The problem of predicting accidents with the formation of fireballs
Аннотация: Произведены расчёты параметров огненного шара по существующим отечественным и зарубежным методикам, выполнен анализ данных методик, на основе анализа сделаны выводы, описана основная проблема прогнозирования аварий с формированием огненного шара.
Ключевые слова: огненный шарвзрывтепловое излучение
В нефтегазовой отрасли нередко прибегают к умышленному сжатию как инертных, так и горючих газов, затрачивая на это достаточное количество усилий и ресурсов. В результате чего сжатый газ (пар) и жидкость оказываются в герметичных емкостях и аппаратах, имеющих разную форму и объём. Данные ёмкости содержат колоссальный запас потенциальной энергии. Аварийная ситуация в аппарате влечет за собой высвобождение его потенциальной энергии и в дальнейшем взрыв.
Одним из возможных сценариев развития аварий в емкостях, содержащих углеводородные газы и жидкости, является огненный шар. Огненный шар это крупномасштабное диффузионное горение, реализуемое при разрыве резервуара с горючей жидкостью или газом под давлением с воспламенением содержимого резервуара [2]. Одним из поражающих факторов при данных авариях является разлёт частей емкости или технологического аппарата. Необходимо учесть, что чаще всего дистанция разлета осколков емкости гораздо меньше расстояния теплового воздействия данной аварии[4,5]. Поэтому при оценке последствий аварий огненного шара следует, прежде всего, рассчитывать зоны поражения от теплового воздействия [1,4].
Для прогноза теплового воздействия данного типа аварий существует много методик. Рассмотрим лишь часть из них, они приведены в табл. 1. Для сравнения результатов по рассматриваемым в табл. 1 методикам для расчёта были взяты следующие параметры: объём емкости – 700 м3, плотность жидкой фазы – 550 кг/м3,степень заполнения емкости – 85 %, расстояние от огненного шара до излучаемого объекта 600 м [1].
На рис. 1-3 представлены диаграммы, на которых проиллюстрированы полученные результаты расчётов по каждой из предложенных методик.
Таблица 1
Методики по определению поражающих факторов аварий,
сопровождаемых огненными шарами
Мет. 1 | СП 12.13130.2009. Определение категорий помещений, зданий и наружных установок по взрывопожарной и пожарной опасности (с изм. № 1) |
Мет. 2 | Национальный стандарт РФ ГОСТ Р 12.3.047-2012 "Система стандартов безопасности труда. Пожарная безопасность технологических процессов. Общие требования. Методы контроля" |
Мет. 3 | William E. Martinsen and Jeffrey D. Marx. Улучшенная модель для прогнозирования лучистого тепла от огненных шаров. 1999 (Статическая модель) |
Мет. 3* | William E. Martinsen and Jeffrey D. Marx. Улучшенная модель для прогнозирования лучистого тепла от огненных шаров. 1999 (Динамическая модель) |
Мет. 4 | Методика анализа риска для опасных производственных объектов газодобывающих предприятий ОАО "Газпром". СТО Газпром 2-2.3-400-2009 |
Мет. 5 | J. Casal, J. Arnaldos, H. Montiel, E. Planas-Cuchi, and J. A. Vı´lchez. Моделирование и понимание BLEVEs. Вычислительный центр технических исследований (CERTEC), Политехнический университет Каталонии – Барселона, Каталония, Испания |
Мет. 6 | Приказ МЧС России от 10 июля .2009 г. № 404 "Об утверждении методики определения расчётных величин пожарного риска на производственных объектах" |
Мет. 3 – статическая модель;
Мет. 3* – динамическая модель
Рис. 1. Показатели расчёта диаметра огненного шара
Мет. 3 – статическая модель;
Мет. 3* – динамическая модель
Рис. 2. Показатели расчёта времени существования огненного шара
Мет. 3 – статическая модель;
Мет. 3* – динамическая модель
Рис. 3. Показатели расчёта интенсивности теплового излучения
от огненного шара
Можно заметить, что при одинаковых исходных данных получаются разные значения поражающих факторов.
Полученные результаты необходимы для расчётов безопасных расстояний при строительстве, в том числе объектов нефтегазовой отрасли. В нынешнее время в условиях плотной застройки заправочные станции стали размещать вблизи зданий и сооружений, тем самым усугубляя возможные последствия аварийной ситуации.
Проанализировав методики можно сделать вывод, что данные модели прогнозируют аварию на открытой площадке или в поле, так как они не описывают распространение теплового излучения при загромождённости зданиями и сооружениями. Методики 1-3, 4, 5 описывают огненный шар как статическое событие, полагая, что огненный шар испускает постоянное тепловое излучение на все время его существования. Завышенные тепловые нагрузки увеличат стоимость возведения зданий, а заниженные к большому ущербу и трагическим последствиям.
Из этого следует, что развитие методики по определению поражающих факторов при авариях сопровождаемых огненными шарами является актуальным.
Литература
1. Комаров А. А., Шангараев Р. Р. Определение поражающих факторов при авариях, сопровождаемых огненными шарами // Пожары и чрезвычайные ситуации: предотвращение, ликвидация. 2020. №3. С. 20–25.
2. ГОСТ Р 12.3.047-2012. Система стандартов безопасности труда. Пожарная безопасность технологических процессов. Общие требования. Методы контроля".
3. William E. Martinsen and Jeffrey D. Marx. An improved model for the prediction of radiant heat from fireballs // International Conference and Workshop on Modeling Consequences of Accidental Releases of Hazardous Materials San Francisco, California September 28 – October 1, 1999.
4. Методика анализа риска для опасных производственных объектов газодобывающих предприятий ОАО "Газпром". СТО Газпром 2-2.3-400-2009.
5. Casal J., Arnaldos J., Montiel H., Planas-Cuchi E., and Vılchez J. A. Modeling and understanding BLEVEs // Centre dEstudis del Risc Tecnologic (CERTEC), Universitat Politecnica de Catalunya – Institut d’Estudis Catalans, Barcelona, Catalonia, Spain.