Максимальный расчет для мини-котельной

Мини-котельняНовый ТКП 474–2013 (02300) «Категорирование помещений, зданий и наружных установок по взрывопожарной и пожарной опасности», который вступит в силу 15.04.2013, прокомментировал главный специалист отдела исследований в области предупреждения чрезвычайных ситуаций НИИ ПБ и ЧС МЧС Республики Беларусь Алексей Скрипко.

Актуальные вопросы, которые возникают при обеспечении безопасности во время проектирования котельных установок, куда входят пожарная безопасность и молниезащита, а также снижение пожаровзрыво­опасных факторов и расчет категорий по взрывопожарной и пожарной опасности с учетом ТКП 474–2013 (02300), осветил Алексей Скрипко на семинаре по «Проектированию котельных установок различного типа…»

1.1. По взрывопожарной и пожарной опасности помещения подразделяются на категории А, Б, В1–В4, Г1, Г2, Д, а здания – на категории А, Б, В, Г и Д. По взрывопожарной и пожарной опасности наружные установки подразделяются на категории АН, БН, ВН, ГН, ДН.

Категории взрывопожарной и пожарной опасности помещений и зданий определяются для наиболее неблагоприятного в отношении пожара или взрыва периода, исходя из вида находящихся в аппаратах и помещениях горючих веществ и материалов, их количества и пожароопасных свойств, особенностей технологических процессов.

1.2. Объектом определения необходимости устройства молниезащиты является здание мини-котельной. Здание относится к классу Ф5.1 по пожарной опасности. Расположено на территории производственного комплекса в сельской местности. Окружено более высокими зданиями.

Размеры мини-котельной: длина – 18 м, ширина – 12 м, высота здания – 13 м (наибольшая). Несущие конструкции мини-котельной выполнены из металлических ферм и колонн. Стены мини-котельной выполнены из сэндвич-панелей, покрытие – металлочерепица. Мини-котельная на местном виде топлива – отработке машинного масла (горючая жидкость). В объеме мини-котельной топливо размещается в двух емкостях по 400 л на расстоянии 4 м друг от друга. Через маслопровод от емкостей под давлением масло подается в котлы. Процесс сжигания отработанного машинного масла в котлах автоматический (компьютеризирован).

Для здания предусмотрено противопожарное водоснабжение от кольцевой сети диаметром сети 150 мм, запитанной от собственной насосной станции и резервуара. В здании размещаются два пожарных крана. Из первичных средств пожаротушения имеются огнетушители. Мини-котельная оборудована пожарной сигнализацией. Все электрооборудование в здании присоединено к главной заземляющей шине (ГЗШ). Единовременное нахождение людей в здании до 5 человек. Электроснабжение осуществляется электрическим небронированным кабелем типа ВВГ напряжением 380/220 В, проложенным к зданию под землей. Газоснабжение в здании отсутствует. Длина подземной линии передачи электрической энергии (ЛЭП) составляет 100 м (длина от трансформаторной подстанции до электрического ввода в здание). Высота трансформаторной подстанции – 4,4 м, длина – 10,1 м, ширина – 5,3 м. На трансформаторной подстанции имеются два трансформатора.

Определение категории мини-котельной по пожарной опасности: общие сведения по расчету категории по пожарной опасности

Определение пожароопасной категории помещения осуществляется путем сравнения максимального значения удельной пожарной нагрузки на любом из участков с величиной удельной пожарной нагрузки, приведенной в таблице 1.

      n
Q=∑ Gi QPHi     (1)
     i=1

где Gi – количество i‑го материала пожарной нагрузки, кг;

QPHi – низшая теплота сгорания i‑гo материала пожарной нагрузки, МДж·кг ‑1.

Удельная пожарная нагрузка g (МДж·м‑2) определяется из соотношения:

g = Q/S,                     (2)

где S – площадь размещения пожарной нагрузки, м2, определяется как ее линейная проекция на пол в пределах пожарного участка (не менее 10 м2 и не более площади помещения).

 Таблица 1. Определение пожарной нагрузки Q (МДж) при различных сочетаниях (смесь) горючих жидкостей, твердых горючих веществ и материалов в пределах пожароопасного участка

2.2. Расчет категории мини-котельной по пожарной опасности

С учетом пожароопасных свойств используемых в технологическом процессе мини-котельной (применяемых веществ и материалов: определена теплота сгорания машинного отработанного масла, температура вспышки (для отнесения машинного масла к горючей жидкости)) выделяем два участка с пожарной нагрузкой по 400 л отработанного машинного масла и третий участок без пожарной нагрузки – сжигание масла в котле. Принимая во внимание, что на третьем участке горючие жидкости сжигаются в качестве топлива, участку присваиваем категорию Г1.

Определим пожарную нагрузку Q и удельную пожарную нагрузку g на первом участке размещения:

Q = 800 х 0,890 х 43,0 = = 30 616 МДж;

g = Q/S = 30 616/400 х 0,51 = = 153,1 МДж/м2

1 – согласно п. 4.2.4 НПБ‑5– 2005*1 л смеси разливается на 0,5 м2.

Согласно значению удельной пожарной помещение относится к пожароопасной категории В4. В соответствии с п. 9.3* Q > 2000 МДж, следовательно, требуется рассчитать Iпр. Принимая во внимание, что расстояние от поверхности пожарной нагрузки составляет 13 м (розлив отработанного масла на нулевой отметке), критическая плотность падающих лучистых потоков qкр = 14,8 КВт·м‑2 [1] (взят по резине) согласно Iпр таблице 5 НПБ 5–2005 составляет 6 м.

Учитывая, что расстояние между участками с пожарной нагрузкой (первым и вторым) не превышает 6 м, следовательно, участки с емкостями и, соответственно, помещение мини-котельной относится к категории В3. Согласно разделу 10 НПБ 5–2005 здание относится к категории В.

3. Расчет необходимости устройства молниезащиты для мини-котельной: общие сведения об определении необходимости уровня и средств молниезащиты

Согласно требованиям раздела 6 ТКП 336–2011 необходимость молниезащиты должна определяться для каждого здания или сооружения.

Необходимость устройства молниезащиты напрямую зависит от величины рисков:

R1 – риск угрозы человеческой жизни;

R2 – риск нарушения коммунального обслуживания;

R3 – риск потери культурных ценностей;

R4 – риск нанесения ущерба экономической ценности.

Риски определяются суммой элементов рисков: при прямом ударе молнии, когда возникает шаговое напряжение, наводки и электромагнитные импульсы (RA, RB, RC), при близком ударе молнии, когда возникают наводки и электромагнитные импульсы (RM), при прямом, близком ударе молнии в коммуникацию, когда возникает шаговое напряжение, взрыв или пожар и т. д. (RU, RV, RW и RZ). Сами элементы рисков вычисляются на основании коэффициентов, приведенных в приложениях к СТБ П 62305–2. Общая формула определения элементов рисков равна:

R = N х P х L,

где N – ежегодное количество опасных случаев;

Р – вероятность повреждения от удара молнии;

L – последующий ущерб.

Каждый элемент риска рассчитывается на основании отнесенных к нему факторов элементов рисков, т. е. РА, РВ, LA, LB и т. д. Некоторые элементы рисков имеют одинаковые коэффициенты и факторы, например, ND, NL и т. д.

Коэффициенты рисков (rf, rp, hz, Lo, Td и т. д.) определяются площадью стягивания молнии над объектом защиты (плотность ударов молнии, длина, ширина, высота), материалом строительных конструкций объекта, инженерным наполнением объекта (наличием инженерных сетей и систем), факторами влияния местоположения и окружающей среды, наличием молниезащиты на объекте, средств пожаротушения, возможной паники людей в случае возникновения пожара и т. п.

Риск гибели людей:

R1 = RA + RB + R*C + R*M + RU+ RV + R*W + Rz.

Риск недопустимого нарушения коммунального обслуживания:

R2 = RB + RC + RM + RV + RW + Rz.

Риск потери культурных ценностей:

R3 = RB + RV.

Риск нанесения ущерба экономической ценности (экономический):

R4= R**A + RB + RC + RM + R**U + RV + RW + RZ.

* – для зданий или сооружений, в которых имеется опасность взрыва, и для больниц с электрическим оборудованием, применяемым для спасения жизни больных, или других сооружений, в которых повреждение внутренних систем сразу же создает угрозу безопасности людей;

** – для сооружений, в которых могут погибнуть животные.

Подробная методика по расчету рисков, элементов рисков, выбору и расчету факторов элементов рисков, коэффициентов изложена в приложениях А, В, С, D СТБ П 62305–2.

Таблица 2. Наиболее характерные категории по НПБ-5-2005 для мини-котельных

Далее, на основании неравенства между расчетной величиной рисков и допустимой, решается вопрос о необходимости устройства молниезащиты. При этом зданию требуется молниезащита, если какой-либо из рисков больше допустимого.

Риск R (R1 – R4) превышает допустимый уровень RТ:

R1 > RТ.

Если какой-либо из элементов рисков (RA, RB, RC, RM, RU, RV, RW или RZ) больше допустимого риска:

Rn > RТ.

Вторым этапом определения молниезащиты по ТКП 336–2011 «Молниезащита зданий, сооружений и инженерных коммуникаций» является определение уровня молниезащиты. Он определяется на основании величин факторов Р, приведенных в таблицах В.2, В3. Так, меняя величину коэффициента, отвечающего за устройство молниезащиты (определен как 1 – если молниезащита отсутствует и 0,02 – если молниезащита I уровня), можно добиться снижения значения элемента риска, самого риска, который изначально превышал допустимое значение. Тот уровень, значение коэффициента которого позволило величину элемента риска или риска снизить до допустимой величины, считается уровнем молниезащиты для объекта.

Третьим этапом определения молниезащиты по ТКП 336–2011 является выбор средств молниезащиты, основанный на определении элементов рисков (RА, RВ, RV и т. д.). Согласно количественному показателю элементов рисков в процентном отношении выбираются приоритетные направления защитных мер: если величина элемента риска, отвечающего за возникновение контактного напряжения при ударе молнии достаточно велика по отношению к другим элементам, то следует в первую очередь предусматривать меры по уравниванию потенциалов согласно таблице В.1 СТБ П IEC 62305–2-2006/2010 «Защита от атмосферного электричества. Управление риском».

Если имеется некоторая величина элемента риска, отвечающего за возникновение пожара из-за удара молнии, то следует выполнить устройство молниеотводов.

3.2. Расчет необходимости, уровня и средств для мини-котельной

Таблица 3.  Допустимые величины рисков1) Определим поражение людей напряжением прикосновения в случае прямого удара молнии в здание:

RA = ND х PA х LA,

где плотность ударов молнии в землю:

Ng ≈ 0,1 х Тd = 0,1 х 2,4 = 2,4 удара,

где Тd – количество грозовых дней в году, равное 24 [3].

Аd = L х W + 6 х H х (L + W) + 9 х x π х (H)2,

где Аd – участок сбора данных по ударам молний в здание;

L, W и Н – соответственно длина, ширина, высота, м.

Аd = 18 х 12+6 х 13 х (18 + 12) + 9 х 3,14 х 132 = 7331,9 м2.

Количество опасных случаев при ударе молнии в здание:

ND = Ng х Аd х Сd х 10–6 = 2,4 х x 7331,9 х 0,25 х 10–6 = 0,004,

где Сd – фактор, учитывающий влияние окружающей обстановки. Согласно т. А.2 [3] определен как 0,25, так как здание ниже окружающих объектов.

В здании имеется система выравнивания потенциалов, выполненная путем присоединения электрооборудования и токоведущих частей к ГЗШ, следовательно, согласно т. В1 к [3] PA вероятность поражения людей вследствие контактного или шагового напряжения определяем равным 0,01.

Определим ущерб при поражении людей вследствие появления контактного или шагового напряжения:

LА = rа х Lt,

где rа – фактор уменьшения вероятности гибели людей в зависимости от типа почвы. Вокруг здания находится грунт, следовательно, по таблице С. 2 СТБ П IEC 62305–2-2006/2010 фактор равен 0,01;

Lt – ущерб, принимаем равным 0,01 по т. С. 1, учитывая, что люди во время грозы могут находиться снаружи здания.

LА = 0,01 х 0,01 = 0,0001.

RA = ND х PA х LA = 0,004 х 0,01 х x 0,0001 = 0,000000004;

0,000000004 < 0,00001 – неравенство выполняется.

Из этого следует, что для мини-котельной дополнительных мер защиты от контактного и шагового напряжения не требуется.

2) Рассчитаем элемент риска физического повреждения мини-котельной при прямом ударе молнии:

RВ = ND х PВ х LВ,

где PВ – вероятность физического повреждения здания. Молниезащита на здании отсутствует согласно т. В.2 [3], вероятность равна 1.

Считаем ущерб, который произойдет вследствие удара молнии в здание:

LB = rp х rf х hZ х Lf,

где rp – коэффициент оснащения оборудованием для использования его в случае возгорания. Принимаем равным 0,2 по т. С. 3 СТБ П IEC 62305–2-2006/2010 (присутствует защита автоматической пожарной сигнализацией);

rf – коэффициент, учитывающий возможность возникновения возгорания. По примечанию 2 к т. С. 4 СТБ П IEC 62305–2-2006/2010 принимаем его равным 0,01 (обычный);

hZ – коэффициент, учитывающий уровень паники, опасности. Принимаем равным 2 по т. С. 5 СТБ П IEC 62305–2-2006/2010;

Lf – ущерб, характеризующий период времени, в течение которого люди находятся в опасном месте. По т. С. 1 СТБ П IEC 62305–2-2006/2010 принимаем равным 0,05.

