Анализ влияния антропогенных факторов на устойчивость территории

 

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение

Высшего профессионального образования

"КУБАНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ"

(ФГБОУ ВПО "КубГУ")

Кафедра интеллектуальных информационных систем

ДИПЛОМНАЯ РАБОТА

АНАЛИЗ ВЛИЯНИЯ АНТРОПОГЕННЫХ ФАКТОРОВ НА УСТОЙЧИВОСТЬ ТЕРРИТОРИИ

Работу выполнила А.В. Парахина

Научный руководитель,

канд. техн. наук., ст. науч. сотр.

Е.А. Cтепаненко

Нормоконтролер, ст. лаборант А.П. Еремчук

Краснодар 2012

Реферат

Дипломная работа ____ с., 8 табл., 2 рисунка, 8 источников, 1 приложение.

ВЗРЫВ, РЕЗЕРВУАР, НЕФТЕХРАНИЛИЩЕ, ОПАСНОСТЬ, РАЗРУШЕНИЕ.

Объектом исследования является нефтехранилище из четырех резервуаров, каждый из которых имеет объем 100 000.

Цель работы - исследование военной опасности на данном объекте и оценивание уровня риска для данного объекта и окружающей его территории.

В процессе работы был проведен анализ особенностей функционирования данного объекта в условиях нанесения по нему удара боеприпасом, была разработана модель исследования последствий этого удара и проведено оценивание.

В результате исследования были выявлены масштабы возможных последствий авиационного удара по исследуемому объекту.

Содержание

Реферат

Определения

Введение

1. Постановка задачи

2. Объект исследования

3. Общие сведения о горении

4. Пожаровзрывоопасные свойства веществ

5. Построение логического дерева событий

6.Составление сценариев развития событий

7. Методики определения опасных зон при авариях

7.1 Расчет характеристик взрыва

7.2 Метод расчета интенсивности теплового излучения при пожарах проливов

8. Оценка последствий взрыва

9. Взрывобезопасные технологии хранения нефтепродуктов

10. Противоаварийная защита

11. Противопожарная защита

12. Организационные мероприятия

Заключение

Список использованных источников

Приложение А

Определения

Авария - разрушение сооружений и (или) технических устройств, применяемых на опасном производственном объекте, неконтролируемый взрыв и (или) выброс опасных веществ.

Крупная авария - авария, при которой гибнет не менее десяти человек.

Анализ опасности - выявление нежелательных событий, влекущих за собой реализацию опасности, анализ механизма возникновения таких событий и масштаба их величины, способного оказать поражающее действие.

Безопасность - состояние защищенности прав граждан, природных объектов, окружающей среды и материальных ценностей от последствий несчастных случаев, аварий и катастроф на промышленных объектах.

Опасность - потенциальная возможность возникновения процессов или явлений, способных вызвать поражение людей, наносить материальный ущерб и разрушительно воздействовать на окружающую атмосферу.

Пожар - неконтролируемое горение, причиняющее материальный ущерб, вред жизни и здоровью граждан, интересам общества и государства.

Фугасность - характеристика взрывчатого вещества. Служит мерой его общей работоспособности, разрушительного, метательного и иного действия взрыва. Основное влияние на фугасность оказывает объем газообразных продуктов взрыва.

Воздушная ударная волна - это область резкого и сильного сжатия среды, которая распространяется в виде сферического слоя во все стороны со сверхзвуковой скоростью. Ударная волна возникает в результате взрыва, мощность которого оценивается тротиловым эквивалентом в килограммах, тоннах, килотоннах, мегатоннах или, когда речь идет о жидкостях, газовоздушных смесях, весом в тоннах.

Резервуарный парк - группа (группы) резервуаров, предназначенных для хранения нефти и нефтепродуктов и размещенных на участке территории, ограниченной по периметру обвалованием или ограждающей стенкой при наземных резервуарах и дорогами или противопожарными проездами при подземных (заглубленных в грунт или обсыпанных грунтом) резервуарах, установленных в котлованах или выемках.

Введение

В настоящее время безопасность и устойчивость работы техногенных объектов являются одной из базовых, стратегических проблем человечества на пути к устойчивому развитию. На земном шаре значительно возросло количество техногенных опасностей, угрожающих обществу, окружающей среде: химических, биотехнологических, атомных, оружейных, что существенно расширяет критическую зону для человека и природы. Чрезвычайные ситуации, катастрофы, аварии на гидротехнических, химических и военных производствах, газо- и нефтепроводах, АЭС становятся частым и обычным явлением.

По данным ряда ученых, такие события, как стихийные бедствия, техногенные аварии, характеризуются ростом их числа на 57%, ростом ущерба - на 5,1, ростом количества жертв - на 6,1% ежегодно. Эта же тенденция будет сохраняться и усиливаться до 2030 г. (Проект Государственной стратегии устойчивого развития Российской Федерации).

Нынешний этап развития цивилизации - это этап разрастающегося социально-экологического кризиса, преодоление которого требует пересмотра всех основных "истин" в экономической, социальной, демографической и экологической сферах на основе согласования их с законами биосферы и вытекающими из них ограничениями.

Перед миром встает огромная проблема: научиться моделировать, прогнозировать техногенные катастрофы, исключить момент "привыкания" к их возникновению и создать масштабные управленческие системы, не только организационно-технически, но и морально-психологически готовые к упреждающим действиям. В отношении к этим объектам позиция "ликвидации последствий" во многом является неприемлемой, хотя и здесь должна быть полная готовность. Размеры разрушающих последствий могут быть настолько велики, что надолго способны парализовать все ресурсы общества и природы. Все это налагает на производство и эксплуатацию такого рода объектов со стороны общества, субъектов управления особую ответственность не только в виде существенных капиталовложений и соответствующей технической вооруженности, но и всесторонней готовности на долгосрочной основе осуществлять масштабные меры профилактики, прогнозирования. Речь также идет о создании средств и систем упреждающего реагирования, прежде всего, научно-аналитических, информационных, способных предупреждать техногенные катастрофы. Назрела необходимость создания и надежного функционирования упреждающей системы управления техногенными объектами.

