Введение к работе
Актуальность темы исследования. Проблемам безопасности объектов нефтегазовой отрасли (НГО) уделяется особое внимание на всех уровнях законодательной и исполнительной власти, при этом одним из актуальных вопросов является обеспечение защиты людей и территорий от воздействия опасных факторов, возникающих при чрезвычайных ситуациях на складах нефти и нефтепродуктов.
В настоящее время для подземного хранения светлых нефтепродуктов (СНП) используются, в основном, стальные резервуары. Одной из причин ограничения применения для этих целей полимерных и композитных конструкционных материалов является повышенная опасность проявления разрядов статического электричества (СЭ). При этом Федеральным законом №123–ФЗ «Технический регламент о требованиях пожарной безопасности» установлено требование по исключению образования в горючей среде источников зажигания, к которым относятся и разряды СЭ.
Однако, использование полимерных материалов для изготовления
подземных резервуаров перспективно, так как снимает необходимость
обеспечения их антикоррозионной защитой, требуемой для стальных емкостей,
и исключает возможность образования пирофорных отложений. Кроме этого,
изготовление и применение таких резервуаров позволит получить
существенный экономический эффект за счет снижения их стоимости и увеличения срока эксплуатации.
Необходимо отметить, что в международной практике известен успешный опыт эксплуатации подземных одностенных полимерных резервуаров для хранения дизельного топлива (ДТ). Исключение проявления в них разрядов СЭ достигается за счет заземления посредством контакта внешней стенки резервуара с грунтом. Однако этот опыт не применим для подземных двустенных полимерных резервуаров (ПДПР), поскольку внутренняя диэлектрическая стенка не будет заземлена. Необходимость же использования двустенных резервуаров на производственных объектах определяется требованиями пожарной, промышленной и экологической безопасности к контролю герметичности подземного емкостного оборудования, что достигается за счет внешнего сосуда, выполняющего роль аварийного резервуара.
Таким образом, разработка нового способа защиты ПДПР для хранения СНП от разрядов СЭ на основе применения системы электростатической искробезопасности (ЭСИБ) с использованием токопроводящих ячеистых покрытий, определяет актуальность темы настоящей работы.
Степень разработанности темы исследования. Исследованию процессов электризации диэлектриков, в том числе их пожарной опасности, посвящены научные работы Б.К. Максимова, В.А. Бондаря, В.Н. Веревкина, В.П. Назарова, Г.И. Смелкова, В.Н. Черкасова, С.А. Бобровского, Ю.А. Азовцева, П.М. Бондаренко, В.Л. Малкина, Г.И. Сканави, Н.Г. Дроздова, Б.И. Сажина, В.В. Захарченко, В.И. Горшкова, K. Palmer, M. Glor, A. Klinkenberg, W. Harper и др.
В работах этих авторов подробно рассмотрены вопросы формирования и расчета электрических полей, создаваемых заряженными диэлектрическими жидкостями в резервуарах различных конструкций, а также приведены результаты исследований, связанных непосредственно с особенностями искрообразования в поле зарядов СЭ. В то же время, проблеме использования диэлектриков в качестве конструкционных материалов резервуаров для хранения СНП и определению их критериев пожаровзрывобезопасности уделено недостаточно внимания.
Таким образом, целью работы являлась разработка способа обеспечения ЭСИБ ПДПР для хранения СНП на основе применения токопроводящих ячеистых покрытий.
Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:
- на основе обработки статистических данных выполнить анализ пожарной
опасности проявления СЭ в технологическом процессе обращения СНП
в подземных резервуарах;
разработать экспериментальный стенд и методику проведения опытов по исследованию электрической прочности паровоздушного пространства резервуара в зависимости от вида находящегося в нем СНП;
провести математическое моделирование процесса электризации стенки полимерного резервуара, на основании аналитического решения получить зависимость для определения геометрических параметров защитного ячеистого проводящего покрытия, обеспечивающего требуемый уровень ЭСИБ;
- экспериментально установить значения удельных поверхностных
сопротивлений стенки полимерного резервуара с различными СНП,
необходимых для оценки геометрических параметров защитного ячеистого
проводящего покрытия;
- разработать способ обеспечения ЭСИБ ПДПР для хранения СНП
на основе применения токопроводящих ячеистых покрытий.
Объектом исследования являлись подземные двустенные полимерные резервуары для хранения светлых нефтепродуктов.
Предметом исследования являлась электростатическая искро-
безопасность подземных двустенных полимерных резервуаров для хранения светлых нефтепродуктов.
Научная новизна работы заключается в следующем:
-
Экспериментально получена зависимость для определения электрической прочности паровоздушного пространства резервуара (напряженности электростатического поля пробоя) от вида находящегося в нем СНП.
-
Проведено математическое моделирование процесса электризации стенки полимерного резервуара, на основании аналитического решения получена зависимость для определения геометрических параметров защитного ячеистого проводящего покрытия, обеспечивающего требуемый уровень ЭСИБ.
