Пожарная безопасность → ПожаровзрывобезопасностьПожарная безопасность → ПожаровзрывобезопасностьПожарная безопасность → ПожаровзрывобезопасностьИзложено состояние проблемы пожарной безопасности автоцистерн с нефтепродуктами при воздействии тепловых потоков пожара. Исследованы процессы тепломассообмена в цистерне автомобиля для транспортирования нефтепродуктов. Рассмотрены различные ситуации потери теплоустойчивости цистерны при воздействии тепловых потоков пожара.
Представлены предельно допустимые (критические) значения температур и плотностей тепловых потоков системы "цистерна — технологическое оборудование — нефтепродукт — пожар". Результаты исследований могут быть использованы при оценке пожаровзрывоопасных ситуаций при транспортировании нефтепродуктов автоцистернами, анализе конструктивных решений по защите цистерны на стадии проектирования, экспертизе пожаров и взрывов.
Анализ аварийности при перевозках нефтепродуктов автомобильным транспортом в различных регионах России показывает существенное увеличение количества аварий, приводящих к ранениям и гибели людей, разрушениям зданий и транспортных средств. В результате анализа аварий с автоцистернами (АЦ) для перевозки нефтепродуктов выяснилось, что около половины всех аварий (46 %) происходит в результате дорожно-транспортных происшествий (ДТП),9%аварий — на сливо-наливных эстакадах (СНЭ), порядка 3 % — на автозаправочных станциях (АЗС), при этом в большинстве случаев происходит пожар АЦ (63 %).
Абсолютное большинство пожаров на пунктах налива АЦ (80,6 %) и АЗС (62 %) возникают в результате утечек нефтепродуктов из-за переливов цистерн и неплотностей соединений при проведении технологических операций слива (налива) нефтепродуктов. Результатом воздействия тепловых потоков пожара может быть разгерметизация цистерны или взрыв с образованием "огненного шара". В случае разгерметизации конструкции цистерны происходит увеличение площади пожара пролива и перемещение потока горящей жидкости на автомобильные дороги, другие автотранспортные средства, здания и сооружения.
Транспортирование нефтепродуктов автомобильным транспортом сопряжено с повышенным риском в связи с опасностью возникновения ДТП, при этом около половины случаев ДТП с автоцистернами вызвано превышением скоростного режима. Пожары в результате ДТП представляют наибольшую опасность для людей и окружающей среды, особенно при перевозке ЛВЖ и ГЖ.
Повреждение узлов и систем автомобиля при ДТП способствует развитию пожара, а заклинивание дверей и травмирование людей препятствует возможности тушения пожара ручными средствами и быстрой эвакуации пострадавших. Переворачивание АЦ представляет значительный риск возникновения пожаровзрывоопасной ситуации в случае разгерметизации цистерны и утечки нефтепродукта. Переворачивания происходят в результате превышения скорости, дорожных повреждений, неисправности автомобиля.
Одним из примеров пожара в результате ДТП является авария на автостраде в штате Аризона 8.12.2000 г., когда опрокинулась и загорелась АЦ емкостью 35000 л с пятью отсеками, в четырех из которых находился бензин, в среднем отсеке — дизельное топливо. Температура топлива в отсеках составляла порядка 97 °С при нижней предельно допустимой температуре, определяемой температурой начала кипения, — 30 °С. В результате воздействия тепловых потоков пожара 4 отсека взорвались. Площадь пожара составляла около 100 м2,высота пламени — 10 м.
Авария в городе Насик (Индия) в мае 1987 г произошла в результате утечки топлива (0,2 м3)из припаркованного на автобусной остановке трейлера, которое загорелось с последующим взрывом цистерны; при этом 9 человек погибли, 27 человек получили серьезные ранения.
По характеру очага и масштабу горения пожары АЦ можно разделить на:
Последствия пожара на автоцистерне, предназначенной для перевозки нефтепродуктов
На основе анализа аварийных ситуаций при транспортировании нефтепродуктов АЦ определены участки конструкции цистерны, на которые наиболее часто происходит воздействие тепловых потоков пожара: боковая поверхность конструкции; торцевая часть конструкции со стороны кабины; открытая поверхность конструкции.
Оценка теплоустойчивости АЦ от воздействия пожара является одним из приоритетных вопросов в обеспечении противопожарной защиты и основана на решении двух задач: внешней, связанной с изучением закономерностей распределения тепловых нагрузок при открытых пожарах нефтепродуктов, и внутренней, связанной с изучением вопросов тепло- и массообмена, происходящих в цистерне, обогреваемой теплом от пожара.
Теплоустойчивость цистерны с нефтепродуктом при воздействии очага пожара можно характеризовать следующими параметрами:
Потеря теплоустойчивости цистерны включает в себя следующие возможные ситуации:
1. Взрыв паровоздушной смеси в цистерне, возникающий при одновременном выполнении следующих условий:
где Тс — температура прогретой стенки; Тсе — температура самовоспламенения нефтепродукта.
Моменты наступления этих условий могут не совпадать. Так, горючая паровоздушная смесь в цистерне может быть еще до воздействия тепловых потоков пожара. Воспламенение ее не произойдет, пока несмоченная стенка цистерны не нагреется до опасной температуры. Но и в цистерне с горючей смесью взрыв может не произойти, если к моменту опасного нагрева конструкции смесь будет за верхней границей области воспламенения. Возникновение горючей паровоздушной смеси происходит при незначительном количестве нефтепродукта в цистерне и условии доступа воздуха через открытый люк цистерны или отверстие, образовавшееся в результате повреждения конструкции цистерны.
2. Факельное горение паров над дыхательным клапаном цистерны происходит при одновременном выполнении следующих условий:
3. Разгерметизация цистерны в результате потери прочности из-за возникновения термических напряжений в оболочке цистерны происходит при условии:
Перепад термических напряжений, вызывающий разгерметизацию конструкции, происходит на границе раздела жидкой и парогазовой фаз. Анализ пожаров АЦ показывает, что данная ситуация возникает при заполнении цистерны на 40 - 60 %.
При прогнозировании параметров оболочковых конструкций применяется принцип равнотеплоустойчивости, включающий в себя критерий равнопрочности. Задачи оценки теплоустойчивости емкостей с различными рабочими жидкостями встречаются при оценке теплоустойчивости емкостей пожарных автомобилей (цистерны с водой или пенообразователем, емкости с гидравлической жидкостью автолестницы или подъемника, топливные баки), емкостей с топливом стационарных силовых установок.
Понятие теплоустойчивости подразумевает способность конструкции обеспечивать заданные значения эксплутационных показателей (теплостойкость оболочки и тепловой режим жидкой и парогазовой сред) в условиях пожара в течение заданного времени. Теплоустойчивость АЦ для перевозки нефтепродуктов должна обеспечивать выполнение своего основного назначения — безопасное и эффективное транспортирование и хранение нефтепродуктов при заданном уровне теплового нагружения.
Критерий теплоустойчивости i-гo элемента конструкции:
Конструкция считается равнотеплоустойчивой, когда критерии теплоустойчивости всех ее элементов < 1. Принцип равнотеплоустойчивости позволяет на стадии расчетов определять наиболее слабые места конструкции системы и, ориентируясь на них, проводить расчеты и эксперименты, тем самым повышая уровень безопасности.
Тепло- и огнестойкость элементов конструкции емкостей можно обеспечить при выполнении условия:
Предельно допустимые (критические) значения температур и плотностей тепловых потоков системы "цистерна — технологическое оборудование — нефтепродукт — пожар" определены в работе (табл. 1).
В результате проведенного анализа поставлена задача по разработке имитационной модели по оценке теплоустойчивости цистерны автомобиля для транспортирования нефтепродуктов с учетом работы предохранительного клапана при различных ситуациях воздействия тепловых потоков пожара.