Моделирование пожарной опасности технологического процесса Наро-Фоминской нефтебазы

Если резервуар после  взрыва паровоздушной смеси загорелся, то в первые же минуты горения на поверхности жидкости устанавливается  температура, близкая к температуре  ее кипения. Для нефтепродуктов эта  температура непостоянна и в большинстве случаев превышает 100°С, постоянно увеличиваясь по мере выгорания жидкости.

Скорость выгорания  жидкости зависит от ее летучести, условий  горения и скорости ветра. Ориентировочные  значения скорости выгорания нефтепродуктов приведены в таблице №1.

Таблица №1

Нефтепродукты	Скорость выгорания	Примечания
Бензин	до 30	С увеличением скорости ветра до 8-10 м/с скорость выгорания  возрастает на 30-50%
Дизельное топливо	до 18-20

 

Следовательно, при пожаре с одного м² площади зеркала горения будет выгорать от 90 до 240 кг/м² · ч  жидкости. Имея в виду, что теплота горения нефтепродуктов составляет 44000 кДж/кг при пожаре будет выделяться очень большое количество тепла.

Стенка резервуара выше уровня горючей жидкости под воздействием теплоты пожара сильно раскаляется и через 15-20 минут от начала пожара деформируется, если не приняты меры к ее охлаждению.

Под действием теплового потока от горящего резервуара, а при ветре и за счет непосредственного воздействия пламени, будут нагреваться стенки, крыши, дыхательная и другая арматура на соседних резервуарах. Нагрев дыхательной арматуры опасен тем, что прогретый до высоких температур огнепреградитель перестает выполнять свои защитные функции и, при наличии взрывоопасной смеси внутри резервуара, воспламенение ее приведет к проскоку пламени внутрь резервуара, т.е. приведет к его взрыву. Если в резервуаре концентрация паров выше верхнего предела распространения пламени, то образующееся при нагреве стенок избыточное давление приведет к выходу паровоздушной смеси через дыхательную арматуру и воспламенению ее. Горение факелов паров над арматурой будет дополнительно подогревать ее и конструкции резервуара – увеличится факел, может произойти деформация конструкции.

Если в соседних с  горящим резервуарах концентрация паров была ниже нижнего предела распространения пламени, то нагревание стенок и арматуры при пожаре за счет теплоты излучения может привести к более интенсивному испарению нефтепродукта и повышению концентрации паров до взрывоопасных пределов. Горючая смесь при выходе через дыхательный клапан воспламеняется, а пламя, проскочив внутрь резервуара, вызовет его взрыв.

Угроза касания пламени  соседних резервуаров возникает  обычно при скорости ветра более 10 м/с, так наклон по отношению к  оси резервуара в этом случае достигает 75-80°. Особо опасно действие пламени на корпус соседнего резервуара, из которого в данный момент откачивается жидкость. Раскаленные продукты горения, засасываемые внутрь резервуара, могут создать условия для взрыва резервуара.

Большую опасность представляют выбросы и выкипания нефтепродуктов из горящих резервуаров. Но так как  чаще всего вскипают нефти и мазуты, в настоящей дипломной работе эти случаи не будут рассмотрены.

Значительная опасность  возникновения и распространения пожара создается так же при загазованности территории резервуарного парка парами нефтепродуктов. Наземные резервуары большого объема при наполнении их жидкостью (большое дыхание) и при повышении температуры среды (малое дыхание) являются мощными источниками выброса в атмосферу паров нефтепродуктов. Так, например, в летнее время при температуре 25°С из бензиновых резервуаров с каждым м³ вытесняемой наружу через дыхательные клапаны паровоздушной смеси выбрасывается 1 кг паров бензина.

Если выбрасываемые  пары не будут быстро рассеваться, это может привести к образованию взрывоопасной концентрации на большой площади резервуарного парка.

Выброс паров из резервуаров  при больших и малых дыханиях, помимо указанной пожарной опасности, приводит к большим безвозвратным потерям наиболее легких и ценных фракций нефтепродуктов. Поэтому уменьшение безвозвратных потерь нефти и нефтепродуктов при хранении их в резервуарах не только снижает пожарную опасность складов, но и является важной народохозяйственной задачей, как в плане экономики, так и экологии.

Пожары в резервуарных парках нередко  возникают в результате выхода наружу горючих жидкостей или их паров  при механических повреждениях корпуса  резервуара, его крыши или трубопроводов.

Причинами повреждения чаще всего  являются образование повышенного давления при несоответствии интенсивности закачки продукта, пропускной способности дыхательной арматуры, примерзании в холодное года тарелок дыхательных клапанов или обледенения насадки огнепреградителя.

Повреждение может произойти в результате переполнения резервуара, а также при сильной коррозии материала при снижении его механической прочности при воздействии чрезмерно низкой температуры или температуры пожара.

