автореферат диссертации по безопасности жизнедеятельности человека, 05.26.03, диссертация на тему:Оценка и обоснование безопасной эксплуатации автозаправочной станции с мультипродуктовыми топливораздаточными колонками

На правах рукописи

АХМЕРОВ ВИЛЬМИР ВЕНЕРОВИЧ

ОЦЕНКА И ОБОСНОВАНИЕ БЕЗОПАСНОЙ ЭКСПЛУАТАЦИИ АВТОЗАПРАВОЧНОЙ СТАНЦИИ С МУЛЬТИПРОДУКТОВЫМИ ТОПЛИВОРАЗДАТОЧНЫМИ КОЛОНКАМИ

Специальность 05.26.03 - Пожарная и промышленная безопасность

(нефтегазовая отрасль)

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени

кандидата технических наук 1 О {'/ОН 2015

005569905

Уфа-2015

005569905

Работа выполнена на кафедре «Безопасность производства и промышленная экология» ФГБОУ ВПО «Уфимский государственный авиационный технический университет» (УГАТУ).

Научный руководитель: Доктор технических наук, профессор

Красногорская Наталия Николаевна

Официальные оппоненты: Грозовский Геннадий Ильич

доктор технических наук, профессор, ОАО «НТЦ «Промышленная безопасность» / заместитель генерального директора по научной работе

Старовойтова Евгения Валерьевна

кандидат технических наук, ФГБОУ ВПО «Казанский национальный исследовательский технологический университет» / кафедра «Машины и аппараты химических производств», ассистент

Ведущая организация ФГБОУ ВПО «Московский государственный

технический университет им. Н.Э. Баумана»

Защита состоится 02 июля 2015 г. в 14.30 на заседании диссертационного совета Д 212.289.05 при ФГБОУ ВПО «Уфимский государственный нефтяной технический университет» по адресу: 450062, Республика Башкортостан, г. Уфа, ул. Космонавтов, 1.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГБОУ ВПО «Уфимский государственный нефтяной технический университет» и на сайте www.rusoil.net.

Автореферат разослан "¿г-? 2015 г.

Ученый секретарь диссертационного совета

7

Ризванов Риф Гарифович

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы диссертационного исследования. Рост автомобильного парка России обуславливает интенсивное развитие объектов снабжения транспортных средств топливом - автозаправочная станция (АЗС).

В последнее время все больше внимания уделяется использованию альтернативного вида моторного топлива - сжиженного углеводородного газа (СУГ). В соответствии с распоряжениями Правительства РФ от 14 мая 2013 г. N 767-р и от 12 сентября 2014 г. планируется перевести на газ не менее 50% общественного транспорта России для развития газомоторной отрасли, где в качестве оптимального варианта рассматривается создание многотопливных АЗС путем строительства новых или перепрофилирования существующих АЗС. Многотопливная АЗС, как правило, максимально приближена к потребителю и характеризуется опасностью возникновения аварий из-за образования взрывоопасной топливно-воздушной смеси (TBC) на ее территории. Причиной образования взрывоопасной TBC являются потери нефтепродукта из технологического оборудования АЗС.

Перспективным направлением является развитие интегрированной АЗС, использующей мультипродуктовые топливораздаточные колонки (МТРК), позволяющие заправить транспортное средство бензином и СУГ на одной площадке. Применение МТРК имеет преимущества: повышение рентабельности; снижение строительных и эксплуатационных затрат; оптимизация очереди транспортных средств, но в то же время пожаровзрывоопасность интегрированной АЗС в настоящее время недостаточно изучена. В связи с этим оценка безопасности функционирования интегрированной АЗС является весьма актуальной.

Степень разработанности темы. Отсутствует научно-техническое обоснование безопасной эксплуатации интегрированной АЗС: не оценена вероятность образования взрывоопасных паров бензина и СУГ на площадке МТРК; недостаточно изучены сценарии и риски аварий на АЗС с МТРК.

Существующие методики расчета потерь СУГ не учитывают особенности используемого оборудования (конструкция, расположение) и технологических операций: слив; заправка транспортных средств СУГ, что снижает адекватность оценки образования TBC.

Цель диссертационного исследования - научно-техническое обоснование безопасной эксплуатации интегрированной АЗС.

Для достижения указанной цели решались следующие задачи:

- разработка методики оценки потерь и образования TBC СУГ в технологическом процессе и операциях АЗС на основе исследования влияния особенностей используемого оборудования;

- оценка вероятности образования взрывоопасных паров бензина и СУГ на площадке МТРК при эксплуатации интегрированной АЗС;

- оценка риска гибели людей при возникновении пожара или взрыва на интегрированной АЗС;

- разработка мероприятий по повышению безопасной эксплуатации интегрированной АЗС;

- выбор программного продукта 30-моделирования, используемого для повышения эффективности процесса ликвидации аварий на АЗС и интегрируемого в систему информационного обеспечения МЧС России.

Научная новизна:

- установлено, что после слива сжиженного углеводородного газа из автоцистерны с полной откачкой насосом в сливном рукаве остается жидкая фаза в количестве примерно 5% (об.) геометрического объема, влияющая на величину взрывоопасной топливно-воздушной смеси;

- установлено, что при движении атмосферного воздуха со скоростью не более 0,5 м/с в направлении, перпендикулярном площади защитного экрана, образуются зоны застоя.

Практическая значимость. Результаты диссертационного исследования использованы в ООО «Экосистемз» (акт внедрения от 15.04.2014 г.) для оценки потерь и образования TBC СУГ в виде программы ЭВМ (свидетельство о гос. per. программы для ЭВМ № 2014613792 от 20.05.2014 г.), а также оценки и повышения безопасности интегрированной АЗС, в виде:

1) экспериментальных данных по определению зон застоя и оценке образования взрывоопасных паров бензина и СУГ на площадке МТРК;

2) результатов оценки риска гибели людей на АЗС с МТРК;

3) мероприятий для повышения безопасной эксплуатации АЗС с МТРК:

a. система возврата сжиженного углеводородного газа из заправочного пистолета в газоотделитель топливораздаточной колонки (патент на полезную модель № 140107 от 27.04.2014 г.);

b. способ оптимального ориентирования защитных экранов на площадке МТРК (патент на полезную модель № 143155 от 20.07.2014 г.);

c. установка разрывной предохранительной муфты на участке вероятной разгерметизации - трубопроводе подачи топлива для предотвращения возникновения аварии при повреждении МТРК.

