Содержание к диссертации
Введение
1 Проблемы безопасности при хранении жидкого углеводородного топлива 10
1.1 Источники нарушения безопасности при хранении жидкого углеводородного топлива 11
1.2 Обеспечение безопасности эксплуатации оборудования для хранения жидкого углеводородного топлива 16
1.3 Методы и средства сокращения потерь при хранении жидкого углеводородного топлива 24
Выводы по разделу 43
2 Новая технология улавливания легких фракций жидкого углеводо родного топлива 45
2.1 Физическая модель основного процесса улавливания легких фракций жидкого углеводородного топлива 46
2.2 Методика экспериментального исследования улавливания легких фракций жидкого углеводородного топлива 47
2.3 Анализ результатов экспериментальных исследований 58
2.4 Оценка снижения энергозапасов БВС 62
2.5 Рекомендации по реализации технологии УЛФ топлива 69
Выводы по разделу 74
3 Оценка безопасности хранения жидкого углеводородного топлива по критериям риска 75
3.1 Оценка эффективности технологии улавливания легких фракций жидкого углеводородного топлива на основе теории риска 75
3.2 Моделирование взрывобезопасности и зонирования территории при хранении жидкого углеводородного топлива на основе теории риска 97
3.3 Оценка эффективности внедрения технологии улавливания легких фракций топлива методом обратной конденсации 105
Выводы по разделу 108
4 Разработка научных основ нормирования безопасности оборудования для хранения жидкого углеводородного топлива по критериям работо способности и безопасности 109
4.1 Оценка несущей способности оборудования для хранения жидкого углеводородного топлива 109
4.2 Оценка безопасных сроков эксплуатации оборудования по крите риям механохимии металлов 155
4.3 Определение характеристики безопасности оборудования по критериям механохимической неоднородности 193
4.4 Оценка скорости механохимической повреждаемости образцов при повторно-статическом изгибе 239
Выводы по разделу 246
5 Нормативная база по обеспечению безопасности оборудования для т хранения жидкого углеводородного топлива 247
5.1 Общая характеристика разработанных нормативных документов по обеспечению безопасности оборудования для хранения жидкого угле водородного топлива 247
5.2 Разработка методики расчетной оценки ресурса безопасной % эксплуатации оборудования для хранения и транспорта жидкого угле водородного топлива 247
5.2.1 Общие положения 248
5.2.2 Расчет предельных нагрузок при статическом нагружении 249
5.2.3 Расчет ресурса безопасной эксплуатации конструктивных элементов в условиях коррозии 261
5.2.4 Определение долговечности элементов при малоцикловом нагружении 264
5.2.5 Оценка статической и циклической прочности конструктивных элементов 267
5.2.6 Расчетное определение ресурса сварных элементов с учетом геометрической неоднородности и коррозии 269
5.2.7 Оценка ресурса безопасной эксплуатации сварных накладных элементов в условиях циклического нагружения 271
5.2.8 Метод расчета ресурса безопасной эксплуатации конструктивных элементов по критериям циклической трещиностойкости 272
5.2.9 Рекомендации по учету деформационного старения в расчетах ресурса безопасной эксплуатации элементов резервуаров и трубопроводов 275
5.2.10 Условные обозначения 279
Основные выводы и рекомендации по работе 282
Библиографический список использованной литературы
- Источники нарушения безопасности при хранении жидкого углеводородного топлива
- Физическая модель основного процесса улавливания легких фракций жидкого углеводородного топлива
- Оценка эффективности технологии улавливания легких фракций жидкого углеводородного топлива на основе теории риска
- Оценка несущей способности оборудования для хранения жидкого углеводородного топлива
Введение к работе
Обеспечение безопасности населения и территорий от чрезвычайных ситуаций (ЧС) природного и техногенного характера является одной из приоритетных задач общества вообще, а среди техногенных ЧС, в частности, наиболее опасными являются пожары и взрывы в хранилищах нефти, связанные с переработкой нефти и выбросами паровоздушных смесей (ПВС) в атмосферу при многочисленных «перевалках» жидкого углеводородного топлива.