Анализ показывает, что эти объекты во многом сегодня находятся в состоянии чрезвычайной ситуации, ряд из них не имеет надежной упреждающей защиты. Тактические средства быстрого реагирования на требования экстремальной ситуации, в том числе и информационно-аналитические, представляются далеко не оптимальными.

Поэтому новое, насущное требование современной ситуации не только в России, но и в мире - это использование нетрадиционных, инновационных технологий.

Безопасность - одна из первейших потребностей человека, общества, государства, человечества. Ее сущность заключается в способности отражать, предупреждать, устранять опасности, угрожающие существованию указанных выше субъектов, а также разрушающие их фундаментальные интересы, без удовлетворения которых немыслимы жизнь, благополучие, развитие и прогресс.

Своевременно устранять опасность возможно в случае адекватных методов, направленных на борьбу с ней. Выработка таких методов немыслима без подробного и всеобъемлющего изучения причин, ее порождающих. Следовательно, говоря о безопасности, мы всегда подразумеваем существование целого ряда причин, ее обусловливающих в различных сферах жизни человеческого общества, а также, меры для их устранения. Важно заметить, что, рассматривая современное общество, многие ученые и специалисты различных областей знания отмечают, что его качественной особенностью, неотъемлемой чертой его внутренней жизни является систематическое взаимодействие с угрозами и разрушениями, порождаемыми перманентным процессом модернизации, ставшим характерной чертой современной цивилизации, и полагают, что "производство рисков" - социальный процесс. В развитом обществе социальное производство материальных ценностей систематически сопровождается "социальным производством риска". Иначе говоря, в определенном отношении это катастрофическое общество, которое требует смены социологической парадигмы. Одной из характерных черт новой парадигмы развития должно быть государственное прогнозирование и регулирование процесса модернизации, переход от неограниченного к ограниченному риску, когда приоритетом является сохранение, защита природы и человека, предотвращение опасности.

1. Постановка задачи

В данной работе рассматривается нефтехранилище, состоящее из 4-х резервуаров, каждый из которых имеет объем 100 000 . Расположено нефтехранилище на территории села Южная - Озереевка в Приморском районе муниципального образования город Новороссийск. Ближайший населенный пункт - Абрау-Дюрсо - находится на расстоянии 5,2 км.

Цель функционирования нефтехранилища - хранение нефтепродуктов при заложенных условиях в течение заданного времени. Анализ данного объекта показывает, что он относится к разряду пожаровзрывоопасных объектов, а исходя из классификации подобных объектов по объемам хранимого ими взрывоопасного вещества, данное нефтехранилище относится к первому классу опасности (самый опасный).

Чтобы система (нефтехранилище) могла выполнять свою цель, для которой она создана, система должна быть устойчива, то есть она должна продолжать выполнять свои функции при условиях внешних воздействий в течение заданного времени.

Источниками ЧС на таких объектах могут быть факторы:

? природно-экологические - нефтехранилище расположено в сложных геологических условиях, в сейсмоопасной и паводкоопасной зонах;

? техногенно-производственные - непредвиденные и нежелательные последствия штатного функционирования технологических систем, отказы и аварии на технологическом оборудовании;

? антропогенно-социальные - халатность обслуживающего персонала, теракты, военные конфликты.

Степень и характер воздействия этих факторов зависят от их собственных параметров, расстояния от объекта до источника опасности, технических характеристик зданий, сооружений и оборудования, планировки объекта, природных условий. Площадь зон поражения может в десятки и сотни раз превышать площадь объектов. Это позволяет при проведении оценочных расчетов допускать, что все элементы объекта подвергаются почти одновременному воздействию поражающих факторов, а сами параметры считать одинаковыми на всей территории.

В качестве антропогенного источника ЧС рассматриваем военные действия, в процессе которых противник наносит бомбовый удар по нефтехранилищу авиабомбой мощностью 100 кг в тротиловом эквиваленте.

Принимаем, что по резервуару №3 нанесен удар обычным боеприпасом мощностью 100 кг в тротиловом эквиваленте.

Для анализа развитий последствий удара авиабомбой по одному из резервуаров и оценки масштабов ЧС необходимо построить дерево событий и сформировать сценарий. Разработать модель оценивания поражающих факторов ЧС и определить степень устойчивости объекта к такому воздействию.

2. Объект исследования

В данной работе рассматривается нефтехранилище, состоящее из четырех резервуаров, каждый из которых имеет объем 100 000 . Расположено оно в районе города Новороссийска, на территории поселка Южная - Озереевка.