Разработанная методика оценки потерь и образования TBC СУГ, реализованная в программе ЭВМ (свидетельство о гос. per. программы для ЭВМ № 2014613792 от 20.05.2014 г.) используется специалистами ООО «Регионгаз» для расчета потерь СУГ на АЗС и интенсификации процессов энергосбережения (справка от 10.03.2014г., исх. № 14/112).

Разработанные критерии и результаты экспертной оценки для выбора программного продукта ЗО-моделирования, применяемого для повышения эффективности процесса ликвидации аварий, используются в виде рекомендаций проектным организациям и потенциально-опасным объектам при создании 3D-моделей в Управлении гражданской защиты Администрации городского округа город Уфа Республики Башкортостан (справка от 24.03.2014г., исх.№ 18/303).

Методология н методы исследования. Методологическую основу работы составили теоретические, экспериментальные и статистические данные. В качестве методов исследования применялись: статистические методы; численное моделирование; метод экспертных оценок.

Основные положения, выносимые на защиту:

- методика оценки потерь и образования TBC СУГ, учитывающая все технологические операции АЗС, остаток жидкой фазы в сливном рукаве и резервуаре хранения, свойства двухфазной системы (пар-жидкость) и температуру в подземном резервуаре хранения, конструкцию заправочного пистолета (свидетельство о гос. per. программы для ЭВМ № 2014613792 от 20.05.2014 г.);

- способ определения остатка жидкой фазы СУГ в сливном рукаве для оценки потерь и образования TBC на АЗС;

- алгоритм выбора мероприятий для повышения безопасной эксплуатации интегрированной АЗС.

Степень достоверности работы обусловлена применением расчетных методов, прошедших апробацию экспериментальным путем, сопоставлением полученных расчетных результатов с фактическими.

Апробация результатов исследования. Основные положения диссертации докладывались и обсуждались на научно-практических конференциях и семинарах:

.XIX Международная научно-практическая конференция «Нефтегазопереработка-2011» (г. Уфа, 2011 г.);

- Всероссийская научно-практическая конференция с международным участием «Проблемы безопасности и защиты населения и территории от чрезвычайных ситуаций» (г. Уфа, 2011,2012, 2014 г.);

- X Международная научно-практическая конференция «Наука, образование, производство в решении экологических проблем» (Экология - 2012) (г. Уфа, 2012 г.);

- конференция, посвященная году экологии в ООО «Газпром Трансгаз Уфа» (г. Уфа, 2013 г.);

- VI Международная научно-практическая конференция молодых ученых «Актуальные проблемы науки и техники - 2013» (г. Уфа, 2013 г.);

- X Всероссийская научно-техническая конференция «Актуальные проблемы развития нефтегазового комплекса России» (г. Москва, 2014 г.);

- XIV Всероссийская конференция - школа «Химия и инженерная экология» (г. Казань, 2014 г.);

- Всероссийская научно-практическая конференция с международным участием «Экологическая безопасность и культура - требование современности» (г. Уфа, 2014 г.);

I Международная научно-практическая конференция «Основы проектирования опасных производственных объектов» (г. Уфа, 2014 г.).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 20 научных трудов, в том числе 11 статей, из них 3 статьи в изданиях, входящих в перечень ВАК Минобрнауки РФ, тезисы 5 докладов, 1 патент на изобретение, 2 патента на полезную модель, 1 свидетельство о государственной регистрации программы ЭВМ.

Объем и структура работы. Диссертационная работа состоит из введения, 5 глав, заключения, списка использованных источников из 169 наименований и 19 приложений, изложена на 163 страницах, содержит 57 рисунков и 28 таблиц.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении дана общая характеристика работы, обоснована актуальность темы, сформулированы цель и задачи исследования, научная новизна и практическая ценность.

В первой главе проведены анализ аварийности АЗС и современного состояния проблемы оценки потерь СУГ, а также оценка возможностей 30-моделирования для повышения безопасной эксплуатации АЗС.

Типичные аварии на АЗС происходят по сценарию: образование взрывоопасной TBC; воспламенение паров топлива случайным источником.

Согласно требованиям НПБ 111-98* на площадке ТРК устанавливаются защитные экраны, отделяющие места заправки транспортного средства, в связи с чем высока вероятность возникновения зон застоя атмосферного воздуха, образования и накопления взрывоопасных паров бензина и СУГ при применении МТРК.

Известно, что источниками образования взрывоопасной TBC на территории АЗС • являются потери нефтепродукта. Исследованиям потерь нефтепродукта посвящены работы, в которых достаточно подробно рассмотрены процессы образования паров нефтепродукта из-за «больших» и «малых» дыханий резервуаров, а также способы их сокращения. Однако потери СУГ в технологическом процессе АЗС недостаточно изучены.

По требованию МЧС России для повышения эффективности процесса ликвидации аварий с помощью их визуализации, используется ЗО-моделирование. При ЗО-моделировании, интегрируемом в систему информационного обеспечения МЧС, отсутствуют критерии выбора программного продукта.

Во второй главе приведена характеристика объекта исследования, исходных данных и используемых в работе методов.

Объектом исследования выбрана действующая АЗС. В качестве исходных данных использованы: размеры оборудования и сооружений АЗС; технологические и газодинамические параметры СУГ и оборудования; метеорологические показатели и показатели пожаровзрывоопасности бензина и СУГ.

В работе использованы методы:

- измерение - температуры СУГ в подземном резервуаре хранения топлива АЗС с применением автоматической системы измерения ПМП-200, давления в оборудовании манометрами марки МПЗ-Уф и МТИ 1216, массы СУГ в автоцистерне и сливном рукаве электронными весами марок ВИЗА-8913-50 и WEIHENG (WH-А08), соответственно;

- численное моделирование с применением CFD-технологии для определения вероятных зон застоя атмосферного воздуха и оценки образования взрывоопасных паров бензина и СУГ на площадке МТРК.

Численное моделирование осуществлялось с использованием программного продукта FlowVision (лицензия № FRM 00195 от 24.12.2007 г.). 3D-модель интегрированной АЗС для работы в FlowVision разрабатывалась в программном продукте SolidWorks (серийный номер: 9710 0057 2214 0628).

