Влияние специфики проектирования аспирационных систем на взрывопожарную опасность и расчетное значение пожарного риска

УДК 614.838.1

ВЛИЯНИЕ СПЕЦИФИКИ ПРОЕКТИРОВАНИЯ АСПИРАЦИОННЫХ СИСТЕМ НА

ВЗРЫВОПОЖАРНУЮ ОПАСНОСТЬ И РАСЧЕТНОЕ ЗНАЧЕНИЕ ПОЖАРНОГО РИСКА

Е.В. Романюк, Д.В. Каргашилов, А.В. Федоров

В статье анализируется влияние организации системы аспирации пылегазовых потоков от станков механической деревообработки на взрывопожарную опасность помещения и расчетные значения пожарного риска. Обосновывается преимущество централизованной системы аспирации с точки зрения пожарной безопасности по сравнению с установкой локальных пылеулавливающих аппаратов путем расчета пожарного риска.

Ключевые слова: пожарный риск, система аспирации, система вентиляции, пылеулавливание, фильтр, циклон, взрывопожарная опасность.

Согласно [1] исключение условий образования горючей среды должно обеспечиваться применением устройств защиты производственного оборудования, исключающих выход горючих веществ в объем помещения, или устройств, исключающих образование в помещении горючей среды. Таким устройством для производственных помещений, в которых обращается горючая пыль, является система аспирации. Статистические данные говорят о том, что 93,8 % промышленных взрывов происходит первоначально в технологическом оборудовании, в аспирационных системах, пылеосадительных установках. Воспламенение образовавшегося пылевоздушного облака приводит к вторичному, более мощному взрыву, что зачастую завершается разрушением строительных конструкций, помещений, а иногда и зданий. В 28 % случаев происходят повторные взрывы в объёме помещения цеха, при этом в процессе горения участвуют как продукты, выброшенные в помещение из технологического оборудования, так и продукты, находящиеся в виде пылеотложений на полу, стенах, потолке, поверхностях и других строительных конструкциях, элементах

оборудования. Вышесказанное доказывает необходимость тщательного проектирования и контроля работы системы аспирации на производстве. Организация системы аспирации в свою очередь влияет на категорию взрывопожарной опасности производственного помещения и значение пожарного риска.

Влияние особенностей проектирования системы аспирации и расположения пылеуловителя на количественные характеристики оценки пожарной опасности рассмотрим на примере цеха механической деревообработки. Основная продукция деревообрабатывающего цеха - доски обшивки и пола, брусья, заготовки для мебели вагонов, а также новая мебель, двери, оконные рамы и другие узлы вагонов. Стадия механической

обработки древесины является одной из пожаровзрывоопасных и включает такие технологические операции, как пиление, строгание, фрезерование, точение, долбление, шлифовка. Основную пожарную опасность для цеха деревообработки представляет участок шлифовки древесины, на котором выделяется значительное количество высокодисперсной взрывоопасной пыли. Поступая в воздух помещения, пыль под воздействием силы тяжести оседает на строительных конструкциях, оборудовании, поверхностях пола, стен, потолков. В технологическом процессе обработки древесины выделение и накопление горючей пыли происходит при нормальной работе технологического оборудования, то есть в безаварийном режиме.

Сегодня популярным решением в области пылеулавливания является установка локальных пылеулавливающих аппаратов непосредственно у пылящего оборудования. Такие пылеуловители включают с себя, кроме собственно корпуса с фильтрующим элементом, тяго-дутьевое устройство, мешок-пылесборник, систему вытяжек с гофрированными трубопроводами. Одним из представителей таких аппаратов является «стружкоотсос» УВП - рис.1, который применяют на деревообрабатывающих предприятиях.

Существует мнение, что использование «стружкоотсоса» позволяет отказаться от обычной вытяжной вентиляции (аспирации). Учитывая характеристики данного пылеуловителя, УВП может быть использован только в помещении, что противоречит положениям [4], согласно которым пылеуловители для сухой очистки пылевоздушной смеси следует устанавливать вне

производственных зданий или в отдельном помещении. Диапазон пылевых частиц, улавливаемых аппаратом, - от 5 мкм и крупнее, а ведь именно более высокодисперсные частицы представляют собой наибольшую взрывоопасность.

Можно предположить, что при значении индивидуального пожарного риска выше нормативного значения установка локальных пылеуловителей влечет прямое неисполнение положений свода правил и, соответственно, положений Федерального закона № 123-Ф3 «Технический регламент о требованиях пожарной безопасности» [1] .

В соответствии с методикой определения категории производственного помещения [2] при

Характеристики

наличии в цеху «стружкоотсоса» следует рассматривать его как наиболее пылеемкий аппарат, а его разгерметизацию - как событие, инициирующее наиболее взрывопожароопасную ситуацию. С учетом представленных в таблице 1 данных производственного помещения, а также характеристик оборудования и пылегазового потока, аспирируемого УВП, определим категорию помещения по взрывопожарной и пожарной опасности.

