74

Федеральное агентство по образованию

Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования

Кафедра безопасности жизнедеятельности

Пожаровзрывозащита мукомольного производства

ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА

к выпускной квалификационной работе

Уфа 2006

Аннотация

Пояснительная записка к дипломной работе по специальности «Защита в чрезвычайных ситуациях» на тему «Пожаровзрывозащита мукомольного производства».

ВЗРЫВ, ПОЖАР, ПОЖАРОВЗРЫВОБЕЗОПАСНОСТЬ, МУКОМОЛЬНОЕ ПРОИЗВОДСТВО, ЭЛЕВАТОР, АЭРОВЗВЕСЬ, МОЛНИЕЗАЩИТА, МУКА ПШЕНИЧНАЯ, БЕЗОПАСНОСТЬ.

В дипломной работе приведено описание аварии на мельнице в рабочее время, представлены особенности распространения пожара (взрыва) на мукомольном производстве. На основании действующих документов ГОСТ Р 12.3.047 - 98 «Пожарная безопасность технологических процессов. Общие требования. Методы контроля», Правила пожарной безопасности Российской Федерации ППБ 01-93, РД 34.21.122.87 «Инструкция по устройству молниезащиты зданий и сооружений», СНиП 21-01-97 «Пожарная безопасность зданий и сооружений», ГОСТ 12.1.044 - 89 «Пожаровзрывоопасность веществ и материалов», ГОСТ 12.1.041 - 83 (с изменениями в 1988г. и 1990 г.) «Пожаровзрывобезопасность горючих пылей. Общие требования» рассчитаны критерии пожаровзрывоопасности при пожаре (взрыве), проведен анализ методов обеспечения взрывопредупреждения и взрывозащиты.

Пояснительная записка на 45 стр., табл. 9, использованных источников- 19.

Содержание

Введение

1. Особенности распространения пожара (взрыва)

1.1. Описание расчетной ситуации

1.2. Особенности пожаровзрывоопасности горючих пылей

1.3. Расчет критериев пожарной опасности при сгорании взрывоопасной пыли

1.3.1. Расчет избыточного давления при сгорании пылевоздушной смеси в помещении

1.3.2. Расчет интенсивности теплового излучения и времени существования «Огненного шара»

1.3.3. Расчет параметров волны давления при сгорании горючей пыли

1.3.4. Расчет размеров возможного пожара и его потенциальной энергии

1.4. Оценка индивидуального и социального рисков

2. Обеспечение пожаровзрывобезопасности

2.1. Общие положения

2.2. Предотвращение взрывов

2.2.1. Технологические процессы

2.2.2. Производственное оборудование

2.2.3. Производственные здания, помещения

2.3. Взрывозащита

2.3.1. Производственное оборудование и технологические процессы

2.3.2. Производственные здания, помещения и сооружения

2.4. Взрывобезопасность

2.4.1. Общие требования

2.4.2. Обучение и инструктаж персонала по взрывобезопасности

2.4.3. Контроль за соблюдением требований взрывобезопасности

2.4.4. Мероприятия при возникновении предаварийных и аварийных ситуаций

2.5. Планово-предупредительный ремонт

2.6. Молниезащита мельницы

2.6.1. Молниезащита мельницы

2.6.2. Оценка среднегодовой продолжительности гроз и ожидаемого количества поражений молнией здания мельницы

2.6.3. Построение зоны защиты

3. Взрывозащита

3.1. Общие положения

3.2. Взрыворазрядные устройства

3.2.1. Расчет площади проходных сечений взрыворазрядителей

3.2.2. Расчет и установка взрыворазрядителей на молотковых дробилках

3.2.3. Расчет и установка взрыворазрядителей на рециркуляционных зерносушилках с камерами нагрева, шахтных с подогревателями, на каскадных нагревателях

3.2.4. Определение размеров и установка взрыворазрядителей на нориях

3.2.5. Определение размеров и установка взрыворазрядителей на фильтрах и циклонах аспирационных установок

3.2.6. Эксплуатация взрыворазрядителей

3.3. Система локализации взрыва

Заключение

Список литературы

Приложение 1. Физико-химические свойства муки

Приложение 2. Основные направления мероприятий по взрывопредупреждению

Приложение 3. Основные направления технических мер по взрывозащите

Приложение 4. Иллюстрации

Введение

В различных отраслях экономики России функционирует свыше 8 тыс. взрыво- и пожароопасных объектов. Наиболее часто аварии, сопровождаемые взрывами и пожарами, происходят на предприятиях химической, нефтехимической и нефтеперерабатывающей отрасли, а также на объектах жилого и соци-ально-бытового назначения.

Основное количество пожаров (до 85%) приходится на склады товарно-мате-риальных ценностей, предприятий торговли и сферы услуг. В последнее время на-метилась тенденция роста количества возникающих пожаров в зернохранилищах, гаражах, на лесопромышленных комплексах и животноводческих фермах. За три последних года количество таких пожаров возросло в 2 раза.

Мукомольное производство занимает особое место в хлебопродуктовой промышленности ввиду того, что его объекты (мельницы, элеваторы и т.п.) расположены практически в каждом населенном пункте. В связи с этим они представляют потенциальную опасность и на них распространяется требования ФЗ «О промышленной безопасности производственных объектов».

Целью данной дипломной работы является оценка опасности взрыва на мельнице со 170 тоннами пшеничной муки в/с.

Задачами представленной работы является определение особенностей распространения взрыва на мельнице, разработка методов взрывопредупреждения и взрывозащиты, анализ и расчет взрыворазрядных устройств и автоматической системы локализации взрыва.

Социально-экономическое развитие страны базируется на кардинальном ускорении научно-технического прогресса. Необходимо осуществление глубокой реконструкции всего производства на основе самых современных достижений науки и техники.

