеси. Поэтому готовность вентиляции также должна учитываться при определении класса зоны.
Для наружных условий оценка вентиляции основывается на предполагаемой минимальной скорости ветра 0,5 м/с, которая существует практически постоянно. В этом случае готовность вентиляции является хорошей.
Связь между параметрами вентиляции и классом взрывоопасной зоны для утечек различной степени показана в таблице 3.
Таблица 3
Вентиляция и класс взрывоопасной зоны
Расчет интенсивности утечки
Выполнение качественного расчета размеров взрывоопасных зон невозможно без консультаций с технологами предприятия, которые лучше разбираются в оборудовании чем самый подготовленный сторонний специалист.
Полученная информация об оборудовании, возможных источниках утечек, веществах, вентиляции сводится в таблицу:
Таблица 4
Сводная информация о возможных утечках на предприятии
После обобщения информации, для каждой утечки подбирается подходящая расчетная схема для определения ее интенсивности.
Расчетная схема подбиралась исходя из типа утечки, вида и состояния вещества.
| Тип утечки | Состояние вещества | Расчетная схема |
|---|---|---|
| Отверстие | П | 1.1.1 |
| Отверстие | П | 1.1.2 |
| Отверстие | Ж | 1.2 |
| Испарение | Ж | 2 |
| Вентиляция | П | 3 |
1. Расчетная схема 1.1
Интенсивность утечки газа/пара (п. В.3.2 Прил. В [3])
Скорость высвобождаемого газа регулируется заслонкой (скоростью звука), если давление внутри резервуара с газом более p_c (критическое давление):
p_c=p_0\cdot\left(\frac{\gamma+1}{2}\right)^{\gamma/(\gamma-1)}
\small p_0 – давление снаружи резервуара с газом/паром;
\small \gamma – показатель политропы адиабатического расширения или отношение удельных теплоемкостей.
Для идеального газа:
\gamma=\frac{M\cdot c_{p}}{M\cdot c_p-R}
\small c_{p} – удельная теплоемкость при постоянном давлении, Дж·кг-1·К-1;
\small M – молярная масса газа/пара, кг/кмоль;
\small R – универсальная газовая постоянная, 8,3·103 Дж·кг-1·К-1.
2. Расчетная схема 1.1.1
Интенсивность утечки газа/пара при скорости его истечения ниже предельной p < pc
(п. В.3.2.2 Прил. В [3])
\frac{\text{d}G}{\text{d}t}=C_d\cdot S\cdot p \cdot \sqrt{\frac{M}{R\cdot T}\cdot\frac{2\gamma}{\gamma-1}\cdot\left[1-\left(\frac{p_0}{p}\right)^{(\gamma-1)/\gamma}\right]}\cdot\left(\frac{p_0}{p}\right)^{1\gamma}
\small \frac{\text{d}G}{\text{d}t} – интенсивность утечки газа/пара, кг/с;
\small C_{d} – коэффициент расхода;
\small S – площадь поперечного сечения проема, через который происходит утечка газа/пара, м2;
\small p – давление внутри резервуара, Па;
\small p_0 – давление снаружи резервуара, Па;
\small \gamma – показатель политропы адиабатического расширения или отношение удельных теплоемкостей;
\small M – молярная масса газа/пара, кг/кмоль;
\small T – абсолютная температура внутри резервуара, К;
\small R – универсальная газовая постоянная, 8,3·103 Дж·кг-1·К-1.
| № утечки | Вещество | Молярная масса, кг/кмоль |
Показатель политропы | Температура, °C |
Площадь отверстия*, мм2 |
Площадь отверстия, м2 |
Изб. давление, кПа |
Интенсивность утечки, кг/с |
| 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 |
| 13 | CS2 | 76,139 | 1,194 | 20 | 2,5 | 0,0000025 | 5 | 0,00043 |
| 91 | Дизель | 203,6 | 1,022 | 20 | 0,25 | 0,00000025 | 20 | 0,00014 |
* – Площадь отверстия принимается в соответствии с табл. В.2 Приложения В [3].
3. Расчетная схема 1.1.2
Интенсивность утечки газа/пара при предельной скорости его истечения p > pc
(п. В.3.2.1 Прил. В [3])
\frac{\text{d}G}{\text{d}t}=C_d\cdot S\cdot p \cdot \sqrt{\gamma\cdot\frac{M}{R\cdot T}\cdot\left(\frac{2}{\gamma+1}\right)^{(\gamma+1)/2(\gamma-1)}}
\small \frac{\text{d}G}{\text{d}t} – интенсивность утечки газа/пара, кг/с;
\small C_{d} – коэффициент расхода;
\small S – площадь поперечного сечения проема, через который происходит утечка газа, м2;
\small p – давление внутри резервуара, Па;
\small \gamma – показатель политропы адиабатического расширения или отношение удельных теплоемкостей;
\small M – молярная масса газа/пара, кг/кмоль;
\small T – абсолютная температура внутри резервуара, К;
\small R – универсальная газовая постоянная, 8,3·103 Дж·кг-1·К-1.
| № утечки | Вещество | Молярная масса, кг/кмоль |
Показатель политропы, | Температура, °C |
Площадь отверстия*, мм2 |
Площадь отверстия, м2 |
Изб. давление, кПа |
Интенсивность утечки, кг/с |
|
| 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | |
| 6 | Дизель | 203,6 | 1,022 | 20 | 2,5 | 0,0000025 | 430 | 0,0096 | |
| 47 | Оксаль Т-92 | 146,184 | 1,035 | 20 | 2,5 | 0,0000025 | 530 | 0,0097 | |
* – Площадь отверстия принимается в соответствии с табл. В.2 Приложения В [3].
4. Расчетная схема 1.2
Интенсивность утечки жидкости (п. В.3.1 Прил. В [3])
\frac{\text{d}G}{\text{d}t}=C_d\cdot S\cdot \sqrt{2\cdot\rho\cdot\Delta p}
\small \frac{\text{d}G}{\text{d}t} – интенсивность утечки жидкости, кг/с;
\small C_{d} – коэффициент расхода;
\small S – площадь поперечного сечения проема, через который происходит утечка жидкости, м2;
\small \rho – плотность жидкости, кг/м3;
\small \Delta p – разность давлений в проеме, через который происходит утечка, Па.
| № утечки | Вещество | Плотность жидкости, кг/м3 |
Молярная масса, кг/кмоль |
Давление нас.пара, кПа |
Площадь отверстия*, мм2 |
Площадь отверстия, м2 |
Изб. давление, кПа |
Интенсивность утечки жидкости**, кг/с |
Площадь розлива, м2 |
Удельная интенсивность испарения, кг/(м2·с) |
Интенсивность утечки пара***, кг/с |
| 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 | 11 | 12 |
| 2 | Дизель | 822 | 203,6 | 0,61 | 0,25 | 0,00000025 | 5 | 0,00072 | 0,262 | 0,00000870 | 0,000002 |
| 13 | CS2 | 1260 | 76,139 | 39,65 | 2,5 | 0,0000025 | 5 | 0,00887 | 2,113 | 0,00034598 | 0,000731 |
| 42 | Оксаль Т-92 | 1029 | 146,184 | 0,01 | 2,5 | 0,0000025 | 530 | 0,08257 | 24,072 | 0,00000012 | 0,000003 |
* – Площадь отверстия принимается в соответствии с табл. В.2 Приложения В [3].
** – Интенсивность по жидкости является консервативным вариантом оценки в соответствии с Примером 1 Прил. В [3].
*** – Интенсивность по испарению розлива жидкости является более детализированным подходом, определяется по Расчетной схеме 2 со следующими допущениями: время утечки 300 с (п. 6 Прил. 3 [4]), площадь розлива (столбец 10) с первой секунды принимается максимальной (исходя из времени утечки 300 с).
5. Расчетная схема 2
Интенсивность утечки паров ЛВЖ при испарении с открытой поверхности
(п. 9, 26 Прил. 3 [4])
\frac{\text{d}G}{\text{d}t}=F_R\cdot W
\small \frac{\text{d}G}{\text{d}t} – интенсивность утечки паров, кг/с;
\small F_{R} – максимальная площадь поверхности испарения, м2;
\small W – удельная интенсивность испарения ЛВЖ, кг/(м2·с).
W=10^{-6}\cdot\eta\cdot\sqrt{M}\cdot P_H
\small \eta – коэффициент, принимаемый для помещений по таблице П3.5 в зависимости от скорости и температуры воздушного потока над поверхностью испарения. При проливе жидкости вне помещения допускается принимать \small \eta=1;
\small M – молярная масса жидкости, кг/кмоль;
\small P_H – давление насыщенного пара при расчетной температуре жидкости, кПа.
Таблица П3.5
| Скорость воздушного потока м/с | Значение коэффициента при температуре воздуха t (°C) воздуха | ||||
| 10 | 15 | 20 | 30 | 35 | |
| 0 | 1,0 | 1,0 | 1,0 | 1,0 | 1,0 |
| 0,1 | 3,0 | 2,6 | 2,4 | 1,8 | 1,6 |
| 0,2 | 4,6 | 3,8 | 3,5 | 2,4 | 2,3 |
| 0,5 | 6,6 | 5,7 | 5,4 | 3,6 | 3,2 |
| 1,0 | 10,0 | 8,7 | 7,7 | 5,6 | 4,6 |
| № утечки | Вещество | Площадь розлива, м2 |
Молярная масса, кг/кмоль |
Давление нас.пара, кПа |
Удельная интенсивность испарения, кг/(м2·с) |
Интенсивность утечки, кг/с |
| 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 |
| 3 | Дизель | 4 | 203,6 | 0,61 | 0,00000870 | 0,00003482 |
| 45 | Оксаль Т-92 | 4 | 146,184 | 0,01 | 0,00000012 | 0,00000048 |
6. Расчетная схема 3
Интенсивность утечки паров ЛВЖ, выходящих через дыхательную арматуру
(п. 8 Прил. 3 [4])
\frac{\text{d}G}{\text{d}t}=\rho_V\cdot G_R\cdot P_H/P_0
\rho_V=\frac{M}{V_0\cdot(1+0,00367\cdot t_0)}
\small \frac{\text{d}G}{\text{d}t} – интенсивность утечки паров, кг/с;
\small m_V – масса выходящих паров ЛВЖ, кг;
\small \rho_V – плотность паров ЛВЖ, кг/м3;
\small G_R – скорость наполнения резервуара, м3/с;
\small P_H – давление насыщенных паров ЛВЖ при расчетной температуре, кПа;
\small P_0 – атмосферное давление, кПа;
\small V_R – геомерический объем паровоздушного пространства резервуара, м3;
\small M – молярная масса паров ЛВЖ, кг/кмоль;
\small V_0 – молярный объем, равный 22,413 м3/кмоль;
\small t_0 – расчетная температура, °С.
| № утечки | Вещество | Объем резервуара, м3 |
Скорость наполнения, м3/ч |
Молярная масса, кг/кмоль |
Температура, °C |
Плотность паров, кг/м3 |
Давление нас.пара, кПа |
Интенсивность утечки, кг/с |
Время наполнения резервуара, с |
| 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 |
| 1 | Дизель | 15 | 40 | 203,6 | 20 | 8,463 | 0,61 | 0,00057 | 1350 |
| 22 | CS2 | 85,9 | 40 | 76,139 | 20 | 3,165 | 39,65 | 0,01380 | 7731 |
| 40 | Оксаль Т-92 | 15 | 10 | 146,184 | 20 | 6,076 | 0,01 | 0,000002 | 5400 |
Определение размера взрывоопасных зон
Размеры взрывоопасных зон устанавливались на основании требований (для типовых случаев):
| Нормативная ссылка | Описание |
| СП 423.1325800.2018 | |
| пп. “в” п.5.1.2 | в) взрывоопасной считается зона в помещении в пределах до 5 м по горизонтали и вертикали от технологического аппарата, из которого возможно выделение взрывоопасных газопаровоздушных или пылевоздушных смесей, при воспламенении которых развивается расчетное избыточное давление взрыва в помещении, не превышающее 5 кПа. |
| п.5.1.3 | Пространство внутри помещения или емкости технологического аппарата (технологический аппарат, насос, резервуар, труба и т. д.), в которых взрывоопасная газопаровоздушная смесь присутствует постоянно и распространяется по всему помещению или емкости. |
| пп. “б” п.5.1.6 | б) 3 м по горизонтали и вертикали от закрытого технологического аппарата, содержащего горючие газы или ЛВЖ; от вытяжного вентилятора, установленного снаружи (на улице) и обслуживающего помещения со взрывоопасными зонами любого класса. |
| пп. “в” п.5.1.6 | в) 5 м по горизонтали и вертикали от устройств для выброса из предохранительных и дыхательных клапанов емкостей и технологических аппаратов с горючими газами или ЛВЖ, от расположенных на ограждающих конструкциях зданий устройств для выброса воздуха из систем вытяжной вентиляции помещений со взрывоопасными зонами любого класса. |
| пп. “г” п. 5.1.6 | г) 8 м по горизонтали и вертикали от резервуаров с ЛВЖ или горючими газами (газгольдеры); при наличии обвалования — в пределах всей площади внутри обвалования. |
| п.5.1.10 | Для наружных взрывоопасных установок взрывоопасная зона класса 2г распространяется на 0,5 м по горизонтали и вертикали от проемов за наружными ограждающими конструкциями помещений со взрывоопасными зонами класса 1а. |
| п.5.1.11 | Эстакады с закрытыми сливо-наливными устройствами, эстакады и опоры под трубопроводы для горючих газов и ЛВЖ не относятся к взрывоопасным, за исключением зон в пределах до 3 м по горизонтали и вертикали от запорной арматуры и фланцевых соединений трубопроводов, в пределах которых электрооборудование должно быть взрывозащищенным для соответствующих категории и группы взрывоопасной смеси. |
| API 505 | |
| п. 14.3.6 | 14.3.6 Figure 102 shows hazardous (classified) locations around an above grade source with closure. This figure is applicable to scraper, launchers and receivers, strainers and other devices where the flammable liquid or highly volatile liquid may be exposed to the atmosphere. |
| ГОСТ 31610.10-2-2017 | |
| пр. А3 | Зона класса 20 Внутри загрузочной воронки, потому что взрывоопасная пылевая среда часто или даже постоянно присутствует. Зона класса 22 Открытый люк представляет собой источник утечки второй степени. При нормальных условиях не происходит утечки пыли из системы дылеудаления. В хорошо сконструированной системе пылеудаления любое количество выделившейся пыли будет засасываться. Следовательно, только зона класса 22 должна быть определена вокруг данного люка. Эта зона должна иметь некоторую протяженность от края люка и до основания. Точную протяженность зоны класса 22 необходимо определять на основе свойств пыли и технологического процесса. |
Рисунок 102, относящийся к п. 14.3.6 API505
Почему в своем проекте мы ссылаемся на американский стандарт API PR505? В соответствии с Приложением D [3], API PR505 входит в перечень сводов правил и стандартов, которые допускается использовать при классификации взрывоопасных зон.
Таблица с результатами определения размеров взрывоопасных зон
Библиография
1. Постановление Правительства РФ от 16.09.2020 N 1479 (ред. от 24.10.2022) “Об утверждении Правил противопожарного режима в Российской Федерации”
2. Федерального закона от 22 июля 2008г. № 123-ФЗ «Технический регламент о требованиях пожарной безопасности»
3. ГОСТ IEC 60079-10-1-2013 Взрывоопасные среды. Часть 10-1. Классификация зон. Взрывоопасные газовые среды.
4. Приказ МЧС РФ от 10.07.2009 N 404 (ред. от 14.12.2010) «Об утверждении методики определения расчетных величин пожарного риска на производственных объектах» (Зарегистрировано в Минюсте России 17.08.2009 N 14541).