С момента добычи до непосредственного использования нефтепродукты подвергаются более чем 20 «перевалкам», при этом 75 % потерь происходит от испарений. Ежегодные выбросы углеводородов в атмосферу при добыче и переработке нефти в стране оцениваются величиной 1168 тыс. т.
Особую проблему для крупных городов представляют выбросы паров топлива на нефтебазах и автозаправочных станциях (АЗС) при заправках резервуаров — так называемые «большие дыхания». Годовые потери нефтепродуктов от «больших дыханий» составляют по нефтеперерабатывающей отрасли России примерно 270 тыс. т, в том числе более 140 тыс. т на автозаправочных станциях. Кроме того, взрывы ПВС на АЗС и хранилищах в России часто приводили к разрушениям зданий и поражению людей.
Выбросы ПВС при «больших дыханиях» приводят, с одной стороны, к увеличению взрывопожарной и экологической опасности АЗС и нефтебаз для городского населения, с другой стороны, - к экономическому ущербу из-за потерь паров углеводородного топлива. Известные устройства по сокращению потерь топлива от испарения (плавающие крыши, понтоны, газоуравнительные системы и др.) применимы для крупных резервуаров. Они, как правило, не могут эффективно использоваться на небольших емкостях и в условиях АЗС. Поэтому задача сокращения выбросов паров топлива на АЗС и повышения безопасности АЗС актуальна и сегодня.
Из-за отсутствия эффективных технологий снижения выбросов паров в атмосферу при хранении топлива на АЗС и хранилищах высока опасность пожаров и взрывов ПВС при «больших дыханиях» емкостей на АЗС и хранили-
щах. В связи с этим актуальной является разработка технологии, снижающей выбросы ПВС и повышающей безопасность АЗС и нефтебаз при хранении жидкого углеводородного топлива.
Другой не менее важной проблемой в обеспечении безопасности хранения жидкого углеводородного топлива является своевременное диагностика и оценка безопасного состояния оборудования (резервуары и трубопроводы).
В период 50-70 гг. развитие экономики страны шло по экстенсивному пути. Экономическое благополучие поддерживалось за счет экспорта энергоносителей, в первую очередь нефти и газа. Кроме того, развитие отечественной промышленности предусматривало повышение эффективности использования нефти, дальнейшее увеличение и углубление ее переработки. Все это требовало постоянного наращивания объемов добычи нефти, что в свою очередь вызвало соответствующий рост аппаратостроения, в частности резервуаростроения.
Одним из распространенных типов нефтегазохимического оборудования являются стальные вертикальные резервуары, предназначенные для хранения нефти, различных нефтепродуктов и других жидкостей, отличающихся друг от друга плотностью, испаряемостью, коррозионной активностью, другими специфическими свойствами, проектируемые, изготовляемые и эксплуатируемые в соответствии с нормативно - технической документацией, применяемой для сосудов, аппаратов и трубопроводов различного назначения.
В настоящее время в стране эксплуатируется более половины парка оборудования со сроком службы более 20 лет. Техническое состояние оборудования, находящегося столь длительное время в эксплуатации ухудшается вследствие протекания процессов коррозии, старения и усталости металла. Вместе с тем для этого оборудования увеличивается вероятность
7 его катастрофического разрушения. В связи с этим встает вопрос о возможности дальнейшей безопасной эксплуатации данного оборудования.
Для решения этой задачи требуется проведение комплекса работ по технической диагностике и оценке остаточного ресурса нефтехимического оборудования на основе современных методов расчета, учитывая последние достижения в области материаловедения и механики разрушения.
К настоящему времени предприятия нефтегазового комплекса накопили значительный опыт диагностики эксплуатируемого оборудования с использованием различных методов контроля: визуальный осмотр, радиография, ультразвуковая дефектоскопия и толщинометрия, расчетные методы и др. Эти методы позволяют лишь обнаруживать опасные объемные дефекты: трещины, поры, непровары. Но ни один из них, ни их совокупность не дают оценку остаточного ресурса конструкции.
