Технические решения, обеспечивающие противопожарную защиту резервуарной группы терминала химических продуктов

Таблица 1.3.

Анкета технических решений противопожарной защиты резервуарной группы

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 ф_ВОК, когда рабочая концентрация пара ЛВЖ (ц_п) внутри системы находится в области взрывоопасных значений, к определенному периоду функционирования ф_функ, например, к году, т.е.

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 передаётся паровоздушной смеси внутри резервуара и поверхностному слою. Последний отдаёт часть тепла посредством теплопроводности нижележащим слоям, другая часть тепла тратится на испарение, а основная масса полученного поверхностным слоем тепла идёт 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 .. 20^о 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.

а) в течение суток ц_п не достигает ц_нкпр;

б) в ночное, утреннее и вечернее время находится ц_п < ц_нкпр, днем - ц_п в пределах ц_вок;

в) в течение суток находится ц_п в пределах ц_вок;

г) в ночное время находится ц_п < ц_нкпр, днем - ц_п > ц_вкпр, утром и вечером - ц_п в пределах ц_вок;

д) ночью, утром и вечером находится ц_п в пределах ц_вок, днем - ц_п > ц_вкпр;

е) в течение суток ц_п > ц_вкпр.

Рис. 2.2. Характерные периоды существования взрывоопасных концентраций паров (ц_вок):

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 t_п.сл - текущая температура поверхностного слоя ЛВЖ;

t_п.сл-max - максимальная температура поверхностного слоя ЛВЖ;

t_ж - температура основной массы ЛВЖ;

ф_с - продолжительность теплового воздействия солнечной радиации от момента восхода солнца;

ф_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 q_л - тепловая нагрузка на резервуар от солнечной радиации, Вт•м^-2;

б _w-f - коэффициент теплоотдачи в сложном лучисто-конвективном теплообмене от оболочки, ограничивающей газовое пространство резервуара, в окружающий воздух, Вт•м^-2•К^-1;

б_п.w-ж - приведенный коэффициент теплоотдачи от оболочки, ограничивающей газовое пространство резервуара, к поверхностному слою ЛВЖ, Вт•м^-2•К^-1;

б_{w - ж} - коэффициент теплоотдачи излучением от оболочки, ограничивающей газовое пространство резервуара, к ЛВЖ, Вт•м^-2•К^-1;

б_п-ж - коэффициент теплоотдачи от паровоздушной смеси к поверхностному слою ЛВЖ, Вт•м^-2•К^-1;

t_f-max - максимальная среднемесячная температура окружающего воздуха, ^oC;

t_f - среднемесячная температура окружающего воздуха, ^oС;

m_ж - показатель температурного поля в поверхностном слое ЛВЖ, м^-1;

л _ж - коэффициент теплопроводности ЛВЖ, Вт•м^-1•К^-1;

б_w-п - коэффициент теплоотдачи в сложном лучисто-конвективном теплообмене от оболочки, ограничивающей газовое пространство резервуара, к паровоздушной смеси, Вт•м^-2•К^-1;

f_ж - площадь зеркала ЛВЖ в резервуаре, м²;

f_об - площадь оболочки, ограничивающей газовое пространство резервуара, м²;

t _ж - температура основной массы ЛВЖ, ^oС.

Допускается принимать в расчете следующие значения коэффициентов:

л_ж = 0,11 Вт•м^-1•К^-1;

б_w-f = 10,7 Вт•м^-2•К^-1;

б_п.w-ж = 0,73 Вт•м^-2•К^-1;

б_п-ж = 5,3 Вт•м^-2•К^-1;

б_w-ж = 5,3 Вт•м^-2•К^-1;

б_w-п = 2,5 Вт•м^-2•К^-1.

Остальные величины определяют по следующим формулам:

· максимальная среднемесячная температура окружающего воздуха

t_f-max = t_f + t_f-mах/2

Температуру основной массы ЛВЖ t_ж в резервуаре принимают равной среднемесячной температуре окружающего воздуха (t_f). Значения температуре окружающего воздуха и максимальной амплитуды колебаний температуры окружающего воздуха (t_f-mах) определяют по СНиП «Строительная климатология).