При решении комплекса сложнейших задач, связанных с реализацией намеченного развития производства, необходимо предусмотреть всевозможные позитивные и негативные последствия. Малейшая неточность, не говоря уже об ошибках, грозит серьезнейшими, порой непоправимыми последствиями. Например, повышение производственных мощностей предприятий по хранению и переработке зерна, оснащение их новым оборудованием приводят к увеличению общего количества мелкодисперсных горючих материалов, обращающихся на производстве, возрастает вероятность возникновения взрывоопасных смесей и источников их зажигания. В итоге значительно повышается взрывоопасность производства. Избежать указанные неблагоприятные последствия могут при своевременном внедрении на предприятиях в необходимом объеме высокоэффективных организационных мероприятий и технических средств по предотвращению взрывов и взрывозащите. [1, с. 3-4]

Современная технология хранения, переработки зерна приводит к образованию на элеваторах, мукомольных и комбикормовых заводах большого количества мелкодисперсных горючих органических материалов. В свободных объемах технологического, транспортного и аспирационного оборудования, в производственных сооружениях и помещениях может возникнуть взрывоопасные пылевоздушные смеси.

Анализ результатов технического расследования взрывов на предприятиях по хранению и переработке зерна показывает, что решение проблемы взрывобезопасности производственной отрасли связано, прежде всего, с обеспечением взрывобезопасности оборудования.

Значительная часть аварийных взрывов начинается с первичных взрывов в производственном оборудовании. Тяжелые разрушительные последствия взрывов во многом определяются отсутствием или низкой эффективностью средств взрывозащиты производственного оборудования, что не только приводит к разрушению конструкций в зоне возникновения взрыва, но и способствует также развитию и распространению взрыва по всем взаимосвязанным участкам производства. [1, с. 5]

Одно из главных направлений повышения взрывобезопасности предприятий - увеличение эксплуатационной надежности производственного оборудования, технического уровня его обслуживания и эксплуатации, применение специальных контролирующих и блокирующих устройств, технических средств предотвращения взрывов.

Однако не исключена вероятность возникновения взрывов из-за случайных поломок оборудования, ошибок обслуживающего персонала и по другим причинам. Поэтому важное направление в обеспечении взрывобезопасности предприятий - разработка и оснащение производственного оборудования эффективными техническими средствами взрывозащиты.

Возможность развития загорания, вспышки, хлопка или локального первичного взрыва в серию мощных разрушительных взрывов с тяжелыми последствиями в ряде случаев определяется неудовлетворительными техническими решениями во взрывобезопасности, принимаемыми при технологическом и строительном проектировании, отсутствием эффективных средств взрывозащиты производственного оборудования, зданий и сооружений.

На условия возникновения и развития предаварийных ситуаций влияют повышение запыленности в отдельных производственных зонах, повышение вероятности образования взрывоопасных смесей и возникновения источников их зажигания.

В настоящее время в отрасли хлебопродуктов проводят большую работу по развитию техническому перевооружению материально-технической базы предприятий, совершенствованию механизации и автоматизации производственных процессов, внедрению достижений науки, техники и передового опыта.

Все это будет служить обеспечению взрывопожарной безопасности предприятий и их устойчивой работы, которая заключается в эффективном использовании возможностей научно-технического прогресса и технологического потенциала.

При выполнении расчетов в данной работе использованы следующие действующие документы:

- СНиП 2.04.09.84 «Пожарная автоматика зданий и сооружений» [2];

- ППБ 01-93 Правила пожарной безопасности РФ [3];

- ГОСТ Р 12.3.047 - 98 «Пожарная безопасность технологических процессов. Общие требования. Методы контроля» [4];

- РД 34.21.122.87 «Инструкция по устройству молниезащиты зданий и сооружений» [5];

- НПБ 107-97 «Определение категорий наружных установок по пожарной опасности» [6];

- НПБ 105-95 «Определение категорий помещений и зданий по взрывопожарной и пожарной опасности» [7].

1. Особенности распространения пожара (взрыва)

Анализ данных по взрывам, происшедшим на элеваторах и мукомольных заводах, позволяет установить их распределение по видам производства, месту и причинам возникновения первичного взрыва.

Таблица 1.1. Распределение пылевых взрывов по производствам

Тип производства	Число взрывов на 100 предприятий за 10 лет	Число взрывов от общего числа, %
Элеваторы	1,1	25,5
Мукомольные заводы	2,2	17,0
Комбикормовые заводы	5,6	37,5
Склады силосного типа	2,0	16,0
Хлебоприемные и другие предприятия	0,05	4,0

В то же время на элеваторах в последние годы наметилась тенденция к снижению взрывов. Это связано с уменьшением числа взрывов, происшедших при проведении огневых работ с нарушением правил безопасности, которые являлись одной из основных причин. Ниже приведен анализ распределения пылевых взрывов и тяжести последствий на различных типах производств.

Таблица 1.2. Распределение пылевых взрывов и тяжести последствий по производствам

Тип производства	Взрывы с тяжелыми последствиями, %
Элеваторы	50
Мукомольные заводы	40
Комбикормовые заводы, в т.ч. склады силосного типа для комбикормового сырья и продукции	30

К наиболее тяжелым последствиям приводят взрывы на элеваторах, а также на мукомольных заводах старой постройки. Подобное распределение во многом определяется объемом и эффективностью применяемых на предприятии технических средств взрывозащиты производственного оборудования, зданий и сооружений. На элеваторах, как и на мукомольных заводах старой постройки, практически никаких мер по взрывозащите не предусматривалось.

