Содержание к диссертации
Введение
1 . Аналитический обзор проблемы пожаров разлития горючих жидкостей ... 9
1.1.Основные особенности чрезвычайных ситуаций, вызванных возникновением пожаров разлития 9
1.2.Диффузионное горение жидкостей 13
1.2.1 .Основные процессы тепломассообмена при пожаре разлития 15
1.2.2. Основные характеристики пламени при горении жидкости 19
1.2.3.Радиационные свойства пламени горящей жидкости 23
1.2.4.Излучение пожара разлития и его воздействие на окружающие объекты 28
1.3. Исследование параметров пожара разлития с помощью крупномас штабных физических экспериментов 34
1.4. Постановка задачи исследования 38
2. Математическая модель пожара разлития углеводородных жидкостей ... 40
2.1 .Формулировка модели пожара разлития '. 40
2.2.Проверка адекватности математической модели 51
3. Особенности основных характеристик поражающих факторов пожара разлития при различных условиях его протекания 56
3.1.Влияние геометрических характеристик пролива на поражающие факторы пожара разлития 57
3.2. Изменение характеристик поражающих факторов пожара разлития жидкости сложного состава в процессе ее выгорания 67
3.3.Влияние условий окружающей среды на поражающие факторы пожара разлития 74
4. Прогнозирование последствий пожаров разлития на промышленных объектах 86
4.1.Анализ последствий пожара разлития на нефтебазе морского терминала "Каспийского трубопроводного консорциума" 90
4.2. Анализ последствий пожара разлития на складе бензольных продуктов коксохимического производства ОАО "НЛМК" 102
4.3. Совокупное действие поражающих факторов при пожаре разлития 109
4.4.Рекомендации по уменьшению негативных последствий пожаров разлития на промышленных предприятиях 110
Заключение 115
Литература 117
- Основные характеристики пламени при горении жидкости
- Исследование параметров пожара разлития с помощью крупномас штабных физических экспериментов
- Изменение характеристик поражающих факторов пожара разлития жидкости сложного состава в процессе ее выгорания
- Анализ последствий пожара разлития на складе бензольных продуктов коксохимического производства ОАО "НЛМК"
Введение к работе
В настоящее время в нашей стране наблюдается устойчивая тенденция к росту числа чрезвычайных ситуаций в промышленности, многие из которых приводят к тяжелым последствиям. Это связано с преимущественным использованием технологий наземного хранения токсичных и пожаровзрывоопасных веществ, постоянно возрастающими объемами их транспортировки, с ростом износа основных производственных фондов, увеличением количества стихийных бедствий и террористических актов. Ущерб, наносимый чрезвычайными ситуациями, существенно ухудшает экономическое положение страны.
На предприятиях России, как и в других странах, производятся и применяются, а также транспортируются большие объемы разнообразных горючих жидкостей. Прежде всего это углеводородные топлива, ежегодный объем производства которых составляет сотни миллионов тонн. На предприятиях многих отраслей промышленности, в т.ч. и в металлургии, горючие жидкости либо применяются в производственных процессах, либо являются побочным продуктом. Резервуарные парки предприятий часто находятся вблизи селитебных территорий и представляют собой источники потенциальной опасности для населения.
Одним из наиболее распространенных источников чрезвычайной ситуации в промышленности является пожар разлития. Полное или частичное разрушение резервуаров или технологического оборудования, приводящее к образованию пролива горючих жидкостей, при наличии источников зажигания может вызвать возникновение горения жидкостей. Пожар разлития отличается весьма сложным характером, зачастую большими масштабами и имеет склонность к распространению на близлежащие территории. Пожары разлития на производственных объектах наносят как большой материальный ущерб, так и ущерб жизни и здоровью людей.
Невозможность отказаться от большинства потенциально опасных технологий и существенно сократить объемы использования горючих жидкостей обуславливает необходимость развития новых подходов к обеспечению промышленной безопасности. Все большее распространение получает подход, основанный на управлении риском.
