автореферат диссертации по безопасности жизнедеятельности человека, 05.26.02, диссертация на тему:Разработка метода и средств повышения безопасности в чрезвычайных ситуациях при хранении жидкого углеводородного топлива на основе обратной конденсации паров

На правах рукописи

Александров Анатолий Александрович

РАЗРАБОТКА МЕТОДА И СРЕДСТВ ПОВЫШЕНИЯ БЕЗОПАСНОСТИ В ЧРЕЗВЫЧАЙНЫХ СИТУАЦИЯХ ПРИ ХРАНЕНИИ ЖИДКОГО УГЛЕВОДОРОДНОГО ТОПЛИВА НА ОСНОВЕ ОБРАТНОЙ КОНДЕНСАЦИИ ПАРОВ

05.26.02 - «Безопасность в чрезвычайных ситуациях (по отраслям)»

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Соиска!

1

А.А.Александров

ювегорск -,2004

¿и^б' г

//г

На правах рукописи

Александров Анатолий Александрович

РАЗРАБОТКА МЕТОДА И СРЕДСТВ ПОВЫШЕНИЯ БЕЗОПАСНОСТИ В ЧРЕЗВЫЧАЙНЫХ СИТУАЦИЯХ ПРИ ХРАНЕНИИ ЖИДКОГО УГЛЕВОДОРОДНОГО ТОПЛИВА НА ОСНОВЕ ОБРАТНОЙ КОНДЕНСАЦИИ ПАРОВ

05.26.02 - «Безопасность в чрезвычайных ситуациях (по отраслям)»

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Соис

А.А. Александров

тъцчъ

2

Работа выполнена в Академии гражданской защиты МЧС России Научный руководитель:

Кандидат технических наук, доцент Ларионов Валерий Иванович Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор Котляревский Владимир Абрамович доктор технических наук, профессор Мищенко Владимир Федорович

Ведущая организация: Институт проблем транспорта энергоресурсов (ИПТЭР), г. Уфа.

Защита состоится « ^ » _2004 г, в 00 часов на

заседании диссертационного совета ДС 205.001.01 в Академии гражданской защиты МЧС России по адресу: Московская область, Химкинский район, г. Новогорск, телефон для справок: 573-43-84; 573-14-63

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке АГЗ МЧС России.

Автореферат разослан « ^ » (лМ)Н9> 2004 г.

Ученый секретарь диссертационного совета

.И.Т.Притыченко

1. ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Обеспечение безопасности населения и территорий от чрезвычайных ситуаций (ЧС) природного и техногенного характера является одной из приоритетных задач общества вообще, а среди техногенных ЧС в частности. Наиболее опасными являются пожары и взрывы на хранилищах нефти, связанные с переработкой нефти и выбросами паровоздушных смесей (ЛВС) в атмосферу при многочисленных «перевалках» жидких углеводородных топлив.

С момента добычи до непосредственного использования нефтепродукты подвергаются более чем 20 «перевалкам», при этом 75 % потерь происходит от испарений. Ежегодные выбросы углеводородов в атмосферу при добыче и переработке нефти в стране оцениваются величиной 1168 тыс. т.

Особую проблему для крупных городов представляют выбросы паров топлива на нефтебазах и АЗС при заправках резервуаров - так называемые «большие дыхания». Годовые потери нефтепродуктов от "больших дыханий" составляют по нефтеперерабатывающей отрасли России примерно 270 тыс. т, в том числе, более 140 тыс. т на автозаправочных станциях (АЗС). Кроме того, взрывы ПВС на АЗС и хранилищах в Росси часто приводили к разрушениям зданий и поражению людей.

Выбросы ПВС при «больших дыханиях», с одной стороны, приводят к увеличению взрывопожарной и экологической опасности АЗС и нефтебаз для городского населения, с другой стороны, - к экономическому ущербу из-за потерь паров углеводородного топлива. Известные устройства по сокращению выбросов топлива от испарения (плавающие крыши, понтоны, газоуравнительные системы и др.) применимы для крупных резервуаров. Они, как правило, не могут эффективно использоваться на небольших емкостях и в условиях АЗС. Поэтому задача сокращения выбросов паров топлива на АЗС и повышения безопасности АЗС актуальна и сегодня.

