автореферат диссертации по безопасности жизнедеятельности человека, 05.26.01, диссертация на тему:Имитационное моделирование аварий с пожарами и взрывами на объектах хранения и транспортировки сжиженных углеводородных газов

^ А

^ 4 Министерство внутренних дел России

всероссийский научно-исследовательский институт противопожарной оВороны (ВНИИПО)

Гуринович Леонид Владимирович

ИМИТАЦИОННОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ АВАРИЙ С ПОЖАРАМИ И ВЗРЫВАМИ НА ОБЪЕКТАХ ХРАНЕНИЯ И ТРАНСПОРТИРОВКИ СИМЖЕННЫХ УГЛЕВОДОРОДНЫХ ГАЗОВ.

Специальность: 08.28.01 - Охрана труда и пожарная

ве»опасность

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва - 1996

- г -

Работа выполнена во Всероссийском научно-исследовательском институте противопожарной обороны МВД России

Научный руководитель :

кандидат технических наук, старший научный сотрудник Шевчук А.П.

Официальные оппоненты :

Ведущая организация :

доктор технических наук,

профессор

Баратов А.Н.

кандидат технических наук, старший научный сотрудник Некрасов -В. Г1

Высшая инженерная пожарно-техническая школа

Защита состоится " ЗД* иацУГ^ »995 года • "_" час

на заседании специализированного Совета ДР.06Г.06.01 ВНИИПО МВД России по адресу:. 142900, г. бапашиха-З, Московской обл.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ВНИИПО МВД Автореферат разослан 1995 Г.

Ученый секретарь специализированного^^

Совета, кандидат технических .Титков

Отзыв на автореферат , заверенный подписью и печать», просим направить во ВНИИПО МВД России по указанному адресу.

Общая характеристика работы

Описания аварий с пожарами и взрывами на промышленных предприятиях химической и нефтехимической промышленности поражают количеством человеческих жертв и своей масштабностью. Очевидно это связано с тем, что, как правило, развитие аварии приобретает цепной характер, когда возникают все Новые и новые физические процессы, а также повторяются предыдущие по принципу "домино".

В настоящее время в нашей стране с рядом промышленных предприятий возникла серьезная проблема относительно их пожаровзры-вобеэопасности и в частности их опасности для прилегающей жилой застройки. При строительстве эти предприятия были удалены от жилой застройки на значительные расстояния, однако, со временем жилые здания приблизились к ним практически вплотную, в связи с этим возникает вопрос об опасности проживания людей в таких районах .

Другой важной стороной этой проблемы является вопрос о нормах, которыми должны руководствоваться проектировщики при строительстве жилых здании в окрестности таких объектов, а также при строительстве объектов в окростности жилой застройки. Существующие нормативные документы, регламентирующие требования при таком строительстве основаны на концепции максимальной проектной аварии и не учитывают вероятностный характер протекания аварий.

Изучение литературы показывает, что в ряде стран при решении вопроса о размещении пожаровзрывоопасных объектов в определенном месте проводится оценка возможного воздействия такого объекта на близлежащие жилые районы. Аналогичные расчеты проводятся при строительстве жилых зданий вблизи таких объектов.

Например, в Великобритании в обязанность"Комиссии по охране здоровья и промышленной безопасности входит рекомендательная функция по оценке возможного воздействия пожаровзрывоопасного Производства на строящиеся а егй окрестности объекты, а также по выдаче предложений относительно размещения такого производства. Хотя такие вопросы раньше решались Комитетом советников по основным опасностям, однако, Комитет по охране здоровья и про-

мышленной безопасности создал новую методику количественной оценки опасности, основанную на концепции риска.

Под риском понимается вероятность поражения людей или нанесения ущерба поражающими факторами, которые могут иметь место при аварии.

Целью настоящей работы является разработка реализованной на ЭВМ модели расчета риска ( индивидуального, социального, материального) , в основе которого лежит метод имитационного моделирования ( проведения численного эксперимента на ЭВМ).

Научная новизна работы заключается в следующем:

разработан новый метод оценки риска, применимый для широкого класса объектов;

разработаны и усовершенствованы модели процессов, происходящих при авариях с пожарами и взрывами, применимые для решения широкого класса задач и, в частности, имитационного моделирования;

разработана имитационная модель для определения функций распределения параметров поражающих факторов пожара и взрыва в открытом пространстве методом Монте-Карло.

