CC BY
39УДК 614.841.4 DOI 10.25257/FE.2018.3.32-38
ЮРЬЕВ Виктор Игоревич
Академия ГПС МЧС России, Москва, Россия E-mail: [email protected]
ПЕТРОВ Анатолий Павлович Доктор технических наук, профессор Академия ГПС МЧС России, Москва, Россия E-mail: [email protected]
АНАЛИТИЧЕСКАЯ ОЦЕНКА ПОЖАРНОЙ ОПАСНОСТИ «БОЛЬШИХ» И «МАЛЫХ» ДЫХАНИЙ ВЕРТИКАЛЬНЫХ СТАЛЬНЫХ РЕЗЕРВУАРОВ
ПРИ ИХ НОРМАЛЬНОМ РЕЖИМЕ РАБОТЫ
Представлены результаты сравнительной аналитической оценки пожарной опасности «больших» и «малых» дыханий вертикальных стальных резервуаров (РВС) с бензином при их нормальном режиме работы. Полученные результаты могут быть использованы для разработки технических решений по обеспечению пожарной безопасности резервуарных парков.
Ключевые слова: вертикальный стальной резервуар, «большое» и «малое» дыхание, зоны взрывоопасных концентраций.
Резервуарные парки являются одними из основных и наиболее пожаровзрывоопасных сооружений складов нефти и нефтепродуктов. Они появились и постоянно совершенствуются в связи с бурным развитием нефтегазовой отрасли.
Выбор конкретного типа хранилищ зависит от вида хранимого продукта [1] и от климатических условий региона расположения резервуарного парка. Выбор оптимальных типов резервуаров по технологическим и конструктивным характеристикам был и остаётся основным вопросом, от правильного решения которого зависит не только уменьшение расхода стали, снижение трудоёмкости и стоимости изготовления резервуаров, но и сокращение потерь нефтепродуктов от испарения и, как следствие, повышение пожарной, промышленной и экологической безопасности резервуарных парков.
К наиболее распространённым типам вертикальных резервуаров, согласно ГОСТ Р 152910-2008 «Резервуары вертикальные цилиндрические стальные для нефти и нефтепродуктов», относятся резервуары типа РВС (резервуар вертикальный стальной без понтона), типа РВСП (резервуар вертикальный стальной с понтоном) и РВСПК (резервуар вертикальный стальной с плавающей крышей). В соответствии с ГОСТ 1510-84 «Нефть и нефтепродукты. Маркировка, упаковка, транспортирование и хранение» бензины и нефти рекомендуется хранить в резервуарах с плавающей крышей или понтоном или оборудованных газовой обвязкой в зависимости от условий эксплуатации резервуаров. Однако допускается хранить бензины и нефти в резервуарах без понтонов и газовой обвязки до их капитального ремонта, а также на предприятиях длительного хранения.
Среди названных типов резервуаров широкое распространение в России получили вертикальные резервуары со стационарной крышей без понтона типа РВС. Они особенно востребованы в районах с суровым резко континентальным климатом и с повышенной снеговой нагрузкой, где резервуары с плавающей крышей (РВСПК) не могут с ними конкурировать, так как стационарная крыша резервуара РВС надёжно защищает хранимый нефтепродукт от внешних негативных факторов. Более того, хранение авиационных бензинов в резервуарах с плавающей крышей не допускается вообще. Резервуары типа РВС также широко применяются в резервуарных парках в местах добычи нефти и на базах смешения, где они работают с высоким уровнем оборачиваемости продукта и жёсткими режимами проведения основных для таких резер-вуарных парков процессов закачки-откачки. В этих условиях резервуары с понтоном (РВСП) также не могут конкурировать с резервуарами типа РВС.
Режим работы резервуаров РВС связан с проведением операций закачки и откачки (они характеризуются изменением уровня жидкости в аппарате), а также хранения (уровень жидкости не изменяется).