Таблица 1

помещения и оборудования

№ п/п Показатель Единица измерения Величина

1 Свободный объем помещения м3 4492,8

2 Производительность УВП по пылегазовому потоку м3/с 0,694

3 Объем пылесборника м3 0,53

4 Плотность древесной пыли кг/м3 180

5 Максимальный мгновенный выход (кг/час) пыли (расчет на сухую древесину при плотности 650 кг/м3) при операции шлифования кг/ч 0,0125

7 Содержание пыли в отходах при шлифовании древесины % 90

8 Масса отложившейся в помещении пыли к моменту аварии кг 100

Учитывая, что пылеулавливающее оборудование устанавливается непосредственно в цеху и диапазон улавливаемых частиц согласно паспорту оборудования, масса пыли, отложившейся в помещении к моменту аварии, будет порядка 50

кг. Используя приведенные данные и формулы (А.17- А.21) [2], рассчитали массу взвешенной в объеме помещения пыли, образовавшейся в результате аварийной ситуации, - 150 кг, а также избыточное давление взрыва по формуле (А.4) [2]

_ 150 • 20850000-101-1000 • 0,5 1 „„ „

AP =-----= 32 кПа.

4492,8-1.2-1011-293 3

В соответствии с положениями [2] данное помещение будет относиться к категории Б - взрывопожароопасное.

При расчете значения индивидуального пожарного риска по [3] учитываем, что при рассмотрении сценариев, связанных со сгоранием пылевоздушной смеси в помещении категории А

или Б (в нашем случае - Б), условная вероятность поражения человека в этом помещении принимается равной 1 в данном помещении до завершения эвакуации людей. Это значит, что для помещений механической деревообработки величина потенциального пожарного риска, рассчитанная по формуле (3) [3], будет равна

P = £ Q, - Qdi = 0,6 - Ю-5 -1 - 4492,8 = 0,027

j=1

Величина индивидуального пожарного риска для работника по формуле (9) [2] с учетом его

Rm = 0,027- 0,82 = 0,022

пребывания в цеху порядка 6,5 часов в 8-часовую рабочую смену (вероятность присутствия 0,82).

Таким образом, значение пожарного риска превышает допустимое значение, приведенное в статье 6 [1]. Использование в качестве пылеуловителей локальных аппаратов с установкой их в цехах приводит к повышению пожарной опасности и необходимости разрабатывать и внедрять дополнительные дорогостоящие мероприятия по обеспечению безопасности.

Так как система аспирации в виде местных пылеулавливающих аппаратов

представляет большую угрозу в аварийных

ситуациях, а именно - может повлечь взрыв пылевоздушной смеси и последующее разрушение здания и гибель персонала цеха, то предполагается, что централизованная система аспирации с более мощным пылеуловителем, установленным в отдельном помещении или на улице, данных недостатков иметь не будет.

В качестве пылеуловителя для древесной пыли может быть рассмотрен циклон для установки вне помещения (рис. 2) или фильтр - в помещении.

Рис.2. Схема централизованной системы аспирации

Как показывают замеры, в данном случае значительно снижается масса пыли, отложившейся на оборудовании и строительных конструкциях, она достигает 20 кг в смену. С учетом того что остальные характеристики помещений остаются неизменными, расчетное избыточное давление взрыва будет 4,4 кПа, что позволит перевести производство из взрывопожароопасного в пожароопасное. После расчетов удельной пожарной нагрузки данное помещение можно отнести к категории В2-В3.

Рассчитаем индивидуальный пожарный риск для работника в этом случае. Рассмотрим 3 основных

сценария пожароопасной ситуации. При рассмотрении всех трех сценариев следует рассчитать расчетное время эвакуации, время от начала реализации сценария пожара до блокировки эвакуационных путей в результате распространения опасных факторов пожара, вероятность эвакуации по эвакуационным путям и вероятность эвакуации соответственно, гибели, потенциальный и индивидуальный пожарный риск. При этом принимаем, что во всех случаях все прочие условия равны. Результаты расчета приведены в таблице 2.

Таблица 2

Результаты расчетов

№ п/п Наименование показателя Сценарий №1 Сценарий № 2 Сценарий №3

1 Расчетное время эвакуации мин. 11 13 22

2 Время от начала реализации сценария пожара до блокировки эвакуационных путей в результате распространения опасных факторов пожара 1бл1^ 33,9 33,9 33,9

мин.

3 Вероятность эвакуации по эвакуационным путям Рэщ, мин. 0,999 0,999 0,999

4 Вероятность эвакуации РЭц 0,999 0,999 0,999

5 Условная вероятность поражения человека Рац 0,00097 0,00097 0,00097

6 Потенциальный пожарный риск Р1 5, 82-10"9 5, 82-10"9 5, 82-10"9

7 Индивидуальный пожарный риск Ят 5,09^10"у

Согласно статье 93 [1] значение индивидуального пожарного риска в зданиях, сооружениях и на территориях производственного объекта не должно превышать одну миллионную в год, поэтому при обустройстве централизованной системы вентиляции требования по обеспечению пожарной безопасности для цеха механической обработки дерева можно считать выполненными.