В третьей главе выполнено исследование влияния особенностей используемого оборудования, технологических операций на потери и образование TBC СУГ, а также разрабатывалась методика оценки потерь и образования TBC СУГ в технологическом процессе АЗС.

Определение потерь СУГ при операциях - источниках потерь, выполняемых в технологическом процессе АЗС, осуществлялось существующими методиками №1',№22,№33 и на основании результатов исследования влияния особенностей используемого оборудования, технологических операций на потери СУГ. В процессе исследования потерь СУГ учитывалось, что сливные операции на АЗС выполняются насосом. Результаты определения потерь СУГ в технологическом процессе АЗС приведены в таблице 1.

Из таблицы 1 видно, что методики №1, №2, №3 учитывают не все потери СУГ, а именно потери на операциях Пд^г» Пдзс2С4Г> П™^'1', IlfjoTpIi- При определении плотности паровой фазы и давления в оборудовании АЗС не учитываются свойства гетерогенной (пар-жидкость) систем, а также не используются данные температуры в подземном резервуаре хранения топлива.

1 Методика определения технологических потерь сжиженных углеводородных газов на газонаполнительных пунктах и автогазозаправочных станциях 2004 года;

2 Методика определения технологических потерь сжиженных углеводородных газов на кустовых базах сжиженного газа и автогазозаправочных станциях;

3 Инструкция по проведению инвентаризации источников загрязнения и нормирования выбросов загрязняющих веществ в атмосферу для предприятий Республики Узбекистан 2005 года.

Таблица 1 - Результаты определения потерь СУГ при выполнении

технологических операций АЗС

Источники потерь СУГ - технологические операции Потери СУГ согласно методикам и исследованию

№1 №2 №3 Исследование

П™Г1С1,Г - Опорожнение рукава выравнивания давления + - + +

Пдзс1С2Г " Опорожнение сливного рукава без полного слива автоцистерны + + + +

Пазс1*2'Г " Опорожнение сливного рукава при полном сливе автоцистерны с учетом остатка жидкой фазы - - - +

ПдзС1СзГ - Проверка уровня наполнения резервуара хранения топлива АЗС с помощью контрольного вентиля + - + +

ПазсЙГ " Проверка уровня СУГ в автоцистерне с помощью контрольного вентиля + - - +

Пдзс2С1Г- Проверка срабатывания клапана на резервуаре хранения АЗС с учетом разности давления в резервуаре и давления атмосферы + - - +

Пдзс2*2Г- Проверка срабатывания клапана на газопроводе АЗС с учетом разности давления в газопроводе и давления атмосферы + - - +

ПдзпмГ- Негерметичность фланцевых соединений газопровода АЗС + - - +

П™г?С4Г- Дренирование воды из резервуара хранения топлива АЗС - - - +

ПдзсзС1Г" ТО4 и ремонт резервуара хранения топлива АЗС с учетом остатка жидкой фазы - - - +

Пд?гз*7Г- Продувка резервуара хранения топлива АЗС после ТО + + + +

П™г?с*г- Замена и ремонт газопроводной арматуры + + + +

ПигчС4Г- Продувка газопроводной арматуры после ТО + + - +

У^твс суг. -¡-д и ремонт насоса + + - +

Пд®гчСдГ- Продувка насоса после ТО и ремонта + + - +

ПпотР4.1" Отсоединение заправочного пистолета от транспортного средства с учетом потерь в «переходнике» - - +

Примечание: температура в подземном резервуаре влияет на величины потерь СУГ при выполнении „„„„„к. пТВССУГ пТВССУГ. пТВССУГ. пТВССУГ. пТВССУГ. гтТВССУГ операции. ПЛЖ71 -Плж?4 , , Ндэтэ , Ндэт* ,Нпптр4 1

Для оценки потерь СУГ на операциях Пдз^'и П™™' (таблица 1), в формуле расчета потерь, методика №1 учитывает разность давлений в оборудовании и атмосферы, а методики №2, №3 - разность давлений в оборудовании до открытия клапана и после его закрытия.

Открытие клапана диаметром 23,5 мм и выброс паров в атмосферу из оборудования АЗС в течение 40 сек показало, что давление в оборудовании при наличии СУГ - двухфазной системы (пар-жидкость), не изменяется. В связи с чем, оценку потерь СУГ на операциях П™ 2лГ и П™£2С2Г (таблица 1) следует выполнять по формуле, используемой методикой №1.

4 ТО - техническое обслуживание

Экспериментально установлено, что в сливном рукаве и резервуаре хранения топлива после полного слива СУГ из оборудования АЗС насосом остается жидкая фаза, влияющая на образование взрывоопасной TBC на территории АЗС.

Для определения остатка жидкой фазы СУГ в сливном рукаве в настоящей работе предложен способ (патент на изобретение № 2537473 от 10.01.2015 г.), основанный на термодинамическом подходе, где рассчитывается масса паров СУГ, выброшенных в атмосферу из оборудования через сходящуюся насадку. Схема подключения приборов и оборудования для определения остатка жидкой фазы СУГ в сливном рукаве представлена на рисунке 1.

Корпус насадки

«г

_____ WÄ

1IV 5о :

Рукав

выравнивания В атмосферу давления 4

3 «

Резервуар хранения

топлива MC

Автоцистерна

С ливной рукав I! атмосферу

Рисунок 1 — Схема подключения приборов и оборудования для определения остатка жидкой фазы СУГ в сливном рукаве: 1 - термометр; 2,5,6,7,8,11 - краны;

4,9 - насадки; 3,10- манометры При определении массы СУГ, выбрасываемого в атмосферу из сливного рукава через насадку, принимались следующие условия (допущения): процесс истечения СУГ через насадку адиабатический и происходит в виде пара; состояние СУГ в сливном рукаве изменяется квазистатически. Масса СУГ, выброшенного из сливного рукава в атмосферу, определялась при надкритическом и докритическом режимах истечения.

