Нормативная оценка классов взрыво- и пожароопасных зон и их размеров

Многообразие технологических процессов производств, а также различные режимы работы технологического оборудования, установленного внутри и вне зданий, создают различные условия взрывопожароопасности в производственных помещениях и наружных установках. В связи с этим для практического решения вопроса по выбору электрооборудования в нормах дается понятие взрывоопасных и пожароопасных зон.

Пожароопасная зона – пространство внутри и вне помещений, в пределах которого постоянно или периодически имеются (обращаются) горючие (сгораемые) вещества и в котором они могут находиться при нормальном технологическом процессе или при его нарушениях.

Пожароопасные зоны подразделяются на четыре класса: П-I, П-II, П-IIа и П-III (см. гл. 7.4 [1] и гл. 2 п.2.1 [2]), определяются и обосновываются только нормативно.

Взрывоопасная зона – помещение или ограниченное пространство в помещении или у наружной установке, в котором имеются или могут образоваться взрывоопасные смеси.

Взрывоопасные зоны в зависимости от частоты и длительности присутствия взрывоопасной газовой смеси подразделяются на три класса [2 и 3]:

Взрывоопасная зона класса 0 – зона, в которой взрывоопасная газовая смесь присутствует постоянно или в течение длительных периодов времени (она может быть только в пределах корпусов технологического оборудования).

Взрывоопасная зона класса 1 – зона, в которой существует вероятность присутствия взрывоопасной газовой смеси в нормальных условиях эксплуатации (т.е. когда установка работает согласно расчетным параметрам).

Взрывоопасная зона класса 2 – зона, в которой маловероятно присутствие взрывоопасной газовой смеси в нормальных условиях эксплуатации, а если она возникает, то редко и существует очень непродолжительное время.

По прил. Г [3] к зонам, характеризующимся как взрывоопасная зона класса 2, относятся также отдельные производства и установки при совпадении указаний п.п. Г1 Г4 этого приложения.

Взрывоопасные зоны в зависимости от частоты и продолжительности присутствия взрывоопасных пылевоздушных смесей и наличия слоев пыли подразделяются также на три класса [2 и 4]:

Взрывоопасная зона класса 20 – зона, в которой взрывоопасная пылевоздушная смесь присутствует постоянно или где могут формироваться слои пыли произвольной или чрезмерной толщины (она может быть только в пределах оболочек технологического оборудования).

Взрывоопасная зона класса 21 – зона в помещении, в которой взрывоопасная, пылевоздушная смесь может образоваться при нормальном режиме работы оборудования.

Взрывоопасная зона класса 22 – зона в помещении, в которой образование взрывоопасной пылевоздушной смеси при нормальной работе маловероятно, а ее образование возможно в результате аварий и неисправностей.

При определении размеров взрывоопасных и пожароопасных зон в помещениях необходимо учитывать:

1) взрывоопасные зоны 0 и 20 не должны, как правило, быть за пределами корпусов технологического оборудования;

2) при расчетном избыточном давлении взрывоопасной смеси, превышающем 5 кПа, взрывоопасные зоны 1, 2, 21 и 22 занимают весь свободный объем помещения;

3) при расчетном избыточном давлении взрыва газовой взрывоопасной смеси, равном или менее 5 кПа, взрывоопасная зона занимает часть объема помещения и представляет собой цилиндр с радиусом и высотой, рассчитываемой технологами согласно ГОСТ 12.1.004-91 [5]. При отсутствии исходных данных зону принимают в виде цилиндра с радиусом, равным 5 м. Высоту отсчитывают от пола помещения – для тяжелых газов и паров, от потолка помещения – для легких газов;

4) при расчетном избыточном давлении пылевоздушной взрывоопасной смеси или паров перегретых горючих жидкостей, равном или менее 5 кПа, взрывоопасная зона соответственно будет 21, 22 или 2 (с учетом требований [3] прил. Г, но зона будет занимать часть свободного объема помещения);

5) пространство за пределами ограниченных взрывоопасных зон считаются невзрывоопасными, если нет других факторов, создающих в нем взрывоопасность;

6) при расчетном избыточном давлении взрыва в помещении не превышающем 0,5 кПа взрывоопасная зона не имеет место;

7) класс взрывоопасной или пожароопасной зоны определяется технологами совместно с электриками проектной или эксплуатирующей организации. Классы взрывоопасных или пожароопасных зон должны содержаться в нормах технологического проектирования или в отраслевых перечнях производств по взрыво- и пожароопасности.

