CC BY
15
References
1. Rossijskij statisticheskij ezhegodnik. Federal'naja sluzhba gosudarstvennoj statistiki. 2015: Stat. sb. [Russian statistical Yearbook. Federal state statistics service. 2015: Stat. SB.], Rosstat, P76, M., 2015, 728 p.
2. Velichkovsky B.T. Fibrogennye pyli. Osobennosti stroeniya i mekhanizma biologicheskogo dejstviya [Fibrogenic dust. Features of the structure and mechanism of biological action], Gorky, Volga-Vyat. book. publishing house, 1980, 159 p.
3. Evgenova M.V., Zertsalova V.I., Ivanova I.S. Pro-fessional'nye pylevye bronhity [Professional dust bronchitis], M., Medicine 1979, 132 p.
4. Popov A.A., Valge A.M. Tehnologii i tehnicheskie sredstva proizvodstva stolovoj morkovi i svekly na Severo-Zapade Rossijskoj Federacii [Technologies and technical means of production of carrot and beet in the North-West of the Russian Federation], SPb., SZNIIMESKH, 2007, 220 p.
5. Volkov B.G. i dr. Tekhnologicheskie svojstva polej Severo-Zapada RSFSR [Technological properties of fields of the North-West of the RSFSR], Scientific. tr. NIPTIMESH, 1972, v. 2, pp. 32-37.
6. Popov A.A., Shkrabak V.S., Danilova S.V. Teoreti-cheskoe obosnovanie ispol'zovaniya melkodispersnoj zhid-kosti dlya podavleniya pochvennoj pyli na liniyah posleubo-rochnoj dorabotki korneplodov [Theoretical justification of the use of fine-dispersed liquid for suppressing soil dust on the lines of post-harvest processing of root crops], Bulletin of the
Saratov State Agrarian University named by N.I. Vavilov,
2015, No 9, pp. 50-56.
7. Kelchevskaya L.S. Soil moisture of the European part of the USSR, L., Gidrometeoizdat, 1983, 182 p.
8. Shkrabak V.S., Popov A.A., Danilova S.V., Bogaty-rev V.F. Rezul'taty issledovanij gidropodavlenija pochvennoj pyli pri dorabotke korneplodov s cel'ju uluchshenija uslovij truda rabotnikov [The results of studies of hydromodule soil and dust at completion of root crops with the aim of improving the working conditions of employees], Vestnik agrarnoj nauki Dona, 2016, No 3 (35), pp. 77-86.
9. Shkrabak V.S., Popov A.A., Danilova S.V., Bogaty-rev V.F. Obosnovanie parametrov i rezhimov raboty oborudo-vanija dlja gidropodavlenija pochvennoj pyli na linijah pre-drealizacionnoj dorabotki korneplodov [Justification of parameters and modes of operation of the equipment for hydromodule soil dust on the lines prerealization refinement of the roots], Bezopasnost' zhiznedejatel'nosti, M., Novye tehnologii,
2016, No 7, pp. 12-16.
10. Turbina B.G. i dr. Sel'skohozjajstvennye mashiny. Teorija i tehnologicheskij raschet: uchebnik [Agricultural machine. Theory and process design: a tutorial], pod redakciej B.G. Turbina, 2-e izd., pererab. i dop., L., Mashinostroenie, 1967, 583 p.
11. Adler Ju.P., Markova E.V., Granovskij Ju.V. Plani-rovanie jeksperimenta pri poiske optimal'nyh uslovij [Planning of experiment when searching optimal conditions], 2-e izd., pererab. i dop., M., Nauka, 1976, 279 p.
Сведения об авторах
Шкрабак Владимир Степанович - доктор технических наук, профессор кафедры «Безопасность технологических процессов и производств», ФГБОУ ВО «Санкт-Петербургский государственный аграрный университет» (г. Пушкин, Российская Федерация). Тел. +7-921-345-21-09. E-mail: v.shkrabak@mail.ru.
Попов Александр Александрович - доктор технических наук, профессор кафедры «Безопасность технологических процессов и производств», ФГБОУ ВО «Санкт-Петербургский государственный аграрный университет» (г. Пушкин, Российская Федерация). Тел. +7-911-284-83-61. E-mail: popov99. 1940@mail.ru.