Практическая значимость рзб0{ы заключается в возможности ^пользования разработанного метода оценки риска для определения безопасных расстояний до жилой зоны при строительстве пожаров зрывоопасных объектов, а также при строительстве жилья в окрестности таких объектов, для разработки мероприятий по снижению пожарной опасности объектов и решения вопроса об угрозе, представляющей такими объектами для людей с Точки зрения компенсации или страхования жизни.

Апвобаиия и реализация результатов работы... Основные результаты работы были доложены на XI ¡Всесоюзной научно-практической конференции ( Москва, 1991), XII Всероссийской научно-практической конференции ( Москва 1993), научно-технической конференции ( Северодонецк , 1992), а также опубликованы в журналах "Химическая промышленность".сборниках ВНИИПО.

Результаты исследований использованы: при разработке проекта ГОСТ "Пожарная безопасность технологи-

ческих процессов. Общие требования";

при разработке рекомендаций по эксплуатации и безопасному обслуживанию специальных железнодорожных цистерн для перевозки сжиженных углеводородных газов, легкого углеводородного сырья и углеводородов группы пентанов;

при разработке предложений по повышению пожарной безопасности складов хранения сжиженных газов на Саянском ПО "Химпрон".

На защиту выносятся следующие положения:

1. метод оценки индивидуального, социального и материального риска для объектов с наличием сжиженных углеводородных газов .

2. Имитационная модель для определения функций распределения параметров поражающих факторов.

3. Модели динамики паровоздушного облака и истечения СУГ из резервуара.

4. Метод расчета параметров воздушной ударной волны при сгорании паровоздушного облака.

Б. Результаты расчетов по имитационной модели зон риска для реального объекта.

Публикации. По материалам диссертации опубликовано 10 научно-методических работ.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ.

Во введении обосновывается актуальность проблемы, формулируются цель и задачи работы, освещены вопросы практической значимости работы и изложены положения, выносимые на защиту.

Первая глава посвящается анализу современного состояния проблемы имитационного моделирования аварий с пожарами и взрывами.

В результате рассмотрения имеющихся в литературе имитационных моделей, описывающих аварии с пожарами и взрывами, можно сделать вывод, что имитационное моделирование таких аварий ведется на двух уровнях: моделирование отдельных процессов, происходящих при авариях и моделирование аварий, начиная от инициирующего события и заканчивая поражением людей или разрушение* зданий.

Приведенные в литературе имитационные модели первого уровня отличаются высокой точностью применяемых математических методов расчета и адекватностью даваемых результатов, однако, такие модели представляют собой описание лишь одной стадии аварии без рассмотрения возможности ев реализации.

Поиведенные в литературе имитационные модели второго уровня используют как детерминированные модели процессов, так и си-тез вероятностных и детерминированных. Очевидно, полностью описать детерминированными моделями аварию практически невозможно. Поэтому имитационное моделирование на основе детерминированных моделей позволяет попучить лишь некоторой выходной параметр (например динамику площади разрушений).

Имитационные модели с использованием в комплексе как детерминированного описания отдельных стадий аварии, так и стохастического описания возможности реализации таких стадий позволяет получить такую обобщенную характеристику как риск. Однако описанные в литературё модели с такими свойствами обладают рядом недостатков.

Во-первых, для описания отдельных процессов используются сильно упрощенные детерминированные модели.

Во-вторых, алгоритмы, с помощью которых детерминированные модели, описывающие отдельные процессы, связываются со стохастическими закономерностями их реализации для получения такой характеристики как риск, позволяют рассчитывать риск только от одного поражающего фактора и при аварии +олько одного технологического узла (например, емкости).Если же рассмотреть крупное хранипище сжиженного углеводородного газа (СУ,Г) , то для расчета зон индивидуального риска необходимо оценивать суммарную вероятность поражения человека от любого из возможных факторов при наличии большого количества технологических узлов.

Таким образом, для создания имитационной модели расчета риска необходимо выбрать или разработать детерминированные модели процессов, а также разработать модель оценки риска, которая связывает детерминированные модели процессов со стохастическими закономерностями и* реализации.

Исходя из проведенного анализа современного состояния проблемы имитационного моделирования аварий с пожарами и в эры-

вами Была сформулирована задача исследований.

Вторая глава посвящена подробному рассмотрению имеющихся детерминированных моделей процессов, а также стохастических закономерностей для определения возможности их использования для построения имитационной модели.

