Определение величин индивидуального пожарного риска в административно бытовом комплексе.
Расчетная величина индивидуального пожарного риска QВ для людей, находящихся в рассматриваемом здании определяется по формуле (2) Методики.
Согласно Методике, при отсутствии статистической информации допускается принимать частоту возникновения пожара в здании Qп = 4·10-2.
Вероятность присутствия людей в помещении определяется на основе времени нахождения людей в здании в течение суток и составляет 8 часов. Следовательно, Рпр= 0,33.
Значение вероятность эвакуации людей Рэ = 0,999 и Рэ = 0 (из табл.).
Так как в здании оборудование системой АУП не требуется в соответствии с требованиями нормативных документов по пожарной безопасности, то вероятность эффективного срабатывания установок автоматического пожаротушения принимается равной: Rап = 0,9.
Вероятность эффективной работы системы противопожарной защиты Рп.з, направленной на обеспечение безопасной эвакуации людей при пожаре определяется по формуле (4) Методики. При этом, Rобн = 0,8; RСОУЭ = 0,8; RПДЗ = 0,8.
.
Следовательно, Рпз
= 0,8704.
Подставляя полученные значения в формулу:
При Рэ = 0,999
Qв=Qп(1–Rап)Pпp(1–Рэ)(1–Pп.з),
получаем QВ = 1,5510-7.
При Рэ = 0
Qв=Qп(1–Rап)Pпp(1–Рэ)(1–Pп.з),
получаем QВ = 1,5510-4.
Таким
образом
при Рэ
= 0,999, QВ
= 1,5510-7
<
=
10-6
и соотношение (1) Методики выполняется,
а при Рэ
= 0,
QВ
= 1,5510-4
>
=
10-6
и соотношение не выполняется.
Моделирования взрывной волны.
Наиболее опасным объектом по масштабам действия поражающего фактора взрывной ударной волной (ВУВ) и величине избыточного давления ВУВ является ректификационная колонна. В таком случае, опасный сценарий представляет следующее: полное разрушение рефлюксной емкости ректификационной колонны, выброс опасного вещества → испарение жидкости при соприкосновении с подстилающей поверхностью и образование из пролива ПГФ → интенсивное смешение паров с воздухом и образование облака ТВС → воспламенение при наличии источника зажигания облака ТВС → горение облака ТВС с возникновением воздушной ударной волны (ВУВ) → воздействие ВУВ на людей и близлежащие объекты.
Для объекта строилась математическая модель с учетом геометрии и расположения основных зданий и сооружений и теплофизических параметров веществ и материалов (рис. 23).
Колонна К-4 с рефлюксной емкостью Е-6 расположена в осях 6Б-6Б+50/7А+50-8А+50 на генеральном плане. Исследуемый объект – объект № 26 «Гараж» ‑ находится в осях 9Б+50-10Б/4А-5А. Расстояние между этими объектами составляет 430 метров.
Расчетная сетка состояла из 320355 ячеек (рис. 24). Для более корректного расчета была введена детальная сетка детализацией узлов на местах с потенциальным взрывом и возле исследуемого объекта.
Рис.
23 – Геометрия объекта.
Рис. 24 – Расчетная сетка.
С целью определения локальных параметров ударной волны (давление, температура, скорость) были введены контрольно-измерительные точки по периметру объекта № 26 «Гараж» (рис. 25а).
Также были дополнительно размещены три контрольно-измерительные точки на разных расстояниях от рефлюксной емкости: первая точка (Р65) – 30 м, вторая точка (Р66) – 110 м и третья точка (Р67) ‑ 130 м (рис 25б).
а)
б)
Рис. 25 – Расположение измерительных точек:
а) на объекте №26; б) возле источника взрыва.
Результаты расчета
Рассматриваемая ситуация - избыточное давление и импульс волны давления при сгорании газопаровоздушной смеси в открытом пространстве. Оценка последствий воздействия опасных факторов взрыва на людей для различных сценариев их развития осуществляется на основе сопоставления информации о моделировании динамики опасных факторов пожара на территории объекта и прилегающей к нему территории и информации о критических для жизни и здоровья людей значениях опасных факторов пожара, взрыва. Для этого используются критерии поражения людей опасными факторами пожара.
Избыточное давление ΔP и импульс I+ в волне давления, образующиеся при взрыве резервуара с перегретой ЛВЖ, ГЖ или сжиженным углеводородным газом в очаге пожара, определяются по формулам:
;
;
,
где r ‑ расстояние от центра резервуара, м;
Eeff ‑ эффективная энергия взрыва, рассчитываемая по формуле:
,
k ‑ доля энергии волны давления (допускается принимать равной 0,5);
Cp ‑ удельная теплоемкость жидкости (допускается принимать равной 2000 Дж/(кг К);
m ‑ масса ЛВЖ, ГЖ или СУГ, содержащаяся в резервуаре, кг;
Т ‑ температура жидкой фазы, К;
Тb ‑ нормальная температура кипения, К.
Зоны поражения в случае такой аварии составят:
полное разрушение зданий, ΔP=100 кПа – 4,4 м;
граница области сильных разрушений: 50% стен разрушено или находятся на стадии разрушения, ΔP=53 кПа – 6,2 м;
граница области значительных повреждений: повреждение некоторых конструктивных элементов, несущих нагрузку, ΔP=28 кПа – 9,0 м;
умеренные повреждения зданий (повреждение внутренних перегородок, рам, дверей и т.п.), ΔP=12 кПа – 16,0 м;
нижний порог повреждения человека волной давления, ΔP=5 кПа–32,0 м;
малые повреждения (разбита часть остекления), ΔP=3 кПа – 49,0 м;
без опасных последствий, ΔP< 2 кПа – >50,0 м.
С целью получения более достоверных и точных данных необходимых для уточнения зон поражения, было проведено моделирование на основе полевой модели.
При моделировании взрыва ТВС принималось, что ударная волна взрыва, действующая на здание, может быть определена независимо от реакции самого объекта на это воздействие, и что само здание является жестким твердым телом, на котором происходят процессы отражения и дифракции взрывных волн, приводящие к изменению первоначальной картины течения среды за фронтом ударной волны взрыва. Это связанно, прежде всего, с большим различием между плотностями среды, по которой распространяется ударная волна взрыва (т.е. воздухом) и большинства твердых тел, испытывающих воздействие ударной волны взрыва. Поэтому данные предположения вполне могут быть использованы при решении задачи по расчету устойчивости строительных конструкций здания от воздействия ударной волны взрыва.
На рисунках ниже представлены поля давления и температуры в различные моменты времени аварии.
Рис. 26 – Поле давления на высоте 6,3 м (0,005 с). Масштаб 10:1.
1 – рефлюксная емкость; 2 – сепаратор С-1.
На 0,01 секунде взрыва ТВС волна достигает конструкции, расположенной выше рефлюксной емкости (аппараты К-1, К-2,3, К-4, теплообменники Т-15-1, Т-15-2 (рис. 27).
Рис. 27 – Поле давления на высоте 6,3 м (0,01 с). Масштаб 10:1.
1 – рефлюксная емкость; 2 – сепаратор С-1.
Рис. 28 – Поле давления на высоте 6,3 м (0,015 с). Масштаб 10:1.
1 – рефлюксная емкость; 2 – сепаратор С-1.
На 0,025 секунде взрыва ударная волна взаимодействует с конструкциями колонны К-4 (рис. 29). Происходит отражение-переотражение – это приводит к частичному уменьшению давления в локальных точках.
Рис. 29 – Поле давления на высоте 6,3 м (0,025 с). Масштаб 10:1.
1 – рефлюксная емкость; 2 – сепаратор С-1.
Рис. 30 – Поле давления на высоте 6,3 м (0,04 с). Масштаб 10:1.
1 – рефлюксная емкость; 2 – сепаратор С-1.
На 0,075 секунде волна достигает здания, расположенного непосредственно напротив рефлюксной емкости (сепаратор С-1) (рис. 31). Величина взрыва соответствует давлению в 3 кПа. Происходит локальное взаимодействие с конструкциями здания.
Через 0,04 секунды волна подавляется конструкциями здания и затухает (рис. 32). Далее происходит постепенно угасание основных параметров волны давления. Значение давления не представляет угрозы жизни и здоровью человека. Такие величины давления не оказывают структурного действия на здания, конструкции и сооружения.
На рисунках 33-34 представлены поля давления в различные моменты времени в масштабе исследуемого объекта.
Рис. 31 – Поле давления на высоте 6,3 м (0,075 с). Масштаб 10:1.
1 – рефлюксная емкость; 2 – сепаратор С-1.
Рис. 32– Поле давления на высоте 6,3 м (0,115 с). Масштаб 10:1.
1 – рефлюксная емкость; 2 – сепаратор С-1.
Рис. 34 – Поле давления на высоте 6,3 м (0,065 с). Масштаб 1:1.
1 – рефлюксная емкость (колонна К-4); 2 – сепаратор С-1;
3 – гараж; 4 – склад хранения материалов.
Рис. 35 – Поле давления на высоте 6,3 м (0,155 с). Масштаб 1:1.
1 – рефлюксная емкость (колонна К-4); 2 – сепаратор С-1;
3 – гараж; 4 – склад хранения материалов
На рисунках 36-43 представлены поля температуры в различные временные интервалы.
Индексом «1» обозначена рефлюксная емкость, индексом «2» - объект № 26 «Гараж».
Рис.
36 – Поле температуры на высоте 6,3 м (0,02
с). Масштаб 10:1.
Рис.
37 – Поле температуры на высоте 6,3 м (0,04
с). Масштаб 10:1.
Рис.
38 – Поле температуры на высоте 6,3 м (0,07
с). Масштаб 10:1.
Рис.
39 – Поле температуры на высоте 6,3 м (0,11
с). Масштаб 10:1.
Рис.
40 – Поле температуры на высоте 6,3 м (0,2
с). Масштаб 10:1.
Рис.
41 – Поле температуры на высоте 6,3 м (0,27
с). Масштаб 10:1.
Рис.
42 – Поле температуры на высоте 6,3 м (0,4
с). Масштаб 10:1.
Рис.
43 – Поле температуры на высоте 6,3 м (0,46
с). Масштаб 10:1.
На рисунках 44-46 представлены изоповерхности волны давления и ее взаимодействие с объектами. Распространение волны от блока с колонной К-4 и рефлюксной емкости к сепаратору С-1.
Рис. 44 – Изоповерхность волны давления на 0,05 сек.
Рис. 45 – Изоповерхность волны давления на 0,12 сек.
Рис. 46 – Изоповерхность волны давления на 0,325 сек.
На рисунке 47 представлен график зависимости изменения давления от расстояния.
Рис. 47 ‑ График распределения избыточного давления в зависимости от расстояния при взрыве рефлюксной емкости ректификационной колонны.
Из графика видно, что волна от взрыва перестает быть опасной для людей и зданий и сооружений в радиусе 30 метров от очага взрыва.
В зону поражения попадают здания и сооружения, находящиеся в непосредственной близости от рефлюксной емкости. При расчетном сценарии объект исследования не попал под воздействие ударной волны. Это демонстрируют графики изменения давления в контрольно-измерительных точках (рис. 48).
Графики изменения давления в точках Р65-Р67 представлены на рисунке 49. Из графиков видно, что в этих точках не создается опасного давления и в зону поражения ударной волной не попадают объекты второй очереди строительства.
Рис. 48 ‑ Графики изменения давления в контрольно-измерительных точках на объекте «Гараж»
Рис. 49 ‑ Графики изменения давления в контрольных точках, расположенных вблизи опасного объекта
Также, в силу того, что объекты второй очереди строительства (комбинированная установка гидроочистки дизельного топлива с установкой производства водорода, установка сероочистки газов и установка замедленного коксования) находятся на достаточно удаленном расстоянии от эпицентра взрыва (рис. 50-51), они также не попадают в зону поражения.
В процессе моделирования был выполнен расчет по Методике определения расчетных величин пожарного риска на производственных объектах.
В таблице представлены сравнительные расчеты по степени поражения.
Степень поражения |
Избыточное давление, кПа |
FLACS, м |
Расчет по методике, м |
Полное разрушение зданий |
100 |
4,2 |
4,4 |
50 %-ное разрушение зданий |
53 |
5,7 |
6,2 |
Средние повреждения зданий |
28 |
8 |
9 |
Умеренные повреждения зданий (повреждение внутренних перегородок, рам, дверей и т.п.) |
12 |
12 |
16 |
Нижний порог повреждения человека волной давления |
5 |
18 |
32 |
Малые повреждения (разбита часть остекления) |
3 |
30 |
49 |
В результате расчета были уточнены зоны разрушения (рис. 50-51).
Рис. 50 – Радиусы волн давления.
Рис. 51 – Воздействие от взрыва на вторую очередь строительства.
Определение величин пожарных рисков на производственном объекте.
По результатам расчета по методике получаем, что при взрыве будут следующие параметры волны давления и результаты:
На расстоянии 4,4 метра, волновое давление ΔP = 100,00 кПа, «пробит» — функции Рr = 12,7
На расстоянии 6,2 метра, волновое давление ΔP = 53,00 кПа, «пробит» — функции Рr = 7,6
На расстоянии 9 метров, волновое давление ΔP = 28 кПа, «пробит» — функции Рr = 6,3
На расстоянии 16 метров, волновое давление ΔP=12 кПа, «пробит» — функции Рr = 4,9
На расстоянии 32 метров, волновое давление ΔP = 5 кПа, «пробит» — функции Рr = 3,6
На расстоянии 49 метров, волновое давление ΔP= 3 кПа, «пробит» — функции Рr = 2,23
По результатам расчета в программе FLACS получаем, что при взрыве будут следующие параметры:
На расстоянии 4,2 метра, волновое давление ΔP = 100,00 кПа, «пробит» — функции Рr = 12,7
На расстоянии 5,7 метра, волновое давление ΔP = 53,00 кПа, «пробит» — функции Рr = 7,6
На расстоянии 8 метров, волновое давление ΔP = 28 кПа, «пробит» — функции Рr = 6,3
На расстоянии 12 метров, волновое давление ΔP=12 кПа, «пробит» — функции Рr = 4,9
На расстоянии 18 метров, волновое давление ΔP = 5 кПа, «пробит» — функции Рr = 3,6
На расстоянии 30 метров, волновое давление ΔP= 3 кПа, «пробит» — функции Рr = 2,23
Для указанных значений «пробит» — функции условная вероятность поражения человека поражающими факторами равна:
Рr = 12,7 = 100%
Рr = 7,6 = 99%
Рr = 6,3 = 90%
Рr = 4,9 = 46 %
Рr = 3,6 = 9 %
Рr = 2,23 = 0%
Потенциальный риск
По формуле (1) Методики (приказ № 404) определяем потенциальный риск для персонала находящегося на территории базы:
Вероятность сгорания паровоздушной смеси в открытом пространстве с образованием волны избыточного давления.
Qс.д = 1 · 10-7 · 0,0119 = 1,19 · 10-5 год-1.
Индивидуальный риск R, год-1, определяют по формуле
,
По формуле (Э.26) определяем индивидуальный риск на различных расстояниях по расчетным данным по методике:
На расстоянии 4,4 метра: R = 1 · 1,19 · 10-5 = 1,19 · 10-5
На расстоянии 6,2 метра: R = 0,99 · 1,19 · 10-5 = 1,17 · 10-5
На расстоянии 9 метра: R = 0,9 · 1,19 · 10-5 = 1,1 · 10-5
На расстоянии 16 метра: R = 0,46 · 1,19 · 10-5 = 5,47 · 10-5
На расстоянии 32 метра: R = 0,09 · 1,19 · 10-5 = 1,07 · 10-6
На расстоянии 49 метра: R = ~0,000001 · 1,19 · 10-5 = 1,19 · 10-10
По формуле определяем индивидуальный риск на различных расстояниях по расчетным данным в программе FLACS:
На расстоянии 4,2 метра: R = 1 · 1,19 · 10-5 = 1,19 · 10-5
На расстоянии 5,7 метра: R = 0,99 · 1,19 · 10-5 = 1,17 · 10-5
На расстоянии 8 метра: R = 0,9 · 1,19 · 10-5 = 1,1 · 10-5
На расстоянии 12 метра: R = 0,46 · 1,19 · 10-5 = 5,47 · 10-5
На расстоянии 18 метра: R = 0,09 · 1,19 · 10-5 = 1,07 · 10-6
На расстоянии 30 метра: R = ~0,000001 · 1,19 · 10-5 = 1,19 · 10-10
В результате проведенного расчета были уточнены зоны поражения ударной волной при взрыве ТВС при полном разрушении рефлюксной емкости ректификационной колонны. Также были определенны зоны риска по Методике и при расчете в программе.
На рисунках ниже предоставлены расчеты риска по Методике и в программе.
Рис. 52 – Поле рисков(расчет по Методике)
Рис. 53 – Поле рисков (расчет в программе)
Проведенные расчеты показывают, что при расчете в программе мы получаем более достоверные данные, которые позволяют нам в полном объеме оценить пожаровзрывоопасность объекта. На рисунке выше можно наблюдать, что в соседние объекты не попадают в зону риска, а так же под воздействия ударной волны, это позволяет при строительстве выполнить облегчение конструкции объекта.
Таким образом, необходимо перепроектирование объекта для облегчения связующих конструкций.