Известно, что эксплуатация резервуаров происходит в условиях статических и малоцикловых нагрузок. В настоящее время накоплены большие экспериментальные данные по эволюции дислокационной структуры в металлических материалах в процессе как знакопеременной, так и монотонной пластической деформации. Установлены качественные различия дислокационных структур, образующихся при увеличении степени пластической деформации: разрозненные дислокационные скопления, устойчивые полосы скольжения, ячеистая и фрагментированная (кристаллит разбит на микрообласти, разориентированные на углы порядка нескольких градусов) структуры. При этом изменяются и физико - механические свойства. В сталях, например, снижается порог хладноломкости, происходит распад цементита, выделение частиц карбидов и нитридов на дислокациях, а также наблюдается перераспределение атомов углерода и азота вокруг винтовых дислокаций в феррите. Следует отметить также, что на изменение механических свойств оказывает заметное влияние и структура границ зерен. Однако, прак-
8 тически отсутствуют экспериментальные данные взаимосвязи дислокационной структуры и ее количественных характеристик (плотность дислокаций, размер ячеек, микрофрагментов, спектр разориентировок границ) с процессами развития трещин, и, в конечном итоге, с характером разрушения, в частности, механохимического разрушения и деформационного старения.
Таким образом, кратко резюмируя сказанное, можно сделать вывод, что микроструктура стали, ее формирование, изменение под действием эксплуатационных нагрузок и влияние на механические свойства и характер механохимического разрушения материала и деформационное старение при оценки остаточного ресурса не учитываются, следовательно, на сегодняшний день актуальной задачей является задача разработки метода оценки остаточного ресурса резервуаров на основании анализа структуры металла, механохимической повреждаемости, старения и неоднородности свойств.
Все сказанное выше предопределило постановку основной цели и задач настоящей работы.
Цель работы - обеспечение безопасности хранения нефтепродуктов созданной новой технологией улавливания их легких фракций и нормированием ресурса безопасной эксплуатацией соответствующего оборудования (резервуаров и трубопроводов).
Основные задачи:
разработка и научное обоснование технологии улавливания легких фракций жидкого углеводородного топлива;
оценка эффективности разрабатываемой технологии улавливания легких фракций углеводородов по критериям риска;
разработка научных основ нормирования характеристик безопасности оборудования для хранения жидкого углеводородного топлива по критериям работоспособности;
9 создание нормативной базы по нормированию характеристик безопасности оборудования для хранения жидкого углеводородного топлива.
1 ПРОБЛЕМЫ БЕЗОПАСНОСТИ ПРИ ХРАНЕНИИ ЖИДКОГО УГЛЕВОДОРОДНОГО ТОПЛИВА
Экономические преобразования, произошедшие в последнее десятилетие в России, привели к кардинальным переменам на товарном рынке. На фоне бурного роста парка автомобилей в несколько раз возросло число АЗС, а также полностью изменилось их качество. Пропускная способность сегодняшней сети АЗС в несколько раз выше уровня 90-х годов. Все более жесткие требования предъявляются как к эксплуатационным материалам (жидкому углеводородному топливу), так и к условиям эксплуатации.
Одной из главных проблем современности становится экологическая и взрывопожарная безопасность. Особенно важна она для крупных городов и промышленных центров.
Сегодня в городах России проживают 109,2 млн человек, или 74 % населения страны. Из них более 50 млн человек - в городах с высоким уровнем загрязнения природной среды. В число приоритетных направлений улучшения экологической обстановки городов и повышения безопасности входит снижение опасных выбросов, в том числе от АЗС и хранилищ жидкого углеводородного топлива.
Задача повышения безопасности населения при хранении в черте города жидкого углеводородного топлива может быть решена путем создания новой технологии, обеспечивающей снижение выбросов паров при хранении, и разработки методики оценки ее эффективности на основе показателей риска.
Применяемые в настоящее время способы сокращения потерь бензинов от испарения в условиях АЗС либо неприменимы (понтоны), либо малоэффективны (диски - отражатели, газоуравнительные системы), либо сложны с технической точки зрения и, соответственно, дорогостоящи, некоторые из них взрывопожароопасны.