Определение остатка жидкой фазы СУГ производилось в стандартном сливном рукаве АЗС диаметром 0,038 м, длиной 9 м. Объем жидкой фазы СУГ в сливном рукаве определялся при известных значениях плотности паровой и жидкой фаз, а также массы СУГ в сливном рукаве согласно формуле:

Рп ■ СК + Рж ■ Ск = ™;сл, (1)

где рп - плотность паровой фазы СУГ, кг/м3;

1/прук- объем, занимаемый паровой фазой СУГ в сливном рукаве, м3; рж -плотность жидкой фазы СУГ, кг/м3;

1/;рук- объем, занимаемый жидкой фазой СУГ в сливном рукаве, м3. Фактическая масса СУГ в сливном рукаве определялась ее взвешиванием. Результаты сопоставления расчетных величин массы и объема жидкой фазы СУГ (по предложенному способу) с фактическими приведены в таблице 2.

Таблица 2 - Расчетная и фактическая величины массы и объема СУГ в

сливном рукаве

т*, °с Расчетное значение Фактическое значение (масс.)

т,аг>*, кг у»* V ГУ* У ж т ¡с.1р>«, кг УгР'к у ру * ж

Ю'м' % Ю-3 м3 % 10° м3 % 10° м3 %

22 0,46 10,76 95,2 0,54 4,8 0,49 10,69 94,6 0,61 5,4 6,1

22 0,47 10,74 95,0 0,56 5,0 0,50 10,67 94,4 0,63 5,6 6,0

17 0,44 10,76 95,2 0,54 4,8 0,47 10,70 94,7 0,60 5,3 6,4

16 0,45 10,74 95,0 0,56 5,0 0,41 10,82 95,8 0,48 4,2 9,8

13 0,44 10,74 95,0 0,56 5,0 0,40 10,82 95,8 0,48 4,2 10,0

6 0,42 10,74 95,0 0,56 5,0 0,45 10,68 94,5 0,62 5,5 6,7

где т расчетная и фактическая массы СУГ, соответственно; Гл"'", Уж1*'* - расчетные значения объема паровой и жидкой фазы СУГ, соответственно; У„р к, Уж'" - фактические значения объема паровой и жидкой фазы СУГ, соответственно; А/с'т- ошибка расчетного значения массы СУГ.

Ошибка расчетного значения массы СУГ в сливном рукаве составила в пределах 6,0... 10,0% (масс.). Среднее расчетное значение объема остатка жидкой фазы СУГ в сливном рукаве составило: 4,9 % (об.), а фактическое: =5,0 % (об.).

Для оценки потерь СУГ на операции П™"^ (таблица 1), предложена формула:

Л™1" = (Рп ■ 0,95 + рж ■ 0,05) ■ Усл. рук, (2)

где Ксл рук - объем сливного рукава, м3.

Формула 2 учитывает фазовое состояние СУГ в сливном рукаве при полном сливе СУГ из автоцистерны в резервуар хранения АЗС насосом.

Для определения остатка жидкой фазы СУГ в резервуаре хранения топлива производилось взвешивание автоцистерны.

Величина остатка жидкой фазы СУГ в резервуаре зависит от его конструкции -высоты сливного трубопровода от дна резервуара (рисунок 2).

Трубопровод огкачкн жилкой фазы

лег

т

VI .__/

\ Участок отбора жидкой фазы а

Рисунок 2 - Конструкция резервуара для СУГ: а - часть резервуара хранения топлива АЗС; б - цилиндрическая часть резервуара СУГ (/? - расстояние от дна резервуара до трубопровода откачки жидкой фазы СУГ, м; г - радиус резервуара, м)

Определение массы остатка жидкой фазы СУГ в резервуаре производилось по формуле:

т1жАЦ = 2 "71 ■ г2) " - ^ ■ Л/Л-С2Т-А)))Х

х(^цил + ^дн) ' Рж > (3)

где ж - число, равное 3,14;

Ьцм-Длина обечайки резервуара, м;

Ьдн - длина одного днища резервуара, м.

Для апробирования формулы 3 сопоставлялись расчетные величины массы и объема остатка жидкой фазы СУГ в автоцистерне с фактическими данными, определенными взвешиванием. Фактическая величина объема жидкой фазы СУГ в автоцистерне определялась согласно формуле 1. Результаты сопоставления расчетных величин с фактическими приведены в таблице 3.

Таблица 3 - Расчетная и фактическая величины массы и объема остатка

жидкой фазы СУГ в автоцистерне

Г/, °с Расчетное значение Фактическое значение Л/АЦмассУо (масс.) Ащоб.% (об.)

ГП1Ж..Щ, кг м3 ПИжАЦ, кг Ужщ-\0-3. м3

22 55,1 108 57,1 112 3,5 3,6

22 55,1 108 58,7 115 6,1 6,1

17 55,9 108 53,3 103 4,9 4,9

16 56,0 108 53,4 103 4,9 4,9

13 56,5 108 52,8 101 7,0 6,9

6 57,6 108 60,8 114 5,3 5,3

где т,ж.щ и т:ж.щ - расчетная и фактическая массы остатка жидкой фазы, соответственно; Уж'щ и Ужм - расчетный и фактический объемы остатка жидкой фазы, соответственно; Д/.-щ.иасс и /\лцоб — относительные погрешности расчетного значения массы и объема.

\ / -4г Ч 1

б

Ошибка расчетной величины остатка жидкой фазы СУГ в автоцистерне составила в пределах 3,5...7,0 % (масс.).

Таким образом, экспериментально апробирована формула 3, позволяющая

фрр луп

определить массу остатка жидкой фазы при оценке потерь СУГ на операции Ппостзл (таблица 1) с максимальной погрешностью 7,0% (масс.).

Учитывая, что при выполнении сливных операций насосом, в автоцистерне, резервуаре хранения топлива и сливном рукаве остается жидкая фаза, то для определения плотности паров СУГ и давления в оборудовании АЗС следует учитывать свойства двухфазной системы (пар-жидкость).

В процессе эксплуатации АЗС периодически осуществляется дренирование воды из резервуара хранения топлива, содержание которой в резервуаре СУГ объемом 10 м3 может достигать до 68 кг. В связи с этим следует учитывать потери СУГ на операции Пдз£2С4Г (таблица 1).

При заправке транспортного средства на площадке МТРК из-за отсоединения заправочного пистолета от транспортного средства, выбрасывается СУГ.

Для оценки потерь СУГ при отсоединении заправочного пистолета от транспортного средства (операция Протмл > таблица 1) выполнено исследование конструкции заправочного оборудования АЗС. Показано, что для соединения заправочных пистолетов разных марок и газового оборудования транспортных средств разных стран-производителей применяются «переходники», увеличивающие образование взрывоопасной TBC на площадке МТРК.

Типы «переходников» и марки заправочных пистолетов, используемые на действующей АЗС, представлены на рисунке 3. Из рисунка 3 видно, что наибольшие потери СУГ образуются при заправке транспортного средства с голландским оборудованием пистолетом NOD ЗВ.

На основании исследования конструкции заправочного оборудования АЗС для оценки потерь СУГ на операции Ппотмл (таблица 1) предложена формула, учитывающая объем полости «переходника»:

ПпотР4.1 = <Уструбц + 1/перех) • Ряс ■ К, (4)

где Vcmp}"'1 - объем внутренней полости заправочного пистолета, м3;

уперех_ объем внутренней полости «переходника», м3;

К - осредненный коэффициент, учитывающий потерю СУГ, вызванную

негерметичностью крепления заправочного пистолета, равный 1,75 Марки заправочных пистолетов

Тип Объем Объем

соеди- пистолета, м «переход-

нения ника», м

1а 2,91-10"6 8,64-10"6

16 2,91-Ю-6 1,88-Ю"6

2 в 6,6-10"6 11,7610"6

2 6 в 6,6-10"6 20,4-10"6

Зв 4,2-10"6 11,76-Ю"6

3 6 в 4,2-10"6 20,4-10"6

Г-ТИМ 2'- NOD ЗВ

Типы «переходников»

а - «переходник» для стыковки пистолета ТИМ с итальянским газовым оборудованием; б - «переходник» для стыковки пистолета ТИМ с голландским газовым оборудованием; в - «переходник» для стыковки пистолета NOD ЗВ и PN 25 с белорусским газовым оборудованием; г - дополнительное устройство для крепления «переходника» типа в

Рисунок 3 - Типы «переходников» и марки пистолетов, используемые при заправке

транспортного средства При стыковке пистолета NOD ЗВ и PN 25 с голландским оборудованием одновременно используются «переходники» бив.

Для повышения точности определения значений плотности СУГ и давления в оборудовании АЗС при оценке потерь СУГ выполнялось измерение температуры в подземном резервуаре хранения в период с января по декабрь 2011 года. Динамика изменения температуры в течение года в подземном резервуаре, в целом, симбатна изменению температуры атмосферы. На рисунке 4 представлены результаты расчета образования TBC СУГ на технологических операциях АЗС (таблица 1) при среднемесячных температурах 2011 года с учетом и без учета температуры в подземном резервуаре хранения топлива АЗС.

9000

7056,68 6907,30

I £ 6000

Т О ь 3000 §и п m н

С учетом температуры в подземном резервуаре С учетом температуры атмосферы

Рисунок 4 - Величины TBC СУГ на технологических операциях АЗС с учетом и без учета температуры в подземном резервуаре Из рисунка 4 видно, что величины TBC СУГ на технологических операциях АЗС (таблица 1), рассчитанные с учетом температуры в подземном резервуаре хранения топлива АЗС, на 2% больше, чем без учета.

Таким образом, на основании результатов исследования влияния особенностей используемого оборудования, технологических операций АЗС на потери и образование TBC СУГ разработана методика оценки потерь и образования TBC СУГ в технологическом процессе АЗС. Методика учитывает потери и образование TBC СУГ на технологических операциях П^^Г, П^^1', , П^отсчл. (таблица 1).

При определении величин плотности СУГ и давления в оборудовании АЗС в разработанной методике учитываются свойства двухфазной системы (пар-жидкость) и температура в подземном резервуаре хранения топлива.

Результаты расчета потерь и образования TBC СУГ на технологических операциях АЗС (таблица 1) для среднемесячных температур 2011 года по разработанной методике и методике №1 представлены на рисунке 5.

5714,94 ----

Методика №1

Рисунок 5 - Величины TBC СУГ в технологическом процессе АЗС, рассчитанные по разработанной методике и методике №1

Величины TBC СУГ по разработанной и экспериментально апробированной методике больше рассчитанных по методике №1, что связано с учетом всех технологических операций АЗС.

Для снижения трудоемкости при оценке образования TBC СУГ по предложенной в настоящей работе методике выполнена разработка программы для расчета на ЭВМ (свидетельство о гос. per. программы для ЭВМ № 2014613792 от 20.05.2014 г.).

В четвертой главе проведена оценка безопасной эксплуатации интегрированной АЗС.

В качестве критериев безопасной эксплуатации АЗС с МТРК, выбраны: индивидуальный - 10"6 год"1 и социальный - 10"8 год"1 риски; отсутствие на площадке МТРК зон застоя; концентрация TBC бензина и СУГ на площадке МТРК, не превышающая 20% от нижнего концентрационного предела распространения пламени (НКПР). На основе критериев выполнены оценка риска гибели людей при возникновении пожара или взрыва на АЗС, определение вероятных зон застоя,

9,000

| >; б,ооо

й" * 3,000 — - 7056,68

5 m п

CQ Н U

Разработанная методика

оценка вероятности образования взрывоопасных паров бензина и СУГ на площадке МТРК.

Анализ аварийности АЗС в период с 2008 по 2014 г. показал, что вероятность аварии из-за наезда транспортного средства на МТРК составляет - 3,6-10"5 год"1, из-за воспламенения TBC СУГ вследствие нарушения техники безопасности при опорожнении рукавов для слива - 2,5-10"4 год"1, заправке транспортного средства -4,2-10"4 год"1.

Риск гибели людей при аварии из-за наезда транспортного средства на МТРК, из-за нарушения техники безопасности при опорожнении рукавов для слива и заправке транспортного средства СУГ, составил 1,2-10"6, 0,93-10"4, 1,55-10"4 год"1, что превышает допустимое значение - 10"6 год"1.

Определение вероятных зон застоя выполнялось при скоростях ветра, характерных для г. Уфа: 2,8 м/с (среднегодовая скорость); 0,5 м/с (максимальная скорость при штиле с вероятностью 18% в год), на высотах 0,2 и 1 м по направлениям ветра: северное; южное; западное; восточное.

Результаты численных экспериментов показали, что при среднегодовой скорости ветра 2,8 м/с на высотах 0,2 и 1 м по основным направлениям ветра практически не образуется зон застоя. Для примера на рисунке 6 приведены результаты расчетов, которые свидетельствуют, что при скорости 0,5 м/с на площадке МТРК наблюдаются вероятные зоны застоя, в которых скорость движения атмосферного воздуха снижается до 0 м/с.

Рисунок 6 - Вероятные застойные зоны на высоте 1 м при скорости ветра 0,5 м/с

При оценке образования взрывоопасных паров бензина и СУГ на площадке МТРК принимались наихудшие условия: производится одновременная заправка 6-ти транспортных средств при производительности ТРК - 120 л/с; скорость движения атмосферного воздуха равна 0 м/с. Исходные данные для оценки приведены в таблице 4.

Таблица 4 - Исходные данные для оценки образования взрывоопасных паров бензина и СУГ на площадке МТРК

Вид топлива (агрегатное состояние) Источник выброса Концентр.,%(об.) Объем вещества, л Диаметр устья, мм Скорость истечения, м/с Соотношение вещества с воздухом, %

НКПР ВКПР5

1 2 3 4 5 6 7 8

СУГ (жидкость) устье заправочного пистолета 1,8 9,1 0,027 8 0,16 100

Бензин (пар) устье топливного бака 1,08 5,03 150 50 1,28 12,85

Для примера на рисунке 7 представлены результаты численного моделирования образования паров бензина и СУГ на площадке МТРК, соответственно, с момента их истечения.

а б

Рисунок 7 - Результаты численного моделирования образования паров бензина и

СУГ на площадке МТРК: а - концентрация паров бензина при истечении из устья топливного бака транспортного средства; б - концентрация паров СУГ при истечении

из заправочного пистолета Из рисунка 7 видно, что концентрация паров бензина на площадке МТРК достигла значения 0,864% (об.), что превышает значение 0,2 НКПР - 0,216% (об.), концентрация паров СУГ достигла значения 0,1% (об.), что не превышает значения 0,2 НКПР - 0,36% (об.).

э ВКПР - верхний концентрационный предел распространения пламени

Оценка образования взрывоопасных паров бензина и СУГ на площадке МТРК с защитными экранами показала, что концентрация паров СУГ не достигла НКПР, но концентрация паров бензина превысила значение 0,2 НКПР.

В пятой главе разработан алгоритм выбора мероприятий для повышения безопасной эксплуатации интегрированной АЗС (рисунок 8).

Рисунок 8 - Алгоритм выбора мероприятий для повышения безопасной эксплуатации

интегрированной АЗС: СТВс - концентрация TBC; К„„л - индивидуальный риск;

Rcou - социальный риск Разработанные рекомендации направлены на снижение вероятности образования TBC СУГ на территории АЗС, обеспечение допустимого риска аварии, улучшение рассеивания взрывоопасных паров топлива на площадке МТРК, повышение эффективности процесса ликвидации аварий на АЗС.

Для снижения вероятности образования взрывоопасной TBC СУГ и риска гибели людей при выполнении операций на АЗС с МТРК рекомендуется:

1. Применять компрессор (или вакуумный насос после) для выполнения сливных операций и электронный уровнемер для контроля объема подтоварной воды и жидкой фазы СУГ в резервуаре хранения топлива АЗС и автоцистерне.

2. Использовать систему возврата СУГ из заправочного пистолета в газоотделитель ТРК (патент на полезную модель № 140107 от 27.04.2014 г.).

Для снижения риска аварии на интегрированной АЗС рекомендуется:

1. На участке вероятной разгерметизации трубопровода МТРК при ее повреждении устанавливать разрывную предохранительную муфту.

2. С целью повышения эффективности процесса ликвидации аварии интегрировать ЗО-модель АЗС в систему информационного обеспечения МЧС России.

Для улучшения рассеивания паров бензина и СУГ защитный экран должен устанавливаться параллельно линии тока преобладающего направления ветра (патент на полезную модель №143155 от 20.07.2014 г.).

После внедрения разработанных мероприятий:

1) расчет индивидуальною риска при аварии из-за наезда транспортного средства на МТРК составляет: 1,36-10"7 год"1, что не превышает допустимого значения - 10"6 год"1;

2) условная вероятность поражения работника АЗС из-за нарушения техники безопасности при заправке транспортного средства и опорожнении рукавов для слива равна нулю.

При трехмерной визуализации аварии и интеграции 3 D-модели АЗС в систему информационного обеспечения МЧС России на основе оценки возможностей 3D-моделирования в системе пожарной безопасности и рекомендаций МЧС разработаны критерии (таблица 5), позволяющие выбрать программный продукт 3D-моделирования: 3D Studio MAX, AutoCAD, КОМПАС 3D.

Таблица 5 - Критерии выбора программного продукта ЗО-моделирования для визуализации аварийных ситуаций на АЗС

Задачи моделирования - группы критериев

Создание статическихЗО-моделей Визуализация 3D-моделей Удобство работы Обмен файлами

Природные объекты Техногенные объекты Объекты архитектуры Анимация составляющих объекта Создание видеороликов Фотореализм «Дружественность» программы Стандартные решения в области архитектуры Стандартные решения в области машиностроения Возможность I прямой :ты ковки с ГИС-системами (на примере ArcGis) Возможность коллективной работы

По результатам 10-ти экспертных оценок в качестве наиболее функционального программного продукта выбран 3D Studio МАХ.

ОСНОВНЫЕ выводы

1. На основании результатов исследования особенностей технологических операций и используемого оборудования АЗС выявлены источники потерь и образования TBC СУГ в технологическом процессе АЗС. Потери СУГ в технологическом процессе АЗС образуются: при дренировании воды из резервуара хранения топлива; в «переходнике» при заправке транспортного средства; в виде остатка жидкой фазы в сливном рукаве (при полном сливе СУГ из автоцистерны) и в резервуаре хранения АЗС (при техническом обслуживании).

Установлено, что:

- после слива СУГ (с полной откачкой) из автоцистерны, в сливном рукаве остается жидкая фаза в количестве примерно 5,0% (об.) от геометрического объема сливного рукава, влияющая на образование взрывоопасной TBC;

- при использовании разных марок пистолетов для заправки транспортных средств применяются «переходники», из-за которых увеличивается образование TBC СУГ на площадке МТРК;

- в автоцистерне, резервуаре хранения АЗС и сливном рукаве, при выполнении сливных операций насосом, присутствует жидкая фаза СУГ, что вызывает необходимость (при оценке потерь СУГ) учитывать свойства двухфазной системы (пар-жидкость).

