Руководство по безопасности "Методы обоснования взрывоустойчивости зданий и сооружений при взрывах топливно-воздушных смесей на опасных производственных объектах"

     УТВЕРЖДЕНО приказом Федеральной службы по экологическому, технологическому и атомному надзору от 13 мая 2015 года N 189

I. Общие положения

1. Руководство по безопасности "Методы обоснования взрывоустойчивости зданий и сооружений при взрывах топливно-воздушных смесей на опасных производственных объектах" (далее - Руководство) разработано в целях содействия соблюдению требований Федеральных норм и правил в области промышленной безопасности "Общие правила взрывобезопасности для взрывопожароопасных химических, нефтехимических и нефтеперерабатывающих производств", утвержденных приказом Ростехнадзора от 11 марта 2013 года N 96 (зарегистрирован Минюстом России 16 апреля 2013 года, регистрационный N 28138) (далее - Федеральные нормы и правила в области промышленной безопасности "Общие правила взрывобезопасности для взрывопожароопасных химических, нефтехимических и нефтеперерабатывающих производств"), и требований Федеральных норм и правил в области промышленной безопасности "Общие требования к обоснованию безопасности опасного производственного объекта", утвержденных приказом Ростехнадзора от 15 июля 2013 года N 306 (зарегистрирован Минюстом России 20 августа 2013 года, регистрационный N 29581) (далее - Федеральные нормы и правила в области промышленной безопасности "Общие требования к обоснованию безопасности опасного производственного объекта").

2. Настоящее Руководство содержит рекомендации к обоснованию взрывоустойчивости зданий и сооружений при взрывах топливно-воздушных смесей, образующихся в атмосфере при промышленных авариях на опасных производственных объектах.

3. Руководство рекомендуется применять для определения зоны ударно-волнового воздействия и показателя риска разрушения зданий и сооружений при авариях с взрывами облаков ТВС.

4. Руководство рекомендуется применять при обеспечении требований промышленной безопасности при проектировании, строительстве, капитальном ремонте, техническом перевооружении, реконструкции, эксплуатации, консервации и ликвидации опасных производственных объектов (ОПО), в том числе при:

обосновании устойчивости зданий и сооружений к ударной волне в соответствии с требованиями промышленной безопасности;

разработке декларации промышленной безопасности ОПО;

разработке специальных технических условий на проектирование и строительство ОПО;

иных работах, связанных с проведением количественного анализа риска аварийных взрывов.

5. Настоящее Руководство не распространяется на оценку опасностей внутренних взрывов в помещениях и аппаратах (химических реакторах).

6. Организации, осуществляющие работы по обоснованию взрывоустойчивости зданий и сооружений на ОПО, могут использовать иные обоснованные способы и методы, чем те, которые указаны в настоящем Руководстве.

7. В Руководстве применяются сокращения, а также термины и определения, приведенные в приложениях N 1 и 2 к настоящему Руководству.

II. Общие рекомендации по обоснованию взрывоустойчивости

8. Общие рекомендации по обоснованию взрывоустойчивости зданий и сооружений основаны на методах:

а) моделирования и расчета аварийного истечения и распространения опасных веществ при всех возможных сценариях аварийной разгерметизации оборудования и воспламенении облаков топливно-воздушных смесей;

б) расчета зон разрушения при воздействии ударной волны при аварийных взрывах ТВС;

в) расчета показателей риска взрыва ТВС, включающих оценку частоты превышения амплитуды давления на фронте падающей ударной волны для каждого (при необходимости) здания, сооружения на территории размещения ОПО;

г) применения обоснованных критериев допустимого риска разрушения зданий с учетом их типа (конструктивного исполнения).

9. Основные положения настоящего Руководства соответствуют рекомендациям:

Руководства по безопасности "Методика моделирования распространения аварийных выбросов опасных веществ", утвержденного приказом Ростехнадзора от 20 апреля 2015 года N 158 (далее - "Методика моделирования распространения аварийных выбросов опасных веществ");

Руководства по безопасности "Методические основы по проведению анализа опасностей и оценки риска аварий на опасных производственных объектах", утвержденного приказом Ростехнадзора от 13 мая 2015 года N 188 (далее - "Методические основы по проведению анализа опасностей и оценки риска аварий на опасных производственных объектах");

Руководства по безопасности "Методика оценки риска аварий на опасных производственных объектах нефтегазоперерабатывающей, нефте- и газохимической промышленности", утвержденного приказом Ростехнадзора от 27 декабря 2013 года N 646 (далее - "Методика оценки риска аварий на опасных производственных объектах нефтегазоперерабатывающей, нефте- и газохимической промышленности").