Пожарная опасность резервуаров типа РВС связана с возможностью образования наружных зон взрывоопасных концентраций при выбросе горючих паров хранимого нефтепродукта из дыхательных устройств. Выброс паров из резервуара может происходить при проведении операций закачки и хранения и связан со следующими причинами:
- при наполнении резервуара, когда уровень жидкости в аппарате поднимается, горючие пары
32
© Юрьев В. И., Петров А. П., 2018
в смеси с воздухом вытесняются через дыхательную арматуру наружу;
- при хранении уровень жидкости в резервуаре остаётся неизменным, однако за счёт нагрева радиационным теплом смеси, находящейся над зеркалом испарения, происходит также её вытеснение из аппарата.
Существует ещё одна причина выброса паров из резервуара, которая связана с поступлением чистого воздуха извне внутрь резервуара. Это происходит тогда, когда давление в газовом пространстве становится ниже атмосферного и в аппарате образуется разрежение. Разрежение образуется по двум причинам: при проведении операций откачки (сливе жидкости) и хранении, когда уровень жидкости в резервуаре остаётся неизменным, но происходит охлаждение смеси. Вследствие этого происходит подсос воздуха в резервуар (аналитическая оценка опасности образования взрывоопасной концентрации внутри резервуаров с бензином при подсосе атмосферного воздуха дана в работе [2]). Поступающий воздух устраняет разрежение путём разбавления богатой насыщенной концентрации. В результате чего в газовом пространстве образуется неравновесная концентрация [3], которая не может существовать длительное время. Поэтому после закрытия вакуумного клапана ненасыщенная паровоздушная смесь (ПВС), стремясь (по первому закону Коновалова) к своему равновесному состоянию системы «жидкий раствор - пар», за счёт дополнительного испарения будет насыщаться парами жидкости, вытесняя из резервуара вместе со смесью излишки воздуха (это явление называют «обратным выдохом»).
Вследствие проявления этих трёх причин происходит выброс ПВС из резервуара в атмосферу. Такие выбросы в общем случае классифицируют как «малые» и «большие» дыхания. Для обеспечения пожарной безопасности резервуарных парков важным является вопрос, какой вид дыхания -«большое» или «малое» - несёт в себе большую пожарную опасность, связанную с возможностью образования наружных зон взрывоопасных концентраций. Для ответа на этот вопрос авторы настоящей статьи предлагают более подробно рассмотреть сущность «больших» и «малых» дыханий.
Сущность механизма «больших» дыханий с точки зрения выброса паров относительно проста. Она связана с закачкой резервуара и вытеснением поднимающейся жидкостью паровоздушной смеси [4].
Механизм «малых» дыханий резервуаров является более сложным. Он связан с изменением температуры в газовом пространстве резервуара в течение суток и, следовательно, со сложными тепло-массообменными процессами, сопровождающие «малые» дыхания. В светлое время суток под воздействием солнечной радиации ускоренному прогреву подвергаются поверхность крыши и «сухая» (выше уровня взлива) стенка резервуара. От нагре-
тых металлических поверхностей резервуара путём сложного кондуктивно-конвективного теплообмена происходит нагрев и объёмное расширение ПВС в газовом пространстве резервуара [5]. Одновременно от нагретых стенок вследствие лучистого теплообмена происходит нагрев поверхностного слоя хранимого продукта. Перегрев его, по данным работы [2], может достигать 15-20 °С по сравнению с температурой основной массы жидкости. Перегрев приводит к росту интенсивности испарения жидкости и, как следствие, к увеличению упругости насыщенного пара. Концентрация паровоздушной смеси при этом растёт, оставаясь насыщенной при изменяющейся во времени температуре поверхностного перегретого слоя. В результате этих взаимно связанных процессов давление в газовом пространстве поднимается и при достижении давления срабатывания избыточного клапана происходит сброс давления, который сопровождается выбросом ПВС в атмосферу - такой сброс относят к «малым» выдохам.
