автореферат диссертации по безопасности жизнедеятельности человека, 05.26.03, диссертация на тему:Обеспечение взрывопожаробезопасности объектов перерабатывающих предприятий АПК путем ограничения риска воспламенения горючих веществ и материалов

il 5

САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ АГРАРНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

На правах рукописи

ВЕРЁВКИН Вадим Нилович

ОБЕСПЕЧЕНИЕ ВЗРЫВОПОЖАРОБЕЗОПАСНОСТИ ОБЪЕКТОВ ПЕРЕРАБАТЫВАЮЩИХ ПРЕДПРИЯТИЙ АПК ПУТЁМ ОГРАНИЧЕНИЯ РИСКА ВОСПЛАМЕНЕНИЯ ГОРЮЧИХ ВЕЩЕСТВ И МАТЕРИАЛОВ

Специальность 05.26.03 - пожарная безопасность

Диссертация На соискание ученой степени доктора

технических наук

Научный консультант - заслуженный деятель науки и техники, академик, доктор технических наук, профессор В. С. ШКРАБАК.

Петербург-Пушкин - 1997

Санкт-

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ.............................................. 5

Глава 1. АНАЛИЗ СОСТОЯНИЯ И ПРИНЦИПЫ ИНСТРУМЕНТАЛЬНОГО ИССЛЕДОВАНИЯ ЗАЖИГАЕМОСТИ ГОРЮЧИХ ВЕЩЕСТВ И МАТЕРИАЛОВ.... 33

1.1. Безопасный экспериментальный максимальный зазор (БЭМЗ или S0)............................................ 33

1.2. Критический зазор (1кр)............................. 35

1.3. Соотношение зазоров: безопасного экспериментального максимального (S0), критического (1кр) и соответствующего вероятности зажигания в 1/млн (1МЛН)....................... 37

1.4. Устройства и методы инструментального определения линейных характеристик пламён в условиях зажигания горючих веществ и материалов........;......................... 38

Выводы по главе 1......................................43

Глава 2. СПОСОБ ИСПЫТАНИЯ ЗАЖИГАЕМОСТИ ВЕЩЕСТВ ВОЗДЕЙСТВИЕМ ТРЕХ ИСТОЧНИКОВ ЗАЖИГАНИЯ....................... 45

2.1. Источники зажигания и примеры систем вычисления

параметров зажигаемости веществ..............•....... 45

2.2 Определение характеристик зажигаемости пылевоздушных смесей продуктов предприятий по хранению и переработке

зерна..................................................... 51

2.3. Отличительные особенности способа испытания воздействием трех источников зажигания.................... 53

2.3.1. Характеристики свойств элементарных самораспространяющихся пламен (ЭСП), как параметры зажигаемости объпкта испытания........................................ 53

2.3.2. Определяющая роль свойств воздуха в условиях формирования ЭСП ........................................ 55

2.3.3. Вычислительные алгоритмы......................... 56

Выводы по главе 2......................................... 57

Глава 3. СИСТЕМА ЭЛЕКТРОСТАТИЧЕСКОЙ ИСКРОБЕЗОПАСНОСТИ И ПРОЦЕССЫ ЭЛЕКТРИЗАЦИИ................................... 58

3.1. Система электростатической искробезопасности....... 58

3.2. Физика процессов электризации.................... . 60

3.3. Предельные параметры процессов электризации..... 83

Выводы по главе 3......................................86

Глава 4. ПОЖАРОВЗРЫВОБЕЗОПАСНОСТЬ СТАТИЧЕСКОГО ЭЛЕКТРИЧЕСТВА............................................. 89

4.1. Условия возникновения разрядов.................... 89

4.2. Чувствительность объекта к зажигающему воздействию разрядов статического электричества.....................108

4.3. Зажигающая способность разрядов статического электричества.............................................109

4.4. Критерии электростатической искробезопасности.....116

Выводы по главе 4.....................................122

Глава 5. ПОЖАРНАЯ ОПАСНОСТЬ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ КОНТАКТОВ.................................................126

5.1. Общая характеристика пожарной опасности электрических контактов..........................................126

5.2. Вольтамперная характеристика аварийного контактного перехода..................................................130

5.3. Методика установления значений напряжения аварийного контактного перехода.....................................135

5.4. Результаты определения напряжения аварийного контактного перехода........................................137

5.5. Оценка зажигающей способности единичных аварийных

контактов в электрических цепях объектов хранения и переработки зерна........................................141

5.6. Расчет некоторых тепловых характеристик пожарной опасности электроустановочных устройств................. 142

