ГОСТ Р 51330.9-99 => 4.5 общие положения. 5 вентиляция. 5.1 общие положения. 5.2 основные типы вентиляции. 5.3 уровень вентиляции. 5.4...

4.5 Общие положения

4.5.1 При определении размеров взрывоопасной зоны необходимо учитывать возможность проникновения горючего газа, который тяжелее воздуха, ниже уровня земли (например, в колодцы и траншеи), и поступления горючего газа, который легче воздуха, в верхнюю часть помещения до уровня крыш.

4.5.2 Если источник утечки находится за пределами зоны или в прилегающей зоне, проникновение значительных количеств горючего газа или пара в зону может быть предотвращено следующими способами:

а) с помощью физических барьеров;

б) созданием избыточного статического давления в зоне, примыкающей к опасной зоне, что предотвращает проникновение в нее взрывоопасного газа или пара;

в) путем продувки зоны сильным потоком воздуха таким образом, чтобы обеспечить выход воздуха из всех отверстий, в которые может проникнуть горючий газ или пар.

 

5 Вентиляция

 

5.1 Общие положения

Газ или пар, попадающий в воздух, может быть разбавлен за счет дисперсии или диффузии в воздухе до такой степени, что его концентрация может стать ниже нижнего концентрационного предела воспламенения. Вентиляция, т. е. перемещение воздуха вокруг источника утечки, способствует дисперсии горючего газа. Наличие вентиляции и ее уровень оказывают влияние на возможность образования взрывоопасной газовой смеси и тем самым влияют на класс зоны.

5.2 Основные типы вентиляции

Вентиляция может осуществляться путем перемещения воздуха за счет ветра и/или перепада температуры или за счет искусственных средств, таких как вентиляторы. Применяют два основных вида вентиляции:

а) естественную;

б) искусственную (общую или местную).

5.3 Уровень вентиляции

Для установления класса взрывоопасной зоны важным обстоятельством является прямая связь между уровнем вентиляции, степенью утечки и ее интенсивностью, независимо от вида применяемой вентиляции - искусственной или естественной. Это позволяет обеспечить оптимальные условия вентиляции в пространстве, в котором возможно образование взрывоопасной смеси, поскольку, чем выше уровень вентиляции, тем меньше размеры взрывоопасной зоны. В ряде случаев вентиляция позволяет обеспечить пренебрежимо малые размеры взрывоопасной зоны (взрывобезопасная зона).

Примеры и практические рекомендации по выбору уровня вентиляции приведены в приложении Б.

5.4 Готовность вентиляции

Готовность вентиляции оказывает влияние на присутствие и возможность образования взрывоопасной смеси и, следовательно, на класс зоны (см. приложение Б).

Примечание - Сочетание таких характеристик, как уровень вентиляции и ее готовность, позволяют разработать количественный метод оценки класса зоны (см. приложение Б).

 

6 Документация

 

6.1 Общие положения

Классификация зоны должна проводиться таким образом, чтобы различные этапы ее проведения были должным образом отражены в документации и имелись ссылки на всю используемую информацию. Примерами используемых методов и информации могут быть:

а) рекомендации, содержащиеся в соответствующих правилах (нормах) и стандартах;

б) характеристики дисперсии газа и пара и соответствующие расчеты;

в) результаты сравнительного анализа характеристик вентиляторов и параметров утечки горючих веществ.

Результаты работы по классификации зоны и все ее последующие изменения должны быть отражены в документации.

Должен быть составлен перечень характеристик всех горючих веществ, используемых в технологическом процессе, который должен включать обязательно: температуру вспышки, температуру кипения, температуру самовоспламенения, давление и плотность пара, концентрационные пределы воспламенения, категорию и группу взрывоопасных смесей с воздухом. Пример такого перечня приведен в форме таблиц В.1 и В.2 приложения В.

6.2 Чертежи, информационные листы и таблицы

Документы по классификации зоны должны содержать чертежи (различные проекции), на которых должны быть показаны форма и размеры зоны и указаны температура самовоспламенения, категория и группа взрывоопасной смеси.

Если форма поверхности пола или почвы в рассматриваемом пространстве оказывает влияние на размеры зоны, это обстоятельство также должно быть отражено в документации.