Основой данного подхода является количественная оценка потенциальной опасности промышленного объекта. Для этого необходимо знать, в первую очередь, пространственно-временное распределение поражающих факторов, основными из которых в случае пожара разлития являются термическое воздействие и воздействие открытого пламени.
Специфика оценки потенциальной опасности промышленных объектов состоит в весьма ограниченном использовании экспериментальных методов оценки последствий чрезвычайных ситуаций. Ввиду сложности и опасности проведения масштабных физических экспериментов наилучшим методом проведения подобных исследований является разработка математической модели с дальнейшим проведением с ее помощью численных экспериментов.
Моделирование распределения характеристик поражающих факторов в пространстве и во времени является весьма сложной задачей. Для оценки термического и токсического воздействия источника чрезвычайной ситуации на человека и окружающую среду существует немало наработанных, а иногда и нормированных методик. Однако в большинстве из них используются многочисленные упрощения либо допущения, поэтому их применимость существенно ограничена. Подобные недостатки приводят к заметному снижению точности полученных результатов. В случае пожара разлития ни одна из существующих математических моделей пожаров разлития (например, работы /1-4/) не учитывает в полной мере такие немаловажные явления, как существенная связь между поражающими факторами, составом горящей жидкости и условиями окружающей среды. Не учитываются эти явления и в используемых в настоящее время нормативных документах, что не позволяет точно оценить последствия пожара разлития.
Прежде всего это выражается в недостаточном учете особенностей горения жидкостей сложного состава, изменяющегося в процессе горения; влияния на пространственное распределение поражающих факторов пожара метеорологических условий, а также в упрощенном представлении структуры пламени пожара и зависимостей основных его характеристик от условий протекания процесса.
Сказанное выше обуславливает актуальность дальнейшего исследования пожаров разлития с целью нахождения закономерностей пространственно-временного распределения поражающих факторов и их характеристик в зависимости от химического состава горящего вещества, условий горения и параметров окружающей среды.
Целью диссертационной работы является снижение опасности поражения персонала и технологических объектов поражающими факторами пожара разлития в результате учета зависимостей пространственно-временного распределения последних от состава горящей жидкости, условий горения и параметров окружающей среды.
Для достижения указанной цели необходимо решить следующие задачи:
1 .Разработать математическую модель, адекватно описывающую физические, химические и физико-химические процессы, происходящие при пожаре разлития, и провести с ее использованием численные эксперименты.
2.Выбрать и применить методы количественной оценки вероятности поражения населения, персонала и объектов поражающими факторами пожара разлития.
3.Провести количественные оценки последствий пожара разлития на примере наиболее характерных промышленных предприятий (коксохимического производства металлургического комбината ОАО "НЛМК" и нефтебазы морского терминала "Каспийского трубопроводного консорциума").
Методом решения большинства поставленных в работе задач явилось математическое моделирование с численной реализацией моделей на компьютере с использованием программного комплекса Mathematica 4.1. Для определения количественных характеристик поражения людей и объектов в зависимости от величин, характеризующих интенсивность воздействия поражающих факторов, использовали вероятностный метод. Проверку адекватности модели осуществляли путем сопоставления результатов расчета с опубликованными данными физических экспериментов.
Научная новизна результатов исследования состоит в том, что:
-разработана математическая модель пожара разлития углеводородной жидкости, с достаточной полнотой и адекватностью учитывающая особенности горения жидкостей сложного состава и изменение последнего при горении, а также учитывающая неоднородное пространственное распределение характеристик пламени;
-исследована зависимость основных характеристик пожара разлития от его геометрических параметров;
-выявлена степень влияния параметров окружающей среды на характеристики поражающих факторов пожара разлития;
-получены расчетные данные по пространственно-временным характеристикам поражающих факторов пожара разлития при различных состояниях окружающей среды в условиях реальной производственной площадки;
-оценены последствия аварий, связанных с пожарами разлития, с учетом характерных особенностей пожаров разлития;
-получены зависимости, позволяющие производить оценку последствий пожаров разлития ряда углеводородных жидкостей.