В результате анализа существующих способов снижения выбросов паров при хранении топлива сформулирована гипотеза о том, что способ УЛФ из ПВС на основе обратной конденсации является эффективным для условий хра-
11 нения топлива на АЗС и хранилищах, но он мало исследован. Для проверки гипотезы целесообразно провести теоретические и экспериментальные исследования по разработке технологии реализации способа в условиях АЗС и проверке его эффективности.
Исследованию конденсационных способов улавливания паров посвящены работы отечественных ученых A.M. Архарова, А.И. Гриценко, А.А. Коршака, И.С. Бронштейна и др.
Работы по созданию показателей оценки безопасности и рисков от аварий особенно интенсивно проводились в последние 10 лет. Проблемами технических и природных рисков занимались Н.А. Махутов, Г.Л. Кофф, В.А. Котлярев-ский, В.А. Измалков, А.Л. Рагозин, К.А. Козлов, В.А. Акимов, В.И. Ларионов, Г.Э. Одишария, А.А. Швыряев, B.C. Сафонов, А.Н. Елохин, М.В. Лисанов, А.Н. Черноплеков и др.
Среди иностранных ученых, работавших в области промышленной безопасности и рисков, следует отметить В. Маршалла, У. Байкера,. Броссара и др.
Ниже рассматриваются вопросы применения различных технических средств, обеспечивающих сокращение потерь жидкого углеводородного топлива от испарения из резервуаров.
Источники нарушения безопасности при хранении жидкого углеводородного топлива
Экономические преобразования, произошедшие в последнее десятилетие в России, привели к кардинальным переменам на товарном рынке. На фоне бурного роста парка автомобилей в несколько раз возросло число АЗС, а также полностью изменилось их качество. Пропускная способность сегодняшней сети АЗС в несколько раз выше уровня 90-х годов. Все более жесткие требования предъявляются как к эксплуатационным материалам (жидкому углеводородному топливу), так и к условиям эксплуатации.
Одной из главных проблем современности становится экологическая и взрывопожарная безопасность. Особенно важна она для крупных городов и промышленных центров.
Сегодня в городах России проживают 109,2 млн человек, или 74 % населения страны. Из них более 50 млн человек - в городах с высоким уровнем загрязнения природной среды. В число приоритетных направлений улучшения экологической обстановки городов и повышения безопасности входит снижение опасных выбросов, в том числе от АЗС и хранилищ жидкого углеводородного топлива.
Задача повышения безопасности населения при хранении в черте города жидкого углеводородного топлива может быть решена путем создания новой технологии, обеспечивающей снижение выбросов паров при хранении, и разработки методики оценки ее эффективности на основе показателей риска.
Применяемые в настоящее время способы сокращения потерь бензинов от испарения в условиях АЗС либо неприменимы (понтоны), либо малоэффективны (диски - отражатели, газоуравнительные системы), либо сложны с технической точки зрения и, соответственно, дорогостоящи, некоторые из них взрывопожароопасны.
В результате анализа существующих способов снижения выбросов паров при хранении топлива сформулирована гипотеза о том, что способ УЛФ из ПВС на основе обратной конденсации является эффективным для условий хра нения топлива на АЗС и хранилищах, но он мало исследован. Для проверки гипотезы целесообразно провести теоретические и экспериментальные исследования по разработке технологии реализации способа в условиях АЗС и проверке его эффективности.
Исследованию конденсационных способов улавливания паров посвящены работы отечественных ученых A.M. Архарова, А.И. Гриценко, А.А. Коршака, И.С. Бронштейна и др.
Работы по созданию показателей оценки безопасности и рисков от аварий особенно интенсивно проводились в последние 10 лет. Проблемами технических и природных рисков занимались Н.А. Махутов, Г.Л. Кофф, В.А. Котлярев-ский, В.А. Измалков, А.Л. Рагозин, К.А. Козлов, В.А. Акимов, В.И. Ларионов, Г.Э. Одишария, А.А. Швыряев, B.C. Сафонов, А.Н. Елохин, М.В. Лисанов, А.Н. Черноплеков и др.