Дополнительно документация должна содержать следующую информацию:

а) размещение и описание источников утечки. Для крупных и сложных установок или технологических участков рекомендуется пронумеровать источники утечки, что облегчит работу с перечнями технологических данных по классификации и с чертежами;

б) расположение проемов в строениях (например, двери, окна, входные и выходные отверстия системы вентиляции).

При классификации зон предпочтение следует отдавать обозначениям, которые использованы в примере 2 приложения В. Допускается использование и других обозначений при условии, что они четко определены в документации.

 

 

ПРИЛОЖЕНИЕ А

(справочное)

 

Примеры источников утечки

 

Приводимые ниже примеры не обязательно предназначены для прямого использования. Источники утечки могут изменяться в зависимости от особенностей технологического оборудования и условий работы.

А.1 Технологическая установка

А. 1.1 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).

А. 1.2 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.

А. 1.3 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.

А.2 Проемы

А.2.1 Проемы как возможные источники утечки

Проемы между зонами должны рассматриваться как возможные источники утечки. Степень утечки определяется:

- классом прилегающей зоны;

- частотой и длительностью нахождения проемов в открытом состоянии;

- эффективностью средств, используемых для уплотнений;

- разностью давлений между зонами.

А.2.2 Классификация проемов

Проемы подразделяют на типы А, В, С, D в соответствии со следующими признаками.

А.2.2.1 Проемы типа А, отличающиеся по характеристикам от проемов типов В, С или D

Примеры:

- открытые отверстия для подвода сетей, например трубы или каналы, проходящие через стены, потолки и полы;

- стационарные вентиляционные отверстия в помещениях, строениях и проемы, аналогичные проемам типов В, С и D, которые открываются часто или остаются открытыми длительное время.

А.2.2.2 Проемы типа В - нормально закрытые (например, автоматически закрывающиеся) и редко открываемые, хорошо уплотненные в закрытом состоянии.

А.2.2.3 Проемы типа С - нормально закрытые и редко открываемые, удовлетворяющие проему типа В, хорошо уплотненные посредством соответствующих приспособлений (например, прокладок) по всему периметру; или сочетание последовательно расположенных двух проемов типа В, имеющих независимые приспособления для автоматического закрытия.

А.2.2.4 Проемы типа D - закрытые в нормальном режиме работы, соответствующие проему типа С отверстия, открываемые только с помощью специальных инструментов и в аварийных ситуациях.

 

Таблица А.1 - Типы проемов и соответствующие им утечки

 

Класс зоны, из которой возможна утечка горючего газа или пара через проем	Тип проема	Степень утечки из проемов, рассматриваемых в качестве источников утечки
0	А	Постоянная
	В	(Постоянная)/первая
	С	Вторая
	D	Утечка отсутствует
1	А	Первая
	В	(Первая)/вторая
	С	(Вторая)/утечка отсутствует
	D	Утечка отсутствует
	А	Вторая
	В	(Вторая)/утечка отсутствует
	С	Утечка отсутствует
	D	Утечка отсутствует
Примечание - Указанные в скобках степени утечки должны устанавливаться с учетом частоты открытия отверстий.

 

 

ПРИЛОЖЕНИЕ Б

(справочное)

 

Вентиляция

 

Введение

 

Целью данного приложения является оценка уровня вентиляции и дополнение раздела 5 определением условий вентиляции, а также рекомендациями, примерами и расчетами, являющимися руководством к проектированию систем искусственной вентиляции.

Предлагаемые методы позволяют установить класс зоны посредством:

- определения минимальной мощности системы вентиляции, которая необходима для предотвращения значительного скопления взрывоопасной смеси, и на ее базе рассчитать гипотетический объем V_z, с помощью которого и расчетного времени рассеивания (t) определяется необходимый уровень вентиляции;

- определения класса зоны по показателям уровня вентиляции, готовности вентиляции и степени утечки.

Изложенные принципы, в основном, распространяются на вентиляцию внутри помещений, но они, в равной степени, могут быть использованы для наружных условий (см. таблицу Б. 1).

Б. 1 Естественная вентиляция

Этот тип вентиляции осуществляется движением воздуха под воздействием ветра и/или перепада температуры. На открытом воздухе естественная вентиляция часто бывает достаточной для рассеивания взрывоопасной смеси. Естественная вентиляция может быть также эффективной внутри помещений (например, если в строении имеются отверстия в стене и/или крыше).