Достоверность полученных выводов и обоснованность
рекомендаций обусловлена использованием современных методов и средств математического моделирования, основанных на фундаментальных уравнениях сохранения и переноса физических свойств и субстанций, а
также удовлетворительным согласованием полученных расчетных результатов и имеющихся экспериментальных данных.
Практическая значимость работы состоит в том, что разработанная модель позволяет проводить количественную оценку потенциальной опасности и риска для населения и персонала последствий пожаров разлития с учетом их характерных особенностей, что будет способствовать их предупреждению и уменьшению негативных последствий. На основании полученных данных разработан ряд рекомендаций по уменьшению негативных последствий пожаров разлития на промышленных предприятиях. Разработаны зависимости, позволяющие производить оценку термического воздействия пожаров разлития некоторых углеводородных жидкостей и их последствий. Результаты исследований использовались для оценки ущерба от пожаров разлития и анализа риска на промышленных предприятиях (на примере ОАО "НЛМК" и "Каспийского трубопроводного консорциума"), а также в учебном процессе при чтении курсов "Безопасность в чрезвычайных ситуациях" и "Системный анализ и моделирование процессов в техносфере".
Диссертационная работа состоит из введения, 4 глав и заключения, изложена на 127 стр. машинописного текста, содержит 65 рисунков и 11 таблиц. Библиографический список использованной литературы содержит 111 наименований.
Основные характеристики пламени при горении жидкости
В основе этих моделей лежит схематизированная квазиодномерная модель явления, в соответствии с которой профили характерных величин аппроксимируются ступенчатыми, реальная конфигурация пламени — П -образной. Тепло- и массоперенос, обусловленный смешением струи пара с окружающим газом, учитывается путем задания объемных диффузионных и тепловых потерь в поперечном направлении. В соответствии с данными работы /23/ при расчете полей температур и концентраций можно не учитывать изменение скорости в пламени (т.к. она весьма плавно изменяется в вертикальном направлении) и полагать ее постоянной. Решение системы уравнений, включающей в себя уравнения диффузии и теплопроводности для жидкой и газовой фаз, балансных соотношений для фронта пламени, свободной поверхности и границ раздела слоев жидкости (при ее многослойном характере) с соответствующими физической природе горения жидкости граничными условиями позволяет перейти к системе алгебраических уравнений с переменными, характеризующими температурные и концентрационные поля пламени, его геометрические характеристики и интенсивность процесса горения. Горение конечного по толщине слоя жидкости отличается от описанного выше необходимостью (при достаточно тонком слое) учета теплоотвода в подложку, на которой покоится реагирующая жидкость.
Горение жидкости при наличии обдувающего ее потока окислителя Л. П. Ярин и Г.С. Сухов /15/ предлагают рассматривать как происходящее при наличии вблизи границы раздела фаз гетерогенного пограничного слоя, в котором происходит нагрев и испарение жидкости, а также смешение пара с окислителем. Однако теория пограничного слоя применима лишь при достаточно больших скоростях обдува жидкости, когда пламя прижимается к ее поверхности. Расчеты показывают, что это имеет место при значениях угла между поверхностью жидкости и пламенем, меньших 6, что в реальных условиях может происходить лишь при скоростях ветра порядка 40-60 м/с.
Отмечается, что при горении слоя жидкости конечной толщины связанные с нестационарностью этого процесса эффекты проявляются тем сильнее, чем меньше толщина слоя жидкости. Это позволяет не учитывать неоднородность температурного поля в толще жидкости при выгорании тонких пленок, а также при рассмотрении заключительной стадии выгорания тонких слоев. Приведенные данные указывают на сильное изменение величин температур пламени и свободной поверхности жидкости при приближении этой поверхности к поверхности подложки из-за роста тепловых потерь в горящем слое, а также на рост влияния температуры подложки на параметры процесса при уменьшении толщины слоя жидкости.
Однако в указанных работах не проводится анализ процессов, в которых существенную роль играет теплообмен излучением, а приводимые расчетные данные, полученные с использованием модели (значения скоростей выгорания жидкости, высоты пламени), плохо сопоставимы с экспериментальными данными из работы /16/. Недостатком работ является и одномерное представление двухфазной системы.
