Указание МПС РФ от 14 декабря 1999 г. № Г-2784у
"О внесении дополнений к ВНТП 05-97"

В связи с применением на тяговых подстанциях электрифицированных железных дорог России аккумуляторных батарей с рекомбинацией газа, выпускаемых зарубежными фирмами, Министерство путей сообщения приказывает:

Утвердить Приложение 3а к ВНТП 05-97 "Определение категорий помещений и зданий предприятий и объектов железнодорожного транспорта по взрывопожарной и пожарной опасности", согласованное с Всероссийским научно-исследовательским институтом противопожарной обороны (ВНИИПО) МВД России (письма № 43/3.5/5544 от 09.04.99 г. и № 43/3.5/1645 от 11.11.99 г.).

Приложение на 5 стр.

Приложение
к указанию МПС РФ
от 14 декабря 1999 г. № Г-2784у

Приложение 3а
к ВНТП 05-97

Расчет
избыточного давления взрыва водорода в аккумуляторных
помещениях тяговых подстанций, оборудованных свинцовыми
аккумуляторными батареями с рекомбинацией газа

I. Общие положения

1.1. Настоящее Приложение разработано в соответствии с требованиями норм Государственной противопожарной службы МВД России (НПБ 105-95) "Определение категорий помещений и зданий по взрывопожарной и пожарной опасности" с учетом специфики объектов отрасли.

Приложение распространяется на проектируемые новые, расширяемые, реконструируемые, технически перевооружаемые и действующие аккумуляторные помещения, оборудованные свинцовыми аккумуляторами с рекомбинацией газа.

1.2. Категория аккумуляторного помещения по взрывопожарной и пожарной опасности определяется на стадии проектирования зданий и сооружений в соответствии с НПБ 105-95, ВНТП 05-97 и настоящим Приложением.

1.3. Принцип работы свинцовых аккумуляторов с рекомбинацией газа (в дальнейшем "аккумуляторы") основан на внутренней или внешней рекомбинации (90 % и более) выделяемого водорода.

1.4. Категории помещений и зданий следует применять для установления нормативных требований по обеспечению взрывоопасной и пожарной безопасности указанных помещений и зданий в отношении планировки и застройки, этажности, площадей, размещения помещений, конструктивных решений. Мероприятия по обеспечению безопасности людей должны назначаться в зависимости от пожароопасных свойств и количества веществ и материалов в соответствии с ГОСТ 12.1.004-91 и ГОСТ 12.1.044-89. Термины и определения приняты в соответствии со СТ СЭВ 447-77, СТ СЭВ 383-87, ГОСТ 12.1.033-81 и ГОСТ 12.1.044-89.

II. Расчет избыточного давления взрыва водорода

2.1. Выбор и обоснование расчетного варианта

2.1.1. При расчете избыточного давления взрыва в качестве расчетного варианта принимается наиболее неблагоприятный в отношении взрыва период, связанный с формовкой и зарядом полностью разряженных батарей с напряжением более 2,3 В на элемент и наибольшем значении зарядного тока, составляющем десять процентов от номинальной емкости батареи (0,1∙С).

2.1.2. Заряд аккумуляторных батарей происходит до номинальной емкости, (А∙ч). Количество одновременно заряжаемых батарей устанавливается в зависимости от эксплуатационных условий, мощности и напряжения внешнего источника тока. Для расчёта принимается наиболее неблагоприятный вариант - одновременная зарядка всех аккумуляторных батарей, находящихся в помещении. Время зарядки полностью разряженной аккумуляторной батареи по техническим характеристикам составляет 72 часа. Однако для расчёта и обоснования параметров вентиляции помещения достаточно расчёт поступления водорода произвести за 1 час зарядки.

2.1.3. За расчетную температуру принимается максимальная абсолютная температура наружного воздуха в населенном пункте (климатической зоне), согласно СНиП 2.01.01-82 "Строительная климатология и геофизика".

2.1.4. Расчет проводится на основании данных об интенсивности выделения водорода W (м³/ч) при аварийном условии заряда аккумуляторов, подтвержденных заключениями ВНИИПО МВД России о пожаровзрывобезопасности аккумуляторов конкретной модели.

