Разработка противопожарных мероприятий на объектах нефтегазовой отрасли с учетом расчета пожарных рисков

ВВЕДЕНИЕ

В нефтегазовой отрасли используется и перерабатывается большое количество горючих и взрывоопасных материалов.

Анализ крупных аварий показывает, что при взрывах больших объемов парогазовых выбросов разрушению подвергаются не только здания и сооружения самих производственных объектов, но и близлежащих жилых массивов. Создаются значительные трудности локализации аварий, а традиционные технические средства противопожарной службы по их предупреждению оказываются малоэффективными.

Недостаточная эффективность пожаровзрывоопасных производств обусловлены, прежде всего, отсутствием аналитической количественной оценки пожаровзрывоопасности производств при проектировании, строительстве, регистрации, ремонте и эксплуатации.

Отраслевые правила пожаровзрывоопасности производств не в полной мере отражают особенности защиты конкретных производств от пожаров и взрывов. Поэтому углубленное изучение характерных опасностей типовых технологических процессов является наиболее рациональным направлением в разработке эффективной пожаровзрывозащиты.

Обеспечение пожарной безопасности является одной из важнейших функций государства. Основным направлением в данной дипломной работе является разработка мероприятий по совершенствованию управления пожарными рисками, на основе моделирования.

Моделирование пожароопасных ситуаций — это возможный путь к обеспечению безопасности, который позволяет обосновать оптимальные решения, призванные эффективно реализовать решения в области обеспечения пожарной безопасности.

При определении расходов на обеспечение пожарной безопасности необходимо выдерживать ту, «золотую середину», когда затраты на обеспечение пожарной безопасности, гарантируют возврат дополнительных расходов благодаря уменьшению потерь от пожаров.

Задачами для достижения этой цели являются:

— изучение основных закономерностей и факторов, определяющих возникновение и развитие пожаров на объектах нефтегазовой отрасли;

— дать характеристику объекта защиты и оценить мероприятия объекта защиты по пожарной безопасности.

— совершенствование тактических приемов, разработка и внедрение новых способов и приемов предупреждения и ликвидации пожаров, катастроф;

— провести исследование расчетных методов прогноза пожаров и ЧС;

— разработать мероприятия по снижению пожарного риска и дать оценку их экономической эффективности.

Целью выполнения данной дипломной работы является выявление наихудших условий развития возможных аварий, определяемых на основании анализа расчетных показателей, с целью уточнения радиусов зон поражения в типовом проекте, а также оценка на возможность разрушения зданий, сооружений или их частей и разработка технических решений по обеспечению требований безопасности. Расчетным путем определить и обосновать наиболее экономичный и взрывопожароопасный способ хранения/транспортировки/переработки/добычи нефти и нефтепродуктов; по результатам расчетов сделать выводы и дать рекомендации по уменьшению затрат на обеспечение пожарной безопасности, при выполнении которых снизится возможность образования взрывоопасных концентраций и уменьшится экономический ущерба.

1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ ДЛЯ РАСЧЕТА ПОЖАРНЫХ РИСКОВ Расчеты по оценке пожарного риска проводятся путем сопоставления расчетных величин пожарного риска с соответствующими нормативными значениями пожарных рисков, установленными Федеральным законом от 22 июля 2008 г. № 123-ФЗ «Технический регламент о требованиях пожарной безопасности» (далее — Технический регламент).

Определение расчетных величин пожарного риска на объекте осуществляется на основании:

a) анализа пожарной опасности объекта;

b) определения частоты реализации пожароопасных ситуаций;

c) построения полей опасных факторов пожара для различных сценариев его развития;

d) оценки последствий воздействия опасных факторов пожара на людей для различных сценариев его развития;

e) наличия систем обеспечения пожарной безопасности зданий, сооружений и строений.

Расчетные величины пожарного риска являются количественной мерой возможности реализации пожарной опасности объекта и ее последствий для людей.

Количественной мерой возможности реализации пожарной опасности объекта является риск гибели людей в результате воздействия опасных факторов пожара, в том числе:

· риск гибели работника объекта;

· риск гибели людей, находящихся в селитебной зоне вблизи объекта.

· Риск гибели людей в результате воздействия опасных факторов пожара на объекте характеризуется числовыми значениями индивидуального и социального пожарных рисков.

1.1 Понятие пожарных рисков Риски можно разделить на «качественные», которые нельзя измерить, и «количественные», которые измерить можно. «Риск является количественной характеристикой возможности реализации данной опасности».

Каждую опасность может характеризовать много различных рисков, оценивающих разные стороны и параметры этой опасности.

Например, с одной стороны, — частоту ее реализации, с другой — характер и размеры последствий реализации опасности.

Каждый риск в зависимости от многих обстоятельств и факторов может изменять свои значения, то есть подвержен определенной динамике.

Поэтому, выявляя роль отдельных факторов, влияющих на уровень риска, можно попытаться целенаправленно воздействовать на них, то есть управлять риском. Следовательно, можно в определенной степени управлять опасностью, угрожающей какому-либо объекту защиты (системе), ослаблять ее негативное воздействие.

Однако, очевидно, что принципиально невозможно все риски, связанные с тем или иным объектом защиты, свести к нулю. Это объясняется как перманентной неполнотой и относительностью научных представлений об опасностях и рисках, так и ограниченными инженерно-техническими и экономическими возможностями общества.

Риск только можно попытаться уменьшить до такого уровня, с которым общество (на данном этапе его исторического развития) вынуждено будет согласиться (психологически будет готово его принять).

Отсюда следует, что «абсолютной» безопасности (отсутствия всякой опасности) какой-то системы (объекта защиты) добиться в реальном мире невозможно в принципе.

Однако, управляя рисками, мы можем уменьшить степень опасности данного объекта защиты, а значит — повысить, увеличить степень его безопасности до максимально возможного в современных условиях уровня.

Таким образом, безопасность — состояние объекта защиты (системы), при котором значения всех рисков, присущих этому объекту, не превышают их допустимых уровней.

При этом понятия опасность, угроза по существу являются синонимами, отличаясь друг от друга некоторыми смысловыми оттенками.