Логическим продолжением исследований пожара разлития стала разработанная Г.С. Суховым аналитическая модель парофазного горения жидкости в условиях свободной конвекции /24/, отражающая зависимость процесса горения от характерного размера поверхности жидкости и в большей степени учитывающая турбулентный характер процесса, ведущий к существенным качественным и количественным изменениям закономерностей горения. Предлагаются определенные опытным путем коэффициенты, приводящие результаты расчетов с использованием модели в соответствие с опытными данными, впрочем, лишь с некоторыми.
В целом используемый в работах /15, 24/ подход к решению задачи горения жидкости представляется применимым для разработки математической модели пожара разлития (при условии устранения имеющихся недостатков).
Одной из фундаментальных работ, посвященных горению жидкостей, является монография /16/. В ней на основании большого количества эмпирических материалов формулируются зависимости, связывающие между собой характеристики процесса диффузионного горения жидкости. Прогрев разлившейся жидкости осуществляется под воздействием солнечной радиации, тепла, поступающего от почвы, и излучения пламени после начала горения. В некоторых случаях (низкая температура поверхности) тепло, напротив, забирается жидкостью. На тепловой баланс пролива также оказывает влияние ветровой фактор и наличие стенок обвалования. При горении жидкости в резервуаре температура его стенки всегда выше температуры жидкости. Вследствие этого возникают конвективные течения, интенсивность которых определяется не только перепадом температур, но и физическими свойствами жидкости. Как подчеркивают В.И. Блинов и Г.Н. Худяков, при установившемся процессе горения (т.е. при постоянной температуре пламени) наблюдается равновесие между количеством сгоревшего в зоне горения (пламени) вещества и массой пара, поступающего в пламя. Это обеспечивается постоянным подводом тепла от пламени к жидкости. Как правило, при пожаре разлития основную роль в теплопереносе играет излучение.
В работе /16/ подробно рассмотрены особенности горения различных веществ в резервуарах и возникающие при этом явления. Так, при горении в достаточно больших резервуарах распределение температуры по глубине не одинаково для различных жидкостей. Если в керосине температура плавно и постепенно снижается по мере удаления от поверхности (первый тип распределения температур), то в бензине имеется слой определенной толщины, температура которого одинакова во всех точках и резко падает за его нижней границей (второй тип распределения температур). Установлено, что плавное понижение температуры свойственно таким жидкостям, как керосин, соляровое масло, дизельное топливо, трансформаторное масло и др. Второй тип распределения температур - с наличием гомотермического слоя -наблюдается при горении нефти, бензина, мазута. Наличие данного слоя оказывает существенное влияние на процессы тепломассообмена в жидкости при горении в резервуарах, также как и пристеночные явления.
Вместе с тем, как указывают эти же авторы, при больших значениях диаметра и низком уровне жидкости, что характерно для большинства случаев пожара разлития, гомотермический слой либо не развивается, либо не играет в происходящих процессах существенной роли. Данные выводы подкреплены большим количеством опытных данных по горению различных жидкостей в резервуарах.
Исследование параметров пожара разлития с помощью крупномас штабных физических экспериментов
Отдельно следует рассмотреть описанные в литературе полномасштабные физические эксперименты по горению жидкостей. Данные этих опытов представляются наиболее ценной информацией о параметрах пожаров разлития и могут быть использованы для создания математической модели явления. В большинстве своем они касаются экспериментов в резервуарах и для исследования пожаров разлития могут быть использованы с некоторыми ограничениями.
Обзор ранее проведенных экспериментов, а также имевших место фактов сжигания горючих жидкостей с производственными целями содержится в статьях /68-70/.
