Разработка технических решений обеспечивающих пожарную безопасность технологического процесса резервуарного парка

Определяем свободную  площадь насосного зала:

F_св. = k · F_пом, м²  (3.2.1)

где:  k = 0.8 – коэффициент свободной площади, принимаем;

F_пом = 648 м²

Отсюда: F_св. =  0.8 · 648 = 518.4 м²

Определяем высоту слоя нефти, разлившейся при аварии в  помещении насосной:

h_н = V_н/ F_св. = 9,3/518,4 = 0,0179 м = 1,7 см

Высоту порога (пандуса) принимаем равной 15 см, тогда разлившаяся  нефть при расчетной аварии не выйдет за пределы помещения насосной.

Определяем время выгорания  разлившейся при аварии нефти:

τ_выг. = h_н / V_выг., ч

где:  h_н = 1,7 см;   V_выг. = 12 см/ч,

отсюда: τ_выг = 1,7/12 = 0,14 часа

Так как огнестойкость  незащищенных металлических конструкций  здания нефтенасосной принимаем 15 минут, то за τ_выг= 0,14 часа не должно произойти их обрушение, однако от теплового воздействия может выйти из строя технологическое оборудование.

Из вышеизложенного  видно, что в нефтенасосной необходимо предусмотреть систему аварийного слива нефти с учетом рекомендаций п. 10.10 [7].

Для этого в помещении  нефтенасосной со стороны насосов  вдоль стены на площади пола нужно выполнить бетонный лоток для стока нефти при аварии насоса или трубопровода с уклоном в сторону проектируемого аварийного резервуара, который предлагается установить на минимальном расстоянии за пределами здания насосной, под землей, с дыхательной системой, защищенной огнепреградителем, а с целью откачки и быстрого высвобождения аварийной емкости, соединить ее через насосную системы откачки утечек с резервуаром сбора.

Подземный трубопровод - 4 (рис. 6) следует проложить также с односторонним уклоном в направлении аварийной емкости, по возможности прямолинейно, без каких либо задвижек (установка задвижек не допускается, стр. 112 [1]), с гидравлическим затвором - 5 (см. рис. 3.6), который защищает линию аварийного слива от распространения пламени при пожаре в нефтенасосной или аварийном резервуаре. Расчет системы аварийного слива производим с целью определения фактической продолжительности эвакуации нефти из опасной зоны (помещения насосной) – τ_сл, сравнивая ее с допустимой (нормативной) продолжительностью аварийного режима - [τ_сл], которую в большинстве случаев принимают - [τ_сл] ≤900 сек., [3], а также определения диаметра аварийного трубопровода и объема аварийной емкости.

В качестве определяющего  фактора принимаем возможность  деформации незащищенных металлических конструкций здания насосной, технологических агрегатов и коммуникаций насосного зала. В этом случае допустимая продолжительность аварийного слива [τ_сл] может быть принята равной 15 минутам,

 

 

 

 

Рис. 6 Схема аварийного слива нефти из помещения магистральной

нефтенасосной

1 – нефтенасосная  с разлившейся на полу нефтью; 2- бетонный сливной лоток; 3 –  приямок для сбора разлившейся  нефти; 4 – трубопровод аварийного  слива нефти; 5 – гидрозатвор; 6 –  аварийный подземный резервуар; 7 – дыхательная линия; 8 – огнепреградитель

 

 

исходя из огнестойкости  незащищенных металлических конструкций  здания нефтенаеосной (согласно рекомендаций [1]).

Определяем фактическую  продолжительность аварийного слива  из помещения нефтенасосной по формуле 5.23 [2]:

τ_сл = τ_опор + τ_оп ≤ [τ_сл], с

где: τ_опор - продолжительность опорожнения помещения нефтенасосной от нефти, с

τ_оп ≈ 0 - продолжительность операции по приведению системы аварийного слива нефтенасосной в действие

Тогда: τ_сл = τ_опор ≤ 15 минут

Для дальнейших расчетов принимаем τ_опор=10 мин, исходя из вышеуказанной (с учетом запаса надежности) огнестойкости незащищенных металлических конструкций нефтенасосной, экономической целесообразности и расчетного времени тушения пожара проектируемой системой автоматического пенного тушения (10 мин по п. 3 прил. 3 [7]) .

Определяем диаметр  аварийного трубопровода по формуле [3]:

, м

где : V_ж = 11,2 м³ (см. формулу 3.2.14) – объем разлившейся нефти (сливаемой);

τ_опор = 10 мин = 600 с – время опорожнения (слива) разлившейся нефти из помещения нефтенасосной;

H₁ и Н₂ – соответственно максимальный и минимальный уровни нефти в помещении нефтенасосной, считая от выходного сечения аварийного трубопровода на входе в аварийную систему;

Н₂ - принимаем равным  1.9 м; тогда с учетом высоты слоя разлившейся нефти, h_н = 0,06 м (см. формулу 3.2 [16])

Н₁ = Н₂ + h_н = 1.94 + 0.06 = 1,96 м,

φ_сист – коэффициент расхода системы аварийного слива; определяем по формуле [3]:

где:  - суммарный коэффициент местных сопротивлений системы аварийного слива, определяем по формуле 5.26 [2];

,

где:  - соответственно коэффициенты местных сопротивлений на входе, гидрозатворе, поворотах, выходе, задвижке.

Аварийный трубопровод  имеет вход с плавными закруглениями, гидравлический затвор, два плавных поворота под углом (R = 5d_тр).

Отсюда величины коэффициентов  местных сопротивлений равны:

ξ_вх = 0.5; ξ_г = 1.3; ξ_п = 0.5; ξ_вых = 0.5; ξ_з = 0.5;

сист. = 0.5 + 1.3 + 0.5 + 0.5 = 3.2

Тогда, коэффициент расхода  системы равен:

Определяем объем аварийной  емкости по формуле [3]:

V_а = V_ж/ε, м³

где:  V_ж = 11,2 м³ - объем сливаемой нефти;

ε = 0.9 [3] для ЛВЖ - степень  заполнения аварийной емкости нефтью,

Отсюда: V_а = 11,2 / 0,9 = 12,44 м³

При этом диаметр аварийного трубопровода:

Для аварийного трубопровода принимаем стандартный трубопровод  диаметром 120 мм.

Принимаем горизонтальный подземный резервуар номинальным  объемом 12,5 м³ для аварийного слива нефти из здания нефтенасосной.

Опасность аварийных  утечек веществ можно снизить  быстрым 
отключением поврежденных участков (аппаратов, трубопроводов) или устройством соответствующих преград для легковоспламеняющихся горючих жидкостей.

Для ограничения свободного растекания горючей жидкости при повреждениях и авариях аппаратов и трубопроводов устраивают обвалования (в резервуарных парках), стены, бортики, пороги (пандусы), лотки и т.п. (в производственных помещениях и на территории объекта).

Если производственное помещение имеет значительную площадь  и на ней сравнительно равномерно размещено большое количество аппаратов  с огнеопасными жидкостями, то разделение всей производственной площади бортиками  на противопожарные отсеки ограничивает разлив жидкости и размер возможной площади горения.

Принимаем помещение  нефтенасосной, где перекачивается легковоспламеняющаяся жидкость - нефть, в целом за противопожарный отсек. Для того, чтобы разлившаяся в данном отсеке при аварии нефть (около 9,3 тонн) не попала через дверные проемы на прилегающую территорию, в дверных проемах здания магистральной нефтенасосной предусматриваем пандусы нормативной высотой 15см.

 

4.4. Защита от  разлива нефти при мгновенном

разрушении  резервуара

 

Анализ аварий и пожаров  на объектах добычи, транспорта, подготовки и переработки нефти показал, что наиболее опасная ситуация возникает при мгновенном разрушении вертикального стального резервуара (РВС). Образующийся мощный поток жидкости – гидродинамическая волна – разрушает нормативное обвалование и выходит за пределы территории объекта, что часто приводит к катастрофическим последствиям. Площадь разлива нефтей и нефтепродуктов достигает десятков и сотен гектар [17].

Применяемые в отечественной  и мировой практике защитные сооружения в виде земляных обвалований или железобетонных стен рассчитываются только на гидростатическое давление вытекающего из поврежденного резервуара нефтепродукта. Такие преграды не удерживают поток жидкости, образующийся при внезапном полном разрушении резервуара, который движется по законам гидродинамики [11].

Таким образом, для повышения  безопасности персонала предприятия  и сооружений объектов, которые могут  оказаться в зоне опасного воздействия  гидродинамической волны и сопутствующих  ей опасных факторов пожара, необходимо применять специальные инженерные защитные сооружения.

Одно из наиболее эффективных  и экономически целесообразных защитных сооружений – защитная стена с  отбойным козырьком, способная не только удержать волну прорыва и весь объем разлившейся жидкости при разрушении резервуара в заданных границах, но и свести к минимуму последствия гидродинамической аварии.

Параметрами, на основании  которых производится проектирование ограждающей стены, являются ее высота и динамические нагрузки, возникающие  при взаимодействии волны прорыва с ограждающей стеной.

Высоту ограждающей  стены определяют по номограмме (рис. 3 [11]) на основании расчетной схемы, приведенной на рис. 7. При определении оптимальной высоты стены исходят из особенностей планировочных решений резервуарного парка и необходимости устройства подслойного тушения в пространстве между ограждающей стеной и резервуаром.

Для наиболее неблагоприятного случая гидродинамического истечения  конструкция ограждающей стены  должна быть рассчитана на нагрузку, равную 150 тоннам на погонный метр.

 

 

Рис. 7. Принципиальная схема защитной стенки с отбойным козырьком

 

Критерием эффективности  защитного ограждения или системы  преград является их способность  воспринимать гидродинамические нагрузки волны прорыва (потока жидкости) и удерживать в заданных пределах весь объем вылившегося при разрушении РВС нефти или нефтепродукта. Одним из эффективных технических решений, способных предотвратить катастрофические последствия гидродинамической аварии на резервуаре, является защитная стена, имеющая отбойный козырек, который позволяет значительно уменьшить высоту ограждающей стены (рис. 7).

Выбор оптимальных параметров элементов ограждающей стены (угла наклона волноотражающего козырька к горизонту α, его ширины b, высоты защитной стены Н_ст), а также место ее установки относительно резервуара (резервуарного парка) производится с помощью следующей аппроксимационной зависимости:

,

где: а₁ = f₁(α), а₂ = f₂(b/Н_р), а₃ = f₃(L/R) – переменные, зависящие от угла наклона отбойного козырька, его ширины и расстояния от преграды до стенки резервуара соответственно.

На рис. 8 показана принципиальная схема определения параметров защитной преграды.

 

Рис. 8. Принципиальная схема к определению параметров защитной стены

 

Результаты многовариантных расчетов на ПЭВМ позволили определять оптимальную высоту защитной преграды, угол наклона и ширину отбойного козырька, необходимых для 100 % удержания потока жидкости (гидродинамической волны) в заданных границах замкнутого контура обвалования.

Так, для РВС-10000 м³, наиболее оптимальные параметры защитной стены с отбойным козырьком на расстоянии 15 м от резервуара составят:

- высота рабочей части  преграды: 3,34 м;

- длина вылета отбойного  козырька: 0,9 м;

- угол наклона козырька: 45°.

На рис. 9 показан общий вид защитной стены.

 

 

Рис. 9. Общий вид защитной стены с отбойным козырьком

1 – защитная стена, 2 – волноотражающий козырек, 3 –  площадка отражения потока, 4 –  основание преграды, 5 – защитный  зуб для гашения волны прорыва

 

 

 

 

 

 

4.5. Расчет экономического ущерба от загрязнения окружающей природной среды при пожаре разлива нефти

Одним из основных источников экологической опасности в настоящее  время являются техногенные аварии и катастрофы [26].

Крупнейшие аварии и  пожары в нефтяной отрасли, произошедшие за последние десятилетия в России и за рубежом, наряду с гибелью людей, большим материальным ущербом, причиняли значительный ущерб окружающей природной среде, экологическим системам ряда регионов и территорий. Необходимо отметить, что ежегодно в мире, только на объектах нефтепродуктообеспечения, происходит более 60 аварий, каждая из которых сопровождается человеческими жертвами и наносит значительный ущерб.

Повышенный риск возникновения  техногенных аварий и катастроф  на объектах подготовки, транспортировки и переработки нефти, в первую очередь, связан с увеличением сложности и количества технологических систем, повышением энергетической мощности, концентрацией установок на единицу площади.

Во многих случаях  техногенные аварии сопровождаются крупномасштабными пожарами с разливом нефтей и нефтепродуктов при разрушении технологического оборудования, с возникновением “огненных штормов”, сильным тепловым излучением, взрывами, выбросами токсических веществ, образованием паровых и газовых облаков и т.п.