2.2. Методика расчета поступающего в помещение водорода при зарядке аккумуляторных батарей с рекомбинацией газа

1) Определяется объем водорода, поступившего в помещение при зарядке нескольких батарей:

V_н = (W₁∙n₁ + W₂∙n₂ + … + W_i∙n_i)∙Т, м³,

где W_i - интенсивность выделения водорода i-ой батареи, м³/ч,

n_i - количество аккумуляторов i-ой батареи, шт.;

Т - расчётная продолжительность поступления водорода, ч (Т = 1 ч).

2) Определяется объем водорода, поступившего в помещение при заряде, с учетом температуры наружного воздуха t_в:

V_н = V_н (1 + 0,00367∙t_в)/1,08,

3) Расчёт концентрации водорода за 1 час зарядки:

С = V_н∙100/(V_св∙K_н),

где: V_св - свободный объем помещения, м³;

K_н - коэффициент, учитывающий негерметичность помещения (K_н = 3).

3) Производится расчет избыточного давления взрыва водорода в аккумуляторном помещении по методике НПБ 105-95 (п. 3.5):

ΔР = (P_max - P₀)∙V_н∙Z∙100/(V_св∙С_ст∙K_н), кПа,

где P_max - максимальное давление взрыва стехиометрической газовоздушной среды в замкнутом объеме (P_max = 900 кПа);

P₀ - начальное давление (P₀ =101 кПа);

Z - коэффициент участия горючего во взрыве (Z = 1);

С_ст - стехиометрическая концентрация водорода (С_ст = 29,24 % (об)).

III. Пример определения категории аккумуляторного помещения по взрывопожарной и пожарной опасности при применении аккумуляторов с рекомбинацией газа

3.1. Исходные данные.

Аккумуляторное помещение проектируемой тяговой подстанции электрифицированного участка железной дороги объемом 70 м³ оборудуется аккумуляторами с внутренней рекомбинацией газа производства французской фирмы "Ольдам Франс" ("Oldham France") серии ESPАСЕ RG, классифицируемые как "батареи с внутренней рекомбинацией газа". Батарея состоит из 102-х элементов (34 моноблока - аккумуляторы 6 RG 140 емкостью 140 А∙ч). Свободный объем помещения V_св = 56 м³.

Максимальная абсолютная температура воздуха в районе строительства согласно СНиП 2.01.01-82 "Строительная климатология и геофизика" равна 35 °С.

Необходимо определить категорию помещения по взрывопожарной и пожарной опасности.

3.1. Решение.

1) Производится оценка интенсивности выделения водорода W (м³/ч) аккумуляторов 6 RG 140.

Для этого используются данные (табл. 1) "Заключения о пожаровзрывобезопасности герметичных стационарных свинцовых аккумуляторов с рекомбинацией газа типа ESPACE RG, HI и EG (OPzV) фирмы "Oldham France S.A" ВНИИПО МВД России от 25 ноября 1997 г., которые соответствуют техническим характеристикам данных аккумуляторных батарей.

Таблица 1

Примечания:

1) ^* - при нормальных условиях заряда (U_зар < 2,3 В/эл; температура окружающей среды t_в = 20 ± 2 °C);

2) ^** - при аварийных условиях заряда (U_зар > 2,4 В/эл; температура окружающей среды t_в = 20 ± 2 °C);

3) Скорость выделения водорода прямо пропорциональна емкости элемента, поэтому для других емкостей скорость выделения водорода будет кратна значениям, указанным в таблице.

Поскольку скорость выделения водорода кратна емкости аккумуляторов, указанных в табл. 1 (для элемента RG емкостью 100 А∙ч W = 3,0 см³/ч), находим интенсивность выделения водорода одного аккумулятора (моноблока) 6 RG 140 емкостью 140 А∙ч при аварийных условиях заряда:

W_RG = (140/100)∙3,0 = 4,2 см³/ч = 4,2∙10^-6 м³/ч.

2) Определяется объем водорода, поступившего в помещение при заряде 102 моноблоков за расчётное время 1 час:

V_в = (W_RG∙n_RG)∙T = (4,2∙10^-6∙102)∙1 = 4284∙10^-7 м³.

