автореферат диссертации по безопасности жизнедеятельности человека, 05.26.03, диссертация на тему:Метод оценки уровня конструктивно-технологической взрыво-пожаробезопасности резервуаров для нефтепродуктов

МИНИСТЕРСТВО ВНУТРЕННИХ ДЕЛ РОССИИ САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ ИНСТИТУТ ПОЖАРНОЙ БЕЗОПАСНОСТИ

На правах рукописи

МЕТОД ОЦЕНКИ УРОВНЯ КОНСТРУКТИВНО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЙ ВЗРЫВО- ПОЖАРОБЕЗОПАСНОСТИ РЕЗЕРВУАРОВ ДЛЯ НЕФТЕПРОДУКТОВ

Специальность 05.26.03 - пожарная безопасность

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук

Научные руководители:

заслуженный деятель науки РФ, доктор технических наук, профессор ПОЛЯКОВ A.C.,

кандидат химических наук, профессор МАЛИНИН В.Р.

Санкт-Петербург 1998

СОДЕРЖАНИЕ

Введение ........................................................ 5

Глава 1. Анализ теории и практики оценки взрыво- пожаробезопасности

резервуаров для нефтепродуктов............................ 7

1.1. Анализ современного состояния взрыво- пожаробезопасности резервуаров............................................. 7

1.2. Анализ правовых основ оценки взрыво- пожаробезопасности резервуаров для нефтепродуктов............................ 9

1.2.1. Законодательные и правительственные акты............. 10

1.2.2. Ведомственные документы и документы надзорных

органов............................................. 12

1.2.3. Выводы из анализа нормативно-правовой документации ... 17

1.3. Анализ теоретических основ существующих методов оценки взрыво-пожаробезопасности резервуаров.................... 21

1.3.1. Классификация методов оценки взрыво-пожаробезопасности................................. 22

1.3.2. Детерминированные методы оценки.................... 22

1.3.3. Вероятностные методы оценки........................ 28

1.3.4. Вероятностно - детерминированные методы оценки....... 32

1.3.5. Методы экспертных оценок........................... 35

1.3.6. Особенности методологии оценки безопасности

за рубежом......................................... 38

1.3.7. Критерии оценки уровня взрыво- пожаробезопасности резервуаров........................................ 44

1.4. Обоснование цели и постановка задач исследования........... 46

Глава 2. Теоретическое обоснование метода оценки уровня конструктивно-технологической взрыво- пожаробезопасности резервуаров для нефтепродуктов........................... 48

2.1. Выбор направления решения задачи оценки взрыво-пожаробезопасности..................................... 48

2.1.1. Построение модели "базового уровня"................. 49

2.1.2. Обоснование необходимого и достаточного перечня опасных факторов пожара............................. 54

2.2. Разработка комплексного показателя уровня конструктивно-технологической взрыво- пожаробезопасности резервуаров

для нефтепродуктов....................................... 57

2.2.1. Комплексная оценка конструктивной работоспособности резервуаров........................................ . 57

2.2.2. Комплексная оценка технологической работоспособности резервуаров......................................... 61

2.3. Обоснование структуры и содержания метода оценки уровня конструктивно- технологической взрыво- пожаробезопасности резервуара............................................... 65

2.3.1. Основные требования к разрабатываемому методу ........ 65

2.3.2. Основные положения разрабатываемого метода оценки уровня конструктивно- технологической взрыво-пожаробезопасности резервуара......................... 68

Выводы по главе 2........................................... 72

Глава 3. Модельный эксперимент по оценке взрыво- пожаробезопасности

резервуаров.............................................. 74

3.1. Определение скорости распространения пламени

в горючей среде резервуара ............................... 74

3.1.1. Методика проведения эксперимента.................... 76

3.1.2. Обработка экспериментальных результатов .............. 80

3.1.3. Обсуждение результатов эксперимента................. 84

3.2. Сравнительная характеристика стандартного и разрабатываемого методов оценки уровня взрыво-пожаробезопасности резервуара............................ 85

3.3. Расчет и оценка уровня конструктивно-технологической взрыво- пожаробезопасности существующих типоразмеров