Все они характеризуются набором рисков, уменьшая значения которых, мы приходим к допустимому уровню безопасности конкретного объекта защиты (личности, общества, любой социальной, экономической, технической системы).

Схематично это представлено на рисунке № 1.

Рисунок 1. Система «Опасность — риск — безопасность»

Фактически это — схема алгоритма обеспечения безопасности любого объекта.

1.2 Виды пожарных рисков Сначала приведем определение понятия «пожар», которым мы будем пользоваться в данной книге в качестве рабочего определения:

Пожар — это неуправляемый процесс горения, который приносит вред обществу и окружающей среде. Это определение, на наш взгляд, своей лаконичностью и строгостью выгодно отличается от общепринятых и узаконенных определений пожара.

Пожарная опасность — опасность возникновения и развития неуправляемого процесса горения (пожара), приносящего вред обществу, окружающей среде, объекту защиты.

Пожарный риск — количественная характеристика возможности реализации пожарной опасности (и ее последствий), измеряемая, как правило, в соответствующих единицах.

К основным пожарным рискам Н. Н. Брушлинский относит следующие:

1) риск R1 для человека столкнуться с пожаром (его опасными факторами) за единицу времени. В настоящее время удобно этот риск измерять в единицах

2) риск R2 для человека погибнуть при пожаре (оказаться его жертвой). Здесь единица измерения имеет вид

3) риск R3 для человека погибнуть от пожара за единицу времени Очевидно, что эти риски связаны соотношением: R3 = R1 * R2

Риск R1 характеризует возможность реализации пожарной опасности, а риски R2 и R3 — некоторые последствия этой реализации.

В качестве пожарных рисков, характеризующих материальный ущерб от пожаров, Н. Н. Брушлинский предлагает использовать, следующие риски:

1) риск R4 уничтожения строений в результате пожара:

2) риск R5 прямого материального ущерба от пожара:

Кроме вышеперечисленных пожарных рисков можно рассматривать риски травмирования при пожарах, как гражданских лиц, так и пожарных (причем возможна детализация рисков по видам травм); риски возникновения пожаров по различным причинам (молния, поджог, короткое замыкание в электросети, печное отопление, игры детей и пр.); риски возникновения и развития пожаров в зданиях различного назначения, различной этажности, разной степени огнестойкости.

Все эти пожарные риски представляют интерес, в частности, для страховых компаний, для фирм, производящих противопожарное оборудование, для проектировщиков зданий и сооружений и других специалистов.

В Федеральном законе от 22 июля 2008 г. № 123-ФЗ «Технический регламент о требованиях пожарной безопасности» перечислены следующие виды рисков:

«Допустимый пожарный риск — пожарный риск, уровень которого допустим и обоснован исходя из социально-экономических условий.

Социальный пожарный риск — степень опасности, ведущей к гибели группы людей в результате воздействия опасных факторов пожара;

Индивидуальный пожарный риск — пожарный риск, который может привести к гибели человека в результате воздействия опасных факторов пожара.

Социальный пожарный риск — степень опасности, ведущей к гибели группы людей в результате воздействия опасных факторов пожара".

Таким образом, пожарных рисков существует очень много, и все их нужно уметь анализировать для успешного противостояния пожарной опасности.

Пожарные риски, во-первых, характеризуют возможность реализации пожарной опасности в виде пожара и, во-вторых, содержат оценки его возможных последствий (а также обстоятельств, способствующих развитию пожара).

Следовательно, при их определении необходимо знать частотные характеристики возникновения пожара на том или ином объекте, а также предполагаемые размеры его социальных, экономических и экологических последствий, обусловленных теми или иными обстоятельствами.

Отсюда следует, что во многих случаях пожарные риски можно оценивать статистическими или вероятностными методами, но в ряде случаев могут потребоваться и иные методы.

1.3 Управления пожарными рисками Управление пожарным риском — разработка и реализация комплекса мероприятий (инженерно-технического, экономического, социального и иного характера), позволяющих уменьшить значение данного пожарного риска до допустимого (приемлемого) уровня.

Для выработки долгосрочной стратегии управления пожарными рисками прежде всего, необходимо выяснить, где и по каким причинам возникают пожары и где при пожарах гибнут люди.

Добыча, транспортировка и хранение легковоспламеняющихся и горючих жидкостей относится к ряду потенциально опасных производств, а соответствующие объекты являются объектами повышенного риска.

Резервуары и резервуарные парки, как основные сооружения складов нефти и нефтепродуктов, широко распространены в отраслях промышленности. Они входят в технологические схемы сбора и подготовки нефти, магистральных трубопроводов, нефтеперерабатывающих заводов, перевалочных и распределительных нефтебаз, предприятий автомобильного, железнодорожного, водного и воздушного транспорта, теплоэлектроцентралей, теплоэлектростанцией, строительных организаций, промышленных предприятий, механизированных сельскохозяйственных предприятий. В связи с этим проблема обеспечения безопасности при транспортировке и хранении нефтепродуктов приобретает первостепенное значение.

Хранение на нефтебазах и химических предприятиях больших количеств ЛВЖ и ГЖ создают потенциальную опасность возникновения различных видов аварийных ситуаций при различных видах разгерметизации оборудования, его переполнении, нарушении правил эксплуатации, при проведении ремонтных работ.

Наиболее характерной аварийной ситуацией являются пожары проливов. Они могут быть вызваны, прежде всего, полной или частичной разгерметизацией резервуаров и трубопроводов.

Пожароопасность современных технологических процессов в нефтяной, газовой и нефтеперерабатывающей промышленности непрерывно возрастает в связи с увеличением количества обращающихся в них легковоспламеняющихся и горючих веществ, широким диапазоном давлений и температур их обработки, повышением единичной мощности технологических установок, а также объемов хранения и транспортирования сырья и готовых продуктов. Современный уровень технологии хранения и транспортирования горючих жидкостей и сжиженных газов таков, что заполнение оборудования этими веществами может способствовать возникновению пожаров, приводящих к жертвам и разрушениям.