При проектировании новых мукомольных и комбикормовых заводов, относящихся к взрывопожароопасным производствам, в соответствии с требованиями нормативно-технических документов предусмотрены мероприятия по взрывозащите. [1, с. 50-55]

1.1. Описание расчетной ситуации

Согласно выданному заданию:

В результате аварии на гидротехнических сооружениях Павловской ГЭС, в близлежащем поселке городского типа произошли сбои в электроснабжении, в т.ч. короткое замыкание. В помещение мельницы размерами 45 м * 120 м * 7 м произошла внезапная разгерметизация технологического аппарата, за которой последовал аварийный выброс всей находившейся пыли - 170 тонн муки, а в результате короткого замыкания произошло её возгорание. Число работающих смены: 15 человек. На животноводческой ферме, расположенной в 100 м от мельницы, существует опасность возникновения пожара или получения значительных повреждений. Физико-химические свойства муки приведены в Приложении 1 на странице

1.2. Особенности пожаровзрывоопасности горючих пылей

Согласно ГОСТ 12.1.041 - 83 «Пожаровзрывобезопасность горючих пылей. Общие требования» (с изменениями 1988г., 1990 г.) [8] горючие пыли, находящиеся во взвешенном состоянии в газовой среде характеризуются следующими показателями пожаровзрывоопасности:

- нижним концентрационным пределом воспламенения (НКПР);

- минимальной энергией зажигания (W_min);

- максимальным давлением взрыва (P_max);

- температурой самовоспламенения (t_св);

- минимальным взрывоопасным содержанием кислорода (МВСК).

- скоростью нарастания давления при взрыве

В данном случае для пшеничной муки высшего сорта эти показатели следующие:

НКПР, г · м-3	28,8		Wmin , МДж	50		tсв , ?С	380
Pmax, кПа	650		, кПа · с-1	13 000		МВСК, % по объему	11,0

Горение взрывоопасной смеси при ее воспламенении может протекать в различных режимах, зависящих от ряда факторов (вспышка, хлопок, локальный и развитый одиночный взрыв). Причины их возникновения непосредственно связаны с образованием в условиях производства взрывоопасных смесей и появлением источников зажигания.

Большая часть производственного оборудования, сооружений и помещений элеваторов и мукомольных заводов связана между собой технологическими и транспортными коммуникациями, аспирационными, вентиляционными и воздушными отопительными сетями, переходными галереями, тоннелями, лестничными клетками, шахтами, технологическими проемами и т.д. Поэтому отдельная вспышка взрывоопасной смеси, локальный одиночный взрыв могут развиться в серию последовательных мощных пылевоздушных взрывов, распространяющихся по производственному оборудованию, сооружениям и помещениям всего предприятия. Условия развития и распространения взрывов усугубляется тем, что многие технологические и транспортные магистрали и коммуникации представляют собой каналы и трубопроводы, заполненные в различной степени мелкодисперсным продуктом. В сооружениях, галереях, тоннелях, шахтах и производственных помещениях скапливаются отложения, россыпи пыли или завалы мелкодисперсных материалов. При появлении внешних возмущений (направленных газовоздушных потоков, ударных волн, вибраций и сотрясений) значительное количество этих мелкодисперсных продуктов переходит в аэровзвесь и воспламеняется горящей смесью или раскаленными газами первичного и следующих за ним взрывов.

На элеваторах и мукомольных заводах наиболее вероятными вариантами (рисунок Приложения 1) развития взрывов являются 1-2-3-4, 5-6-7-4, 13-14-15-4, 5-6-8-9. Менее вероятны варианты 5-6-10-11, 13-14-16-9. При этом не исключено возможное ограничение развития взрывов по указанным вариантам на стадии первичных (2, 6, 14) или вторичных (3, 10, 16) взрывов. Анализ аварий, связанных с пылевоздушными взрывами, показывает, что в большинстве случаев место возникновения первоначального взрыва или вспышки - технологическое, транспортное или аспирационное оборудование, а также силосы и оперативные бункера. Только в нескольких случаях первоначальная вспышка возникла непосредственно в производственном помещении [1, с. 41-44]

1.3. Расчет критериев пожарной опасности при сгорании взрывоопасной пыли

Методика расчета критериев пожарной опасности при сгорании взрывоопасной пыли определена в ГОСТ Р 12.3.047-98 «Пожарная безопасность технологических процессов. Общие требования. Методы контроля» [4], а также НПБ 107-97 «Определение категорий наружных установок по пожарной опасности» [6].

1.3.1. Расчет избыточного давления при сгорании пылевоздушной смеси в помещении

Одним из поражающих факторов является избыточное давление, служащее количественным критерием категории опасности.

Избыточное давление при сгорании пылевоздушной смеси p, кПа, рассчитывается по формуле:

(1.1)

где

m - расчетная масса взвешенной в объеме помещения горючей пыли, образовавшейся в результате аварийной ситуации, кг;

Н_т - теплота сгорания истекающего вещества, Дж/кг;

Р₀ - начальное атмосферное давление, кПа;

Z - доля участия взвешенной горючей пыли при сгорании пылевоздушной смеси (0,5 при газе и пыли; 0,3 при парах жидкости; 1 при водороде);

V_п - свободный объем помещения, который принимается как 80 % от геометрического объема помещения, м³;

_в - плотность воздуха до сгорания пылевоздушной смеси при начальной температуре Т_о, кг/м³;

С_в - теплоемкость воздуха,;

Т₀ - начальная температура воздуха в помещении, К;

К_н - коэффициент учитывающий негерметичность помещения (принимается равным 3);

К пылям, способным образовывать горючие пылевоздушные смеси, относят дисперсные материалы, характеризующиеся наличием показателей пожарной опасности: нижним концентрационным пределом распространения пламени, максимальным давлением, развиваемым при сгорании пылевоздушной смеси (более 50 кПа), и скоростью его нарастания, минимальным пожароопасным содержанием кислорода (менее 21 %).

Определим значения приведенных составляющих формулы (1.1) для определения избыточного давления:

а) атмосферное давление Р₀ = 101 кПа;

б) коэффициент участия горючего вещества во взрыве Z = 0,5 (при газе и пыли при отсутствии возможности получения сведений для расчета);

в) свободный объем помещения V_п = 0,8 * 45 * 120 * 7 = 30 240 м³;

г) плотность воздуха _в = 1,2 кг/м³;

д) теплоемкость воздуха С_в = 1010 Дж/(кг*К);

е) температура в помещении Т₀ = 293 К;

ж) коэффициент негерметичности К_н = 3;

з) теплота сгорания истекающего вещества Н_т= 93,37 · 10⁶ Дж/(кг·К);

и) расчетную массу m, кг, принимаем равной m = 0,8 · 170 000 = 136 000 кг.

