Приложение 3. ФЕДЕРАЛЬНЫЕ НОРМЫ И ПРАВИЛА В ОБЛАСТИ ПРОМЫШЛЕННОЙ БЕЗОПАСНОСТИ "ОБЩИЕ ПРАВИЛА ВЗРЫВОБЕЗОПАСНОСТИ ДЛЯ ВЗРЫВОПОЖАРООПАСНЫХ ХИМИЧЕСКИХ, НЕФТЕХИМИЧЕСКИХ И НЕФТЕПЕРЕРАБАТЫВАЮЩИХ ПРОИЗВОДСТВ"

В целях обоснования безопасного размещения установок, зданий, сооружений на территории взрывопожароопасного производственного объекта следует проанализировать риск взрыва парогазовых сред, топливно-воздушных смесей (далее - ТВС), образующихся при аварийном выбросе сжиженных углеводородных газов, горючих и легковоспламеняющихся жидкостей, газоконденсата и иных опасных (горючих, воспламеняющихся) веществ. Риск взрыва является мерой опасности, характеризующей возможность и тяжесть последствий взрыва. Оценка риска взрыва является частью анализа риска аварии, в том числе применяемого для обоснования взрывоустойчивости зданий и сооружений на ОПО.

Результаты расчетов зон поражения, разрушения (последствий взрыва) и показателей риска взрыва необходимо применять при выборе технических мероприятий по взрывозащите объектов и персонала от ударно-волнового воздействия взрыва облаков ТВС, а также твердых и жидких химически нестабильных соединений (перекисные соединения, ацетилениды, нитросоединения различных классов, продукты осмоления, треххлористый азот), способных взрываться без смешения с воздухом.

Расчеты размеров зон поражения следует проводить по одной из двух методик:

1) методика оценки зон поражения, основанная на "тротиловом эквиваленте" взрыва опасных веществ;

2) методика, учитывающая тип взрывного превращения (детонация/дефлаграция) при воспламенении ТВС.

Расчет зон поражения при взрывах твердых и жидких химически нестабильных соединений, а также для приближенного расчета последствий взрыва ТВС внутри замкнутых объемов (помещений) следует проводить согласно методике, основанной на "тротиловом эквиваленте".

Расчеты зон поражения при взрывах ТВС на наружных установках следует проводить согласно методикам, учитывающим рассеивание (дрейф) облаков ТВС и тип взрывного превращения (детонация/дефлаграция) при воспламенении ТВС.

Источники воспламенения ТВС могут быть постоянные (печи, факелы, невзрывозащищенная электроаппаратура) или случайные (временные огневые работы, транспортные средства).

1. Методика оценки зон поражения, основанная на "тротиловом эквиваленте" взрыва опасных веществ.

1.1. Для оценки уровня воздействия взрыва может применяться "тротиловый эквивалент" взрыва Wт (кг), определяемый по условиям адекватности характера и степени разрушения при взрывах с участием иных веществ и смесей. Расчет проводится по формуле:

, (1)

где: Wk - масса твердых и жидких химически нестабильных соединений, определяемая по их содержанию в технологической системе, блоке, аппарате, кг;

qk - удельная энергия взрыва твердых и жидких химически нестабильных соединений, кДж/кг;

qT - удельная энергия взрыва тринитротолуола (далее - ТНТ), кДж/кг.

1.2. Для расчета последствий взрыва ТВС по "тротиловому эквиваленту" внутри замкнутых объемов (помещений) следует учитывать m' - приведенную массу горючих (парогазовых) веществ, участвующих во взрыве:

m' = zm, (2)

где: z - доля приведенной массы парогазовых веществ, участвующих во взрыве, принимаемая согласно таблице N 1;

m - масса горючих паров (газов), кг, определяемая по формуле (17), согласно подпункту 2.1 приложения N 2 к настоящим Правилам.

Величина m', кг, также может определяться по формуле (9) согласно подпункту 2.1 приложения N 3 к настоящим Правилам.

"Тротиловый эквивалент" взрыва Wт, кг, рассчитывается по формуле:

, (3)

где: 0,4 - доля энергии взрыва парогазовой среды, затрачиваемая непосредственно на формирование ударной волны;

0,9 - доля энергии взрыва ТНТ, затрачиваемая непосредственно на формирование ударной волны;

q' - удельная теплота сгорания парогазовой среды, равная 46 000 кДж/кг;

qТ - удельная энергия взрыва ТНТ, кДж/кг.

Таблица N 1

Значение z для замкнутых объемов (помещений)

1.3. Зоной разрушения считается площадь с границами, определяемыми радиусами R, центром которой являются рассматриваемый технологический блок или наиболее вероятное место разгерметизации технологической системы. Границы каждой зоны характеризуются значениями избыточных давлений на фронте падающей ударной волны и соответственно безразмерным коэффициентом K.

Классификация зон разрушения приводится в таблице N 2.

Таблица N 2

Классификация зон разрушения типовых зданий и оборудования

1.4. Радиус зоны разрушения, м, в общем виде определяется выражением:

, (4)

где: K - безразмерный коэффициент, характеризующий воздействие взрыва на объект.

При массе паров m более 5000 кг радиус зоны разрушения может определяться выражением:

. (5)

2. Методика, учитывающая тип взрывного превращения (детонация/дефлаграция) при воспламенении ТВС.

2.1. В данной методике учитывается дрейф и тип взрывного превращения (детонация/дефлаграция) при воспламенении облаков ТВС.

Для расчетов зон разрушения при взрывах ТВС следует использовать следующие соотношения.

Масса горючего вещества, способного участвовать во взрыве mг (кг), определяется путем интегрирования концентрации выброшенного при аварии горючего вещества по пространству, ограниченному поверхностями и , по формуле:

, (6)

где: x, y, z - пространственные переменные; и - поверхности в пространстве достижения соответственно верхнего и нижнего концентрационных пределов; c(x, y, z, t0) - распределение концентрации в момент времени t0, кг/м3; t0 - момент времени воспламенения, с.

Если в результате расчета по формуле (6) в первичном облаке во взрывоопасных пределах окажется масса больше 10% всей массы топлива, находящейся в первичном облаке, то масса топлива во взрывоопасных пределах первичного облака принимается равной 10% всей массы топлива, находящейся в первичном облаке.

Рассчитываются основные параметры воздушных ударных волн (избыточное давление и импульс волны давления I) в зависимости от расстояния до центра облака (в том числе с учетом возможного дрейфа облака ТВС).

Для вычисления параметров воздушной ударной волны на заданном расстоянии R от центра облака при детонации облака ТВС предварительно рассчитывается соответствующее безразмерное расстояние по соотношению:

Rx = R / (E / P0)1/3, (7)

где: E - эффективный энергозапас ТВС, Дж (E = mгq, где q - теплота сгорания топлива в облаке, mг - масса сгораемого топлива); P0 - атмосферное давление, Па.

При расчете параметров взрыва облака, лежащего на поверхности земли, величина эффективного энергозапаса удваивается.

Далее рассчитываются безразмерное давление Px и безразмерный импульс фазы сжатия Ix.

2.1.1. В случае детонации облака газовой ТВС расчет производится по следующим формулам:

, (8)

. (9)

Зависимости (8) и (9) справедливы для значений Rx больших 0,2 и меньших 6,5. В случае Rx < 0,2 величина Px полагается равной 18, а в выражение (9) подставляется значение Rx = 0,142, где Rx - безразмерный радиус от центра ТВС.

В случае детонации облака гетерогенной ТВС расчет производится по следующим формулам:

, (10)

. (11)

Зависимости (10) и (11) справедливы для значений Rx больше величины 0,25. В случае если Rx < 0,25, величина Px полагается равной 18, а величина Ix = 0,16.

2.1.2. В случае дефлаграционного взрывного превращения облака ТВС к параметрам, влияющим на величины избыточного давления и импульса положительной фазы, добавляются скорость видимого фронта пламени Vг и степень расширения продуктов сгорания . Для газовых смесей принимается = 7, для гетерогенных - = 4. Для расчета параметров ударной волны при дефлаграции гетерогенных облаков величина эффективного энергозапаса смеси домножается на коэффициент . Величина Vг определяется исходя из взрывоопасных свойств горючего вещества и загроможденности окружающего пространства, влияющего на турбулизацию фронта пламени.

Безразмерные давление Px1 и импульс фазы сжатия Ix1 определяются по соотношениям:

, (12)

, (13)

где C0 - скорость звука в воздухе, м/с.

Последние два выражения справедливы для значений Rx больше величины 0,34, в противном случае Rx в соотношениях (12) и (13) полагается равным 0,34.

Далее вычисляются величины Px2 и Ix2, которые соответствуют режиму детонации и для случая детонации газовой смеси рассчитываются по соотношениям (8), (9), а для детонации гетерогенной смеси - по соотношениям (10), (11) (в формулах (8) - (11) величинам Px2 и Ix2 соответствуют величины Px и Ix). Окончательные значения Px и Ix выбираются из условий:

Px = min(Px1, Px2), Ix = min(Ix1, Ix2). (14)

После определения безразмерных величин давления и импульса фазы сжатия вычисляются соответствующие им размерные величины:

, (15)

I = Ix(P0)2/3E1/3/C0. (16)

2.2. Для расчета условной вероятности разрушения объектов и поражения людей ударными волнами используется пробит-функция, значение которой определяется следующим образом:

а) вероятность повреждений стен промышленных зданий, при которых возможно восстановление зданий без их сноса, может оцениваться по соотношению:

, (17)

где функция V1 определяется по следующей формуле:

,

где: - избыточное давление, Па;

I - импульс, Па*с;

б) вероятность разрушений промышленных зданий, при которых здания подлежат сносу, оценивается по соотношениям:

, (18)

где функция .

При взрывах ТВС внутри резервуаров, разрушении оборудования, содержащего газ под давлением, в общем случае следует учитывать опасность разлета осколков и последующее развитие аварии, сопровождаемое "эффектом домино", с распространением аварии на соседнее оборудование, если оно содержит опасные вещества;

в) вероятность длительной потери управляемости у людей (состояние нокдауна), попавших в зону действия ударной волны при взрыве облака ТВС, может быть оценена по величине пробит-функции:

, (19)

где функция ,

,

,

где mт - масса тела живого организма, кг;

г) вероятность разрыва барабанных перепонок у людей от уровня перепада давления в воздушной волне определяется по формуле:

. (20)

Вероятность отброса людей волной давления оценивается по величине пробит-функции:

, (21)

где функция .

При использовании пробит-функций в качестве зон 100-процентного поражения принимаются зоны поражения, где значение пробит-функции достигает величины, соответствующей вероятности 90 процентов. В качестве зон, безопасных с точки зрения воздействия поражающих факторов, принимаются зоны поражения, где значение пробит-функции достигает величины, соответствующей вероятности 1 процента.

2.3. Для расчета условной вероятности гибели людей, находящихся в зданиях, используются данные о гибели людей при разрушении зданий при взрывах и землетрясениях. Исходя из типа зданий и избыточного давления ударной волны оценивается степень разрушения производственных и административных зданий. Данные приведены в таблице N 3. Условная вероятность травмирования и гибели людей определяется по таблице N 4.

Данные уточняются при их обосновании с указанием источника информации.

Таблица N 3

Данные о степени разрушения производственных,
административных зданий и сооружений, имеющих
разную устойчивость

Таблица N 4

Зависимость условной вероятности поражения человека
с разной степенью тяжести от степени разрушения здания

3. Критерии взрывоустойчивости зданий.

3.1. Взрывоустойчивость здания при внешнем взрыве обеспечивается, если выполняется условие, при котором здание находится вне возможных зон действия падающей ударной волны с амплитудой давления на фронте, превышающей предельное давление, на которое рассчитано здание:

, (22)

где: Pпр - предельное давление на фронте падающей ударной волны, на которое рассчитано рассматриваемое здание;

- давление на фронте падающей на здание ударной волны;

n - номер сценария (n = 1, 2, ..., N);

N - число сценариев со взрывом.

При отсутствии точных данных значение Pпр определяется по таблице N 3, соответствующей нижнему значению средней степени разрушения здания с учетом его типа.

3.2. В случае невозможности выполнения условия (22) для обоснования взрывоустойчивости следует использовать результаты количественного анализа риска взрыва и критерий, согласно которому частота разрушения здания Rр в течение года не должна превышать допустимую величину Rдоп:

Rр < Rдоп. (23)

Величина Rдоп обосновывается в проектной документации или принимается согласно нормативным методическим документам.

Расчет риска разрушения здания Rр определяется по формуле:

, (24)

где: P(j) - расчетная частота достижения в j-ом сценарии параметров падающей ударной волны, приводящей к разрушению здания (определяется методами количественной оценки риска);

G - число сценариев, при которых реализуются условия разрушения здания.

При оценке риска взрыва следует использовать частоты разгерметизации типового оборудования согласно таблицам N 5 - 8. Данные уточняются при их обосновании с указанием источника информации.

Таблица N 5

Частота разгерметизации технологических трубопроводов

Таблица N 6

Частота разгерметизации насосов

Таблица N 7

Частота разгерметизации сосудов под давлением

Таблица N 8

Частота разгерметизации резервуаров
и изотермических хранилищ