В России на сегодняшний день существует несколько руководств и методик по качественной и количественной оценке риска, а также по методам профилактики и борьбы с пожарами на производственных объектах. В первую очередь, это Методика определения расчетных величин пожарного риска на производственных объектах, утвержденная МЧС России. В данной методике достаточно подробно представлены методы оценки опасных факторов, процедура построения логического дерева событий и аналитические соотношения, позволяющие рассчитать параметры волны давления и интенсивность теплового излучения.

ГОСТ Р 12.3.047−98 «Пожарная безопасность технологических процессов. Общие требования. Методы контроля» стандарт, представляющий собой фундаментальное руководство по оценке риска для промышленных объектов, в первую очередь — для нефтегазового комплекса. Стандарт устанавливает общие требования пожарной безопасности к технологическим процессам, а также при разработке и изменении норм технологического проектирования и других нормативных документов, регламентирующих мероприятия по обеспечению пожарной безопасности на производственных объектах и при разработке технологических частей проектов, технологических регламентов. При детальном рассмотрении Методика определения расчетных величин пожарного риска на производственных объектах оказалась сокращенным вариантом ГОСТа Р 12.3.047−98. Помимо этих двух документов существует Руководство по оценке пожарного риска для промышленных предприятий, которое было разработано в соответствии с вышеизложенными зарубежными изданиями.

По разработке противопожарных мероприятий для объектов нефтегазовой отрасли представлены следующие документы: Руководство по тушению нефти и нефтепродуктов в резервуарах и резервуарных парках, с выходом которого утратили силу Указания по тушению пожаров нефти и нефтепродуктов в резервуарах, Рекомендации по тушению пожаров нефти и нефтепродуктов в резервуарах, Рекомендации по предупреждению и тушению пожаров в резервуарах с понтоном и плавающей крышей, Наставление по использованию передвижной пожарной техники для тушения пожаров горючих жидкостей в резервуарах подслойным способом, Рекомендации по обеспечению пожарной безопасности и тактике тушения пожаров в резервуарах на свайных основаниях для условий Западной Сибири и Крайнего Севера. Руководство содержит сведения, отражающие современные представления о процессах развития пожара и тушения нефти и нефтепродуктов в резервуарных парках, об организации работ при различных способах подачи пенных средств и обеспечении безопасности личного состава пожарной охраны.

Кроме Руководства по тушению нефти и нефтепродуктов в резервуарах и резервуарных парках существует Книга V «Пожаротушение на объектах добычи, переработки и хранения горячих жидкостей и газов».

В книге приведены примеры тушения пожаров на объектах добычи, переработки и хранения горючих жидкостей и газов. Приведена классификация резервуаров и резервуарных парков для хранения нефти, нефтепродуктов и других горючих и легковоспламеняющихся жидкостей. Описаны закономерности развития пожаров в резервуарах и приведены примеры пожаров резервуаров в России и зарубежных странах. Также даны рекомендации по выбору огнетушащих веществ и интенсивности их подачи, методика расчетов требуемых сил и средств для тушения подобных пожаров, организации и тактике тушения пожаров в резервуарах и резервуарных парках, способам ликвидации последствий истечения нефтепродуктов в водоёмы. Изложена тактика тушения пожаров на открытых технологических установках.

Следует отметить тот факт, что зарубежные руководства опираются на методологию «гибкого» нормирования, которая предусматривает использование новейших методов вычислительного моделирования. В современных условиях разработка экономически оптимальных и эффективных противопожарных мероприятий немыслима без научно обоснованного прогноза динамики опасных факторов пожара и взрыва, особенно для промышленных комплексов. За рубежом уже давно разрабатывают и совершенствуют программы (FDS, FLACS), позволяющие достаточно точно задать исходные данные и корректно рассчитать физические явления с учетом внешних условий (погода, температура, скорость ветра). Такие сложные явления как пожар и взрыв невозможно правильно рассчитать, основываясь на методы оценки опасных факторов, которые не учитывают многие внешние факторы, и аналитические соотношения.

На данный момент Россия только подходит к методологии «гибкого» нормирования. Стало больше внимания уделяться методам математического моделирования, основанным на решении полевых уравнений (уравнений Навье-Стокса). Происходит интенсивное внедрение полевого метода для моделирования пожаров и взрывов в области инженерных расчетов. В ближайшем будущем именно полевые методы станут основным инструментом расчетов пожаров и взрывов, это связано как с ростом вычислительных мощностей, так и развитием математических моделей описывающих процессы, происходящие при пожаре и взрыве, и алгоритмов их решения. Использование такого мощного инструмента как математическое моделирование позволит адекватно проводить оценку риска для промышленных объектов и разработать соответствующие тактические приемы по ликвидации чрезвычайной ситуации.

1.4 Методика расчета пожарных рисков на объектах нефтегазовой отрасли Анализ пожарной опасности объекта Анализ пожарной опасности объекта предусматривает:

а) анализ пожарной опасности технологической среды и параметров технологических процессов на объекте;

б) определение перечня пожароопасных аварийных ситуаций и параметров для каждого технологического процесса;

в) определение для каждого технологического процесса перечня причин, возникновение которых позволяет характеризовать ситуацию как пожароопасную;

г) построение сценариев возникновения и развития пожаров, влекущих за собой гибель людей.

Анализ пожарной опасности технологической среды и параметров технологических процессов предусматривает сопоставление показателей пожарной опасности веществ и материалов, обращающихся в технологическом процессе, с параметрами технологического процесса.

Перечень потенциальных источников зажигания пожароопасной технологической среды определяется посредством сопоставления параметров технологического процесса и иных источников зажигания с показателями пожарной опасности веществ и материалов.

Определение перечня пожароопасных аварийных ситуаций и параметров для каждого технологического процесса осуществляется на основе анализа пожарной опасности каждого из технологических процессов, предусматривающего выбор ситуаций, при реализации которых возникает опасность для людей, находящихся в зоне поражения опасными факторами пожара, взрыва и сопутствующими проявлениями опасных факторов пожара.