Воспламенение паров нефтепродуктов и разлившейся жидкости помимо источников открытого огня соседних установок или открытого огня при выполнении ремонтных работ, может произойти от прямых ударов молнии, разрядов статического электричества, искр удара, трения при очистных работах и от самовозгорания пирофорных соединений, образующихся в результате коррозии металла сернистыми нефтями.

1.3 Обзор пожаров в резервуарных  парках

 

Наиболее показательные  случаи пожаров в резервуарах  сведены в таблицу №2.

Анализ тушения пожаров в  резервуарных парках показывает, что  на их ликвидацию затрачивается от нескольких часов до нескольких суток, и сосредотачиваются от 20 до 84 отделений на основных, специальных пожарных машинах, силами которых подается от 6 до 23 ручных, от 2 до 11 лафетных стволов для охлаждения горящих резервуаров с интенсивностью 0,4 …1,0 л/с · м и соседних с ними резервуаров с интенсивностью 0,3…0,65 л/с · м. На тушение задействуется от 4 до 30 генераторов для подачи пены средней кратности с интенсивностью 0,005 … 0,18 л/с · м  и расходуется от 4 до 900 т пенообразователя и 1300…10000 м³ воды.

При этом личному составу  приходится ликвидировать горение  как в резервуарах, так и в  обваловании на общей площади  от 500 до 8000 м².

 

Таблица № 2. Анализ тушения  пожаров нефти и нефтепродуктов в резервуарах в 80-х годах.

№№ п/п	Наименование республики, края, области объекта. Дата пожара	Тип резервуара, наименование продукта и уровень взлива	Причина пожара	Наименование установок  пожаротушения. Их состояние до пожара	Эффективность использования  стационарных установок пожаротушения	Время тушения и причины  длительности тушения	Количество спец.техники, израсходованного пенообразователя и пенных атак	Последствия пожара
1	2	3	4	5	6	7	8	9
1.	Тюменская обл. НПС «Торгили». 26.07.1979.	РВС – 20000, нефть,    7 м	Взрыв в резервуаре в результате разряда молнии	Автоматическая установка  пенного пожаротушения работала в ручном режиме	Установка не работала, т.к. взрывом были повреждены трубопровод  и генератор ГПС - 2000	5 часов. В начальный  период было предостаточно сил  и средств. Расстояние до Тюмени 40 км	Не использовалась, т.к. была неисправна, 20 т; 4 пенные атаки	Поврежден резервуар
2.	г. Орел, бензоперекачивающая  станция «Стальной конь». 04.06.1980.	РВС – 5000, бензин, 1,84 м	Взрыв в резервуаре в результате разряда молнии. Сорвало часть крыши	Две пенокамеры ГПСС – 20000, расположенные на кровле резервуара, соединительные головки выведены за пределы резервуара	ГПСС не использовались, т.к. были повреждены взрывом	24 ч 35 мин. Образовались  «карманы», пена не достигала  горящей поверхности. Низкая подготовка  л/с гарнизона	АЛГ, оборудованная ГПС; 40 т; 5 пенных атак	Поврежден резервуар
3.	Башкирская АССР, НГДУ «Туймава-нефть». 15.08.1980.	РВС – 5000, нефть, 4,7 м	Взрыв в результате самовозгорания пирофорных отложений. Сорвало часть  крыши (25 м2)	Две пенокамеры ГПСС, расположенные  на стенке резервуара, соединительные головки выведены за пределы обвалования	ГПСС не использовалась, т.к. оказались в очаге и вышли из строя	18 ч. К прибытию ГПС  борта резервуара завернулись внутрь, образовались «карманы»	АТС – 59, оборудованная  ГПС, 5 пенных атак 18 т, выброс на 6 т.	2 человека пострадало, поврежден резервуар, 5 единиц пожарной техники
4.	УССР, Кременчугский НПЗ. 27.05.1981.	РВС – 10000, бензин, 11,3 м	Перелив резервуара, загозование территории, объемный взрыв от искры на эл.щите	Пенокамеры ГПСС, соединительные головки выведены за пределы обвалования	ГПСС не использовалась, т.к. горящий бензин из переполненного резервуара вытекал через соединительные головки	Более 48 часов. Повторное  возгорание. Образовались «карманы»	АТС – 59, оборудованная  ГПС и коленчатый подъемник, 20 т., 7 пенных атак	Повреждено 2 резервуара и насосная станция
1	2	3	4	5	6	7	8	9
5.	Туркменская ССР, Красноводский НПЗ. 30.06.1981.	РВС – 3000 госгольдерного типа, бензин, 11м	Перелив резервуара, загазованность территории, возникло горение в резервуаре	Не оборудован	-	Более 48 ч. Конструкция резервуара не позволяла подавать пену через крышу	80 т. Пять пенных атак	4 человека погибло  от взрыва в лаборатории, поврежден резервуар
6.	Комсомольский НПЗ. 20.12.1981.	РВС – 5000, бензин, 11 м	Перелив резервуара, воспламенение бензина от сварочных работ	АУП из-за неправильного  монтажа находились в нерабочем состоянии	В результате взрыва крышу  полностью сорвало, перевернуло, и  она полностью опустилась на резервуар	48 часов. Стенки резервуара деформировались, образовались «карманы». Сложные метеоусловия (ветер, t = -28оС)	АТЛ оборудован ГПС, в  процессе тушения вышел из строя, прорезались «окна», 20 т. 6 пенных атак	Поврежден резервуар и насосная станция
7.	Коми АССР. г. Печора, нефтебаза. 19.02.1982.	РВС – 700, бензин, 6,0 м	От статического электричества  при отборе проб произошел взрыв  в резервуаре	Не оборудован	-	14 часов. Стенки резервуара деформировались, образовались «карманы»	20 т. 4 пенные атаки,  прорезались «окна»	1 человек погиб, поврежден резервуар
8.	г. Оренбург. п.о. «Оренбурггаззавод». 04.06.1982.	РВС – 5000, стабильный конденсат, 7,8 м	Во время откачки разрушился верхний пояс, взрыв	Пеногенераторы ГПСС	Взрывом оторвало крышу  и повредило ГПСС	5 часов. Стенки резервуара деформировались, образовались «карманы»	Была попытка ликвидировать  порошком (неудачно). 24 т, 2 атаки	Поврежден резервуар
9.	г. Тюмень, нефтебаза. 06.08.1982.	РВС – 1000, бензин, 9,2 м	Перелив, вспышка паров  от спички (взрыв)	Не оборудован	Огонь распространился  на два соседних резервуара и насосную	5 часов. Резервуар деформировался, образовались «карманы»	АЛГ – 30, оборудован ГПС, 20 т. 2 атаки	Повреждены 3 резервуара и насосная
10.	Красноярский край, г. Дудинка. 29.11.1982.	РВС – 5000, конденсат, 7 м	Взрыв в насосной, ударной  волной разрушило резервуар	АУП работала в ручном режиме	Резервуар полностью  разрушился и поврежден ГПСС на соседнем	5 часов. Резервуар деформировался, образовались «карманы»	АЛГ – 30, оборудован ГПС, 20 т. 2 атаки	Повреждены 3 резервуара и насосная
11.	Оренбургская обл., г. Оренбург, п/о «Оренбургзавод». 25.05.1983.	РВС – 500, стабильный конденсат, 6 м	Самовозгорания пирофорных отложений (взрыв)	АУП работала в ручном режиме	Взрывом повреждены пеносливные  камеры	23 ч. Стенки деформировались  внутрь, внутрь обрушилась крыша	Применялся пеноприемник, 25 т. 4 пенные атаки	Поврежден резервуар
1	2	3	4	5	6	7	8	9
12.	Москва, НПЗ Капонтя 08.04.1985.	РВС – 10000 с плавающей  крышей, бензин, 2,6 м	Перенос крыши при  перекачке	Стационарная установка	Пытались использовать	18 часов. Резервуар  деформировался, крыша затонула	Два пеноподъемника на АТС–59. 3 атаки. 140 т.	РВС уничтожен
13.	Свердловская обл. ЛЦЦС «Платина». 13.02.1986.	РВС – 50000 с плавающей  крышей, нефть	Не установлено	АУП в ручном режиме	Неэффективно	18 ч. Повреждена крыша и корпус	Пеноподъемник	РВС поврежден, ущерб 29,6 тыс. руб.
14.	Ленинградская обл. г.Кириши. 18.03.1986.	РВС – 10000, бензин, 4м	Перелив через пенные камеры, вспышка	4 ГПС – 2000, стационарная  установка тушения орошения водой	В результате вспышки  вышла из строя	85ч. Повреждена крыша  и корпус	Пеноподъемник. 29 спец.авто. 2 пожарных поезда. 1560 рукавов. 930 т.	РВС поврежден. 15 тыс. руб. ущерб
15.	Казахская ССР. г. Чимкент. 25.02.1985.	РВС – 5000. Ловушечный продукт	Искры от механического  удара	Стационарная установка	Повреждена взрывом	35 ч. Деформация стенок. 3 резервуара получили повреждения в результате выброса	2 пеноподъемника, ПНС  и рукавный автомобиль	Повреждены 4 резервуара. Ущерб 59 тыс. руб.

 

 

 

1.4 Выводы и задачи дипломного проекта

 

Наро-Фоминская нефтебаза  является единственной в городе базой  хранения и отпуска светлых и  темных нефтепродуктов. Поэтому смело можно сказать, что данная нефтебаза полностью обеспечивает потребности города Наро-Фоминска в светлых и темных нефтепродуктах. Следовательно вопрос противопожарной безопасности склада хранения нефтепродуктов нужно считать одной из первоочередных задач. В целях обеспечения пожарной безопасности технологического процесса Наро-Фоминской нефтебазы должны быть рассмотрены следующие вопросы:

1. Разработан сценарий пожара при расположении нефтебазы в черте города.
2. Рассмотрена возможность нормативного варианта противопожарной защиты, обеспечивающего безопасность населения и прилегающей территории.
3. Произвести оценку опасных факторов пожара для населения и прилегающей территории на случай полного разрушения резервуара.
4. Разработаны дополнительные мероприятия по обеспечению пожарной безопасности для населения, территории и прилегающих объектов.

 

1. Моделирование пожарной опасности технологического процесса Наро-Фоминской нефтебазы

Моделирование пожарной опасности технологии хранения нефти  и нефтепродуктов проводится с помощью «Комплексной модели возникновения и развития пожара при хранении нефтепродуктов» (рис. 2), предусматривающей постадийное развитие пожара на трех уровнях в зависимости от их масштабов и тяжести последствий на основании общих закономерностей возникновения и развития пожара, данных и реальных пожарах и результатов научно-исследовательских работ, пожар в резервуарном парке нефтепродуктов можно представить как логическую систему последовательных и взаимосвязанных процессов (явлений, событий), изображенную на рис. 4.

 

Рис. 4

 

Рис.4

 
Рис.4  
Рис.4

 

2.1 Модель развития  пожара № 1

 

При образовании взрывоопасной  концентрации снаружи резервуара вследствие «больших» и «малых» дыханий (сцена А.1.1.) и появления источника зажигания возникает пожар на дыхательных клапанах или в местах негерметичности сочленения пенных камер с корпусом резервуара (сцена А.7.1.). При этом в зависимости от величины концентрации паровоздушной среды внутри резервуара возможно:

вариант 1.1. – устойчивое факельное горение (сцена А.7.1.);

вариант 1.2. – взрыв  паровоздушной среды в резервуаре (сцена А.7.2.)

Переход пожара с устойчивого  факельного горения (сцена А.7.1.) на горение на поверхности жидкости (сцена А.8.1.), вариант 1.1.1.

Взрыв резервуара (сцена  А.7.2.) как правило приводит к подрыву, реже – к срыву крыши с последующим  пожаром резервуара (вариант 1.2.1.).

Не исключена опасность, что взрыв паровоздушной смеси в резервуаре (сцена А.7.2.) или затяжной пожар резервуара (сцена А.8.1.) может привести к разрушению резервуара (сцена А.8.2.) с последующим образованием гидродинамической волны (сцена А.9.2.). Гидродинамическая волна способна разрушить соседние резервуары (сцена Б.2.1.), что увеличит площадь разлива горящего продукта (сцена Б.2.1.) и горение жидкой фазы (сцена Б.5.1.) на большой площади (вариант 1.2.1.1.).

Действие со сцены  А.8.1. или со сцены Б.5.1. может перейти  на одну из следующих сцен Б.6.1., Б.6.2., Б.6.3. или Б.6.4., что в свою очередь вовлекает в пожар смежные резервуары и другие объекты склада в крупный групповой неуправляемый пожар (вариант 1.2.1.1.1.), который может перекинуться на городскую застройку (сцена В.1.).

Как видно, безобидное факельное горение на дыхательном клапане может привести к катастрофе.

2.2. Модель развития пожара №  2

 

Развитие пожара, которое начинается со сцены А.1.2. (образование взрывоопасных концентраций в резервуаре), как правило, приводит к наиболее часто встречающемуся на практике варианту «пожар резервуара» (вариант А.2.1.) или к разрушению резервуара при взрыве (сцена А.8.2.) – вариант 2.2. Характер дальнейшего развития пожара может быть аналогичен варианту сценария № 1.2., начиная со сцен А.8.2. или А.9.1.

2.3. Модель развития пожара № 3

 

В результате нарушения  технологического режима или неисправности контрольно-измерительных приборов возможен неконтролируемый выход продукта из резервуара (сцена А.1.3.). Происходит разлив продукта (сцена А.3.1.). В зависимости от температуры вспышки продукта и количества выходящего при неконтролируемом разливе, структуры почвы можно ожидать следующие варианты развития пожара:

- загазованность территории (сцена А.4.2.) и взрыв парогазовой  фазы (сцена А.5.1.) – вариант 3.2.

- пожар разлива продукта (сцена А.5.2.) – вариант 3.2.

При взрыве парогазовой фазы пожар может сразу перейти на уровень «Б». При этом в зависимости от массы участвующих паров во взрыве, то есть от непосредственного воздействия тепловой и ударной энергии взрыва можно ожидать: