автореферат диссертации по безопасности жизнедеятельности человека, 05.26.03, диссертация на тему:Обеспечение безопасной откачки светлых нефтепродуктов из горящих вертикальных стальных резервуаров

9 15-5/1072

На правах рукописи

Фам Хуи Куанг

ОБЕСПЕЧЕНИЕ БЕЗОПАСНОЙ ОТКАЧКИ СВЕТЛЫХ НЕФТЕПРОДУКТОВ ИЗ ГОРЯЩИХ ВЕРТИКАЛЬНЫХ СТАЛЬНЫХ РЕЗЕРВУАРОВ

Специальность: 05.26.03 - Пожарная и промышленная безопасность (нефтегазовая отрасль, технические науки)

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва - 2015

Работа выполнена в Академии Государственной противопожарной службы МЧС России на кафедре пожарной безопасности технологических процессов

Научный руководитель: кандидат технических наук, доцент

Клубань Владимир Семенович

Официальные оппоненты: Навценя Владимир Юрьевич,

доктор технических наук, доцент, Московский государственный университет путей сообщения, профессор кафедры «Управление безопасностью в техносфере»

Хафизов Ильдар Фанилевич, кандидат технических наук, доцент, Уфимский государственный нефтяной технический университет, доцент кафедры «Пожарная и промышленная безопасность»

Ведущая организация: ФГБУ «Всероссийский ордена «Знак Почета»

научно-исследовательский институт противопожарной обороны» МЧС России

Защита диссертации состоится «02» декабря 2015 г. в 15 часов 30 минут на заседании диссертационного совета Д 205.002.02 при Академии Государственной противопожарной службы МЧС России по адресу: 129366, Москва, ул. Б. Галушкина, 4.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Академии ГПС МЧС России и на сайте: http://academygps.ru/uploads/files/DggEzj2FlicKjIwA9Nlu.pdf

Автореферат разослан «02» октября 2015 г.

Ученый секретарь __, _

диссертационного совета 4Сивенков Андрей Борисович

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы исследования. Результаты анализа статистики пожаров в резервуарных парках объектов нефтегазовой отрасли, как в России, так и в Социалистической Республике Вьетнам (СРВ), свидетельствуют об их, как правило, затяжном характере с высокой интенсивностью горения. Тушение открыто горящих вертикальных стальных резервуаров (РВС) с нефтью или нефтепродуктами производилось, в основном, путем подачи пены различной кратности от передвижной пожарной техники, так как стационарные системы подачи пены зачастую были повреждены при взрыве паров углеводородов в газовом пространстве РВС, что являлось наиболее распространенной причиной возникновения пожаров в резервуарах. При этом время сосредоточения необходимого количества сил и средств для проведения пенных атак в большинстве случаев превышало несколько часов. Следует также отметить, что тушение пожаров в крупногабаритных РВС (от 10000 мЛ) являлось сложной и опасной задачей, обусловленной возможностью поражения личного состава пожарной охраны и персонала объекта опасными факторами (вскипание и выброс горючей жидкости, образование горящего потока при полном разрушении РВС). Вследствие этого, неоднократно принимались решения не тушить РВС, а принять все меры к предотвращению распространения пожара.

Таким образом, несмотря на развитие и применение новых образцов систем пожаротушения и пожарной техники, вопросы эффективного и безопасного тушения пожаров нефти и нефтепродуктов в РВС, особенно при эксплуатации крупногабаритных РВС, интенсивное строительство которых ведется как в России, так и в СРВ, остаются актуальными.

К одному из эффективных способов обеспечения безопасности при тушении пожара в РВС и его успешной локализации следует отнести откачку нефтепродукта технологическими насосами в другие резервуары, магистральные нефтепродуктопроводы, аварийные амбары и т. п. Отметим, что в СРВ такой способ не использовался и не исследовался, а в России, известно лишь несколько таких случаев, описания четырех из которых приведены в рукописи диссертации.

Степень разработанности темы исследования. Вопросам непосредственно безопасной откачки нефти и нефтепродуктов из горящих РВС до настоящего времени уделено недостаточно внимания. В тоже время, в работе использованы некоторые результаты исследований Поликовского П.И., Рогана К., Перельмана Р.Г., Беркутова И.С. и других авторов, направленные на совершенствование технологического процесса откачки жидкостей из нормально работающих РВС, уменьшение остатка этих жидкостей, который невозможно откачать продуктовыми насосами, а также оценку критического напора при воронкообразовании в РВС, под которым принято понимать превышение уровня жидкости над осью приемо-раздаточного патрубка (ПРП) в момент начала прорыва в него газовой фазы.

Целью диссертационной работы являлась разработка рекомендаций по обеспечению безопасной и эффективной откачки светлых нефтепродуктов из горящих РВС.

Для достижения поставленной цели в работе необходимо решить следующие задачи:

- выполнить анализ характерных пожаров, произошедших в резервуарных парках СРВ и России, в том числе с откачкой горючих жидкостей, и установить параметры, влияющие на безопасность и эффективность процесса откачки светлых нефтепродуктов из горящих РВС;

- разработать методику и провести натурные эксперименты по откачке горючих жидкостей из РВС, получить эмпирическую зависимость для определения времени откачки светлых нефтепродуктов из горящих РВС;

- создать лабораторную установку и методику проведения экспериментов по исследованию оптимальной конструкции боковых ПРП для обеспечения максимально возможной откачки жидкости из РВС;

- разработать рекомендации по обеспечению безопасной и эффективной откачки светлых нефтепродуктов из горящих РВС.

Объект исследования: процесс откачки светлых нефтепродуктов технологическими насосами из горящих РВС через боковой ПРП.

Предмет исследования: время откачки и величина критического напора в зависимости от конструкции и геометрических параметров бокового ПРП.

Информационной основой исследования являлись отечественные и зарубежные литературные и нормативные источники, материалы расследования пожаров, произошедших в СРВ и России, в том числе с откачкой горючих жидкостей, материалы научно-исследовательских работ по теме диссертации.

Научная новизна работы заключается в следующем:

1. Обоснована возможность и установлены параметры откачки светлых нефтепродуктов из горящих РВС в магистральные нефтепродуктопроводы, аварийные РВС, амбары и т. п.

2. Получена эмпирическая зависимость и разработана номограмма для определения времени откачки светлых нефтепродуктов из горящих РВС.

3. Предложена оптимальная конструкция бокового ПРП РВС для максимально возможной откачки из него горючей жидкости.

4. Разработаны рекомендации по обеспечению безопасной и эффективной откачки светлых нефтепродуктов из горящих РВС.

Теоретическая и практическая значимость работы заключается:

- в обосновании возможности проведения откачки технологическими насосами светлых нефтепродуктов из горящих РВС в магистральные нефтепродуктопроводы, РВС соседних групп, аварийные РВС, амбары и т. п.;

- в использовании полученной зависимости для определения времени откачки светлых нефтепродуктов из горящих РВС;

- в обосновании оптимальной конструкции бокового ПРП РВС для максимально возможной откачки из него горючей жидкости.

Применение на практике разработанных рекомендаций позволит обеспечить безопасность личного состава пожарной охраны и персонала объекта, участвующих в тушении пожара, свести к минимуму количество сгоревшего нефтепродукта за счет относительно быстрой локализации пожара, а также предотвратить каскадное развитие пожара в резервуарных парках.

Методология и методы исследования. В процессе выполнения работы использованы методы теории подобия и математического моделирования, наблюдения и сравнения, выявления закономерностей, экспериментального исследования, описания, обобщения.

Положения, выносимые на защиту:

1. Результаты анализа характерных пожаров, произошедших в резервуарных парках СРВ и России, в том числе с откачкой горючих жидкостей, и параметры, влияющие на безопасность и эффективность процесса откачки светлых нефтепродуктов из горящих РВС.

2. Методика и результаты натурных экспериментов по откачке горючих жидкостей из РВС, включая эмпирическую зависимость для определения времени откачки светлых нефтепродуктов из горящих РВС.

3. Методика и результаты лабораторных экспериментов по исследованию оптимальной конструкции боковых ПРП для обеспечения максимально возможной откачки жидкости из РВС.

4. Основные положения рекомендаций по обеспечению безопасной и эффективной откачки светлых нефтепродуктов из горящих РВС.

Степень достоверности полученных результатов подтверждается: использованием современных приборов и измерительной аппаратуры, обеспечивающих точность измерений основных контролируемых параметров (времени, температуры, массы) с относительной ошибкой не более 5 %; воспроизводимостью результатов экспериментальных исследований; качественным и количественным совпадением результатов определения критического напора с ранее полученными результатами других авторов.

Материалы диссертации реализованы при:

- разработке нормативного документа по пожарной безопасности «Рекомендации по обеспечению пожарной безопасности резервуарных парков нефтяной компании «РЕПЮЫМЕХ». Вьетнам: «РЕТЖ)Ь1МЕХ», 2015 г.;

- разработке планов тушения пожаров и проведения учений с использованием технологий откачки светлых нефтепродуктов из горящих резервуаров на объектах хранения нефти и нефтепродуктов. Вьетнам: Главное управление пожарной охраны Министерства общественной безопасности (МОБ) Вьетнама, 2015 г.;

- разработке лекций и проведении практических и семинарских занятий по дисциплине пожарная безопасность технологических процессов в Институте пожарной безопасности МОБ Вьетнама и Академии ГПС МЧС России, 2015 г.

Апробация результатов работы. Основные результаты работы были доложены на: Международных научно-практических конференциях молодых ученых и специалистов «Проблемы техносферной безопасности» (г. Москва, Академия ГПС МЧС России, 2013 и 2014 гг.); Международных научно-технических конференциях «Пожаротушение: проблемы, технологии, инновации» (г. Москва, Академия ГПС МЧС России, 2013 и 2014 гг.); 23-й Международной научно-технической конференции «Системы безопасности» (г. Москва, Академия ГПС МЧС России, 2014 г.); Международной заочной научно-практической конференции «Проблемы обеспечения безопасности людей при пожаре и взрыве» (г. Минск, Командно-инженерный институт МЧС Республики Беларусь, 2014 г.); 9-ой Международной научно-практической конференции «Пожарная и аварийная безопасность» (г. Иваново, Ивановский институт ГПС МЧС России, 2014 г.); Международной научно-практической конференции «Комплексные проблемы техносферной безопасности» (г. Воронеж, Воронежский государственный технический университет, 2014 г.).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 14 научных работ.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы и трех приложений. Содержание работы изложено на 142 страницах текста, включает в себя 29 таблиц, 35 рисунков, список литературы из 110 наименований.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы диссертации, определены объект, предмет, цель и задачи исследования, сформулированы научная новизна и положения, выносимые на защиту, указаны практическая значимость, сведения о внедрении и апробации результатов работы.

В первой главе представлены общая характеристика резервуарных парков в СРВ, примеры характерных пожаров в РВС, произошедших в СРВ и России, в том числе при тушении которых применялся способ откачки нефти и нефтепродуктов, результаты анализа пожарной опасности резервуарных парков для хранения нефти и нефтепродуктов.

Рассмотрены работы по исследованию диффузионного горения различных нефтепродуктов в РВС, в которых установлен ряд важных закономерностей и представлен процесс выгорания нефтепродуктов. В частности, в работах Блинова В.И., Худякова Г.Н., Петрова И.И. показано, что скорость выгорания нефтепродуктов в РВС зависит, в основном, от скорости ветра, высоты стенки РВС над поверхностью горящей жидкости и охлаждения резервуара водой.

Установлено, что исследования по откачке нефтепродуктов из горящих РВС как в СРВ, так и в России, не проводились.

Выявлено, что при откачке светлых нефтепродуктов из горящих РВС следует исходить из условия их откачки до минимально возможного уровня, определяемого прорывом газовой фазы в ПРП при воронкообразовании

и кавитацией насосов. Начало прорыва газовой фазы в ПРП горящего РВС характеризует критический напор, поэтому определение его величины имеет важное практическое значение. Завышение этой величины приводит к тому, что в РВС останется после откачки большое количество горючей жидкости, занижение - может привести к более раннему срыву работы насосов. Вследствие этого необходимо уметь рассчитывать, при каком уровне взлива жидкости в РВС образуется воронка, приводящая к кавитации насоса, а также найти способы уменьшения величины критического напора.

Анализ работ по исследованию процесса воронкообразования показал, что по характеру истечения жидкостей из резервуаров (емкостей) их можно разделить на две группы: первая группа включала исследования донного слива, вторая - истечение жидкости из боковых патрубков (работы Бронштейна И.С., Куркова Л.М., Рогана К., Беркутова И.С.). При этом выявлено, что к наиболее важным параметрам при откачке нефтепродуктов из горящих РВС следует отнести: высоту уровня взлива жидкости в РВС; диаметр и количество ПРП; производительность и количество продуктовых насосов, задействованных при откачке; величину критического напора; минимально возможный уровень горючей жидкости, до которого можно произвести откачку; скорость выгорания горючей жидкости; время откачки. Для учета влияния этих параметров на откачку нефтепродуктов из горящих РВС были организованы и проведены в СРВ натурные и лабораторные эксперименты.

Во второй главе приведена характеристика объектов, на которых проводились крупномасштабные натурные эксперименты по откачке дизельного топлива (ДТ) и сырой нефти из РВС-1000 и РВС-10000 м' в аналогичные резервуары, расположенные в соседних группах резервуарных парков производственных объектов, методика их проведения и результаты обработки полученных данных.

РВС-1000 м3 - вертикальный стальной цилиндрический резервуар со стационарной сферической крышей без понтона с ДТ расположен в резерву-арном парке нефтебазы «Дыкжанг» (СРВ). Диаметр резервуара 12,3 м, высота 9,1 м. РВС оборудован одним боковым ПРП диаметром 0,15 м, на котором установлена хлопуша, в течение всего периода экспериментов находящаяся в открытом состоянии. Расстояние от днища РВС до центра ПРП составляло 0,425 м.

РВС-10000 м^ - вертикальный стальной цилиндрический резервуар со стационарной крышей без понтона с сырой нефтью расположен в резервуар-ном парке нефтеперерабатывающего завода «Зунгкуат» (СРВ). Диаметр резервуара 34,0 м, высота 12,0 м. РВС оборудован двумя боковыми ПРП и одним патрубком для подачи нефти в систему размыва парафинистых донных отложений, диаметр каждого ПРП 0,5 м. На каждом ПРП установлены хлопуши, которые в течение всего периода экспериментов находились в открытом состоянии. Расстояние от днища резервуара до центра ПРП 0,65 м.

В экспериментах по исследованию откачки горючих жидкостей принимали участие: руководитель исследований, оператор, два представителя пожарной части в качестве наблюдателей. Материальное обеспечение: радиотелефон во взрывозащищенном исполнении, уровнемеры РВС типа УДУ-10 и УДУ-10У, зеркало, наручные часы, компьютер оператора, электрический фонарь во взрывозащищенном исполнении, секундомер.

В опытах измерялись следующие величины: начальный уровень горючей жидкости в РВС: уровни горючей жидкости при откачке; время замера уровней жидкости при откачке; производительность насосов; состояние поверхности жидкости в РВС при откачке; время начала воронкообразования.

Уровни взлива ДТ и сырой нефти при проведении опытов измерялись поплавковыми уровнемерами, установленными в РВС-1000 м' (УДУ-10) и в РВС-10000 м (УДУ-10У), и фиксировались наблюдателями и оператором. Погрешность уровнемеров составляла ±4 мм.

Во время откачки наблюдение за состоянием поверхности жидкости в РВС осуществлялось через открытые монтажный и световой люки при помощи зеркала и электрического фонаря во взрывозащищенном исполнении. При появлении воронки наблюдатель подавал сигнал оператору по телефону на остановку одного насоса с фиксацией времени ее появления и уровня взлива.

При откачке ДТ из РВС-1000 mj было задействовано два центробежных насоса марки НК 180/80 с паспортной производительность каждого 180 м3/ч. Сначала откачка производилась двумя насосами с общей производительностью 360 м3/ч. При появлении воронки один насос отключался, и откачка продолжалась вторым насосом с производительностью 180 м3/ч. При повторном появлении воронки второй насос отключался, и откачка прекращалась (рисунок 1).

м

ч

Ч

ч

N \

\ \

\

♦ откачка двумя насосами производительностью 180 м3/ч каждого

I откачка одним насосом производительностью 180 м3/ч

Г, ч.

Рисунок 1 - Изменение уровня взлива ДТ во времени при откачке из РВС-1000 м3

Обработка экспериментальных данных позволила получить эмпирическую зависимость для определения времени откачки ДТ от #взл до Нюв 2:

М — М М — м

Т — + х — шл к°н.1 кон.1 кон.2 /1 \

1 2 ~ 0,89 Г, 0,87 V-, ' 1 ;

где г - время откачки ДТ из РВС от Явзл до Якон.2, ч.; х\ - время откачки ДТ из РВС от Явзл до Я,«,,,.!, ч.; т2 - время откачки ДТ из РВС от #коп., до Яко„.2, ч.;

— скорость понижения уровня при откачке двумя насосами, м/ч; У2 - скорость понижения уровня при откачке одним насосом, м/ч; Явзл - начальный уровень взлива, м; Яган, - уровень взлива при первом появлении воронки при откачке со скоростью У\, м; Якон.2 - уровень взлива при повторном появлении воронки при откачке со скоростью У2, м.

При откачке сырой нефти из РВС-10000 м^ было задействовано три насоса: два насоса с паспортной производительностью каждого 2200 м7ч и один зачистной насос производительностью 1000 м7ч. Сначала откачка производилась двумя насосами с общей производительностью 4400 м3/ч. При появлении воронки один насос был отключен, и откачка продолжилась вторым насосом с производительностью 2200 м3/ч. При повторном появлении воронки отключался второй насос и включался зачистной насос. При повторном появлении воронки зачистной насос отключался, и откачка прекращалась (рисунок 2).

Рисунок 2 - Изменение уровня взлива нефти во времени при откачке из РВС-10000 м3 Обработка экспериментальных данных позволила получить эмпирическую

зависимость для определения времени откачки нефти от Явзл до Якок3: М — М М — М Н — £f

r = _ -"взл кон.1 кон.1 п кон.2 " кон.2 п кон.З /уч

' 2 3 0,89 V] 0,87 К, 0,85 V,

где г - время откачки нефти из РВС от Явзл до Якон3, ч.; г, - время откачки нефти из РВС от Явзл до Якон ь ч.; т2 - время откачки нефти из РВС от Яко,,.i До Яко„.2, ч.; г3 - время откачки нефти из РВС от Яко„.2 до ЯК011.3, ч.; Явзл - начальный уровень взлива нефти, м; V, - скорость понижения уровня нефти при откачке двумя насосами с производительностью 2200 м3/ч каждого, м/ч; V2 - скорость понижения уровня нефти при откачке одним насосом с производительностью 2200 м7ч, м/ч; V} - скорость понижения уровня нефти при откачке зачистным насосом с производительностью 1000 м3/ч, м/ч; Якоп.1 - уровень нефти при первом появлении воронки при откачке со скоростью понижения уровня Кь м; Якон 2 - уровень нефти при повторном появлении воронки при откачке со скоростью понижения уровня V2, м; Якон.з - уровень нефти при повторном (третьем) появлении воронки, по достижении которой откачка прекращалась, м.

Анализируя зависимости (1) и (2) видно, что общее время откачки горючей жидкости из РВС может быть определено по зависимости вида:

и - i-r п И - Н

т_-ут_ЛЮ!\ ЛК0Н.1 | ■у "О"-' KOH.Q-1) ^

а V, ¡=2 а V;

где т - время откачки горючей жидкости из РВС от Явзл до Яконп, ч.; а -коэффициент, учитывающий уменьшение скорости понижения уровня взлива жидкости при откачке, а = 0,85 -н 0,89; Якон^ - уровень взлива при повторном появлении воронки при откачке со скоростью м; К, - скорость понижения уровня при откачке от Яконл до Якои.(,_1), м/ч.

С учетом того, что эксперименты по откачке ДТ и нефти проводились на резервуарах без их горения, то для учета сгоревшей жидкости за время ее откачки из горящего РВС, предлагается в зависимость (3) ввести линейную скорость выгорания нефти или нефтепродукта:

_ _ у _ _ ^взл ' -^кои.1 | у ~ -^кон.О-!) ^

а У{ + и ,=2 + и

где и - линейная скорость выгорания нефти или нефтепродукта, м/ч.

Анализ зависимости (4) показал, что величина времени откачки на 90-95 % зависит от первого члена этой зависимости. Поэтому для практических расчетов может быть предложена упрощенная зависимость вида:

ЕТ _ 7_7

-. ВЗЛ П Кр / ч

г = У---(5)

аУ + и

где Нкр - величина критического напора при откачке горящей жидкости из РВС двумя насосами, м.

Используя зависимость (5) для оперативного определения времени откачки светлых нефтепродуктов (на примере ДТ и бензина) из горящих РВС в зависимости от вида и объема откачиваемой горючей жидкости, а также производительности насосов, задействованных при откачке, разработана номограмма (рисунок 3), при этом указанная зависимость (5) преобразована к виду:

г-Ц ШР -Ц-^-, (6)

(аГ + к)^ аО + иБ

где V - объем откачиваемой жидкости, м3; а - коэффициент, учитывающий уменьшение скорости понижения уровня жидкости при откачке (принимается <2 = 0,89); Q - производительность насосов, м3/ч; и - скорость выгорания нефтепродукта, м/ч; Р- площадь сечения РВС, м".

V,м- 7500 м'/ч 5000 м3/ч

20000 ..................-........................—-------------------------------------------д.--------------------—........—....... ^ ............-

19000 .........-..... — У .............

18000 У - J^- „-. 4000 М'/Ч

17000 -^--I-

16000 У _

15000 -----)--У---, -1

14000 -/' - - ¿Г -----------

13000 - / ¿г -----•---

12000 f ¿Г

11000 —jT jr .<' --j--

юооо —У--; X —А 2200 м'/ч

9000 ---;- /--- -'-r-J'*-*''

8000 —.......— —...........—■ /-------- —----------------1..................Г:-----------

7000 ..................................................../ .........—.^¿l '''.................1--------1

6000 -..............-.................—.............—......--;

5000 -.............-------------------------------'000 М3/Ч

2000 ........................__ 180 м3/ч

о i^afe^—Г.".. ._•..--—__ ........::'г::.'""!""""' T 4

0 1 2 3 4 5

Рисунок 3 - Номограмма для определения времени откачки ДТ (сплошная линия) и бензина (пунктирная линия) из горящих РВС в зависимости от объема откачиваемой жидкости (в начале откачки) и производительности насосов Зависимость (5) и номограмма могут быть рекомендованы для оперативного использования в практической деятельности сотрудниками противопожарной службы в случае необходимости определения времени откачки нефтепродукта

из горящего резервуара.

В связи с тем, что откачиваемые из горящих РВС нефтепродукты будут постепенно прогреваться в глубину, то может произойти нарушение работы продуктовых насосов. Поэтому в работе выполнен поверочный расчет температуры ДТ на уровне ПРП при его откачке из горящего РВС-1000 м\ При этом использованы данные натурного эксперимента, а именно: откачку из РВС-1000 сначала производили двумя насосами с производительностью каждого 180 м7ч, а затем одним из этих насосов; минимальный уровень взлива ДТ при откачке двумя насосами составлял 0,75 м, а при откачке одним насосом - 0,68 м; расстояния от поверхности горящего ДТ до центра ПРП соответственно составляли 32,5 и 25,5 см. Распределение температуры ДТ по вертикали от горящей поверхности в глубину РВС через определенные промежутки времени (2, 3, и 4 ч.) рассчитывали по формуле Блинова В.И.:

t = (tn-t0)e'k+t0

(7)

где t0 = 30 °С - начальная температура ДТ; tu = 230 °С - температура ДТ при горении на поверхности; к - коэффициент, характеризующий быстроту изменения температуры (при горении ДТ в РВС в течение 2 ч. к = 0,125 см"1); z - расстояние от поверхности горящего ДТ в глубину, см.

После подстановки данных формула (7) примет вид:

1 = (240-30)е

,-0,125=

-30.

(8)

Результаты расчетов по формуле (7) представлены в графическом виде на рисунке 4.

г. °С

\

% 1 U ч>Г

i<*

Рисунок 4 - Зависимость распределения

температуры ДТ по вертикали от горящей поверхности в глубину РВС: 1 - через 2 ч.; 2 - через 3 ч.; 3 - через 4 ч.

г, СМ

Из зависимости на рисунке 4 видно, что ДТ на уровне осевой линии ПРП (с учетом его частичного перемешивания) за период откачки от 2 до 4 ч. может прогреться до температуры не более 45 °С, что не повлияет отрицательно на работу насосов и режим откачки. Аналогичный результат получен и для РВ С-10000 м3 при откачке из него бензина, который при этих же условиях может прогреться до 47 °С, что также не повлияет на работу насосов и режим его откачки.

Достоверность результатов подтверждена сравнительным анализом одноименных величин (таблицы 1 и 2), полученных в ходе экспериментальных исследований по откачке ДТ из РВС-1000 мJ, нефти из РВС-10000 м3, и вычисленных по эмпирической зависимости (13).

Таблица 1 - Сравнение расчетных и экспериментальных величин критических напоров, полученных при откачке ДТ из РВС-1000 м3

О. м'/ч Рг Яе Нкр, м Расхождение значений. %

Расчет Эксперимент

360 21.80 424628 0,30 0.32 7

180 5,40 212250 0,24 0,26 8

Таблица 2 - Сравнение расчетных и экспериментальных величин критических напоров, полученных при откачке нефти из РВС-10000 м3

О, м?/ч Рг Яе #кр. м Расхождение значений,%

Расчет Эксперимент

4400 7.9 819458 0,85 0.83 3

2200 1.98 409729 0.68 0,71 4

1000 0.4 186240 0.58 0.62 6

Следует отметить, что результаты экспериментальных исследований по определению критического напора удовлетворительно согласуются с результатами работ Беркутова И.С. (расхождение одноименных величин не превышает 8 %), а также Рогана К. (расхождение одноименных величин не превышает 12,5 % при Рг = 5,4 и 25 % при Бг = 21,8). При этом несколько завышенное расхождение величин в 25 % обусловлено тем, что в опытах, проводимых Роганом К., откачка производилась через патрубок, заделанный заподлицо в стенке емкости, то есть отсутствовали условия, характерные для истечения нефтепродуктов из РВС.

В третьей главе приведено описание разработанного и изготовленного в СРВ экспериментального стенда, позволяющего проводить исследования влияния конструкции боковых ПРП на величину критического напора в процессе откачки жидкости. Описаны условия моделирования процесса откачки, а именно, геометрическое подобие и равенство чисел подобия в модели и натуре.

Анализ ранее проведенных исследований (Беркутов И.С., Роган К.) показал, что определяющим числом подобия, позволяющим установить связь между расходом, диаметром патрубка и высотой взлива в характерных точках РВС, является число Фруда:

Fr = ^-, (9)

g!

где g - ускорение свободного падения, м/с:; / - характерный линейный размер, м; и - скорость движения жидкости, м/с.

При использовании в модели (индекс «м») и натуре (индекс «н») одинаковой жидкости будет выполняться соответствующее равенство чисел Фруда:

£ = (Ю)

gL sin

Тогда, формулу (9) можно записать в виде:

(Н)

ии

L>„

где т - коэффициент подобия.

Геометрическое подобие предполагает следующее соотношение:

к I /;

1'2

[Ц

V'2 / N1/1

у\ =», (12)

где /п", - площадь сечения бокового патрубка в модели и натуре, соответственно, м2; /гр", Р*- площадь резервуара в модели и натуре, соответственно, м:; См, Ун - объем модельного и натурного резервуара, соответственно, м3.

Влияние сил вязкости жидкостей на характер их истечения при боковом сливе из РВС ранее исследовалось Беркутовым И.С. В качестве испытуемых, изучалось истечение воды и глицерина, имеющего вязкость в несколько сот раз больше вязкости воды. В результате проведенных опытов установлено, что вязкость практически не оказывает существенного влияния на процесс воронкообразования и на зависимость Н^ = /(Рг), полностью совпадая по числам Гг в автомодельной области. Вследствие этого дальнейшие эксперименты в диссертации проводились на воде.

Основным элементом экспериментального стенда (рисунок 5) являлся резервуар объемом 1,3 м\ представляющий собой модель РВС-1000 м в масштабе 1:7,5.

Вода из

Рисунок 5 — Принципиальная схема экспериментального стенда для исследования критического напора при воронкообразовании: I — модельный резервуар; 2 - боковой патрубок; 3 - насос марки «SELTON» SEL -150BE для откачки воды из модельного резервуара (О = 1.98 м3/ч. Н= 0.3 МПа. N = 150 Вт);

4 - расходомер; 5 - емкость; 6 - задвижки; 7- частотный преобразователь (ЧП)

Для исследования влияния конструкции ПРП, расположенного внутри резервуара, на воронкообразование при откачке воды были изготовлены различные патрубки, принципиальные схемы которых показаны на рисунке 6.

Методика проведения опытов заключалась в следующем. Перед каждым опытом посредством открытия задвижки 6 резервуар 1 заполнялся водой самотеком из емкости 5 (см. рисунок 5). Приступали к откачке воды через ПРП в подземную емкость, при этом фиксировали уровень ее взлива при воронкообразовании. Производительность насоса регулировалась частотным преобразователем 7. Расход воды фиксировался по показанию стрелки расходомера 4 (от 0,3 до 3 м7ч).

стенка

резервуара хлопушка 11 \

стенка резервуара Ф 20

30 30 30 30 30 отверстия Ф 3 ч >-< >~< ► ./

2) -г-

стенка резервуара

Ф 20

I

30 30 30 30 30 30 отверстия ФЗ

1

Г

¡зер

1ф ¿и _

стенка резервуара

30 30 30 30 30 отверстия

___350___ФЗ_

стенка резервуара

Л

стенка резервуара

30 зо 30 30 30 30 отверстия Ф 5

I

» 30 30 30 30 30 30 отверстия«3

ч _ Ы/ ф 20 _

•I4-

р

стенка

резервуара стенка Резервуара

»30 зо 30 30 30 30 °твеРстая ф 5 ф 20\ I Ф 30 Ф 20

Ф 20' I Ф3° ^_^

8) I

зер

I

Г ^

■ отверстия Ф 5 „

стенка резервуара Ф 20 • I

_

9)

7

30 30 30 30 1 30 ' отверстия Ф 5

Рисунок 6 - Принципиальные схемы экспериментальных ПРП

Обработка экспериментальных данных производилась с использованием программы по реализации численного алгоритма метода вращающихся координат, написанной на языке С++ совместно со специалистами факультета систем управления, информатики и электроэнергетики Московского авиационного института (код программы представлен в приложении Б рукописи диссертации).

В результате обработки данных получены эмпирические зависимости в безразмерном виде для всех исследуемых ПРП. При этом установлено, что для всех конструкций ПРП минимальный уровень взлива жидкости при откачке пропорционально зависит от числа Бг. Следует отметить, что представленная ниже, в качестве примера, зависимость для ПРП № 1, имеет аналогичный вид с ранее полученной зависимостью, представленной в работе Беркутова И.С. (см. рисунок 6):

1,2К,

0,5 + 0,49Рг -

(13)

о и2

где Ке - —— - число Рейнольдса; Рг = —— _ число Фруда; g - ускорение

свободного падения, м/с2; и — скорость потока жидкости, м/с; у - кинематическая вязкость жидкости, м7с; с! - диаметр патрубка, м; К- коэффициент запаса, учитывающий нестационарность формы вихревой воронки (К3 = 1,2).

На рисунке 7 представлен график зависимости —— = /(Иг) для различных

с1

конструкций ПРП, из которого видно, что наиболее эффективной является конструкция патрубка № 8, позволяющая откачивать горящую жидкость из РВС до наиболее минимального уровня.

2,5

Нкр/(1

патрубок 1

патрубок 2 патрубок 5 патртбок 3 патрубок 4 патрубок 9

патрубки 6 и 7

патрубок 8

1,5

0,5

0

0 5 10 15 20 25 30 35 Рисунок 7 - Зависимость Якр / с? от числа Рг для различных конструкций ПРП

Таким образом, конструкцию патрубка № 8, состоящую из конфузора, патрубка увеличенного сечения, диффузора со срезом, повернутым вверх и с отверстиями, находящимися в его нижней части (см. рисунок 6), предлагается использовать на практике, определяя критический напор по зависимости:

Я. <1

(

= к,

0,3 + 0,2Рг°

(14)

В четвертой главе представлены «Рекомендации по безопасной и эффективной откачке светлых нефтепродуктов из горящих РВС», в которых: рассмотрены особенности развития пожаров в резервуарах и резервуарных парках с нефтепродуктами; даны рекомендации по откачке нефтепродуктов до минимально возможного уровня взлива при пожаре в РВС; приведена методика откачки светлых нефтепродуктов из горящих РВС.

В заключении сформулированы основные выводы и рекомендации, полученные в ходе выполнения диссертационной работы.

В приложениях приведены: результаты измерений минимального уровня взлива при откачке через ПРП различной конструкции; код компьютерной программы по реализации метода вращающихся координат; акты внедрения результатов диссертационной работы.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

1. В результате анализа литературных источников и нормативных документов установлено, что исследования по откачке нефтепродуктов из горящих РВС как в СРВ, так и в России, не проводились. Обоснована необходимость проведения исследований для разработки научно-обоснованных рекомендаций по безопасной и эффективной откачке светлых нефтепродуктов из горящих РВС.

2. Разработана методика и проведены крупномасштабные натурные эксперименты в двух резервуарных парках СРВ по откачке ДТ из РВС-1000 мJ и нефти из РВС-10000 м^ Доказана возможность регулирования времени откачки жидкости из РВС до минимально возможного уровня взлива за счет проведения последовательной откачки сначала тремя или двумя насосами, а при ворон-кообразовании в РВС или вхождении насосов в режим кавитации, - одним насосом с наименьшей производительностью.

3. В результате обработки экспериментальных данных получена эмпирическая зависимость для определения времени откачки светлых нефтепродуктов из горящих РВС, а также разработана номограмма для определения времени откачки ДТ и бензина из горящих РВС в зависимости от объема откачиваемых жидкостей и производительности насосов, рекомендуемые для оперативного использования в практической деятельности сотрудниками противопожарной службы и администрацией производственного объекта.

4. Разработаны лабораторный стенд и методика проведения экспериментов по изучению влияния форм ПРП (девять конструкций) на величину критического напора при откачке жидкости из резервуара. В результате обработки полученных данных предложены вариант оптимальной конструкции ПРП, позволяющего производить максимальную откачку жидкости из резервуара, и эмпирическая зависимость для определения критического напора, рекомендуемые к практическому применению.

5. Разработаны «Рекомендации по обеспечению безопасной и эффективной откачки светлых нефтепродуктов из горящих РВС», применение на практике которых позволит обеспечить безопасность личного состава пожарной охраны и персонала объекта, участвующих в тушении пожара, свести к минимуму количество сгоревшего нефтепродукта за счет относительно быстрой локализации пожара, а также предотвратить каскадное развитие пожара в резервуарных парках.

Основные положения диссертации опубликованы в следующих ведущих периодических изданиях из перечня ВАК:

1. Клубань, B.C. Обоснование возможности откачки нефти и нефтепродуктов из горящих резервуаров во Вьетнаме [Текст] / B.C. Клубань, Фам Хуи Куанг // Пожары и чрезвычайные ситуации: предотвращение, ликвидация. -2013.-№ 4. -С. 52-55.

2. Клубань, B.C. О безопасной откачке нефти и нефтепродуктов из горящих резервуаров [Электронный ресурс] / B.C. Клубань, Фам Хуи Куанг // Технологии техносферной безопасности. — 2013. - № 5. - 5 с. - Режим доступа: http://ipb.mos.ru/ttb/2013-5/2013-5.html.

3. Клубань, B.C. Откачка нефтепродуктов при пожарах в резервуарах -один из эффективных безопасных способов их локализации [Электронный ресурс] / B.C. Клубань, Фам Хуи Куанг // Технологии техносферной безопасности. - 2014. - № 3. - 6 с. - Режим доступа: http://ipb.mos.ru/ttb/2014-3/2014-3.html.

4. Фам Хуи Куанг. Исследование влияния конструкции приемо-разда-точных патрубков на критический напор горючей жидкости в процессе ее откачки из РВС при пожаре [Электронный ресурс] / Фам Хуи Куанг // Технологии техносферной безопасности. - 2014. - № 6. - 7 с. - Режим доступа: http://ipb.mos.nj/ttb/2014-6/2014-6.html.

Остальные публикации по теме диссертации:

5. Фам Хуи Куанг. Обоснование возможности откачки нефти и нефтепродуктов из горящих резервуаров во Вьетнаме [Текст] / Фам Хуи Куанг // Материалы второй международной научн.-практ. конф.: Проблемы техносферной безопасности. - М.: Академия ГПС МЧС России, 2013. - С. 22-24.

6. Клубань, B.C. Откачка нефти из горящих резервуаров - один из эффективных способов локализации пожаров в резервуарных парках [Текст] / B.C. Клубань, Фам Хуи Куанг // Материалы третьей международной научн.-техн. конф.: Пожаротушение: проблемы, технологии, инновации. - М.: Академия ГПС МЧС России, 2014. - С. 30-33.

7. Клубань, B.C. Обоснование возможности откачки нефти и нефтепродуктов из горящих резервуаров во Вьетнаме [Текст] / B.C. Клубань, Фам Хуи Куанг // Материалы второй международной научн.-техн. конф.: Пожаротушение: проблемы, технологии, инновации. - М.: Академия ГПС МЧС России, 2013.-С. 99-102.

8. Клубань, B.C. Организационно-технические мероприятия, обеспечивающие откачку нефти и нефтепродуктов из горящего открытым пламенем резервуара [Текст] / B.C. Клубань [и др.] // Материалы третьей международной научн.-техн. конф.: Пожаротушение: проблемы, технологии, инновации. - М.: Академия ГПС МЧС России, 2014. - С. 90-93.

9. Клубань, B.C. О безопасной откачке нефти и нефтепродуктов из горящих резервуаров типа РВС [Текст] / B.C. Клубань, Фам Хуи Куанг, By Ван Тхюи // Материалы третьей международной научн.-практ. конф.: Проблемы техносферной безопасности. - М.: Академия ГПС МЧС России, 2014. - С. 49-50.

10. Клубань, B.C. О влиянии конструкции боковых патрубков на уровень взлива в процессе откачки горючей жидкости из резервуара при пожаре [Текст] / B.C. Клубань, Фам Хуи Куанг // Материалы 23-й международной научн.-техн. конф.: Системы безопасности - 2014. - М.: Академия ГПС МЧС России, 2014. -С. 143-145.

11. Клубань, B.C. Оценка влияния конструкции приемо-раздаточных патрубков на величину критического напора при откачке горючей жидкости из резервуара при пожаре [Текст] / B.C. Клубань, Фам Хуи Куанг // Материалы 9-й международной научн.-практ. конф.: Пожарная и аварийная безопасность. -Иваново: Ивановский институт ГПС МЧС России, 2014. - С. 56-58.

12. Клубань, B.C. Оценка влияния конструкции приемо-раздаточных патрубков на величину критического напора при откачке горючей жидкости из резервуара при пожаре [Текст] / B.C. Клубань, Фам Хуи Куанг // Материалы международной научн.-практ. конф.: Проблемы обеспечения безопасности людей при пожаре и взрыве. - Минск: Командно-инженерный институт МЧС Республики Беларусь, 2014. - С. 49-52.

13. Клубань, B.C. Подход к экспериментальному определению времени откачки нефтепродуктов и нефти из резервуаров при пожаре в резервуарных парках [Текст] / B.C. Клубань, Фам Хуи Куанг // Материалы международной научн.-практ. конф.: Комплексные проблемы техносферной безопасности. -Воронеж: Воронежский государственный технический университет, 2014. -С. 9-12.

14. Pham Huy Quang, Kluban V. S. Nghiên ciiu âp dung bien phâp bom hut an toàn dâu mô và sàn phâm dâu mô tir bê chüa dang chây // Tap chi Phông chây chùa chây - Viêt Nam, - 2014. - № 60. - Trang 38-39. (Фам Хуи Куанг. Исследование способа безопасной откачки нефти и нефтепродуктов из горящих резервуаров [Текст] / Фам Хуи Куанг, B.C. Клубань // Пожарная безопасность. - Вьетнам. -2014.-№60.-С. 38-39).

Подписано в печать 22.09.2015г.

У сл. п. л. - 1.0 Заказ № 27845 Тираж: 100 экз.

Копицентр «ЧЕРТЕЖ.ру» ИНН 7701723201 107023, Москва, ул.Б.Семеновская 11, стр.12 (495) 542-7389 www.chertez.ru

15-1 1339

2015670700

2015670700