2. Разработана методика оценки потерь и образования TBC СУГ, учитывающая: все технологические операции АЗС; остаток жидкой фазы в сливном рукаве и резервуаре хранения; свойства двухфазной системы (пар-жидкость); температуру в подземном резервуаре хранения; конструкцию заправочного оборудования АЗС.

Для снижения трудоемкости при определении потерь и образования TBC СУГ разработана программа для расчета на ЭВМ (свидетельство о гос. per. программы для ЭВМ № 2014613792 от 20.05.2014 г.).

3. С применением программного продукта FlowVision выполнено определение зон застоя и оценка образования взрывоопасных паров бензина и СУГ на площадке МТРК.

Установлено, что:

- при движении атмосферного воздуха со скоростью не более 0,5 м/с по направлениям ветра: северное; южное; западное; восточное на площадке

мультипродуктовых ТРК наблюдаются вероятные зоны застоя, в которых скорость воздушного потока снижается до 0 м/с, преимущественно в направлении ветра, когда линии тока атмосферного воздуха перпендикулярны площади защитных экранов;

- при движении атмосферного воздуха со скоростью не менее 2,8 м/с (среднегодовая скорость для г. Уфа) по всем направлениям ветра (северное, южное, западное, восточное) зоны застоя не образуются.

При оценке образования взрывоопасных паров бензина и СУГ на площадке МТРК установлено, что в процессе одновременной заправки 6-ти транспортных средств при наихудших условиях (производительность ТРК - 120 л/с скорость движения атмосферного воздуха равна 0 м/с), концентрация паров СУГ не достигает 0,2 НКПР, а паров бензина - превышает.

4. Разработан алгоритм выбора мероприятий для повышения безопасной эксплуатации интегрированной АЗС. На основании алгоритма разработаны рекомендации, направленные на снижение вероятности образования TBC СУГ в технологическом процессе АЗС; обеспечение допустимого риска аварии; улучшение рассеивания взрывоопасных паров топлива на площадке МТРК; повышение эффективности процесса ликвидации аварий.

5. Риск гибели людей при аварии на интегрированной АЗС из-за нарушения техники безопасности при заправке транспортного средства и опорожнении рукавов для слива, а также наезде транспортного средства на МТРК, до внедрения разработанных мероприятий, превышал допустимое значение, а после внедрения -не превышает.

6. Для повышения эффективности процесса ликвидации аварий на АЗС за счет применения ЗО-моделирования, интегрируемого в систему информационного обеспечения МЧС России, разработаны критерии, на основе которых проведена экспертная оценка и выбран программный продукт ЗО-моделирования - 3D Studio МАХ.

СПИСОК ОСНОВНЫХ ОПУБЛИКОВАННЫХ РАБОТ ПО ТЕМЕ

ДИССЕРТАЦИИ Статьи, опубликованные в ведущих рецензируемых журналах, определенных Высшей аттестационной комиссией

1. Красногорская, H.H. Сравнительный анализ возможностей трехмерного моделирования в системе обеспечения промышленной и экологической безопасности [текст] /

H.H. Красногорская, A.H. Елизарьев, B.B. Ахмеров, P.P. Шавалиев // Безопасность жизнедеятельности. - 2011г. - № 9. - С. 23-28.

2. Красногорская, H.H. Анализ методик оценки технологических потерь сжиженного углеводородного газа на объектах газоснабжения. 4.1 [текст] / H.H. Красногорская, А.Н. Елизарьев, В.В. Ахмеров, P.P. Шавалиев // Электронный научный журнал «Нефтегазовое дело». -2013. -№2.-С. 298-321.

3. Красногорская, H.H. Анализ методик оценки технологических потерь сжиженного углеводородного газа на объектах газоснабжения. 4.2 [текст] / H.H. Красногорская, А.Н. Елизарьев, В.В. Ахмеров, A.A. Никитин // Электронный научный журнал «Нефтегазовое дело». -2013. -№5.-С. 258-288.

Патенты на изобретение

4. Способ определения массы сжиженного углеводородного газа в сливном рукаве и устройство для его осуществления [текст]: патент № 2537473 Российская Федерация: МПК G01F 1/34/ H.H. Красногорская, А.Н. Елизарьев, В.В. Ахмеров, A.M. Садыков, A.A. Никитин; заявитель и правообладатель ФГБОУ ВПО «Уфимский государственный авиационный технический университет». -№ 2013150846/28; заявл. 14.11.2013; опубл. 10.01.2015, Бюл. № 1. -7 с.

Патенты на полезную модель

5. Топливораздаточная колонка с возвратом сжиженного газа от заправочного пистолета [текст]: патент № 140107 Российская Федерация: МПК B67D 7/00/ H.H. Красногорская, А.Н. Елизарьев, В.В. Ахмеров, A.M. Садыков, A.A. Никитин; заявитель и правообладатель ФГБОУ ВПО «Уфимский государственный авиационный технический университет». • - № 2013150833/12; заявл. 14.11.2013; опубл. 27.04.2014, Бюл. № 12.-2с.

6. Многотопливная автозаправочная станция с мультипродуктовыми топливораздаточными колонками [текст]: патент № 143155 Российская Федерация: МПК B60S 5/02/ H.H. Красногорская, А.Н. Елизарьев, В.В. Ахмеров, A.M. Садыков, A.A. Никитин; заявитель и правообладатель ФГБОУ ВПО «Уфимский государственный авиационный технический университет». - № 2013150834/11; заявл. 14.11.2013; опубл. 20.07.2014, Бюл. № 20. -2 с.

Программы для ЭВМ

7. Красногорская, H.H. Расчет технологических потерь сжиженного углеводородного газа [электронный ресурс] / H.H. Красногорская, А.Н. Елизарьев, Е.М. Ганцева, В.В. Ахмеров, A.A. Никитин, Р.И. Гайсин, А.Р. Мухамадисв. Свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ № 2014613792 от 20.05.2014 г.

Прочие печатные публикации

8. Красногорская, H.H. Сравнительный анализ современных программных продуктов для трехмерного моделирования промышленных и экологически опасных объектов [текст] / H.H. Красногорская, А.Н. Елизарьев, В.В. Ахмеров, P.P. Шавалиев // Нефтегазопереработка-2011: Международная научно-практическая конференция (Уфа, 25 мая 2011 г.): Материалы конференции. - Уфа: ГУП ИНХП РБ, 2011. - С. 280-281.

9. Красногорская, H.H. Сравнительный анализ современных программных продуктов для трехмерного моделирования потенциально опасных промышленных объектов [текст] / H.H. Красногорская, А.Н. Елизарьев, В.В. Ахмеров, P.P. Шавалиев // Проблемы безопасности и защиты населения и территории от чрезвычайных ситуаций (Безопасность-2011): Сборник научных статей Всероссийской научно-практической конференции с международным участием. Том I. - Уфа: ГОУ ВПО УГАТУ - Главное Управление МЧС России по Республике Башкортостан, 2011. - С. 354-366.

10. Красногорская, H.H. Влияние конструктивных особенностей заправочного оборудования автогазозаправочной станции на потери и выбросы сжиженного углеводородного газа [текст] / H.H. Красногорская, А Н. Елизарьев, В.В. Ахмеров, A.A. Никитин // Наука, образование, производство в решении экологических проблем (Экология-2013): Сборник научных статей Х-й Международной научно-технической конференции. - Уфа: УГАТУ, 2013. -С. 22-31.

11. Красногорская, H.H. Влияние температуры в подземном резервуаре автогазозаправочной станции на потери сжиженного углеводородного газа [текст] / H.H. Красногорская, А.Н. Елизарьев, В.В. Ахмеров, A.A. Никитин // Наука, образование, производство в решении экологических проблем (Экология-2013): Сборник научных статей Х-й Международной научно-технической конференции. - Уфа: УГАТУ, 2013. - С. 43-51.

12. Красногорская, H.H. Сравнительный анализ методик оценки потерь сжиженного углеводородного газа как источник выброса на объектах газоснабжения [текст] / H.H. Красногорская, А.Н. Елизарьев, В.В. Ахмеров, A.A. Никитин // Наука, образование, производство в решении экологических проблем (Экология-2013): Сборник научных статей Х-й Международной научно-технической конференции. - Уфа: УГАТУ, 2013. - С. 505-529.

13. Красногорская, H.H. Пожаровзрывобезопасность многотопливных автозаправочных станций при применении мультипродуктовых топливораздаточных колонок [текст] / H.H. Красногорская, В.В. Ахмеров // Актуальные проблемы науки и техники. Сборник научных трудов VI Международной научно-практической конференции молодых ученых- Уфа: Нефтегазовое дело. - 2013. - С. 33-34.

14. Красногорская, H.H. Оценка вероятных застойных зон и образования взрывоопасной топливовоздушной смеси с применением CFD-технологий на многотопливных автозаправочных станциях [текст] / H.H. Красногорская, A.B. Солодовников, В.В. Ахмеров // Актуальные проблемы развития нефтегазового комплекса России: Тезисы докладов X Всероссийской научно-технической конференции. - М.: РГУ Нефти и газа им. И.М. Губкина, 2014. - С. 276.

15. Красногорская, H.H. Анализ пожаровзрывоопасности многотопливных автозаправочных станций с мультипродуктовыми топливораздаточными колонками [текст] / H.H. Красногорская, В.В. Ахмеров // Актуальные проблемы развития нефтегазового комплекса России: Тезисы докладов X Всероссийской научно-технической конференции. - М.: РГУ Нефти и газа им. И.М. Губкина, 2014. - С. 104.

16. Ахмеров, В.В. Обоснование безопасной эксплуатации мультипродуктовых топливораздаточных колонок на многотопливной АЗС [текст] / В.В. Ахмеров,

A.B.Солодовников, Н.Н.Красногорская // Проблемы безопасности и защиты населения и территории от чрезвычайных ситуаций (Безопасность-2014): Сборник научных статей Всероссийской научно-практической конференции с международным участием. - Уфа: ГОУ ВПО УГАТУ - Главное Управление МЧС России по Республике Башкортостан, 2014. - С. 176187.

17. Красногорская, H.H. Оценка риска гибели работников автогазозаправочной станции в рамках устойчивого развития газомоторной отрасли [текст] / H.H. Красногорская, В.В. Ахмеров // Экологическая безопасность и культура - требование современности: Сборник научных трудов Всероссийской с международным участием научно практической конференции, посвященной 20-летию кафедры «Охрана окружающей среды и рациональное использование природных ресурсов» Уфимского государственного университета экономики и сервиса, 10 октября 2014. — Уфа: Уфимский государственный университет экономики и сервиса. — 2014. — С. 73-80.

18. Красногорская, H.H. Снижение риска гибели работников автогазозаправочной станции в рамках устойчивого развития газомоторной отрасли [текст] / H.H. Красногорская,

B.В. Ахмеров // Экологическая безопасность и культура - требование современности: Сборник научных трудов Всероссийской с международным участием научно практической конференции, посвященной 20-летию кафедры «Охрана окружающей среды и рациональное использование природных ресурсов» Уфимского государственного университета экономики и сервиса, 10 октября 2014. - Уфа: Уфимский государственный университет экономики и сервиса. - 2014. - С. 67-73.

19. Ахмеров, В.В. Совершенствование методики оценки выбросов сжиженного углеводородного газа на автомобильной газозаправочной станции [текст] / В.В. Ахмеров, Н.Н.Красногорская // XIV Всероссийская конференция — Школа «Химия и инженерная экология». Казань, 27 июня 2014 г.: Сборник докладов. - Казань: Издательство «Отечество». -2014.-С. 57-59.

20. Красногорская, H.H. Оценка и обоснование безопасной эксплуатации автозаправочной станции с мультипродуктовыми топливораздаточными колонками [текст] / В.В. Ахмеров, Н.Н.Красногорская // Промышленная безопасность и техническая диагностика опасных производственных объектов: материалы научно-практической конференции. - Уфа: Изд-во УГНТУ, 2015. - С. 149-165.

Подписано в печать 30.04.2015 г. Формат 60x84/16. Бумага офсетная. Тираж 150 экз. Заказ 251.

Копировальный центр «AjueeaPRINT» 450015, РБ, г. Уфа, ул. 8 Марта, 32/1.