Среди иностранных ученых, работавших в области промышленной безопасности и рисков, следует отметить В. Маршалла, У. Байкера,. Броссара и др.
Ниже рассматриваются вопросы применения различных технических средств, обеспечивающих сокращение потерь жидкого углеводородного топлива от испарения из резервуаров.
Потери жидкого углеводородного топлива, имеющие место при их транспортировке, хранении, приеме и отпуске (по разным оценкам, на пути следования жидких углеводородов от скважин до баков машин потери составляют от 3 до 5 %), условно можно разделить на три группы: естественные, эксплуатационные и аварийные.
К естественным относятся потери, связанные, с одной стороны, с изменениями физико-химических свойств жидкого углеводородного топлива в зависимости от метеорологических факторов, и, с другой стороны с несовершенством традиционных способов и устройств предотвращения потерь паров жид кого углеводородного топлива при перевалках, т. е при приеме-отпуске, хранении и транспортировке.
Одним из основных источников естественной убыли жидкого углеводородного топлива, например, бензина, являются его потери от испарения из резервуаров при «больших и малых дыханиях». «Большие дыхания» имеют место при операциях заполнения резервуаров. Приближенную оценку их величины можно получить по формуле Єбд = РуСуV / 100, кг, где ру - плотность паров бензина, кг/м ; су - концентрация в бензиновоздушной смеси (БВС), % об.; V - объем ПВС, выбрасываемой в атмосферу при «больших дыханиях», м3.
Плотность паров бензина составляет от 2,5 до 3,8 кг/м3. Примем ру= 3 кг/м3. Среднюю концентрацию углеводородов в БВС в весенне-летний период можно принять равной 25 % (су= 0.25). Таким образом, при вытеснении из резервуара ПВС в объеме V = 1000 м3 общая масса выброса паров бензина составит: Gai= 3-0,25-1000 = 750 кг или 0,75 кг бензина с каждым кубометром БВС.
Поскольку в осенне-зимний период удельные потери примерно в три раза меньше, то среднегодовые потери бензина можно оценить приближенно величиной 0,5 кг на 1 м3 БВС.
Сегодня резервуары нефтебаз РФ под автомобильные бензины составляет около 6 млн м3. Коэффициент ее оборачиваемости равняется 4,4 год"1 [196]. Нетрудно подсчитать, что если эти резервуары не оснащены средствами сокращения потерь (а так оно, в основном, и есть), общее количество бензина, которое поступило из них в атмосферу за год, составило порядка 13200 т.
Физическая модель основного процесса улавливания легких фракций жидкого углеводородного топлива
В процессе транспортировки и хранения углеводородного топлива лёгкие фракции испаряются. Интенсивность испарения зависит от содержания лёгких углеводородов в нефти и нефтепродуктах, их температуры и летучести. Первыми испаряются легкие углеводороды типа Сз - С5. Они легкокипящие, поэтому при обычной комнатной температуре (20 - 25) С улетучиваются из жидкой углеводородной массы, где их содержание обратно пропорционально температуре. Между жидкой и газовой фазами устанавливается термодинамическое равновесие, соответствующее данной температуре. При этом определенное число молекул, например бутана С4Н10, переходит в единицу времени из жидкой фазы в газовую и обратно. Тем самым над поверхностью жидкого углеводородного топлива создается как бы газовая подушка, от которой зависит такой важный показатель качества бензина, как давление насыщенных паров. Понятно, что чем больше пропана СзНз и бутана СдНю осталось растворенным в жидком углеводородном топливе, тем выше давление паров, то есть тем выше концентрация пропана и бутана над поверхностью жидкой фазы при данной температуре.
Практическое значение данного показателя очень велико. От него зависят испаряемость бензина в карбюраторе, сам процесс карбюрации и последующее сгорание топливно-воздушной смеси в цилиндрах двигателя. Легкие фракции бензина иногда называют «пусковыми». Если их мало, то двигатель заводится с трудом, особенно зимой. Именно по этой причине в стандарте на бензин оговаривается, что давление насыщенных паров бензина для зимних сортов должно быть 66 - 92 кПа (500 - 700 мм рт. ст.), а для летних не более 66,5 кПа, потому что повышенное содержание легких газов в бензине способно нарушить систему топливоподачи из-за образования локальных газовых пробок, а также, чтобы сократить потери бензина за счет испарения.
Образовавшаяся ПВС представляет собой совокупность паров углеводородного топлива с воздухом. В свою очередь, воздух является смесью различных газов (78,087 % азота, 20,95 % кислорода, 0,93 % аргона, 0,03 % двуокиси углерода, инертных газов и т.д.), и пары углеводородного топлива также являются смесью различных легких углеводородов (пентана, гексана, гептана, октана), количественный состав которых во многом определяется не только маркой топлива, но и характеристиками исходного сырья, из которого получено топливо.
При охлаждении данной ПВС происходит конденсация высококипящих компонентов смеси - легких углеводородов. В первом приближении данный процесс можно рассматривать как конденсацию бинарной смеси - воздуха и паров углеводородного топлива, и поэтому для извлечения паров топлива необходимо охладить смесь до температуры ниже температуры конденсации основных компонентов углеводородного топлива. По предварительным оценкам, температура в конденсаторе должна поддерживаться на уровне не выше 263 К (или минус 10 С).
Создана экспериментальная установка, моделирующая работу системы улавливания паров бензина из хранилищ методом обратной конденсации. В лабораторных условиях использовать стандартный резервуар (40 м3) для хранения жидкого бензина на АЗС не представляется возможным вследствие его больших габаритов и большого количества жидкого бензина, необходимого для приготовления ПВС. Поэтому ПВС генерируется следующим образом. Воздух высокого давления из баллона проходит через редуктор, затем поступает в бар-ботажное устройство, представляющее собой сосуд, наполненный бензином, снизу которого через множество отверстий малого диаметра подается воздух. Пузырьки воздуха, проходя через слой жидкого бензина, насыщаются парами бензина, в результате чего на выходе из барботажного устройства получается ПВС. При испарении бензина температура понижается, что вызывает также и уменьшение равновесного содержания паров бензина в воздухе, поэтому для поддержания постоянной температуры и содержания паров бензина в ПВС бар ботажное устройство необходимо подогревать в течение работы.
Схема экспериментальной установки для улавливания паров углеводородов представлена на рисунке 2.1.
Сжатый воздух из баллона 1, пройдя редуктор 2 и систему подогрева в зимнее время работы (на рисунке не показана), поступает в барботажное устройство 3, на выходе из которого получается исходная ПВС. Концентрация паров бензина в данном потоке через отборное устройство 4 измеряется газоанализатором 13. Затем ПВС охлаждается (при этом возможна и частичная конденсация паров бензина) в регенеративном воздушном теплообменнике 5 обратным воздушным потоком и поступает в теплообменник-конденсатор паров бензина 7, являющийся испарителем фреоновой холодильной машины 9. Термопарами 6, 8, 14 измеряется температура ПВС на входе и выходе из теплооб менника-конденсатора 7 и на выходе из барботажного устройства 3. В теплообменнике-конденсаторе 7 происходят охлаждение и окончательная конденсация паров бензина. Полученная парожидкостная смесь поступает в сепаратор жидкости и газа циклонного типа 10, где происходит отделение жидкого бензина от газообразного воздушного потока, обедненного парами бензина. Жидкий бензин собирается на дне сепаратора и после окончания работы установки отводится в ёмкость. Холодный воздушный поток с остатками паров бензина нагревается в регенеративном воздушном теплообменнике 5, проходит через измеритель расхода воздуха (ротаметр) 11 и выбрасывается из лабораторного помещения на улицу. На выходе ротаметра 11 через отборное устройство 12 измеряется концентрация паров бензина в этом потоке инфракрасным оптико-акустическим газоанализатором.
Аппараты установки рассчитаны на максимальный объемный расход ПВС 20 м3/ч при максимальной температуре входящего воздушно-бензинового потока 40 С и 20 %-ной концентрации паров бензина в данном потоке. Расчеты проводились по стандартным методикам, изложенным в [91, 196, 197], пары бензина моделировались одним чистым углеводородом (н-гексаном).