· площадь зеркала испарения ЛВЖ в резервуаре

f_ж = р d_р²/4

где d_р - диаметр резервуара, м;

· площадь оболочки, ограничивающей газовое пространство резервуара,

f_об = f_ж + р d_р (h_р - h_ж),

где h_р - высота резервуара, м; h_ж - 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:

f_л = d_р (h_р -h_ж ) sin (ш - о) + f_ж cos (ш - о),

где ш - географическая широта местности, ^o; о - 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

о = 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; с_ат - коэффициент прозрачности атмосферы (допускается принимать равным 0,7);

· тепловая нагрузка на резервуар от солнечной радиации

q_л = е_w q_с f _л /f_об

Степень черноты оболочки резервуара е_w, окрашенной алюминиевой краской годичной давности, допускается принимать равной 0,7;

· показатель температурного поля в поверхностном слое ЛВЖ, м^-1

где с_ж - плотность жидкости, кг•м^-3; с_ж - теплоемкость жидкости, Дж•кг-¹•К-¹ (при отсутствии справочных данных допускается принимать равной2000 Дж•кг-¹•К-¹).

Продолжительность светового дня ф_дн в №-_м месяце целесообразно принять по справочным данным для соответствующей географической широты местности. Допускается использовать следующую приближенную формулу

ф_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 ;

t_нп - нижний температурный предел распространения пламени, ^оС;

t_ж - температура основной массы ЛВЖ, ^оС;

t_п.сл-max - максимальная температура поверхностного слоя ЛВЖ; ^оС.

Прежде чем определять значение ф_вок, следует проанализировать значение и.

При:

· и >1 - ц_вок внутри системы не образуются, так как t_п.сл-max < t_нп;

· и<0 - ц_вок будут существовать в течение суток, так как t_ж > t_нп;

· 0 < и < 1 - значение ф_вок определяют по формуле (2.13).

Уровень взрывоопасности технологической системы «РВС-ЛВЖ» в i-м месяце определяют из соотношения

,

где N_с.дн и N_дн - число солнечных дней и число дней в месяце соответственно.

Исходные данные

o географическая широта местности, ш = 51^о;

o число безоблачных дней в июле, N_с.дн = 27 ;

o диаметр РВС, d_р = 7,6 м;высота РВС, h_р = 7,5 м;

o среднемесячная температура окружающего воздуха для июля месяца,t_f = 21,4^оС;

o максимальная суточная амплитуда колебаний температуры окружающего воздуха для июля месяца,t_f-mах = 20,4^oC;

o нижний температурный предел распространения пламени,t_нп=21^оС;

o плотность жидкости, с_ж= 854 кг•м^-3;

Расчет

Максимальная среднемесячная температура окружающего воздуха

t_f-max = t_f + t_f-mах/2 = 21.4 + 20.4 / 2 = 31.6^oC

t_f - среднемесячная температура окружающего воздуха для июля месяца площадь зеркала испарения ЛВЖ в РВС

t_f-mах - максимальная суточная амплитуда колебаний температуры окружающего воздуха для июля месяца

Площадь зеркала испарения ЛВЖ в резервуаре

f_ж= р d_р²/4 = 3,14 7.6² / 4 = 45.34 м².

d_р - диаметр РВС

Площадь оболочки, ограничивающей газовое пространство РВС

f_об = f_ж + р d_р (h_р - h_ж) = 45.34 + 3,14 · 7.6 (7.5 - 6) = 81.14 м².

f_ж - площадь зеркала испарения ЛВЖ в резервуаре

d_р - диаметр РВС

h_р - высота РВС

h_ж - уровень взлива жидкости

Уровень взлива жидкости

h_ж= h_р*е_р=7.5*0.8=6

h_р - высота РВС

е_р - степень заполнения резервуара

Усредненное значение расчетного склонения солнца для июля месяца

о = 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:

f_л = d_р (h_р -h_ж)sin (ш - о) + f_жcos (ш - о) =

= 7.6 (7.5 - 6) sin (51 - 22.6) + 45.34cos (51 - 22,6) = 5.4+39.88= 45.28 м².

Плотность падающего теплового потока от солнца на площадку, нормальную к направлению солнечных лучей

Вт м^-2

1325 - солнечная постоянная

с_ат - коэффициент прозрачности атмосферы (допускается принимать равным 0,7)

ш - географическая широта местности

о - усредненное значение расчетного склонения солнца для июля месяца

Тепловая нагрузка на резервуар от солнечной радиации

q_л = е_wq_сf_л /f_об. = 0,7*968.06*45.28 / 81.14 = 378.16Вт м^-2

е_w - степень черноты оболочки резервуара, окрашенной алюминиевой краской годичной давности, допускается принимать равной 0,7

q_с - плотность падающего теплового потока от солнца на площадку, нормальную к направлению солнечных лучей

f_л - площадь оболочки, м², ограничивающей газовое пространство РВС, на которую воздействует солнечная радиация

f_об - площадь оболочки, ограничивающей газовое пространство РВС

Продолжительность светового дня в июле месяце

ф_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

с_ж - плотность жидкости

с_ж - теплоемкость жидкости

л_ж - коэффициент теплопроводности ЛВЖ

ф_дн - Продолжительность светового дня в июле месяце

Максимальная температура поверхностного слоя ЛВЖ в резервуаре,

=

^оС

q_л - тепловая нагрузка на резервуар от солнечной радиации

б _w-f - коэффициент теплоотдачи в сложном лучисто-конвективном теплообмене от оболочки, ограничивающей газовое пространство резервуара, в окружающий воздух, принимаем равным 10.7

t_f-max - максимальная среднемесячная температура окружающего воздуха

t_f- среднемесячная температура окружающего воздуха

б_п.w-ж - приведенный коэффициент теплоотдачи от оболочки, ограничивающей газовое пространство резервуара, к поверхностному слою ЛВЖ, принимаем равным 0.73

б_w-ж - коэффициент теплоотдачи излучением от оболочки, ограничивающей газовое пространство резервуара, к ЛВЖ, принимаем равным 5.3

f_ж - площадь зеркала ЛВЖ в резервуаре

f_об - площадь оболочки, ограничивающей газовое пространство резервуара

m_ж - показатель температурного поля в поверхностном слое ЛВЖ

б_п-ж-коэффициент теплоотдачи от паровоздушной смеси к поверхностному слою ЛВЖ, принимаем равным 5.3

б_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

t_нп - нижний температурный предел распространения пламени

t _ж- температура основной массы ЛВЖ

t_п.сл-max- максимальная температура поверхностного слоя ЛВЖ

Так как и<0, то взрывоопасная концентрация будет существовать внутри резервуара в течении суток, так как tж>tнп

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 (N_п).

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

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 N_П рассматривают как случайное совпадение событий: уровня взрывоопасности технологической системы Z и частоты появления источника зажигания л_З

N_П = Z · л_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

л_З = , 1/год

где л_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

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;

Q (t₂) - вероятность прорыва молниезащиты прямым ударом молнии.

Вероятность попадания прямого удара молнии в расчетную площадь поражения вычисляют по формуле

Q (t₁) = 1 - exp (- N_ум ф_р) ,

где N_ум - число прямых ударов молнии в расчетную площадь поражения, за год;

_р - продолжительность периода наблюдения, год.

Ожидаемое число прямых ударов молнии в расчетную площадь поражения определяют по формуле

N_ум= S_п n_ум 10 ^-6,

где S_п - расчетная площадь поражения, м²;

n_yм - 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

S_п= (l_гр+ 6 h_р) (b_гр+6 h_р) - 7,7 h_р , м².

где l_гр и b_гр - соответственно длина и ширина, в размеры которой может быть вписана резервуарная группа, м;

h_р - 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

Среднегодовую продолжительность гроз определяют по карте, приведенной на рис. 3.3.

Вероятность прорыва молниезащиты прямым ударом молнии вычисляют по формуле

Q (t₂)) = 1 - ,

где - 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).

л_з-м = Q

Исходные данные

o число резервуаров в группе - 2;

o тип резервуара - РВС - 300;

o радиус РВС,R = 3.8м;

o высота РВС,h_р = 7.5 м;

o тип зоны молниезащиты - А;

o надежность защитного действия молниезащиты, = 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

Расчет

Для региона расположения резервуара среднегодовая продолжительность гроз составляет 60 часов в год. По табл. 3.3 определяем удельную плотность ударов молнии, которая составляет 4 ударов в 1 км² земной поверхности в течение года.

Расчетная площадь поражения

S_п= (2 R + 6 hр)² - 7,7 hр² = (2 · 3.8 + 6 · 7.5)² - 7,7 · 7.5²= 2333.63 м²

R - радиус РВС

hр - высота РВС

Ожидаемое число прямых ударов молнии в расчетную площадь поражения

N_ум= S_п· n_ум· 10^-6 = 2333.63· 4· 10^-6 = 0.93· 10^-2 1/год

S_п- Расчетная площадь поражения

n_ум - удельная плотность ударов молнии

Вероятность попадания прямого удара молнии в расчетную площадь поражения

Q (t1) = 1 - exp (- Nум · фр) = 1 - exp (-0.93 · 10^-2 · 1) = 1.025

N_ум - число прямых ударов молнии в расчетную площадь поражения, за год

фр - продолжительность периода наблюдения

Вероятность прорыва молниезащиты прямым ударом молнии

Q (t2) = 1 - = 1 - 0,95 = 0.05

- надежность защитного действия молниезащиты

Q = Q (t₁) ·Q (t₂) = 1.025·0.05= 5 · 10^-2

Q (t₁) - вероятность попадания прямого удара молнии в расчетную площадь поражения

Q (t2) - вероятность прорыва молниезащиты прямым ударом молнии

Принимаем частоту поражения молнией резервуара в течение года равной значению вероятности поражения

лз-м = Q = 5 · 10^-2 1/год.

Частота появления источника зажигания

л_З= = 5· 10^-2 + 1,7 · 10^-4 + 1,7 · 10^-4 + 1,6· 10^-4 = 5· 10^-21/год

Ожидаемая частота возникновения пожаров

N_П = Z·л_З = 1,1 · 5· 10^-2= 5.5· 10^-21/год

Z - уровень взрывоопасности технологической системы «РВС-ЛВЖ» в i-м месяце определяют из соотношения

л_З - частота появления источника зажигания

Уровень взрывоопасности технологической системы «РВС-ЛВЖ» в i-м месяце определяют из соотношения

N_с.дн- число солнечных дней

N_дн - и число дней в месяце

- продолжительность периода существования взрывоопасной концентрации внутри РВС при хранении ЛВЖ

Продолжительность периода существования взрывоопасной концентрации внутри РВС при хранении ЛВЖ

ф_дн- продолжительность светового дня

и - продолжительность периода существования взрывоопасной концентрации внутри РВС

Продолжительность светового дня

ф_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.

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 из-за 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 t_w не достигает опасного значения, равного температуре самовоспламенения паров ЛВЖ t_св;

o рабочие напряжения _р, возникающие в элементах оболочки резервуара под действием избыточного давления паров внутри резервуара, не достигают предела прочности _ПЧ.

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 t_св;

o концентрация паров ЛВЖ _р 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 t_w достигает или превышает опасное значение, равное температуре самовоспламенения паров t_св.

o до и в процессе нагрева жидкости концентрация паров _р внутри резервуара превышает верхний концентрационный предел распространения пламени;

o Опасность разрушения резервуара с ЛВЖ вследствие потери прочности характеризуется выполнением следующего условия: рабочие напряжения _р, возникающие в элементах оболочки резервуара под действием избыточного давления паров внутри резервуара вследствие интенсивного кипения ЛВЖ, превышают предел прочности _пч

o На основании проведенных в Академии ГПС МЧС России исследований по изучению пожарной опасности резервуара с нефтепродуктами и нефтью в условиях пожара разработан метод расчета параметров, характеризующих пожарную опасность распространения пожара на резервуар с ЛВЖ, расположенный рядом с горящим резервуаром.

Рис. 4.1 Параметры, характеризующие пожарную опасность распространения пожара на резервуар с ЛВЖ, расположенный рядом с горящим резервуаром

Расчетные положения справедливы для группы однотипных резервуаров в период начальной стадии пожара, т.е. до введения сил и средств на охлаждение резервуара.

Термические и геометрические параметры факела пожара

Максимальную среднеповерхностную плотность излучения, Втм^-2, которую факел пламени горящей ЛВЖ имеет в штиль, можно определить по следующей формуле:

q_ф = (335 + 7112 / d_р) m_выг10³,

где d_р - диаметр горящего резервуара, м; m_выг - массовая скорость выгорания ЛВЖ, кгс^-1м^-2.

В условиях штиля форму факела пламени рассматривают в виде качающегося цилиндра. Высоту факела пламени, м, определяют по формуле

_в - плотность воздуха, кгм^-3 (допускается принимать _в1,2 кгм^-3); - ускорение свободного падения, равное 9,81 мс^-2.

В дальнейших расчетах в качестве излучающей поверхности принимают факел в виде плоскости с учетом фактора видимости.

Температура локального участка стенки резервуара, расположенного рядом с горящим резервуаром

Опасными конструктивными элементами резервуара, расположенного рядом с горящим резервуаром, которые могут быть нагреты до температуры самовоспламенения, и послужить источником зажигания взрывоопасной паровоздушной смеси, являются:

o участок стенки облучаемого резервуара, расположенный по нормали к основанию факела пламени;

o дыхательный или предохранительный клапан (из конструкции клапана следует установить, что при нагреве стенки клапана до температуры самовоспламенения пламя способно распространиться вовнутрь резервуара по горючей паровоздушной смеси);

o пенокамера при наличии негерметичности между ее корпусом и внутренней полостью резервуара;

В качестве элемента конструкции принимаем участок стенки облучаемого пожаром резервуара, расположенный по нормали к основанию факела пламени. пожарный тепловой легковоспламеняющийся жидкость

Плотность падающего теплового потока от факела горящего резервуара на элемент конструкции рядом расположенного резервуара

Плотность падающего теплового потока от факела горящего резервуара на элемент конструкции облучаемого резервуара, расположенной по нормали к основанию факела пожара, Втм^-2

q_w = q_{ф н}.

Коэффициент облученности _н для элементарной площадки соседнего резервуара, расположенного по нормали к основанию факела пламени, определяем на основании расчетной схемы, показанной на рис. 5.3, по формуле

B₁ = x₁/2y₁ ;

C₁ = h_ф/y₁.

Рис. 4.2 Расчетная схема к определению температуры элемента конструкции РВС, расположенного рядом с горящим РВС:

1 горящий РВС; 2 соседний РВС; dF_w элемент конструкции резервуара, расположенный по нормали к основанию факела пламени; l_р расстояние между резервуарами; y₁ расчетное расстояние между пламенем и элементарной площадкой с учетом фактора видимости; x₁ расчетная ширина пламени с учетом фактора видимости

Значения x₁ и y₁ (см. рис. 5.3) определяют по следующим формулам:

Возможность и продолжительность нагрева элемента конструкции резервуара до температуры самовоспламенения

Максимальная температура элемента конструкции резервуара

где t_f - температура окружающей среды, ^оС.

Если выполняется условие то делают заключение о том, что элемент конструкции облучаемого резервуара может послужить источником зажигания, и определяют текущую температуру.