В тёмное время суток температура крыши и сухих стенок корпуса резервуара постепенно снижается, что приводит к двум процессам, протекающим практически одновременно: с одной стороны, на холодных металлических поверхностях начинаются процессы охлаждения насыщенной ПВС и пристеночной конденсации паров жидкостей (нефтепродукта и воды) [5]. Это приводит к снижению давления в газовом пространстве резервуара не только за счёт уменьшения упругости насыщенных паров, но и к сокращению объёма ПВС за счёт конденсации части паров. С другой стороны, за счёт лучистого теплообмена от перегретой поверхности жидкости к холодной стенке происходит снижение температуры поверхностного слоя, что вызовет снижение интенсивности испарения и давления насыщенных паров. Снижение давления будет дополнительно происходить также из-за уменьшения объёма ПВС в результате снижения среднеобъ-ёмной температуры воздуха, входящего в состав смеси. Вследствие протекания этих процессов давление в газовом пространстве резервуара будет снижаться.
При достижении в газовом пространстве разрежения выше предельного (чаще не более 25 Па) вакуумный клапан открывается, и в газовое пространство резервуара поступает чистый воздух (происходит «малый» вдох) - разрежение компенсируется.
Если после первого срабатывания вакуумного клапана процесс охлаждения системы «стенки резервуара - среда в газовом пространстве» продолжается, то «малый» вдох может происходить многократно во времени до стабилизации температуры.
Для снижения выброса паров бензина при «малых» дыханиях резервуары типа РВС окрашивают светоотражающими красками (белая или серебристая), что обеспечивает снижение перепада температур в газовом пространстве резервуара в течение суток.
«Большое» дыхание обусловлено заполнением или опорожнением резервуара. Во время заполнения резервуара уровень жидкости поднимается и ПВС из внутреннего газового пространства вытесняется через дыхательную арматуру в атмосферу (происходит «большой» выдох), образуя в резерву-арном парке зоны взрывоопасных концентраций. Во время опорожнения, наоборот, уровень жидкости опускается, в резервуаре создаётся разрежение и для его компенсации через дыхательный клапан в резервуар из атмосферы поступает воздух, что может, как показано в работе [6], привести к образованию взрывоопасной концентрации внутри резервуара с бензином.
Массовая скорость выброса ПВС при «больших» дыханиях определяется производительностью насосов, осуществляющих закачку. Поэтому для оценки суммарной массы вытесненных паров бензина при «большом» дыхании необходимо знать объём жидкости, поступившей в резервуар при закачке, и концентрацию паров нефтепродукта в газовом пространстве резервуара непосредственно перед закачкой. Наибольший уровень концентрации достигается в режиме хранения нефтепродукта, когда образуется равновесная насыщенная смесь паров бензина с воздухом. Поэтому определение величины насыщенной концентрации для оценки массовой скорости выброса ПВС имеет важное практическое значение [7].
Для определения концентрации паров бензина в газовом пространстве резервуара необходимо знать её значение при фактической температуре. Общее давление в замкнутом газовом пространстве резервуара в условиях установившегося равновесия жидкой и паровой фаз, в соответствии с законом Дальтона, будет складываться из суммы парциального давления паров бензина (давление насыщения) и парциального давления воздуха (рн + рр). Зная отношение парциального давления паров бензина к общему давлению, с некоторым допущением можно определить концентрацию паров нефтепродукта [8]. Давление насыщенного пара рн определяется по уравнению Антуана, в котором за расчётную температуру принималась максимально возможная температура воздуха в соответствующей климатической зоне по СП 131.13330.2012 «Строительная климатология», атмосферное давление принималось равным 101,3 кПа. Отношение объёмов двух газов (воздуха и паров бензина) будет определяться их парциальными давлениями. Парциальное давление паров бензина равно давлению насыщения, а парциальное давление воздуха - атмосферному давлению воздуха [9]. Таким образом, концентрацию насыщенных паров бензина фн в газовом пространстве резервуара можно определить по формуле
Ф„:
; ЮОРн
(Рн+Рб)'
где рн - давление насыщенного пара жидкости при рабочей температуре, кПа; рб - атмосферное (барометрическое) давление воздуха, кПа.