10. При оценке последствий взрывов рекомендуется учитывать основные механизмы развития взрывных явлений, таких как дрейф облака топливно-воздушных смесей, режим взрывного превращения (дефлаграция (детонация), воздействие взрыва для зданий и сооружений в соответствии с Руководством по безопасности "Методика оценки последствий аварийных взрывов топливно-воздушных смесей".

11. Основным показателем взрывоустойчивости зданий, сооружений, технических устройств или иных материальных объектов (далее - здания) является величина предельного давления во фронте падающей ударной волны (УВ) , которую могут воспринять конструкции здания без потери ими несущей способности или пригодности к дальнейшей эксплуатации. Величину для зданий рекомендуется определять по данным проектирования или эксплуатации, а для сооружений и технических устройств - согласно приложению N 3 к Федеральным нормам и правилам в области промышленной безопасности "Общие правила взрывобезопасности для взрывопожароопасных химических, нефтехимических и нефтеперерабатывающих производств", Руководству по безопасности "Методические основы по проведению анализа опасностей и оценки риска аварий на опасных производственных объектах" или другим нормативным или методическим документам.

12. Рекомендуется принимать, что взрывоустойчивость здания по критерию максимально возможной взрывной нагрузки при внешнем взрыве обеспечивается, если выполняется условие, при котором здание находится вне максимальной возможной зоны действия ударной волны с амплитудой давления на фронте ударной волны, превышающей проектное давление:

,     (1)

где - предельное (проектное) давление во фронте ударной волны, на которое рассчитано k-е здание (k = 1, 2, …);

- давление во фронте падающей на здание ударной волны;

n - номер сценария (n = 1, 2, …, N);

N - число сценариев со взрывом.

В случае невозможности выполнения условия (1) для обоснования взрывоустойчивости рекомендуется использовать результаты количественного анализа риска взрыва и вероятностный критерий, согласно которому частота разрушения здания в течение года не должна превышать допустимую величину :

<.                      (2)

С учетом критериев допустимого пожарного риска для взрывопожароопасных производственных объектов и данных по условной вероятности гибели людей в разрушенных зданиях, приведенных в Федеральных нормах и правилах в области промышленной безопасности "Общие правила взрывобезопасности для взрывопожароопасных химических, нефтехимических и нефтеперерабатывающих производств", рекомендуемая величина допустимой частоты воздействия взрыва на здание не должна превышать 10 год.

13. Для расчетов зон разрушения рекомендуется использовать:

Руководство по безопасности "Методика моделирования распространения аварийных выбросов опасных веществ" (расчет рассеяния и дрейфа облаков ТВС);

Руководство по безопасности "Методика оценки последствий аварийных взрывов топливно-воздушных смесей", утвержденное приказом Ростехнадзора от 20 апреля 2015 года N 159 (далее - "Методика оценки последствий аварийных взрывов топливно-воздушных смесей"), (расчет параметров ударной волны).

Пример расчета зон разрушения при взрыве на установке приведен в приложении N 5 к настоящему Руководству.

14. Для расчета последствий аварии с выбросом ОВ и взрывом облака ТВС в помещениях рекомендуется использовать методы вычислительной гидродинамики.

     
III. Основные показатели взрывоопасности

15. Для обоснования взрывоустойчивости зданий рекомендуется использовать показатели взрывоопасности для обоснования взрывоустойчивости зданий, приведенные в таблице N 3-1 приложения N 3 к настоящему Руководству.

Набор показателей рекомендуется определять в соответствии с целями работы, выбором методов и критериев, применяемых для обоснования взрывоустойчивости. Примеры расчетов зон разрушения при взрыве на установке и показателей риска разрушения для обоснования взрывоустойчивости зданий приведены в приложениях N 5 и 6 к настоящему Руководству.

Метод количественной оценки риска взрыва, рекомендуемый для обоснования взрывоустойчивости зданий, приведен в разделе IV настоящего Руководства.

IV. Метод количественной оценки риска взрыва

16. Процедура обоснования взрывоустойчивости, основанная на количественной оценке риска взрыва, учитывает:

вероятность и последствия всех возможных сценариев выброса опасных (горючих) веществ (ОВ), приводящих к взрыву и воздействию избыточного давления УВ на здания;

тип зданий (устойчивость к УВ);

допустимую частоту воздействия взрыва, приводящего к нарушению устойчивости (повреждению, разрушению) здания;

вероятностный критерий взрывоустойчивости здания - выполнение условия (2).

Основные этапы количественной оценки риска взрыва для обоснования взрывоустойчивости зданий и сооружений отображены на блок-схеме (Рисунок 1 настоящего Руководства).

     
Рисунок 1. Основные этапы количественной оценки риска взрыва

17. Планирование и организация работ по анализу риска осуществляется в соответствии с разделом IV Руководства по безопасности "Методические основы по проведению анализа опасностей и оценки риска аварий на опасных производственных объектах" и требованиями заказчика. Для проведения работ по анализу риска рекомендуется привлекать специалистов, аттестованных в области промышленной безопасности и имеющих опыт экспертизы декларации промышленной безопасности опасных производственных объектов.

18. При идентификации опасностей рекомендуется использовать следующие закономерности возникновения и развития аварий с выбросом ОВ.

18.1. Возникновение и развитие аварии обусловлено свойствами опасных веществ, условиями их содержания и характером выброса опасных веществ, объемом веществ, окружающими условиями и своевременностью мер по локализации аварии. Следует также учитывать возможность каскадного развития аварий, различные стадии которой могут быть не связаны со взрывом, в соответствии с Руководством по безопасности "Методические основы по проведению анализа опасностей и оценки риска аварий на опасных производственных объектах".

Условно можно выделить два типа аварий, которые могут существенно отличаться вероятностями их возникновения:

аварии с полным разрушением оборудования, содержащего сжиженный газ или газ под давлением;

аварии, связанные с неполным разрушением оборудования, то есть с истечением вещества через образовавшееся дефектное отверстие.

Из аварий первого типа наиболее часто встречающиеся - это разрывы сосудов, содержащих газ под давлением. Также часто из аварий первого типа встречаются разрушения сосудов, содержащих жидкие углеводороды или сжиженные газы. Такие разрывы происходят обычно под действием внешнего нагрева емкости в результате пожара, например, пролитого горючего. В этом случае авария может пойти по сценарию с образованием "огненного" шара (в иностранных источниках такой сценарий обычно обозначается BLEVE - вскипание паров кипящей, перегретой жидкости) или газового взрыва. Условная вероятность образования "огненного" шара (то есть вероятность его возникновения при попадании емкости в пожар) определяется на основе статистических данных, а при их отсутствии может приниматься равной 0,7.

Второй тип аварии - истечение вещества через образовавшееся отверстие - наиболее вероятный. Он включает в себя и разрывы трубопроводов, и истечение через неисправные вентили, и потери герметичности в результате внешнего воздействия, коррозии или превышения эксплуатационных норм. Многообразие сценариев определяется различием физических явлений для различного фазового состояния истекающего вещества. Анализ аварий показывает, что примерно 90% аварий на трубопроводах происходит путем истечения вещества через отверстие, трещины и 10% - путем полного разрыва (на полное сечение) или образованием протяженной трещины. Так, при выбросе горючей жидкости из резервуара при наличии источника воспламенения, возможно ее мгновенное воспламенение (в том числе с образованием горящей струи) или воспламенение после образования разлитой лужи горючего вещества ("пожар пролива"). В этом случае вероятностью барического воздействия на здания вне струи можно пренебречь.

18.2. Рекомендуется рассматривать следующие основные факторы и причины возникновения аварий с выбросом и образованием ТВС:

изменение гидравлического сопротивления рабочих каналов (секций) технологического оборудования или соединительных трубопроводов, например, вследствие гидратообразования, парафино- и солеотложений, пенообразования газожидкостных потоков или залповых выбросов жидкости;

полная закупорка трубопроводов и арматуры ледяными и кристаллогидратными пробками;

эрозионный или коррозионный износ стенок проточной части оборудования, трубопроводов;

нарушение технологического режима работы оборудования, например, неоправданное изменение термобарических параметров эксплуатации;

дефекты изготовления или монтажа оборудования;

наличие значительного числа переходов подземных трубопроводов в надземные, являющихся местами повышенной коррозионной активности и концентрации напряжений;

наличие большого числа арматуры, тройников, переходников, фасонных частей, то есть мест с усложненной технологией проведения строительно-монтажных работ, ухудшенным контролем качества сварных швов, повышенной концентрацией напряжений;

сложная пространственная стержневая конструкция надземных трубопроводов;

обвязки технологических аппаратов с большим числом жестких и скользящих опор, испытывающие значительные переменные температурные и газодинамические нагрузки;

ошибки на стадии проектных решений;

недостаточно качественный диагностический контроль и несвоевременное выполнение ремонтных работ по обеспечению герметичности трубопроводов, сосудов, аппаратов;