К наиболее ранним относятся данные многочисленных экспериментов в резервуарах с различными жидкостями диаметром от 1 см до 22.3 м, проведенные В.И. Блиновым и Г.Н. Худяковым /16/, которые многократно использовались другими исследователями. Были произведены исследования изменения состава нефти при выгорании, установлено увеличение ее плотности ввиду выгорания более легких фракций и изменение других свойств. Однако изменение при выгорании геометрических характеристик пламени и его радиационных свойств не было исследовано. В литературе /37/ приведены результаты ряда других опытов, проведенных в нашей стране с нефтью, дизельным топливом и бензином в различных резервуарах. Ценность данных опытов заключается в их ориентированности на измерение излучательной способности пламени, однако большие расхождения в результатах и отсутствие точной информации об условиях проведения эксперимента уменьшают возможность их использования. Так, при горении бензина в резервуарах диаметрами 18.9-22.8 м получены величины q от 56 до 129 кВт/м (при скоростях ветра 0-4.8 м/с), нефти в прямоугольном обваловании 54-12 м - от 36 до 86 кВт/м (при скоростях ветра 2-4 м/с), дизельного топлива с d=2.7 м - 101-172 кВт/м , при d=22.8 м - 47-80 кВт/м (при скоростях ветра 4.9 м/с). На основании этих данных рекомендуется использовать в расчетах значения q: для бензина - 97200 Вт/м , дизельного топлива - 73000 Вт/м , для нефти - 60000 Вт/м .
В работе /71/ проведены исследования горения углеводородного топлива в резервуаре диаметром 18.9 м при наличии слоя топлива большой толщины. Определены закономерности существования гомотермического слоя, измерены скорости выгорания при различных скоростях ветра. Выявлено, что если при малых диаметрах величина плотности теплового потока к зеркалу жидкости по всей поверхности практически постоянна и равна 30 кВт/м /72/, то при больших диаметрах она изменяется от 20 до 100 кВт/м. в зависимости от зоны пламени. Интересной представляется работа /73/, в которой при крупномасштабном сжигании дизельного топлива были проведены исследования параметров частиц сажи с непосредственным их забором из различных зон пламени.
В работе /74/ содержится обзор экспериментальных исследований пожаров другими авторами, данные многих из которых являются весьма противоречивыми. В целом делается вывод, что с увеличением диаметра пролива практически у всех углеводородных жидкостей степень черноты пламени стремится к единице. Массовая скорость выгорания, быстро возрастающая с увеличением диаметра при малых его значениях, при d l м перестает возрастать и меняется несущественно. Доля тепла, выделяющегося из пламени в виде излучения во внешнюю среду, при d 2 м слабо возрастет (пропорционально d003 или d 08), а при больших диаметрах заметно убывает (пропорционально d"0 5 или d"0 6).
Исследование /75/ основано на проведенной серии из 14 экспериментов по определению характеристик горения сырой нефти на поверхности воды в квадратных резервуарах размерами от 6-6 до 15-15 м. Выявлено, что линейная скорость выгорания нефти при эквивалентном диаметре резервуара свыше 7 м практически постоянна и равно 0.055 мм/с. Исследованы свойства образовавшихся при горении нефти сажистых частиц. Проведен сравнительный анализ фракционного состава сажистых частиц для различных сортов нефти: луизианской и месторождения Мурбан.
К наиболее ценным в плане исследования поражающих факторов пожара разлития относятся работы коллектива под руководством X. Косеки /76-84/. Ими были проведены многочисленные собственные крупномасштабные физические эксперименты по сжиганию углеводородных жидкостей, а также обработаны результаты экспериментов других исследователей. В работе /80/ рассмотрено горение сырой нефти в емкостях с эквивалентным диаметром от 1 до 3.05 м с точки зрения количества образующегося при горении дыма и свойств составляющих его частиц. Полученные данные свидетельствуют о том, что с увеличением диаметра пролива до 3 м возрастает доля вещества, выделяющаяся в виде дыма (по данным других опытов, в последующем она остается неизменной), также увеличивается и средний диаметр частиц.