Примечание - Для наружных условий оценка вентиляции, как правило, базируется на предполагаемой минимальной скорости ветра 0,5 м/с, который с такой скоростью присутствует практически постоянно. Скорость ветра часто превышает 2 м/с.

 

Примеры объектов с естественной вентиляцией:

- установленное вне помещений оборудование, применяемое в химической и нефтяной отраслях промышленностей, например расположенные на открытых площадках насосы, кожухи для труб и др.;

- открытые строения, имеющие отверстия в стенах и/или крыше, которые размещены и подобраны по размеру таким образом, что вентиляция внутри строения может быть приравнена к вентиляции на открытом воздухе;

- строения, не являющиеся открытыми, но с естественной вентиляцией (обычно меньшей, чем в открытом строении) за счет специальных вентиляционных отверстий.

Б.2 Искусственная вентиляция

При искусственной вентиляции воздушный поток создается специальными устройствами, например приточными или вытяжными вентиляторами. Искусственная вентиляция, в основном, используется в закрытых помещениях, но ее можно также применять на открытом воздухе для компенсации ограничений в естественной вентиляции из-за каких-либо препятствий.

Искусственная вентиляция зоны может быть общей или местной; такая вентиляция различается степенью перемещения и замещения воздуха.

Искусственная вентиляция дает возможность создавать эффективные и надежные системы вентиляции внутри помещений.

Искусственная вентиляция обеспечивает уменьшение размеров взрывоопасной зоны и снижение времени присутствия взрывоопасной смеси, а во многих случаях, предотвращает образование взрывоопасной смеси вообще.

При устройстве систем искусственной вентиляции для обеспечения взрывозащиты следует выполнять следующие требования:

- должен быть обеспечен контроль эффективности вентиляции;

- должен быть установлен класс зоны, в которую производится выброс вентиляторов;

- вентиляционный воздух для вентиляции взрывоопасной зоны должен поступать из взрывобезопасной зоны;

- параметры системы вентиляции должны выбираться с учетом расположения источников утечки и их степени.

Дополнительно должны учитываться следующие обстоятельства:

- плотность горючих газов и паров обычно отличается от плотности воздуха, поэтому они аккумулируются у потолка или пола закрытого помещения, где перемещение воздуха затруднено;

- плотность газа изменяется в зависимости от температуры;

- препятствия могут уменьшать или совсем останавливать движение воздуха, т. е. вентиляция в некоторых участках зоны может отсутствовать.

Примеры общей искусственной вентиляции:

- строение, оборудование вентиляторами, установленными в проемах стен и/или крыш для улучшения вентиляции помещения;

- площадка на открытом воздухе с расположенным на ней оборудованием и вентиляторами, установленными таким образом, что улучшается общая вентиляция зоны.

Примеры местной искусственной вентиляции:

- система отсоса воздуха и пара, применяемая на месте расположения технологического оборудования, из которого постоянно или периодически происходит утечка горючего вещества;

- приточная или вытяжная система вентиляции небольшой локальной зоны, где возможно возникновение взрывоопасной смеси.

Б.3 Уровень вентиляции

Эффективность действия вентиляции при рассеивании взрывоопасной смеси зависит от ее уровня и готовности, а также от конструкции системы.

Например, вентиляция может быть недостаточной для предотвращения образования взрывоопасной смеси, но достаточной для ее быстрого рассеивания.

Различают три уровня вентиляции.

Б.3.1 Вентиляция высокого уровня (ВВ)

Обеспечивает мгновенное снижение концентрации газа или пара у источника утечки до величины ниже, чем нижний концентрационный предел воспламенения. При такой вентиляции размеры взрывоопасной зоны пренебрежимо малы.

Б.3.2 Вентиляция среднего уровня (ВС)

Позволяет быстро изменять концентрацию горючего газа в воздухе. При этом концентрация за границами зоны во время существования утечки становится ниже нижнего концентрационного предела воспламенения, а в границах зоны после прекращения утечки взрывоопасная смесь быстро рассеивается.

Размеры и класс зоны остаются в установленных пределах.

Б.3.3 Вентиляция низкого уровня (ВН)

Не позволяет изменять концентрацию во время утечки и/или быстро устранить взрывоопасную смесь после прекращения утечки.

Б.4 Оценка уровня вентиляции и его влияния на класс зоны

Вентиляция оказывает влияние на размеры области, в которой существует взрывоопасная смесь, и время ее существования. Ниже приведен метод оценки влияния уровня вентиляции на размеры взрывоопасной зоны и время существования взрывоопасной смеси.

Сущность описываемого метода расчетной оценки размеров взрывоопасной зоны заключается в определении гипотетического объема, за пределами которого средняя концентрация взрывоопасной смеси при условии мгновенного и однородного перемешивания горючего газа и свежего воздуха у источника утечки составляет менее определенной доли от НКПВ в зависимости от принятого коэффициента безопасности. Применимость предлагаемого метода ограничивается наружными установками и помещениями, оборудованными вентиляцией. В случае, если помещение, в котором установлено оборудование не имеет вентиляции, размеры взрывоопасной зоны должны определяться в соответствии с требованиями ГОСТ Р 12.3.047 (приложение Б).

Необходимо отметить, что приводимый метод не является точным. Несмотря на это, использование коэффициентов безопасности гарантирует, что ошибка в полученных результатах приведет к повышению безопасности.

Применение метода проиллюстрировано на ряде гипотетических примеров.

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.

а) Расчет гипотетического объема V_г

Теоретически необходимый минимальный расход вентиляционного воздуха для разбавления определенного объема горючего газа до требуемой концентрации ниже нижнего концентрационного предела воспламеняемости можно рассчитать по формуле

, (Б.1)

где - минимальный объемный расход свежего воздуха, м³/с;

- максимальная интенсивность утечки горючего вещества в источнике, кг/с;

НКПР - концентрация, соответствующая нижнему концентрационному пределу воспламенения, кг/м³;

Т - окружающая температура, К.

Примечание - Для преобразования объемной концентрации, соответствующей НКПР (объемные %) в весовую концентрацию, соответствующую НКПР (кг/м³), используют следующее выражение, действительное для нормальных атмосферных условий (см. 1):

НКПР (кг/м³) - 0,416 ´ 10^-3 ´ М ´ (НКПР) (объемные %),

где М - молярная масса, кг/кмоль.

 

При общей вентиляции зоны для заданной величины кратности воздухообмена в единицу времени с гипотетический объем V_г взрывоопасной смеси вокруг источника утечки определяют по формуле

, (Б.2)

где с - кратность воздухообмена, с^-1;

k - коэффициент безопасности по отношению к НКПР (как правило k = 0,25 для постоянной утечки и утечки первой степени и К = 0,5 для утечки второй степени).

Выражение (Б.2) действительно для мгновенного перемешивания горючего газа и свежего воздуха до однородной смеси у источника утечки. На практике подобные идеальные условия, как правило, не встречаются в связи с наличием возможных препятствий воздушному потоку, что ухудшает вентиляцию отдельных областей зоны.

Таким образом, эффективность воздухообмена у источника утечки будет ниже, чем величина с в выражении (Б.4), что приводит к увеличению объема V_г. Для учета этого обстоятельства в формулу (Б.2) вводят дополнительный коэффициент f и получают следующее выражение

, (Б.3)

где f - коэффициент эффективности рассеивания взрывоопасной смеси; f находится в пределах от f = 1 (идеальная ситуация) до f = 5 (типичный случай, т. е. имеется преграда воздушному потоку).

Величина V_г представляет собой объем, за пределами которого средняя концентрация взрывоопасной смеси газа или пара составляет менее 0,25 или 0,5 от НКПР, в зависимости от величины коэффициента безопасности k (выражение Б.2). Это означает, что для самых худших случаев оценки гипотетического объема концентрация газа или пара будет значительно ниже, т. е. в реальности объем взрывоопасной смеси, в котором концентрация выше НКПР будет значительно меньше V_г.

б) Закрытая зона

Для закрытой зоны значение с определяют по формуле

, (Б.4)

где - расход свежего воздуха;

V₀ - вентилируемый объем, м³.

в) Наружные условия

На открытом воздухе даже небольшая скорость ветра вызывает значительное перемещение воздуха. Например, на открытом воздухе в пространстве в виде куба с размерами каждой стороны в несколько метров при скорости ветра около 0,5 м/с обеспечивается кратность воздухообмена более 100/ч (0,03/с).

Для открытого пространства при значении с = 0,03/с гипотетический объем V_г взрывоопасной смеси определяют по формуле

, (Б.5)

где 0,03 - кратность воздухообмена;

- выражается в единицах объема в секунду.

Обычно на открытом воздухе рассеивание взрывоопасной смеси происходит быстрее. Реальный механизм дисперсии проявляется таким образом, что расчет по этому методу дает завышенный результат.

г) Определение времени присутствия (существования) t

Время (t), за которое после устранения утечки средняя концентрация снижается от начального значения Х₀ до (НКПР) ´ k, определяют по формуле

, (Б.6)

где Х₀ - начальная концентрация горючего вещества, % или кг/м³.

В непосредственной близости от источника утечки концентрация горючего вещества во взрывоопасной смеси может составлять 100 %. Однако при расчете t величина Х₀ должна выбираться в зависимости от конкретных условий, с учетом, наряду с другими факторами, объема, а также частоты и длительности утечки. Практически концентрация Х₀ должна выбираться всегда выше НКПР;

с - кратность воздухообмена;

t - время (размерность времени должна быть одинаковой с размерностью кратности воздухообмена, т. е. если с это кратность воздухообмена в секунду, то t также должно выражаться в секундах);

f - коэффициент эффективности рассеивания взрывоопасной смеси, учитывающий реальный процесс перемешивания воздуха (см. выражение Б. 3).

Значение f может изменяться от f = 5, например при вентиляции, когда воздух проникает через трещины и выходит через единственное выпускное отверстие, до f » 1, например при вентиляции, когда воздух проникает через перфорированный потолок и выходит через многочисленные выпускные отверстия;

ln - натуральный логарифм, т. е. 2,303 lg;

k - коэффициент безопасности по отношению к НКПР (см. выражение Б.2).

Значение t, определенное из выражения (Б.6), само по себе не является количественным критерием класса зоны. Оно может быть использовано для установления класса зоны только при сравнении с временными характеристиками конкретного процесса.

д) Оценка уровня вентиляции

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.

В практических случаях уровень и готовность вентиляции могут быть так высоки, что взрывоопасные зоны отсутствуют. И наоборот, уровень вентиляции может быть настолько низким, что зону необходимо относить к низкому классу (т. е. взрывоопасная зона относится к классу 1 при источнике утечки второй степени). Это происходит, например, в случаях, когда уровень вентиляции настолько низкий, что взрывоопасная смесь продолжает существовать и рассеивается очень медленно после устранения источника утечки горючего газа или пара. Таким образом, присутствие взрывоопасной смеси продолжается дольше, чем предполагалось для данной степени утечки.

Расчетное значение гипотетического объема V_г используется для отнесения уровня вентиляции к высокому, среднему или низкому. Время существования взрывоопасной смеси 1 позволяет установить, какой требуется уровень вентиляции для зоны, чтобы она соответствовала зонам классов 0, 1 или 2.

Уровень может рассматриваться как высокий ВВ, если объем V_г очень мал или им можно пренебречь. При такой вентиляции можно считать, что источник утечки не образует взрывоопасной смеси, т. е. зона взрывобезопасна. Однако в непосредственной близости от источника утечки взрывоопасная смесь присутствует, но размеры этой области пренебрежимо малы.

На практике высокий уровень вентиляции можно обеспечить только в следующих случаях: местными системами искусственной вентиляции вблизи источника; в небольших закрытых зонах; при очень небольшой утечке в зонах больших размеров.

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.

Объем V_г не характеризует время, в течение которого взрывоопасная смесь продолжает существовать после прекращения утечки при ВВ уровне, но он является таким фактором при ВС или ВН уровнях вентиляции.

Уровень СВ 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.

Допускаемое время рассеивания зависит от ожидаемой частоты утечки и длительности каждой утечки. Объем V_г часто бывает меньше объема любой закрытой зоны. В этом случае допускается классифицировать как взрывоопасную только часть закрытой зоны. В ряде случаев объем V_г может быть таким же, как объем закрытой зоны. Тогда всю закрытую зону классифицируют как взрывоопасную.

Если требования к зоне не удовлетворяются, то уровень рассматривают как ВН. При уровне ВН гипотетический объем V_г часто бывает равным или большим, чем объем закрытой зоны. Уровень ВН на открытых пространствах практически не встречается, за исключением случаев наличия преград воздушному потоку, например в ямах.