Однако, в соответствии с требованием ГОСТ Р 152910-2008 «Резервуары вертикальные цилиндрические стальные для нефти и нефтепродуктов», клапаны дыхательных устройств резервуаров типа РВС начинают срабатывать уже при незначительном отклонении от барометрического давления (избыточный клапан - при 2 кПа, клапан разрежения -при 0,25 кПа), так как эти параметры определяют безопасный режим работы дыхательных устройств, которые по пропускной способности должны соответствовать максимальной производительности наполнения и опорожнения резервуаров.
Исходя из этого, с некоторым допущением можно принять давление среды в резервуаре, соответственно, в начале и в конце дыхания равным рб, кПа, рассчитываемое по формуле р1 = р2 = рб.
Поэтому для определения концентрации насыщенных паров бензина фн в газовом пространстве резервуара целесообразно использовать более простую, но не менее надёжную зависимость:
Ф„:
Ри_ Рб'
Массу паров жидкости тп, кг/цикл, выходящих из дыхательного устройства резервуара за один цикл «большого» и «малого» дыхания, можно определить по формуле
т„ =
А К 273+^
(1-фн,)-
Фн М,
1-фе *
Г, (1)
где р1 и р2 - давление среды в аппарате, соответственно, в начале и конце дыхания, Па; У1 и У2 -объём паровоздушного пространства, соответственно, в начале и конце дыхания, м3; фн1 и фн2 - концентрация насыщенного пара жидкости при температуре паровоздушной смеси, соответственно, t1 и ^ ,
об. доли;
средняя концентрация на-
сыщенного пара, об. доли; Я = 8 314,31 Дж/(кмоль-К) -универсальная газовая постоянная; Мп - молекулярная масса вещества.
При «малом» дыхании уровень жидкости не изменяется, следовательно, объём паровоздушного пространства резервуара остаётся неизменным, т. е. V = У2 = Уап . Давление в аппарате также не изменяется (р1 = р2 = рр), так как образующиеся излишки ПВС удаляются через дыхательный клапан в атмосферу. Движущей силой, обеспечивающей открытие избыточного клапана при «малом» дыхании, является не только увеличение объёма воздуха при его тепловом расширении, но и рост упругости насыщенных паров в газовом пространстве резервуара, вызванный
плавным увеличением температуры поверхностного слоя жидкости. Эти процессы происходят более интенсивно в утренние часы при нагревании металлического корпуса резервуара под действием солнечной радиации с восходом солнца. С учётом этих условий формула (1) преобразуется в следующее уравнение:
т„
-КпРс
1~Фн1 ^ Фн2
273+^ 273+^2
Ф„ Ч
1-фн /?
(2)
По этой формуле были проведены расчёты массы паров бензина марки АИ-95, выбрасываемых из резервуаров типа РВС при «малых» дыханиях (табл, [10]).
Объём паровоздушного пространства, соответственно, в начале и конце «большого» дыхания определяют по формулам:
У1 = пЯ2И (1 - е2) и У2 = пЯ2И (1 - е1),
где п - 3,14; Я - радиус резервуара, м; И - высота резервуара, м; е1, е2 - степень заполнения в начале и конце «большого» дыхания.
Наполнение почти всегда происходит при постоянном давлении рр, неизменяющихся температуре t и концентрации фп , поэтому: р1 = р2 = р = ^ = t
" Фн1 = Фн2 = Фн. п р р
С учётом этих условий формула (2) преобразуется в следующее уравнение:
клапан давления открывается на короткое время, измеряемое секундами. Период нагревания газовой среды может происходить по погодно-климатическим условиям в течение длительного времени, которое измеряется часами, поэтому стравливание избыточного давления может происходить многократно, но кратковременно.
Эти отличительные особенности оказывают разное влияние на уровень пожарной опасности «больших» и «малых» дыханий. Выброс ПВС при «больших» дыханиях с постоянной в течение всего времени скоростью закачки резервуара в безветренную погоду создаёт благоприятные условия [11, 12] для формирования устойчивого облака с зоной взрывоопасных концентраций. Этому способствует высокая плотность паров бензина, которая в 3-4 раза превышает плотность воздуха. Об этом свидетельствуют результаты исследования, представленные в работе [6] на резервуаре РВС-5000.