резервуаров.............................................. 91

Выводы по главе 3........................................... 97

Глава 4. Технические решения по повышению уровня конструктивно-

технологической взрыво- пожаробезопасности резервуаров..... 99

4.1. Обоснование основных направлений повышения уровня конструктивно-технологической взрыво- пожаробезопасности резервуаров.............................................. 99

4.2. Технические решения, повышающие устойчивость резервуара

к взрыву и пожару........................................ 100

4.2.1. Защита резервуара от образования взрывоопасных концентраций горючей среды......................... 100

4.2.2. Защита резервуаров от разрушения при взрывах

и пожарах.......................................... 105

4.3. Технические решения по ликвидации последствий возможных взрывов и пожаров....................................... 108

4.3.1. Устройство для тушения пожаров нефти и нефтепродуктов

в резервуарах....................................... 108

4.3.2. Защита от проливов нефтепродуктов................... 116

Выводы по 4 главе.......................................... 124

Общие выводы и практические рекомендации по реализации результатов

исследования.................................................... 125

Список использованных источников................................ 127

Приложение 1. Перечень основных факторов, влияющих на взрыво-

пожаробезопасность резервуаров для нефтепродуктов .... 137 Приложение 2. Формирование безразмерного комплексного показателя

оценки взрыво- пожаробезопасности резервуара......... 145

Приложение 3. Результаты внедрения............................... 147

Введение.

Практика тушения пожаров на объектах нефтеперерабатывающей промышленности показывает, что с помощью существующей пожарной техники практически невозможно оперативно ликвидировать пожар [1]. В лучшем случае можно его локализовать и не допустить распространения огня на соседние технологические установки и оборудование. Особенно это характерно для тушения резервуаров с нефтепродуктами, содержимое которых нередко полностью выгорает. В России около 500 нефтебаз и 89% АЗС расположены в черте городов и населенных пунктов [2], при этом они, обычно, эксплуатируются с грубыми нарушениями и отступлениями от противопожарных норм и правил, установленных ГПС и ведомственными нормативными документами. Происходящие на предприятиях нефтепродуктообеспечения пожары и аварии приводят к тяжелым и, порой, катастрофическим последствиям, даже в тех случаях, когда противопожарные нормативы выполняются, - поэтому, на современном этапе, проблема обеспечения безопасности этих промышленных объектов входит в число важнейших стратегических задач не только Г1111С, но и государственной безопасности [3].

Требования по обеспечению пожарной безопасности к данному процессу противоречивы и, следовательно, даже их соблюдение не способно в полной мере своевременно предупредить взрывы и пожары на стадии проектирования, строительства и эксплуатации резервуара, а также помочь эффективно ликвидировать пожар. Поэтому акцент в данной работе был сделан на упреждение взрывов и пожаров, причем, на более раннем этапе. Это возможно уже в стадии отработки требований к проектированию - путем задания уровня конструктивно-технологической взрыво- пожаробезопасности резервуара.

Большое количество взрывов (пожаров) в России вызвано несколькими причинами, одной из которых является отсутствие достаточно достоверной методической базы. Это обстоятельство крайне негативно сказывается на профилактической защите от возможных аварий и катастроф, поскольку дезориенти-

рует в выборе направлений организационной работы, снижая, тем самым, ее эффективность.

Из общего перечня причин, ведущих к взрыву-пожару, в особую группу выделены конструктивно-технологические, составляющие основу взрыво- пожаробезопасное™ на всех этапах жизненного цикла. Проектные и эксплуатационные требования к резервуарам оформлены в виде НПБ и других нормативных документов, однако, по ним невозможно дать однозначного ответа о необходимости и достаточности принятых ограничений и допусков или о возможных отступлениях от действующих нормативов при использовании компенсационных мер.

Введено новое понятие - уровня конструктивно-технологической взрыво-пожаробезопасности (УКТ ВПБ) резервуара, как вероятностной величины, при этом базирующейся на конкретных физико-технических характеристиках веществ и материалов.

Результаты настоящего исследования нашли понимание и поддержку ведущих организаций (ЦУРТГ МО РФ), научно-исследовательских институтов (филиал ВНИИПО МВД РФ, ИПТ РАН, 25 ГосНИИ МО РФ), учебных заведений (ВАТТ, УВВТУ) и редакций специальных профессиональных журналов ("Транспорт и хранение нефти и нефтепродуктов", "Пожарная безопасность"), в сферу деятельности которых входят разработка требований и обеспечение взрыво- пожаробезопасности резервуаров (танкеров) на всех стадиях их жизненного существования и обучение личного состава мерам их безопасной эксплуатации (см. Приложение 3).

Глава 1. Анализ теории и практики оценки взрыво- пожаробезопас-ности резервуаров для нефтепродуктов.

1.1. Анализ современного состояния взрыво- пожаробезопасности резервуаров.

Первые отечественные статистические данные о пожарах резервуаров на объектах нефтепродуктообеспечения за период с 1954 по 1977 годы опубликованы в работе О.М. Волкова и Г.А. Проскурякова [4]. Приводимое в ней среднее значение частоты возникновения пожара равнялось 2,8 на каждые 10 тысяч технологических объектов всех типов в год. Работа, начатая еще в 80-е годы А.Н. Швырковым, В.П. Сучковым и другими специалистами, привела к созданию банка данных о пожарах в резервуарных парках, который в дальнейшем послужил основным источником статистической информации при формировании общей картины пожарной опасности этих объектов. Результаты исследования около 250 пожаров, случившихся в нефтебазовом хозяйстве бывшего СССР за 20-летний период с 1970 по 1990 годы, позволили впервые установить частоту возникновения пожаров в расчете на один резервуар в течение года на объектах хранения больших масс нефти и нефтепродуктов[2,5].

Наибольшее число - 48,3% всех зарегистрированных пожаров - происходит на распределительных нефтебазах. На наземных резервуарах произошло 93,3% пожаров и аварий, из них 53,8% - на резервуарах с бензином, 32,4% - на резервуарах с сырой нефтью и 13,8% - на резервуарах с иными нефтепродуктами (мазут, керосин, дизельное топливо, масло и др.) [6]. Приводимые A.A. Маркеевым численные значения частоты возникновения пожаров в резервуарах со стационарной крышей, по состоянию на начало 1998 года [7], дифференцированы в зависимости от функционального назначения объекта и типа хранимого продукта в расчете на один резервуар в течение года:

- на нефтеперерабатывающих предприятиях - 0,002;

- на складах хранения мазута - 0,006;

- на объектах транспорта и распределения нефтепродуктов - 0,001.

В Англии по результатам обобщения статистических данных о пожарах по массиву в 500 резервуаров установлена частота возникновения пожаров в резерву арных парках, равная 1,1-10"3 на один резервуар в течение года [8]. Ана-

о

логичные данные получены в США - 1 -10" на резервуар в год. Эти показатели удачно соотносятся с отечественными числовыми характеристиками, что указывает на идентичность пожарной опасности используемых технологий хранения [9].

Если рассмотреть аварийные ситуации, зарегистрированные за последние 25 лет в России только на резервуарах, которые являются основными сооружениями предприятий нефтепродуктообеспечения, оказывается, что третья часть всех случаев (а это около 65 аварий) приходится на пожары и взрывы, связанные с нарушениями целостности или полным разрушением резервуара [10]. Из этого количества более половины аварийных раскрытий резервуаров квалифицировались как крупные или катастрофические, а 35% разрушений резервуаров с нефтепродуктами, хотя и не вызвали пожаров, были отнесены к авариям 1 и 2 категорий. Причем опасность разрушений резервуаров ежегодно повышается, и в настоящее время в России происходит одно-два полных разрушения в год [3].

Таким образом, вопрос безопасной эксплуатации резервуаров для хранения нефтепродуктов весьма актуален, а для ряда городов и районов страны приобрел уже региональное и даже межрегиональное значение. Повышение же уровня пожаро- взрывобезопасности резервуара, как свидетельствует приведенная статистика, является задачей, требующей особого внимания.

Социальная актуальность решаемой проблемы неразрывно связана с экономикой. И дело не только в экономическом ущербе от аварий, который порой весьма и весьма значителен [2,4,5,9], а, при наличии человеческих жертв, - вообще не поддается исчислению в денежном выражении, поскольку жизнь человека невозможно компенсировать любыми деньгами. Высокая стоимость, трудоемкость и длительность работы ограничивают возможность проведения натурных огневых испытаний, что приводит к необходимости использования рас-

четно-теоретических методов определения взрыво- пожаробезопасности резервуаров для нефтепродуктов. По этой причине, исследование сильных и слабых сторон применяемых методов и является основным содержанием настоящей работы.

1.2. Анализ правовых основ оценки взрыво- пожаробезопасности резервуаров для нефтепродуктов.

К сожалению, противопожарное нормирование часто развивается после крупных аварий под давлением общественного мнения, потрясенного каким-либо бедствием [11]. В связи с этим, сегодня приходится оперировать большим числом нормативных документов, которые являются столь же обширными, сколь и разнородными, не говоря уже об их недостаточной обоснованности.

В настоящее время требования пожарной безопасности содержатся в многочисленных документах, в том числе в 419 СНиП, НПБ, ВСН, ВНТП и 992 ГОСТах, СТ СЭВ, ОСТ, а также более чем в 100 правилах пожарной безопасности [12].

Выделим из этого многообразия нормативные документы, касающиеся правовых основ оценки взрыво- пожаробезопасности предприятия нефтепро-дуктообеспечения, а их анализ проведем по аналогии с существующими принципами разработки электронных банков данных, которые требуют, чтобы при систематизации информационного потока документы были распределены по иерархии, отражающей их уровень и ведомственную принадлежность [13].

Оговоримся, что анализировались документы, как непосредственно регламентирующие деятельность на предприятиях нефтепродуктообеспечения, так и являющиеся общими для всех отраслей промышленности. Широкий спектр привлекаемой литературы связан с информационной насыщенностью понятия "безопасность", в рамках которого используется терминологический аппарат целой совокупности человеческих знаний, накопленных в области охраны труда и безопасности жизнедеятельности.

1.2.1. Законодательные и правительственные акты.

Перечень основных законодательных и правительственных актов приведен в табл. 1.1. [14-22]. О проектах разработанных документов см. [13]. Постановления Правительства Российской Федерации и иные документы, вводящие в действие законодательные акты, рассмотренные в этой группе, в табл. 1.1. не указаны.

Таблица 1.1.

Законодательные и правительственные акты в области безопасности

жизнедеятельности

№ Документ Год издания

1 Кодекс законов о труде 1971(1992)

2 Закон РСФСР "О санитарно-эпидемиологическом благополучии населения" 1991

3 Закон РСФСР "Об охране окружающей природной среды" 1991

4 Закон РФ "О безопасности" 1992

5 Закон РФ "О стандартизации" 1993

6 Закон РФ "Основы законодательства РФ об охране труда" 1993

7 Закон РФ "О пожарной безопасности" 1994

8 Закон РФ "О нефти и газе" проект

9 Закон РФ "Об ответственности предприятий, учреждений и организаций за нарушение правил охраны труда" проект

10 Закон РФ "О внесении изменений и дополнений в Кодекс РСФСР об административных правонарушениях" 1994

И Закон РФ "О промышленной безопасности опасных производственных объектов" 1997

Анализ этой группы правовых документов показал следующее: Кодекс законов о труде (№ 1, табл. 1.1.) содержит главу "Охрана труда", в которой запрещается ввод в эксплуатацию предприятий, не отвечающих требо-

ваниям охраны труда. Более детально регламентируют обязанности работодателей в рассматриваемой области "Основы законодательства" (№ 6, табл. 1.1.), целиком посвященные охране труда. В них, в частности, вводится экономический механизм обеспечения охраны труда, определена компетенция органов государственного контроля и надзора, предусмотрена приостановка деятельности предприятий или их закрытие за нарушение нормативных требований по охране труда, в том числе, за несоответствие требуемому уровню обеспечения пожарной безопасности людей. Большое количество как стимулирующих, так и карательных рычагов и механизмов, используемых при регулировании общественных отношений в области безопасности, свидетельствует об осознании важности роли государства в управлении этими процессами и усилении санкций к нарушителям требований законодательства в области охраны труда (№ 9 и № 10 табл. 1.1.). Законодательные акты №№ 2-4 из приведенного перечня имеют отношение ко всем объектам предприятий нефтепродуктообеспечения и регламентируют вопросы, связанные с безопасностью в сферах, соответствующих их названиям.

Целе