5.7. Определение характеристик теплового импульса выхлопа низковольтных электрических аппаратов...................146

Выводы по главе 5.....................................149

ВНЕДРЕНИЕ И ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ЭФФЕКТИВНОСТЬ РЕЗУЛЬТАТОВ ИССЛЕДОВАНИЯ...............................151

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ И РЕКОМЕНДАЦИИ........................157

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ.............................163

ПРИЛОЖЕНИЯ

Приложение 1..........................................179

Методика определения характеристик зажигаемости горючих веществ и материалов

Приложение 2...........................................213

Инструкция по обеспечению соответствия требованиям электростатической искробезопасности (ЭСИБ) оборудования по хранению и переработке зерна

Приложение 3..........................................279

Фрагмент из книги Пальмера К.Н. со списком специалистов в области обеспечения взрыво- и пожаробезопасности

пылей.....................................................282

Фрагменты государственных стандартов..................284

Данные пожарной статистики_____ ......................291

Испытательное устройство "Элементарное пламя".........294

ВВЕДЕНИЕ

В Законе РФ "О безопасности" безопасность определяется, как состояние защищенности личности, общества и государства от внутренних и внешних угроз. Существенна угроза со стороны техногенной среды. Основные источники опасности: вяло протекающие в течение длительного времени промышленные аварии в виде выброса вредных веществ; внезапные и быстроразвивающи-еся аварии и катастрофы, включая взрывы и пожары в промышленности, сельском хозяйстве и на транспорте; создание комплексов добывающей промышленности и энергетики и изменение природных условий в результате деятельности человека /1/.

Размеры ущерба за 1990 г. от источников опасности первого рода по природным комплексам в Рф составили 236 млрд. руб.

70 млн. человек дышат воздухом с содержанием вредных веществ более, чем в 5 раз превышающим установленные санитарными нормами ПДК. 10% добываемой нефти поступает в окружающую среду, являясь источником ее загрязнения. 130 регионов заражены радионуклидами и токсинами.

Чернобыль в общественном мнении отодвинул на второй план даже "опасность ядерной войны". По мнению наиболее компетентных специалистов, которых собрал Президиум РАН с целью обсуждения проблем безопасности ядерной энергетики и перспектив ее развития< реализуемы определенные ориентиры по безопасности:

вероятность аварии с расплавлением активной зоны до 10 "5

случаев на 1 реактор в год и вероятность выхода радиоактивных продуктов из подзащитной оболочки реактора до 10 "7 на 1 реактор в год. Вероятность тяжелой аварии на РБМК первого поколения после 1986 снижена до 10 ~4, а на Ленинградской АЭС до 10 "6 на 1 реактор в год /2/.

От аварий и пожаров в РФ ежегодно погибают > 50 ООО человек и ущерб превышает десятки млрд. руб.. В РФ при техногенных авариях гибель людей в 2-5 раз выше, чем в любой другой промышленно развитой стране мира. Неблагоприятна динамика изменения гибели людей на 1 млн. населения. В начале 70-х годов в РФ на 1 млн. населения ежегодно погибали 175 человек в дорожно-транспортных происшествиях и 19 на пожарах, а за 1991 г. соответственно - 253 и 52. В 1994 г. ив 1995 г. на 1 млн. населения гибель людей при пожарах возросла до 85 человек в городах, до 164 - в сельской местности и до 105 в среднем.

Техногенная опасность начинает превосходить опасность от стихийных бедствий. Так в США на ее долю приходится 15-25 % преждевременной смертности и ущерб, достигающий 6% валового национального продукта, а на долю стихиных бедствий соответственно до 5% и до 1%. В РФ на рост техногенной опасности влияет беспрецедентное устаревание основных производственных фондов. По отдельным отраслям износ превышал 50% /1/.

Снижение техногенной опасности частично должно обеспечиваться реализацией требований пожарной безопасности /3/ и взрывобезопасности /4/, включая требования профилактики источников зажигания.

Одной из наиболее острых проблем, стоящих перед обществом, была и остается проблема обеспечения пожарной безопасности и взрывобезопасности.

По СССР за 1990 и 1991 годы пожарами уничтожено соответственно /5/:

Строений 65420 и 53374;

Зерновых и технических культур, т. 26891 и 13817;

Голов скота 79384 и 69250.

Погибло людей 9990 и 10464.

Травмировано 13736 и 13827.

Основные и относительные показатели обстановки с пожарами в России за 1990-96 г.г. и основные причины их возникновения показаны в табл. NN 1 - 6.

Таблица 1.

Основные показатели обстановки с пожарами в РФ за 1990-96 г. г.

Показатель 1990 1991 1992 1993 1994 1995 1996

Количество пожаров (П), тыс. в городах в сельской мест. 300,8 211,1 89,7 317,5 221,4 96,1 314,6 220,8 93,8 332,4 238,3 94,1 325,2 229,5 95,7 294.3 206.4 87,6 283,8 191, 9 92,9

Количество погибших при (П), чел. в городах в сельской мест. 6888 3264 3624 7705 3876 3829 10305 5503 4802 13712 7706 6006 15733 9022 6711 14893 8767 6126 15877 91.80 6697

Количество травм при (П), чел. в городах в сельской мест. 7831 4929 2902 8503 5810 2693 9778 6639 3139 11559 8061 3498 12200 8457 3743 13513 9476 3991 -

Количество уничтоженных строений, тыс. ед, в городах в сельской мест. 50,3 19,1 31-, 2 54,9 21 ) ^ 33,7 68,6 30,0 38,6 70 31,7 38,3 71.5 30,9 40.6 72,3 31,3 41,0 -

Количество уничтоженной техники, тыс. ед. в городах в сельской местности 4,7 2,1 2,6 5,5 1.7 3.8 7,0 3,0 4,0 6,3 3.1 3.2 5,9 2,9 3, 0 7,7 4,4 3,2 -

Показатель 1990 1991 1992 1993 1994 1995 1996

Количество погиб- 53,9 45,8 62,5 39,3 41,9 41,2

шего скота,

тыс. гол.

в городах 6,0 8,5 8,7 7,9 5,9 5,8

в сельской мест. 47,9 37,3 53,8 31,2 36,0 35,3 —

Таблица 2.

Динамика основных показателей обстановки с пожарами в Российской Федерации за 1994-95 г. г.

Показатель 1994 1995 + или - к 1994 г. в %

Количество пожа- 323, 8 294, 3 - 9,1 %

ров (П), тыс.

в городах 1. 206,4 - 11,1 %

в сельской мест. 91,3 87,6 - 4,0 %

Прямой мат. ущерб 279,8 889,3 вырос в 3,2 раза

от пожаров (11), млн. р.

в городах 154,1 463,2 в 3,0

в сельской мест. 124,6 424,8 в 3,4

Число погибших 15672 14893 - 5,0 %

при (П), чел. 9113

в городах 8767 - 3,8 %

в сельской мест. 6559 6126 - 6,2 %

Число травмирован- 12131 13513 11,4 %

ных при (П), чел.

в городах 8457 9476 12,0 %

в сельской мест. 3631 3991 9, 9 %

Спасено людей, чел.27394 24075 - 12,1 %

в городах 21415 19462 - 9,1 %

в сельской мест. 5969 4602 - 22,9 %

Количество унич- 71,5 72,3 1,1 %

тоженных строе-

ний, тыс. ед.

в городах 30,9 31,3 1,2 %

в сельской мест. 40,5 41, 0 1,2 %

Показатель 1994 1995 + или - к в % 1994 г.

Количество уничт. 3846,9 3751,1 - 2,5 %

площади строений,

тыс. кв. м.

в городах 1186,1 1256, 3 5,9 %

в сельской мест. 2656, 0 2488,5 - 6,3 %

Уничтожено жилых 41,2 38; 2 - 7,3 %

квартир или комнат,

тыс. ед.

в городах 14,1 14,2 0,8 %

в сельской мест. 27,1 24,0 - 11,4 %

Количество унич- 5,9 7,7 29,7 %

тоженной техники,

тыс. ед.

в городах 4,4 49,1 %

в сельской мест. ^ f 9 3,2 11,7 %

Количество погиб- 41,9 41,2 - 1,6 %

шего скота,

тыс. гол.

в городах 5,9 5,8 - 1,7 %

в сельской мест. 36,0 35,3 - 0,8 %

Спасено мат. цен- 775,8 10931,1 вырос в 14,1 раза

ностеи, млрд. р. в городах 495,8 8677,1

в сельской мест. 278,1 2233,8

в 17,7 в 8,0

Таблица 3.

Относительные показатели обстановки с пожарами в РФ за 1990-96 г.г.

Показатель 1992 1993 1994 1995 1996

Количество (П) на 2180 2200 2100 2070 1976

1 млн. населения

в городах 2000 2200 2100 2010

в сельской мест. 2410 2400 2300 2236 _

Прямой мат. ущерб 1178,0 1440,0 1016,0 3021,6 10330

от 1-го (П), тыс.р.