В связи с отсутствием эффективных технологий снижения выбросов паров в атмосферу при хранении топлива на АЗС и хранилищах, высока

опасность пожаров и взрывов ПВС при «больших дыханиях» емкостей на АЗС и хранилищах. В связи с этим актуальным является разработка технологии, снижающей выбросы ПВС и повышающей безопасность АЗС и нефтебаз при хранении жидкого углеводородного топлива.

Цель исследования - повышение безопасности при хранении жидкого углеводородного топлива на АЗС и хранилищах.

Научная задача. На основе исследования параметров режимов конденсации паровоздушных смесей и закономерностей разрушения зданий и поражения людей в районе АЗС разработать технологию снижения выбросов паров при хранении жидкого топлива и оценить ее эффективность.

В соответствии с поставленной задачей в диссертационной работе рассматриваются следующие вопросы:

анализ современного состояния методов и средств повышения безопасности хранения жидкого углеводородного топлива;

создание экспериментальной установки для проведения полномасштабного эксперимента и обоснование технологии улавливания легких фракций (УЛФ) на основе обратной конденсации;

проведение экспериментальных и теоретических исследований по обоснованию технологии УЛФ из ПВС;

разработка рекомендаций по применению технологии УЛФ на основе обратной конденсации;

разработка методики оценки эффективности применения технологии УЛФ;

разработка пакета программных средств оценки эффективности на основе показателей риска и проведение зонирования территории г. Москвы по риску от аварий со взрывом ПВС на АЗС;

обоснование эффективности внедрения технологии УЛФ на АЗС г. Москвы;

апробация технологии улавливания паров бензина на промышленном образце.

Объектом исследования является жидкое углеводородное топливо. Предметом исследования является утилизация газовой фазы углеводородного топлива методом обратной конденсации паров. Научная новизна заключается в следующем:

разработана технология улавливания легких фракций на основе обратной конденсации пара из ПВС емкостей АЗС и хранилищ;

установлены закономерности изменения конечной концентрации паров бензина в выходящем паровоздушном потоке от времени захолаживания установки и температуры конденсации в установившемся режиме для разных расходов и начальных концентраций паров бензина;

получены аналитические зависимости по оценке поражения людей и показателей риска в районе АЗС с учетом дрейфа облака и повторяемости ветров. Созданы экспериментальная и промышленная установки обратной конденсации паров.

На защиту выносится:

технология улавливания легких фракций на основе обратной конденсации пара из ПВС емкостей АЗС и рекомендации по ее реализации;

результаты экспериментальных исследований изменения конечной концентрации паров бензина от времени захолаживания установки и температуры конденсации в установившемся режиме;

методика оценки эффективности применения технологии улавливания легких фракций на основе обратной конденсации паров;

карты индивидуального риска от возможных аварий на АЗС г. Москвы. Значимость для практики заключается:

в разработке рекомендаций по реализации технологии улавливания легких фракций топлива на основе обратной конденсации;

в апробации технологии улавливания паров бензина из ПВС для емкостей АЗС; в создании опытной и промышленной установок обратной конденсации паров.

в оценке эффективности применения разработанной технологии улавливания паров бензина на АЗС г. Москвы.

Реализация и внедрение результатов диссертации. Технология улавливания паров бензина реализована в промышленном образце для автозаправочного комплекса Московской Топливной Ассоциации.

Основные результаты работы внедрены:

в ФЦКП «Сейсмозащита» (Проект 4, задание 2, 2000 г.) для разработки карт вторичных опасностей при авариях на пожаровзрывоопасных объектах;

в НИОКР «Разработка географической информационной системы по мониторингу и прогнозированию опасностей на территории Московской области», 2002 г.

в НИОКР «Разработка географической информационной системы для ОАО «Западно-Сибирский металлургический комбинат», 2003 г.

Апробация результатов. Основные результаты доложены и обсуждены:

на научно-техническом совете ЦИЭКС;

на заседании кафедры «Холодильная и криогенная техника, системы кондиционирования и жизнеобеспечения» МГТУ им. Н. Э. Баумана;

на научно-практической конференции «Мониторинг и оценка риска природных и техногенных опасностей с применением ГИС-технологий» (ТЦМТ Московской области, май 2003 г.).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 6 печатных статей и научных отчетов.

Структура и объем работы-. Диссертация состоит из введения, трех глав, заключения, списка литературы и приложений. Основное содержание работы изложено на 113 страницах; содержит 38 рисунков, 15 таблиц и 5 приложений. Список литературы включает 124 наименования.

2. СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Первая глава посвящена анализу известных способов и устройств сокращения выбросов паров жидкого топлива на АЗС и хранилищах, а также постановке научной задачи исследования.

Исследованию конденсационных способов улавливания паров посвящены работы отечественных ученых А. М. Архарова, А. И. Гриценко,

A. А. Коршака, И.С. Бронштейна и др.

Работы по созданию показателей оценки безопасности и рисков от аварий особенно интенсивно проводятся за последние 10 лет. Проблемами технических рисков занимались H.A. Махутов, В.А. Котлярсвский,

B.А. Измалков, К.А. Козлов, В.А. Акимов, В.И. Ларионов, Г.Э. Одишария, А.А Швыряев, B.C. Сафонов, А.Н. Елохин, М.В. Лисанов, А.Н. Черноплеков и др.

Проблемами пожарного риска АЗС занимались И.А. Болодьян, Ю.Н. Шебеко, Д.М. Гордиенко.

Среди иностранных ученых, работавших в области промышленной безопасности и рисков следует отметить В. Маршалла, У. Бейкера, Ж. Броссарда и др.

Проводится анализ абсорбционного, адсорбционного, эжекторного, конденсационного и компрессорного способов улавливания паров топлива.

В результате анализа существующих способов снижения выбросов паров при хранении топлива сформулирован вывод о том, что способ УЛФ из ПВС на основе обратной конденсации является наиболее приемлемым для условий хранения на АЗС и хранилищах. Однако конденсационный способ УЛФ в условиях АЗС до настоящего времени не применялся, так как не была отработана соответствующая технология.

Формулируется научная задача, заключающаяся в разработке технологии снижения выбросов паров при хранении топлива и оценке ее эффективности, на основе исследования параметров режимов конденсации паровоздушных смесей, закономерностей разрушения зданий и поражения людей в районе АЗС.

Во второй главе представлены теоретические и экспериментальные исследования улавливания лёгких фракций из ПВС методом обратной конденсации при низких температурах.

Создана экспериментальная установка, моделирующая работу систем получения ПВС и улавливания паров бензина из ПВС. Обоснована технология УЛФ на основе обратной конденсации.

Установлены закономерности изменения концентрации паров бензина в выходящем паровоздушном потоке от времени захолаживания установки и температуры конденсации для разных расходов и начальных концентраций паров бензина. Приведена оценка погрешностей результатов измерений.

На основе разработанной технологии и проведенных исследований предложены рекомендации по реализации технологий при проектировании натурных установок.

В третьей главе приводится методика оценки эффективности использования технологии УЛФ на АЗС, основанная на теории рисков. Получены закономерности разрушения зданий и поражения людей, размещенных в пределах АЗС.

Исследуется возможность возникновения вторичных взрывов вследствие передачи детонации (эффект «домино»).

Даны аналитические зависимости по определению показателей эффективности, включая ожидаемое количество пострадавших, вероятность поражения людей и индивидуальный риск в районе АЗС.

Для г. Москвы проведено зонирование территории по риску и составлены карты индивидуального риска от аварий со взрывом ПВС на автозаправочных станциях. Карты составлены для двух вариантов - до применения технологии УЛФ и после внедрения технологии.

3. ОСНОВНЫЕ НАУЧНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ

3.1. Технология улавливания легких фракций

Создана экспериментальная установка, моделирующая работу систем получения ПВС и улавливания паров бензина из ПВС. Паровоздушная смесь генерируется следующим образом. Воздух высокого давления из баллона проходит через редуктор в барботажное устройство, где насыщается парами бензина. При испарении бензина температура понижается, что вызывает также и уменьшение равновесного содержания паров бензина в воздухе, поэтому для поддержания постоянной температуры и содержания паров бензина в ПВС барботажное устройство подогревается.

Схема экспериментальной установки для улавливания паров углеводородов представлена на рис.1. Концентрация паров бензина в ПВС измеряется газоанализатором. Температура ПВС на входе и выходе из теплообменника-конденсатора и на выходе из барботажного устройства замеряется термопарами. В теплообменнике-конденсаторе происходит охлаждение и окончательная конденсация паров бензина. Полученная парожидкостная смесь поступает в сепаратор жидкости и газа циклонного типа, где происходит отделение жидкого бензина от ПВС, обедненной парами бензина.

Жидкий бензин собирается на дне сепаратора и отводится в ёмкость. Холодная обедненная ПВС нагревается в регенеративном воздушном теплообменнике, проходит через измеритель расхода (ротаметр) и выбрасывается в атмосферу. Предварительно инфракрасным оптико-акустическим газоанализатором измеряется концентрация паров в ПВС.

II 5

Рис. 1. Схема экспериментальной установки:

1 - баллон со сжатым воздухом; 2 - редуктор; 3 - барботажное устройство; 4,12 - отбор газа к газоанализатору; 5 - регенеративный воздушный теплообменник, 6.8.14 - термометры; 7 - испаритель холодильной машины -конденсатор бензина; 9 - холодильная машина (компрессорно-конденсаторный агрегат); 10 - сепаратор жидкости и газа; 11 - измеритель расхода воздуха (ротаметр); 13 - газоанализатор

Барботажное устройство представляет собой стальной цилиндрический сосуд, в котором находится жидкий бензин. Снизу сосуда подается воздух через 100 отверстий диаметром 1 мм. Сверху сосуда происходит отвод образовавшейся ПВС. Концентрация паров бензина в воздухобензиновой смеси на выходе из барботажного устройства регулируется уровнем налитого жидкого бензина, определяющего продолжительность массообмена при испарении бензина в воздух. Чем выше уровень - тем больше концентрация.

В качестве воздушного теплообменника использовался теплообменник пластинчато-ребристого типа. Теплая ПВС проходит по каналам, а холодный воздух - в межтрубном пространстве.

Конденсатор бензина - испаритель холодильной машины представляет собой прямотрубный теплообменник, сделанный из 3800 трубок, выполненных из нержавеющей стали. Бензиновоздушная смесь проходит в

и

трубках, а кипящий фреон находится в межтрубном пространстве. В качестве холодильной машины использовалась машина московского завода «Искра».

Сепаратор жидкости и газа типа «Циклон» представляет собой сосуд, в который тангенциально подается воздушный поток с каплями бензина. В результате этого, поток закручивается, капли бензина под действием центробежных сил отбрасываются и стекают по внутренней поверхности вниз сосуда, а воздушный поток выводится и осевого пространства сосуда.

Разработанная технология улавливания паров бензина из ПВС и созданная экспериментальная установка позволили провести экспериментальные исследования.

3.2. Результаты экспериментальных исследований

Установлены закономерности изменения конечной концентрации паров бензина в выходном паровоздушном потоке от времени захолаживания установки для разных расходов и начальных концентраций паров бензина (рис. 2). Данные результаты позволили установить время захолаживания конденсатора, которое не превышает 25 мин.

Рис. 2. Экспериментальная зависимость конечной концентрации паров бензина в выходящем паро-воздушном потоке от времени захолаживания установки для разных расходов и начальных концентраций паров бензина: п- 9 м^/ч, 12,5%; о - 4,4 м3/^ 4%; 0-9 м^ч, 10,6%; А- 5,5 м3/ч, 8,6%.

Получены зависимости конечных концентраций паров бензина от температуры конденсации в установившемся режиме для разных расходов паров бензина (рис. 3). Эти исследования позволили установить рациональную температуру конденсации, которая равна -10 - 15°С.

С, % об

Рис. 3. Экспериментальные значения концентрации паров бензина в выходящем паровоздушном потоке в зависимости от температуры конденсации для разных расходов. 0-9 м3/ч; о - 5,5 м3/ч; -равновесная концентрация паров Н-гексана

Определены зависимости отношений перепада температур в регенеративном теплообменнике и конденсаторе от температуры ПВС при различных температурах конденсации. Эти зависимости позволили судить об эффективности регенеративного охлаждения при установившихся режимах работы установки (рис. 4).

Д1, / Д12, %

г4

16

25

30

40

Рис.4. Экспериментальные значения отношения перепада 1емнератур в воздушном теплообменнике Аг] к перепаду температур в теплообменнике - конденсаторе £Аг от температуры 11 входящего в установку паро-воздушного потока при различных температурах конденсации: о--20 "С; □- -18 °С; А--3,3 "С; 0-0°С.

Получены зависимости отношений тепловых нагрузок регенеративного воздушного теплообменника и конденсатора от температуры входящего в установку ПВС при различных температурах конденсации (рис. 5).

О, Юг, %

12

10

6 —

15

25

40

И

40

Рис 5 Экспериментальные значения отношения тепловых нагрузок воздушного теплообменника и теплообменника - конденсатора от температуры II входящего в установку паро-воздушного потока при различных температурах конденсации' о -20 "С, а - -18°С; Д--3,3°С, 0-0 "С.

Из этих зависимостей видно, что тепловые нагрузки и эффект охлаждения в воздушном теплообменнике достаточно малы по сравнению с теплообменником конденсатором (испарителем) холодильной машины. В результате эффект от использования воздушного теплообменника не соизмерим с затратами на его изготовление, усложнением установки и возникающими потерями давления при движении потоков в этом теплообменнике. Поэтому при создании промышленной холодильной установки улавливания паров углеводородов на АЗС от этого теплообменника целесообразно было отказаться.

Погрешность результатов измерений параметров (концентрации паров бензина в ПВС, расхода ПВС, тепловой нагрузки конденсатора - испарителя и регенеративного теплообменника, температур) составили от 4,2 до 6,7 %.

На основе проведенных исследований сделан вывод о том, что данная технология пригодна для улавливания паров бензина из ПВС. Она позволяет получать на выходе из установки ПВС с небольшим содержанием лёгких фракций бензина (около 1,5%), то есть снизить выбросы паров в 20-30 раз.

В работе обоснованы рекомендации по использованию технологи УЛФ, которые включают требования для проектирования установок. В состав требований включены исходные данные для разработки и выходные характеристики устройства - объемный расход ПВС, температура конденсации, остаточное содержание паров бензина за время наполнения бака.

Разработанная технология и экспериментальные исследования позволили изготовить промышленный образец и апробировать его на АЗС Московской Топливной Ассоциации.

3.3. Методика оценки эффективности

Для оценки степени повышения безопасности при использовании технологии УЛФ на АЗС была разработана методика оценки эффективности, основанная на теории рисков. Методика позволяет производить оценку

эффективности при использовании технологии, как на отдельной АЗС, так и всех АЗС в пределах города.

В основу методики оценки эффективности положено описание случайных процессов, включающих воздействие поражающих факторов и сопротивление элементами риска этому воздействию. К элементам риска отнесены люди, здания и сооружения. Случайный характер процессов обусловлен тем, что невозможно определить заранее достоверно, какое давление или импульс воздушной ударной волны будет действовать на элементы риска. С учетом дрейфа облака и повторяемости направлений ветра поражающие факторы в одной и той же рассматриваемой точке, с разной вероятностью могут принимать различные значения.

В качестве показателя эффективности принято выражение вида

Ш

где РГ0 и IV - показатели вероятностей поражения человека Р0 и Р, рисков и Я или площадей территории Бо и 8 с повышенным риском соответственно до и после внедрения способа на АЗС.

Обосновано, что частота аварий со взрывом ПВС на АЗС г. Москвы составляет Ю^год-1.

Закономерности для моделирования поражающих факторов приняты на основе отбора существующих методик. Анализ показал, что средние значения можно получить используя методики: для детонационного режима модели Вовва^а I; для дефлаграционного режима модели, полученные в институте химической физики РАН.

Для зонирования по риску от аварий со взрывом ПВС прилегающая к АЗС территория разбита на элементарные площадки с размерами 5x5 м (рис.6). Принято, что в зданиях находится 20% людей. Обосновано, что на АЗС чаще применяются здания из легкого каркаса со стенами из панелей типа "Сэндвич".

Распределение интенсивностей поражающего фактора на различных расстояниях от центра взрыва ПВС в пределах рассматриваемых элементарных площадок принято с учетом дрейфа ПВС и повторяемости направлений ветра. Смещение центра облака по направлению ветра оценивалось при длительном истечении БВС в соответствии с методикой, изложенной в работе «Методика оценки последствий аварий на пожаро-взрывоопасных объектах /О.В. Бодриков, А.К. Елохин, Б.В. Рязанцев и др. -М.: МЧС России, 1994 г./.

г

Рис. 6. Расчетная схема к определению вероятности появления поражающего фактора различной интенсивности в пределах элементарной площадки с координатами (х, у)-1 - зона действия взрыва; 2 - направление смещения облака; Ь - рассматриваемое значение перемещения облака; 0 - расположение емкости АЗС; точка взрыва; Я - расстояние от точки взрыва до центра элементарной площадки; Дг и Ар- размеры площадки; V- угол между вертикальной осью и направлением ветра; Яь - радиус зоны воздействия взрыва

Закономерности поражения людей, размещенных в зданиях, получены на основе теоремы полной вероятности. В расчетах учитывается, что событие Су (санитарные, безвозвратные и общие потери) может произойти при получении зданием одной из степеней повреждения, образующих полную группу несовместных событий. Расчеты проведены по формуле

где Р(Ф) - вероятность поражения людей от воздействия поражающего фактора Ф;

Рп,(Ф) - вероятность наступления 1-й степени повреждения здания при заданном значении поражающего фактора (закон разрушения здания);

Р(С/В,) - вероятность наступления события С1 (получения людьми _/-й степени поражения при условии наступления события В, (/-я степень повреждения здания);

п - рассматриваемое число возможных состояний повреждения здания.

Получены закономерности разрушения зданий, характерных для АЗС. В качестве поражающего фактора Ф для зданий рассматриваются: импульс - /+ при г+ <3778; или избыточное давление - АРф при г+ > ЗГ/8, где т+ - время действия фазы сжатия;

Т- период собственных колебаний конструкции. Ориентировочные значения периодов колебаний для одноэтажных зданий со стенами типа «Сэндвич» принято равным 0,07 с.

Обосновано, что вероятность разрушения строительных конструкций от воздействия взрывных нагрузок подчиняется нормальному закону распределения. При этом средние квадратические отклонения составляют

о=к-Фрасч, (2)

где Фрасч ~ величина расчетной нагрузки, вызывающая разрушения, при которых эксплуатация сооружения невозможна;

к - коэффициент, зависящий от степени разрушения сооружения (для слабой степени - 0,1; средней - 0,2; сильной - 0,3; полной 0,4.

Параметры нормального распределения, характеризующие получение зданиями не менее определенных степеней разрушения, приведены в табл. 1.

Таблица 1

Математические ожидания и средние квадратические отклонения нормальных законов распределения для различных степеней разрушения зданий АЗС

Степени разрушения и параметры нормального закона

слабая средняя сильная полная

М о и а М а М а

400 85 850 170 1150 255 1800 340

Вероятность получения зданием не менее определенной степени разрушения может быть определена с использованием функции Лапласа

0(Ф) = ^)ехр(~-и^и, (3)

Ы2п I

где 2= (Ф-М)/о;

и ~ переменная интегрирования. После воздействия здание может быть в одном из т несовместных событий: оказаться целым (событие В0), получить слабую В/, среднюю В2, сильную В3 или полную В4 степени разрушения. Вероятности наступления определенных степеней разрушения зданий могут быть представлены в виде выражения:

Р*Л«>) = РлЛФ)~

Р.о(Ф) = Р, .(*)-

где Ра,(Ф), Рл,+1(Ф) - вероятности наступления не менее 1-й, (г+1)-й степеней разрушения зданий. Графики закономерностей приведены на рис.7.

I, Пас

Рис. 7. Закономерности разрушения зданий АЗС на воздействие импульса:

а) вероятность возникновения не менее определенных степеней разрушения зданий,

б) вероятность возникновения определенных степеней разрушения зданий. Степени разрушения: 1 - слабая; 2 - средняя; 3 - сильная; 4 - полная

В соответствии с изложенным математическим подходом были получены закономерности разрушения зданий также на воздействие избыточного давления.

Вероятности наступления .¡-й степени поражения людей в зданиях, при условии получения зданиями \-й степени поражения, приняты по данным работы ("Теоретические основы реагирования на чрезвычайные ситуации" под ред. Ларионова В. И. - М.:1999.-276 е.).

Закономерности поражения людей в поврежденных зданиях АЗС определенные по формуле (1), приведены на рис.8.

Рис. 8. Закономерности поражения людей в зданиях АЗС на воздействие импульса. 1- общие потери;

2 - безвозвратные;

3 - санитарные

О 300 НИ МО 1200 1500 1000 3100 2400 2700 /, Па-С

При оценке показателей эффективности для каждой элементарной площадки формируются исходные данные, включающие сведения о здании и плотности людей, данные о возможных давлениях и их вероятности с учетом дрейфа и повторяемости направлений ветра.

Математическое ожидание потерь ЛМ(И,х,у) на площадке с координатами (х, у) при известной интенсивности поражающего фактора определялось по формуле

Ш{Ы,х,у) = Р[Ф{х,у)\ Ч(х,у) • Д* • Ду, (5)

где у/(х, у) - плотность людей в пределах площадки;

N - число людей, находящихся на элементарной площадке; Р[Ф(х, у)] - вероятность поражения людей в точке с координатами х, у

при воздействии поражающего фактора Ф. Ожидаемое число пострадавших в целом в районе АЗС определено путем суммирования потерь по площадкам

М{М) = \\Р[Ф{Х, у)} ■ ¥(*, у)-¿х-¿у, (6)

где 5- область интегрирования.

При заблаговременном определении математического ожидания потерь учитывалось смещение облака и повторяемость направления ветра в течение года. В этом случае ожидаемые потери определялись из выражения

А/(ЛО=Я / ч'(х.у)-/{1)-<р(У)-<И вх-йу, (7)

5 0 0

где я=3,14;

<р(У) - функция плотности распределения вероятности повторяемости

направлений ветра за год; 1Г(Ъ) - функция плотности распределения вероятности дрейфа облака БВС.

В зависимости от решаемой задачи определяются общие, безвозвратные и санитарные потери. Ожидаемое число пострадавших с г'-ми условиями размещения М/Ы) находится по формуле

(8)

1.1

где а, - доля людей в г'-х условиях размещения (в расчетах принято а,=0,8 -на открытой местности; а7=0,2 - в зданиях).

С учетом изложенного, вероятность поражения человека от аварии со взрывом ПВО в районе АЗС вычислялось по формуле , i*

Р=ы\\ Í \Р\Ф{х,у)]Щх,у) f(L) ■ <p(V) dL dV -dx dy, (9)

" S 0 0

а риск гибели человека в районе АЗС - из выражения

R = Síí 1 ^(x>y) f(L)-<p(V)-dL dV dx dy, год4, (10)

"sao

где JV - общее число людей на территории АЗС; Н- частота аварий со взрывом, год-1.

Расчеты, выполненные для «типовой» АЗС, показали, что ожидаемое число погибших в случае аварии на АЗС со взрывом облака БВС может составить 1-2 чел., а общее число пострадавших - 3-4 чел.

3.4. Карты индивидуального риска от возможных аварий на АЗС г. Москвы

Для территории г. Москвы было проведено зонирование территории по индивидуальному риску гибели человека от аварии со взрывом ПВС на АЗС. Фрагмент такого зонирования территории приведен на рис.9. Зонирование показало, что индивидуальный риск от аварии со взрывом облака ПВС может превысить на территории АЗС нормируемую величину (R = КГ6 год'1).

Рис. 9 Распределение зон рисков при возможных взрывах облаков БВС на АЗС в районе проспекта Мира г. Москвы

Исследована возможность возникновения эффекта «домино» при взрыве облака ПВС на автозаправочных станциях (до внедрения разработанной технологии).

Проведено сравнение показателей эффективности до и после внедрения предлагаемой технологии. Результаты сопоставления показателей эффективности приведены в табл. 2.

Таблица 2

Сопоставление показателей эффективности •

Наименование показателей Условные оценки рч-н

До применения хоподшьной установки, Жо После применения, Ж

Вероятность безвозвратных потерь на АЗС, Ре 0,074 0,007 10,6

Вероятность общих потерь на АЗС, Р„6 0,218 0,021 10,4

Наименование показателей Условные оценки I 11

До применения хоподипъной установки, Wo После применения, W

Индивидуальный риск на АЗС, Я, 1/год 7,4-10"6 0,7-Ю-" 10,6

Площадь территории г. Москвы с повышенным риском, вя, км2 33,8 3,2 10,3

Из таблицы видно, что показатель эффективности изменяется от 10,3 до 10,6. Следовательно, можно сделать вывод, что при использовании технологии УЛФ на АЗС г. Москвы безопасность персонала и населения можно повысить на порядок, а риски практически будут пренебрежительно малыми.

24

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В результате приведенных исследований получены следующие научные результаты:

создана технология улавливания легких фракций (УЛФ) на основе обратной конденсации паров бензина из ПВС при «большом дыхании» емкостей АЗС и хранилищ;

определены параметры захолаживания установки, и температуры конденсации для разных расходов и начальных концентраций паров бензина;

обоснованы закономерности поражения зданий и людей, находящихся в зданиях АЗС, от воздействия импульса избыточного давления ударной волны.

получены закономерности по оценке поражения людей и показателей риска в районе АЗС с учетом дрейфа облака и повторяемости ветров.

Результаты диссертационной работы апробированы для применения на АЗС. Созданная методика оценки эффективности вместе с пакетом программ представляет практическую ценность для оценки рисков от аварий на АЗС.

С помощью разработанного пакета программных средств и ГИС технологий проведено зонирование территории Москвы по индивидуальному риску от аварий на АЗС по сценарию «взрыв ПВС при большом дыхании ёмкостей» (до внедрения и после внедрения предложенной технологии).

Разработанные алгоритм и пакет программных средств «Risk» внедрены в Центре исследований экстремальных ситуаций и Территориальном Центре мониторинга и прогнозирования ЧС Московской области.

Исследования показали, что внедрение технологии улавливания паров топлива1 методом обратной конденсации обеспечивает повышение безопасности городского населения вблизи АЗС практически в 10 раз и снижение рисков от аварий со взрывом ПВС для АЗС до допустимых значений не выше R-10 6.

ПЕРЕЧЕНЬ ОСНОВНЫХ ПУБЛИКАЦИЙ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

Содержание диссертации опубликовано в следующих работах:

1. Александров А. А. Математические зависимости для оценки размеров зон поражения людей при авариях на взрывопожароопасных объектах/Отчет о НИР. ФЦКП «Сейсмозащита», Проект 4, задание 2.- М.: ЦИЭКС, 2000.

2. Ларионов В. И., Александров A.A. Оценка индивидуального риска от аварий пожаровзрывоопасных объектах/ Отчет о НИР «Разработка специальных функций ГИС-оценки риска на пожаровзрывоопасных объектах»,- М.: ЦИЭКС, 2003.

3. Архаров А.М., Глухов С.Д., Грехов Л.В., Жердев A.A., Иващенко К.А., Калинин Д.Н., Шарабурин A.B., Александров A.A. Использование диметилового эфира как моторного топлива и хладагента. //Химическое и нефтехимическое машиностроение, 2003, №6.

4. Ларионов В. И., Акатьев В. А., Александров А. А. Риск аварий автозаправочных станций. //Безопасность труда в промышленности, 2004, №2.

5. Александров А. А. Оценка энергозапаса бензино-воздушной смеси «большого дыхания» резервуара автозаправочных станций и нефтебаз.// Сейсмостойкое строительство. Безопасность сооружений. 2004, № 3.

6. Александров А. А. «Оценка снижения взрывопожарной опасности бензино-воздушной смеси в резервуарах автозаправочных станций и нефтебаз»// Безопасность жизнедеятельности, 2004, № 5.

Соискатель 1<-" А- Александров

W

Научный руководитель

кандидат технических наук, доцент В. И. Ларионов

Для заметок

Подписано к печати 27 мая 2004г. Зак. 101т Объем 1п./л. Тираж 100 экз. Типография МГТУ им. Н.Э. Баумана.

РНБ Русский фонд

2006-4 115

;

< с, \ \

1 щ

с

17 ( Е H /004