Коэффициент теплоотдачи, Втм^-2 К^-1.

.

Температура элемента конструкции через ,с, облучения, ^oC,

где c_w - теплоемкость материала конструкции, Джкг^-1К^-1 (для стали,c_w = 500 Джкг^-1К^-1); _w - плотность материала конструкции, кгм^-3 (для стали, _w = 7800 кгм^-3); _w - толщина стенки резервуара, м.

Температура поверхностного слоя ЛВЖ в резервуаре, расположенном рядом с горящим резервуаром

В основу формирования нагретого поверхностного слоя ЛВЖ в резервуаре, расположенном рядом с горящим резервуаром положена следующая модель.

Тепловой поток от факела пламени приводит к интенсивному нагреву боковой поверхности соседнего резервуара, расположенного рядом с горящим. В пристенном пограничном слое появляются подъемные силы, которые заставляют слой более нагретой ЛВЖ подниматься вдоль корпуса резервуара и растекаться по поверхности основной массы ЛВЖ. Это существенно влияет на температуру поверхностного слоя ЛВЖ.

Одновременно к этому всплывшему слою ЛВЖ передается тепло от стенок, ограничивающих газовое пространство резервуара, от крыши и парового пространства. В процессе теплообмена поверхностный слой ЛВЖ отдает часть тепла на испарение жидкости, а также нижележащим слоям путем теплопроводности. Часть тепла в этом сложном теплообмене отдается в окружающий воздух, а также основной массе ЛВЖ путем частичного смешивания при всплывании.

Количество тепла, подводимого к поверхностному слою ЛВЖ

1) Количество тепла, выносимое на поверхность ЛВЖ пограничным всплывающим тепловым слоем ЛВЖ от теплообмена с облучаемой стенкой, которая контактирует с ЛВЖ, определяют в следующей последовательности:

o коэффициент облученности для элементарной площадки облучаемой стенки, контактирующей с ЛВЖ:

;

o вспомогательные величины, необходимые для расчета коэффициента облученности, определяют по формулам

;

;

o площадь облучаемой стенки резервуара, м², ограничивающей жидкость,

f₁ = x₂ h_ж ;

o количество тепла, выносимое на поверхность ЛВЖ вдоль нагретой стенки пограничным всплывающим тепловым слоем, в единицу времени, Вт

Q₁ = 0,86 q_{ф 1} f₁.

2) Количество тепла, получаемого поверхностным слоем ЛВЖ при теплообмене с облучаемой стенкой, ограничивающей газовое пространство, определяют в следующей последовательности:

o коэффициент облученности для элементарной площадки облучаемой стенки, ограничивающей газовое пространство резервуара,

;

o площадь облучаемой стенки резервуара, м², ограничивающей газовое пространство,

f₂ = x₂ (h_р - h_ж);

o количество тепла, получаемое поверхностным слоем ЛВЖ при теплообмене с облучаемой стенкой, в единицу времени, Вт

Q₂ = 0,47 q_{ф 2} f₂ .

3) Количество тепла, получаемого поверхностным слоем ЛВЖ при теплообмене с крышей облучаемого резервуара, в единицу времени определяют в следующей последовательности:

o коэффициент облученности для элементарной площадки облучаемой крыши резервуара

;

o вспомогательные величины В₂ и С₂ рассчитывают по формулам

;

;

o площадь крыши резервуара принимают равной площади поверхности зеркала испарения ЛВЖ, м²,

;

o количество тепла, получаемого поверхностным слоем ЛВЖ от теплообмена с крышей облучаемого резервуара, в единицу времени, Вт

Q₃ = 0,28 q_{ф 3} f₃

Температура поверхностного слоя ЛВЖ

Температуру поверхностного слоя ЛВЖ, ^оС, через , с, облучения определяют по формуле

,

где c_п - теплоемкость паровоздушной смеси, Джкг-1К-1. При отсутствии справочных данных допускается принимать с_п = 1010 Джкг-1К-1;