Пожар разлития

ВВЕДЕНИЕ

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, 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.

Цель курсовой работы – смоделировать аварийную ситуацию на территории ОАО «ТГК-9» «Коми» Сосногорская ТЭЦ, изучить мероприятия по предотвращению смоделированной аварийной ситуации.

Для достижения указанной цели необходимо решить следующие задачи:

–  оценить статистические данные о пожарах и чрезвычайных ситуациях (ЧС) на территории Российской Федерации (РФ);

– разработать сценарий разлития нефтепродукта из резервуара;

– рассчитать параметры модели пожара разлития, интенсивность теплового излучения и оценить потери рабочего персонала.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1 СТАТИСТИКА ПОЖАРОВ И ЧС В РОССИИ

 В целом по стране на протяжении пяти лет прослеживается устойчивая динамика снижения количества пожаров и их последствий. С 2005 по 2009 годы количество пожаров уменьшилось на 18,3 %, количество погибших при них людей – на 24,3 %, травмированных – на 1,2 % (рисунок 1).

По сравнению  с 2008 г. сократилось: количество пожаров на 7,2 % и число погибших при них людей на 8,9 %, прямой материальный ущерб – на 10,6 %; увеличилось количество травмированных на 2,5 %;  не изменилось количество погибших детей – 596.

 

Рисунок 1- Распределение количества пожаров и их последствий в 2005 – 2009 гг.

 

Сокращение  количества пожаров и числа погибших при них людей зарегистрировано во всех федеральных округах: Северо-Западном – на 12,2 %, Центральном – на 3,6 %, Приволжском – на 4,8 %, Уральском – на 6,5 %, Южном – на 8,9 %, Сибирском – на 5,2 %, Дальневосточном – на 12,4 % и г. Москве – на 12,8 % (рисунок 2).

 

 

Рисунок 2 - Количество пожаров и числа погибших при них людей по федеральным округам

В 2009 г. на территории Российской Федерации зарегистрировано 30 пожаров с групповой гибелью людей (пять и более человек), на которых в общей сложности погибло 283 человек, получило травмы 186 человек. Сибирский федеральный округ – 6 пожаров, 33 погибших; Приволжский федеральный округ – 5 пожаров, 119 погибших; Уральский федеральный округ – 5 пожаров, 28 погибших; Дальневосточный федеральный округ – 4 пожара, 22 погибших; Северо-Западный федеральный округ – 3 пожара, 35 погибших; Южный федеральный округ – 3 пожара, 23 погибших; Центральный федеральный округ – 3 пожара, 16 погибших; г. Москва – 1 пожар, 7 погибших.

В зависимости  от типа ЧС различают: ЧС техногенного характера, природного характера, биолого-социального характера и террористические акты. В таблице 1 представлена статистика ЧС в РФ по типам ЧС за 2005 – 2009 гг. 

 

Таблица 1- Статистика ЧС в РФ за 2005 - 2009 гг.

Тип ЧС	Год
	2005	2006	2007	2008	2009
1	2	3	4	5	6

Продолжение таблицы 1

1	2	3	4	5	6
Техногенного характера	2464	2541	2248	1966	265
Природного характера	198	261	402	152	139
Биолого - социального характера	48	44	43	36	21
Крупные террористические акты	10	1	-	-	-
Всего ЧС	2720	2847	2693	2154	424
Число погибших	5637	6043	5199	4491	734

 

 

Исходя  из данных приведенной выше таблицы видно, что на территории РФ преобладают ЧС техногенного характера, но несмотря на это прослеживается тенденция к их сокращению с каждым годом.

Проанализировав таблицу 1, также видно, что по количеству ЧС на первом месте находятся ЧС техногенного характера, на втором – природного характера, на третьем – биолого-социальные (рисунок 3).

         

Рисунок 3 – Структура количественных показателей  по видам ЧС

Таким образом, по данным статистики выявлено, что  ЧС техногенного характера стоят  на первом месте и требуют особого  внимания в области обеспечения безопасности, куда входят и пожары разлития нефтепродуктов. В общем, по статистике пожаров показатели являются высокими, хотя из года в год прослеживается тенденция к их сокращению.

2 ОБЗОР ПРОБЛЕМЫ ПОЖАРОВ РАЗЛИТИЯ ГОРЮЧИХ ЖИДКОСТЕЙ

 

Пожары разлития горючих жидкостей  являются весьма распространенными  и опасными источниками чрезвычайных ситуаций. Резервуарный парк России общим объемам около 22,5 млн. м³ включает свыше 20000 крупных резервуаров. Объем крупнейших из них достигает 100000 м³ , а мировой практике применяются резервуары объемом до 240000 м³. Кроме того, возможно возникновение разливов жидкости из трубопроводов и различных видов транспортных средств.

За последние 20 лет произошло  свыше 200 крупных пожаров на объектах хранения и переработки нефти, из них 92 %, в наземных резервуарах, в том числе 26 % - с сырой нефтью, 49 % - с бензином, 24 % - с мазутом, 16 % - дизельным топливом, керосином. К наиболее распространенным ситуациям, вызывающим возникновение пожаров разлития в резервуарных парках, относятся полное разрушение резервуара, перелив жидкости через его край, утечки при наполнении либо опорожнение  резервуаров, но самым опасным фактором подобной ситуации является гидродинамическая волна прорыва.

Тяжелые последствия аварий, связанных с  полным разрушением резервуаров, обусловлены тем, что по существующим нормативам («Правила технической эксплуатации нефтебаз» и др.), обвалование резервуаров рассчитано лишь на гидростатическое давление разлившейся жидкости и не всегда может противостоять ударной силе волны прорыва. Его разрушение приводит к беспрепятственному распространению горючей жидкости по окружающей местности, а в некоторых случаях фрагменты железобетонного обвалования сами являются причиной повреждения соседних резервуаров.

В результате приблизительно в каждом третьем  случае происходит выход горючей  жидкости за пределы резервуарного  парка, что чрезвычайно опасно, учитывая, что в России 38,4 % резервуаров расположены в непосредственной близости от жилых или общественных зданий. Распространение пожара разлития за пределы обвалования или в пределах общего обвалования нескольких резервуаров часто приводит к переходу в групповой пожар.

2.1 Теоретические основы пожара разлития и его характеристики

 

Пожар разлития, представляющий собой горение жидкости со свободной поверхностью, является сложным процессом, протекающим  в условиях взаимного влияния гидродинамических и тепловых факторов. При нагреве и испарении жидкости формируется конвективная струя, в которой происходит смешение пара с окислителем. В парогазовой струе происходят интенсивные химические реакции, локализующиеся в зоне (фронте) горения. Выделяющаяся при этом теплота расходуется на нагрев газообразных продуктов сгорания, а также на нагрев и испарение жидкости, что обеспечивает непрерывность процесса.

Для пожара разлития характерны следующие основные черты:

- диффузионный характер горения, определяемый неограниченным притоком воздуха к очагу пожара;

- высокая степень турбулентности струи, имеющая место при достаточно больших диаметрах зеркала жидкости;

- нестационарность процесса, обусловленная выгоранием конечной массы жидкости.

Особое влияние на распространение продуктов горения нефтепродукта оказывает ветер, который интенсифицирует подвод кислорода к пламени.

На рисунке 4 хорошо заметно уменьшение зоны заражения газовыми компонентами с увеличением скорости ветра, при этом для твердой фазы выброса зона с увеличением скорости ветра возрастает. Этот факт связан со следующими обстоятельствами: при меньшей скорости ветра продукты выбрасываются на большую высоту и, медленно опускаясь и рассеиваясь, образуют большую площадь превышения ПДК, в то время как сажа, оседая быстрее газа, образует зону заражения в непосредственной близости (по сравнению с газом) от источника. При увеличении скорости ветра интенсифицируются процессы турбулентного тепломассообмена, увеличивается угол отклонения плавучей струи продуктов от вертикали и изменяется структура течения. В результате уменьшается равновесная высота растекания облака, содержащего продукты горения (шлейф «прибивает» к земле), что обеспечивает уменьшение зоны распространения газа, при этом облако сажевых частиц размывается на большее расстояние (линии тока частиц «сносит» ветром).

 

 

 

Рисунок 4 - Зависимость глубины  зоны заражения токсичными компонентами продуктов сгорания мазута от скорости ветра

На рисунке 5 приведено сравнение распределения частиц сажи при различных скоростях ветра.

 

 

Рисунок 5 – Сравнение распределения  сажи при скорости ветра 3 м/с и 12 м/с

Значения максимальных локальных концентраций вредных  веществ в приземном слое при большей скорости ветра оказываются значительно выше, чем при умеренном ветре за счет влияния перечисленных выше факторов. Таким образом, при увеличении скорости ветра зона газового загрязнения уменьшаясь, становится более загрязненной. Кроме того, с ростом скорости ветра наблюдается уменьшение подфакельной зоны.

При нарушении  герметичности сосуда, содержащего  сжиженный горючий газ или жидкость, часть (или вся) жидкость может заполнять поддон или обваловку, растечься по поверхности грунта или заполнить какую-либо естественную впадину.

При авариях  в системах, не имеющих защитных ограждений, происходит растекание жидкости по грунту и (или) заполнение естественных впадин. Обычно при растекании на грунт  площадь разлива ограничена естественными  и искусственно созданными границами (дороги, дренажные канавы и т.п.), а если такая информация отсутствует, то принимают толщину разлившегося слоя равной h = 0,5 м и определяют площадь разлива , м, по формуле:

 

                                              ,                                                         (1)

где фактический объем резервуара, м³,

      высота обваловки, м.

Пламя пожара разлития при расчете представляют в виде наклонного по направлению  ветра цилиндра конечного размера (рисунок 6).

 

 

Рисунок 6 - Расчетная схема пожара разлития

Отличительной чертой пожаров разлития является «накрытие» или «растяжение» с подветренной стороны. Это накрытие может составлять 25 – 50 % диаметра обвалования.

Эффективный диаметр пролива жидкости равен, м:

 

                                                                                            (2)

 

Высоту  пламени можно вычислить по формуле, м:

 

                              ,                                                (3)

где   массовая скорость выгорания, кг/(м²·с), для мазута = 0,04 кг/(м²·с);

  плотность воздуха соответственно, кг/м³, ρ_в = 1,29 кг/м³;

 ускорение силы тяжести,  м/с², = 9,81 м/с²;

 диаметр зеркала разлива, м.

 

2.2 Характеристика опасного объекта

Одним из наиболее вероятных источников ЧС в промышленности являются пожары разлития мазута. На многих объектах промышленности и энергетики мазут является резервным топливом. Так запасы мазута в резервуарном парке Сосногорской ТЭЦ составляют 30 000 т, хранящегося в шести резервуарах РВС - 5000 с теплоизоляцией и металлической облицовкой. Резервуары по два находятся в обваловании. Температура в резервуарах поддерживается в пределах 75 - 90 ^°С. Мазут на Сосногорскую ТЭЦ поступает по подъездным путям в ж/д цистернах на сливную эстакаду мазуто – масляного хозяйства (ММХ). Слив самотеком в промежуточную емкость. Оттуда погружными насосами мазут перекачивается в мазутные резервуары, находящихся менее чем 100 м от сливной ж/д эстакады.