3. Экспериментально установлены значения удельных поверхностных
сопротивлений стенки полимерного резервуара с различными СНП,
необходимые для оценки геометрических параметров защитного ячеистого
проводящего покрытия.
4. Впервые разработан и предложен способ обеспечения ЭСИБ ПДПР с СНП на основе применения токопроводящих ячеистых покрытий, необходимый для соблюдения требований пожарной, промышленной и экологической безопасности при их эксплуатации.
Теоретическая и практическая значимость работы заключается в:
возможности применения результатов математического моделирования для определения геометрических параметров защитного ячеистого проводящего покрытия внутренней стенки ПДПР, обеспечивающего требуемый уровень ЭСИБ;
использовании полученной зависимости для определения электрической прочности паровоздушного пространства резервуара от вида находящегося в нем СНП;
- использовании установленных значений удельных поверхностных
сопротивлений стенки полимерного резервуара с различными СНП для оценки
геометрических параметров защитного ячеистого проводящего покрытия.
Применение на практике разработанного способа на основе использования
токопроводящих ячеистых покрытий на внутренней стенке ПДПР позволит
обеспечить выполнение требований электростатической, пожарной
и промышленной безопасности.
Методология и методы исследования. Поставленные задачи решались
путем теоретических и экспериментальных исследований. Основу
теоретических исследований составляли методы математической статистики, математического моделирования с применением программных комплексов Mathcad, Excel, выявления закономерностей, описания, обобщения.
Информационной основой исследования являлись отечественные и зарубежные литературные, правовые и нормативные источники, описания крупных пожаров, произошедших по причине проявления разрядов СЭ, материалы научно-исследовательских работ по тематике обеспечения ЭСИБ резервуаров для хранения СНП.
Положения, выносимые на защиту:
- результаты анализа статистических данных о пожарах и взрывах,
произошедших по причине проявления СЭ в технологическом процессе
обращения СНП в подземных резервуарах;
- методика и результаты экспериментов по исследованию электрической
прочности паровоздушного пространства резервуара в зависимости от вида
находящегося в нем СНП;
- результаты математического моделирования процесса электризации
стенки полимерного резервуара для определения геометрических параметров
защитного ячеистого проводящего покрытия, обеспечивающего требуемый
уровень ЭСИБ;
- экспериментальные значения удельных поверхностных сопротивлений
стенки полимерного резервуара с различными СНП, необходимые для оценки
геометрических параметров защитного ячеистого проводящего покрытия;
- способ обеспечения ЭСИБ ПДПР для хранения СНП на основе
применения токопроводящих ячеистых покрытий.
Степень достоверности полученных результатов и выводов,
сформулированных в диссертации, подтверждается значительным объемом экспериментальных исследований; использованием современных поверенных измерительных приборов и измерительной аппаратуры, обеспечивающих высокую точность измерения; применением для обработки полученных экспериментальных данных апробированных методов статистического анализа.
Материалы диссертации использованы при:
- процессе производства экспериментального подземного двустенного
резервуара из полиэтилена для хранения светлых нефтепродуктов на АО
«Производственное объединение «Петронефтьспецконструкция», г. Санкт–
Петербург, ул. Восстановления, д. 66;
- изучении дисциплины «Пожарная безопасность электроустановок»
на кафедре Специальной электротехники, автоматизированных систем и связи
Академии ГПС МЧС России, а именно, при разработке: учебного пособия
«Пожарно-техническая экспертиза электротехнической части проекта» (2015 г.);
методических указаний к выполнению курсовой работы по дисциплине
«Пожарная безопасность электроустановок» (2012 г.); лекции на тему
«Молниезащита и защита от статического электричества» (2014 г.).
Основные результаты работы доложены на: 1-ой Международной научн.-практ. конф. «Проблемы техносферной безопасности – 2012» (г. Москва, Академия ГПС МЧС России, 2012); ХХIV Международной научн.-практ. конф. «Актуальные проблемы пожарной безопасности», (г. Москва, ВНИИПО МЧС России, 2012); 2-ой Международной научн.-практ. конф. «Проблемы техносферной безопасности – 2013» (г. Москва, Академия ГПС МЧС России, 2013); ХХV «Актуальные проблемы пожарной безопасности», (г. Москва, ВНИИПО МЧС России, 2013); ХХVI Международной научн.-практ. конф. «Актуальные проблемы пожарной безопасности», (г. Москва, ВНИИПО МЧС России, 2014); 4-ой Международной научн.-практ. конф. «Проблемы техносферной безопасности – 2015» (г. Москва, Академия ГПС МЧС России, 2015).
Публикации. По теме диссертации опубликовано 12 научных работ.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, перечня сокращений, списка литературы и шести приложений. Содержание работы изложено на 199 страницах машинописного текста, включает в себя 46 таблиц, 43 рисунка, список литературы из 196 наименований.