Выброс ПВС при «малых» дыханиях осуществляется сравнительно кратковременно по мере медленного нагревания стенок резервуара, поэтому даже в безветренную погоду условия для формирования устойчивой зоны взрывоопасных концентраций отсутствуют.
Максимальные размеры взрывоопасных зон при «больших» дыханиях резервуаров определены в методике, утверждённой приказом МЧС России от 10 июля 2009 года № 404 «Об утверждении методики определения расчётных величин пожарного риска на производственных объектах»:
тп.б=(У,-У2)
273+
Ф„
Ч
Я
^НКПР — 7,8
т„
0,33
.Рп С,
НКПР у
По этой формуле были проведены расчёты массы паров бензина марки АИ-95, выбрасываемых из резервуаров типа РВС от одного цикла «большого» дыхания (см. табл., [10]).
Сравнение полученных результатов свидетельствует о том, что разовые выбросы паров бензина при «больших» дыханиях резервуаров во много раз превышают выбросы, которые происходят при «малых» дыханиях. Это объясняется тем, что режимы истечения у них имеют свои отличительные особенности.
Наполнение резервуара осуществляется в течение относительно длительного времени (чаще 2040 мин) с постоянной скоростью с помощью производственных насосов, поэтому вытеснение ПВС при «больших» дыханиях квалифицируют как одноразовый залповый выброс паров, предусмотренный технологическим процессом.
Выброс ПВС при «малых» дыханиях рассматривают как автоматическое стравливание избыточного давления с помощью дыхательного клапана при относительно медленном нагревании газовой среды в свободном объёме резервуара. При этом
^НКПР — 0,26
т„
N.0,33
Р„С,
НКПР у
где тп - масса паров легковоспламеняющейся жидкости, поступивших в открытое пространство из дыхательного клапана резервуара, кг; рп - плотность паров бензина при расчётной температуре, кг/м3 (в качестве расчётной температуры принята максимально возможная температура воздуха в московской климатической зоне); СНКПР - нижний концентрационный предел распространения пламени паров бензина, % (об.).
Плотность паров бензина рп, кг/м3, при расчётной температуре t определяется по формуле [8]:
Рп =
М
1^,(1+0,00367^)'
где М - молярная масса, м3/кмоль; У0 - мольный объём, равный 22,413 м3/кмоль; ^ - расчётная температура, °С.
Размеры зон взрывоопасных концентраций (бензин марки АИ-95) [10]
Номинальный объём РВС, м3 Масса паров, выходящих при «большом» дыхании mu6x, кг/ цикл Масса паров, выходящих при «малом» дыхании m , " п.м.д.' кг/цикл Радиус ЯНКПР зоны взрывоопасной концентрации при «большом» дыхании, м Диаметр ОНКПР зоны взрывоопасной концентрации при «большом» дыхании, м Высота /НКПР зоны взрывоопасной концентрации при «большом» дыхании, м
1 000 1 136,948 22,98233 49,97 99,94 1,66595
2 000 2 408,327 48,68205 64,02561 128,05122 2,134187
3 000 3 764,995 76,1058 74,1976 148,3952 2,473253
5 000 5 433,025 109,8234 83,74355 167,4871 2,791452
5 000 5 717,489 115,5736 85,16583 170,33166 2,838861
10 000 12 733,65 257,3987 110,9231 221,8462 3,85414
10 000 12 224,31 247,1027 109,4389 218,8778 3,647963
20 000 24 957,96 504,5014 138,5054 277,0108 4,61685
20 000 23 481,65 474,6593 135,7463 271,4926 4,524877
30 000 32 598,15 658,9406 151,266 302,532 5,042199
40 000 50 756,05 1 025,985 175,0647 350,1294 5,83549
50 000 57 761,79 1 167,6 182,696 365,392 6,089866
Результаты расчёта размеров зон взрывоопасных концентраций (радиус #НКПР, диаметр ОНКПР, высота ^НКПР) от цикла «большого» дыхания резервуара с бензином марки АИ-95 приведены в таблице [10].
