Подготовка базы для проведения анализа пожарной опасности технологической системы. Расчет уровня взрывоопасности системы "РВС-ЛВЖ". Определение массы паров аллилового срита при испарении с поверхности разлива, зоны взрывоопасных концентраций паров.
Аннотация к работе
Установили, что взрывоопасная концентрация будет существовать внутри резервуара в течении суток, так как тж>тнп. Так же приняли меры пожарной безопасности, направленные на повышение устойчивости технологической системы «РВС - ЛВЖ» к возникновению пожара Так же приняли меры пожарной безопасности, направленные на повышение устойчивости технологической системы к воздействию источников зажигания Параметры, характеризующие пожарную опасность распространения пожара на резервуар с ЛВЖ, расположенный рядом с горящим резервуаром.
Введение
Огромное влияние на экономику нашей страны оказывает нефтяная индустрия. Роль нефти и продуктов ее переработки для народного хозяйства чрезвычайно велика. Из нефти получают бензин, керосин, реактивные дизельные и котельные топлива, сжиженные газы и сырье для химических производств. Без продуктов переработки нефти немыслимы работа энергетики, транспорта, строительство зданий и дорог, производство резины и многих химических продуктов. Поэтому важнейшие полезные ископаемые - нефть и газ требуют к себе самого бережного отношения.
За последние годы произошли крупные изменения в технологии переработки нефти. Появилось новое, более совершенное и высоко производительное оборудование. Все более широко вводятся в технологию каталитические процессы с глубокими химическими превращениями сырья. Возрастают мощности единичных производственных агрегатов. Широко используется комбинирование технологических процессов в одной установке, что значительно увеличивает пожаровзрывоопасность технологических процессов.
Оценка пожаровзрывоопасности производственных объектов необходима для решения вопросов их безопасности и приведения в соответствие с фактическим и требуемым уровнями взрывопожарной безопасности с целью снижения пожаров и приносимого ими ущерба. Для профилактики аварийных ситуаций необходимо прогнозирование, позволяющее выявить места возможных аварий на объекте и разработать мероприятия по снижению негативных последствий.
Верный выбор категории взрывоопасности позволяет установить оптимальные соотношения между безопасностью производства и размером капитальных затрат на его проектирование и дальнейшую эксплуатацию.
Таким образом, в соответствии с категорией взрывоопасности, определяются нормативные противопожарные и технологические требования к аппаратурному снабжению, системам контроля, управления и автоматической противоаварийной защиты и т.д.
Поэтому правильность выбора категории взрывоопасности технологических объектов является одним из основных вопросов решаемых государственными надзорными органами и администрацией объекта и влияет на качество предлагаемых мероприятий по всем направлениям профилактической работы на предприятии.
1. Подготовка информации для проведения анализа пожарной опасности технологической системы
Тип резервуара: Резервуар вертикальный стальной со стационарной крышей
Вместимость резервуара Vp = 200 м3
Диаметр резервуара Dp = 6.6 м
Высота резервуара Нр = 6.0 м
1 - световой люк;
2 - вентиляционный патрубок;
3 - дыхательный клапан;
4 - огневой предохранитель;
5 - замерный люк;
6 - прибор для замера уровня;
7 - люк-лаз;
8 - сифонный кран;
9 - хлопушка;
10 - приемо-раздаточный патрубок;
11 - перепускное устройство;
12 - узел управления хлопушкой;
13 - крайнее положение приемо- раздаточных патрубков по отношению к оси лестницы;
14 - предохранительный клапан.
Показатели пожаровзрывоопасности
Основные показатели пожаровзрывоопасных свойств ЛВЖ заносят в табл.1.1.
Таблица 1.1. Показатели пожаровзрывоопасности
Изопропиловый спирт
Наименование показателя Значение
Молярная масса 60,09
Плотность ЛВЖ, кг/м3 784,4
Температура вспышки, °С 14
Температура самовоспламенения, ОС 430
Температурные пределы распространения пламени, °С: o нижний o верхний 11 42
Концентрационные пределы распространения пламени,% (об.): o нижний o верхний 2,23 12,7
Технические решения, обеспечивающие противопожарную защиту резервуарной группы терминала химических продуктов
Таблица 1.3. Анкета технических решений противопожарной защиты резервуарной группы
№ Направление защиты № пункта Количественная характеристика
1. Общая вместимость резервуарной группы Пункт 1. СНИП 2.11.03-93 Wобщ = До 2 000 включ, м3.
2. Классификация складов по вместимости Пункт 1. СНИП 2.11.03-93 ІІІВ
3. Минимально-допустимое расстояние между резервуарами Пункт3.2; 3.3. СНИП 2.11.03-93 0,75 Д, но не более 30 м
4. Ограничение разлива жидкости (защитное обвалование) Пункт 3.8. СНИП 2.11.03-93 0,8 м
5. Противопожарное водоснабжение Пункт 8.8. СНИП 2.11.03-93 Предусматривается подача воды на охлаждение и тушение пожара передвижной пожарной техникой из противопожарных емкостей (резервуаров) или открытых искусственных и естественных водоемов.