Южная - Озереевка - курортный поселок на побережье Черного моря, административно входящий в состав Новороссийска, находится в 12-ти км от центра города, в 10-ти км от знаменитого поселка Абрау-Дюрсо. Официальное название - Южная - Озереевка, но в народе и в некоторых информационных источниках также широко употребляется топоним "Южная Озерейка". Курортный поселок расположен в пологой горной долине с удобным рельефом и типичной южной растительностью. Климат в районе Новороссийска близок к средиземноморскому. В зимнее время здесь господствуют воздушные массы умеренных широт, летом - тропических. Ежегодно, чаще всего с ноября по март, в районе Новороссийска может возникать шквальный <#"justify">ПоказательЯнвФевМарАпрМайИюнИюлАвгСенОктНояДекГодСредняя температура, °С2,32,75,810,515,820,223,723,619,114,38,64,812,6Норма осадков, мм8474,156,549,24358,259,846,551,856,874,8103,6758,3

3. Общие сведения о горении

Горением называется сложный физико-химический процесс взаимодействия горючего вещества и окислителя, характеризующийся самоускоряющимся превращением и сопровождающийся выделением большого количества тепла и света. Обычно в качестве окислителя участвует кислород воздуха, которого содержится около 21%.

Для возникновения и развития процесса горения необходимы: горючее вещество, окислитель и источник воспламенения, инициирующий реакцию.

Горючее вещество и окислитель должны находиться в определенных соотношениях друг с другом.

Горение, как правило, происходит в газовой фазе. Поэтому горючие вещества, находящиеся в конденсированном состоянии (жидкие, твердые материалы), для возникновения и поддержания горения должны подвергаться газификации (испарению, разложению), в результате которой образуются горючие пары и газы в количестве, достаточном для горения.

В зависимости от агрегатного состояния горючих веществ горение может быть гомогенным и гетерогенным.

Гомогенное горение: компоненты горючей смеси находятся в газообразном состоянии. Причем, если компоненты перемешаны, то горение называют кинетическим. Если не перемешаны - это диффузионное горение.

Гетерогенное горение характеризуется наличием раздела фаз в горючей смеси (горение жидких и твердых горючих веществ в среде газообразного окислителя).

Горение различается также по скорости распространения пламени и в зависимости от этого фактора оно может быть:

-дефляграционным (скорость пламени в пределах нескольких метров с секунду);

-взрывным (скорость пламени до сотен метров в секунду);

-детонационным (скорость пламени порядка тысяч метров в секунду).

Кроме того различают: ламинарное горение, характеризуемое послойным распространением фронта пламени по горючей смеси; турбулентное, характеризуемое перемешиванием слоев потока и повышенной скоростью выгорания.

Равномерное распространение горения устойчиво лишь в том случае, если оно не сопровождается повышением давления. Когда горение происходит в замкнутом пространстве, или выход газообразных продуктов затруднителен, то повышение температуры приводит к интенсивному расширению газовых объемов и взрыву.

Под взрывом понимают быстрое превращение веществ, сопровождающееся выделением энергии и образованием сжатых газов, способных производить работу.

Пожаром называется неконтролируемое горение вне специального очага, наносящее материальный ущерб и представляющее опасность для людей.

4. Пожаровзрывоопасные свойства веществ

Для оценки возможности возникновения и развития пожара необходимо знать пожаровзрывоопасные свойства веществ и материалов в условиях их производства, переработки, транспортировки и хранения.

К пожаровзрывоопасным свойствам веществ относятся:

а)Горючесть - способность вещества или материала к горению. Горючесть зависит от состояния системы "вещество - окислитель": температуры, давления и объема. Горючесть пылей зависит от их измельчения.

б)По горючести вещества и материалы подразделяются на три группы:

1)негорючие (несгораемые) - вещества и материалы, неспособные к горению в воздухе;

2)трудно горючие (трудно сгораемые) - вещества и материалы, способные возгораться в воздухе от источника зажигания, но не способные самостоятельно гореть после удаления источника зажигания;

)горючие (сгораемые) - вещества и материалы, способные самовозгораться, а также возгораться от источника зажигания и самостоятельно гореть после его удаления.

Из группы горючих веществ и материалов выделяют легковоспламеняющиеся. К ним относятся вещества и материалы, способные воспламеняться от кратковременного (до 30 секунд) воздействия источника зажигания с низкой энергией.

в)Температура вспышки. Вспышка - быстрое сгорание горючей смеси, не сопровождающееся образованием сжатых газов и не переходящее в стационарное горение. Температурой вспышки называется самая низкая температура горючего вещества, при которой (в условиях специальных испытаний) над его поверхностью образуются пары или газы, способные вспыхивать от источника зажигания, но скорость их образования еще не достаточна для возникновения устойчивого горения.

г)Температура воспламенения. Температурой воспламенения называется температура вещества, при которой (в условиях специальных испытаний) вещество выделяет горючие пары и газы с такой скоростью, что после их зажигания возникает устойчивое пламенное горение.

д)Температура самовоспламенения. Это самая низкая температура вещества, при которой (в условиях специальных испытаний) происходит резкое увеличение скорости экзотермических реакций, заканчивающихся пламенным горением.

е)Нижний и верхний предел распространения пламени.

Нижний концентрационный предел распространения пламени (предел воспламенения) - это такая объемная (массовая) доля горючего вещества в смеси с окислительной средой (выраженная в % или мг/м3), ниже которой смесь становится неспособной к распространению пламени, т.е. это минимальное содержание горючего вещества в горючей смеси (вещество - окислитель), при котором возможно распространение пламени на любое расстояние от источника зажигания.

Верхний концентрационный предел распространения пламени - это такая объемная (массовая) доля горючего в смеси с окислительной средой, выше которой смесь становится неспособной к распространению пламени.

Область распространения пламени (область воспламенения) - это область объемных (массовых) долей горючего вещества в смеси с окислительной средой, заключенная между нижним и верхним концентрационными пределами.

ж) Температурные пределы распространения пламени. Это такие температуры вещества, при которых его насыщенные пары образуют в определенной окислительной среде концентрации, равные соответственно нижнему (нижний температурный предел) и верхнему (верхний температурный предел) концентрационным пределам распространения пламени.