Таким образом, проведённым анализом установлено, что наибольшую пожарную опасность в резервуарных парках при хранении бензина представляют «большие» дыхания резервуаров типа РВС. Выброс ПВС при «больших» дыханиях с постоянной в течение всего времени скоростью закачки резервуара в безветренную погоду создаёт благоприятные условия для формирования устойчивого облака с зоной взрывоопасных концентраций. С учётом выброса ПВС с постоянной в течение всего времени скоростью закачки резервуара вытеснение смеси при «больших» дыханиях можно рассматривать как залповый выброс ПВС, резко повышающий пожарную и экологическую опасность резервуарных парков. Установлено, что радиус зоны взрывоопасной концентрации для резервуаров больших объёмов по бензину марки АИ-95 в безветренную погоду могут достигать до 183 м. На основе проведённого анализа пожарной опасности «больших» и «малых» дыханий авторы настоящей статьи предлагают закачку резервуаров запредельными жидкостями (нефть, бензин) осуществлять не в один резервуар, а в несколько одновременно с одинаковой суммар-
ной производительностью. Это позволит рассредоточить выброс богатой паровоздушной смеси на большей территории резервуарного парка, что создаст более благоприятные условия для рассеивания паров этих жидкостей в безветренную погоду. Этот метод может быть эффективным, когда на сливоналивную железнодорожную эстакаду подаётся маршрут для слива одного вида углеводородной жидкости.
При оценке опасности загазованности территории резервуарного парка необходимо учитывать также, что образующееся облако зоны взрывоопасных концентраций при незначительном движении воздуха, обладая повышенной устойчивостью против рассеивания, будет аккумулироваться в приземном слое атмосферы. Поэтому существует реальная опасность движения облака зоны взрывоопасных концентраций за границы резервуарного парка, на селитебную территорию и рядом расположенные производственные объекты. Поэтому вопросы обеспечения пожарной безопасности объектов защиты, расположенных вблизи предприятий, на которых используются резервуары типа РВС, являются также актуальными. Вследствие чего, по мнению авторов настоящей статьи, полученные результаты могут быть использованы для разработки технических решений по обеспечению пожарной безопасности резервуарных парков.
ЛИТЕРАТУРА
1. Суханов В. П. Переработка нефти. Учебник для средних проф.-техн. учеб. заведений. 2-е изд., перераб. и доп. М.: Высшая школа, 1979. 335 с.
2. Константинов Н. Н. Борьба с потерями от испарения нефти и нефтепродуктов. М.: Гостоптехиздат, 1961. 260 с.
3. Фукс Н. А. Испарение и рост капель в газообразной среде. М.: Академия наук СССР, 1958. 92 с.
4. Александров А. А. Оценка экологической опасности «Большого дыхания» резервуара автозаправочных станций и нефте-
баз // Вестник Оренбургского государственного университета. 2005. № 4. С. 104-107.
5. Фукс Н. А. Механика аэрозолей. М.: Академия наук СССР, 1955. 352 с.
6. Воробьёв В. В., Юрьев В. И., Петров А. П., Швырков С. А, Волосатов П. В. Оценка опасности образования зон взрывоопасных концентраций в резервуарных парках для хранения бензина [Электронный ресурс] // Технологии техносфер-ной безопасности. 2017. Вып. № 3 (73). Режим доступа: http://
agps-2006.narod.ru/ttb/2017-3/36-03-17.ttb.pdf (дата обращения 09.07.2018).
7. Малинин Н. Н. Исследование условий горения и тушения пожаров на дыхательной арматуре резервуаров для нефти и нефтепродуктов с разработкой пожарно-технических рекомендаций по её устройству и размещению: дис. ... канд. техн. наук: 05.26.01 / Малинин Николай Николаевич. М.: ВИПТШ МВД СССР, 1983. 220 с.
