3 Определение вероятности возникновения пожара (взрыва) на пожаровзрывоопасном объекте

Для расчета вероятности возникновения пожара (взрыва) на действующих или строящихся объектах необходимо располагать статистическими данными о времени существования различных пожаровзрывоопасных событий. Вероятность возникновения пожара (взрыва) в проектируемых объектах определяют на основе показателей надежности элементов объекта, позволяющих рассчитывать вероятность производственного оборудования, систем контроля и управления, а также других устройств, составляющих объект, которые приводят к реализации различных пожаровзрывоопасных событий.

3.1 Расчет вероятности возникновения пожара в резервуаре РВС 20000

В основе решения этой задачи лежит метод определения вероятности возникновения пожара на взрывоопасном объекте.

В качестве пожароопасного объекта взят резервуар с нефтью объемом 20000 м³. Расчет ведется для нормальной эксплуатации технически исправного резервуара. Средняя рабочая температура нефти Т = 311 К. Нижний и верхний температурные пределы воспламенения нефти равны: Т_н.п.в=249 К, Т_в.п.в = 265 К. Количество оборотов резервуара в год П_об = 24 год^-1. Время существования горючей среды в резервуаре при откачке за один оборот резервуара t _ОТК = 10 ч (исключая длительный простой). Радиус резервуара РВС 20000 R = 22,81 м. Высота резервуара H_р = 11,9 м. Число ударов молний п = 6 км^-2 x год^-1. На резервуаре имеется молниезащита типа Б, поэтому b _б = 0,95.

Число искроопасных операций при ручном измерении уровня N_з.у = 1100 год^-1. Вероятность штиля (скорость ветра и x 1 м x с^-1), Q_ш (u x 1) = 0,12. Число включений электрозадвижек N_э.з = 40 x год^-1. Число искроопасных операций при проведении техобслуживания резервуара N_Т.О = 24 год^-1. Нижний и верхний концентрационные пределы воспламенения нефтяных паров С_и.к.п.в = 0,02 % (по объему), С_и.к.п.в = 0,1 % (по объему). Производительность, операции наполнения g = 0,56 i³ x c^-1. Рабочая концентрация паров в резервуаре С = 0,4 % (по объему). Продолжительность выброса богатой смеси Т_бог = 5 ч.

Так как на нефтепроводах средняя рабочая температура нефти выше среднемесячной температуры воздуха, то за расчетную температуру поверхностного слоя нефти принимаем .

Из условия задачи видно, что >, поэтому при неподвижном уровне нефти вероятность образования горючей смеси внутри резервуара равна нулю Q_В^Н (ГС) = 0, а при откачке нефти равна:

==2,74 (1)

Таким образом, вероятность образования горючей среды внутри резервуара в течение года будет равна:

= (2)

Вычислим число попаданий молнии в резервуар то формуле:

(3)

Тогда вероятность прямого удара молнии в резервуар в течение года, равна:

=1- (4)

Вычислим вероятность отказа молниезащиты в течение года при исправности молниеотвода по формуле:

=(1-)=1-0.95=5 (5)

Таким образом, вероятность поражения молнией резервуара равна:

== 5=3,9 (6)

Обследованием установлено, что имеющееся на резервуаре защитное заземление находится в исправном состоянии, поэтому вероятность вторичного воздействия молнии на резервуар и заноса в него высокого потенциала равна нулю:

=0 и =0 (7)

Появление фрикционных искр в резервуаре возможно только при проведении искроопасных ручных операций при измерении уровня и отборе проб. Поэтому вероятность Q_р(ТИ₃) равна:

=Q(ОП)=(1-) (8)

В этой формуле Q(ОП) = 1,5210^-3 — вероятность ошибки оператора, выполняющего операции измерения уровня.

Таким образом, вероятность появления в резервуаре какого-либо теплового источника равна:

=+=5,4 (9)

Полагая, что энергия и время существования этих источников достаточны для воспламенения горючей среды, т. е Q_р(B) = l получим Q_р (ИЗ/ГС) = 5,410^-3.

Тогда вероятность возникновения пожара внутри резервуара равна:

= Q_р (ИЗ/ГС)5,410^-3 (10)

Из условия задачи следует, что рабочая концентрация паров в резервуаре выше верхнего концентрационного предела воспламенения, т. е, в резервуаре при неподвижном слое нефти находится негорючая среда. При наполнении резервуара нефтью в его окрестности образуется горючая среда, вероятность выброса которой можно вычислить по формуле:

= (11)

Во время тихой погоды около резервуара образуется взрывоопасная зона, вероятность появления которой равна:

= (12)

Диаметр этой взрывоопасной зоны равен:

D=2R= (13)

Определим число ударов молнии во взрывоопасную зону:

(14)

Тогда вероятность прямого удара молнии в данную зону равна:

(15)

Так как вероятность отказа молниезащиты Q_р(t₁) = 510^-2, то вероятность поражения молнией взрывоопасной зоны равна:

(16)

Откуда Q_в.з(ТИ₁)=

Вероятность появления около резервуара фрикционных искр равна:

(17)

Наряду с фрикционными искрами в окрестностях резервуара возможно появление электрических искр замыкания и размыкания контактов электрозадвижек. Учитывая соответствие пополнения электрозадвижек категории и группе взрывоопасной смеси, вероятность появления электрических искр вычислим по формулам:

= (18)

Таким образом, вероятность появления около резервуара какого-либо теплового источника составит значение:

(19)

Полагая, что энергия и время существования этих источников достаточны для зажигания горючей среды получим при Q_в=1:

)=8,5 (20)

Тогда вероятность возникновения взрыва в окрестностях резервуара в соответствии равна:

(21)

Откуда вероятность возникновения в зоне резервуара либо пожара, либо взрыва составит значение:

=

(22)

В результате проведенных расчетов можно сделать вывод: вероятность возникновения в зоне резервуара пожара или взрыва составляет 2,010^-4, что соответствует одному пожару или взрыву в год в массиве из 3448 резервуаров, работающих в условиях, аналогичных расчетному.

3.2 Прогнозирование пожарной обстановки

На нефтеперерабатывающем заводе расположен резервуар РВС 20000 в обваловке, имеющий квадратную форму со стороной, а = 80 м. Высота обваловки рассчитана на удержание всего объема нефти, находящейся в резервуаре, при аварийном разлитии. Фактический объем резервуара V_факт = 19 450м³, объем нефти при заполнении резервуара на 80 % , V_неф = 0,8 · 19 450 = 15 560 м³.

В результате разрушения резервуара и разлива нефти возник пожар. Скорость ветра равна 3 м/с. Определить размеры безопасной зоны для персонала.

При разрушении резервуара нефть полностью заполнит обваловку, имеющую площадь:

(23)

Диаметр зеркала разлива:

==90м, (24)

отсюда r = 45 м, а плотность паров нефти принимаем ρ_н = 9,9 кг/м³;

Безразмерную скорость ветра при m_выг = 0,04 кг/(м² · с):

=1,96 (25)

(26)

Высота пламени пожара разлития

L=90 (27)

Определим косинус угла наклона пламени пожара разлития:

(28)

Отсюда θ = 58°.

Угловые коэффициенты излучения φ для различных расстояний R от центра пламени по таблице 3.1 соответствуют при L/r = 43/45 ≈ 1

Таблица 3.1- Угловые коэффициенты излучения

L/r	1	1,5	2	2,5	3	3,5	4	4,5	5	5,5
R, м	45	68	90	110	135	160	180	200	225	250
φ	1,0	0,74	0,48	0,30	0,22	9,18	0,13	0,10	0,08	0,07

   Приняв = 60 кВт/м², найдем плотность потока теплового излучения на разных расстояниях от границ пламени по таблице 3.2: 

Таблица 3.2-Плотность потока теплового излучения

м	45	68	90	110	135	160	180	200	225	250
, кВт/м2	60,0	43	28	17	12	10	7,1	5,4	4,2	3,6

Из результатов расчетов следует, что безопасным для персонала будет расстояние от обваловки R = 250 м, где плотность падающего теплового потока будет меньше 4,0 кВт/м².

Вероятность смертельных поражений человека тепловым излучением Р_пор на разных расстояниях от границ пламени приведена в таблице 3.3:

Таблица 3.3-Вероятность смертельных поражений человека

R, м	45	68	90	110	135	160	180	200	225	250
	14	12,8	11	9,1	7,5	6,3	4,7	3,2	1,5	1,0
Рпор, %	100	100	100	100	99,4	90	38	4	0	0

 Время термического воздействия:

T=, (29)

где τ₀ – характерное время обнаружения пожара (допускается принимать 5 с);

x – расстояние от места расположения человека до зоны, где плотность потока теплового излучения не превышает 4 кВт/м², м;

u – скорость движения человека (допускается принимать 5 м/с).

=-9,5+2,5ln()=1,52 (30)

Как следует из данных расчетов, радиус зоны безопасности (0 % погибших) равен около 225 м от границ пламени. В приложении Б зона безопасности заштрихована.

3.3 Прогнозирование инженерной обстановки

Расстояние от центра взрыва до зданий и сооружений 1,5 км в направлении на юго-восток. Мощность ядерного взрыва 0,3 Мт. Наиболее вероятные метеоусловия:

- направление ветра 68^˚,

- средняя скорость ветра 50 км/ч,

- высота – 12 км,

- характеристика атмосферы – 0,92 (хорошая прозрачность).

Для определения границ зон разрушений для избыточных давлений 50, 30, 20, 10 кПа и вида взрыва, определяются расстояния, на которых наблюдаются эти давления, вызывающие полные, сильные, средние и слабые разрушения.

Зона полных разрушений - ΔР_Ф = 50 кПа.

Избыточное давление наблюдается на расстоянии 4 км от центра взрыва.

Из закона подобия ядерного взрыва находим расстояние, где ΔР_Ф = 50 кПа и q = 0,3 Мт.

R₂ = R_{1 , (31)}

где R₁ – расстояние от центра взрыва.

R₂ = 4 = 4 0,67 = 2,68 км

Зона сильных разрушений - ΔР_Ф = 30 кПа

Здесь R₁ = 5,4 км, R₂ = 5,4 = 5,4 0,67 = 3,6 км

Зона средних разрушений - ΔР_Ф = 20 кПа

Здесь R₁ = 7 км, R₂ = 7 = 4,69 км

Зона слабых разрушений ΔР_Ф = 10 кПа

Здесь R₁ = 11,1 км, R₂ = 11,1 = 7,4 км

Таким образом определена инженерная обстановка при взрыве на объекте: зона полных разрушений охватывает территорию радиусом 2,7 км, зона сильных разрушений - 3,6 км, зона средних разрушений – 4,7 км, слабых разрушений – 7,4 км. При таком взрыве будет полностью разрушен весь нефтеперерабатывающий завод, а зоны сильных, средних и слабых разрушений приходятся на территории радиусом до 7,4 км. В приложении Б отмечена зона полных разрушений.

3.4 Ликвидация последствий аварий на взрывоопасных объектах

Для ликвидации аварий и выполнения задач по защите людей от негативного воздействия поражающих факторов в ОАО «ЛУКОЙЛ-УНП» созданы противоаварийные бригады и невоенизированные формирования из числа персонала. Для ликвидации аварии могут быть привлечены любые специалисты штатного состава, транспортные средства, грузоподъемные машины, технические средства. В случае особой необходимости предусмотрено привлечение пожарных частей ближайших к месту аварии городов и подразделений городских отделов по делам ГО и ЧС.

3.5 Устойчивость предприятия в ЧС

На основании Постановления правительства Российской Федерации 21 мая 2007 года - № 304 – «О классификации ЧС природного и техногенного характера» на рисунке 3.1 представлена классификация ЧС.

ЧС локального характера: нарушены условия жизнедеятельности людей, зона ЧС не выходит за территорию объекта, при этом количество людей погибших или получивших ущерб здоровью составляет не более 10 человек или материальные потери составляют не более 100 тысяч рублей

Рисунок 2.1:- Классификация ЧС

ЧС муниципального характера: зона ЧС не выходит за пределы территории одного поселения или внутригородской территории города, при этом количество пострадавших составляет не более 50 человек. Материальный ущерб – не более 5 миллионов рублей.

ЧС межмуниципального характера: зона захватывает территорию двух или более поселений, внутригородских территорий, при этом количество пострадавших не более 50 человек, размер материального ущерба не более 5 миллионов рублей.

ЧС регионального характера: зона не выходит за пределы территории одного субъекта РФ, при этом количество пострадавших более 50, но менее 500 человек, размер материального ущерба более 5 миллионов рублей, но менее 500 миллионов рублей.

ЧС межрегионального характера: зона ЧС затрагивает территорию двух или более субъектов РФ, при этом количество пострадавших более 50 человек, но не более 500, материальный ущерб более 5 миллионов рублей, но не более 500 миллионов рублей.

ЧС федерального характера: количество пострадавших свыше 500 человек, материальный ущерб свыше 500 миллионов рублей.

По данным статистики можно отметить, что наиболее распространенный характер техногенной ЧС в результате аварий на взрывоопасных объектах – локальный. Это значит, что последствия аварии затрагивают только территорию непосредственно предприятия, тем самым не оказывая вредного воздействия на людей, находящихся за пределами данного объекта.