LB = 0,2 х 0,01 х 2 х 0,05 = 0,0002.

RВ = 0,004 х 1 х 0,0002 = 0,0000008;

0,0000008 < 0,00001 – неравенство выполняется.

Из этого следует, что зданию склада дополнительные средства внешней системы молниезащиты не требуются.

3) Рассчитаем элемент риска, отвечающий за повреждения внутренних инженерных систем при прямом ударе молнии в здание:

RС = ND х PС х LС,

где PС – вероятность того, что удар молнии в здание станет причиной физического повреждения внутренних систем. Зависит от применения устройств защиты от перенапряжений (УЗП), а следовательно, от уровней молниезащиты. В здании УЗП отсутствуют, следовательно, согласно т. В.3 [3] PС = 1.

LC = LM = LW = LZ = LO,

где LO – ущерб, зависящий от типа здания. По т. С. 1 [3] ущерб равен 0,001.

RС = 0,004 х 1 х 0,001 = 0,000004;

0,000004 < 0,00001 – неравенство выполняется.

Из этого следует, что для защиты электрических сетей от заноса высокого потенциала требуется устройство защиты от импульсных перенапряжений (УЗП) не требуется.

4) Рассчитаем элемент риска, отвечающий за возникновение электрических наводок и электромагнитных импульсов при близком ударе молнии:

RМ = NМ х PМ х LМ,

NМ = Ng х (Am – Ad/b х Сd/b) х x10–6 – среднее количество опасных случаев, возникающих вследствие близкого удара молнии,

где Ad/b – участок сбора данных, касающихся изолированного здания, м2. Принимая во внимание информацию рис. А.1 СТБ П IEC 62305–2-2006/2010, определяем, что Ad/b = Ad = 7331,9 м2;

Am – участок сбора данных о молнии вблизи здания на расстоянии 250 м.

Сd/b = Сd = 0,25 – фактор влияния местоположения здания, определяемый по разделу А.3, т. А.2 СТБ П IEC 62305–2-2006/2010.

NМ = 2,4 х (202268–7331,9 х x 0,25) х 10–6= 0,48.

Ущерб от повреждения внутренних сетей определяем по т. С. 1 СТБ П IEC 62305–2-2006/2010:

LC = LM = LW = LZ = LO = 0,001.

PМ – вероятность того, что удар молнии вблизи здания станет причиной повреждения внутренних систем. Определяется с учетом требований раздела В.4 справочного издания «Пожаровзрывоопасность веществ и материалов и средства их тушения» под редакцией А. Н. Баратова и А. Я. Корольченко.

PМ = РМS = КMS,

где КMS – фактор, определяющий характеристику экранирования (раздел В.4 СТБ П IEC 62305–2-2006/2010).

КMS = КS1 х КS2 х КS3 х КS4,

где КS1 учитывает эффективность экранирования здания, систему молниезащиты или другие экраны на границе зоны молниезащиты 0/1 – для наружных стен. Несущие элементы, стены здания – металлические, следовательно, согласно приложению В.4 к СТБ П IEC 62305–2-2006/2010 коэффициент принимаем равным 0,00001.

КS2 – учитывает эффективность экранов внутри здания на границе зоны молниезащиты ЗМЗ X/Y (X > 0, Y > 1), т. е. внутри здания. Перегородки в здании отсутствуют, коэффициент не учитывается в расчете.

КS3 принимаем равным 1, т. к. используется неэкранированный кабель – без мер предосторожности в отношении разводки.

КS4 = 1,5/Uw = 1,5/1,5 = 1,

где Uw – номинальное импульсное выдерживаемое напряжение защищаемой системы энергоснабжения. Принимая во внимание, что в мини-котельной процесс компьютеризирован, определяем напряжение по т. D.4 СТБ П IEC 62305–2-2006/2010 как 1,5 кВ.

КMS = 0,00001 х 1 х 1= 0,00001< < 0,013.

По т. В.4 СТБ П IEC 62305–2-2006/2010 определяем, что расчетному значению КMS = 0,00001 соответствует значение PМ = РМS = 0,0001.

RМ = 0,48 х 0,0001 х 0,001 = 0,000000048;

0,000000048 < 0,00001 – неравенство выполняется.

Из этого следует, что в здании экранирование электрических сетей не требуется.

R1 = RA + RB + RC + RM = 0,000000004 + 0,0000008 + 0,000004 + 0,000000048 = 0,000004852.

Таким образом, согласно расчету здание мини-котельной оборудовать молниезащитой не требуется.

Благодарим EventMedia за предоставление материалов.

blog comments powered by Disqus

Вверх