Данилова Светлана Вячеславовна - кандидат технических наук, ФГБОУ ВО «Санкт-Петербургский государственный аграрный университет» (г. Пушкин, Российская Федерация). Тел. +7-911-818-30-29. E-mail: vipsvetlana@list.ru.
Information about the authors
Skrabak Vladimir Stepanovich - Doctor of Technical Sciences, professor of the Safety of technological processes and production department, FSBEI HE «St. Petersburg State Agrarian University» (Pushkin, Russian Federation). Phone: +7-921-345-21-09. E-mail: v.shkrabak@mail.ru.
Popov Alexander Alexandrovich - Doctor of Technical Sciences, professor of the Safety of technological processes and production department, FSBEI HE «St. Petersburg State Agrarian University» (Pushkin, Russian Federation). Phone: +7-911-284-83-61. E-mail: popov99. 1940@mail.ru.
Danilova Svetlana Vyacheslavovna - Candidate of Technical Sciences, FSBEI HE «St. Petersburg State Agrarian University» (Pushkin, Russian Federation). Phone: +7-911-818-30-29. E-mail: vipsvetlana@list.ru.
УДК 614.83
ЭНЕРГЕТИЧЕСКАЯ ОЦЕНКА ВЗРЫВОПОЖАРООПАСНЫХ ОБЪЕКТОВ © 2018 г. Н.И. Шабанов, С.М. Пятикопов
Целью настоящей работы является получение дополнительных сведений о негативном влиянии опасных производственных объектов (ОПО), необходимых для разработки соответствующих защитных мероприятий. В последней редакции закона об ОПО отмечается, что если на ОПО требуется отступление от требований промышленной безопасности или последних недостаточно, необходима разработка нового документа «Обоснование безопасности ОПО», содержащего, в том числе, и сведения о результатах оценки риска аварии на ОПО и связанной с ней угрозы, что подтвер-
ждает актуальность энергетической оценки ОПО, содержащих воспламеняющиеся и горючие вещества. Для проведения исследований изучили величину потенциальной энергии, выделяемой при сгорании некоторых воспламеняющихся и горючих веществ, находящихся на ОПО I класса опасности, которая может существенно воздействовать на окружающую и производственную среду. Анализ показателей пожарной опасности таких горючих газов, как водород, метан и аммиак, показал, что энергетический потенциал данных веществ изменяется в довольно широких пределах и отличается друг от друга более чем в 1,7 раза, а энергетический потенциал горючих жидкостей ОПО этого же класса опасности превышает в 40-100 раз энергетический потенциал горючих газов. При взрыве горючих газов и паров легковоспламеняющихся жидкостей в одинаковом замкнутом объеме минимальная величина избыточного давления в сравнении с другими воспламеняющимися и горючими веществами ОПО I класса опасности будет у паров ацетона, но его величина будет настолько велика, что вызовет полное разрушение конструкций близлежащих зданий. Этот анализ показал, что некоторые объекты II класса опасности, например, ОПО с горючими газами в объемах незначительно меньших, чем у первого класса опасности, представляют большую опасность, чем объекты I класса опасности. Поэтому при разработке паспортов безопасности ОПО, планов локализации и ликвидации последствий аварий необходимо проводить их энергетическую оценку.
Ключевые слова: опасный производственный объект, взрывчатые вещества, пороговое значение, горение, энергия, избыточное давление, класс опасности.
The purpose of this paper is to obtain additional information on the risks of GCO needed to develop appropriate activities. To carry out the research, we studied the potential energy released during the combustion of some flammable and combustible substances that are located in the GRO of the first hazard class, which can significantly affect the environment and the production environment. The analysis of fire hazard indicators of such combustible gases as hydrogen, methane and ammonia showed that their energy potential differs from each other by more than 1,7 times, and the energy potential of flammable liquids of the same hazard class exceeds 40-100 times the energy potential of combustible gases. In the explosion of combustible gases and vapors of flammable liquids in the same closed volume, the minimum excess pressure in comparison with other flammable and combustible substances of the first class hazard class I will be in acetone vapor, but its magnitude will be so great that it will cause complete destruction of the structures of nearby buildings. This analysis has shown that some objects of hazard class II, for example GCO with combustible gases in volumes slightly lower than those of the first hazard class, pose a greater danger than objects of hazard class I. Therefore, when developing safety data sheets, plans for localization and elimination of accident consequences, it is necessary to carry out their energy assessment.
Keywords: dangerous production facility, explosives, threshold value, combustion, energy, overpressure, hazard class.
Введение. В Российской Федерации около половины зарегистрированных опасных производственных объектов (ОПО) являются взры-вопожароопасными и относятся к I классу опасности. Среди них имеются объекты, содержащие воспламеняющиеся и горючие газы, горючие жидкости, окисляющие и взрывчатые вещества в количествах, равных или превышающих пороговое значение в соответствии с законом об ОПО [1].
Анализ взрывоопасных веществ на ОПО, их количества, агрегатного состояния показывает, что энергетический потенциал этих веществ изменяется в довольно широких пределах. Это позволяет сделать вывод о различной потенциальной опасности ОПО независимо от его класса опасности, а это необходимо учитывать при анализе опасности объекта, разработке паспорта безопасности и требований к мероприятиям по снижению масштабов воздействия взрыво-пожароопасных веществ на производственные и жилые объекты, их персонал и население [2, 3]. В последней редакции закона об ОПО отмечается, что если на ОПО требуется отступление от требований промышленной безопасности
или последних недостаточно, необходима разработка нового документа «Обоснование безопасности ОПО», содержащего, в том числе, и сведения о результатах оценки риска аварии на ОПО и связанной с ней угрозы, что подтверждает актуальность энергетической оценки ОПО, содержащих воспламеняющиеся и горючие вещества [4].
Анализ исследований и результаты их обсуждения. Целью настоящей работы является получение дополнительных сведений об опасности ОПО, необходимых для разработки соответствующих мероприятий.
Для этого провели анализ потенциальной энергии, выделяемой при сгорании некоторых воспламеняющихся и горючих веществ, находящихся на ОПО I класса опасности, которая может существенно воздействовать на окружающую и производственную среду. Количество выделенной энергии (Э) при сгорании (взрыве) опасных веществ определяется по формуле [5]:
Э = 0-Ч,
где 0 - количество опасного вещества, т; ц - теплота сгорания, кДж/кг.
Анализ ОПО, относящихся к классам опасности от I до IV, показал, что на ОПО
1 класса опасности находятся вещества со значительным энергетическим потенциалом [1], имеющим существенный разброс по величине выделенной энергии при сгорании предельного количества, указанного в таблице 2 приложения
2 к Федеральному закону об ОПО.
Так, для ОПО I класса опасности в таблице 2 [1] приведены воспламеняющиеся и горю-
300
X
^
:> 250
ю
*
о
200
ОС
и
гр
е 150
<п
ОС
а
I I 100
е
е;
е
Ч 50
ы
<0
0
чие газы в количестве более 2000 т. Анализ показателей пожарной опасности только некоторых горючих газов, например, водорода, метана и аммиака [6], показал, что энергетический потенциал при их сгорании значительно отличается друг от друга и изменяется от 240-106 мДж у водорода до 37-106 мДж у аммиака (рисунок 1), т.е. отличается по величине выделенной энергии у анализируемых опасных веществ одной группы более чем в 7 раз.
240
водород метан аммиак
горючие газы
Рисунок 1 - Величина выделенной энергии при сгорании горючих газов, находящихся на ОПО
Энергетический потенциал при сгорании горючих жидкостей значительно выше, чем у горючих газов, т.к. их предельное количество составляет от 500000 т, что более чем в 200 раз превышает предельное количество горючих газов. При сгорании такого количества горючих жидкостей выделится значительно большее количество энергии, и они представляют большую опасность, чем горючие газы.
Так, при сгорании предельного количества, например, бензина и дизельного топлива, находящихся на товарно-сырьевых складах и базах, выделится более 22000-106 мДж энергии, или почти в 100 раз больше, чем при сгорании предельного количества водорода.
Наименьшее количество энергии будет выделено при сгорании этиленгликоля и глицерина, но и это количество энергии превышает
выделенную энергию при сгорании водорода в 40-50 раз из-за значительно большего предельного количества этих опасных веществ на ОПО (рисунок 2).
При сгорании анализируемых воспламеняющихся и горючих веществ имеют место несколько поражающих факторов пожара [7, 8, 9].
Так, горение горючих газов является де-флаграционным или взрывным и сопровождается ударной волной, а горение горючих жидкостей протекает значительно медленнее - это горение гетерогенное и дополнительным поражающим фактором пожара является еще и тепловое излучение.
Оба эти фактора опасны. Первый вызывает разрушение конструкций зданий производственного и жилого назначения, а второй - вторичные пожары и ожоги людей.
25000
36
20000
к ^
О.
01 I <п к ш I I 01 е; 01
и <0
15000
10000
5000
бензин
ацетон этиленгликоль горючие жидкости
глицерин
Рисунок 2 - Величина выделенной энергии при сгорании горючих жидкостей, находящихся на ОПО
Анализ опасного фактора пожара - ударной волны, возникающей от избыточного давления в эпицентре горения с использованием разработанной программы [7, 8], показал, что при горении воспламеняющихся и горючих газов величина избыточного давления в замкнутом пространстве объемом 1000 м3 изменяется от 160-105 кПа у водорода и до 30-105 кПа у метана (рисунок 3). Это избыточное давление настолько велико, что вызовет быстрое и полное разрушение конструкций близлежащих зда-
ний, а это повлечет значительные потери людей.
Взрыв паров легковоспламеняющихся жидкостей в замкнутом пространстве [8, 9] также сначала вызовет ударную волну с величиной избыточного давления от 24,5105 кПа при взрыве паров ацетона до 106105 кПа при взрыве паров бензина (рисунок 3), а затем начнется интенсивное горение жидкой фракции, вызывая сильное тепловое излучение, воздействующее на объекты и людей [9, 10, 11].
0
(О
с
к
ш
*
о
е и
I
е
е; <о го
д
е о
I
ч о т
и
ю
(О
и
180 160 140 120 100 80 60 40 20 0
У
Р*
У
«г
-«У
/
горючие газы
горючие жидкости
Рисунок 3 - Величина избыточного давления при взрыве в замкнутом объеме горючих газов
и горючих жидкостей
Вышеприведенный анализ проводился для объектов I класса опасности, но некоторые объекты II класса опасности (например, товарно-сырьевые склады и базы с горючими жидко-
стями) будут иметь незначительно меньшие показатели по избыточному давлению при взрыве паров легковоспламеняющихся и горючих жидкостей и по тепловому излучению при их
горении, чем аналогичные объекты I класса опасности, и значительно большие показатели избыточного давления взрыва их паров в сравнении, например, с метаном в количестве 2000 т, а такие ОПО относятся к I классу опасности.
Заключение. Следовательно, энергетическая оценка ОПО показывает, что некоторые объекты II класса опасности, например, ОПО с горючими газами в объемах незначительно меньших, чем у первого класса опасности, представляют большую опасность, чем объекты I класса опасности.
Поэтому при разработке паспортов безопасности ОПО, планов локализации и ликвидации последствий аварий необходимо проводить энергетическую оценку ОПО с определением не только избыточного давления взрыва воспламеняющихся и горючих газов, но и паров легковоспламеняющихся и горючих жидкостей в количестве меньшем предельного для I класса опасности ОПО, особенно находящихся в емкостях. На объектах с воспламеняющимися и горючими газами опасен не только взрыв с избыточным давлением в замкнутом пространстве в 2-3 раза меньшим, чем при взрыве паров горючих жидкостей, находящихся на товарно-сырьевых базах и складах ОПО II класса опасности, но и сильное тепловое излучение при горении горючих жидкостей.
Литература
1. Федеральный закон от 21.07.1997 № 116-ФЗ (ред. от 13.07.2015) «О промышленной безопасности опасных производственных объектов».
2. Гражданкин, А.И. Заменит ли количественная оценка риска выполнение требований промышленной безопасности? / А.И. Гражданкин, А.С. Печеркин, В.И. Сидоров // Безопасность труда в промышленности. -2012. - № 10. - С. 43-48.
3. Печеркин, А.С. Тенденции применения количественной оценки риска пожара и аварии в российском законодательстве. Отказ от «рискованной» альтернативы / А.С. Печеркин // Безопасность труда в промышленности. - 2012. - № 12. - С. 50-54.
4. Приказ Федеральной службы по экологическому, технологическому и атомному надзору от 15 июля 2013 г. № 306 «Об утверждении Федеральных норм и правил в области промышленной безопасности «Общие требования к обоснованию безопасности опасного производственного объекта».
5. Тотай, А.В. Теория горения и взрыва: учебник и практикум для прикладного бакалавриата / А.В. Тотай, О.Г. Казаков; под ред. А.В. Тотая, О.Г. Казакова. - 2-е изд., перераб. и доп. - М.: Юрайт, 2016. - 295 с.
6. ГОСТ 12.1.044-89. Система стандартов безопасности труда. Пожаровзрывоопасность веществ и материалов. Номенклатура показателей и методы их определения.
7. Свидетельство на программу для ЭВМ № 2016611811. Определение основных параметров взрыва топливно-воздушных смесей в зависимости от удаления его эпицентра / Н.И. Шабанов, И.В. Егорова, Н.В. Петренко, В.Н. Литвинов, Н.Н. Грачева, Н.Б. Руденко; заявитель и правообладатель ФГБОУ ВО Донской государственный аграрный ун-т. - № 2015662393; заявл. 15.12.2015; опубл. 20.03.2016.
8. Петренко, Н.В. Оценка последствий аварийных взрывов топливно-воздушных смесей / И.В. Егорова, Н.В. Петренко, Н.Н. Грачева, Н.Б. Руденко // Вестник аграрной науки Дона. - 2016. - № 3 (35). - С. 63-70.
9. Безопасность человеко-машинных систем в АПК / Н.И. Шабанов, И.Э. Липкович, А.В. Рамзаев, А.В. Семенихин, Е.А. Таран, А.В. Пикалов, Н.В. Петренко, А.Л. Пономаренко, С.М. Пятикопов, М.Г. Федорищенко, И.А. Шишина / под ред. Н.И. Шабанова. - Т. 11. - Ч. 2. -Зерноград: ФГБОУ ВПО АЧГАА, 2012. - 452 с.
10. Britter, R.E. Atmospheric dispersion of dense gases / R.E. Britter // Annual Review of Fluid Mechanics. -1989. - V. 21. - P. 317-344.
11. Sharan, M. Comparison of sigma schemes for estimation of air pollutant dispersion in low winds / M. Sharan, A.K. Yadav, M.P. Singh // Atmospheric environment. - 1995. - V. 29. - № 16. - P. 2051-2059.
References
1. Federalnyj zakon ot 21.07.1997 No116-FZ (red. ot 13.07.2015) «O promyshlennoj bezopasnosti opasnyh proiz-vodstvennyh ob"ektov» [On industrial safety of hazardous production facilities].
2. Grazhdankin A.I., Pecherkin A.S., Sidorov V.I., Zamenit li kolichestvennaja ocenka riska vypolnenie trebova-nij promyshlennoj bezopasnosti? [Will quantitative risk assessment fulfill the requirements of industrial safety?], Bezo-pasnost' truda v promyshlennosti, 2012, No 10, pp. 43-48.
3. Pecherkin A.S. Tendencii primenenija kolichest-vennoj ocenki riska pozhara i avarii v rossijskom zakonoda-telstve. Otkaz ot «riskovannoj» alternativy [Trends in the application of a quantitative assessment of the risk of a fire and an accident in Russian legislation. Rejection of the «risky» alternative], Bezopasnost' truda v promyshlennosti, 2012, No 12, pp. 50-54.