з) Минимальная энергия зажигания. Это наименьшая энергия искрового разряда, способная воспламенить наиболее легковоспламеняющуюся смесь вещества с воздухом.

5. Построение логического дерева событий

Построение логического дерева событий позволяет определить развитие возможных пожароопасных ситуаций и пожаров, возникающих вследствие реализации инициирующих пожароопасную ситуацию событий. Анализ дерева событий представляет собой "осмысливаемый вперед" процесс, то есть процесс, при котором исследование развития пожароопасной ситуации начинается с исходного события с рассмотрением цепи последующих событий, приводящих к возникновению пожара.

При построении логических деревьев событий учитываются следующие положения:

-выбирается пожароопасная ситуация, которая может повлечь за собой возникновение аварии с пожаром с дальнейшим его развитием;

-развитие пожароопасной ситуации и пожара должно рассматриваться постадийно с учетом места ее возникновения на объекте оценки риска, уровня потенциальной опасности каждой стадии и возможности ее локализации и ликвидации. На логическом дереве событий стадии развития пожароопасной ситуации и пожара могут отображаться в виде прямоугольников или других геометрических фигур с краткими названиями этих стадий;

-переход с рассматриваемой стадии на новую определяется возможностью либо локализации пожароопасной ситуации или пожара на рассматриваемой стадии, либо развития пожара, связанного с вовлечением расположенных рядом технологического оборудования, помещений, зданий и т.п. в результате влияния на них опасных факторов пожара, возникших на рассматриваемой стадии. Условные вероятности переходов пожароопасной ситуации или пожара со стадии на стадию одной ветви или с ветви на ветвь определяются, исходя из свойств вовлеченных в пожароопасную ситуацию или пожар горючих веществ (физико-химические и пожароопасные свойства, параметры, при которых вещества обращаются в технологическом процессе и т.д.), условной вероятности реализации различных метеорологических условий (температура окружающей среды, скорость и направление ветра и т.д.), наличия и условной вероятности эффективного срабатывания систем противоаварийной и противопожарной защиты, величин зон поражения опасными факторами пожара, объемно-планировочных решений и конструктивных особенностей оборудования и зданий производственного объекта. При этом каждой стадии иногда присваивается идентификационный номер, отражающий последовательность переходов со стадии на стадию;

-переход со стадии на стадию, как правило, отображается в виде соединяющих линий со стрелками, указывающими направления развития пожароопасной ситуации и последующего пожара. При этом соединения стадий должны отражать вероятностный характер события с выполнением условия "или" или "да", "нет";

-для каждой стадии рекомендуется устанавливать уровень ее опасности, характеризующийся возможностью перехода пожароопасной ситуации или пожара на соседние с пожароопасным участки объекта;

-при повторении одним из путей части другого пути развития для упрощения построения логического дерева событий иногда вводят обозначение, представляющее собой соответствующую линию со стрелкой и надпись "на стадию (код последующей стадии)".

При анализе логических деревьев событий руководствуются следующими положениями:

-возможностью предотвращения дальнейшего развития пожароопасной ситуации и пожара зависит от количества стадий и времени их протекания (то есть от длины пути развития пожароопасной ситуации и пожара). Это обусловливается большей вероятностью успешной ликвидации пожароопасной ситуации и пожара, связанной с увеличением времени на локализацию пожароопасной ситуации и пожара и количеством стадий, на которых эта локализация возможна;

-наличием у стадии разветвлений по принципу "или", одно из которых приходит на стадию локализации пожароопасной ситуации или пожара (например, тушение очага пожара, своевременное обнаружение утечки и ликвидация пролива, перекрытие запорной арматуры и т.п.), свидетельствует о возможности предотвращения дальнейшего развития пожароопасной ситуации и пожара по этому пути.

Значение частоты реализации отдельной стадии дерева событий или сценария определяется путем умножения частоты возникновения инициирующего события на условную вероятность развития по конкретному сценарию.

Для легковоспламеняющихся жидкостей с температурой вспышки менее +28°C должны использоваться условные вероятности воспламенения как для двухфазной среды.

При определении условных вероятностей реализации различных сценариев должны приниматься во внимание свойства поступающих в окружающее пространство горючих веществ, условные вероятности реализации различных метеорологических условий (температура окружающей среды, скорость и направление ветра и т.д.), наличие и условные вероятности эффективного срабатывания систем противоаварийной и противопожарной защиты и т.д.

Составим дерево событий для рассматриваемого объекта.

В ходе работы будем рассматривать вариант разрушения резервуара №3 с таким последствием как пожар пролива, а также самый пессимистический вариант развития событий - разрушение одновременно четырех резервуаров от сброса бомбы достаточной мощности.

Рисунок 1 - Дерево событий

6.Составление сценариев развития событий

Сценарий №1. После сброса авиационного снаряда мощностью 100 кг тротила на резервуар №3 данный резервуар будет полностью разрушен, после чего произойдет разлитие нефтепродуктов в пределах обвалования и начнется пожар пролива. Для данного сценария необходимо рассчитать величины избыточного давления ударной волны от взрыва на другие резервуары, а также посчитать тепловое воздействие от пожара пролива на ближайший резервуар№4.

Сценарий №2. Мощность бомбы будет достаточной, чтобы разрушились обвалования и все резервуары одновременно, после чего начнется пожар пролива нефтепродуктов на глобальной территории с нанесением ущерба окружающей среде.

