Взрывоопасна та среда, если одновременно выполняются два условия:
- в ней присутствуют горючие вещества в диспергированном состоянии — в виде газа, пара, тумана, пыли, волокон или летучих частиц
- концентрация этих веществ находится в диапазоне между нижним концентрационным пределом распространения пламени (НКПР) и верхним концентрационным пределом распространения пламени (ВКПР).
При концентрации ниже НКПР смесь слишком бедна для воспламенения, выше ВКПР — слишком богата. Взрыв возможен только в диапазоне между этими порогами.
Это определение закреплено в ТР ТС 012/2011 «О безопасности оборудования для работы во взрывоопасных средах». Для технологических трубопроводов и сосудов под давлением параллельно применяется классификация рабочих сред по ТР ТС 032/2013 — там взрывоопасность является критерием отнесения среды к первой группе. Оба регламента используют схожие физические критерии, но для разных целей.
Определите класс вашей среды
Воспользуйтесь инструментом ниже, чтобы определить, относится ли ваша среда к взрывоопасной, и если да — к какому классу зоны. Базовый режим требует указать агрегатное состояние горючего вещества и условия его присутствия. Расширенный режим дополнительно определит подгруппу среды и проверит концентрацию по НКПР.
Что делать с результатом
Если инструмент определил, что ваша среда взрывоопасная — это отправная точка, а не конечный результат. Следующий шаг: классифицировать взрывоопасные зоны на объекте по ГОСТ 31610.10 с учётом источников выделения и вентиляции, выбор оборудования с нужным уровнем взрывозащиты и его сертификация по ТР ТС 012/2011. Подробнее о классах зон и порядке их определения — в статье классификация взрывоопасных зон.
Правильное определение НКПР и параметров среды — основа корректной классификации взрывоопасной зоны. Эксперты ПромТехСтандарт помогут провести классификацию и определить требования к оборудованию.
Примеры взрывоопасных сред и значения НКПР
Для наиболее распространённых горючих веществ нижний концентрационный предел распространения пламени составляет: метан — 5,0% об., пропан — 2,1% об., водород — 4,0% об., ацетилен — 2,5% об., аммиак — 15,0% об., бензин — около 0,8% об., этанол — 3,6% об., сероводород — 4,0% об., этилен — 2,7% об. У пылевых сред НКПР значительно выше в абсолютном выражении: древесная пыль — около 30 г/м³, сахарная пыль — около 60 г/м³, алюминиевая пыль — около 40 г/м³, мучная пыль — около 50 г/м³, угольная пыль — около 35 г/м³.
Само по себе присутствие горючего вещества ещё не делает среду взрывоопасной — взрывоопасная концентрация должна реально образовываться в рабочей зоне. Если технологический процесс исключает выход горючего вещества в атмосферу при нормальной эксплуатации и только при аварии возможно кратковременное превышение НКПР — это принципиально другая ситуация с точки зрения классификации зон.
Как влияют температура и давление на взрывоопасность среды
Значения НКПР и ВКПР, приводимые в справочниках, определены при стандартных условиях — температуре 20°C и атмосферном давлении. На реальных производственных объектах условия могут существенно отличаться, что меняет взрывоопасные характеристики среды. Повышение температуры расширяет диапазон взрывоопасных концентраций: НКПР снижается, ВКПР повышается. Для приблизительной оценки принято, что на каждые 100°C повышения температуры НКПР снижается примерно на 8–10% от своего значения при 20°C. Повышение давления в большинстве случаев снижает НКПР и расширяет диапазон в сторону богатых смесей.
Это означает, что для высокотемпературных процессов — нагрев органических растворителей, горячая переработка нефтепродуктов — взрывоопасная концентрация может образовываться при значительно меньшем содержании горючего вещества в воздухе, чем следует из справочных данных. При классификации зон на таких объектах стандартные справочные значения НКПР применять без поправки на температуру некорректно.
Взрывоопасность смесей нескольких горючих веществ требует специального расчёта. Специалисты ПТС помогут правильно оценить взрывоопасность смесей и подобрать взрывозащищённое оборудование.