8. Глинка Н. Л. Общая химия. Учебное пособие / под ред. А. И. Ермакова. 29-е изд., испр. М.: Интеграл-Пресс, 2002. 728 с.
9. Антипьев В. Н., Бахмат Г. В., Васильев Г. Г., Дудин С. М, Дячеко В. Н., Кривохижа В. Н, Колотюк В. А, Земенков Ю. Д., Малюшин Н. А, Прохоров А. Д., Смольцев В. М, Хойрыш Г. А, Шутов В. Г., Челинцев С. Н. Хранение нефти и нефтепродуктов. Учебное пособие для студентов вузов нефтегазового профиля,
обучающихся по направлению подгот. дипломир. специалистов 650700 «Нефтегазовое дело». М.: Нефть и газ, 2003. 556 с.
10. Юрьев В. И. Оценка пожарной опасности «дыханий» резервуаров вертикальных стальных с бензином [Электронный ресурс] // Технологии техносферной безопасности. 2016. Вып. 3 (67). С. 128-133. Режим доступа: http://agps-2006.narod.ru/ttb/2016-3/ 12-03-16.ttb.pdf (дата обращения 09.07.2018).
11. Варлаташвили В. Г. Исследование наружных взрывоопасных зон у наземных вертикальных резервуаров: дис. . канд. техн. наук: 05.26.01 / Варлаташвили Виктор Георгиевич. М.: ВИПТШ МВД СССР, 1982. 195 с.
12. ИзмайловА.-Х. С. Противопожарные разрывы на складах легковоспламеняющихся и горючих жидкостей: дис. . канд. техн. наук: 05.520 / Измайлов Абдул-Хамит Сейпиевич. М.: ВИПТШ МВД СССР, 1971. 191 с.
Материал поступил в редакцию 5 июля 2018 года.
Viktor YURYEV
State Fire Academy of EMERCOM of Russia, Moscow, Russia E-mail: [email protected]
Anatoli PETROV
Grand Doctor of Philosophy in Engineering Sciences, Professor State Fire Academy of EMERCOM of Russia, Moscow, Russia E-mail: [email protected]
ANALYTICAL EVALUATION OF FIRE HAZARDS OF WORKING AND BREATHING LOSSES FROM VERTICAL STEEL TANKS UNDER NORMAL OPERATING CONDITIONS
ABSTRACT
Purpose. We have considered problems of the analytical evaluation of the conditions for forming combustible concentration of a gasoline-air mixture in ullage space in a vertical steel tank and explosive concentration zones in a tank farm in case of working losses from tanks.
Methods. We have used the analytical method in research that allows identifying causes of forming explosive concentration external zones in a tank farm in case of breathing and working losses.
Findings. We have presented the analytical evaluation of the formation of explosive concentration external zones in a tank farm in case of working and breathing losses from tanks that allows determining geometric dimensions of occurring clouds in explosive concentration zones for vertical steel tanks of different storage capacities.
Research application field. The results presented in the article can be put into practice to evaluate the danger of forming explosive concentration zones
in a tank farm in case of working and breathing losses.
Conclusions. The comparative assessment of working and breathing losses has shown that the greatest fire hazard in a tank farm is the working loss that occurs at a constant rate of filling a tank during the whole time, therefore in windless weather favourable conditions are created for the formation of a stable cloud with an explosive concentration zone. We propose to fill tanks with flammable liquids (oil, gasoline) not in one tank, but in several ones simultaneously with the same total capacity. It will allow dispersing the emission of a rich steam-air mixture over a larger tank farm area and create more favourable conditions for dissipating vapors of flammable liquids in windless weather. This method can be effective when a flow circuit for draining one type of hydrocarbon liquids is provided onto a loading / unloading railway platform.
Key words: vertical steel tank, working and breathing losses, explosive concentration zones.
