CC BY
21
Использование устройства для очистки дизельного топлива от механических примесей, эмульсионной воды и органических загрязнений при заправке транспорта МЧС России способно существенно повысить ресурс работы двигателей объектов автомобильной и автотракторной техники МЧС России, что позволит с высокой эффективностью выполнять задачи по предотвращению и ликвидации последствий стихийных бедствий и чрезвычайных ситуаций. Список использованной литературы:
1. Стуканов В.А. Основы теории автомобильных двигателей и автомобиля. М.: ИД «ФОРУМ» ИНФРА, 2007. 368 с.
2. Приказ МЧС России от 01.10.2020 N 737 Об утверждении руководства по организации материально-технического обеспечения министерства Российской Федерации по делам гражданской обороны, чрезвычайным ситуациям и ликвидации последствий стихийных бедствий
© Квашнин А.Б., Новицкая А.С., 2021
УДК 620.16
Квашнин А.Б.
канд. техн. наук, ФГБУ ВНИИ ГОЧС (ФЦ), г. Москва, РФ
МЕТОДИКА ПРЕДОТВРАЩЕНИЯ ЧРЕЗВЫЧАЙНЫХ СИТУАЦИЙ В РЕЗЕРВУАРНЫХ ПАРКАХ ПРОМЫШЛЕННЫХ ОБЪЕКТОВ ХРАНЕНИЯ ГОРЮЧЕГО
Аннотация
Статья посвящена вопросам прогнозирования и предотвращению аварийных и чрезвычайных ситуаций на промышленных объектах хранения горючего. Рассмотрена возможность создания методики по разработке прогнозных моделей безопасного функционирования опасных промышленных объектов хранения горючего.
Ключевые слова
чрезвычайные ситуации, прогнозная модель, резервуары, безопасность.
Kvashnin Andrey Borisovich
Candidate of Technical Sciences FSBI VNII GOChS( FC), Moscow, Russia
Annotation
The article is devoted to the issues of forecasting and prevention of emergency and emergency situations at industrial fuel storage facilities. The possibility of creating a methodology for the development of predictive models of the safe operation of hazardous industrial fuel storage facilities is considered.
Keywords
Emergency situations, forecast model, reservoirs, safety.
Функционирование опасных промышленных объектов топливно-энергетического комплекса, всегда сопряжено с риском неконтролируемого выброса хранимых или транспортируемых нефти или нефтепродуктов, что может привести к потерям материальных ценностей, гибели людей и окружающей
природной среды, т.е. к чрезвычайным ситуациям.
Обеспечение промышленной безопасности крупномасштабных хранилищ нефти и нефтепродуктов, особенно в областях с суровыми климатическими условиями, приобретает с каждым днем все большую актуальность [1-3]. Пожары на крупных хранилищах могут иметь катастрофические последствия, как для соседних объектов, так и для окружающей среды. Актуальность оценки риска обусловлена и тем обстоятельством, что, по данным [2], пожары с горением по всей площади крупномасштабного резервуара вряд ли могут быть потушены существующей на сегодняшний день пожарной техникой.
На складах и базах нефти и нефтепродуктов возможны следующие пути возникновения и развития аварий: взрывы в газовом пространстве резервуара; пожары в резервуарах; пожары разлития; гидродинамическая волна прорыва при раскрытии резервуара.
При создании аварийной ситуации в зоне теплового излучения могут оказаться здания и сооружения, в которых находится значительное количество обслуживающего персонала. Поэтому важно знать величину индивидуального риска и ожидаемый ущерб от аварий.
Для оценки рисков таких событий необходимо знать частоту возникновения (Ад) и условные вероятности (Ра) развития аварии на объекте, а также вероятности последствий поражающего воздействия на человека, технологическое оборудование, здания и сооружения.
Величина Ад (интенсивность отказов) определялась на основе статистических данных об авариях резервуаров на объектах хранения нефтепродуктов. На основе данных [2, 3] среднестатистическая частота аварий в резервуарных парках объектов энергетики за тридцатипятилетний период с 1960 по 2015 гг. составляет 5,73*10-4 год-1 на резервуар.
По данным работ [6-9] и баз данных о статистике аварий и чрезвычайных ситуаций МЧС России и Федеральной службы по технологическому надзору, анализ разрушений резервуаров представлен как частная выборка из генерального статистического массива зарегистрированных случаев пожаров и аварий на резервуарах по стране за период с 1960 по 2018 гг. (рисунок 1).