Сценарий №3. Избыточное давление ударной волны разрушит обвалование, в том числе ближайших резервуаров, после чего из резервуара №3 произойдет разлив нефтепродуктов с последующим пожаром пролива. В следствие пожара произойдет нагрев нефтепродуктов в резервуарах, после чего под силой избыточного давления паров ЛВЖ произойдет взрыв с последующим пожаром пролива. Здесь будет наблюдаться "эффект домино".

7. Методики определения опасных зон при авариях

При оценке пожарной опасности технологического процесса необходимо оценить расчетным или экспериментальным путем:

-избыточное давление, развиваемое при сгорании газопаровоздушных смесей в помещении. Предельно допустимые значения приведены в таблице №2;

-размер зон, ограниченных нижним концентрационным пределом распространения пламени (НКПР) газов и паров;

-интенсивность теплового излучения при пожарах проливов ЛВЖ и ГЖ для сопоставления с критическими (предельно допустимыми) значениями интенсивности теплового потока для человека и конструкционных материалов. Предельно допустимые значения приведены в таблице №3;

-размеры зоны распространения облака горючих газов и паров при аварии для определения оптимальной расстановки людей и техники при тушении пожара и расчета времени достижения облаком мест их расположения;

-возможность возникновения и поражающее воздействие "огненного шара" при аварии для расчета радиусов зон поражения людей от теплового воздействия в зависимости от вида и массы топлива.

-параметры волны, давления при сгорании газопаровоздушных смесей в открытом пространстве;

-поражающие факторы при разрыве технологического оборудования вследствие воздействия на него очага пожара;

-интенсивность испарения горючих жидкостей и сжиженных газов на открытом пространстве и в помещении;

-температурный режим пожара для определения требуемого предела огнестойкости строительных конструкций;

-требуемый предел огнестойкости строительных конструкций, обеспечивающий целостность ограждающих и несущих конструкций пожарного отсека с технологическим процессом при свободном развитии реального пожара;

-размер сливных отверстий для горючих жидкостей в поддонах, отсеках и секциях производственных участков. При этом площадь сливного отверстия должна быть такой, чтобы исключить перелив жидкости через борт ограничивающего устройства и растекание жидкости за его пределами;

-параметры паровых завес для предотвращения контакта парогазовых смесей с источниками зажигания. При этом завеса должна исключать проскок горючей смеси в защищаемую зону объекта;

-концентрацию флегматизаторов для горючих смесей, находящихся в технологических аппаратах и оборудовании;

-другие показатели пожаровзрывоопасности технологического процесса, необходимые для анализа их опасности и рассчитываемые по методикам, разрабатываемым в специализированных организациях.

Выбор необходимых параметров пожарной опасности для заданного технологического процесса определяют исходя из рассматриваемых вариантов аварий (в том числе крупная, проектная и максимальная) и свойств опасных веществ.

Значения допустимых параметров пожарной опасности должны быть такими, чтобы исключить гибель людей и ограничить распространение аварии за пределы рассматриваемого технологического процесса на другие объекты, включая опасные производства.

Таблица 2 - Предельно допустимое избыточное давление при сгорании газо-, паро- или пылевоздушных смесей в помещениях или в открытом пространстве

Степень пораженияИзбыточное давление, кПаПолное разрушение зданий10050 % -ное разрушение зданий53Средние повреждения зданий, разрушение резервуаров нефтехранилищ28Умеренные повреждения зданий (повреждение внутренних перегородок, рам, дверей и т.п.) 12Нижний порог повреждения человека волной давления5Малые повреждения (разбита часть остекления) 3

Таблица 3 - Предельно допустимая интенсивность теплового излучения пожаров приливов ЛВЖ и ГЖ

Степень пораженияИнтенсивность теплового излучения, кВт/м2Без негативных последствий в течение длительного времени 1,4Безопасно для человека в брезентовой одежде4,2Непереносимая боль через 20-30 с Ожог 1-й степени через 15-20 с Ожог 2-й степени через 30-40 с Воспламенение хлопка-волокна через 15 мин 7,0Непереносимая боль через 3-5 с Ожог 1-й степени через 6-8 с Ожог 2-й степени через 12-16 с 10,5Воспламенение древесины с шероховатой поверхностью (влажность 12 %) при длительности облучения 15 мин12,9Воспламенение древесины, окрашенной масляной краской по строганой поверхности; воспламенение фанеры17,0

7.1 Расчет характеристик взрыва

Основным поражающим действием взрывчатых веществ является ударная волна. Поэтому для определения поражающего действия взрывчатого вещества необходимо рассчитать избыточное давление взрыва ?p. Величина ?р зависит от типа взрывчатого вещества, массы взорванного заряда, расстояния от центра взрыва и характера подстилающей поверхности.

Расчет величины избыточного давления ?р проводится в два этапа.

На первом этапе находится приведенный радиус зоны взрыва по формуле

(1)

где - расстояние от центра взрыва, м;

- масса заряда, кг;

- коэффициент, учитывающий характер подстилающей поверхности;

- тротиловый эквивалент взрывчатого вещества.

В таблице 4 приведены значения коэффициента для разных типов подстилающих материалов.

Таблица 4 - Значения коэффициента К для разных материалов

Материал подстилающей поверхностиКоэффициент КМеталл1.00Бетон0.95Дерево0.80Грунт0.60

Тротиловый эквивалент - это отношение массы взрывчатого вещества к массе тротила, создающей одинаковое поражающей действие. При < 1 взрывчатое вещество обладает более сильным разрушающим действием, чем тротил (на один килограмм взрывчатого вещества); при = 1 взрывчатое вещество имеет такую же разрушающую силу, как и тротил; при > 1 взрывчатое вещество будет производить меньшее разрушающее воздействие, чем тротил. В таблице 5 приведены значения тротилового эквивалента для некоторых боевых взрывчатых веществ.