Наиболее вероятными событиями, которые могут являться причинами пожароопасных ситуаций на объектах, считаются следующие события:

· выход параметров технологических процессов за критические значения, который вызван нарушением технологического регламента (например, перелив жидкости при сливо-наливных операциях, разрушение оборудования вследствие превышения давления по технологическим причинам, появление источников зажигания в местах образования горючих газопаровоздушных смесей);

· разгерметизация технологического оборудования, вызванная механическим (влияние повышенного или пониженного давления, динамических нагрузок и т. п.), температурным (влияние повышенных или пониженных температур) и агрессивным химическим (влияние кислородной, сероводородной, электрохимической и биохимической коррозии) воздействиями;

· механическое повреждение оборудования в результате ошибок работника, падения предметов, некачественного проведения ремонтных и регламентных работ и т. п. (например, разгерметизация оборудования или выход из строя элементов его защиты в результате повреждения при ремонте или столкновения с железнодорожным или автомобильным транспортом).

· На основе анализа пожарной опасности объекта, при необходимости, проводится определение комплекса дополнительных мероприятий, изменяющих параметры технологического процесса до уровня, обеспечивающего допустимый пожарный риск.

Для выявления пожароопасных ситуаций осуществляется деление технологического оборудования (технологических систем), при их наличии на объекте, на участки. Указанное деление выполняется, исходя из возможности раздельной герметизации этих участков при возникновении аварии. Рассматриваются пожароопасные ситуации, как на основном, так и вспомогательном технологическом оборудовании. Кроме этого, учитывается также возможность возникновения пожара в зданиях, сооружениях и строениях (далее — здания) различного назначения, расположенных на территории объекта.

В перечне пожароопасных ситуаций применительно к каждому участку, технологической установке, зданию объекта выделяются группы пожароопасных ситуаций, которым соответствуют одинаковые модели процессов возникновения и развития.

При анализе пожароопасных ситуаций, связанных с разгерметизацией технологического оборудования, рассматриваются утечки при различных диаметрах истечения (в том числе максимальные — при полном разрушении оборудования или подводящих/отводящих трубопроводов).

Определение частоты реализации пожароопасных ситуаций Для определения частоты реализации пожароопасных ситуаций на объекте используется информация:

а) об отказах оборудования, используемого на объекте;

б) о параметрах надежности используемого на объекте оборудования;

в) об ошибочных действиях работника объекта;

г) о гидрометеорологической обстановке в районе размещения объекта;

д) о географических особенностях местности в районе размещения объекта.

Для определения частоты реализации пожароопасных ситуаций могут использоваться статистические данные по аварийности или расчетные данные по надежности технологического оборудования, соответствующие специфике рассматриваемого объекта.

Построение полей опасных факторов пожара для различных сценариев его развития При построении полей опасных факторов пожара для различных сценариев его развития учитываются:

· тепловое излучение при факельном горении, пожарах проливов горючих веществ на поверхность и огненных шарах;

· избыточное давление и импульс волны давления при сгорании газопаровоздушной смеси в открытом пространстве;

· избыточное давление и импульс волны давления при разрыве сосуда (резервуара) в результате воздействия на него очага пожара;

· избыточное давление при сгорании газопаровоздушной смеси в помещении;

· концентрация токсичных компонентов продуктов горения в помещении;

· снижение концентрации кислорода в воздухе помещения;

· задымление атмосферы помещения;

· среднеобъемная температура в помещении;

· осколки, образующиеся при взрывном разрушении элементов технологического оборудования;

· расширяющиеся продукты сгорания при реализации пожара-вспышки.

Оценка величин указанных факторов проводится на основе анализа физических явлений, протекающих при пожароопасных ситуациях, пожарах, взрывах. При этом рассматриваются следующие процессы, возникающие при реализации пожароопасных ситуаций и пожаров или являющиеся их последствиями (в зависимости от типа оборудования и обращающихся на объекте горючих веществ):

· истечение жидкости из отверстия;

· истечение газа из отверстия;

· двухфазное истечение из отверстия;

· растекание жидкости при разрушении оборудования;

· выброс газа при разрушении оборудования;

· формирование зон загазованности;

· сгорание газопаровоздушной смеси в открытом пространстве;

· разрушение сосуда с перегретой легковоспламеняющейся жидкостью, горючей жидкостью или сжиженным горючим газом;

· тепловое излучение от пожара пролива или огненного шара;

· реализация пожара-вспышки;

· образование и разлет осколков при разрушении элементов технологического оборудования;

· испарение жидкости из пролива;

· образование газопаровоздушного облака (газы и пары тяжелее воздуха);

· сгорание газопаровоздушной смеси в технологическом оборудовании или помещении;

· пожар в помещении;

· факельное горение струи жидкости и/или газа;

· тепловое излучение горящего оборудования;

· вскипание и выброс горящей жидкости при пожаре в резервуаре.

Для определения возможных сценариев возникновения и развития пожаров рекомендуется использовать метод логических деревьев событий (далее — логическое дерево).

Сценарий возникновения и развития пожароопасной ситуации (пожара) на логическом дереве отражается в виде последовательности событий от исходного до конечного события (далее — ветвь дерева событий).

При построении логического дерева событий используются:

· условная вероятность реализации различных ветвей логического дерева событий и перехода пожароопасной ситуации или пожара на ту или иную стадию развития;

· вероятность эффективного срабатывания соответствующих средств предотвращения или локализации пожароопасной ситуации или пожара (принимается исходя из статистических данных, публикуемых в научно-техническом журнале «Пожарная безопасность» или по паспортным данным завода-изготовителя оборудования);

· вероятность поражения расположенного в зоне пожара технологического оборудования и зданий объекта в результате воздействия на них опасных факторов пожара, взрыва.

· Оценка опасных факторов пожара проводится с помощью эмпирических методов, представленных ниже.

Оценка последствий воздействия опасных факторов пожара на людей для различных сценариев его развития Оценка последствий воздействия опасных факторов пожара, взрыва на людей для различных сценариев их развития осуществляется на основе сопоставления информации о моделировании динамики опасных факторов пожара на территории объекта и прилегающей к нему территории и информации о критических для жизни и здоровья людей значениях опасных факторов пожара, взрыва. Для этого используются критерии поражения людей опасными факторами пожара.