Взрывоопасность смесей нескольких горючих веществ
На практике технологические среды нередко содержат несколько горючих веществ одновременно. НКПР смеси горючих газов рассчитывается по формуле Ле Шателье: НКПР_смеси = 100 / (C₁/НКПР₁ + C₂/НКПР₂ + … + Cₙ/НКПРₙ), где C₁, C₂… Cₙ — объёмные доли компонентов в горючей части смеси в процентах, а НКПР₁, НКПР₂… НКПРₙ — нижние концентрационные пределы каждого компонента. Формула Ле Шателье применима для смесей горючих газов с близкими физико-химическими свойствами и даёт достаточно точный результат для большинства углеводородных смесей.
Для смесей веществ с существенно различающимися свойствами — например, смеси горючего газа с токсичным компонентом или смеси с ингибирующими горение добавками — расчётные методы могут давать погрешность, и для точной классификации потребуются экспериментальные данные. Если характеристики вашей смеси нужно уточнить или подтвердить для проектной документации, специалисты ПромТехСтандарт помогут с их определением и правильным оформлением.
Пограничные случаи: когда среда не является взрывоопасной
Не каждая среда с горючими веществами является взрывоопасной. Горючая жидкость с высокой температурой вспышки при нормальной температуре окружающей среды не создаёт взрывоопасной концентрации паров — она создаёт пожароопасную среду. Газ выше ВКПР горит, но не взрывается в смысле самоподдерживающегося распространения пламени. Взрывоопасные вещества и нестойкие химические соединения — порох, пиротехника — создают взрывоопасность иной природы и под действие ТР ТС 012/2011 не подпадают.
Если после работы с калькулятором остались сомнения в классификации вашей среды — особенно для смесей нескольких веществ, нетипичных условий давления и температуры или пограничных концентраций — специалисты ПромТехСтандарт разберут конкретную ситуацию.
FAQ
Если концентрация горючего газа ниже НКПР, среда не является взрывоопасной?
При концентрации ниже НКПР смесь формально не является взрывоопасной. Однако при классификации зон учитывается не только текущая концентрация, но и возможность её достижения при нарушениях технологического процесса, авариях или ухудшении вентиляции. Именно поэтому зоны класса 2 выделяются даже там, где взрывоопасная концентрация при нормальной работе не образуется.
Относится ли пар над поверхностью горючей жидкости к взрывоопасной среде?
Зависит от температуры жидкости и температуры вспышки. Если температура жидкости выше температуры вспышки — концентрация паров над её поверхностью превышает НКПР, среда взрывоопасная. Если ниже температуры вспышки — концентрация паров недостаточна для воспламенения, среда пожароопасная. При оценке конкретного объекта необходимо учитывать весь диапазон рабочих температур, включая возможные нарушения регламента.
Как определить НКПР для вещества, которого нет в справочниках?
Для веществ, отсутствующих в стандартных справочниках, НКПР определяется экспериментально в аккредитованной лаборатории или рассчитывается по эмпирическим формулам — например, через теплоту сгорания вещества или по структурным параметрам молекулы. Расчётные методы дают приближённый результат и допустимы для предварительной оценки, тогда как для официального оформления в проектной документации, как правило, требуются экспериментальные данные.
Является ли природный газ всегда взрывоопасной средой?
Природный газ (основной компонент — метан, НКПР 5,0% об.) создаёт взрывоопасную среду только при концентрации от 5 до 15% об. в смеси с воздухом. При концентрации ниже 5% — среда невзрывоопасная, выше 15% — горючая, но не взрывоопасная в смысле распространения пламени. На практике в помещениях с газовым оборудованием при незначительных утечках концентрация метана обычно не достигает НКПР при нормальной вентиляции — но при её нарушении или длительном накоплении может войти в взрывоопасный диапазон.
Определить класс среды — это только первый шаг. Дальше нужно убедиться, что всё оборудование на этом участке имеет нужный уровень взрывозащиты и сертифицировано по ТР ТС 012/2011. Если в этой цепочке есть пробел — специалисты ПромТехСтандарт помогут его закрыть: от проверки соответствия существующего оборудования до сертификации нового.