Таблица 5 - Значение тротилового эквивалента для боевых взрывчатых веществ

Взрывчатое веществоПорох0.66Аммонал0.99Тротил1.00Тетрил1.15Гексоген1.30ТЭН1.39Тритонал1.53

На втором этапе по рассчитанному значению приведенного радиуса рассчитывается величина избыточного давления ?р. При этом в зависимости от величины используются разные формулы. Для значений ?6.2 расчет избыточного давления взрыва проводится по формуле (2):

(2)

Для значений > 6.2 расчетная формула (3) для избыточного давления взрыва имеет вид:

(3)

Используя рассчитанные значения избыточного давления взрыва ?p, можно провести оценку степени разрушения, производимого взрывом.

7.2 Метод расчета интенсивности теплового излучения при пожарах проливов

Эффективный диаметр пролива рассчитывается в соответствии с формулой (4)

(4)

принимают на основе имеющихся экспериментальных данных. Для некоторых жидких углеводородных топлив указанные данные приведены в таблице 6.

Таблица 6 - Среднеповерхностная плотность теплового излучения пламени в зависимости от диаметра очага и удельная массовая скорость выгорания для некоторых топлив

ТопливоEf, кВт/м2, при d, мmв кг/ (м2с) 1020304050СПГ (метан) 2201801501301200,08СУГ (пропан-бутан) 80635043400,1Бензин60473528250,06Дизельное топливо40322521180,04Нефть25191512100,04Для диаметров очага менее 10 м или более 50 м следует принимать Ef такой же, как и для очагов диаметром 10 м и 50 м соответственно

При отсутствии данных допускается для нефтепродуктов принимать равной 40 кВт/м2. Также допускается величину определять по формуле (5):

(5)

Высота пламени определяется по следующей формуле (6):

, (6)

где ? удельная массовая скорость выгорания топлива, ;

? плотность окружающего воздуха, ;

? ускорение свободного падения, равное 9,81 м/с2.

Параметры h, S, B, A определяются, соответственно

, (7)

, (8)

где r ? расстояние от геометрического центра пролива до облучаемого объекта, м.

, (9)

. (10)

Значение фактора облученности для вертикальной площадки, определяется формулой (11)

, (11)

а значение фактора облученности для горизонтальной площадки определяется формулой (12):

. (12)

Угловой коэффициент облученности равен

, (13)

Далее находится коэффициент пропускания атмосферы t:

. (14)

Интенсивность теплового излучения q (кВт/м2) рассчитывают по формуле

(15)

8. Оценка последствий взрыва

В состав резервуарного парка входят четыре резервуара, объем каждого из которых составляет 100 000. Резервуары стальные, вертикальные, цилиндрической формы, со стационарной крышей.

Мы принимаем, что сброс бомбы будет произведен в центральный резервуар №3 рассматриваемого нефтехранилища.

Расстояния от эпицентра взрыва - резервуара №3 - до остальных резервуаров измерены по карте и составляют: Масса заряда коэффициент так как подстилающей поверхностью в рассматриваемом нефтехранилище является бетон. поскольку бомба из тротила.

Для того чтобы определить величину избыточного давление ударной волны от взрыва резервуара №3 по отношению к остальным резервуарам, необходимо сначала найти приведенный радиус для каждого резервуара по формуле (1):

Так как все > 6.2, то избыточное давление определяем по формуле (3)

По проведенным расчетам видим, что величины избыточного давления достаточно малы, а значит, ударная волна от взрыва резервуара №3 не нанесет никаких повреждений остальным резервуарам, но полностью разрушит резервуар №3.

По сценарию №1 после разрушения резервуара №3 произойдет пролив нефти в обвалование, высота которого составляет 4 м. Рассчитаем площадь обвалования, а также высоту слоя нефтепродуктов после их пролития, чтобы посмотреть произойдет ли перелив через обвалование.

Площадь неправильного многоугольника рассчитывается как сумма площадей треугольников, составляющих многоугольник. Площади треугольников равны

.

Требуемая высота обвалования по нормам составляет минимум 3,5 м, что так же соблюдается в рассматриваемом объекте.

Если , то высота уровня пролившихся нефтепродуктов составит /то есть даже при полном разрушении весь объем нефтепродуктов останется в пределах обвалования.

Далее рассчитаем интенсивность теплового воздействия от пожара пролива на ближайший резервуар №4. Сначала определим эффективный диаметр пролива по формуле (4)

=

принимаем по таблице 6, так как диаметр резервуара равной 10 кВт/м2, = 0,04

Высота пламени определяется по формуле (6):

=м

где ? удельная массовая скорость выгорания топлива, ;

? плотность окружающего воздуха, равная 1, 194 при t = 23.7°C

? ускорение свободного падения, равное 9,81 м/с2.

Параметры h, S, B, A определяются по формулам 7-10:

=

=

где r ? расстояние от геометрического центра пролива до облучаемого объекта, 201,3 м.

==1,219,=

Далее найдем значение фактора облученности для вертикальной площадки по формуле (11):

=

0,026,значение фактора облученности для горизонтальной площадки определяется формулой (12):

= 0,087.

Угловой коэффициент облученности равен

=0,091.

Далее находим коэффициент пропускания атмосферы t:

=0,935.

В итоге рассчитываем интенсивность теплового излучения q (кВт/м2) по формуле (15):

По полученным результатам можно сказать, что на резервуар №4 тепловое воздействие от пожара пролива на резервуаре №3 будет незначительным и не приведет к нагреву нефтепродуктов и последующему взрыву по принципу "домино".