При оценке последствий воздействия опасных факторов пожара, взрыва на людей для различных сценариев развития пожароопасных ситуаций предусматривается определение числа людей, попавших в зону поражения опасными факторами пожара, взрыва.

Для оценки пожарного риска используют, как правило, вероятностные критерии поражения людей опасными факторами пожара. Детерминированные критерии используются при невозможности применения вероятностных критериев.

Количественная оценка массы горючих веществ, поступающих в окружающее пространство в результате возникновения пожароопасных ситуаций Количество поступивших в окружающее пространство горючих веществ, которые могут образовать взрывоопасные газопаровоздушные смеси или проливы горючих сжиженных газов, легковоспламеняющихся и горючих жидкостей на подстилающей поверхности, определяется, исходя из следующих предпосылок:

а) происходит расчетная авария одного из резервуаров (аппаратов) или трубопровода;

б) все содержимое резервуара (аппарата, трубопровода) или часть продукта (при соответствующем обосновании) поступает в окружающее пространство. При этом в случае наличия на объекте нескольких аппаратов (резервуаров) расчет следует проводить для каждого резервуара (аппарата);

в) при разгерметизации резервуара (аппарата) происходит одновременно утечка веществ из трубопроводов, питающих резервуар по прямому и обратному потоку в течение времени, необходимого для отключения трубопроводов. Расчетное время отключения трубопроводов определяется в каждом конкретном случае, исходя из реальной обстановки, и должно быть минимальным с учетом паспортных данных на запорные устройства и их надежности, характера технологического процесса и вида расчетной аварии.

При отсутствии данных допускается расчетное время отключения технологических трубопроводов принимать равным:

· времени срабатывания системы автоматики отключения трубопроводов согласно паспортным данным установки, если вероятность отказа системы автоматики не превышает 0,1 в год или обеспечено резервирование ее элементов;

· 120 с, если вероятность отказа системы автоматики превышает 0,1 в год и не обеспечено резервирование ее элементов;

· 300 с при ручном отключении;

· в качестве расчетной температуры при пожароопасной ситуации с наземно расположенным оборудованием допускается принимать максимально возможную температуру воздуха в соответствующей климатической зоне, а при пожароопасной ситуации с подземно расположенным оборудованием — температуру грунта, условно равную максимальной среднемесячной температуре окружающего воздуха в наиболее теплое время года;

· длительность испарения жидкости с поверхности пролива принимается равной времени ее полного испарения, но не более 3600 с. Для проливов жидкости до 20 кг время испарения допускается принимать равным 900 с.

Допускается использование показателей пожаровзрывоопасности для смесей веществ и материалов по наиболее опасному компоненту.

Определение параметров волны давления при сгорании

газо-, пароили пылевоздушного облака Методика количественной оценки параметров воздушных волн давления при сгорании газо-, пароили пылевоздушного облака (далее — облако) распространяется на случаи выброса горючих газов, паров или пыли в атмосферу на производственных объектах.

Основными структурными элементами алгоритма расчетов являются:

определение ожидаемого режима сгорания облака;

расчет максимального избыточного давления и импульса фазы сжатия воздушных волн давления для различных режимов;

определение дополнительных характеристик взрывной нагрузки;

оценка поражающего воздействия.

Исходными данными для расчета параметров волн давления при сгорании облака являются:

вид горючего вещества, содержащегося в облаке;

концентрация горючего вещества в смеси СГ;

стехиометрическая концентрация горючего вещества с воздухом ССТ;

масса горючего вещества, содержащегося в облаке МТ, с концентрацией между нижним и верхним концентрационным пределом распространения пламени. Допускается величину МТ принимать равной массе горючего вещества, содержащегося в облаке, с учетом коэффициента Z участия горючего вещества во взрыве. При отсутствии данных коэффициент Z может быть принят равным 0,1. При струйном стационарном истечении горючего газа величину МТ следует рассчитывать с учетом стационарного распределения концентраций горючего газа в струе;

удельная теплота сгорания горючего вещества ЕУД;

скорость звука в воздухе С0 (обычно принимается равной 340 м/с);

информация о степени загроможденности окружающего пространства;

эффективный энергозапас горючей смеси Е, который определяется по формуле При расчете параметров сгорания облака, расположенного на поверхности земли, величина эффективного энергозапаса удваивается.

Определение ожидаемого режима сгорания облака Ожидаемый режим сгорания облака зависит от типа горючего вещества и степени загроможденности окружающего пространства.

Классификация горючих веществ по степени чувствительности Вещества, способные к образованию горючих смесей с воздухом, по степени своей чувствительности к возбуждению взрывных процессов разделены на четыре класса:

класс 1 — особо чувствительные вещества (размер детонационной ячейки менее 2 см);

класс 2 — чувствительные вещества (размер детонационной ячейки лежит в пределах от 2 до 10 см);

класс 3 — средне чувствительные вещества (размер детонационной ячейки лежит в пределах от 10 до 40 см);

класс 4 — слабо чувствительные вещества (размер детонационной ячейки больше 40 см).

Классификация наиболее распространенных в промышленном производстве горючих веществ приведена в таблице П3.1 Методики. В случае, если вещество не внесено в классификацию, его следует классифицировать по аналогии с имеющимися в списке веществами, а при отсутствии информации о свойствах данного вещества, его следует отнести к классу 1, т. е. рассматривать наиболее опасный случай.

При оценке масштабов поражения волнами давления должно учитываться различие химических соединений по теплоте сгорания, используемой для расчета полного запаса энерговыделения. Для типичных углеводородов принимается в расчет значение удельной теплоты сгорания ЕУД0 = 44 МДж/кг. Для иных горючих веществ в расчетах используется удельное энерговыделение ЕУД =в ЕУД0. Здесь в — корректировочный параметр.