REFERENCES
1. Sukhanov V.P. Pererabotka nefti [Petroleum refining]. Moscow, Vysshaya shkola Publ., 1979. 335 p.
2. Konstantinov N.N. Borba s poteryami ot ispareniya nefti i nefteproduktov [Struggle against losses from evaporation of oil and oil products]. Moscow, State Scientific and Technical Publishing House of Oil and Mining Fuel Literature Publ., 1961. 260 p.
3. Fuks N.A. Isparenie i rost kapel v gazoobraznoy srede [Evaporation and growth of droplets in a gaseous medium]. Moscow, Academy of Sciences of the USSR Publ., 1958. 92 p.
4. Aleksandrov A.A. Evaluation of the ecological danger of "Big Breath" tank of gas stations and oil depots. Vestnik Orenburgskogo gosudarstvennogo universiteta, 2005, no. 4, pp. 104-107. (in Russ.).
5. Fuks N.A. Mekhanika aerozoley [The mechanics of aerosols]. Moscow, Academy of Sciences of the USSR Publ., 1955. 352 p.
6. Vorobyev V.V., Yuriev V.I., Petrov A.P., Shvyrkov S.A., Volosatov P.V. Assessment of danger of formation of zones of explosive concentration in reservoir parks for gasoline storage. Tekhnologii tekhnosfernoi bezopasnosti: internet-zhurnal, 2017, no. 3 (73), available at: http://agps-2006.narod.ru/ttb/2017-3/ 36-03-17.ttb.pdf (accessed July 7, 2018). (in Russ.).
7. Malinin N.N. Issledovanie usloviy goreniya i tusheniya pozharov na dykhatel'noy armature rezervuarov dlya nefti i nefteproduktov s razrabotkoy pozharno-tekhnicheskikh rekomendatsiy po ee ustroystvu i razmeshcheniyu [Investigation of the conditions of burning and fire extinguishing on the respiratory armature of tanks for oil and oil products with the development of fire-technical
recommendations on its design and placement. PhD in Engin.Sci. diss.]. Moscow, Higher engineering fire-technical school of the Ministry of Internal Affairs of the Soviet Union Publ., 1983. 200 p. (in Russ.).
8. Glinka N.L. Obshchaya khimiya [General Chemistry. Ed. by A.I. Ermakov]. Moscow, Integral-Press Publ., 2002. 728 p.
9. Antipev V.N., Bakhmat G.V., Vasilev G.G., Dudin S.M., Dyacheko V.N., Krivokhizha V.N., Kolotyuk V.A., Zemenkov Yu.D, Malyushin N.A., Prokhorov A.D., Smoltsev V.M., Khoyrysh G.A., Shutov V.G., Chelintsev S.N. Khranenie nefti i nefteproduktov [Storage of oil and oil products]. Moscow, Neft i gaz Publ., 2003. 556 p.
10. Yuriev V.I. Assessment of fire hazard of "breathing" of vertical steel tanks with gasoline. Tekhnologii tekhnosfernoi bezopasnosti: internet-zhurnal, 2016, no. 3 (67), pp. 128-133, available at: http://agps-2006.narod.ru/ttb/2016-3/12-03-16.ttb.pdf (accessed July 7, 2018). (in Russ.).
11. Varlatashvili V.G. Issledovanie naruzhnykh vzryvoopasnykh zon u nazemnykh vertikal'nykh rezervuarov [Study of external explosive zones in terrestrial vertical tanks. PhD in Engin.Sci. diss.]. Moscow, Higher engineering fire-technical school of the Ministry of Internal Affairs of the Soviet Union Publ., 1982. 195 p. (in Russ.).
12. Izmaylov A.-Kh.S. Protivopozharnye razryvy na skladakh legkovosplamenyayushchikhsya i goryuchikh zhidkostyakh [Fire breaks in warehouses of flammable and combustible liquids. PhD in Engin.Sci. diss.]. Moscow, Higher engineering fire-technical school of the Ministry of Internal Affairs of of the Soviet Union Publ., 1971. 191 p. (in Russ.).
38
© Yuryev V., Petrov A., 2018