Работа /81/ содержит информацию об экспериментах, проведенных для определения температурных полей пламени и потоков падающего на окружающие объекты излучения. Исследовали горение гептана и сырой нефти в резервуарах с эквивалентными диаметрами 0.3-17.2 м. С помощью радиометров была измерена плотность потока падающего теплового излучения на расстоянии 5-d от центра пролива. Обнаружено, что при диаметрах менее 3 м величина q увеличивается с ростом диаметра (в связи с ростом степени черноты), при больших диаметрах она начинает уменьшаться (из-за т.н. эффекта "дымовой блокады", проявляющегося в поглощении значительной части излучения сажистыми частицами в поверхностных зонах пламени). С применением инфракрасной камеры исследовано распределение плотности теплового потока излучения пламени по его длине и зависимость ее от диаметра. Наибольшие значения q наблюдались на высоте 0.1-Н-0.2-Н, большая часть излучения исходила от нижней части пламени (для нефти с d=17.2 м - свыше 75% излучаемой энергии испускалось частью пламени ниже отметки 0.4-Н). Эффект "дымовой блокады" наиболее выражен в средней части пламени, между отметками 0.4-Н и 0.8-Н. Аналогичные сырой нефти особенности были отмечены у гептана, за исключением более высоких значений температур и плотностей потоков излучения. В исследованиях также уделено внимание пульсациям пламени, распределению температур по его сечению и оценкам количества образующихся продуктов сгорания.
В /82/ рассмотрено горение сырой нефти в резервуарах диаметром 5-20 м. Данная работа является одним из немногих исследований, где уделено внимание динамике поражающих факторов пожара разлития. Величину q измеряли на различных расстояниях от резервуара в различных направлениях по отношению к ветру в течение всего периода выгорания (около 20 мин). Приведенные данные свидетельствуют, что в течение рассмотренного периода значения q существенно снижались, особенно быстро в начальной стадии выгорания. Это объясняется происходящими процессами выделения при горении нефти ее различных фракций и первоочередным выгоранием компонентов с более высокими температурами пламени. В работе /83/ на основе тех же экспериментов проанализирована связь величин q на различных приведенных (к диаметру резервуара) расстояниях от резервуара с диаметром жидкости. При диаметре более 10 м выявлено существенное снижение излучательной способности пламени ввиду упомянутого выше эффекта. Также рассмотрено распределение температур по оси пламени, при этом максимальные значения температур отмечены на высоте 0.1-0.22-Н. В работе /84/ указано на существенные различия между параметрами горения различных сортов нефти (всего проанализировано 14) вследствие различия их состава, что указывает и на необходимость учета изменения состава жидкости в процессе горения.
Изменение характеристик поражающих факторов пожара разлития жидкости сложного состава в процессе ее выгорания
В настоящее время одним из наиболее эффективных инструментов управления промышленной безопасностью является управление рисками /99-100/. Одной из главных составных частей этого подхода является количественное определение ущерба и прогнозирование масштабов последствий аварий. Это и обусловило применение его для оценки потенциального ущерба от пожара разлития на промышленном объекте.
В соответствие с данными работы /13/, после расчета характерных полей физических параметров (в данном случае - зон распространения открытого пламени и значений плотностей теплового потока излучения факела) должно проводиться определение зоны негативного воздействия, т.е. перевод физических параметров или их интегральных значений в последствия с использованием граничных критериев воздействия. Некоторые особенности такого применения такого подхода для оценки последствий различных чрезвычайных ситуаций рассмотрены в работах /101-103/. Целесообразно проводить построение таких зон на картографической основе. Величина и геометрические параметры площади потенциального поражения могут не только служить показателем опасности того или иного сценария развития аварии, но и служить основой для разработки плана ликвидации последствий чрезвычайной ситуации.
