автореферат диссертации по безопасности жизнедеятельности человека, 05.26.03, диссертация на тему:Обеспечение пожарной безопасности нефтебаз ограничением разлива нефтепродуктов при разрушениях вертикальных стальных резервуаров

ВВЕДЕНИЕ.

ГЛАВА 1. АНАЛИЗ ПОЖАРНОЙ ОПАСНОСТИ НЕФТЕБАЗ И СИСТЕМ ЗАЩИТЫ

ПО ОГРАНИЧЕНИЮ АВАРИЙНОГО РАЗЛИВА НЕФТЕПРОДУКТОВ.

1.1. Характерные особенности пожарной опасности нефтебаз, расположенных в населенных пунктах.

1.2. Статистические данные о полных разрушениях РВС.

1.2.1. Источники информации о разрушениях РВС.

1.2.2. Анализ статистических данных.

1.2.3. Примеры разрушений резервуаров.

1.3. Анализ требований нормативных документов.

1.4. Случаи разрушений резервуаров за рубежом.

1.5. Требования норм и правил зарубежных стран по ограничению аварийного разлива нефтепродуктов.

1.6. Цель и задачи исследования.

ГЛАВА 2. МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ.

2.1. Анализ работ по исследованию разлива жидкостей на твердых поверхностях.

2.2. Теоретические предпосылки выбора модели исследований.

2.3. Прогнозирование площадей разливов нефтепродуктов на основании обработки статистических данных.

2.3.1. Подготовка статистических данных.

2.3.2. Разработка математической модели для определения площадей разливов нефтепродуктов методом регрессионного анализа.

2.4. Прогнозирование возможной зоны затопления территории нефтебазы и соседних объектов при разрушении РВС.

ГЛАВА 3. АНАЛИЗ ТЕОРЕТИЧЕСКИХ ИССЛЕДОВАНИЙ НЕУСТАНОВИВШИХСЯ

ГИДРОДИНАМИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ ПРИ ОБРАЗОВАНИИ ВОЛНЫ ПРОРЫВА И ЕЕ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ С ПРЕГРАДАМИ.

3.1. Анализ движения жидкости при полном разрушении РВС.

3.2. Обзор исследований волны прорыва при разрушении водонапорных сооружений.

3.3. Математическое моделирование волны прорыва, образующейся при разрушении РВС.

3.3.1. Постановка задачи о формировании и движении волны прорыва и ее взаимодействии с защитной преградой.

3.3.2. Метод решения поставленной задачи.

3.3.3. Составление вычислительного алгоритма для решения задачи о движении волны прорыва.

3.3.4. Результаты расчетов задачи о взаимодействии волны прорыва с преградой и их обсуждение.

ГЛАВА 4. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ

ВОЛНЫ ПРОРЫВА С ЗАЩИТНЫМИ ПРЕГРАДАМИ.

4.1. Определение критериев подобия.

4.2. Разработка лабораторного стенда и методики проведения экспериментов.

4.3. Проведение экспериментов и обработка опытных данных.

4.4. Техника измерений и оценка погрешности измерений.

ГЛАВА 5. РАЗРАБОТКА РЕКОМЕНДАЦИЙ ПО ОГРАНИЧЕНИЮ РАЗЛИВА НЕФТЕПРОДУКТОВ ПРИ РАЗРУШЕНИЯХ РВС НА НЕФТЕБАЗАХ, РАСПОЛОЖЕННЫХ НА СЕЛИТЕБНОЙ ТЕРРИТОРИИ.

ВЫВОДЫ.

Масштабы негативных социально-экономических последствий техногенных аварий и пожаров ставят проблему предупреждения чрезвычайных ситуаций, обеспечения безопасности населения, объектов экономики и окружающей природной среды в ряд актуальных вопросов современности [1-4].

Особую пожарную опасность представляют предприятия нефтепродук-тообеспечения, эксплуатируемые в черте плотной застройки населенных пунктов. В настоящее время в России имеется более 500 таких предприятий [5]. Анализ статистических данных аварий и пожаров на этих объектах показал, что наиболее опасная ситуация возникает при полном разрушении вертикального стального резервуара (РВС). Образующийся мощный поток жидкости -волна прорыва - разрушает нормативные обвалования и выходит за пределы территории объекта, часто приводя к катастрофическим последствиям. Площадь разлива нефтепродуктов достигает сотен тысяч квадратных метров [6, 7].

До настоящего времени проводились исследования по определению площадей разливов ограниченных объемов различных жидкостей на горизонтальных поверхностях [8-15]. Однако использовать результаты этих исследований не представляется возможным вследствие того, что они в десятки и сотни раз превышают величины площадей разливов при разрушениях РВС. Объясняется это тем, что в предлагаемых методиках не учитывался характер истечения потока жидкости, уклон и рельеф местности, наличие преград, смежных объектов и других факторов влияющих на величину площади разлива.

Согласно проведенному анализу российских и зарубежных нормативных документов, применяемые в отечественной и мировой практике защитные сооружения в виде земляных обвалований или железобетонных стен рассчитываются на гидростатическое давление [16, 17]. Поэтому они не могут удержать гидродинамический поток жидкости, образующийся при полном разрушении РВС [7, 18-20].

Таким образом, для повышения безопасности населения и объектов застройки населенных пунктов, которые могут оказаться в зоне опасного воздействия волны прорыва и сопутствующих ей опасных факторов пожара, необходимо применять адекватные рассматриваемому явлению инженерные защитные сооружения, а также иметь возможность прогнозировать площадь аварийного разлива нефтепродукта при полном разрушении РВС.

Целью диссертационной работы является разработка рекомендаций по ограничению разлива нефтепродуктов при разрушениях РВС на нефтебазах, расположенных на селитебной территории.

Для достижения поставленной цели в работе необходимо решить следующие задачи:

- произвести анализ состояния противопожарных преград на предприятиях нефтепродуктообеспечения, расположенных в населенных пунктах;

- собрать и проанализировать статистические данные последствий полных разрушений РВС, на основании которых разработать методику прогнозирования площади разлива нефтепродукта и зоны возможного затопления территории нефтебазы и соседних объектов;

- разработать математическую модель взаимодействия волны прорыва с защитной преградой, лабораторный стенд и методику проведения экспериментов по удержанию потока жидкости;

- обосновать варианты конструктивного исполнения защитной преграды, способной удержать волну прорыва и локализовать весь объем хранимой в резервуаре жидкости в пределах обвалования;

- предложить математическую зависимость для вычисления параметров защитной ограждающей стены, а также номограммы по определению площади разлива нефтепродукта при разрушении РВС для использования их в практической деятельности органами Государственной противопожарной службы.

Объектом исследования является процесс взаимодействия образующейся при полном разрушении РВС волны прорыва с защитными преградами.

В качестве предмета исследования рассматривались защитные преграды различной конфигурации, способные ограничить разлив нефтепродукта при разрушении РВС.

Научная новизна работы заключается в следующем:

1. Собран репрезентативный массив данных о полных разрушениях РВС (97 событий), представляющий собой частную выборку из генерального статистического массива произошедших случаев пожаров и аварий резервуаров за период с 1950 по 2000 гг. По результатам обработки статистических данных разработана методика прогнозирования площади разлива нефтепродукта и зоны возможного затопления территории нефтебазы и соседних объектов при полном разрушении РВС.

2. Разработана математическая модель образования волны прорыва при разрушении РВС и ее взаимодействия с защитной преградой, на основании которой созданы лабораторный стенд и методика проведения экспериментов.

3. Создана математическая модель для определения параметров защитной ограждающей стены с отбойным козырьком, способной удержать волну прорыва при разрушении РВС.

4. Предложены математические зависимости и номограммы для определения площадей разливов нефтепродуктов при разрушениях РВС.

Практическая ценность работы. Практическая ценность работы состоит в том, что разработанная методика прогнозирования площади разлива нефтепродукта и зоны возможного затопления территории нефтебазы и смежных с ней объектов позволяет рассчитать необходимое количество сил и средств для тушения пожара и ликвидации аварии в целом.

Найденные закономерности дают возможность определить форму поверхности разлива и максимальное расстояние на которое может разлиться нефтепродукт на местности при разрушении РВС, что необходимо для выявления путей распространения пожара с нефтебазы на соседние объекты.

Предложенная конструкция преграды по ограничению разлива нефтепродукта при разрушении РВС, способная удержать волну прорыва, позволяет свести к минимуму катастрофические последствия техногенной аварии.

Материалы диссертации реализованы при: а) составлении доклада Президенту России о состоянии пожарной безопасности в стране и Федеральной целевой программы "Пожарная безопасность и социальная защита"; б) разработке нормативного документа по пожарной безопасности: "Рекомендации по обеспечению пожарной безопасности объектов нефтепро-дуктообеспечения, расположенных на селитебной территории". М.: ГУ ГПС МВД России, ВНИИПО МВД России, 1997; в) проектировании и строительстве защитной стены с отбойным козырьком для резервуара РВС-30000 м3 на нефтебазе "Шесхарис" г. Новороссийска. Мостосталь Забже Холдинг СА. Польша, 1996; г) организации практической работы в гарнизоне пожарной охраны г. Новороссийска по разработке оперативных планов пожаротушения на объектах нефтепродуктообеспечения, по прогнозированию зон аварийного разлива нефтепродукта в случае крупномасштабной аварии, связанной с полным разрушением РВС, а также проведении учений и анализе обстановки с пожарами в резервуарных парках г. Новороссийска с целью принятия управленческих решений по обеспечению пожарной безопасности объектов нефтепродуктообеспечения в городской застройке; д) разработке лекционного материала по курсу "Пожарная безопасность технологических процессов" в Академии ГПС МВД России.

Основные результаты работы были доложены на:

- XIII Всероссийской научно-практической конференции "Пожарная безопасность - 95" (г. Москва, ВНИИПО МВД РФ, 1995);

- Научно-практической конференции специалистов предприятий и организаций России по безопасности оборудования "Безопасность применения оборудования потенциально опасных производств" (г. Москва, МХТИ им. Д.И. Менделеева, 1996);

- Международной конференции "Безопасность крупных городов" (г. Москва, 1996);

- 5-th International Conference Modern building materials, structures and techniques (Lithuania, Vilnius, 1997);

- научно-технической секции по проблемам обеспечения безопасности объектов нефтепродуктообеспечения, расположенных на селитебной территории (г. Москва, МИПБ МВД РФ, 1997).

- 27- th International Symposium on Combustion "Abstracts of Work-in-Progress Poster Presentations" (Poster Session: Fire and Fire Suppression) (University of Colorado at Boulder, 1998);

На защиту выносятся:

- массив статистических данных о последствиях полных разрушений РВС и зависимости, полученные при их обработке;

- результаты анализа ранее проводившихся исследований по разливу жидкостей на твердых поверхностях;

- результаты теоретического исследования процесса образования и взаимодействия волны прорыва с защитной преградой;

- закономерности, полученные при экспериментальных исследованиях процессов удержания волны прорыва защитными преградами различной конфигурации;

- конструкция защитной преграды, способной удержать волну прорыва и весь объем жидкости в заданных границах обвалования.

Публикации. По теме диссертации автором опубликовано 8 научных работ.

Структура, объем работы и ее основные разделы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, выводов, списка использованной литературы и приложения. Содержание работы изложено на 180 страницах текста, включает в себя 29 таблиц, 56 рисунков, список использованной литературы из 179 наименований.