3) Определяется объем водорода, поступившего в помещение при заряде с учетом температуры t_в = 35 °C:

V_н = V_н∙(1 + 0,00367∙t_в)/1,08 = 4284∙10^-7∙(1 + 0,00367∙35)∙1,08 = 4480∙10^-7 м³.

4) Определение концентрации водорода в помещении за 1 час зарядки:

С = V_н∙100/(V_св∙K_н) = 4480∙10^-7∙100/(56∙3) = 0,26∙10^-3 %, об.

Процентное содержание водорода в помещении намного ниже нижнего концентрационного предела взрыва (НКПР), равного 4% (по данным справочника "Пожаровзрывоопасность веществ и материалов и средств их тушения", т. 1, 2, М.: Химия, 1990 г.) Кроме того, процентное содержание водорода ниже, чем значение 0,1. НКПР = 0,1∙4 = 0,4 %, об, поэтому по НПБ 105-95 в данном помещении достаточно предусмотреть естественную вентиляцию, обеспечивающую концентрацию водорода не более 0,1 НКПР.

5) Производится расчет избыточного давления взрыва водорода в аккумуляторном помещении:

ΔР = (P_max - P₀)∙V_н∙Z∙100/(V_св∙С_ст∙K_н) = (900 -101)∙4480∙10^-7∙1∙100/(56∙29,24∙3) = 0,0072 кПа.

Поскольку расчетное избыточное давление взрыва значительно меньше 5 кПа, вследствие незначительного выделяющегося объема водорода, то в соответствии с табл. 1 ВНТП 05-97 данное помещение относится к категории В4.

IV. Рекомендации по обеспечению пожаровзрывобезопасности аккумуляторных помещений при использовании аккумуляторов с рекомбинацией газа

На основании заключений ВНИИПО МВД России о пожаровзрывобезопасности герметичных стационарных свинцовых аккумуляторов с рекомбинацией газа различных типов и фирм изготовителей, которые используются в источниках бесперебойного питания, необходимо выполнять следующие требования:

- в аккумуляторном помещении необходимо предусмотреть естественную вентиляцию, обеспечивающую концентрацию водорода не более 0,1 НКПР;

- зарядное устройство при любых колебаниях напряжения в сети должно поддерживать напряжение заряда не выше указанного в инструкции по эксплуатации и автоматически отключаться при превышении этого значения;

- в процессе эксплуатации необходимо исключить возможность возникновения источника зажигания в аккумуляторном помещении (курение, проведение работ с применением открытого источника пламени и т.д.);

- срок эксплуатации аккумуляторных батарей не должен превышать установленный техническими условиями;

- необходимо осуществлять периодический контроль напряжения заряда и его корректировку с учётом температуры окружающей среды, согласно техническим условиям и инструкции по эксплуатации.

V. Заключение

1. Аккумуляторное помещение тяговых подстанций при использовании аккумуляторов с рекомбинацией газа (90 % и более) относится по взрывопожарной и пожарной опасности к категории В4 при условии непревышения удельной пожарной нагрузки 180 МДж∙м^-2 (см. Раздел 4 ВНТП 05-97). Расчётное давление взрыва водорода значительно меньше 5 кПа.

2. К помещениям категории В4 следует применять требования пожарной безопасности, установленные действующими СНиП и НПБ, как для категории Д (см. Примечание 12 приложения 2 ВНТП 05-97).

3. Для помещений категорий В1 - В4 и ниже по заключению ВНИИПО МВД России (письмо от 11.11.99 г. № 43/3.5/1645) организация вытяжной вентиляции с искусственным побуждением не требуется, если естественная вентиляция обеспечивает поддержание концентрации горючих газов, паров и пыли менее 0,1 НКПР (для водорода 0,4 %, об.).

4. Систему отопления необходимо устанавливать согласно СНиП 2.04.05-91 (приложение 11), как для помещений без выделения пыли и аэрозоля.

5. Применение аккумуляторных батарей с рекомбинацией газа на объектах железнодорожного транспорта России допускается при наличии заключения ВНИИПО МВД России об их пожаровзрывобезопасности, согласованного с Управлением военизированной охраны и Департаментом электрификации и электроснабжения МПС России.