Оценка эффективности технологии улавливания легких фракций жидкого углеводородного топлива на основе теории риска
В основу методики оценки эффективности положено описание случайных процессов, включающих воздействие поражающих факторов и сопротивление элементами риска этому воздействию. Случайный характер процессов обусловлен тем, что невозможно определить заранее достоверно, какое давление или импульс воздушной ударной волны будет действовать на элементы риска. С учетом дрейфа облака поражающие факторы в одной и той же рассматриваемой точке с разной вероятностью могут принимать различные значения.
Кроме того, даже при воздействии одинаковой нагрузки на элементы риска будет существовать некоторая вероятность их поражения или повреждения. Показатели эффективности
Сформулируем требования к выбору показателей эффективности. Они должны удовлетворять следующим условиям: основываться на теории, моделирующей случайные процессы; количественно отражать степень снижения масштабов поражения и повреждения при возможных авариях; базироваться на имеющейся информации.
Этим требованиям в полной мере отвечают вероятности поражения элементов риска и риски. В качестве показателя безопасности хранения бензина примем соотношение вида K = W0/W, (3.1) где Wo и W - показатели вероятностей поражения человека Р0 и Р, рисков R0 и R или площадей территории So и S с повышенным риском соответственно до и после внедрения способа на АЗС.
При разработке методического подхода к оценке безопасности принимаются следующие допущения и предпосылки: АЗС является площадным объектом; люди на территории АЗС могут находиться как на открытой местности, так и в помещении; моделирование взрыва производится с учетом дрейфа ПВС; ожидаемое количество пораженных определяется с учетом распределения направлений ветра.
Вероятность поражения людей Р при условии, что случилась авария, может быть определена с использованием математического ожидания ущерба M(N): P = M(N)/N, (3.2) где N - общее число людей в пределах зоны поражения. За риск примем интегральный показатель, включающий как вероятность наступления нежелательного события за год, так и связанные с ним гибель человека и (или) ущерб.
Предпочтительным показателем оценки опасности для жизни людей служит индивидуальный риск R, определяемый как вероятность смертельного исхода вблизи АЗС за год при взрыве облака ПВС. Этот показатель включает сочетание частоты чрезвычайных ситуаций Ни их последствий: R = H-P, год-1 , (3.3) где Р — вероятность наступления неблагоприятного события при условии, что случилась чрезвычайная ситуация.
К площади с повышенным риском отнесем территорию, в пределах которой индивидуальный риск составляет не более R 10"6, 1/год (ГОСТ Р 12.3.047-98. Пожарная безопасность технологических процессов).
Рассмотрим методические подходы к определению значений Р0, Р и Ro, R. Для этого на первом этапе обоснуем модели воздействия и получим законы поражения людей. Модели воздействия Модели воздействия позволяют определить интенсивность поражающих факторов в рассматриваемой точке. Они формулируются в зависимости от решаемых задач. В рассматриваемом случае модели воздействия должны включать показатели: частоту аварии; характерные параметры поражающих факторов - давление, импульс, время фазы сжатия воздушной ударной волны; вероятность появления поражающего фактора той или иной интенсивности в рассматриваемой точке с координатами х,у в районе АЗС. Приведем методические подходы к определению этих параметров.
Оценка несущей способности оборудования для хранения жидкого углеводородного топлива
Характерные разрушения конструктивных элементов Отказ (событие, заключающееся в нарушении работоспособного состояния), вызванный деформацией и разрушением металла оборудования, называют механическим отказом. Признаками механических отказов (недопустимое изменение признаков нормальной работы объекта) являются снижение рабочего давления и производительности, выход продукта на поверхность и др. При этом за критерии (признаки отказа, которые являются необходимыми и достаточными для суждения о нарушении работоспособности) принимаются недопустимые по условиям эксплуатации простой объекта, утечка продукта и др. Под характером механических отказов понимается конкретное материальное изменение объекта при его переходе в неработоспособное состояние, например, разгерметизация (свищ, разрыв), чрезмерная деформация (потеря устойчивости первоначальной формы) и др. Причинами отказов являются процессы накопления повреждений (усталость, коррозия, ползучесть, термическая флуктуация, старение). Повреждения вызывают отказ, когда их характерный параметр (например, длина трещины) достигают своего некоторого предельного (критического) значения. Последствия отказа - физико-химические изменения (технические последствия), экономические изменения (затраты времени, труда, денежных и материальных средств) и моральные ущербы.