Классификация окружающего пространства по степени загроможденности Характером загроможденности окружающего пространства в значительной степени определяется скорость распространения пламени при сгорании облака и, следовательно, параметры волны давления. Характеристики загроможденности окружающего пространства разделяются на четыре класса:

класс I — наличие длинных труб, полостей, каверн, заполненных горючей смесью, при сгорании которой возможно ожидать формирование турбулентных струй продуктов сгорания, имеющих размеры не менее трех размеров детонационной ячейки данной смеси. Если размер детонационной ячейки для данной смеси не известен, то минимальный характерный размер струй принимается равным 5 см для веществ класса 1, 20 см для веществ класса 2, 50 см для веществ класса 3 и 150 см для веществ класса 4;

класс II — сильно загроможденное пространство: наличие полузамкнутых объемов высокая плотность размещения технологического оборудования, лес, большое количество повторяющихся препятствий;

класс III — средне загроможденное пространство: отдельно стоящие технологические установки, резервуарный парк;

класс IV — слабо загромождение и свободное пространство.

Классификация режимов сгорания облака Для оценки воздействия сгорания облака возможные режимы сгорания разделяются на шесть классов по диапазонам скоростей их распространения следующим образом:

класс 1 — детонация или горение со скоростью фронта пламени 500 м/с и более;

класс 2 — дефлаграция, скорость фронта пламени 300 — 500 м/с;

класс 3 — дефлаграция, скорость фронта пламени 200 — 300 м/с;

класс 4 — дефлаграция, скорость фронта пламени 150 — 200 м/с;

класс 5 — дефлаграция, скорость фронта пламени определяется по формуле

u = k1•М1/6

где k1 — константа, равная 43;

М — масса горючего вещества, содержащегося в облаке, кг;

класс 6 — дефлаграция, скорость фронта пламени определяется по формуле

u = k2•М1/6

где k2 — константа, равная 26;

М — масса горючего вещества, содержащегося в облаке, кг.

При определении максимальной скорости фронта пламени для режимов сгорания 2−4 классов дополнительно рассчитывается видимая скорость фронта пламени по соотношению (7.37). В том случае, если полученная величина больше максимальной скорости, соответствующей данному классу, она принимается за верхнюю границу диапазона ожидаемых скоростей сгорания облака.

Расчет максимального избыточного давления и импульса фазы сжатия воздушных волн давления Параметры воздушных волн давления (избыточное давление ДР и импульс фазы сжатия I+) в зависимости от расстояния от центра облака рассчитываются исходя из ожидаемого режима сгорания облака.

Класс 1 режима сгорания облака Рассчитывается соответствующее безразмерное расстояние по формуле

Rx=R/(E/P0)1/3

где R — расстояние от центра облака, м;

Р0 — атмосферное давление, Па;

Е — эффективный энергозапас смеси, Дж.

Величины безразмерного давления Рх и импульс фазы сжатия Ix определяются по формулам (для газопаровоздушных смесей)

ln (Рх) = -1,124 — 1,66(ln (Rx)) + 0,260(ln (Rx))2

ln (Iх) = -3,4217 — 0,898(ln (Rx)) — 0,0096(ln (Rx))2

Формулы (6.40, 6.41) справедливы для значений Rx более Rk = 0,2. В случае, если Rx < Rk, то Рх равно 18, а в формулу (7.41) вместо Rx подставляется величина Rx = 0,14.

Размерные величины избыточного давления и импульса фазы сжатия определяются по формулам ДР= РхР0

I+ = Iх •Р0 2/3•Е1/3/С0

Классы 2 — 6 режима сгорания облака Рассчитывается безразмерное расстояние Rх от центра облака по формуле (7.39).

Рассчитываются величины безразмерного давления (Pх1) и импульса фазы сжатия Ix1 по формулам где у — степень расширения продуктов сгорания (для газопаровоздушных смесей допускается принимается равным 7, для пылевоздушных смесей 4);

u — видимая скорость фронта пламени, м/с.

В случае дефлагарации пылевоздушного облака величина эффективного энергозапаса умножается на коэффициент .

Формулы (7.44), (7.45) справедливы для значений Rx больших величины Rкр1 = 0,34, в случае, если Rx < Rкр1, в формулы (7.44), (7.45) вместо Rx подставляется величина Rкр1.

Размерные величины избыточного давления и импульса фазы сжатия определяются по формулам (7.42), (7.43). При этом в формулы (7.42), (7.43) вместо Рх и Ix подставляются величины Pх1 и Ix1.

Параметры волны давления при взрыве резервуара с перегретой жидкостью или сжиженным газом при воздействии на него очага пожара Избыточное давление ДP и импульс I+ в волне давления, образующиеся при взрыве резервуара с перегретой ЛВЖ, ГЖ или сжиженным углеводородным газом (далее — СУГ) в очаге пожара, определяются по формулам где r — расстояние от центра резервуара, м;

— эффективная энергия взрыва, рассчитываемая по формуле

k — доля энергии волны давления (допускается принимать равной 0,5);

— удельная теплоемкость жидкости (допускается принимать равной 2000 Дж/(кг К);

m — масса ЛВЖ, ГЖ или СУГ, содержащаяся в резервуаре, кг;

Т — температура жидкой фазы, К;

Тb — нормальная температура кипения, К.

При наличии в резервуаре предохранительного устройства (клапана или мембраны) величина Т определяется по формуле где Рval — давление срабатывания предохранительного устройства;

А, В, СА — константы уравнения зависимости давления насыщенных паров жидкости от температуры (константы Антуана), определяемые по справочной литературе. Единицы измерения Рval (кПа, мм рт. ст., атм) должны соответствовать используемым константам Антуана.

Интенсивность теплового излучения В настоящем разделе приводятся методы расчета интенсивности теплового излучения от пожара пролива на поверхность, огненного шара, а также радиуса воздействия продуктов сгорания паровоздушного облака в случае пожара-вспышки.

Пожар пролива Интенсивность теплового излучения q (кВт/м2) для пожара пролива ЛВЖ, ГЖ или СУГ определяется по формуле где Ef — среднеповерхностная интенсивность теплового излучения пламени, кВт/м2;

Fq — угловой коэффициент облученности;

— коэффициент пропускания атмосферы.