Учитывая заданные условия расчетной ситуации согласно формуле (1.1) определяем избыточное давление

Таким образом, избыточное давление, рассчитанное для заданной ситуации составляет 19 905,12 кПа. Исходя из этого, определяем категорию помещения мельницы по взрывопожарной и пожарной опасности (НПБ 105-95 - [7]) - Б взрывопожароопасная.

1.3.2. Расчет интенсивности теплового излучения и времени существования «Огненного шара»

Образование «Огненных шаров» приводит к тяжелым последствиям. Они вызывают вторичные пожары, так как интенсивность теплового излучения очень высока.

Расчет интенсивности теплового излучения «огненного шара» q, кВт/м², проводят по формуле:

q = E_f F_q , (1.2)

где E_f -- среднеповерхностная плотность теплового излучения пламени, кВт/м²;

F_q -- угловой коэффициент облученности;

- коэффициент пропускания атмосферы.

E_f определяют на основе имеющихся экспериментальных данных. Допускается принимать E_f равным 450 кВт/м².

F_q рассчитывают по формуле:

, (1.3)

где Н-- высота центра «огненного шара», м;

D_s -- эффективный диаметр «огненного шара», м;

r -- расстояние от облучаемого объекта до точки на поверхности земли непосредственно под центром «огненного шара», м.

Эффективный диаметр «огненного шара» D_s рассчитывают по формуле:

D_s =5,33 m ^0,327, (1.4)

где т -- масса горючего вещества, кг.

H определяют в ходе специальных исследований. Допускается принимать H равной D_s/2.

Время существования «огненного шара» t_s, с, рассчитывают по формуле

t_s = 0,92 m ^0,303. (1.5)

Коэффициент пропускания атмосферы т рассчитывают по формуле

= ехр [-7,0 10^-4 (- D_s / 2)]. (1.6)

Рассчитаем т = 170 000 0,8 = 136 000 кг,

Определяем эффективный диаметр «огненного шара» D_s= 5,33 (136 000)^0,327 = 254,33 м.

По формуле (1.3), принимая H = D_s /2 = 127,165 м, находим угловой коэффициент облученности F_q

По формуле (1.6) находим коэффициент пропускания атмосферы :

= ехр [-7,0 10^-4 ( - 254,33/2)] = 0,99758.

По формуле (1.2), принимая E_f = 450 кВт/м², находим интенсивность теплового излучения q

q = 450 0,152 0,99758 = 68,23 кВт/м².

По формуле (1.5) определяем время существования «огненного шара» t_s:

t_s = 0,92 (136 000)^0,303 = 33,056 с.

Итак, значение интенсивности излучения «Огненного шара» составляет 68,23 кВт/м², при такой величине возможны ожоги первой степени и смертельное поражение людей.

1.3.3. Расчет параметров волны давления при сгорании горючей пыли

Основными параметрами волны давления при сгорании горючей пыли в открытом пространстве являются избыточное давление и импульс волны давления. При большой величине избыточного давления возможно повреждение находящихся поблизости оборудования и других зданий. [6]

Избыточное давление p, кПа, развиваемое при сгорании, рассчитывают по формуле:

, (1.7)

где р₀ -- атмосферное давление, кПа (допускается принимать равным 101 кПа);

r -- расстояние от геометрического центра облака, м;

m_пp -- приведенная масса горючей пыли, кг, рассчитанная по формуле:

m_пр = (Q_сг / Q₀)m_г,п Z, (1.8)

где Q_сг -- удельная теплота сгорания газа или пара, Дж/кг;

Z-- коэффициент участия, который допускается принимать равным 0,05;

Q₀-- константа, равная 4,52 10⁶ Дж/кг;

m_г,п -- масса горючих газов и (или) паров, поступивших в результате аварии в окружающее пространство, кг.

Импульс волны давления i, Па с, рассчитывают по формуле:

. (1.9)

Находим приведенную массу m_пр по формуле (1.8):

m_пр = (93,37 10⁶ / 4,52 10⁶) (136 000) 0,05 = 140 488 = 1,4 10⁵ кг.

Находим избыточное давление p по формуле (1.7):

p = 101 [0,8 (1,4 10⁵)^0,33 / 100 + 3 (1,4 10⁵) ^0,66 / 100² + 5 (1,4 10⁵) / 100³] = 186,987 кПа.

Находим импульс волны давления i по формуле (1.10):

i = 123 (1,40488 10⁵)^0,66 / 100 = 3071,5 Па с.

1.3.4. Расчет размеров возможного пожара и его потенциальной энергии

Размер пожара и его потенциальную энергию определяют на основе учета особенностей муки, технологического оборудования и конструктивного исполнения мельницы.

Площадь возможного пожара F_пож определяют по формуле:

, (1.10)

где V_л - линейная скорость распространения пламени, м/с, (принимаем 0,12 м/с);

?_р - расчетное время развития пожара, с.

Тогда F_пож = 3,14*(0,12*120) = 651,1 м². Тогда диаметр пожара

Высота пламени h, м, рассчитывается по формуле:

, (1.11)

где d - диаметр пожара, м (равен 28,79 м);

m - удельная массовая скорость выгорания, кг/(м²*с);

?_в - плотность воздуха, кг/м³ (равна 1,2);

g - ускорение свободного падения, м/с².

Тогда h = 9,2 м.

Продолжительность пожара ? рассчитывают исходя из условия, что горючая пыль (мука) горит размещенная на 100 м² без условия тушения.

? = N/n, (1.12)

где N - количество горючего вещества, кг;

n - скорость выгорания муки, кг/(м²*ч) (равна 100).

Тогда при условии, что 136 т муки размещены на 45*120=5 400 м², откуда следует, что на 100 м² приходится N=2518,5 кг,

? = 2518,5 / 100 = 25,2 часа.