в городах 782,0 1730,0 797,0 1 f

в сельской мест. 1966,0 703,0 1542, 0 4850, 0 —

Показатель 1992 1993 1994 1995 1996

Количество погиб- 69 92 105 105 52

ших при (П), на

1 млн, населения

в городах 50 70 84 85 —

в сельской мест. 120 154 164 160 -

Количество травм 65 77 81 95

при (П) на 1 млн.

населения, чел.

в городах 60 73 78 92 —

в сельской мест. 78 90 91 102 —

Таблица 4.

Динамика относительных показателей обстановки с пожарами в Российской Федерации за 1994-95 г.г.

Показатель 1994 1995 + или - к 1994 г.

в %

Количество (П) на 1 млн. населения в городах в сельской мест.

Прямой мат. ущерб от 1-го (П), тыс.р. в городах в сельской мест.

Количество погибших при (П), на 1 млн. населения в городах в сельской мест.

Количество травм при (П) на 1 млн. населения, чел. в городах в сельской мест.

Число погибших при П людей, на 1000 П, чел.

в городах в сельской мест.

2100 2070 - 1.4 %

2100 2010 - 4,3 %

2300 2236 - 2,8 %

1016,0 3021,6 вырос в 3,0

797,0 2244,2 в 2,8

1542,0 4850,0 в 3,1

105 105 - 0,2 %

84 85 1,6 %

164 160 - 5,0 %

81 95 17,3 %

78 92 18,3 %

91 102 11,9 %

48 51 5,4 %

39 42 8,9 %

71 70 - 1,8 %

Показатель 1994 1995 + или - к 1994 г.

в %

Прямой мат. ущерб на 2,0 на 1 чел., тыс. р.

в городах 1,5

¡в сельской мест. 3,3

6,3 вырос в 3,2 раза

4,5 10,8

в в

3, О 3,3

Таблица 5.

Причины возникновения пожаров в РФ за 1990-94 г. Р.

Причины Количество пожаров, ед. Погибло, чел.

1990 1991 1992 1993 1994

Поджог 9565 206 11886 263 19858 387 23062 538 23344 522

Неисправность и 4687 нарушение правил 32 экспл. технологического оборудования 4941 42 4334 50 4426 -48 3788 39

Нарушение правил экспл. электрооб. и бытовых электроприборов 66176 1334 72183 1651 67034 1972 66456 2876 67242 3434

Констр. недостатки и нарушение правил экспл. печного оборудования. 23702 . 671 27398 651 24638 771 27717 1163 27909 1404

Неосторожное обращение с огнем 127355 2960 129152 3251 128175 4969 139862 6733 139888 8204

Шалость детей с огнем 34604 572 36083 515 34220 469 37817 622 32787 503

Неустановленные причины 8216 260 8668 313 10034 415 10503 486 8660 486

На сельскохозяйственных объектах защиты в РФ в 1993 и 1994 г.г. произошло 19854 и 18969 пожаров, при которых погибли 834 и 787 человек соответственно.

В 1992 г. по РФ на 11.08.9'2 произошло 18277 пожаров в лесах и на торфопредприятиях. Огнем повреждено 874184 га. Наиболее пожароопасная зона расположена в пределах "Золотого кольца" /7/.

Пожары причиняют существенный ущерб экономике, составляющий в среднем 0,25 % годового национального дохода.

Таблица 6.

Данные о пожарах по России за 1995 г.

Причина пожара Сельхоз техника

кол-во пожаров погибло людей травмы людей ущерб, млн. руб.

Установленные поджоги

Неиспр. производств, оборудования, нарушение технолог, регл. (всего) Вт. ч.:

Недост. констр. оборуд-я Нарушение технологического регламента Разряд статического эл-ва Разрушение движ. узлов Неиспр. сист. охлаждения и трение

Неисправность, отсутствие скрогасителя

рочие причины по оборуд-ю

п

Нарушение ПУЭ электрооборудования (всего) Вт. ч.:

Недост. констр. и изготовления эл.оборуд-я НППБ монтажа эл.оборуд-я НППБ экспл. эл.оборуд-я НППБ экспл. бытовых эл. приборов

НППБ электрогазосварочных работ

Самовозгорание вещ. и матер. НПУЭ теплогенер. установок

19 175

15 7

1 65 23

15

49

168

31

18 118 1

15

9 2

3 3

1

2

314,4 926,4

206,9 206, 9

1, 3 258, 8 50, 2

25,1

277, 6

1624,1

382,7

230,7 1010,7

16,1 11.8

Причина пожара Сельхоз техника

кол-во пожаров погибло людей травмы людей ущерб, млн. руб

Неосторожное обращение с 39

огнем

Вт. ч.:

При курении 8

НППБ при проведении огне- 1 вых работ

Прочие причины по этой гр. 22

Неосторожное обращение 8 детей с огнем

Грозовые разряды 1

Неустановленные причины 1

Прочие Причины 53

ВСЕГО 482

2 1 1

5

13

180,7

8.3

2.4

137,2 32.9

7,0 22. 0 449, 1 3578.7

В Германии ежегодно происходит до 8000 пожаров и промышленных аварий. Сумма страховых выплат составляла около 5 млрд. марок, а ущерб около 3,5 млрд. марок /8/.

По США общее число пожаров в 1979 и в 1985 годах - 2700 и 2300 и на 1 тыс. жителей - 13,2 и 9,68 соответственно. Ущерб от 1 пожара - 37,3 $ и 38,3 $. Травмировано на 1 млн. жителей. - 408 и 463. Общее число жертв - 7800 и 6200, что на 1 млн. жителей составляет - 34, 8 и 26,1. Погибших попарных - 137 и 117 /9/. Риск гибели пожарных в США составляет 0,00068 в течении года ( 68 на 100 ООО челоиек ) при риске травматизма 0,1 /10/.

Вероятностный, неуправляемый и непрогнозируемый характер пожаров усиливает их неблагоприятное воздействие на экономику.

В США после пожаров прекращают существование 43% предприятий, 28% - восстанавливаются в течение 3 лет и продолжают функционировать только 23 %. В 1989 после пожаров прекратили существование 2500 фирм и предприятий /11/.

В РФ в сельской местности происходит 55% пожаров и причиняется до 60% ущерба. Гибнут на пожарах объектов АПК до 5 тыс. человек ежегодно. 60% хозяйств АПК не имеют пожарных машин, а в боевых расчетах других - по 1 или 2 человека и они прибывают на пожар через час. Если в городах среднее время сообщения о пожаре, время ликвидации пожара и рост площади пожара с момента прибытия подразделения составляют соответственно: 10 мин., 8мин., 1,6 ч. и 28%, - то в сельской местности они соответственно составляют: более 20 мин., 20 мин., 3 ч. и 300 % /12/. Данные сообщения /12/ мало отличаются от представленных в таблице 7 показателей оперативного реагирования и тушения пожаров в РФ за 199С-94 г.г.

Таблица 7.

Показатели оперативного реагирования и тушения пожаров в РФ за 1990-94 г. г.

Показатель . 1990 1991 1992 1993 1994

Среднее время 9,73 прибытия 1-го пожарного подразделения, мин.

в городах 7,76

в сельской мест. 15,41

Среднее время 40,49 тушения, мин.

в городах 29,74

в сельской мест. 71,34

9,83 9,67 9,79 10,57

7,86 1.5,22 7,66 15,41 7,68 16,73 7,87 10, 43

42,96 47,00 52, 24 54,34

31,41 74,64 33,98 84,06 38,80 96,27 39.47 97', Т8

Наиболее критическое положение сложилось в отраслях пищевой и перерабатывающей промышленности, где на некоторых предприятиях России физический износ средств производства превышает 90% /13/.

Большой ущерб экономике причиняют взрывы. В таблице N 8 сообщаются данные только о той части взрывов, которым сопутствовали пожары и которые учитывались, как источник зажигания, послуживший причиной возникновения пожара /5/. Значительная часть взрывов., как следует из таблицы N 9, приходится на долю пылей сельскохозяйственных продуктов1, включая продукты предприятий по хранению и переработке зерна /14, 15/. За десятилетия 1971-1980 г.г. и 1981-1990 г. г. на этих предприятиях произошло соответственно 82 и ИЗ взрывов / 15 /. Из них: 20 и 30 взрывов на элеваторах; 15 и 18 - на мукомольных заводах; 33 и 40 - на комбикормовых заводах* включая 2 и 4 взрыва в вагонах. Надзор за предприятиями хлебопродуктов осуществляется Госгортехнадзором России, как и надзор за горными предприятиями, предприятиями химической и нефтехимической промышленности и взрывоопасными предприятиями других отраслей народного хозяйства. Взрывоопасность и пожарная опасность объектов АПК обусловлена взрывоопасными и пожароопасными свойствами сельскохозяйственных продуктов и продуктов их переработки, а также свойствами способных загораться и горе