Значение Ef принимается на основе имеющихся экспериментальных данных или по таблице П3.4 Методики. При отсутствии данных для нефтепродуктов допускается принимать величину Ef равной 40 кВт/м2.

Угловой коэффициент облученности Fq определяется по формуле где FV, FH — факторы облученности для вертикальной и горизонтальной площадок соответственно, которые определяются по формулам где r — расстояние от геометрического центра пролива до облучаемого объекта, м;

d — эффективный диаметр пролива, м;

H — высота пламени, м.

Эффективный диаметр пролива d (м) рассчитывается по формуле где F — площадь пролива, м2.

Высота пламени Н (м) определяется по формуле где — удельная массовая скорость выгорания топлива, кг/(м2с);

а — плотность окружающего воздуха, кг/м3;

g — ускорение свободного падения (9,81 м/с2).

Коэффициент пропускания атмосферы для пожара пролива определяется по формуле При необходимости может быть учтено влияние ветра на форму пламени.

Огненный шар Интенсивность теплового излучения q (кВт/м2) для огненного шара определяется по формуле (7.52).

Величина Ef определяется на основе имеющихся экспериментальных данных. Допускается принимать Ef равной 450 кВт/м2.

Значение Fq определяется по формуле где Н — высота центра огненного шара, м;

DS — эффективный диаметр огненного шара, м;

r — расстояние от облучаемого объекта до точки на поверхности земли непосредственно под центром огненного шара, м.

Эффективный диаметр огненного шара DS (м) определяется по формуле где m — масса продукта, поступившего в окружающее пространство, кг.

Величину Н допускается принимать равной DS/2.

Время существования огненного шара tS © определяется по формуле Коэффициент пропускания атмосферы для огненного шара рассчитывается по формуле Определение радиуса воздействия продуктов сгорания паровоздушного облака в случае пожара-вспышки В случае образования паровоздушной смеси в незагроможденном технологическим оборудованием пространстве и его зажигании относительно слабым источником (например, искрой) сгорание этой смеси происходит, как правило, с небольшими видимыми скоростями пламени. При этом амплитуды волны давления малы и могут не приниматься во внимание при оценке поражающего воздействия. В этом случае реализуется так называемый пожар-вспышка, при котором зона поражения высокотемпературными продуктами сгорания паровоздушной смеси практически совпадает с максимальным размером облака продуктов сгорания (т.е. поражаются в основном объекты, попадающие в это облако). Радиус воздействия высокотемпературных продуктов сгорания паровоздушного облака при пожаре-вспышке RF определяется формулой где RНКПР — горизонтальный размер взрывоопасной зоны.

Испарение жидкости и СУГ из пролива Интенсивность испарения W (кг/(м2с)) для ненагретых жидкостей с определяется по формуле где — коэффициент, принимаемый для помещений в зависимости от скорости и температуры воздушного потока над поверхностью испарения. При проливе жидкости вне помещения допускается принимать = 1;

М — молярная масса жидкости, кг/кмоль;

РН — давление насыщенного пара при расчетной температуре жидкости, кПа.

При выбросе СУГ из оборудования, в котором жидкость находится под давлением, часть продукта за счет внутренней энергии мгновенно испаряется, образуя с капельками жидкости облако аэрозоля. Массовая доля мгновенно испарившейся жидкости определяется по формуле где СР — удельная теплоемкость СУГ, Дж/(кг.К);

Та — температура окружающего воздуха, К;

Tg — температура кипения СУГ при атмосферном давлении, К;

Lg — удельная теплота парообразования СУГ, Дж/кг.

Принимается, что при? 0,35 вся масса жидкости, находящаяся в оборудовании, за счет взрывного характера испарения переходит в парокапельное облако.

При < 0,35, оставшаяся часть жидкости испаряется с поверхности пролива за счет потока тепла от подстилающей поверхности и воздуха.

Интенсивность испарения жидкости со свободной поверхности W (кг/(м2с)) определяется по формуле где лs — коэффициент теплопроводности материала, на поверхность которого разливается жидкость, Вт/(мК);

СS — удельная теплоемкость материала, Дж/(кгК);

сs — плотность материала, кг/м3;

Т0 — начальная температура материала, К;

tтекущее время с момента начала испарения, с (но не менее 10 с);

ла — коэффициент теплопроводности воздуха при температуре Т0;

u — скорость воздушного потока над поверхностью испарения, м/с;

d — характерный диаметр пролива, м;

на — кинематическая вязкость воздуха при Т0, м2/с.

Размеры факела при струйном горении При струйном истечении сжатых горючих газов, паровой и жидкой фазы СУГ и СПГ возникает опасность образования диффузионных факелов.

Длина факела LF (м) при струйном горении определяется по формуле где G — расход продукта, кг/с;

K — эмпирический коэффициент, который при истечении сжатых газов принимается равным 12,5, при истечении паровой фазы СУГ или СПГ равным 13,5, при истечении жидкой фазы СУГ или СПГ равным 15.

Длина факела при струйном истечении горючих жидкостей определяется дальностью (высотой) струи жидкости.

Ширина факела DF (м) при струйном горении определяется по формуле При проведении оценок пожарной опасности горящего факела при струйном истечении сжатых горючих газов, паровой и жидкой фазы СУГ и СПГ допускается принимать следующие допущения:

зона непосредственного контакта пламени с окружающими объектами, т. е. область наиболее опасного теплового воздействия, интенсивность которого может быть принята 100 кВт/м2, определяется размерами факела;

длина факела LF не зависит от направления истечения продукта и скорости ветра;

наибольшую опасность представляют горизонтальные факелы, условную вероятность реализации которых следует принимать равной 0,67;

поражение человека в горизонтальном факеле происходит в 30-ом секторе с радиусом, равным длине факела;

воздействие горизонтального факела на соседнее оборудование, приводящее к его разрушению (каскадному развитию аварии), происходит в 30о-ом секторе, ограниченном радиусом, равным LF;

за пределами указанного сектора на расстояниях от LF до 1,5 LF тепловое излучение от горизонтального факела составляет 10 кВт/м2;

тепловое излучение от вертикальных факелов может быть определено по формулам (6.52) — (6.59), (6.62), принимая H равным LF, d равным DF, а Ef по табл. П3.4 Методики в зависимости от вида топлива. При отсутствии данных допускается Ef принимать равной 200 кВт/м2;

при истечении жидкой фазы СУГ или СПГ из отверстия с эквивалентным диаметром до 100 мм при мгновенном воспламенении происходит полное сгорание истекающего продукта в факеле без образования пожара пролива;

область возможного воздействия пожара-вспышки при струйном истечении совпадает с областью воздействия факела (30-й сектор, ограниченный радиусом, равным LF);

при мгновенном воспламенении струи газа возможность формирования волн давления допускается не учитывать.