6. Системы пожаротушения резервуаров Пункт 8.6. СНИП 2.11.03-93 Тушение пожара передвижной пожарной техникой
7. Системы водяного орошения резервуаров Пункты 8.7; 8.11. СНИП 2.11.03-93 Передвижная пожарная техника
8. Система молниезащиты резервуаров · тип зоны защиты · категория молниезащиты Табл. 1. Пункт 3. РД 34.21.122-87. Зона Б I I
2. Расчет уровня взрывоопасности технологической системы «РВС - ЛВЖ»
Одним из основных параметров при анализе риска пожара является уровень взрывоопасности технологической системы. Уровень взрывоопасности изменяется в пределах от нуля до единицы.
Под уровнем взрывоопасности технологической системы (рис. 2.1) понимают отношение суммы периодов ?ВОК, когда рабочая концентрация пара ЛВЖ (?п) внутри системы находится в области взрывоопасных значений, к определенному периоду функционирования ?функ, например, к году, т. е.
Рис. 2.1. Расчетная схема к определению уровня взрывоопасности
Наибольшая сложность возникает при определении концентрации пара жидкости в аппарате при воздействии на технологическую систему ряда различных возмущающих факторов. Для этой цели, как правило, проводят специальные исследования, на основе которых разрабатывают методы расчета уровня взрывоопасности технологических систем.
В основу метода расчета уровня взрывоопасности технологической системы «РВС - ЛВЖ» положены результаты исследований, проведенных в Академии ГПС МЧС России по изучению пожарной опасности технологии хранения нефтепродуктов в стальных вертикальных резервуарах со стационарной крышей.
Здесь в настоящей работе отрабатывается метод расчета уровня взрывоопасности технологической системы «РВС - ЛВЖ».
Метод расчета уровня взрывоопасности технологической системы «РВС - ЛВЖ»
Источником существенных тепловых изменений, происходящих в резервуаре, является солнечная радиация. Тепловой поток от солнца приводит к нагреву металлической оболочки, ограничивающей газовое пространство резервуара. От нагретых стенок и крыши резервуара тепло теряется в окружающий воздух посредством конвективно-лучистого теплообмена, а также передается паровоздушной смеси внутри резервуара и поверхностному слою. Последний отдает часть тепла посредством теплопроводности нижележащим слоям, другая часть тепла тратится на испарение, а основная масса полученного поверхностным слоем тепла идет на изменение его внутренней энергии, т.е. на увеличение температуры.
Следует отметить, что температура основной массы ЛВЖ в РВС стремится к значению среднемесячной температуры окружающего воздуха, а температура поверхностного слоя ЛВЖ является функцией теплового режима резервуара, которая может на 10.. 20о градусов превышать значение основной массы ЛВЖ в резервуаре.
Закономерности изменения суточных температур поверхностного слоя обуславливают характер изменения концентрации паров ЛВЖ в пограничном слое. Можно выделить (рис.2.2) следующие характерные периоды существования взрывоопасных концентраций паров ЛВЖ в РВС.
Рис.2.2. Характерные периоды существования взрывоопасных концентраций паров (?вок): а) в течение суток ?п не достигает ?нкпр;
б) в ночное, утреннее и вечернее время находится ?п < ?нкпр, днем - ?п в пределах ?вок;
в) в течение суток находится ?п в пределах ?вок;
г) в ночное время находится ?п ?вкпр, утром и вечером - ?п в пределах ?вок;
д) ночью, утром и вечером находится ?п в пределах ?вок, днем - ?п > ?вкпр;
е) в течение суток ?п > ?вкпр.
ЛВЖ, при хранении которых в РВС, образование взрывоопасных концентраций характерно только в летний период года, т.е температура поверхностного слоя ЛВЖ способна превысить нижний предел распространения пламени, но не способна достигать верхний предел распространения пламени, будем относить к группе «околопредельная ЛВЖ».
В течение суток при воздействии солнечной радиации изменение температуры окружающего воздуха, металлической оболочки, ограничивающей газовое пространство резервуара, и температуры поверхностного слоя ЛВЖ в резервуаре, как правило, подчиняется синусоидальному закону (рис.2.3).
Рис. 2.3. Закономерности образования взрывоопасных концентраций паров в пограничном слое над поверхностью ЛВЖ в РВС при воздействии солнечной радиации
Для описания температуры поверхностного слоя ЛВЖ в РВС при воздействии на него солнечной радиации может быть использовано уравнение где тп.сл - текущая температура поверхностного слоя ЛВЖ;
тп.сл-max - максимальная температура поверхностного слоя ЛВЖ;
тж - температура основной массы ЛВЖ;
?с - продолжительность теплового воздействия солнечной радиации от момента восхода солнца;
?дн - общая продолжительность теплового воздействия солнечной радиации (продолжительность светового дня).
После захода солнца, а также в несолнечные дни температура поверхностного слоя стремится к температуре основной массы ЛВЖ, так как она имеет большой тепловой эквивалент. Температуру основной массы ЛВЖ в резервуаре принимают равной среднемесячной температуре окружающего воздуха.
Существует несколько расчетных методов определения максимальной температуры поверхностного слоя ЛВЖ в резервуаре, разработанных в области расчета потерь нефти и бензинов от испарения из резервуаров. Они могут быть удачно использованы для решения вопросов пожарной безопасности. Один из методов расчета основан на решении уравнения Фурье при синусоидальном изменении температуры на поверхности полубесконечного тела.