Модели для описания закономерностей образования и распространения взрывоопасных облаков в литературе делятся по типам: Гаусса, подобия, "BOX", численные. Ни один из этих типов в чистом виде не подходит для имитационного моделирования аварий с СУГ. Модели Гаусса хорошо описывают концентрации облаков газов с положительной плавучестью, что, как правило, неверно для СУГ.Модели подобия хорошо описывают только струйные истечения при небольших расстояниях от источника. "BOX" модели достаточно хорошо описывают лишь начальную стадию эволюции облака, поскольку предполагают мгновенное выравнивание всех параметров по объему обпака.Численные модели на основе решения уравнений сохранения требуют больших затрат машинного времени, что делает проблематичным их применение для имитационного моделирования с многократным повторением расчетов. Вследствие указанных причин должна быть разработана относительно простая, но адекватная модель распространения паровоздушного облака.

При определении параметров теплового излучения при горении проливов могут быть использованы имеющиеся в литературе соотношения для определения параметров факела. Приводимые в литературе выражения для коэффициентов облученности относятся к случаю расположения облучаемой площадки в плоскости, определяемой направлением ветра и осью симметрии факела.Для задачи имитационного моделирования необходимо вычислять коэффициент облученности при произвольном расположении и ориентации облучаемой площадки. В связи с этим возникает необходимость разработки модели, способной решать такую задачу.

Для расчета параметров взрыва паровоздушного обпака СУГ в литературе предлагается ряд методов, поэтому возникает задача выбора метода наиболее приемлемого для имитационного моделирования и дающего значения параметров ударной волны, наиболее близкие к реальным авариям.

В литературе предлагается ряд методов для расчета, массо-

- а -

вой скорости истечения СУГ (в том числе и для двухфазного истечения) при постоянном давлении в сосуде.Для построения имитационной модели необходимо выбрать наиболее приемлемый, а также разработать модель, определяющую изменение скорости истечения во времени.

ч Кроме того, для создания имитационной модели необходимо гадать подходящие модели для расчета излучения "огневого шара" и излучения при сгорании паровоздушного облака без взрыва.

Для расчета риска поражения человека от поражающих факторов пожара и взрыва могут быть использованы приводимые в литературе соотношения для вероятностей реализации инициирующих аварию событий в виде частот событий, а также вероятностей поражения в виде пробит-функций.

В третьей главе приводится описание теоретических основ построения имитационной модели аварий с пожарами и 'взрывами. Приводятся исходные предположения, используемые при построении указанной модели, позволяющая рассчитывать индивидуальный

I

риск. Также приводятся разработанные математические выражения для расчета индивидуального и

материального риска и формулы для вычисления составных компонент этих выражений.

Для расчета . индивидуального и материального риска рассматриваются следующие поражающие факторы пожара и взрыва: ударная вопна взрыва паровоздушного облака; Тепловое излучение при сгорании паровоздушного облака Без взрыва; тепловое излучение "огневого шара"; тепловое излучение пламени рролива; тепловое излучение струйного факела.

Вероятность поражения человека (индивидуальный риск)или разрушения зданий (материальный риск) от одного из поражающих Факторов Ол может быть выражена:

г ( \

си = | С1(рг(0>) | Е Р(п Рь ( О )| сю, (1) J V /

параметр иницииру-

порямшощ«го мши* ««арию

фактора, О соОытип

Выражани* (1) состоит и» ••роятност«й инициирующих щасию

событий р1п , плотности вероятности распределения параметра поражающего фактора р«( D ) , вероятности поражёния человека или разрушения зданий при определенном значении параметра поражающего фактора q(pr(D)).B качестве инициирующих аварию событий рассматриваются: полное разрушение холодного резервуара; образование в резервуаре отверстия; обрыв трубопровода; выход из строя задвижки; разгерметизация фланцевого соединения.

Вследствие пренебрежимо малой вероятности совместной реализации двух и Более инициирующих событий для вероятностей может быть записано выражение:

к m п i

Е (РЬх+Рот.1) + Е PTU + + Ü5®1 + q = 1 , (2) 1-1 1-1 i-i 1-1

где k,m,n,1 соответственно количество резервуаров, участков трубопровода, задвижек и фланцев; q.- вероятность безаварийной работы всех элементов; рёх,Рот»,Рэ,РФ - соответственно вероятности холодного разрушения резервуара, образования отверстия в резервуаре, обрыва трубопровода, выхода из строя задвижки и фланцевого соединения, год-t; рт - удельная вероятность обрыва трубопровода, год-<м-*; f - длина 1-го участка трубопровода.