Принципы классификации взрывоопасных зон в помещениях и наружных установках приведены в табл. 2.1.

Таблица 2.1.

Характеристика веществ и материалов	Расчетное избыточное давление взрыва, кПа	Категория помещения по НПБ 105-03 [6]	Класс взрывоопасной зоны	Размеры взрывоопасной зоны
Взрывоопасные установки в помещениях
Горючие газы, ЛВЖ с	Более 5	А	1, 2	Весь объем помещения
ЛВЖ с	Более 5	Б	1, 2	Весь объем помещения
Горючие газы, ЛВЖ	Равно или менее 5		1,2	Часть объема помещения
Горючие пыли, волокна	Более 5	Б	21, 22	Весь объем помещения
Горючие пыли, волокна	Равно или менее 5		21, 22	Часть объема помещения
Горючие газы с НКПР>15% и резким запахом (аммиак)	Более 5	А		Весь объем помещения
То же	Равно или менее 5			Часть объема помещения
Вещества и материалы, способные образовывать взрывоопасные смеси при взаимодействии с водой, кислородом воздуха или друг с другом	Более 5	А		Весь объем помещения
То же	Равно или менее 5			Часть объема помещения
Перегретые ГЖ	Более 5	Б		Весь объем помещения
Перегретые ГЖ	Равно или менее 5			Часть объема помещения
Газообразный водород	Равно или менее 5			Верхняя часть помещения

Продолжение таблицы 2.1

Примечания: в отдельных отраслях промышленности, например, в нефтяной и газовой [19], могут быть специфические оценки классов взрывоопасных зонах, отличающиеся от типового подхода изложенного в табл. 2.1, например:

1) к зоне 0 относятся:

а) закрытые помещения, в которых установлены открытые технологические устройства, аппараты, емкости или имеются выходы для паров нефти и горючих газов, а также каналы, шахты, где возможны выход и накопление паров нефти или горючего газа, огороженные подроторные пространства буровых установок;

б) открытые пространства радиусом 1,5 м вокруг открытых технологических устройств, содержащих нефть, буровой раствор, обработанный нефтью, нефтяные газы или другие легковоспламеняющиеся вещества вокруг устья скважины, а также вокруг окончания труб, отводящих попутные или другие горючие газы;

в) пространство внутри открытых и закрытых технологических устройств и емкостей, содержащих нефть, буровой раствор, обработанный нефтью, нефтяные газы, другие легковоспламеняющиеся вещества;

г) закрытые помещения для хранения шлангов для перекачки ЛВЖ.

2) к зоне 1 относятся:

а) закрытые помещения, в которых установлены закрытые технологические устройства, оборудование, аппараты, узлы регулирующих, контролирующих, отключающих устройств, содержащих нефть, буровой раствор, обработанный нефтью, горючие газы, где образование взрывоопасных смесей возможно только в случае поломки или неисправности оборудования. Закрытые помещения насосных сточных вод.

б) открытые пространства, радиусом 1,5 м от зоны 0 по п.п. б и т.д. (см. табл. 1, приложение 7, рис. 1 9 [19]).

2.2.2. Аналитическая оценка классов взрыво- и пожароопасных зон и их размеров

В 2.2.1. указывалось, что в основу аналитической оценки класса взрыво- и пожароопасной зоны и ее размеров положен количественный показатель избыточного давления, взрыва , кПа, определяемый по НПБ 105-03 [6].

Расчет избыточного давления взрыва для горючих газов, паров легковоспламеняющихся и горючих жидкостей производится [6]:

а) для индивидуальных горючих веществ, состоящих из атомов С, Н, О, N, Cl, Br, I и F по формуле (1);

б) для индивидуальных веществ, кроме упомянутых в п.п.(а) и для смесей по формуле (4).

Расчет избыточного давления взрыва , кПа, для горючих пылей производится по формуле (4), где коэффициент Z участия взвешенной пыли во взрыве рассчитывается по формуле (14). В отсутствии возможности получения сведений для оценки величины Z допускается принимать Z=0,5.

Оценка избыточного давления взрыва для взрывоопасных смесей, содержащих горючие газы (пары) и пыли, т.е. гибридных взрывоопасных смесей, определяется по формуле (25) [6].

Примеры расчетов величины для различных случаев технологических процессов с применением ГГ, ЛВЖ и горючих пылей и выводы о классе взрывоопасных зон и их размеров приводятся в гл. 3, п.3.3 работы [7] и в гл. 2 учебника [2].

2.3. Определение и обоснование категорий и групп взрывоопасных смесей

До введения стандартов на взрывозащищенное электрооборудование оно разрабатывалось и маркировалось по ПИВЭ [8] и ПИВРЭ [9]. В эксплуатации такое электрооборудование имеется в значительном количестве и до настоящего времени.

При решении задач пожарно-технической экспертизы электротехнической части проектов или при противопожарном обследовании объектов в настоящее время необходимо пользоваться стандартами на взрывозащищенное электрооборудование как старой, так и новой серии (см. приложение 17), а также ПУЭ [1, седьмого или не отмененных разделов и глав шестого изданий].

Следовательно, чтобы сделать вывод о соответствии взрывозащищенного электрооборудования требованиям пожарной безопасности и ПУЭ, но изготовленного и маркированного по ПИВЭ и ПИВРЭ, необходимо знать перевод этой маркировки в маркировку по стандартам и ПУЭ.

В настоящее время в различных отраслях промышленности количество горючих веществ (горючих газов, паров и пыли) стало резко возрастать. Разрабатывать и изготовлять взрывозащищенное электрооборудование применительно к каждому из этих веществ невозможно и экономически нецелесообразно. Все это обусловило необходимость группировки взрывоопасных смесей горючих веществ по классам. Объединение газо- и паровоздушных смесей в классы с общими взрывоопасными свойствами позволяет выделить представительную смесь, характерную для данного класса смесей. Испытанное на этой смеси взрывозащищенное электрооборудование считалось бы безопасным и пригодным для использования в среде с любой смесью, относящейся к данному классу. Это дает возможность максимально унифицировать конструкцию взрывозащищенного электрооборудования, сделать общими принципами его маркировки.

Поэтому в стандартах [10, 11, 12 и 13], ПУЭ, ПИВРЭ и ПИВЭ все взрывоопасные смеси газов и паров с воздухом принято разделять на категории и группы.

В основу классификации взрывоопасных смесей по категориям положено их свойство передавать (при определенных условиях) взрыв из экспериментальной оболочки в окружающую среду через критические или зазоры БЭМЗ между плоскими фланцами. В зависимости от величины критического или зазора БЭМЗ устанавливают категорию взрывоопасной смеси (табл. 2.2).

Таблица 2.2

*Критический зазор – зазор, соответствующий вероятности передачи взрыва, равный 50%.

**БЭМЗ – безопасный экспериментальный максимальный зазор между фланцами оболочки. Через этот зазор не происходит передача взрыва из оболочки в окружающую среду (при любой концентрации горючих смесей в воздухе).

Приведенные в табл. 2.2 величины зазоров служат только для установления категории взрывоопасной смеси и не являются основанием для контроля зазоров взрывонепроницаемого электрооборудования в условиях его эксплуатации. Для этого следует руководствоваться гл. 3.4 «Электроустановки во взрывоопасных зонах» ПТЭЭП [14] или пользоваться чертежами средств взрывозащиты такого электрооборудования.

В основу классификации по группам положена температура самовоспламенения смеси.

В зависимости от температуры самовоспламенения по ПИВЭ было установлено четыре группы взрывоопасных смесей: А, Б, Г, Д; по ПИВРЭ – пять групп: Т1, Т2, Т3, Т4, Т5; по ПУЭ или ГОСТ [13] и ГОСТ Р [10] – шесть групп: Т1, Т2, Т3, Т4, Т5, Т6. Температуру самовоспламенения взрывоопасной смеси определяют на специальной установке [10, 13], а ее группу по табл. 2.3.

Таблица 2.3

Примеры распределения взрывоопасных смесей веществ по категориям и группам приводятся в табл. 2.4.

Таблица 2.4

Категория смеси	Группа смеси	Вещества, образующие с воздухом взрывоопасную смесь
I	Т1	Метан (рудничный)*
IIA	Т1	Аммиак, аллил хлоридный, ацетон, ацетонитрил, бензол, бензотрифторид, винил хлористый, винилиден хлористый, 1,2-дихлорпропан, дихлорэтан, диэтиламин, дизопропиловый эфир, доменный газ, изобутилен, изобутан, изопропилбензол, кислота уксусная, ксилол, метан (промышленный)**, метилацетат, -метилстирол, метил хлористый, метилизоцинат, метилхлорформиат метилциклопропилкетон, метилэтилкетон, окись углерода, пропан, пиридин, растворители Р-4, Р-5 и РС-1, разбавитель РЭ-1, сольвент нефтяной, стирол, спирт диацетоновый, толуол, трифторхлорпропан, трифторпропен, трифторэтан, трифторхлорэтилен, триэтиламин, хлорбензол, циклопентадиен, этан, этил хлористый
IIA	Т2	Алкилбензол, амилацетат, ангидрид уксусный, ацетилацетон, ацетил хлористый, ацетопропилхлорид, бензин Б95/130, бутан, бутилацетат, бутилпропионат, винилацетат, винилиден фтористый, диатол, диизопропиламин, диметиламин, диметилформамид, изопентан, изопрен, изопропиламин, изооктан, кислота пропионовая, метиламин, метилизобутил кетон, мтеилметакрилат, метилмеркаптан, метилтрихлорсилан, 2-метилтиофен, метилфуран, моноизобутиламин, метилхлормтеилдихлорсилан, окись мезитила, пентадиен-1,3, пропиламин, пропилен. Растворители: № 646, 647, 648, 649, БЭФ и АЭ. Разбавители: РДВ, РКБ-1, РКБ-2. Спирты: бутиловый нормальный, бутиловый третичный, изоамиловый, изобутиловый, изопропиловый, метиловый, этиловый. Трифторпропилметилдихлорсилан, трифторэтилен, изобутил хлористый, этиламин, этилацетат, этилбутират, этилендиамин, этиленхлоргидрин, этилизобутират, этилбензол, циклогексанол, циклогексанон

Продолжение таблицы 2.4

*Под рудничным метаном следует понимать рудничный газ, в котором кроме метана содержание газообразных углеводородов – гомологов метана С₂-С₅ – не более 0,1 объемной доли, а водорода в пробах газов из шпуров сразу после бурения – не более 0,002 объемной доли от общего объема горючих газов.

**В промышленном метане содержание водорода может составлять до 0,15 объемной доли.

Категории и группы взрывоопасных смесей газов и паров с воздухом, невключенных в табл. 2.4, определяются испытательными организациями по ГОСТ 12.1.011-78 [13] или ГОСТ Р 51330.11-99 [11] и ГОСТ Р 51330.5-99[10]. Для разрешения этой задачи можно пользоваться данными табл. 7.3.3 [1], а также ГОСТ Р 51330.19-99 [15].

В табл. 2.5 и 2.6 приводятся сопоставления обозначений категорий и групп взрывоопасных смесей по ПИВРЭ и ПИВЭ с обозначениями по ПУЭ и ГОСТам [10, 11, 13 и 15]. Такое сопоставление необходимо при пожарно-технической экспертизе, когда в проектных материалах (или на действующем объекте в условиях эксплуатации) взрывозащищенное электрооборудование имеет знаки взрывозащиты по ПИВЭ и ПИВРЭ.

Таблица 2.5

Таблица 2.6

Обозначение групп взрывоопасных смесей
ПИВЭ	ПИВРЭ	ПУЭ, ГОСТ [13] и ГОСТ Р [10]
А	Т1	Т1
Б	Т2	Т1, Т2
-	Т3	Т1 Т3
Г	Т4	Т1 Т4
Д	Т5	Т1 Т5
-	-	Т1 Т6