9. Взрывобезопасные технологии хранения нефтепродуктов

Взрывобезопасная технология - комплекс технических мероприятий, обеспечивающий повышенную устойчивость при нормальном функционировании объекта нефтепродуктообеспечения к возникновению пожара за счет взрывобезопасной паровоздушной среды внутри и снаружи резервуаров, газовых обвязок и других технологических сооружений и аппаратов.

Взрывобезопасная технология хранения нефтепродуктов в вертикальных резервуарах со стационарной крышей предусматривает применение газоуравнительных обвязок, газгольдеров и устройств улавливания паров.

Газоуравнительные обвязки целесообразно защищать антидетонационными огнепреградителями.

Допускается установка вместо антидетонационных огнепреградителей барбатеров, обеспечивающих постоянное поддержание в газоуравнительной обвязке концентрации паров нефтепродукта выше верхнего концентрационного предела распространения пламени.

При перемещении горючих газов и паров по трубопроводам газоуравнительных обвязок следует предусматривать меры, исключающие конденсацию перемещаемых сред или обеспечивающие надежное и безопасное удаление жидкости из транспортной системы.

При необходимости следует перепрофилировать предприятие нефтепродуктообеспечения на хранение менее пожаровзрывоопасных нефтепродуктов в вертикальных стальных резервуарах со стационарной крышей:

-в I климатическом районе - с температурой вспышки не менее 25°С;

-во II и III климатических районах - с температурой вспышки не менее 30°С;

-в IV климатическом районе - с температурой вспышки не менее 35°С.

Взрывобезопасность технологии хранения нефтепродуктов в резервуарах с понтонами, т.е. предотвращение образования взрывоопасной концентрации в надпонтонном пространстве резервуара, достигается за счет:

-применения уплотняющего затвора понтона с повышенной герметичностью;

-оборудования резервуара с понтоном вентиляционными люками при условии, что коэффициент герметичности уплотняющего затвора не превышает нормативного значения.

Выбор того или иного технического решения производится на основании паспортных данных на коэффициент герметичности уплотняющего затвора понтона или экспериментального определения коэффициента герметичности согласно действующим в отрасли методикам.

В процессе эксплуатации резервуара со взрывобезопасным надпонтонным пространством, т.е. отвечающего требованиям п.2.6, не реже 1 раза в квартал герметичность уплотняющего затвора понтона оценивают посредством измерения концентрации паров нефтепродуктов в надпонтонном пространстве резервуара на расстоянии не менее 1 м от крыши в первой половине дня при неподвижном уровне нефтепродукта.

При наличии вентиляционных люков их необходимо загерметизировать крышками.

При хранении котельных топлив предотвращение взрывоопасных концентраций в свободном от жидкости пространстве может быть достигнуто за счет оборудования резервуара со стационарной крышей вентиляционными люками.

При хранении бензинов в горизонтальных стальных резервуарах на нефтебазах и в емкостях автозаправочных станций, а также на автотранспортных средствах доставки следует применять взрывоустойчивые сотовые технологии хранения или другие технические решения, обеспечивающие пожаровзрывобезопасность технологии хранения.

Технологическая схема нефтебазы или наливного пункта может обеспечивать как функции распределительной нефтебазы, так и другие функции.

Железнодорожные эстакады для слива легковоспламеняющихся жидкостей с температурой вспышки менее 28°С следует оборудовать сливными устройствами, обеспечивающими нижний герметизированный слив.

Отпуск нефтепродуктов в автомобильные цистерны необходимо осуществлять только на наливных автомобильных эстакадах. Автомобильные эстакады оборудуют системой улавливания паров наливаемых легковоспламеняющихся жидкостей с температурой вспышки менее 28°С.

10. Противоаварийная защита

Противоаварийная защита - комплекс дополнительных технических и организационных мероприятий, обеспечивающих устойчивость технологии наземного хранения нефтепродукта к его неконтролируемому (аварийному) выходу, с последующими эшелонами защиты по ограничению площади разлива нефтепродукта вплоть до предотвращения контакта взрывоопасного облака с возможными источниками зажигания.

Эксплуатируемую резервуарную емкость в полном объеме следует подвергнуть комплексному обследованию в соответствии с действующими нормативными документами на предмет ее дальнейшей безопасной эксплуатации с выдачей технического заключения об её состоянии.

Плановый контроль за техническим состоянием резервуаров, в том числе и их днищ, осуществляется в соответствии с действующей системой планово-предупредительных ремонтов оборудования.

При замене резервуаров на новые фундаменты следует оборудовать радиальными каналами, обеспечивающими визуальный контроль возможной утечки нефтепродукта из днища резервуара и его отвод на локальные очистные сооружения.

В качестве дополнительных мер, направленных на ограничение площади аварийного разлива нефтепродуктов на случай полного (хрупкого) разрушения резервуара, следует рассматривать:

-устройство специальной защитной стены обвалования, способной удерживать жидкость в случае полного разрушения резервуара;

-использование кольцевой дороги вокруг группы резервуаров, имеющей возвышение не менее 1,5 м над планировочной отметкой внутри основного обвалования; устройство вокруг территории нефтебазы или наливного пункта глухого железобетонного забора.

Временными мерами, обеспечивающими как снижение опасности хрупкого разрушения резервуара, так и последствий разрушения, могут быть:

-бандажирование стенок резервуаров согласно действующим нормативным документам;

-регламентирование максимального уровня заполнения нефтепродукта с учетом технического состояния резервуара.

Электроприводные задвижки должны устанавливаться за пределами обвалования.

Молниезащиту резервуарного парка целесообразно выполнять в виде отдельно стоящих стержневых молниеотводов.

Распределительные устройства, трансформаторные и преобразовательные подстанции без средств взрывозащиты, для которых имеется опасность затекания паров нефтепродуктов, целесообразно располагать на возвышенных участках территории. Возможны другие меры, обеспечивающие взрывобезопасность объектов.

Территорию предприятия нефтепродуктообеспечения необходимо обследовать на наличие нефтепродуктовых линз в грунте.

Обнаруженные нефтепродуктовые линзы должны быть ликвидированы. В дальнейшем следует предусмотреть дополнительные меры защиты, обеспечивающие контроль за образованием линз и предотвращающие их проникновение на селитебную территорию.

Территория внутри обвалования, а также поверхность самого обвалования должны иметь гидроизоляцию, обеспечивающую предотвращение проникновения нефтепродукта в грунт.

Система контроля и управления технологическими процессами в резервуарных парках должна обеспечивать подачу аварийного звукового и/или светового сигнала при самопроизвольном снижении уровня нефтепродукта в резервуаре, а при превышении максимально допустимого уровня заполнения, кроме подачи сигналов, автоматическое отключение подающих насосов по команде сигнализаторов предельного уровня заполнения, установленных на резервуаре.

Резервуары целесообразно оборудовать системами, предотвращающими возможность попадания нефтепродукта в дренированную подтоварную воду.

Технологическая схема должна обеспечивать аварийное освобождение (аварийный слив) нефтепродукта из резервуара самотеком и/или посредством подключения передвижных средств перекачки.

При обеспечении объекта энергоснабжением по первой категории надежности допускается осуществление аварийного слива технологическими насосами.

Для аварийного приема нефтепродукта, как правило, должны использоваться специально предусмотренные для этих целей системы (неиспользуемые емкости резервуарного парка, отводы от линейной части магистральных нефтепродуктопроводов, ж/д и автоцистерны), рассчитанные на вместимость наибольшего резервуара.

Специальные системы аварийного приема нефтепродукта должны оснащаться средствами контроля и управления, предотвращающими перелив нефтепродуктов.

Насосные для перекачки легковоспламеняющихся жидкостей с температурой вспышки менее 28°С могут быть открытыми под навесом.

В открытых насосных, расположенных под навесами, площадь устраиваемых в них защитных боковых ограждений должна составлять не более 50 % общей площади закрываемой стороны (считая по высоте от пола до выступающей части покрытия насосной).

Защитные боковые ограждения открытых насосных должны быть несгораемыми и по условиям естественной вентиляции не доходить до пола и покрытия насосной не менее чем на 0,3 м.

Насосы, применяемые для перекачки нефтепродуктов, оснащаются:

-блокировками, исключающими пуск или прекращение работы насоса при отклонении уровня жидкости в резервуаре от предельно допустимых максимального и минимального уровней взлива нефтепродуктов;

-системами сигнализации и блокировки, отключающими насосы в случае возникновения нерегламентированной утечки перекачиваемого нефтепродукта.

Все всасывающие и напорные технологические трубопроводы должны иметь отсекающую арматуру, расположенную вне насосной.

На нагнетательном трубопроводе должна предусматриваться установка обратного клапана или другого устройства, предотвращающего перемещение нефтепродукта в противоположном направлении.

Приемные колодцы, предназначенные для приема утечек или перелива нефтепродуктов, целесообразно оборудовать самозатухающими устройствами, способными ликвидировать возникшее горение нефтепродукта.

Прокладка технологических трубопроводов на территории объекта должна быть наземной, исключать их провисание и обеспечиваться защитой от возможного механического повреждения.

При необходимости прокладки технологических трубопроводов в лотках или траншеях должна быть предусмотрена их засыпка песком или грунтом, исключающая возможность образования свободного пространства между перекрытием лотков и поверхностью грунта.

При прокладке технологических трубопроводов через строительные конструкции зданий и другие препятствия должны приниматься меры, исключающие возможность передачи дополнительных нагрузок на трубопроводы.

Технологические трубопроводы, как правило, не должны иметь фланцевых или других разъемных соединений.

Фланцевые соединения допускаются только в местах установки запорной арматуры. При этом они не должны размещаться в местах постоянного пребывания или прохода людей.

Для предприятий нефтепродуктообеспечения, подключенных к отводам магистральных нефтепродуктопроводов, на технологических трубопроводах закачки бензина в резервуары с понтоном необходимо предусматривать устройства, обеспечивающие предотвращение проскока газовых пробок в резервуар.

Предприятие нефтепродуктообеспечения должно быть снабжено специальными техническими средствами для:

-ликвидации возможных утечек и свищей;

-снижения интенсивности испарения при аварийном разливе нефтепродукта;

-проведения аварийной откачки нефтепродукта.

Выбор технических средств для снижения интенсивности испарения производят, исходя из максимально возможной площади разлива нефтепродукта.

Для постоянного контроля за состоянием взрывобезопасности среды во взрывопожароопасных помещениях и на открытых взрывопожароопасных территориях должны предусматриваться автоматические сигнализаторы довзрывоопасных концентраций с сигнализацией предельно допустимых величин.

Система электропитания сигнализаторов должна дублироваться от независимого источника энергоснабжения.

Система постоянного контроля за состоянием взрывобезопасности среды на территории автомобильной наливной эстакады при превышении концентраций паров нефтепродуктов в зоне налива более 20 % нижнего концентрационного предела распространения пламени должна обеспечивать:

-отключение энергообеспечения эстакады;

-блокирование движения автомобильного транспорта;

-информацию водителей о недопущении запуска двигателей автомобилей.

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение Высшего профессионального образова

Больше работ по теме: