Тема курсовой работы: Расчет пожара разлития

Введение

1.Общие
сведения о пожарах разлития

2.Поражающие
факторы пожара

3.Прогнозирование
и оценка обстановки при ЧС на взрыво-пожароопасных объектах

3.1.

Определение 
возможных  сценариев   возникновения   и  
развития аварий 16

3.2.

Прогнозирование
и оценка обстановки при пожаре разлития

4.Пример решения задачи по расчету пожара разлития

5.

Заключение 

Введение

На территории Российской Федерации на сегодняшний день единовременно транспортируются, хранятся и перерабатываются миллионы тонн нефти и нефтепродуктов.
Резервуарный парк России общим объемом около 22,5 млн. м3 включает свыше 20000 крупных резервуаров. Объем крупнейших из них достигает 100000 м3, в мировой практике применяются резервуары объемом до 240000 м3. Резервуары и резервуарные парки, как основные сооружения складов нефти и нефтепродуктов, широко распространены в отраслях промышленности. Они входят в технологические схемы сбора и подготовки нефти, магистральных трубопроводов, нефтеперерабатывающих заводов, перевалочных и распределительных нефтебаз, предприятий автомобильного, железнодорожного, водного и воздушного транспорта, теплоэлектроцентралей, теплоэлектростанцией, строительных организаций, промышленных предприятий, механизированных сельскохозяйственных предприятий.
Добыча, транспортировка и хранение легковоспламеняющихся и горючих жидкостей относится к ряду потенциально опасных производств, а соответствующие объекты являются объектами повышенного риска. В связи с этим проблема обеспечения безопасности при транспортировке и хранении нефтепродуктов приобретает первостепенное значение.
За последние 20 лет произошло свыше 200 крупных пожаров на объектах хранения и переработки нефти, из них 92% - в наземных резервуарах, в т.ч. 26 % - с сырой нефтью, 49 % - с бензином, 24 % - с мазутом, дизельным топливом, керосином.
Одним из наиболее распространенных источников чрезвычайной ситуации в промышленности является пожар разлития. Полное или частичное разрушение резервуаров или технологического оборудования, приводящее к образованию пролива горючих жидкостей, при наличии источников зажигания может вызвать возникновение горения жидкостей. Пожар разлития отличается весьма сложным характером, зачастую большими масштабами и имеет склонность к распространению на близлежащие территории. Основными составляющими ущербов от пожара разлития являются вред, нанесенный здоровью промышленного персонала и населения, а также загрязнение окружающей природной среды и материальные потери.
Для выявления этого ущерба в данной курсовой работе проведем анализ последствий на примере расчета пожара разлития из-за разрушения резервуара и разлива мазута.

1. Общие сведения о пожарах разлития

Большинство техногенных чрезвычайных ситуаций связано с пожарами. Пожар - это неконтролируемое горение гражданских или промышленных объектов, приводящее к человеческим потерям и материальным убыткам. Различают пожары разлития, связанные с горением горючих жидкостей; горение парогазовоздушных смесей (огненный шар); горение одиночных зданий и промышленных объектов; пожары в населенных пунктах и на промышленных предприятиях.
Пожар разлития представляет собой разлитие воспламеняющейся жидкости, горящее устойчивым диффузионным пламенем. Такой пожар возникает при нарушении целостности и истечении жидкости низкой вязкости из технологических установок. Пожары разлития наиболее характерны для товарно–сырьевых парков объектов нефтепереработки и нефтехимии.
Склады нефти и нефтепродуктов в зависимости от вместимости резервуарных парков и вместимости отдельных резервуаров, согласно СНиП 2.11.03-93, делятся на несколько категорий (таблица 1, таблица 2).

Таблица 1 - Категории складов для хранения нефти и нефтепродуктов

Категория склада Максимальный объем одного резервуара, кубические метры Общая вместимость склада, кубические метры
I - более 100 000
II - более 20 000, но не более 100 000
IIIа не более 5000 более 10 000, но не более 20 000
IIIб не более 2000 более 2000, но не более 10 000
IIIв не более 700 не более 2000

Таблица 2 - Противопожарные расстояния от зданий, сооружений и строений до складов горючих жидкостей
Вместимость склада, кубические метры Противопожарные расстояния при степени огнестойкости зданий, сооружений и строений, метры
I, II III IV, V
Не более 100 20 25 30
Более 100, но не более 800 30 35 40
Более 800, но не более 2000 40 45 50
По назначению резервуарные парки могут быть подразделены на следующие виды:
- товарно-сырьевые базы для хранения нефти и нефтепродуктов;
- резервуарные парки перекачивающих станций нефте- и нефтепродуктопроводов;
- резервуарные парки хранения нефтепродуктов различных объектов.
Общий вид резервуара для хранения нефтепродуктов представлен
на рисунке 1.

Рисунок 1 – Общий вид резервуара для хранения нефтепродуктов

Условиями для возникновения пожара в обваловании резервуаров являются: перелив хранимого продукта, нарушение герметичности резервуара, задвижек, фланцевых соединений, наличие пропитанной нефтепродуктом теплоизоляции на трубопроводах и резервуарах.
Дальнейшее развитие пожара зависит от места его возникновения, размеров начального очага горения, устойчивости конструкций резервуара, климатических и метеорологических условий, оперативности действий персонала объекта, работы систем противопожарной защиты, времени прибытия пожарных подразделений и других факторов.
Пожар в резервуаре в большинстве случаев начинается со взрыва паровоздушной смеси. На образование взрывоопасных концентраций внутри
резервуаров оказывают существенное влияние физико-химические свойства хранимых нефти и нефтепродуктов, конструкция резервуара, технологические режимы эксплуатации, а также климатические и метеорологические условия. Взрыв в резервуаре приводит к подрыву (реже срыву) крыши с последующим горением на всей поверхности горючей жидкости. При этом даже в начальной стадии, горение нефти и нефтепродуктов в резервуаре может сопровождаться мощным тепловым излучением в окружающую среду, а высота светящейся части пламени составлять 1 – 2 диаметра горящего резервуара. Отклонение факела пламени от вертикальной оси при скорости ветра около 4 м/с, составляет 60 – 70°.
После 10 – 15 мин воздействия пламени происходит потеря несущей способности маршевых лестниц, выход из строя узлов управления коренными задвижками и хлопушами, разгерметизация фланцевых соединений, нарушение целостности конструкции резервуара, возможен взрыв в резервуаре.
Горение нефти и нефтепродуктов в резервуарах может сопровождаться вскипанием и выбросами. Вскипание горючей жидкости происходит из-за наличия в ней взвешенной воды, которая при прогреве горящей жидкости выше 100 °С испаряется, вызывая вспенивание нефти или нефтепродукта. Вскипание может произойти примерно через 60 мин горения при содержании влаги в нефти (нефтепродукте) более 0,3 %. Вскипание также может произойти в начальный период пенной атаки при подаче пены на поверхность горючей жидкости с температурой кипения выше 100 °С. Этот процесс характеризуется бурным горением вспенившейся массы продукта.
Выброс нефти и темных нефтепродуктов из горящего резервуара происходит при достижении поверхности слоя донной (подтоварной) воды прогретым слоем горючей жидкости. Этот слой, соприкасаясь с водой, нагревает ее до температуры значительно большей, чем температура кипения. При этом происходит бурное вскипание воды с выделением
большого количества пара, который выбрасывает находящуюся над слоем воды горящую жидкость за пределы резервуара.
Устойчивость горящего резервуара зависит от организации действий по его охлаждению. При отсутствии охлаждения горящего резервуара в течение
5 – 15 мин стенка резервуара деформируется до уровня взлива горючей жидкости.
Сведения по частотам реализации инициирующих пожароопасные ситуации событий, частотам утечек и частотам возникновения пожаров приведены в приложении В.
Пожары резервуаров хранения нефтепродуктов подразделяются на следующие уровни:
- первый (А) — возникновение и развитие пожара в одном резервуаре без влияния на соседние;
- второй (Б) — распространение пожара в пределах одной группы;
- третий (В) — развитие пожара с возможным разрушением горящего и соседних с ним резервуаров, переходом его на соседние группы резервуаров и за пределы резервуарного парка.
При пожарах разлития образуются зоны горения, теплового воздействия и загазованности (рисунок 2).

Рисунок 2 – Зоны теплового воздействия и загазованности при пожаре разлития
2. Поражающие факторы пожара

К поражающим факторам пожара можно отнести следующие:
– нагрев тепловым потоком;
– отравление оксидом углерода и другими продуктами горения;
– взрыв гремучей смеси оксида углерода с кислородом воздуха;
– паника;
– падение горящих конструкций, образование провалов и пр..
Нагрев тепловым потоком выражается в ожогах открытых частей тела, легких и дыхательных путей, а так же тепловых ударах, которые субъективно выражаются головной болью, рвотой, потерей сознания.
При анализе воздействия теплового излучения следует различать случаи импульсного и длительного воздействия. В первом случае критерием поражения является доза излучения D (например, воздействие огненного
шара), во втором - критическая интенсивность теплового излучения qCR
(например, воздействие пожара пролива).
Величина теплового потока (пожарная нагрузка) — количество тепловой энергии на единицу площади поверхности, перпендикулярной направлению ее распространения.
Единицы измерения теплового потока: джоуль на квадратный метр (Дж/м2), калория на квадратный сантиметр (кал/см2). 1 кал/см2 = 4∙104 Дж/м2
= 40 кДж/м2. Единица измерения интенсивности теплового потока – ватт на квадратный метр (Вт/м2). 1 Дж = 1 Вт∙с, 1000 Дж =1 кВт∙с.
Термическое воздействие на человека связано с перегревом и последующими биохимическими изменениями верхних слоев кожи. Человек ощущает сильную (едва переносимую) боль, когда температура верхнего слоя покрова (≈ 0,1 мм) повышается до 45 оС. Время достижения «порога боли» τ, с, связано с плотностью теплового потока q, кВт/м2, соотношением

τ = (35/q)1,33.

При плотности теплового потока менее 1,7 кВт/м2 боль не ощущается даже при длительном тепловом воздействии.
Степень термического воздействия зависит от величины теплового потока и длительного теплового излучения (таблица 3).

Таблица 3 – Критерии поражения тепловым излучением

Степень поражения Интенсивность теплового излучения, кВт/м2
Без негативных последствий в течение
длительного времени 1,4
Безопасно для человека в брезентовой
одежде 4,2
Непереносимая боль через 20-30 с Ожог 1-й степени через 15-20 с Ожог 2-й степени через 30-40 с
Воспламенение хлопка-волокна через 15
мин
7,0
Непереносимая боль через 3—5 с
Ожог 1-й степени через 6—8 с Ожог 2-й степени через 12—16 с 10,5

В качестве вероятностного критерия поражения используется понятие пробит-функции. В общем случае пробит-функиия Рr описывается формулой:
Pr  a  b ln S ,
где a, b - константы, зависящие от степени поражения и вида объекта;
S - интенсивность воздействующего фактора .
Для случая летального исхода формула имеет вид.
Р r   14, 5  2 , 5 6 l n ( q 1 , 3 3  τ ) .
Соотношения между величиной Рr и условной вероятностью поражения человека приведено в таблице 4. Вероятность смертельного поражения человека тепловым излучением Pпор на разных расстояниях от границы пламени можно определить из справочных данных (таблица 4), предварительно вычислив величину пробит функции по формуле при τ=5 с:
Таблица 4. Значения условной вероятности поражения человека в зависимости от пробит функции.

Опасность термического воздействия на строительные конструкции связана со значительным снижением их строительной прочности при превышении определенной температуры.
Степень устойчивости сооружения к тепловому воздействию зависит от предела огнестойкости конструкции, характеризуемого временем, по истечении которого происходит потеря несущей способности. Определение термина «огнестойкость» приведено в приложении А.

Прочность материалов может быть охарактеризована так называемой критической температурой прогрева, которая для стальных балок, ферм и перегонов составляет от 470 оС до 500 оС, для металлических сварных и жестко защемленных конструкций от 300 оС до 350 оС .
Зависимость времени воспламенения в общем случае для различных материалов зависит от величины плотности теплового потока:

τ = A/(q- qкр)n,

где А и n – константы для конкретного вещества (например для древесины А = 4360, n = 1,61).
Особенно опасен нагрев резервуаров (емкостей) с нефтепродуктами, который может привести к взрыву сосуда. В зависимости от длительности облучения критическая плотность теплового потока для емкостей с нефтепродуктами (температура воспламенения ≤ 235 оС) может значительно меняться (таблица 5).

Таблица 5 – Зависимость критического значения плотности теплового потока от длительности воздействия

Длительность
воздействия, мин Критическое значение плотности
теплового потока qкр, кВт/м2
5 34,9
10 27,6
15 24,8
20 21,4
29 19,9
> 30 19,5

Отравление оксидом углерода и другими продуктами горения.
Задымление, помутнение воздуха, угарный газ и опасные дымы вызывают отравление людей угарным газом и другими токсичными веществами, потерю ориентации в зоне пожара. Критическая температура для человека, находящегося в зоне задымления от 60 °С до 70 °С.
Единицы измерения их концентраций продуктов сгорания в воздухе: миллиграммы на литры (мг/л) и миллиграммы на куб. метры (мг/м3).
Оксид углерода и целый ряд химически опасных веществ образуются при пожаре в результате сгорания естественных и синтетических материалов. Их высокие концентрации дают до 70 % смертельных случаев, возникающих в результате этой ЧС. Так например, смертельные отравления оксидом углерода могут наступить при вдыхании его в концентрации 3 мг/м3 в течение 30 — 60 мин. и при концентрации 6 мг/м3, в течение 5 — 10 мин
(таблица 6).

Таблица 6 - Удельный выброс вредных веществ при горении нефти и нефтепродуктов

Загрязняющий атмосферу компонент Химическая формула Удельный выброс вредного вещества кг/кг
Нефть Диз. топливо Бензин
Диоксид углерода Оксид углерода Сажа
Оксиды азота (в пересчете на NO2) СО2 1,0000 1,0000 1,0000
СО 0,0840 0,0071 0,3110
С 0,1700 0,0129 0,0015
NО2 0,0069 0,0261 0,0151
Сероводород Оксиды серы (в
пересчете на SO2) H2S 0,0010 0,0010 0,0010
SO2 0,0278 0,0047 0,0012
Синильная кислота Формальдегид Органические кислоты (в пересчете на CH3COOH) HCN 0,0010 0,0010 0,0010
HCHO 0,0010 0,0011 0,0005
СН СООН 0,0150 0,0036 0,0005
Взрыв гремучей смеси оксида углерода с кислородом воздуха создает мощную взрывную ударную волну и вызывает стремительное распространение пожара.
Паника — вызывает необдуманные поступки людей, приводящие к дальнейшей дестабилизации обстановки, развитию аварийных ситуаций, а так же паника может привести к увечьям или смерти (выбрасывание из окон, давка и.т.д.).
Падение горящих конструкций, образование провалов и пр.
приводят к гибели, ожогам и увечьям.