CC BY
147
УДК 614.8(075.8)
ИССЛЕДОВАНИЕ И РАСЧЕТ ВЕРОЯТНОСТИ ВОЗНИКНОВЕНИЯ ПОЖАРА В РЕЗЕРВУАРЕ СБОРА ТОВАРНОЙ НЕФТИ
Л.А. Гладкая, к.т.н., И.С. Козий, студент, Сумской государственный университет
Аннотация. Технологические процессы добычи, подготовки и транспортирования нефти представляют потенциальную опасность для окружающей среды. При нормальной эксплуатации влияние на окружающую среду допустимое. Опасности могут представлять аварии, вероятность возникновения пожара в емкостях сбора нефти и др.
Ключевые слова: резервуар, температурные пределы воспламенения, горючая смесь, вероятность взрыва.
Введение
Сумская область находится в северо-восточной части Украины. Областной центр - г.Сумы -находится на расстоянии 100 км северо-восточней от месторождений нефти. В эксплуатации находятся разнообразные объекты и сооружения, которые обеспечивают добычу, сбор, подготовку, транспортирование и передачу нефти и газа потребителю.
Технологические процессы добычи, подготовки и транспортирования нефти представляют потен-цииальную опасность для окружающей среды. При нормальной эксплуатации влияние на окружающую среду допустимое, опасности могут представлять аварии, вероятность возникновения пожара в емкостях сбора нефти и др. [1].
Цель и постановка задачи
Цель работы - исследование и расчет вероятности возникновения пожара в резервуаре сбора товарной нефти.
Решение задачи
Так по двум трубопроводам с Качановского и 2-м водопроводам с Рыбальского месторождений во-донефтяная смесь подается в установку, где производится первая ступень сепарации (частичное отделение воды и газа под давлением). Нефть с 50%-ым содержанием воды подается к сырьевому резервуару, печам, отстойникам, где происходит сброс воды в систему промканализации. Собра-ная нефть поступает в подземную емкость сбора
нефти и далее с помощью насоса поступает в резервуар сбора товарной нефти емкостью 1000 м3.
Произведем расчет вероятности возникновения пожара в указанной емкости, учитывая количество оборотов емкости в год Поб = 24 год-1. Средняя рабочая температура нефти Т = 311 К. Нижний и верхний температурные пределы воспламенения нефти равны: Тн.пв=249 К, Тв.пв=265 К. Время существования горючей среды в емкости при откачке за один оборот емкости Тотк = 1 ч (исключая длительный простой). Высота резервуара Нр = 6 м. Радиус резервуара R = 7 м. Число ударов молний п = 6 км-2тод-1 [2]. На емкости имеется молниезащита типа Б, поэтому рб = 0,95. Число искроопасных операций при ручном измерении уровня М,.у = 800 год-1. Вероятность штиля (скорость ветра и <1 м-с-1) Qш (и < 1) = 0,12 [2]. Число включений электрозадвижек = 40 год-1. Число искроопасных операций при проведении техобслуживания = =20 год-1. Нижний и верхний концентрационные пределы воспламенения
нефтяных паров Снк.пв = = 0,02 % (по объему), Св.к.п.в. = 0,1 % [3]. Производительность операции наполнения g = 0,56 м-3-с-1. Рабочая концентрация паров в резервуаре С = 0,4% (по объему). Продолжительность выброса богатой смеси тбог = 3 ч.
Поскольку на нефтепроводах средняя рабочая температура жидкости (нефти) выше среднемесячной температуры воздуха, то за расчетную температуру поверхностного слоя нефти принимаем Т.
Из условия задачи видно, что Т > Тв.пв , поэтому при неподвижном уровне нефти вероятность
образования горючей смеси внутри резервуара равна нулю <2„н (ГС) = 0, а при откачке нефти равна
в°т (ГС)= "об 'Тотк = = 2,74-10-3. (1) ^ ' тр 8760
Таким образом, вероятность образования горючей среды внутри резервуара в течение года будет равна
2
в (ГС ) = 1 -п[1 - й (ГС )] =
(2)
= в: (ГС)+ ввот (ГС) = 2,74 -10-3. Вычислим число попаданий молнии в резервуар
Nу.м =(2R + 6Нр )2 • Пу -10-6 = \2 . , „-6
= (2• 7 + 6• 6) • 6•Ю-6 = 1,5•Ю-2.
(3)
Тогда вероятность прямого удара молнии в резервуар в течение года, вычисленная согласно [3], равна
вр =('2 ) = 1 -
^у.мтз = 1 _ е-1,5-10~3-1 п-2
= 10-2. (4)
Таким образом, вероятность появления в резервуаре какого-либо теплового источника равна
вр (ТИ) = вр (С1) + вр (ТИз) = 2,02 • 10-3. (8)
Полагая, что энергия и время существования этих источников достаточны для воспламенения горючей среды, т. е. вр (В)=1 получим вр (ИЗ/ГС) равно 2,02-Ю-3.
Тогда вероятность возникновения пожара внутри резервуара равна
вв (ПР ) = вр (ИЗ/ГС) вр (ГС) =
= 2,02• 10-3 • 2,74•Ю-3 = 5,53• 10-6.
(9)
Из условия задачи следует, что рабочая концентрация паров в резервуаре выше верхнего концентрационного предела воспламенения, т. е. в резервуаре при неподвижном слое нефти находится негорючая среда. При наполнении резервуара нефтью в его окрестности образуется горючая среда, вероятность выброса которой можно вычислить по формуле (42) приложения 3 [3]
во р (БГС ) =
1-24 • 3
8760
= 8,22 •10-3.(10)
Вычислим вероятность отказа молниезащиты в течение года при исправности молниеотвода
вр ('1) = (1 -Рб) = 1 - 0,95 = 5 •Ю-2. (5)
Во время тихой погоды (скорость ветра меньше 1 м-с-1) около резервуара образуется взрывоопасная зона, вероятность появления которой равна
Таким образом, вероятность поражения молнией резервуара, равна
вр (С ) = вр (')вр ('2) = 10-2 • 5 •Ю-2 = 5 • 10-4. (6)
Обследованием установлено, что имеющееся на резервуаре защитное заземление находится в исправном состоянии, поэтому вероятность вторичного воздействия молнии на резервуар и заноса в него высокого потенциала равна нулю вп (С2) = 0 и в р (С3) = 0.
Появление фрикционных искр в резервуаре возможно только при проведении искроопасных ручных операций при измерении уровня и отборе проб. Поэтому вероятность вр (ТИ3) в соответствии с [3] равна
вр (ТИ3 ) = вр ( / )• в (ОП ) =
= (1 -е~Ыз-у%р) 1,52•Ю-3 = = (1 - е-800'1) 1,52 • 10-3 = 1,52 • 10-
(7)
В этой формуле в (ОП) = 1,52 ■ 10- - вероятность ошибки оператора, выполняющего операции измерения уровня [2].
во.р (ГС) = вор (БГС) вш (и < 1) = = 8,22•Ю-3 • 0,12 = 9,86•Ю-4.
Диаметр этой взрывоопасной зоны равен
(11)
D = 2 R +10 • Н,
( С ^ 8 • Ср
С • Н
и.к.п.^ р J
(12)
= 2•7+10•6
0,56 • 0,4 0,02 • 36
= 35,5 м.
Определим число ударов молнии во взрывоопасную зону
Nубомг =[D + 6(Нр + 5)]2 • п •Ю-6 = = [35,5 + 66]2 • 6•Ю-6 = 0,06.
(13)
Тогда вероятность прямого удара молнии в данную зону равна
вв.з ('2) = 1 - е^р = 1 - е"а'аб = 0,04. (14)
т
р
0
3
Так как вероятность отказа молниезащиты <2Р(/1)=5-10-2, то вероятность поражения молнией взрывоопасной зоны равна
Qb, ( С, ) = Qp (А )&л (t2 ) = = 5-10-2 • 0,04 = 2-10-3.
(15)
QB3 (ИЗ/ГС) = 3,5 -10-3.
(19)
Тогда вероятность возникновения взрыва в окрестностях резервуара равна
а (ВР) = бо.р (ГС) бвл (ИЗ/ГС) = 3,4 -10-4. (20)
Откуда ав,(ТИ0 = 240
Вероятность появления около резервуара фрикционных искр равна
Qb.3 ( ТИз ) = Q ( ОП ) Qb.3 ( f ) =
= 1,52-10 •
1 - e
-(N3.y -NT.O ) ^
= 1,52 -10-3 1 - е" +24)1 = 1,52 -10-3.
(16)
Наряду с фрикционными искрами в окрестностях резервуара возможно появление электрических искр замыкания и размыкания контактов электрозадвижек. Учитывая соответствие исполнения электрозадвижек категории и группе взрывоопасной смеси, вероятность появления электрических искр вычислим по формулам (49) и (54) приложения 3 [3]
Qb.3 (ТИ2 ) = Qb.3 () = 10-8 (1 - в") =
= 10-8 (1 - е-401 ) = 10-8.
(17)
Таким образом, вероятность появления около резервуара какого-либо теплового источника составит значение
Qb.3 (ТИ) = Qb.3 (ТИ ) + Qb.3 (ТИ2 ) + Qb.3 (ТИ3 ) =
= 2-10-3 +1 -10-8 +1,52-10-3 = 3,5-10-3.
(18)
Полагая, что энергия и время существования этих источников достаточны для зажигания горючей среды, из формулы (49) приложения 3 [3] получим при ав = 1
Откуда вероятность возникновения в зоне резервуара либо пожара, либо взрыва составит значение
Q (ПВР) = 1 - [1 - Qb (ПР)] [1 - QH (ВР)] =
= QB (ПР)+ QH (ВР) = 3,45 -10-4.
(21)
Выводы
В результате расчета устанавлено, что вероятность возникновения в зоне резервуара пожара или взрыва составляет 3,45-10-4, что соответствует одному пожару или взрыву в год в массиве из 2898 резервуаров, работающих в условиях, аналогичных расчетному.
Литература
1. Безопасность жизнедеятельности: Учебник для
вузов / С.В. Белов, А.В.Ильинская, А.Ф. Ко-зьяков и др. / Под ред. С.В. Белова. - М.: Высш. шк., 1999. - 448 с.
2. Четыркин Е.М., Калихман И.Л. Вероятность и
статистика. - М.: Финансы и статистика, 1982. - 319 с.
3. Система стандартов безопасности труда ГОСТ
12.1.004-91 «Пожарная безопасность».
Рецензент: С.Е. Селиванов, профессор, д.т.н., ХНАДУ.
Статья поступила в редакцию 20 апреля 2006 г.
3
