ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ПРЕДУПРЕЖДЕНИЯ КАСКАДНОГО РАСПРОСТРАНЕНИЯ ПОЖАРА В РЕЗЕРВУАРНЫХ ПАРКАХ С НЕФТЕПРОДУКТАМИ И ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ ЕГО ЛИКВИДАЦИИ : Теоретичні основи ПОПЕРЕДЖЕННЯ каскадного ПОШИРЕННЯ ПОЖЕЖІ у резервуарних парків З НАФТОПРОДУКТАМИ І ПІДВИЩЕННЯ ЕФЕКТИВНОСТІ ЙОГО ЛІКВІДАЦІЇ

summary

В першому розділі розглянуто сучасний стан проблеми пожежної безпеки резервуарних парків нафтопродуктів і попередження каскадного розповсюдження пожежі. Наведено класифікацію резервуарів для зберігання нафтопродуктів і класифікацію резервуарних парків, розглянуто статистику пожеж в резервуарних парках, проаналізовано існуючі моделі горіння нафтопродукту, теплового випромінювання від факела, нагріву резервуара з нафтопродуктом.

Характер можливого поширення пожежі в резервуарному парку визначається концентрацією парів нафтопродукту в газовому просторі резервуара і на виході з його дихальних пристроїв. Якщо концентрація парів лежить між нижньою і верхньою концентраційними межами розповсюдження полум’я (НКМРП і ВКМРП), то поява джерела запалювання (іскри або нагрітих до температури самоспалахування  сталевих конструкцій) здатна призвести до вибуху резервуара або виникненню факельного горіння на дихальних пристроях.

Тип резервуара суттєво впливає на його пожежну небезпеку. Найбільш поширеним типом резервуара є вертикальний сталевий резервуар (РВС) із стаціонарною покрівлею (з понтоном, або без понтона).

Резервуари без понтону характеризуються найбільшими втратами нафтопродукту шляхом його випаровування. Це пов’язано з великою площею вільної поверхні нафтопродукту. Групові пожежі викликані, як правило, загальною загазованістю і часто обмежуються стабільним горінням на дихальних пристроях. У разі зберігання бензину поширенню вогню на поверхню рідини заважає те, що концентрація парів в газовому просторі перевищує ВКМРП. При зберіганні сирої нафти концентрація її парів в газовому просторі резервуара лежить в концентраційних межах розповсюдження полум’я. В такому випадку існує загроза вибуху резервуара.

Понтон зменшує втрати нафтопродукту випаровуванням, а значить і загальну загазованість території парку. Але його використання має і негативні наслідки: концентрація парів в газовому просторі виявляється нижчою за ВКМРП, і як бензин, так і сира нафта утворюють вибухонебезпечні суміші. Крім того, понтон може стати джерелом запалювання при ударі о покрівлю або при перекосі і падінні.

Дослідження теплового впливу пожежі на резервуар потребує моделювання факелу над нафтопродуктом, що горить, і моделювання впливу теплового потоку на резервуар з нафтопродуктом. Існуючі моделі факелу над нафтопродуктом, що горить, відносяться до класу детермінованих. Вони ґрунтуються на припущенні про незмінність форми факелу – вона розглядається у вигляді конуса, циліндра, сфери тощо. При цьому не враховуються випадкові пульсації полум’я, пов’язані з турбулентним характером горіння. Внаслідок цього тепловий потік від факелу є не сталим, як його розглядають більшість моделей, а випадковою функцією часу. Випадковою буде і температура резервуара, що нагрівається під впливом теплового потоку. Стохастичні моделі, що здатні на імовірнісному рівні описати нагрів резервуара з нафтопродуктом, відсутні.

При дослідженні впливу теплового потоку від пожежі на резервуар з нафтопродуктом, як правило, стінка резервуара умовно розділяється на дві частини: обернену в бік факела і обернену в протилежний бік. При цьому вважається, що тепловий потік рівномірно розподілений по стінці резервуара, оберненої в бік пожежі, а її температура однакова. Насправді тепловий потік не є рівномірним – на конкретному прикладі показано, що його максимальна величина може в 3,5 рази перевищувати середнє значення (рис. 1). Експерименти показують, що нерівномірний розподіл температур не може виправити і теплопровідність сталі. Ігнорування нерівномірного нагріву резервуару призводить до того, що прогноз часу досягнення резервуаром критичної температури суттєво відрізняється від реальності.

Основним засобом захисту резервуара від перегріву є його охолодження водою. Основне навантаження по охолодженню лягає на пересувну техніку.

Рис. 1. Розподіл коефіцієнта взаємного опромінення  по стінці резервуара РВС-10000, зверненої в бік факела, в залежності від відстані  до верхнього краю стінки і кута , відкладеного вздовж периметра резервуара

Незважаючи на детально розроблені моделі поведінки водяного струменя в повітрі, його траєкторії, максимальної дальності тощо, на сьогоднішній день відсутні моделі, які б враховували охолоджуючий вплив водних струменів на нагріті сталеві конструкції резервуару. В рекомендаціях щодо гасіння пожеж в резервуарних парках наводяться рекомендовані інтенсивності подачі води на охолодження резервуара, що горить, та сусідніх з ним. Але без відповіді залишається питання про наслідки недостатньої інтенсивності охолодження. Це питання є особливо актуальним на початковій стадії пожежі, коли спостерігається недостатня кількість сил та засобів. Це призводить до задачі оптимального розташування сил та засобів для локалізації пожежі і розподілу бойових завдань між ними.

В другому розділі побудовано детерміновану модель нагріву резервуара з нафтопродуктом під тепловим впливом пожежі. Особливістю моделі є врахування нерівномірного нагріву резервуара.

Показано, що при розгляді теплового потоку від резервуара, що горить, до сусіднього теплопередача випромінюванням на чотири порядки більша порівняно з теплопередачею теплопровідністю. Конвекційний переніс також не має суттєвого впливу, оскільки продукти горіння і розігріте повітря підіймаються вгору, а збоку до зони горіння надходить повітря. Наявність вітру не змінює картини, оскільки характерна швидкість висхідного потоку в полум’ї складає 10-15 м/с. Виключенням є лише ураганний вітер, здатний нахилити полум’я майже горизонтально.

В роботі сформульовано і обґрунтовано припущення, на яких базується математична модель нагріву РВС з нафтопродуктом і стаціонарною покрівлею.