Усредненная частота возникновения аварии в течение года (из расчета на один резервуар) составляет А = 3,8*10-2 с дисперсией D = 1.89*10-3 и стандартным отклонением о = 4,3*10-2 при 95%-м доверительном интервале (3,0*10-2; 4,6*10-2).
Рисунок 1 - Статистика разрушений резервуаров за период с 1960 по 2018 гг.
Переход к частоте аварий конкретных резервуаров нефтебаз возможен при учете их конструктивных особенностей (внутренний объем резервуара), условий эксплуатации и вида хранимого нефтепродукта. С этой целью, используя данные [4-6] о характере распределения разрушившихся резервуаров по видам хранимых жидкостей (рисунок 2), вместимости и объектам хранения определяем частоту аварий в резервуарном парке.
50
25
0
/
Рисунок 2 - Распределение разрушившихся резервуаров по вместимости
В результате расчётов получаем, что частота аварий в резервуарном парке для резервуаров РВС-1000 может составить 1,15*10-4 в год на резервуар, а для группы однотипных резервуаров в резервуарном парке частота аварий может достигать величины 3,45*10-4 год-1 [7].
Обеспечение промышленной безопасности опасных производственных объектов предполагает использование результатов анализа риска аварий и чрезвычайных ситуаций для выработки оптимальных решений по критериям, учитывающим затраты на обеспечение безопасности и показатели экономической эффективности.
Вследствие этого возникает необходимость создания научно-методического аппарата обоснования требований к показателям качества резервуара и противоаварийной защиты, поскольку в настоящее время отсутствуют методы системной оптимизации таких показатели качества, как вместимость резервуара и его надежность с учетом экономического фактора и условий функционирования склада как опасного производственного объекта.
Анализ существующего научно-методического аппарата обоснования параметров резервуарных парков складов и баз нефти и нефтепродуктов показал, что существующее формирование требований позволяет только на концептуальном и программном уровне формировать систему показателей качества, определяющих состав резервуарных парков, а часть методов учитывает только производственно-экономические требования. Но, в современных условиях необходимо учитывать и требования промышленной безопасности, которые с одной стороны обуславливают значительные стоимостные затраты на соответствующие системы противоаварийной и противопожарной защиты и поддержание технологического оборудования на требуемом качественном уровне, но, с другой - обеспечивают гарантию от убытков, понесенных в результате аварий.
Вследствие этого, необходим синтез требований для обоснования показателей качества резервуаров, прогнозирование с помощью частных моделей, учитывающие специфику применения этих средств, особенности их функционирования с учетом требований промышленной безопасности, технологии хранения и модернизации существующей складской базы.
В ходе анализа факторов, влияющих на синтез требований для обоснования показателей качества резервуаров, потребовалось рассмотреть вопрос оптимизации управленческих, технологических и технических решений проектирования и строительства системы складов и резервуарных парков с помощью методологического аппарата, учитывающего:
- динамику надежности резервуара в зависимости от прочностных свойств материала и конструкции, а также условий эксплуатации для прогноза количества отказавших резервуаров;
- стоимостные параметры строительства и реконструкции резервуарных парков, зависящие от количественного и качественного состава резервуарных парков и выступающие в качестве целевой функции оптимизации;
- требования промышленной безопасности к резервуарным паркам, выступающие в качестве ограничения в оптимизационной задаче.
Алгоритм методики обоснования уровня промышленной безопасности резервуарного парка
позволяет, последовательно прогнозируя различного рода факторы, влияющие на надежность и, соответственно на уровень промышленной безопасности, уточнять состав системы складов:
- определить количество основных и резервных резервуаров в резервуарном парке базы (склада) нефтепродуктов для конкретной вместимости резервуара, которая принимается из параметрического ряда;
- рассчитать возможный ущерб при аварийных ситуациях, приняв во внимание эффективность средств автоматизации обнаружения и ликвидации последствий чрезвычайных ситуаций;
- на основе прогноза возможного ущерба при аварийных ситуациях определить дополнительное количество хранимого горючего на складе и дополнительное количество основных и резервных резервуаров;
- рассчитать затраты на монтаж и эксплуатацию необходимого количества модулей систем обнаружения утечек и пожаротушения на складе согласно рассчитанному варианту аварийной ситуации.
Новизна методики обоснования резервуара заключается в формировании целевой функции, в качестве которой, применительно к современным условиям, была выбрана аддитивная свертка затрат на строительство резервуарного парка, его эксплуатацию, установку систем противоаварийной (ПАЗ) и противопожарной защиты (НПЗ), возможный ущерб, а в качестве ограничения - интенсивность отказов, позволяющими для заданного показателя безопасности, в виде вероятности безотказной работы, отыскивать оптимальный по стоимости вариант вместимости резервуара и состава резервуарного парка, соответствующих ей системы ПАЗ и ППЗ.
При этом адекватность метода обеспечивается применением прогнозных моделей надежности элементов конструкции резервуара на уровне сопоставления их прочностных свойств, рассчитанных в динамике, и реальных эксплуатационных нагрузок, прогнозом результатов воздействия природно-климатических условий.
Принятые допущения, приемлемые для расчетных методов, позволили представить вероятность безотказной работы резервуара в виде произведения вероятностей безотказной работы относительно внезапных и постепенных отказов для последовательно соединенных элементов конструкции резервуара, определяющих уровень надежности резервуара в целом. При этом для прогноза вероятности безотказной работы резервуара относительно внезапных отказов была применена модель «обобщенная нагрузка-несущая способность»
1 Л - V Л - V )
Рв (1) = 1 - Т [Ф(И) - )][Ф(т) - Ф(-^)],
4 (1) (1)
а относительно постепенных отказов модель вида
к
Рфп (t) = S P )P(t)^ -
фп V / ^^ к *
1=1 (2) Для практического применения моделей возникла необходимость формирования опорного уровня надежности и перечня элементов конструкции резервуара, определяющих его надежность в целом, а также прочностные и предельно допустимые параметры этих деталей, их динамику в зависимости от условий эксплуатации и технологии строительства резервуара. Достоверность оценки надежности обеспечивается использованием апробированных моделей постепенных и внезапных отказов, методов теории надежности, введением уточняющих коэффициентов, что позволяет интегрировано, по всем составляющим, определить погрешность и интервально оценить уровень надежности технологического оборудования.
Формирование и формализация опорного уровня надежности, обеспечивающего техническую информацию по прочностным параметрам конструкции резервуара и их приспособительного характера к функциональной и производственной средам, позволили воспроизводить способность резервуара к взаимодействию с производственной и функциональной средами в виде запаса прочности и предельных размеров, изменяющихся в результате разрушающих процессов в ходе эксплуатации резервуара. При этом порядок действий принят следующим:
- анализ условий эксплуатации элементов конструкции резервуара, лимитирующих надежность всего резервуара, применительно к условиям его эксплуатации;
- синтез сборочных единиц в единую компоновочную схему;
- оценка безотказности и долговечности синтезированной схемы на основе конструкционных и технологических параметров и их взаимодействия с окружающей средой;
- установление зависимостей интенсивности отказа и стоимостных параметров от вместимости резервуара с учетом состава всего парка;
- оценка риска прогноза оптимального значения вместимости резервуара и минимальных стоимостных затрат.
Анализ статистики показывает, что среди дефектов, приводящих к отказу резервуара, основными являются те, которые возникли в результате сплошной коррозии, которая для стенок является причиной в 55 % случаев отказа, а для днища зарегистрирована в 23 % случаев. Среди дефектов, приводящих к отказу кровли, равномерная коррозия наблюдалась в 30 % случаев. Таким образом, в перечисленных конструкционных элементах резервуара наиболее существенным из отказов, регистрируемых в процессе обследований технического состояния, является коррозия, что требует обязательной оценки коррозионных процессов при прогнозе надежности.
Для повышения достоверности прогноза надежности резервуара был использован расчетный метод оценки интенсивности отказов с использованием статистических данных прочностных характеристик и характеристик устойчивости основных элементов конструкции резервуара.
Для этого был обоснован необходимый перечень элементов резервуара, лимитирующих его надежность, для которых определялись прочностные характеристики, а также предельные размеры и скорость разрушающих процессов. Для них, опираясь в целом на существующие принципиальные подходы к оценке надежности технического объекта, был установлен ряд параметров прочностных свойств и рассчитаны нагрузки статического характера. Отличительной особенностью данного подхода является применение коэффициентов, учитывающих вертикальные и горизонтальные нагрузки, которые в значительной степени способствуют более глубокому перекрытию областей прочностных свойств и нагрузок, приводящее в итоге к снижению безотказности и долговечности, особенно, сварных соединений резервуара.
После установления предельного числа знакопеременных циклов наполнения и опорожнения резервуара и периода одного цикла, была вычислена вероятность безотказной работы относительно усталостных отказов и общая вероятность безотказной работы, на основании которой была определена интенсивность отказов.
Таким образом, был получен ряд интенсивностей отказов, соответствующий ряду типоразмеров резервуаров.
Уточненная и конкретизированная целевая стоимостная функция позволила находить численными методами оптимальные значения вместимости резервуара на основе исходной информации в виде динамики интенсивности отказов резервуара в зависимости от его вместимости и условий эксплуатации, ценовых показателей строительства резервуаров, установки модулей системы ПАЗ и ППЗ, прогнозируемого ущерба в результате утечек или разрушения резервуара. При этом в качестве показателя безопасности была принята вероятность безотказной работы, которой был придан смыл безаварийной работы, поскольку в качестве отказа резервуара была принята потеря его герметичности.
Полученные в результате вычислительных операций значения вместимости резервуаров, необходимого количества резервных резервуаров на парк, а также необходимые параметры для систем ПАЗ и ППЗ позволяют сделать вывод о внутренней непротиворечивости полученных моделей и методов, синтезированных в методике.
Представленные решения доказывают установочное положение о влиянии ряда факторов на безопасность эксплуатации резервуарных парков и необходимости обоснования, исходя из требований по объему хранимых нефтепродуктов, применительно к природно-климатическим условиям параметры резервуарных парков в их качественном и количественном составе, а также прогнозирования рационального количества модулей системы ПАЗ и ППЗ. С другой стороны полученные результаты
подтверждают вычисляемость методики и возможность практической реализуемости.
Риск прогноза оптимального значения вместимости резервуара адекватен риску прогноза стоимостных показателей и равен произведению вероятностей события нахождения значения показателя в "настоящем" году в заданном интервале Р2, центром которого является среднестатистическое значение, и сохранение в "прогнозируемом" году " комплекса условий Pi, влияющих на вероятность первого события. Согласно сделанным выше допущениям прогнозируемые значение стоимостных показателей будет находиться в пределах W™'" < Wr < Wrma c вероятностью PiP2=0,96, что вполне достаточно для прогноза технических систем с учетом требований промышленной безопасности и предупреждения чрезвычайных ситуаций.
Список использованной литератураы:
1. Федеральный закон о промышленной безопасности опасных производственных объектов № 116-ФЗ от 21 июля 1997 г.
2. Козлитин А.М., Попов А.И. Методы технико-экономической оценки промышленной и экологической безопасности высокорисковых объектов техносферы. Саратов: СГТУ. 2000. 216 с.
3. Пожары резервуаров с нефтью и нефтепродуктами: Обзорная информация. / В.П. Сучков, И.Ф. Безродный, А.В. Вязниковцев, А.Н. Гилетич, В.П. Молчанов, А.Н. Швырков. // Транспорт и хранение нефтепродуктов и углеводородного сырья. - М.: ЦНИИТЭнефтехим, 1992. - Вып. 3-4. - 70 с
4. Швырков С.А., Семиков В.Л., Швырков А.Н. Анализ статистических данных разрушений резервуаров.// Проблемы безопасности при ЧС. Вып. 5, 1996. С. 30 - 50.
5. Сучков В.П. Актуальные проблемы обеспечения устойчивости к возникновению и раз-витию пожара технологий хранения нефти и нефтепродуктов. М.: ЦНИИТЭнефтехим, 1995. 78 с.
6. Пожары резервуаров с нефтью и нефтепродуктами: Обзорная информация. / В.П. Сучков, И.Ф. Безродный, А.В. Вязниковцев, А.Н. Гилетич, В.П. Молчанов, А.Н. Швырков. // Транс-порт и хранение нефтепродуктов и углеводородного сырья. - М.: ЦНИИТЭнефтехим, 1992. - Вып. 3-4. - 100 с.
7. Розенштейн И.М. Аварии и надежность стальных резервуаров. М.: Недра. 1995. 230 с.
© Квашнин А.Б., 2021
УДК 624
Орехов К.Н.
магистрант 2 курса, БГТУ им.В.Г.Шухова
г.Белгород, РФ Научный руководитель: Донченко О.М.,
профессор, канд.техн.наук БГТУ им.В.Г. Шухова г. Белгород, РФ
ЭФФЕКТИВНЫЕ МЕТОДЫ СНИЖЕНИЯ МАТЕРИАЛОЕМКОСТИ И СТОИМОСТИ
МНОГОЭТАЖНЫХ ЖИЛЫХ ЗДАНИЙ
Аннотация
В современных условиях строительства требуется использовать эффективные строительные материалы
Ключевые слова
Снижение материалоемкости, строительство, газобетон, блоки, несущая способность, каркас
Строительство гражданских жилых зданий всегда являлось важнейшим фактором развития капитального строительства нашей страны. Обычно, оно выполняло огромные объемы, от 30 до 35% всех