В случае пожара разлития основным рассматриваемым в данной работе фактором поражения человека либо объектов является термическое воздействие. Известно, что эффект поражения носит вероятностный характер (одна и та же поглощенная доза негативного воздействия может вызвать последствия различной тяжести у людей и у однородных объектов) /13/. Связь между поглощенной дозой негативного воздействия и вероятностью поражения может быть отражена при помощи т.н. пробит-функции Рг, которая может быть вычислена по уравнению следующего вида /104/:
В соответствие с данными работы /104/ размеры зон поражения тепловым излучением с определенной вероятностью могут быть определены по нескольким уровням излучения: -37 кВт/м - разрушение соседних емкостей, зона смертельного поражения (вероятность смертельного исхода 90% при длительности экспозиции 30 сек); -12 кВт/м - воспламенение деревянных конструкций, зона сильных ожогов (вероятность смертельного исхода 15%, вероятность ожогов второй степени 50% при длительности экспозиции 30 сек); -10,5 кВт/м - обгорание краски на окрашенных металлических конструкциях, обугливание деревянных конструкций, воспламенение резины, одежды и тканей при длительном тепловом воздействии; -8,4 кВт/м - вспучивание краски на окрашенных металлических конструкциях, разложение деревянных конструкций, обугливание резины, одежды и тканей при длительном тепловом воздействии; -4 кВт/м - безопасные для объектов расстояния, зона слабого поражения людей (вероятность ожогов первой степени 10% при длительности экспозиции 30 сек). При воздействии на людей открытого пламени вероятность их смертельного поражения, как правило, принимается равной единице. При пожарах в резервуарных парках наибольшую опасность представляет термическое воздействие на соседние резервуары. Оно может вызвать как взрыв резервуара (с возможным образованием огненного шара), так и их повреждение с последующей утечкой и возгоранием содержимого. В табл. 4.1 /104/ приведены значения критической плотности теплового потока для различных значений времени воздействия излучения на поверхность емкостей с нефтепродуктами, при нагревании которых возможно возникновение взрыва. При рассмотрении последствий аварии на промышленном объекте результаты расчетов с использованием математической модели сравнивались с результатами расчетов с использованием нормированной методики НПБ 105-03 "Определение категорий помещений, зданий и наружных установок по взрывопожарной и пожарной опасности" /105/ , а также методики РАО "Газпром"/104/. Указанные методики не учитывают ряд явлений, имеющих место при пожарах разлития. Так, методика НПБ 105-03 имеет ряд недостатков: І.При расчете плотности теплового потока излучения пламени используется понятие среднеповерхностной плотности излучения, в то время как имеет место существенная неоднородность распределения величин q по высоте пламени. Соответственно, при расчете плотности падающего на объект теплового излучения не производится расчет угловых коэффициентов излучения для каждого из элементов пламени с характерной величиной q, что не позволяет в полной мере учесть взаимное расположение пламени и объекта. 2.Недостаточно учитывается влияние на величины, характеризующие излучение пламени, диаметра пролива. В частности, для диаметров пролива свыше 50 м рекомендуется принимать те же значения среднеповерхностной плотности излучения, что и для пролива диаметром 50 м. Между тем увеличение диаметра пролива свыше 50 м, как показано в главе 3, приводит к изменению величин плотности падающего на объекты теплового потока излучения. 3.Нефть рассматривается как монофракционная жидкость, не учитывается изменение ее свойств в процессе выгорания и вызванное этим изменение различных характеристик пламени и, соответственно, величин плотности теплового потока излучения, падающего на объекты.
