Theoretical and experimental investigation of fires in large fuel tanks and creation of an innovative technology of thei.pdf Введение Склады нефти и нефтепродуктов являются объектами повышенной опасности. Пожары на таких объектах обычно носят затяжной характер, приводят к огромному экономическому ущербу и ущербу для окружающей среды, часто сопровождаются гибелью людей и вызывают большой негативный общественный резонанс не только на национальном, но и на мировом уровне. Примерами таких пожаров являются крупнейшие пожары на складах нефти и нефтепродуктов в Бансфилде, Великобритания, 11 декабря 2005 г., когда 23 больших резервуара были уничтожены, а 43 человека получили ранения [1], в Конде, Ханты-Мансийский автономный округ, Россия, 22 августа 2009 г. (3 больших резервуара объемом 20 тыс. м3 уничтожено, 3 повреждено; погибли 3 человека, 5 ранены [2]), на нефтебазе в Крячках, Киевская область, Украина, 8 июня 2015 г. (все 17 больших топливных 132 Копылов Н.П., Копылов С.Н., Карпов А.В. и др. Теоретическое и экспериментальное исследование резервуаров были уничтожены, 1 человек погиб, 5 ранены [3]), на нефтеперерабатывающем заводе НОРСИ в Кстово, Нижегородская область, Россия, 5 октября 2017 г. (повреждено 6 резервуаров объемом 10 тыс. м3, 4 человека погибли [4]); и этот список можно продолжать. Как показывает опыт, топливные резервуары емкостью более 10 тыс. м3 практически не тушатся, а резервуары объемом 5 тыс. м3 тушатся с вероятностью менее 50%, особенно резервуары с современными топливами, содержащими спирты. Поскольку практически каждый топливный резервуар в мире защищается автоматической системой пенного пожаротушения, можно утверждать, что традиционное пенное пожаротушение неэффективно при таком применении. Для ответа на вопрос: «Почему так происходит?» - выполнена настоящая работа. Расчет объема взрывоопасной зоны и давления взрыва в больших топливных резервуарах Одной из главных причин неэффективности способов тушения пожаров, используемых на складах нефти и нефтепродуктов, является неустойчивость систем пенного пожаротушения, установленных на резервуарах, к давлению взрыва газовоздушных смесей под крышей резервуара. Известно, что более 90% пожаров на резервуарах начинаются со взрыва [5]. Давление врзыва рассчитывается по следующей формуле [6]: Ар тѵ • НТ • Ро • Z 1 V •Pa • Ср • Т0 ‘ Кн (1) где mv - масса паров горючего во взрывоопасной зоне, кг; НТ - теплота сгорания топлива, Дж/кг; р0 - начальное давление, кПа (допускается использовать значение 101 кПа); Z - коэффициент участия горючих газов и паров в процессе горения (допускается использовать значения Z из [6, табл. A.1]; V - свободный объем топливного резервуара (под крышей), м3; То - начальная температура воздуха, К; pa - плотность воздуха при температуре Т0, кг/м3; Ср - теплоемкость воздуха, Дж/(ктК) (допускается принимать равным 1,01 •ІО3 Дж/(ктК)); Кн - коэффициент, учитывающий утечки и неадиабатичность процесса горения (допускается использовать Кн = 3). mv ^•^о^ (2) где рп - плотность взрывоопасной смеси, кг/м3; Ѵвок - объем взрывоопасной смеси, м3. Объем горючей (взрывоопасной) смеси в газовом пространстве резервуаров Ѵвок можно оценить по следующей формуле [7]: V = F (3) где F - площадь поверхности испарения горючей жидкости, м2; Dt - коэффициент диффузии, м2/с; ф* - насыщенная концентрация паров углеводородов, г-м-3; фн - нижний концентрационный предел распространения пламени, г м 3; фв -верхний концентрационный предел распространения пламени г-м-3; т - время, с. Согласно предложенному методу были выполнены расчеты для резервуаров объемом 5 тыс. и 20 тыс. м3, заполненных бензином Аи-93. Результаты расчетов представлены на рис. 1. 133 Механика / Mechanics Рис. 1. Зависимости давления взрыва: a - от времени испарения для резервуара 5 000 м3; b - от уровня взлива топливного резервуара объемом 20 000 м3 с крышей Fig. 1. Dependence of explosion pressure: a - on evaporation time for a 5 000 m3 tank; a - on the filling level of a roofed fuel tank with a volume of 20 000 m3 Как следует из полученных значений давления взрыва, пеногенераторы системы пожаротушения, установленные в верхней части топливного резервуара, с высокой вероятностью будут повреждены или уничтожены взрывом под крышей топливного резервуара. Это означает, что огнетушащая пена не будет сформирована при выпуске огнетушащего вещества, и, соответственно, пожаротушение будет однозначно безуспешным. Полевая математическая модель пожара в больших топливных резервуарах Для оценки значений параметров пожара проведено математическое моделирование горения нефтепродуктов, хранящихся в резервуарах. Математическая модель, реализованная с помощью программного комплекса SOFIE [8] включала следующие основные уравнения: - уравнения неразрывности и сохранения импульса 134 Ф дг дрих , Фф+ dPuz дх ду dz = 0, (4) Копылов Н.П., Копылов С.Н., Карпов А.В. и др. Теоретическое и экспериментальное исследование ЭРи+ , ЭРи+их +фм*Иу+ dpuxuz _ _др+ _d (( )

Скачать электронную версию публикации