С учетом выражения (2) были ааписаны соотношения для вычислений функций распределения параметров поражающих факГоров. Например, для теплового излучения "огневого шара" такое соотношение имеет вид:

•i( D ) « Е Рох ч»м Fuix + Е Pot»{P»mFui1 1+ , i»iwiyuti Î веэвоуеры v

+ (1- Р«м) (1 -Ря)Рш1в + Pn FuiiàU ♦

/ 1 Г 11

V Рт< Р»м Foil» + (1- Р»м) I ( 1-Pn)Fui*í PnFu.a3 } +

V I —•• \l

труВвиво-

t ' ' - ПОДЫ . (3) ,-V;

'!■ t Г ... 14

: E P,| Р»м Fu, э1 V<1-P»m) J(1~Pn)Fiu94 + РлРшЗЗ j ) +

1М1ИЯКИ ^ .,.. r

+ Е Рф< Р,м Рш41 + (1-Рэм) |(1-Рп)Ри,48 + РлРш43 >,

>. I .1/

фпанцы

где параметр 0 определяется как произведение плотности теллов-вого потока а степени 4/3 на длительность воздействия; Р»м, Рл соответственно вероятность мгновенного зажигания смеси и образования лужи С/Г.

Функции Яшх.Рцн 1.Рипа.Рилэ и т.д. представляют собой функции распределения величины 0 при реализации соответствующей цепочки событий. Такие функции строятся нами с помощью ммитацирнного моделирования с использованием метода Монте-Карло.

Аналогичные Функции распределения.с точки зрения воздействия на человека строится для ударной волны Фа(е), теплового излучения при сгорании паровоздушного облака без взрыва Фз(0), теплового излучения при горении струйного факела и пролива, соответственно Ф«(0), Фв(0), а также ударной волны с точки зрения разрушения зданий Фв(у). Причем параметры е и V определяются из выражений:

4.2 1.3

в . - + ----, {Д)

Р I

. /. 40.000 \7!4 / 460 \11.з у „ | - ) + | - | (6)

V р V V ! ! ,

где р, I - соответственно избыточное давление и импульс ударной волны; р ,1 - соответственно приведенное избыточное давление и импульс.

С учетом сказанного, используя выражение (1) можно вычислить индивидуальный риск поражения человека от любого из факторов. Кроме того может Быть вычислен риск разрушения зданий от ударной еопны.

При последовательном появлении нескольких поражающих факторов нами проверяется возможность поражения человека от предыдущего и при условии поражения последующий фактор исключается из рассмотрения. Это позволяет расчитывать риск (индивидуальный и материальный) от всех факторов О, используя соотношение:

о « Е ол . т

Для расчета социального риска (вероятности поражения числа человек большего определенного) ЭЯ намй используется стандартное нормальное распределение:

г п - д. \

Р ( п ) » I -р г ( * < л ) « I - » I - I , (7)

б '

1 * -иг

где ф ( х ) = - 1 в 'Ми- стандартное нормальное

V гЛ о распределение;

д и ба соответственно среднее и дисперсия числа пораженных во всей окрестности объекта, вычисляемые из индивидуального риска в каждой ячейке декартовой координатной сетки, распределения числа пораженных.в которых принимается биномиальным; п - задаваемый критерий социального риска.

Среднее значение материального ущерба вычисляется из выражения :

с в Е О 1, (8)

1

где С1 - стоимость материальных ценностей, находящихся в 1-й ячейке сетки, тыс. руб.; Qi - материальный риск в 1 - й ячейке, год-1.

Четвертая глава посвящена описанию разработанной математической модели для определения зависимости скорости истечения СУГ из резервуара от времени, а также модели для определения динамики концентраций паровоздушного облака при мгновенном выбросе и непрерывном истечении. Результаты расчетов по моделям сравниваются с имеющимися экспериментальными данными.

Для определения изменения массовой скорости истечения СУГ из резервуара от времени нами используется закон сохранения энергии:

4 [СРМ Т + Е(р)Уп] - _Ца_аМ ♦ С0Т_£Ц1 - I. Х_йМ , (9)

<к 2 ск аъ аъ

где М - масса жидкой фазы СУГ в резервуаре, кг; С(р) - удельная энергия паровой фазы СУГ, Дж/и5; Т - температура СУГ в резервуаре, К; Уп - объем паровой фазы СУГ в резервуаре, мЭ; и - линейная скорость истечения СУГ, м/с; X - степень сухости, или

массовая доля пара в двухфазной среде: Р - давление • резервуаре, Па; и - скрытая теплота парообразования, Дж/кг.

При решении уравнения (в) для определения удельной массовой скорости истечения СУГ в как функции давления использовался приведенный в литературе метод диаграмм.Массовая скорость истечения СУГ из резервуара может быть выражена:

ЙН . - ОКР) 8, <1г

(10)

где 8 - площадь сечения отверстия.

После подстановки из выражения №) , • также подстановки

известной для каждого газа зависимости Т«Т(Р), выражение (9) сводится к уравнению относительно Р«Р(Ъ), которое решается на ЭВМ методом Рунге-Куттв. Массовая скорость истечения СУГ из резервуара определяется затем из уравнения Ш).

Реэупьтаты расчетов изменения во времени массы пропана при его истечении из отверстия емкости объемом 60 л, а также результаты эксперимента дпя тех же условий, проведенного во ВНИИПО,представлены на рис.1.

Рис. 1. Зависимость массы СУГ в емкости от времени. - расчет по разработанной модели; -— расчет по формуле

Вернулпи; . ♦ эксперимент.

МО

мрнс.1 видно хорош»» согласи» расчета и экспериментальных дян/чмх • начальный момент времени и вс» увеличивающееся со вре-

менам расхождение, что может быть объяснено сужением выходного отверстия за счет намерзания на нем в процессе проведения эксперимента впаги. Для сравнения на рис.1 приведена зависимость массы пропана в емкости от времени, вычисленная с помощью рекомендуемой в литературе формулы Бернулли. Из приведенных зависимостей видно, что разработанная модель дает более близкие к экспериментальным результаты чем формула Бернулли.

Модель, описывающая динамику концентраций паровоздушного облака при мгновенном выбросе СУГ учитывает две фазы процесса рассеяния - падения и пассивной дисперсии.

Фаза падения описывается "BOX* моделью, основа которой система обыкновенных дифференциальных уравнений, связывающих скорость изменения массы воздуха в облаке dMa/dt,температуры облака dT/dt и радиуса облака dr/dt с соответствующими величинами, выражаемыми через М«, Т,г. Причем учитывается подмешивание воздуха со всех поверхностей облака, рассматриваемого в виде ципиндра, а также его нагрев за счет подмешиваемого воздуха и от земной поверхности'. Указанная система уравнений имеет вид:

dM® / dr \ - - Рш Я г« аа аз Ur «• 2 р» ai I-I Я г h

dt

dT 14 dt

ГI dM« \ */Эт

11- jc»«<T« - T> ♦ *-*(Tor - To) J

( М.Ср. МдСра )

dr > >1/«

- ■ а4 < д^Ра» - р» )/ Ро. )

« \ ' (11) где М» - масса воздуха в облаке, кг;Р« - плотность воздуха, кг/мЗ; г - текущий радиус облака, м;Ь - текущая высота облака, и; иг - скорость ветра на высоте Юм, м/с;Я1 - число Ричардсона: ат.аа.аэ,а* - эмпирически» коэффициенты: СРв,Сро - теплоемкость воздуха и газа соответственно при постоянном давлении, Дж/кг К; Твг- температура земной поверхности, К.

Численное решение записанной выше системы уравнений методом Рунге - Кутта дает зависимость И«, Т и г от времени.

Значения коэффициентов ая,аз взяты из литературы, а коэффициентов а 1,84 подобраны из эксперимента по рассеянию хладо-на-12, проведенного Ван Ипденом.

На рис.2,3 приведены расчетные зависимости соответственно радиуса и высоты паровоздушного облака от времени полученные с коэффициентами, подобранными для указанного выше эксперимента. Значения коэффициентов, дающие наилучшее согласие с экспериментом указаны на рисунках. Для сравнения на указанных рисунках приведены экспериментальные точки.

60

Рис. 2. Зависимость радиуса паровоздушного облака от времени в-фазе падения.

- расчет по разработанной мбдеПи;' о эксперимент Ван Илдена. 81=0.05 , 84-1.07

Рис. 3. Зависимость высоты паровоздушного облака от времени в фазе падения

— расчет по разработанной модели; о эксперимент Ван Илдена. ,а1=0.0б , 8^=1.07

©

Фаза пассивной дисперсии описывается моделью Гаусса, по которой концентрация газа С(х,у,г) определяется выражением:

2Мв (Х-Ха)2+У2 т г ¿2 т

С(Х,у,2 ) = -ехр - - I ехр |--|

(2»{)з/'гбуаб1 2бу2 1 гбг*-1,

(12)

где На - масса газа в облаке, кг; Хо - координата центра облака, м; бу2,бха - дисперсии облака соответственно в горизонталь, ном и вертикальном направлении.

Для описания динамики облака при непрерывном истечении нами разработана модель, в которой облако рассматривается как совокупность дрейфующих по ветру газовых объемов, распределение концентраций в которых описывается моделью Гаусса в соответствии с выражением (12). Итоговая формула для расчета концентраций имеет следующий вид:

1 2 ' А* ~

С( х,у,г ) ■ Е -ехр { -'- } •

Л., (2Я)э/гбгУл бгз 4 26гуЛ '

(13)

( У* \ / 22 \

ехр { - - >'ехр <--:- >

V 2бауЛ ' * гб*т3 ' где'С^ - масса тяжелого газа в ,1-том элементарном объеме кг; 6^,6» л - дисперсии распределения концентраций для ¿-го элементарного объема, определяемые расстоянием дрейфа этого объема,м;С(х,у,г)- концентрация тяжелого газа в точке с координатами х,у,2, кгм-3: хл - координата центра З-го элементарного объема, м; 1 - количество элементарных объемов, сформированных к рассматриваемому моменту времени I и определяемое по формуле причем, X - длительность формирования элементарного объема.

На рис.4 приведены результаты расчетов по разработанной модели величин взрывоопасных зон а направлении ветра как функции отношения массовой скорости истечения О к скорости ветра и в степени 1/2 при непрерывном истечении СУГ. Для сравнения на

том же рисунке приведены результаты экспериментов по измерению указанных зон, выполненные во ВНИИПО В.Ч.Реуттом и др. для тех же условий истечения. Из рис.4 видно удовлетворительное согласие расчетов с экспериментом.

Рис. 4. Зависимость величины взрывоопасной зоны газа в направлении ветра от параметра (0/и)1/а. — расчет по разработанной модели; о эксперимент ■

В.Ч.Реутта и др.

В пятой главе диссертации разработан расчетный метод оп-ч

г

ределения плотности потока теплового излучения пламени пролива при произвольном расположении и ориентации облучаемой площадки относительно пламени, а также, метод расчета параметров ударной волны при сгорании паровоздушного облака со взрывом.

Пламя рассматривается в виде наклонного цилиндра, длина которого Н связана с диаметром <1 корреляционным соотношение^ Томаса:

Н

а

42

К

1 0.01 -I

(14) площади,

V 9 а

где ш ' - массовая скорость выгорания на единицу кг.М'й.с-1; р» - плотность воздухД, кг.м_а. .

Угол отклонения оси цилиндра от вертикали 8 определяется выражением:

сов8

/

I 1

I 1/1/ и»

при и* < I

при и* V 1 , (15)

где

и* = и« I"

I д т с)

I ~ 1/3

-| ; (К - плотность паров

СУГ, кг м-э.

I- " Л

В разработанном методе плотность потока теплового излучения от пламени на элементарной площадке определяется как произведение среднеповерхностной плотности излучения пламени и коэффициента облученности элементарной площадки пламенем, который рассчитывается методом интегрирования по поверхности наклонного цилиндра выражения для коэффициента облученности двух элементарных площадок. Для апробации метода были проведены расчеты для предельного случая прямого цилиндра радиуса г=10м и длины, определяемой по соотношении Томаса дпя различных значений отношения расстояния до облучаемой площадки И к радиусу цилиндра г. Результаты расчетов коэффициентов облученности по разработанной модели, а также коэффициенты приведенные для тех же условий в справочном пособии А.Г.Блоха представлены в табл.1.

Таблица 1.

10 Ыг 5 2

Расчет по модели 0 0248 0.08 0.2447

Данные А.Г.Блоха 0 025 * 0.08 0.25

Из табп.1 видно хорошее совпадение результатов расчетов по разработанной модели с данными А.Г.Блоха, из чего можно сделать заключение о правильности разработанного алгоритма.

С целью дальнейшей проверки работы разработанной модели, а также получения распределений тепловых потоков на резервуа-

- 1в -

pax, что важно для определения возможности образования "огневого шара" по типу BLEVE были проведены расчеты для условий эксперимента по измерению тепловых потоков на фрагменте обечайки горизонтального цилиндрического резервуара диаметром Зм от пламени пролива СУГ площадью 25 м®, выполненного во ВНИИПО. Во время эксперимента скорость ветра составляла 1.5 м/с и была направлена перпендикулярно линии, соединяющей ось цилиндра и обечайку. Результаты расчета плотности теплового потока в различных точках обечайки по разработанному методу и экспериментальные значения представлены на рис.5. Из рис.5 видно удовлетворительное согласие расчетов и эксперимента.

Рис. Б. Угловое распределение тепповых потоков от пламени пролива на обечайке горизонтального цилиндрического резервуара.( угол ф отсчитывается от вертикали ). — расчет по разработанному методу; о эксперимент

цо 10 18

В разработанной модели расчета параметров ударной волны использованы основные положения методики, разработанной нидерландской организацией ТЫО, в которой отдельные попадающие в горящее облако эагромажденные участки территории дают разделенные во времени ударные волны. Однако, в отличие от метода ТМО, предлагающего для каждого из таких участков вести расчет в предположении о волне максимальной интенсивности, мы рассчитываем безразмерное избыточное дав'ление Рк и безразмерный импульс 1* для каждого из участков по методу ИАЭ им.И.В.Курчатова из Которого следует:

e-.f-l

U л® б -

( 0,83/Rx - 0,14/Rcx) , (16)

v Co' б

Ix = W (1 - 0.4 W)( 0,06/Rx + 0,01/R2X - 0,0025/R3x), (17) где Px=flP/Po ; OP - максимальное избыточное давление в УВ, Па; Ро - атмосферное давление, Па; Ix = I Со /( Е ра0 )1'3 ; Со -скорость звука в воздухе, м/с; Е - энергия взрывного превращения смеси, Дж; R* - безразмерное расстояние от эпицентра взрыва Rx = R / ( Е/ Ро )1/3 ; R - расстояние от эпицентра взрыва,м; W - безразмерный индекс W=(6-l/6)(и/Со); б - коэффициент объемного расширения продуктов сгорания.( для газообразных угпеводоро-довоздушных смесей б = 7 ); и - видимая скорость пламени, м/с.

Результаты расчетов избыточного давления по разработанной модели для условий аварии с выбросом и взрывом этилена, произошедшей 9.12.90г. на Томском нефтехимическом комбинате приведены на рис.в. Для сравнения на том же рисунке приведены результаты расчетов по модели ТМО и с помощью метода тротилового эквивалента, а также, наблюдавшиеся при аварии разрушения бетонных стен на указанных расстояниях. Из рис.б следует, что из трех рассмотренных разработанная модель дает найболее близкие к реальной аварии результаты.

№

£ис. 8. Зависимость избыточ-

1М .

W .

60 . \

ко *

ного давления взрыва от расстояния до эпицентра .

1 - метод TNO;

2 - метод тротилового

эквивалента;

3 - разработанный метод;

10 .

*■ - разрушения при аварии на Томском нефтехимическом комбинате.

I I » I J

f ten *» ем к«и

Шестая глава диссертационной работы посвящена апробации разработанной имитационной модели для расчета зон индивидуаль-

ног о риска для типичного хранилища СУГ. В качестве такого хранилища рассматривалось Саянское ПО "Химпром'ЧНа рис. 7 показан рассматриваемый объект, а также рассчитанные по разработанной имитационной модели зоны индивидуального риска гибели человека от всех возможных поражающих факторов пожара и взрыва.

|«0м

Рис. 7.

Зоны индивидуального риска, расчитанные по разработанному методу для Саянского ПО "Химпром" резервуарный парк; насосная;

наливная эстакада; насосная пожаротушения; проходная. ограждение территории

Юн

выводы

1, Проведен анализ состояния проблемы имитационного моделирования аварий с пожарами и взрывами с учетом возможности разработки на его основе метода расчета риска. Определены основные недостаки имеющихся имитационных моделей. К недостаткам имитационных моделей, позволяющих оценивать риск, относятся: использование сильно упрощенных моделей физических процессов, проведение расчетов только для некоторых технологических узлов { например, одной емкости ), получение значений риска отдельно по каждому из поражающих факторов и невозможность их использования для расчета суммарного риска.

2. Прождан анализ имеющихся моделей физических процессов , возникающих при авариях с пожарами и взрывами с точки зредиЭ возможности их применения для построении*?!, имитационной мо^®/^

расчета (¡иска.

3. создан метод расчета риска (индивидуального, социально-

I

го, . материального ) как для каждого из поражающих факторов пожара и взрыва, так и для суммарного последовательного их воздействия. Метод учитывает вероятности инициирования аварии, вероятность реализации определенного значения поражающего фактора и вероятность поражения человека или разрушения здания при определенном значении поражающего фактора.

4. Создана имитационная модель, составляющая основу метода расчета риска, позволяющая по методу Монте-Карло расчитывать функции распределения параметров поражающих факторов.

б. Разработана математическая модель для расчета зависимости массовой скорости истечения СУГ из резервуара от времени и показано удовлетворительное согласие расчетов по модели с экспериментальными данными.

6. разработана математическая модель определения поля концентраций паровоздушного облака при мгновенном выбросе и непрерывном истечении СУГ и по имеющимся экспериментальным данным подобраны необходимые эмпирические коэффициенты. Результаты расчетов по разработанной модели сравнены с экспериментом и получено удовлетворительное согласие.

7. Разработан метод расчета коэффициента облученности для элементарной площадки от пламени пролива при произвольном их взаимном расположении и ориентации . Показано удовлетворительное согласие расчетов с помощью разработанного метода с результатами другого метода... а также с результатами эксперимента .

8.Проведена апробация разработанного метода расчета риска и построены зоны индивидуального риска для конкретного объекта.

Основное содержание диссертации опубликовано в работах:

1.Шевчук А.П., Гуринович П.В. Исследование истечения сжиженных газов при авариях резервуаров. // Пожарная безопасность промышленных объектов: Сб. научн. тр. - м.: ВНИИПО МВД СССР, 1991. - с.21-27.

2.Моделирование развития паровоздушного облака тяжелого газа при мгновенном образовании /Шевчук A.n..Гуринович П.В., Шебеко Ю.н.,6ородкин А.Н.// Проблемы предотвращения и тушения пожаров на. объектах народного.хозяйства: Материалы XI всесоюзной науч,-лракт. конф. М: ВНИИПО МВД РФ,1991. -

с. 69-90.

3.Шевчук А.П..Шебеко Ю.Н.,Гуринович Л.В.,Смолин И.М. Моделирование распространения паровоздушного облака тяжелого газа при его мгновенном выбросе и непрерывном истечении.//Хим. пром. 1992, N10. - с. 64-67.

4.Шевчук А.П.,Шебеко Ю.Н.,Смолин И.М. Бородкин А.Н., Симонов O.A.,Гуринович Л.В. и др. Пожарная опасность шаровых резервуаров для хранения под давлением сжиженных углеводородных газов.//Хим. пром. 1992, N в. -с. 1С-19.

5.Пожаровэрывобеэопасность объектов хранения и переработки сжиженных углеводородных газов / Шевчук А.П..Шебеко Ю.Н..Смолим И.М. Бородкин А.Н.,Попов С.А..Безродный И.Ф..Малкин В.П.,Колосов 8.А,, Симонов O.A.,Гуринович Л.В., Смирнов Е.В. // Взрывобезопасность технологических процессов. Матер. на-учн.-техн. конф., 12-16 октября 1992. Северодонецк,* 1992. -с. 25.

6.Расчетная оценка пожаровэрывооласности складов ЛВЖ на химических предприятиях / Шевчук А.П.,Шебеко Ю.Н..Смолин И.М., Колссов В.А., Смирнов Е.В..Бородкин А.Н.,Попов с.А., Гуринович Л.В., Симонов O.A. // Научно-техническое обеспечение противопожарных и аварийно-спасательных работ. Матер.XII' Всероссийской научи.-практ. конф., 23-25 ноября 1993. -Москва, 1993. - с. 263-2Я4.

7.Корольченко А.Я., Шевчук А.П., Шебеко Ю.Н.-, Смолин И.М., Бородкин А.Н., Малкин В.Л., Симонов O.A., Гуринович Л.В.,

и др. Пожарная безопасность хранилищ сжиженных углеводородных газов.// Пожаровзрывобезопасность. - 1992. N 4. -с. 26 -34.

8.Обеспечение пожаровзрывоопасности баз СУГ (морских терминалов) / Шевчук А.П..Шебеко Ю.Н..Бородкин А.Н.,Смолин И.М., Колосов В.А., Попов с.А..Гуринович Л.В. и др. // Научно-техническое обеспечение противопожарных и аварийно-спасательных работ.» Матер. XII всероссийской научи.-практ. конф., 23-25 ноября 1993. - Москва, 1993. - С. 264-205. • 9.Шебеко Ю.Н.,Шевчук А.П.,Смолин И.М..Филлипов В.Н..Бородкин А.Н. Симонов O.A., Гуринович Л.В. Пожаровзрывобезопасность перевозок сжиженных углеводородных газов железнодорожным транспортом. // Пожаровэрывобеэоласность. - 1993. N 1. .- с. 25-33.

10.Модель расчета индивидуального риска поражения человека от поражавших факторов пожара и взрыва / Гуринович Л.В. // Матер. научн.-техн. конф. молодых ученых ВНИИПО и ВИПТШ, 9 февраля 1995. Москва, 1996. - с. 59-вО.

Поплясано в печать 13.02.95 г. Т - 60 экз. Формат 60*84/16. Печать офсетная.

Усл. псч. л. 1,63. Уел -псч. л. 1,43. Заказ № 24. Типография ВНИИПО МВД России. 143900, е. Балашиха - 3