4. Prikaz Federal'noj sluzhby po jekologicheskomu, tehnologicheskomu i atomnomu nadzoru ot 15 ijulja 2013 g. No 306 «Ob utverzhdenii Federal'nyh norm i pravil v oblasti promyshlennoj bezopasnosti «Obshhie trebovanija k obosno-vaniju bezopasnosti opasnogo proizvodstvennogo ob''ekta» [On the Approval of Federal Norms and Rules in the Field of Industrial Safety «General Requirements for the Justification of the Safety of a Dangerous Production Object»].
5. Totaj A.V., Kazakov O.G. Teorija gorenija i vzryva: uchebnik i praktikum dlja prikladnogo bakalavriata, [Combustion and Explosion Theory], M., Jurajt, 2016, 295 p.
6. GOST 12.1.044-89. Sistema standartov bezopas-nosti truda. Pozharovzryvoopasnost' veshhestv i materialov. Nomenklatura pokazatelej i metody ih opredelenija [Occupational safety standards system. Fire and explosion hazard of
substances and materials. Nomenclature of indicators and methods for their determination].
7. Shabanov N.I., Egorova I.V., Petrenko N.V., Litvi-nov V.N., Gracheva N.N., Rudenko N.B. Opredelenie osnov-nyh parametrov vzryva toplivno-vozdushnyh smesej v zavisi-mosti ot udalenija ego jepicentra [Determination of the main parameters of the explosion of fuel-air mixtures depending on the removal of its epicenter], No 2016611811. Programmy dlja JeVM. Bazy dannyh. Topologii integral'nyh mikroshem.
8. Petrenko N.V., Egorova I.V., Gracheva N.N., Ru-denko N.B. Ocenka posledstvij avarijnyh vzryvov toplivno-vozdushnyh smesej [Estimation of consequences of emergency explosions of fuel-air mixtures], Vestnik agrarnoj nauki Dona, 2016, No 3 (35), pp.63-70.
9. Shabanov N.I., Lipkovich I.Je., Ramzaev A.V., Semenihin A.V., Taran E.A., Pikalov A.V., Petrenko N.V., Ponomarenko A.L., Pjatikopov S.M., Fedorishhenko M.G., Shishina I.A. Bezopasnost' cheloveko-mashinnyh sistem v APK [Safety of man-machine systems in the agroindustrial complex], V. 11, Ch. 2. - Zernograd: FGBOU VPO AChGAA, 2012. - 452 p.
10. Britter R.E. Atmospheric dispersion of dense gases, Annual Review of Fluid Mechanics, 1989, V. 21, pp. 317344.
11. Sharan M., Yadav A.K., Singh M.P. Comparison of sigma schemes for estimation of air pollutant dispersion in low winds, Atmospheric environment, 1995, V. 29, No 16, pp. 2051 -2059.
Сведения об авторах
Шабанов Николай Иванович - доктор технических наук, профессор кафедры «Техносферная безопасность и физика», Азово-Черноморский инженерный институт - филиал ФГБОУ ВО «Донской государственный аграрный университет» в г. Зернограде (Ростовская область, Российская Федерация). Тел. +7-928-195-82-41. E-mail: shni47@mail.ru.
Пятикопов Сергей Михайлович - кандидат технических наук, доцент кафедры «Техносферная безопасность и физика», Азово-Черноморский инженерный институт - филиал ФГБОУ ВО «Донской государственный аграрный университет» в г. Зернограде (Ростовская область, Российская Федерация). Тел. +7-928-903-39-32. E-mail: pjatikopov@mail.ru.
Information about the authors
Shabanov Nikolai Ivanovich - Doctor of Technical Sciences, professor of the Technosphere safety and physics department, Azov-Black Sea Engineering Institute - branch of FSBEI HE «Don State Agrarian University» in Zernograd (Rostov region, Russian Federation). Phone: +7-928-195-82-41. E-mail: shni47@mail.ru.
Pyatikopov Sergey Mikhailovich - Candidate of Technical Sciences, associate professor of the Technosphere safety and physics department, Azov-Black Sea Engineering Institute - branch of FSBEI HE «Don State Agrarian University» in Zernograd (Rostov region, Russian Federation). Phone: +7-928-903-39-32. E-mail: pjatikopov@mail.ru.