Анализ последствий пожара разлития на складе бензольных продуктов коксохимического производства ОАО "НЛМК"
Учитывая вышеизложенное, по результатам расчетов можно оценить число работников, подвергающихся смертельному поражению: -при расчете зон поражения согласно методике НПБ 105-03: не более 3; -при расчете зон поражения с использованием модели (время нахождения людей в зоне поражения рассчитывается согласно методике НПБ 105-03): не более 4 (при всех ВМУ). Количество пострадавших людей вне зданий определялось путем умножения плотности распределения людей на величину площади зоны поражения. Следует отметить, что данные оценки вероятности поражения персонала носят максимально возможный характер, поскольку значительная часть персонала находится внутри зданий, которые могут снизить интенсивность действия поражающих факторов. Границы зон с потенциальным риском смертельного термического поражения персонала, соответствующим значениям: 1 — 2.25-10-5 год1 (НПБ 105-03), 2- 1.25 10 5 год1 (НПБ 105-03), 3- 2.25-10"5 год (модель), 4 - 1.25-10 5 год 1 (модель). На рис. 4.12. приведено распределение потенциальных территориальных рисков термического воздействия на персонал при пожаре разлития. При этом влияние условий окружающей среды не учитывалось (т.к. для этого необходима оценка вероятности существования того или иного ВМУ на территории объекта). Т.к. время выгорания легких фракций нефти (характеризующегося более высокими значениями величин плотности теплового потока излучения) существенно выше предполагаемого времени нахождения людей в опасной зоне, то величина риска формируется под воздействием значений характеристик поражающих факторов, характерных для начального периода выгорания нефти. Очевидно, что зоны с различными значениями величин, характеризующих риск поражения персонала, имеют различные масштабы при расчете с использованием различных методик. При расчетах с использованием модели масштабы зон с определенной величиной риска выше, чем при расчетах с использованием методики НПБ 105-03. 4.2. Анализ последствий пожара разлития на складе бензольных продуктов коксохимического производства ОАО "НЛМК". Коксохимические производства металлургических предприятий отличаются высокой степенью пожароопасности, т.к. на сравнительно небольших территориях сконцентрированы большие количества легковоспламеняющихся жидкостей и других горючих веществ /22, 107-111/. Существует вероятность возникновения на данных производствах и такого рода аварии, как пожар разлития. В связи с этим с использованием разработанной модели пожара разлития был проведен анализ последствий пожара разлития для склада бензольных продуктов коксохимического производства ОАО "НЛМК". На территории склада бензольных продуктов хранится большое количество опасных химических веществ. Из горючих жидкостей в наибольшем количестве присутствуют бензол (максимально возможное количество до 2800 м3) и толуол (до 800 м3). Были рассмотрены два сценария возможных аварий: -разрушение резервуара с бензолом емкостью 400 м3 с проливом его в обвалование, возгоранием и воздействием теплового излучения пламени на соседние объекты; -разрушение резервуара с толуолом емкостью 400 м3 с проливом его в обвалование, возгоранием и воздействием теплового излучения пламени на соседние объекты. Резервуары с сырым и чистым бензолом и резервуары с толуолом расположены в отдельных обвалованиях, примыкающих друг к другу, размерами 42-50 м. В них же расположены емкости с другими веществами.
При разрушении резервуара с бензолом емкостью 400 м3 с проливом его в обвалование и возгоранием в зоне воздействия открытого пламени окажутся 5 других резервуаров с сырым и чистым бензолом (общей емкостью 2000 м) и емкости с серной кислотой (объемом 400 м ). Воздействие пламени, учитывая длительный характер пожара разлития, приведет к разрушению резервуаров, поступлению дополнительных количеств бензола в очаг пожара и к выбросу в окружающую среду большого количества серной кислоты.
При разрушении резервуара с толуолом емкостью 400 м3 с проливом его в обвалование и возгоранием в зоне воздействия открытого пламени окажутся еще один резервуар с толуолом (емкостью 400 м3), 2 резервуара с кубовыми остатками емкостью свыше 400 м , резервуар с серной кислотой емкостью 200 м3, 2 резервуара с тяжелым бензолом емкостью 160 м3, резервуары с пипериленом и с трихлорэтиленом емкостью 80 м3. Длительное воздействие пламени, очевидно, приведет их разрушению, поступлению в очаг пожара разлития дополнительных количеств горючих жидкостей и выбросу в окружающую среду большого количества химических веществ. Кроме того, будет иметь место воздействие теплового излучения пламени пожара разлития на расположенные рядом объекты. Для определения степени этого воздействия проведены расчеты параметров пожаров разлития бензола и толуола в обвалованиях с эквивалентным диаметром 51.72 м.
Для оценки влияния условий окружающей среды на параметры пожаров разлития были проведены расчеты для различных ВМУ, характеристики которых приведены в табл. 4.6. Некоторые типичные результаты расчетов приведены на рис. 4.13-4.15.