Представленные расчеты пожарного риска для данного помещения максимально упрощены и во внимание приняты лишь те факторы, которые важны

для сравнения различных вариантов обустройства системы аспирации. Приведенная информация наглядно свидетельствует в пользу централизованной системы пылеулавливания не только с точки зрения экологии и охраны труда, но и с точки зрения пожарной безопасности. Часто на предприятиях вопрос стоит об экономической целесообразности выбора типа системы вентиляции (аспирации), поэтому в таблице 3 приведен перечень статей затрат при реализации одного из двух вариантов.

Таблица 3

кая целесообразность

№ п/п Статья затрат Установка локальных пылеуловителей Централизованная система аспирации

1. АУПТ Требуется Только в помещение пылеуловителя или бункер пылеуловителя

2. АУПС и СОУЭ Требуется Требуется

3. Противодымная вентиляция Требуется Требуется

4. Легкосбрасываемые конструкции Требуются Не требуются

5. Тамбур-шлюзы с постоянным подпором воздуха Требуются Не требуются

Таким образом, использование локальных пылеуловителей, устанавливаемых

непосредственно в цехе, может привести к значительному увеличению пожарной нагрузки. Эффективность работы заявленных систем и материалы, из которых выполняются отдельные их элементы (мешки-пылесборники), не обеспечивают отсутствия взрывоопасной высокодисперсной пыли

и приводят к ее постоянному накоплению. Первоначальная экономия на обустройстве и эксплуатации централизованной системы пылеулавливания оборачивается для предприятия дополнительными тратами на мероприятия по противопожарной защите. Все вышесказанное подтверждается путем расчета индивидуального пожарного риска.

Библиография

1. Технический регламент о требованиях пожарной безопасности: Федеральный закон от 22.07.2008 г. № 123-ФЗ.

2. Определение категорий помещений, зданий и наружных установок по взрывопожарной и пожарной опасности: СП 12.13130.2009.

3. Об утверждении методики определения расчетных величин пожарного риска на производственных объектах: приказ от 10 июля 2009 г. № 404 (в ред. Приказа МЧС РФ от 14.12.2010 № 649).

4. Отопление, вентиляция и кондиционирование: свод правил СП 7.13130.2013.

References

1. Tekhnicheskij reglament o trebovaniyah pozharnoj bezopasnosti: Federal'nyj zakon ot 22.07.2008 g. № 123-FZ.

2. Opredelenie kategorij pomeshchenij, zdanij i naruzhnyh ustanovok po vzryvopozharnoj i pozharnoj opasnosti: SP 12.13130.2009.

3. Ob utverzhdenii metodiki opredeleniya raschetnyh velichin pozharnogo riska na proizvodstvennyh ob"ektah: prikaz ot 10 iyulya 2009 g. № 404 (v red. Prikaza MCHSRFot 14.12.2010 № 649).

4. Otoplenie, ventilyaciya i kondicionirovanie: svodpravil SP 7.13130.2013

THE INFLUENCE OF THE SPECIFICS OF THE DESIGN OF VENTILATION SYSTEMS IN EXPLOSION HAZARD AND A DESIGN VALUE OF THE FIRE RISK

The article analyzes the influence of the organization of the aspiration system of dust and gas flows from mechanical woodworking machines on the explosion hazard of the premises and the calculated values of fire risk. The advantage of a centralized aspiration system from the standpoint of fire safety is compared with the installation of local dust-collecting apparatus by calculating fire risk.

Keywords: fire risk, aspiration system, ventilation system, dust collection, filter, cyclone, explosion hazard.

Романюк Елена Васильевна,

к.т.н., доцент,

доцент кафедры пожарной безопасности технологических процессов,

Воронежский институт ГПС МЧС России,

Россия, г. Воронеж,

e-mail: scercso@mail.ru,

Romanyuk E. V.,

Candidate of technical sciences, associate professor,

Associate Professor of the Department of Fire Safety of technological processes, Voronezh Institute of the State Firefighting Service ofEMERCOM of Russia, Russia, Voronezh,

Каргашилов Дмитрий Валентинович,

к.т.н,

начальник кафедры пожарной безопасности технологических процессов,

Воронежский институт ГПС МЧС России,

Россия, г. Воронеж,

e-mail: kargashil@mail.ru,

Kargashilov D. V.,

Ph.D.,

Head of the department offire safety of technological processes, Voronezh Institute of the State Firefighting Service of EMERCOM of Russia, Russia, Voronezh,

Федоров Андрей Владимирович,

д.т.н., профессор,

профессор кафедры пожарной автоматики,

Академия ГПС МЧС России,

Россия, г. Москва

e-mail: fedorov-ppa@yandex.ru

Fedorov A. V.,

Doctor of Technical Sciences, Professor,

Professor of the Department of Fire Automation,

Academy of State Firefighting Service of EMERCOM of Russia,

Russia, Moscow

© Романюк Е.В., Каргашилов Д.В., Федоров А.В., 2017