Отказы по последствиям делятся на категоричные и некатегоричные. Например, отказы, вызывающие простой нефтепровода на 24 часа и потерю нефти более 100 т, относят к отказам 1 категории. При простое нефтепровода от 8 до 24 часов, потере нефти от 10 до 100 т - к отказам категории П. К некатегоричным относятся отказы, характеризующиеся нарушением рабого 110 способности менее чем 8 ч и потерей нефти до 10 т.
Исследование причин механических отказов, вскрывающее причинно-следственные цепи процессов, приводящих к ним, объединяют понятием "механизм отказов". В зависимости от стадий существования объекта причинами отказов могут быть отклонения от установленных норм и правил на проектирование, изготовление и эксплуатацию объекта. Например, к проектным отказам можно отнести отказы из-за неправильно выбранного материала, несоответствие расчетных и рабочих нагрузок и др. На стадии изготовления отказы могут формироваться при выполнении "операций сборки и сварки, термической обработки и гидравлических испытаний. Эксплуатационные отказы возникают из-за несоблюдения температурного режима, отсутствия надлежащего ремонтно-профилактического обслуживания, частых пусков-остановок, превышения рабочего давления, ошибочных переключений запорной арматуры, нарушения качества изоляции и др.
Рассмотрим особенности разрушений конструктивных элементов при статическом нагружении.
Макро- и микроскопические исследования поверхности изломов (фрак-тография) позволяют, с одной стороны, вскрывать механизм разрушений, с другой - обосновывать рекомендации по их предупреждению (по выбору материалов, способов и режимов сварки, термической обработки, контролю качества). При анализе изломов важно установить параметры очага разрушения (зоны инициирования разрушения), который обычно располагается в наиболее напряженных и охрупченных областях (дефекты различного происхождения, конструктивные концентраторы напряжений) основного металла, сварного шва и зоны термического влияния. Очаги разрушения обнаруживаются в местах наибольшего раскрытия кромок в полосе выпучины разрыва с использованием закономерностей механики разрушения. Поверхность излома имеет определенную ориентацию относительно направления силовых воздействий и оси симметрии объекта, микро- и макронеровности, кривизну, количественная и качественная оценка которых позволяет судить о вязкости металла, характере процесса раз Упшко. сЭБига Плоскость разрушения s-ж рушения и нагружения. В зависимости от соотношения вязкой Q б S-E (высокоэнергетической) и хрупкой (низкоэнергетической) составляющих в изломе различают вязкое, хрупкое и квазихрупкое О ( а е разрушения.
Вязкое разрушение, как ж з правило, реализуется при напря Рисунок 4.1 - Реализация вязкого разрушения жениях, больших предела текучести ат, в результате сдвиговых деформаций по плоскостям, которые направлены под углом, близким к 45 относительно направления действия максимальных главных напряжений. Эти плоскости могут равновероятно образовываться в двух взаимно перпендикулярных направлениях (рисунок 4. 1, а). Поэтому вязкое разрушение реализуется в виде косого среза (рисунок 4. 1, б), двойного косого среза (конуса) (рисунок 4. 1, в) и ступенчатого косого среза (рисунок 4. 1, г). В последних двух случаях разрушения в центральной области образуется полоска прямого излома, ориентированная практически перпендикулярно к направлению главных максимальных напряжений. В зависимости от качества металла полоска прямого излома может иметь волокнистость, шиферность, древовидность, слоистость. В полоске прямого излома обычно располагается очаг разрушения, например в виде включения или их скопления. Смещение местоположения очага разрушения относительно центральной области приводит к соответствующему изменению характера излома (рисунок 4.1, д).