Расчетная формула имеет вид
, Где qл - тепловая нагрузка на резервуар от солнечной радиации, Вт•м-2;
? w-f - коэффициент теплоотдачи в сложном лучисто-конвективном теплообмене от оболочки, ограничивающей газовое пространство резервуара, в окружающий воздух, Вт•м-2•К-1;
?п.w-ж - приведенный коэффициент теплоотдачи от оболочки, ограничивающей газовое пространство резервуара, к поверхностному слою ЛВЖ, Вт•м-2•К-1;
?w - ж - коэффициент теплоотдачи излучением от оболочки, ограничивающей газовое пространство резервуара, к ЛВЖ, Вт•м-2•К-1;
?п-ж - коэффициент теплоотдачи от паровоздушной смеси к поверхностному слою ЛВЖ, Вт•м-2•К-1;
tf-max - максимальная среднемесячная температура окружающего воздуха, OC;
tf - среднемесячная температура окружающего воздуха, ОС;
мж - показатель температурного поля в поверхностном слое ЛВЖ, м-1;
? ж - коэффициент теплопроводности ЛВЖ, Вт•м-1•К-1;
?w-п - коэффициент теплоотдачи в сложном лучисто-конвективном теплообмене от оболочки, ограничивающей газовое пространство резервуара, к паровоздушной смеси, Вт•м-2•К-1;
fж - площадь зеркала ЛВЖ в резервуаре, м2;
fоб - площадь оболочки, ограничивающей газовое пространство резервуара, м2;
t ж - температура основной массы ЛВЖ, ОС.
Допускается принимать в расчете следующие значения коэффициентов: · ?ж = 0,11 Вт•м-1•К-1;
· ?w-f = 10,7 Вт•м-2•К-1;
· ?п.w-ж = 0,73 Вт•м-2•К-1;
· ?п-ж = 5,3 Вт•м-2•К-1;
· ?w-ж = 5,3 Вт•м-2•К-1;
· ?w-п = 2,5 Вт•м-2•К-1.
Остальные величины определяют по следующим формулам: · максимальная среднемесячная температура окружающего воздуха tf-max = tf Dtf-max/2
Температуру основной массы ЛВЖ тж в резервуаре принимают равной среднемесячной температуре окружающего воздуха (tf). Значения температуре окружающего воздуха и максимальной амплитуды колебаний температуры окружающего воздуха (Dtf-max) определяют по СНИП «Строительная климатология).
· площадь зеркала испарения ЛВЖ в резервуаре fж = ? dp2/4 где dp - диаметр резервуара, м;
· площадь оболочки, ограничивающей газовое пространство резервуара, fоб = fж ? dp (hp - hж), где hp - высота резервуара, м; hж - высота (уровень) взлива ЛВЖ в резервуаре, м;
· площадь оболочки, м2, ограничивающей газовое пространство резервуара, на которую воздействует солнечная радиация, определяют как аппроксимацию на плоскость, перпендикулярную направлению солнечных лучей: fл = dp (hp -hж) sin (? - ?) fж cos (? - ?),
где ? - географическая широта местности, o; ? - усредненное значение расчетного склонения солнца, o;
· усредненное значение расчетного склонения солнца для текущего месяца определяется годовым ходом изменения склонения солнца, соответствующим схеме движения земного шара по орбите вокруг Солнца ? = 22,7 sin (295 - 30 №м), где №м - порядковый номер месяца года;
· плотность падающего теплового потока от Солнца на площадку, нормальную к направлению солнечных лучей (формула Бугера-Бертрана), , где 1325 - солнечная постоянная, Вт•м-2; ?ат - коэффициент прозрачности атмосферы (допускается принимать равным 0,7);
· тепловая нагрузка на резервуар от солнечной радиации qл = ?w qc f л /fоб
Степень черноты оболочки резервуара ?w, окрашенной алюминиевой краской годичной давности, допускается принимать равной 0,7;
· показатель температурного поля в поверхностном слое ЛВЖ, м-1
где ?ж - плотность жидкости, кг•м-3; сж - теплоемкость жидкости, Дж•кг-1•К-1 (при отсутствии справочных данных допускается принимать равной
2000 Дж•кг-1•К-1).
Продолжительность светового дня ?дн в №-м месяце целесообразно принять по справочным данным для соответствующей географической широты местности. Допускается использовать следующую приближенную формулу ?дн = 11,9 5,7 sin (267 - 27 №м).
По модели синусоидального изменения температур (рис. 2.3) не представляет труда определить продолжительность периода существования взрывоопасной концентрации внутри РВС при хранении ЛВЖ
, где ;
тнп - нижний температурный предел распространения пламени, ОС;
тж - температура основной массы ЛВЖ, ОС;
тп.сл-max - максимальная температура поверхностного слоя ЛВЖ; ОС.
Прежде чем определять значение ?вок, следует проанализировать значение ?.
При: · ? >1 - ?вок внутри системы не образуются, так как тп.сл-max < тнп;
· ? тнп;
· 0 < ? < 1 - значение ?вок определяют по формуле (2.13).
Уровень взрывоопасности технологической системы «РВС - ЛВЖ» в i-м месяце определяют из соотношения
, где Nc.дн и Nдн - число солнечных дней и число дней в месяце соответственно.
Исходные данные o географическая широта местности, ? = 52о;
o число безоблачных дней в июле, Nc.дн = 23;
o диаметр РВС, dp = 6,6 м; высота РВС, hp = 6,0 м;
o среднемесячная температура окружающего воздуха для июля месяца,tf = 17,6ОС;
o максимальная суточная амплитуда колебаний температуры окружающего воздуха для июля месяца,Dtf-max = 25,3OC;
o нижний температурный предел распространения пламени,тнп=11ОС;
o плотность жидкости, ?ж= 784,4 кг•м-3;
o уровень взлива жидкости в РВС, hж = 5,28 м.
Расчет
Максимальная среднемесячная температура окружающего воздуха tf-max = tf Dtf-max/2 = 17,6 25,3 / 2 = 30.25OC tf-среднемесячная температура окружающего воздуха для июля месяца площадь зеркала испарения ЛВЖ в РВС
Dtf-max- максимальная суточная амплитуда колебаний температуры окружающего воздуха для июля месяца
Площадь зеркала испарения ЛВЖ в резервуаре fж= ??dp2/4 = 3,14?6,62 / 4 = 34,19 м2.
dp - диаметр РВС
Площадь оболочки, ограничивающей газовое пространство РВС fоб = fж ??dp?(hp - hж) = 34,19 3,14?6,6?(6,0 - 5,28) = 49,11 м2. fж - площадь зеркала испарения ЛВЖ в резервуаре dp - диаметр РВС hp - высота РВС hж - уровень взлива жидкости
Уровень взлива жидкости hж= hp??р=6,0?0,88=5,28 hp - высота РВС ?р - степень заполнения резервуара
Усредненное значение расчетного склонения солнца для июля месяца ? = 22,7?sin?(295 - 30?№м) = 22,7?sin?(295 - 30?7) = 22,6.
№м - порядковый номер месяца года
Площадь оболочки, м2, ограничивающей газовое пространство РВС, на которую воздействует солнечная радиация: fл = dp?(hp -hж)?sin(? - ?) fж ?cos (? - ?) =
Плотность падающего теплового потока от солнца на площадку, нормальную к направлению солнечных лучей
Вт м-2
1325 - солнечная постоянная ?ат - коэффициент прозрачности атмосферы (допускается принимать равным 0,7) ? - географическая широта местности ? - усредненное значение расчетного склонения солнца для июля месяца
Тепловая нагрузка на резервуар от солнечной радиации qл = ?w?qc?fл /fоб. = 0,7?879,86?32,11 / 49,11 = 402,7 Вт м-2 ?w - степень черноты оболочки резервуара, окрашенной алюминиевой краской годичной давности, допускается принимать равной 0,7 qc - плотность падающего теплового потока от солнца на площадку, нормальную к направлению солнечных лучей fл - площадь оболочки, м2, ограничивающей газовое пространство РВС, на которую воздействует солнечная радиация fоб - площадь оболочки, ограничивающей газовое пространство РВС.
Продолжительность светового дня в июле месяце ?дн = 11,9 5,7?sin(267 - 27?№м) = 11,9 5,7?sin(267 - 27?7) = 17,4 ч
№м - порядковый номер месяца года
Показатель температурного поля в поверхностном слое ЛВЖ м-1 ?ж - плотность жидкости сж - теплоемкость жидкости ?ж - коэффициент теплопроводности ЛВЖ ?дн - продолжительность светового дня в июле месяце
Максимальная температура поверхностного слоя ЛВЖ в резервуаре, =
ОС qл - тепловая нагрузка на резервуар от солнечной радиации ? w-f - коэффициент теплоотдачи в сложном лучисто-конвективном теплообмене от оболочки, ограничивающей газовое пространство резервуара, в окружающий воздух, принимаем равным 10.7 tf-max - максимальная среднемесячная температура окружающего воздуха tf- среднемесячная температура окружающего воздуха ?п.w-ж - приведенный коэффициент теплоотдачи от оболочки, ограничивающей газовое пространство резервуара, к поверхностному слою ЛВЖ, принимаем равным 0.73 ?w-ж - коэффициент теплоотдачи излучением от оболочки, ограничивающей газовое пространство резервуара, к ЛВЖ, принимаем равным 5.3 fж - площадь зеркала ЛВЖ в резервуаре fоб - площадь оболочки, ограничивающей газовое пространство резервуара мж - показатель температурного поля в поверхностном слое ЛВЖ ?п-ж-коэффициент теплоотдачи от паровоздушной смеси к поверхностному слою ЛВЖ, принимаем равным 5.3 ?w-п - коэффициент теплоотдачи в сложном лучисто-конвективном теплообмене от оболочки, ограничивающей газовое пространство резервуара, к паровоздушной смеси, принимаем равным 2.5 t ж- температура основной массы ЛВЖ
Параметр
тнп - нижний температурный предел распространения пламени t ж- температура основной массы ЛВЖ тп.сл-max- максимальная температура поверхностного слоя ЛВЖ
Так как ?<0, то взрывоопасная концентрация будет существовать внутри резервуара в течении суток, так как тж>тнп
Меры пожарной безопасности, направленные на повышение устойчивости технологической системы «РВС - ЛВЖ» к возникновению пожара
1. Применение для хранения ЛВЖ резервуаров с понтонами.
2. Использование защитного газа (азот или метан) в герметизированных технологиях хранения для резервуаров со стационарными крышами.
3. Расчет ожидаемой частоты возникновения пожаров при нормальном функционировании технологической системы «РВС - ЛВЖ»
Одним из основных параметров в анализе риска пожарной опасности для людей при эксплуатации взрывопожароопасной технологической системы является частота возникновения пожаров (Nп).
В настоящее время имеется большое число публикаций, в которых приводятся среднестатистические данные по частотам возникновения пожаров. В табл.3.1 приведены первые опубликованные статистические данные о пожарах резервуаров, обобщение которых выполнено в Академии ГПС МЧС России.
Таблица 3.1. Частота возникновения пожаров
Место возникновения пожара Частота, 1/год
Объект переработки нефти: o резервуар со стационарной крышей 1,86 · 10-4 o резервуар с плавающей крышей 1,29 · 10-4 o резервуар с понтоном 4,53 · 10-4
Объект энергетики: o резервуар со стационарной крышей 5,73 · 10-4
Объект транспорта и распределения нефтепродуктов: o резервуар со стационарной крышей 1,09 · 10-4 o резервуар с понтоном 1,95 · 10-4
В Англии по результатам обобщения статистических данных о пожарах за 20 лет по массиву в 500 резервуаров установлена частота возникновения пожаров в резервуарных парках, равная 1,1· 10-4 1/год. Анализируя данные о пожарах в США, можно оценить частоту возникновения пожара для резервуарных парков, порядка, (0,3....1) · 10-3 1/год. Эти данные удачно коррелируются с отечественными данными, что указывает на идентичность пожарной опасности используемых технологий хранения нефти и нефтепродуктов.
Однако статистические данные не всегда учитывают реальные условия эксплуатации технологической системы и предусмотренные меры противопожарной защиты.
Здесь в настоящей работе в соответствии с ГОСТОМ 12.1.004-91 «Пожарная безопасность. Общие требования» и РД 34.21.122-87 «Инструкция по устройству молниезащиты зданий и сооружений» отрабатывается метод расчета ожидаемой частоты возникновения пожара при нормальном функционировании технологической системы «РВС - ЛВЖ».
Ожидаемую частоту возникновения пожаров NП рассматривают как случайное совпадение событий: уровня взрывоопасности технологической системы Z и частоты появления источника зажигания ?З
NП = Z · ?З.
Источники зажигания, приводящие к пожарам на взрывопожароопасных объектах, весьма разнообразны. Об этом свидетельствуют материалы пожаров в резервуарных парках.
Разряды атмосферного электричества. Ряд пожаров произошло на подземных железобетонных резервуарах (ЖБР) с нефтью в результате прорыва молниезащиты. Из них три случая зарегистрированы как групповые пожары. Отсутствие пожаров на ЖБР после ужесточения нормативных требований к молниезащите, т.е., вместо металлической сетки на крыше стали применять отдельно стоящие молниеотводы, указывает на эффективность принятых мер.
При устройстве молниеприемников, установленных непосредственно на резервуаре, не исключена возможность при прохождении разряда атмосферного электричества местного перегрева и последующего поджига взрывоопасной паровоздушной смеси в узле сочленения молниеприемника с корпусом резервуара. Об этом, в частности, свидетельствует крупный пожар РВС-20000 с нефтью от разряда атмосферного электричества, который произошел на нефтеперекачивающей станции “Каркатеевы” Тюменской области. Быстрая потеря живучести, что характерно для резервуара со сферической крышей, привела к частичному разрушению, выходу горящей нефти в каре обвалования и быстрому распространению пожара на всю группу, состоящую из четырех РВС-20000.
Фрикционные искры. Источник зажигания, возникающий при ручном замере уровня или отборе пробы, довольно трудно идентифицировать: разряд статического электричества или фрикционная искра. Но, данные пожары, как правило, сопровождаются гибелью или травмированием людей, выполняющих работу на крыше резервуара. На характерных примерах целесообразно остановиться. На НПЗ в Нижнем Новгороде при ручном отборе проб взорвался резервуар РВС-5000 с бензином. В результате сброса с крыши погиб 1 человек и получили травмы 2 человека. На одном из Уфимских НПЗ при ручном отборе проб взорвался резервуар РВС-1000 с толуолом. В результате сброса с крыши при взрыве погиб 1 человек. На Кожевенской нефтебазе при замере уровня нефтепродукта произошел взрыв резервуара РВС-5000 с бензином. При взрыве погиб 1 человек.
Самовозгорание пирофорных отложений. За период 20 лет от самовозгорания сульфидов железа зарегистрировано 19 пожаров. Характерным примером является пожар в резервуарном парке Салаватского нефтехимического комбината произошел пожар. Сырьевой резервуарный парк состоит из 9-ти резервуаров емкостью по 2000 м3, предназначен для приема и хранения керосино-газойлевой фракции - сырья для установок гидроочистки. Как установлено расследованием, в резервуар, в котором произошел взрыв и пожар, в течение 44 суток хранился неочищенный от сероводорода бензин в смеси с керосино-газойлевой фракцией. По заключению комиссии это способствовало образованию пирофорных отложений на стенках и крыше резервуара, самовозгорание которых явилось причиной взрыва и пожара.
Открытое пламя и искры. Материалы пожаров свидетельствуют, что источники инициирования взрывоопасной смеси, составляющие группу «открытый огонь», весьма разнообразны по природе своего проявления.
Например, пожары происшедшие на нефтебазах, возникли от попадания на крышу резервуаров искр из труб котельных, расположенных за территорией нефтебаз. Так же от искр, но уже перелетевших с пожара склада пиломатериалов, расположенных по соседству с нефтебазой, например, взорвался РВС-1000 с бензином на Чуринской районной нефтебазе в Иркутской области.
Пожар, происшедший в резервуарном парке районной нефтебазы Ставропольского края, возник в результате перелета горящих металлических бочек и канистр с соседнего склада ядохимикатов, расположенного в 120 метрах от нефтебазы.
Источником инициирования ряда пожаров являлось короткое замыкание кабеля или воздушных линий электропередач, проходящих в непосредственной близости от резервуарных парков. Интерес представляет случай распространения пожара, происшедший на Камской нефтебазе. Во время грозы, порывом сильного ветра были сорваны высоковольтные провода ЛЭП, которые упали на деревянное ограждение нефтебазы и воспламенили его. С ограждения огонь по сухой траве и замазученному грунту перекинулся на мазутопровод и далее по теплоизоляции достиг резервуара.
Причинами пожаров могут послужить и преступные действия людей. Например, умышленный поджог резервуара с бензином с целью сокрытия следов хищения, произошел на Куйбышевской наливной станции. Злоумышленником заранее была нарушена герметичность запорной арматуры на резервуаре. Вытекающий бензин попал из технологического колодца в протекающий за территорией парка ручей и распространялся вниз по ручью до деревни, находящейся в 500 м от нефтебазы, где и был совершен поджог бензиновой пленки.
Расчет частоты появления источника зажигания
Частоту появления источника зажигания можно определить по следующей формуле ?З = , 1/год где ?i - частота появления i-го источника зажигания.
В табл. 3.2 приведены статистические данные о частоте появления источников зажигания в резервуарных парках, обобщение которых выполнено в Академии ГПС МЧС России.
Таблица 3.2. Статистические данные о частоте появления источников зажигания в резервуарных парках
№ п/п Наименование источника зажигания Частота, 1/год
1 Разряд атмосферного электричества Расчет
2 Статическое электричество 1,7 · 10-4
3 Фрикционные искры 1,7 · 10-4
4 Неисправность электрооборудования 1,6 · 10-4
5 Самовозгорание пирофорных отложений 1,4 · 10-4
6 Открытое пламя и искры 2,1 · 10-4
Разряд атмосферного электричества в анализируемом объекте возможен: o при поражении объекта молнией (прямой удар молнии) - непосредственный контакт канала молнии с зданием или сооружением, сопровождающийся протеканием через него тока молнии;
o при вторичном проявление молнии - наведение потенциалов на металлических элементах конструкции, оборудования, в незамкнутых металлических контурах, вызванное близкими разрядами молнии и создающее опасность искрения внутри защищаемого объекта;
o при заносе высокого потенциала - перенесение в защищаемое здание или сооружение по протяженным металлическим коммуникациям (подземным, наземным и надземным трубопроводам, кабелям и т.п.) электрических потенциалов, возникающих при прямых и близких ударах молнии и создающих опасность искрения внутри защищаемого объекта.
В настоящей работе расчет проводится только для события - разряд атмосферного электричества от поражения объекта молнией.
Поражение резервуара молнией возможно при совместной реализации двух событий - прямого удара молнии в расчетную площадь поражения (событие t1) и прорыва молниезащиты прямым ударом молнии (событие t2).
Вероятность поражения резервуара молнией вычисляют по формуле
Q = Q (t1) · Q (t2), где Q (t1) - вероятность попадания прямого удара молнии в расчетную площадь поражения;
Вероятность попадания прямого удара молнии в расчетную площадь поражения вычисляют по формуле
Q (t1) = 1 - exp (- Nym ?р), где Nym - число прямых ударов молнии в расчетную площадь поражения, за год;
тр - продолжительность периода наблюдения, год.
Ожидаемое число прямых ударов молнии в расчетную площадь поражения определяют по формуле
Nym= Sп nym 10 -6, где Sп - расчетная площадь поражения, м2;
nym - удельная плотность ударов молнии на 1 км2 земной поверхности, 1/(км2 год).
Расчетную площадь поражения определяют исходя из геометрии защищаемой зоны. Для резервуарной группы, состоящей из нескольких резервуаров (рис.3.2), расчетную площадь поражения определяют по формуле
Sп= (lгр 6 hp) (bгр 6 hp) - 7,7 hp, м2. где lгр и bгр - соответственно длина и ширина, в размеры которой может быть вписана резервуарная группа, м;
hp - наибольшая высота резервуара, м
Для произвольного пункта на территории России удельная плотность ударов молнии на 1 км2 земной поверхности определяется по табл. 3.3, исходя среднегодовой продолжительности гроз в часах.
Таблица 3.3
Продолжительность грозовой деятельности за год, ч 10-20 20-40 40-60 60-80 80-100 100 и более
Удельная плотность ударов молнии в землю, 1/ км2 год 1 2 4 5,5 7 8,5
Среднегодовую продолжительность гроз определяют по карте, приведенной на рис. 3.3.
Вероятность прорыва молниезащиты прямым ударом молнии вычисляют по формуле
Q (t2)) = 1 - b, где b - надежность защитного действия молниезащиты.
Зона защиты типа А обладает надежностью 0,995 и выше, типа Б - 0,95 и выше.
При малой вероятности реализации событий, частота событий принимается равной вероятности события (Закон Пуассона). ?з-м = Q
Исходные данные o число резервуаров в группе - 2;
o тип резервуара - РВС - 200;
o радиус РВС, R=3.3 м;
o высота РВС, hp=6.0 м;
o тип зоны молниезащиты - Б;
o надежность защитного действия молниезащиты, b = 0,95;
o сведения о других источниках зажигания, которые могут также послужить причиной пожара на данном объекте, приведены в табл. 3.1
Таблица 3.1
№ п/п Наименование источника зажигания Частота, 1/год
1 Разряд атмосферного электричества Расчет
2 Статическое электричество 1,7 · 10-4
3 Фрикционные искры 1,7 · 10-4
4 Неисправность электрооборудования 1,6 · 10-4
5 Самовозгорание пирофорных отложений 1,4 · 10-4
6 Открытое пламя и искры 2,1 · 10-4
Расчет
Для региона расположения резервуара (Иркутск) среднегодовая продолжительность гроз составляет 40 часов в год. По табл. 3.3 определяем удельную плотность ударов молнии, которая составляет 2 удара в 1 км2 земной поверхности в течение года.
Z - уровень взрывоопасности технологической системы «РВС - ЛВЖ» в i-м месяце определяют из соотношения ?З - частота появления источника зажигания
Уровень взрывоопасности технологической системы «РВС - ЛВЖ» в i-м месяце определяют из соотношения
Nc.дн- число солнечных дней
Nдн - число дней в месяце
- продолжительность периода существования взрывоопасной концентрации внутри РВС при хранении ЛВЖ
Продолжительность периода существования взрывоопасной концентрации внутри РВС при хранении ЛВЖ
?дн- продолжительность светового дня ? - продолжительность периода существования взрывоопасной концентрации внутри РВС
Продолжительность светового дня ?дн = 11,9 5,7 sin (267 - 27 №м)=11.9 5.7sin(267-27*7)=17.46
№м - номер месяца
Меры пожарной безопасности, направленные на повышение устойчивости технологической системы к воздействию источников зажигания
1. Ужесточение требований к молниезащите резервуаров.
2. Для защиты от статического электричества - применение технических решений, обеспечивающих нейтрализацию разрядов статического электричества.
3. Создание условий, обеспечивающих предотвращение образования пирофорных отложений.
4. Выполнение организационных требований пожарной безопасности, обеспечивающих предотвращение появления источников зажигания
4. Расчет параметров, характеризующих пожарную опасность распространения пожара на резервуар с ЛВЖ, расположенный рядом с горящим резервуаром
Одним из опасных факторов пожара горящего резервуара для рядом расположенного резервуара является тепловое излучение от факела пламени. Оценка устойчивости технологической системы «РВС-ЛВЖ», расположенной рядом с горящим резервуаром, к теплу пожара является одним из приоритетных вопросов в нормировании противопожарной защиты и базируется на решении двух задач: o внешней, связанной с изучением закономерностей распределения тепловых нагрузок при открытых пожарах углеводородов;
o внутренней, связанной, с изучением процессов тепло - и массообмена, происходящих в резервуаре с ЛВЖ, обогреваемого теплом пожара.
Основные исследования в России, связанные с оценкой устойчивости технологической системы «РВС-ЛВЖ», к теплу пожара, расположенного рядом с горящим резервуаром, выполнены в Академии ГПС МЧС России.
Здесь в настоящей работе отрабатывается метод расчета параметров, характеризующих пожарную опасность распространения пожара на резервуар с ЛВЖ, расположенный рядом с горящим резервуаром.
Резервуары с ЛВЖ и ГЖ, расположенные рядом с горящим резервуаром иногда взрываются, а иногда в течение всего пожара остаются невредимыми. В отдельных случаях наблюдается факельное горение в местах выхода паров из резервуара или происходит механическое разрушение резервуара изза повышения давления вследствие интенсивного кипения ЛВЖ.
Параметры, характеризующие пожарную опасность распространения пожара на резервуар с ЛВЖ, расположенный рядом с горящим резервуаром, представлены на рис. 5.1.
Устойчивое состояние резервуара с ЛВЖ обеспечивается при выполнении следующих двух условий: o текущая температура стенки tw не достигает опасного значения, равного температуре самовоспламенения паров ЛВЖ тсв;
o рабочие напряжения sp, возникающие в элементах оболочки резервуара под действием избыточного давления паров внутри резервуара, не достигают предела прочности SПЧ.
Опасность взрыва внутри резервуара с ЛВЖ возникает при выполнении следующих двух условий: o текущая температура стенки tw достигает или превышает опасное значение, равное температуре самовоспламенения паров тсв;
o концентрация паров ЛВЖ jp внутри резервуара входит в область взрывоопасных значений;
Опасность факельного горения паров, выходящих из дыхательного клапана резервуара, характеризуется возможностью выполнения следующих двух условий: o текущая температура стенки tw достигает или превышает опасное значение, равное температуре самовоспламенения паров тсв. o до и в процессе нагрева жидкости концентрация паров jp внутри резервуара превышает верхний концентрационный предел распространения пламени;
Рис. 5.1. Параметры, характеризующие пожарную опасность распространения пожара на резервуар с ЛВЖ, расположенный рядом с горящим резервуаром
Опасность разрушения резервуара с ЛВЖ вследствие потери прочности характеризуется выполнением следующего условия: рабочие напряжения sp, возникающие в элементах оболочки резервуара под действием избыточного д
Вывод
В данном курсовом объекте мы рассчитали: - Уровень взрывоопасности технологической системы «РВС - ЛВЖ».
Установили, что взрывоопасная концентрация будет существовать внутри резервуара в течении суток, так как тж>тнп. Так же приняли меры пожарной безопасности, направленные на повышение устойчивости технологической системы «РВС - ЛВЖ» к возникновению пожара
1. Применение для хранения ЛВЖ резервуаров с понтонами.
2. Использование защитного газа (азот или метан) в герметизированных технологиях хранения для резервуаров со стационарными крышами.
- Ожидаемая частота возникновения пожаров при нормальном функционировании технологической системы «РВС - ЛВЖ».
Выяснили, что частота возникновения пожара будет равна 5.5· 10-21/год. Так же приняли меры пожарной безопасности, направленные на повышение устойчивости технологической системы к воздействию источников зажигания
1. Ужесточение требований к молниезащите резервуаров.
2. Для защиты от статического электричества - применение технических решений, обеспечивающих нейтрализацию разрядов статического электричества.
3. Создание условий, обеспечивающих предотвращение образования пирофорных отложений.
- Параметры, характеризующие пожарную опасность распространения пожара на резервуар с ЛВЖ, расположенный рядом с горящим резервуаром.
Установили, что элемент конструкции облучаемого резервуара не может послужить источником зажигания. Привели способы и приемы противопожарной защиты резервуара, расположенного рядом с горящим резервуаром
1. Применение систем водяного орошения резервуаров.
2. Увеличение расстояний между резервуарами.
2. Создание условий для быстрой локализации и ликвидации пожара.
- Геометрические параметры пожарной опасности разлива ЛВЖ при полном разрушении РВС. Привели способы и приемы снижения пожарной опасности
- Массу паров аллилового спирта при испарении с поверхности разлива
Привели способы и приемы защиты: o покрытие поверхности разлива пенами различной кратности;
o применение реагентов, активно впитывающих жидкость;
o разбавление пожароопасных водорастворимых жидкостей водой;
o самотечный слив разлившейся жидкости в аварийные емкости или амбары;
o откачка разлившейся жидкости насосами.
- Зону взрывоопасных концентраций паров при разливе ЛВЖ.
Пришли у выводу, что граница зоны, ограниченной НКПР паров ЛВЖ, будет проходить: o по горизонтали на расстоянии 7.97 м от границы разлива;
o по вертикали - на высоте 0,37 м от поверхности разлива.
- Опасные факторы пожара при сгорании паровоздушных смесей на открытой технологической площадке.
Сделали вывод. Согласно Таблице 12.1 Методических рекомендаций и графику «Зависимость избыточного давления взрыва от расстояния от геометрического центра паровоздушной смеси» определяем возможное разрушение.
-Полное разрушение зданий
-50% - ное разрушение зданий
-Средние повреждения зданий (разрушение зданий без обрушения, разрушаются резервуары нефтехранилищ)
-Умеренные повреждения зданий (повреждение внутренних перегородок, рам, дверей и т. п.)
-Нижний порог повреждения человека волной давления
- Тепловые нагрузки при пожарах проливов ЛВЖ и ГЖ.
Список литературы
1. N 123-ФЗ "Технический регламент о требованиях пожарной безопасности"
2. РД 34.21.122-87 «Инструкция по устройству молниезащиты зданий и сооружений»
3. Правила устройства электроустановок ПУЭ
4. СНИП 23 - 01 - 99. «Строительная климатология»
5. СНИП 2.01.01-82 "Строительная климатология и геофизика"
6. СНИП 2.11.03-93 «Склады нефти и нефтепродуктов противопожарные нормы».
7. ГОСТ Р 12.3.047-98"Система стандартов безопасности труда. Пожарная безопасность технологических процессов. Общие требования. Методы контроля"
8. Определение категорий помещений, зданий и наружных установок по взрывопожарной и пожарной опасности НПБ 105-03