Потенциальная энергия пожара Е_пож вычисляется по формуле:

Е_пож = G_н · Q · К, (1.13)

Где G_н - масса сгораемого вещества, кг;

Q - теплота сгорания горючей пыли, кДж/кг (равна для муки - 93 370 кДж/кг);

К - коэффициент недожога (равен для муки - 0,95).

Е_пож = 136 000 · 93370 · 0,95 = 12,06 · 10⁹ кДж.

Итак, в данном разделе рассчитаны критерии пожаровзрывоопасности при сгорании горючей пыли, значения которых представлены в таблице 1.2.

Таблица 1.2. Критерии пожаровзрывоопасности

№ пп	Наименование критерия	Обозначение	Значение	Единица измерения
1.	Избыточное давление	p	19 905,12	кПа
2.	Интенсивность теплового излучения «огненного шара»	q	68,23	кВт/м2
3.	Время существования «огненного шара»	ts	33,056	с
4.	Избыточное давление (при сгорании горючей пыли на открытом пространстве)	p	186,987	кПа
5.	Импульс волны давления	i	3 071,5	Па с
6.	Площадь пожара	Fпож	651,1	м2
7.	Диаметр пожара	d	28,79	м
8.	Высота пламени	h	9,2	м
9.	Продолжительность пожара	?	25,2	ч
10.	Потенциальная энергия пожара	Епож	12,06 · 109	кДж

По полученным критериям пожаровзрывоопасности определяют величины индивидуального и социального рисков.

1.4. Оценка индивидуального и социального рисков

Оценим индивидуальный и социальный риск для людей, работающих на мельнице. В процессе расчетов необходимы следующие данные:

В помещении мельницы (зальное) размерами 45 м * 120 м * 7 м произошла аварийная разгерметизация оборудования и загорание пылевоздушной смеси на площади 600 м². На мельнице работают 15 человек в две смены Р_пр = 0,67. Здание имеет два эвакуационных выхода посередине. Ширина центрального прохода между оборудованием равна 7 м, а ширина проходов между оборудованием и стенами равна 4 м. Характеристики горения муки, взятые из литературных источников, следующие: низшая теплота сгорания Q = 93,37 МДж/кг; дымообразующая способность (согласно ГОСТ 12.1.044 - 89 [9] показатель дымообразующей способности - коэффициент дымообразования - для пылей не применим).

Расчетная схема эвакуации представлена на рисунке 2.

-- место пожара; I, II -- эвакуационные выходы;

1, 2, 3 -- участки эвакуационного пути.

Рисунок 2 -- Расчетная схема эвакуации

Эвакуацию осуществляют в направлении первого эвакуационного выхода, так как второй заблокирован очагом пожара.

Плотность людского потока на первом участке эвакуационного пути:

м^-2,

где N₁ -- число людей на первом участке, чел;

f-- средняя площадь горизонтальной проекции человека, м², (0,100 -- взрослого в домашней одежде);

-- ширина первого участка пути, м;

l₁ -- длина первого участка пути, м.

Время движения людского потока по первому участку:

мин, (где скорость движения людского потока по горизонтальному пути на первом участке, м/мин (определяют по таблице Ш.1 ГОСТа 12.3.047 - 98 [4] зависимости от плотности D).

Тогда по второму участку м^-2 и мин.

Интенсивность движения людского потока по третьему участку:

м/мин.

Время движения людского потока по третьему участку, так как q₃ = 1,57 < q_max = 16,5:

мин.

Расчетное время эвакуации:

t_р = t₁ + t₂ + t₃ = 1,16 + 1,16 + 0,04 = 2,36 мин.

Геометрические характеристики помещения:

V= 0,8 120 45 16,2 = 30 240 м³

По рекомендуемым данным принимаем значения t_кр при аварии со сходными веществами и условиями:

- по повышенной температуре - 362 с;

- по потере видимости - 435 с;

- по пониженному содержанию кислорода - 366 с.

-

t _кр = min (362, 435, 366) = 362 c = 6,03 мин.

Необходимое время эвакуации людей из помещения:

t_нб = К_б t_кр = 0,8 362 = 289,6 с = 4,83 мин.

Из сравнения t_р с t_нб получается:

t_р = 2,36 < t_нб = 4,83, тогда вероятность эвакуации по эвакуационным путям: Р_э.п = 0,999.

Вероятность эвакуации:

Р_э = 1 - (1 - (1 - Р_э.п ) (1 - Р_д.в) =1 -(1 - (1 - 0,999) (1 - 0) = 0,999.

Расчетный индивидуальный риск при Р_п.з=0, т.е. выбираем наихудший вариант - вероятность эффективной работы технических решений противопожарной защиты равна нулю (вероятность пожара в здании в год - 0,03):

Q_в = Q_n P_пp (1 - Р_э) (1 - Р_п.з) = 0,03 0,67 · (1 - 0,999) · (1 - 0) = 2,01 10^-5;

Q_в = 2 10 ^-5 > = 10^-6.

То есть условие безопасности людей не выполнено, значение индивидуального риска больше допустимого. Необходимо внедрение систем взрывопредупреждения и взрывозащиты.

Выполним оценку социального риска на рассматриваемом участке по формуле (Ш.36) ГОСТа 12.3.047 - 98 [4]. В нашем случае -- время от начала пожара до блокирования эвакуационных путей в результате распространения на них опасных факторов поражения, имеющих предельно допустимые для людей значения, мин, принимаем максимальное из времени существования «огневого шара», после которого полностью теряется несущая способность конструкций, и расчетного времени развития пожара (33,056 с = 0,55 мин и 120 сек = 2 мин). Для зальных помещений вероятность Q₁₀ гибели 10 и более человек рассчитывают по формуле:

(1.14)

где (1.15)

t_р -- расчетное время эвакуации людей, мин (согласно расчетам равно 2,36 мин);

Таким образом, t_р ? и М = 15 · (2 / 2,36) = 12,7 > 10 .

Тогда Q₁₀ = (12.7 - 9) / 12.7 = 0.41.

Вероятность гибели от пожара 10 и более человек в течение года R₁₀ рассчитывают по формуле

R₁₀ = Q_пP_пр (1 - Р_э) (1 - Р_пз)Q₁₀. (1.16)

В данном случае R₁₀ = 0.03 · 0.67 · (1-0.999) · (1-0) · 0.41 = 8,241 · 10^-6

Для эксплуатируемых здании (сооружений) расчетное значение социального риска допускается проверять окончательно с использованием аналитических данных по формуле

, (1.17)

где N₁₀ -- число пожаров, повлекших за собой гибель 10 и более человек в течение периода наблюдения Т, лет:

N_об -- число наблюдаемых объектов.

В данном случае значение социального риска не превышает 10^-5 (при таких значениях эксплуатация технологических процессов недопустима), поэтому пожарная безопасность считается условно выполненной. Однако довольно частым является тот случай, что t_р < _бл принимаем Q₁₀ = 0 по формуле (1.14), следовательно, вероятность гибели в результате пожара 10 и более человек на рассматриваемом участке равна 0.

2. Обеспечение пожаровзрывобезопасности

2.1. Общие положения

Взрывобезопасность - состояние производственного процесса, предприятия или его отдельных участков, при котором исключена возможность взрыва, предотвращения воздействия на людей опасных и вредных факторов в случае его возникновения, которое обеспечивает сохранение материальных ценностей - зданий, сооружений, производственного оборудования, сырья и готовой продукции.

Взрывобезопасность производственных процессов, зданий, сооружений, производственного оборудования обеспечивают мерами по взрывопредупреждению и взрывозащите, организационными и организационно-техническими мероприятиями в соответствии с действующими нормативно-техническими документами.

Взрывопредупреждение - комплекс организационных и технических мер, предотвращающих возможность возникновения взрывов и направленных на исключение условий образования взрывоопасных пылевоздушных, газовоздушных или пылегазовоздушных (гибридных) смесей и источников их зажигания.

Взрывозащита - комплекс технических мер, предотвращающих воздействие на людей опасных и вредных факторов взрыва и обеспечивающих сохранение производственного оборудования, зданий, сооружений, сырья и готовой продукции. Так как необходимым и достаточным условием возникновения взрыва является наличие взрывоопасной пылевоздушной, газовоздушной или гибридной смеси (смеси с содержанием горючего в пределах области воспламенения) и источника инициирования взрыва (источника зажигания смеси достаточной мощности и температуры), то для предотвращения взрыва необходимо исключить эти условия или хотя бы одно из них. Основные направления мероприятий по взрывопредупреждению представлены в схеме в Приложении 2 на странице _

Для обеспечения защиты людей и материальных ценностей при возникновении взрыва должны быть предусмотрены меры, предотвращающие воздействие следующих опасных факторов взрыва:

- пламени и высокотемпературных продуктов горения;

- давления взрыва;

- высокоскоростных газовоздушных потоков;

- ударных волн;

- обрушившихся конструкций зданий и сооружений и разлетающихся элементов строительных конструкций, производственного оборудования и коммуникаций.

Основные направления технических мер по взрывозащите представлены на схеме Приложения 3 на странице ____.

Организация и ведение технологических процессов на предприятиях должны соответствовать следующим документам:

- Правилам организации и ведения технологических процессов на элеваторах и хлебоприемных предприятиях;

- Правилам организации и ведения технологического процесса на мукомольных заводах;

- Временной инструкции по организации и ведению технологического процесса на мукомольных заводах, оснащенных высокопроизводительным оборудованием;

- Правилам бестарной приемки, хранения и отпуска муки для предприятий зерноперерабатывающей промышленности;

- Инструкции по хранению продовольственно-кормового зерна, маслосемян, муки и крупы №9-2;

- Инструкции по очистке и выделению мелкой фракции зерна, эксплуатации зерноочистительных машин на элеваторах и хлебоприемных предприятиях №9-5 - 82;

- Инструкции о активному вентилированию зерна в складах и на площадках;

- Указаниям по вентилированию зерна на складах, оборудованных аэрожелобами;

- Инструкции по сушке продовольственного, кормового зерна, маслосемян и эксплуатации зерносушилок №9-3 - 82;

- ГОСТ 8.12.01 - 84 Требованиям безопасности к производственным процессам на элеваторах и хлебоприемных предприятиях.

Выбор, установку и эксплуатацию электрооборудования следует производить в соответствии с требованиями Правил устройства электроустановок (ПУЭ), Правил технической эксплуатации электроустановок потребителей и Правил техники безопасности при эксплуатации электроустановок потребителей на основе классификации взрывоопасных и пожароопасных помещений (зон) и наружных установок.

Молниезащита зданий, сооружений и наружных установок от прямых ударов молний, а также от вторичных их проявлений необходимо выполнять в соответствии с СН 305 - 77 и отраслевыми правилами пожарной безопасности. [1, с. 127-132]

2.2. Предотвращение взрывов

2.2.1. Технологические процессы

При разработке технологических процессов должны быть предусмотрены меры, максимально предотвращающие возможность образования взрывоопасных концентраций пыли в технологическом и транспортном оборудовании в условиях стационарных режимов ведения технологических процессов и возникновения источников инициирования взрыва.

На предприятиях по хранению и переработке зерна должны быть предусмотрены:

- автоблокировка приводов групп машин для того, чтобы последовательность пуска и остановки их, а также аварийная остановка одной из машин этой группы исключали возможность завалов и подпоров;

- блокировка приводов вентиляторов аспирационных установок с приводами аспирируемого оборудования;

- блокировка приводов задвижек воздуходувок с пусковыми устройствами каждой воздуходувки;

- светозвуковая сигнализация, автоматически включаемая при срабатывании любой блокировки;

- средства связи;

- устройства аварийного отключения всех приводов;

- амперметры в цепях электродвигателей приводов с выводом показаний на пульт управления и по месту для контроля за нагрузкой указанных машин.

В приемниках пневмотранспортных установок с механическим побуждением должно быть предусмотрено блокировочное устройство для выключения подачи продукта на ротор при завале приемника.

Транспортные коммуникации должны содержать минимальное количество точек перегрузки и иметь минимальную протяженность. Размещение производственного оборудования должно обеспечивать свободный доступ для его обслуживания и уборки пыли. Нагрузки на оборудование должны соответствовать паспортным данным, Нормам технологического проектирования и Правилам организации и ведения технологического процесса. Оборудование при эксплуатации должно быть в технически исправном состоянии, обеспечивающем безаварийную работу между плановыми ремонтами, его следует использовать в соответствии с требованиями технологической схемы по производительности и назначению.

Взрывозащита переносных светильников должна быть не ниже уровня «электрооборудование повышенной надежности против взрыва» (знак уровня - 2). Электродвигатели должны иметь защиту от перегрузок и коротких замыканий. При сортовых помолах пшеницы влажность зерна на 1 драной системе должна быть не менее 15%, при сортовых помолах ржи - не менее 13,5%. При переработке в сортовую муку пшеницы стекловидностью менее 40% допускается влажность на 1 драной системе не менее 14,5%. Все свежеубранное зерно перед сушкой необходимо подвергать предварительной очистке в ворохоочистителей или сепараторе для отделения грубых, крупных и легких примесей.

Для транспортирования отходов производства следует использовать самотечный, механический (нории, цепные конвейеры, ленточные и безроликовые конвейеры в закрытых кожухах) транспорт и пневмотранспорт. При этом ленточные и безроликовые конвейеры должны иметь скорость не более 1,0 … 1,5 м/с. Запрещается транспортирование отходов производства на открытых ленточных конвейерах. В помещениях категорий Б и В запрещено устройство выбоя отходов производства в тару. [1, с. 133-136]

2.2.2. Производственное оборудование

Для снижения пылевыделения в производственные помещения к оборудованию предъявляют требования по его герметичности. Нории, ленточные и винтовые конвейеры (шнеки) на натяжных барабанах или концевых валах должны иметь реле контроля скорости. Реле контроля скорости должны быть сблокированы с приводом оборудования, на котором оно установлено, и с оборудованием, подающим продукт на транспортное оборудование.

К техническим средствам, применяемым в настоящее время и направленным на предотвращение возможностей возникновения аварийных ситуаций, следовательно, условий возникновения взрыва в нориях, относят:

- реле контроля скорости (РКС), применяемые для норий производительностью 50 т/ч и выше;

- мембранные датчики уровня (подпора), устанавливаемые на всех нориях независимо от их производительности;

- блокирующие устройства;

- защиту привода от перегрузок;

- противозавальные устройства.

Эффективность работы РКС как одного из основных средств взрывопредупреждения определяется составом технических средств, тщательностью настройки и условиями их эксплуатации. На предприятиях по хранению и переработке зерна в качестве датчиков РКС используют датчики магнитоиндуктивные ДМ-2 и тахогенераторные УПДС, в качестве технологического реле - реле скорости РС-2М, РС-67, УКС. Все реле реализуют один и тот же принцип для осуществления своей основной функции - воспринимают, детектируют и фильтруют напряжение, поступающее от датчика скорости, сравнивают его с заданной (в неявном виде) установкой скорости и регулируют при изменении результатов сравнения состояние контактов выходного электромагнитного реле в цепях контроля и управления.

Одно из основных условий ликвидации пробуксовки лент вследствие их недостаточного натяжения - контроль за положением ремня относительно барабанов и своевременная регулировка его схода. Основной способ регулировки - натяжными и регулировочными винтами. Нории должны иметь автоматически действующие тормозные устройства, предохраняющие ленту от обратного хода. Цепные конвейеры должны иметь датчики подпора продукта, обеспечивающие автоматическое отключение привода конвейера в случае подпора транспортируемого продукта. Винтовые конвейеры должны иметь надежное блокирующее устройство, обеспечивающее отключение электропривода при подпоре в конвейере. Дробильно-измельчающее оборудование должно иметь устройства для его автоматической остановки в случае прекращения подачи продукта (сырья). Материало- и воздуховоды, подвергающиеся в процессе эксплуатации частой разборке, следует выполнять легкоразъемными, надежно загерметизированными. Резьбовые соединения деталей и узлов оборудования должны быть снабжены устройствами, исключающими их самоотвинчивание.

Зерносушильные агрегаты должны иметь систему автоматики, предотвращающую поступление топлива в форсунку, в случаях, когда переполнен зерном бункер тепловлагообменника, произошел отрыв факела форсунки и др.

Запрещена работа зерносушильного агрегата, имеющего нарушенную герметичность топливопроводов, неплотное соединение форсунки с камерой сгорания, неисправные дымоходы и другие дефекты, допускающие проникновение продуктов сгорания в помещение или сушильное отделение. Запрещено использовать в качестве воздуховодов аспирационных установок на горизонтальных и наклонных участках витые трубы. В воздуховодах не допускается отложение пыли. Пылеуловители и воздуходувные машины следует заземлять дополнительно отдельно. Допустимая безосная температура нагрева поверхностей оборудования, материалопроводов и воздуховодов составляет 80% температуры самонагревания горючих пылей, склонных к самовозгоранию, и 80% температуры самовоспламенения пылей, не склонных к самовозгоранию. [1, с. 136-141]

2.2.3. Производственные здания, помещения и сооружения

Внутренние поверхности стен, потолков, несущих конструкций, заполнений дверных проемов и полов должны быть гладкими (без выступов, впадин, поясков), позволяющими легко производить их очистку от пыли. Все производственные и складские помещения, а также находящиеся в них оборудование и механизмы следует содержать в чистоте.

Уборку пыли на предприятиях, в т.ч. на крышах зданий, проводят в строгом соответствии с графиками для конкретных участков производства необходимо указывать периодичность уборки (ежесменно, ежедневно, ежемесячно, ежеквартально и т.д.). Графики уборки пыли следует разрабатывать на каждом конкретном предприятии, их утверждает директор предприятия или главный инженер. Графики уборки пыли должны быть вывешены на рабочих местах.

Производственные помещения, в которых происходит выделение горючих производственных пылей, должны быть обеспечены стационарными или передвижными пылесосными установками для систематического удаления пыли с потолка, стен, полов, поверхности оборудования. [1, с. 141]

2.3. Взрывозащита

2.3.1. Производственное оборудование и технологические процессы

При проектировании новых и реконструкции действующих предприятий по хранению и переработке зерна следует применять системы взрывозащиты, предусматривающие:

- взрыворазрядители, устанавливаемые в соответствии с Временной инструкцией №9-1 - 88 по расчету, проектированию и эксплуатации взрыворазрядителей для производственного оборудования предприятий;

- быстродействующие задвижки или другие типы огнепреградителей, устанавливаемые в местах наиболее вероятного возникновения взрыва и сблокированные с быстродействующими задвижками или другими типами огнепреградителей, приводами машин, звуковой и световой сигнализацией на пульте управления;

- датчики-индикаторы взрыва, устанавливаемые в местах наиболее вероятного возникновения взрыва и сблокированные с быстродействующими задвижками или другими типами огнепреградителей, приводами машин, звуковой и световой сигнализацией на пульте управления.

При проектировании новых и реконструкции действующих предприятий необходимо применять автоматическое противопожарные клапаны, перекрывающие при возникновении пожара технологические проемы для пропуска лент конвейеров и устанавливаемые в противопожарных стенах и перегородках.

При размещении оборудования в производственных помещениях не допускается загромождать пути эвакуации и наружные легкосбрасываемые ограждающие конструкции. В защищаемом взрыворазрядителями оборудовании должны быть предусмотрены отверстия, а при необходимости - специальные переходные патрубки для присоединения к нему взрыворазрядителей. [1, с. 141-144]

2.3.2. Производственные здания, помещения и сооружения

В производственных помещениях и лестничных клетках зданий и сооружений категории Б, рабочих зданий и сооружений категории Б, рабочих зданий элеваторов и зерноочистительных отделений мукомольных заводов должны быть предусмотрены наружные легкосбрасываемые ограждающие конструкции (ЛСК), площади которых следует определять в соответствии с Временной инструкцией по определению площади легкосбрасываемых конструкций зданий, помещений и сооружений предприятий по хранению и переработке зерна, исходя из допустимой в помещении величины избыточного давления, которое может возникнуть в аварийной ситуации при взрыве. При отсутствии расчетных данных площади ЛСК должны быть не менее 0,03 м² на 1 м³ объема помещения, а для лестничных клеток и галерей - не менее 0,06 м² на 1 м³. В качестве легкосбрасываемых конструкций следует использовать остекление окон с толщиной стекла 3, 4, 5 мм и площадью отдельного стекла не менее соответственно 0,8, 1,0, 1,5 м².

При недостаточной площади остекления допустимо в качестве ЛСК использовать конструкции стеновых панелей и плит с применением стальных, алюминиевых, асбоцементных листов с утеплителем (для отапливаемых помещений), открывающихся наружу распашных ворот, дверей и других конструкций, крепления которых к каркасу здания или запорные устройства (для ворот и дверей) обеспечивают сбрасывание (открывание) указанных конструкций при избыточном давлении, не превышающем 2 кПа (200 кгс/м²) в момент взрыва.

Собственная масса легкосбрасываемых конструкций покрытий не должна превышать 70 кг/м². При использовании вышеперечисленных конструкций ЛСК необходимо предусматривать разработку мероприятий, направленных на исключение возможности их случайного повреждения (разрушения). ЛСК следует устраивать в наружных стенах и (или) покрытиях помещений, размещать равномерно по периметру наружных ограждающих стен или площади покрытия, не оставляя глухих, не защищенных от взрыва участков помещения.

При проектировании новых предприятий следует учитывать, что недопустимо наличие подвалов, тоннелей и каналов в зданиях категории Б и на территориях, где располагаются наружные установки категории Б. Допустима эксплуатация действующих предприятий со зданиями и помещениями категории Б, имеющими подвальные этажи, при условии их обеспеченности ЛСК в соответствии с вышеизложенными требованиями. При этом легкосбрасываемые конструкции устраивают с использованием приямков. При проектировании новых и реконструируемых предприятий двери в тамбурах-шлюзах предусматривают открывающимися в разные стороны (например, из производственных помещений в тамбуры-шлюзы - против хода эвакуации, из тамбуров-шлюзов на лестничные клетки по ходу эвакуации).

Покрытия, перекрытия, стены и перегородки помещений категорий Б и В не должны иметь открытых проёмов, не заглушенных отверстий и щелей. Монтажные проёмы в междуэтажных перекрытиях должны быть закрыты несгораемыми герметичными конструкциями, рассчитанными на равномерную нагрузку от давления взрыва не менее 5 кПа (500 кгс/м²). При проектировании новых предприятий все строительные конструкции производственных помещений (стены, перекрытия, перегородки, двери и т. д.), за исключением ЛСК, следует рассчитывать на равномерную нагрузку от давления взрыва не менее 5 кПа (500 кгс/м²).

В зданиях категорий Б и В размещение вспомогательных помещений с массовым (временным и постоянным) пребыванием людей (красных уголков, комнат для собраний и т. д.) не допускается. При проектировании новых и реконструкции действующих предприятий вспомогательные помещения для обслуживающего персонала следует размещать в отдельно стоящих зданиях.

Вспомогательные помещения располагают в торце в пристройке производственных зданий со стороны помещений категории Г, Д, В (за исключением элеваторов и зерноочистительных отделений мукомольных заводов). В производственных зданиях размещают диспетчерскую, помещения для обогрева рабочих, вальцерезную мастерскую и подсобные помещения, не требующие постоянного пребывания людей. Двери эвакуационных выходов должны быть без замков, а также других запоров снаружи.