аварийный пожарный риск нефтеперерабатывающий

2. СТАТИСТИКА ПОЖАРОВ НА ОБЪЕКТАХ НЕФТЕГАЗОВОЙ ОТРАСЛИ Самыми крупными пожарами остаются пожары, происходящие в резервуарах, которые входят в технологические схемы предприятий связанных с добычей, транспортировкой, переработкой и хранением углеводородных продуктов, в первую очередь это связано с принципом «домино».

Наиболее опасными считается наземное хранение углеводородов. На наземных резервуарах типа РВС в России за 20 лет произошло 93,3% пожаров и аварий. По виду хранимых продуктов пожары распределяются следующим образом: 53,8% - на резервуарах с бензином, 32,4% резервуары с сырой нефтью и 13,8% - на резервуарах с другими нефтепродуктами. Чаще всего пожары на резервуарах происходили на распределительных нефтебазах — 48,3%, резервуары на НПЗ — 27,7%, на нефтепромыслах — 14%, на резервуарах нефтепроводов — 10%.

В России средняя частота пожаров с серьезными последствиями, по отраслям нефтяной и нефтеперерабатывающей промышленности составила 12 пожаров в год. Наиболее опасными для возникновения пожара является весенне-летний период, на долю которого приходится около 73% от общего числа пожаров. Вместе с тем установлено, что наиболее интенсивно пожарные подразделения работают в зимний период. Средняя продолжительность тушения пожаров в резервуарах в зимнее время составляет 8,5 часов (при температуре ниже -25 0С — 10 часов), в весеннее и осеннее время — 6,6 часа, в летнее время — 5,5 часа. Большинство пожаров, происшедших зимой, носило затяжной характер и требовало сосредоточения значительного количества сил и средств.

Пожары на объектах нефтегазового комплекса характеризуются причинением значительного экологического ущерба связанного с попаданием в окружающую среду большого количества токсичных продуктов горения, огнетушащих средств, мощным тепловым излучением. При горении нефть и нефтепродукты образуют углекислый газ окись углерода, сернистый газ, азот, полиароматические углеводороды, альдегиды, сажу и другие соединения. Их содержание в продуктах горения тем выше, чем выше плотность нефтепродукта.

Анализ причин возникновения пожаров.

Обзор пожаров, происшедших в период с 1970 г по настоящее время на территории России и зарубежных стран позволил выявить ряд основных причин, способствующих возникновению пожаров в резервуарах и резервуарных парках.

Пожары подразделяются:

Пожары на нормально работающих резервуарах (без нарушения технологических регламентов):

А) пожары от атмосферного электричества, которые подразделяются в свою очередь на пожары, возникающие от ударов молний в резервуары и пожары, возникающие от вторичных проявлений атмосферного электричества (накопление в воздухе заряда статического электричества, с последующим возникновением искр).

Б) пожары от самовозгорания пирофорных отложений. Самовозгорание пирофорных отложений (сульфидов железа) является характерным внутренним источником зажигания для резервуаров с высокосернистыми нефтями и бензиновыми фракциями. Случаи самовозгорания пирофоров в резервуарах происходили обычно днем, при солнечной погоде, при наличии сквозных отверстий от коррозии в крыше и стенах резервуара, при длительной эксплуатации резервуаров без очистки, а также после откачки продуктов из резервуара.

В) пожары, возникающие при отборе проб. При проверке уровня продукта в резервуаре наиболее вероятно образование искр при ударах замерных приспособлений о корпус резервуара, возможно возникновение искр от разряда статического электричества, накопленного на поверхности нефтепродукта при соприкосновении с пробоотборником персоналом в одежде из синтетических тканей. Как правило, начинаются со взрыва в газовом пространстве резервуара и нередко сопровождаются гибелью или травмированием людей, выполняющих работу на крыше резервуара.

Г) пожары от создания локальных зон с взрывоопасной концентрацией на территории резервуарных парков. Повышенная загазованность воздуха парами горючих и легковоспламеняющихся жидкостей, горючими газами на территории резервуарных парков может возникать в следующих случаях: при закачке в резервуары нефтепродуктов недостаточно сепарированных от газов, при заполнении резервуаров нефтью и нефтепродуктами, при перекачке из резервуаров нефтепродуктов, имеющих высокую упругость паров. Источниками зажигания при этом могут являться автомобили, двигающиеся по территории резервуарных парков, технологические огневые нагреватели, открытые технологические установки с повышенной температурой, факелы для сжигания сбросных газов, искры от электрооборудования, открытый огонь, курение.

Пожары на резервуарах при их очистке (подготовке) к ремонтным работам:

Значительная часть пожаров и взрывов на резервуарах происходит при их подготовке к проведению ремонтных работ, здесь проявляются следующие факторы повышенной пожарной опасности: оборудование выводят из нормального режима работы, оборудование вскрывается, создаются условия для свободного проникновения окислителя и его контакта с горючим, что способствует образованию горючей паровоздушной среды как внутри так и снаружи резервуаров. Существенные трудности создает удаление «мертвого» остатка со дна резервуара. Обычно его удаляют с помощью передвижных насосных агрегатов через вскрытые люки-лазы. Источниками зажигания при проведении таких работ могут быть фрикционные искры от ударов ремонтного инструмента о корпус резервуара, искры от электрооборудования, расположенного близко к резервуару, нагретые поверхности соседних технологических установок, выхлопные газы от используемой для откачки техники.