CC BY
3БЕЗОПАСНОСТЬ ОБЪЕКТОВ
SAFETY OF FACILITIES
НАУЧНАЯ СТАТЬЯ / ORIGINAL ARTICLE
УДК 614.841.44:699.812
DOI 10.25257/FE.2023.3.119-129
© С. А. ШВЫРКОВ1, К. Т. БУЙ2
1 Академия ГПС МЧС России, Москва, Россия
2 Институт пожарной безопасности МОБ Вьетнама, Ханой, Вьетнам
Предотвращение каскадного развития пожара на тепловых электростанциях Вьетнама на основе применения резервуаров с защитной стенкой и волноотражающим козырьком
АННОТАЦИЯ
Тема. В статье на основе результатов анализа статистики разрушений вертикальных стальных резервуаров (РВС) с горючими жидкостями, а также прогнозирования обстановки на территории тепловой электростанции (ТЭС) при разрушении типового РВС-20 000 м3 с мазутом, обоснована необходимость применения в резервуарных парках ТЭС Вьетнама резервуаров с защитной стенкой (РВСЗС) и волноотражающим козырьком, как одного из перспективных способов, направленных на предотвращение возможного каскадного развития пожара на объекте или возникновения чрезвычайной ситуации (ЧС).
Представлены основные положения разработанного на основе выполненных экспериментальных исследований метода, устанавливающего порядок расчёта геометрических параметров защитной стенки с горизонтальным или наклонным волноотражающим козырьком, предназначенной для полного удержания волны прорыва при квазимгновенном разрушении основного (внутреннего) РВС.
Методы. В процессе исследований использованы методы теории подобия и гидравлического лабораторного моделирования, физического экримента, наблюдения, сравнения, нахождения эмпирической зависимости на основе математической обработки экспериментальных данных, описания, обобщения.
Результаты. Раскрыты особенности размещения ТЭС во Вьетнаме, заключающиеся в их непосредственном расположении в населённых пунктах или вблизи водоёмов. Установлено, что разрушение даже одного крупногабаритного
РВС с горючей жидкостью в резервуарном парке ТЭС способно привести к каскадному развитию аварии или возникновению ЧС. Доказано, что обустройство на защитной стенке волно-отражающего козырька является эффективным способом, направленным на её снижение до или ниже максимального уровня жидкости в основном РВС, в зависимости от межстенного расстояния и длины вылета козырька.
Область применения результатов. Разработанный метод, содержащий расчётные схемы и эмпирические зависимости, может являться основной для разработки нормативного документа по обеспечению пожарной безопасности РВСЗС, в том числе, при их размещении на территории резервуарных парков ТЭС.
Выводы. Предложенная конструкция РВСЗС, усовершенствованная за счёт обустройства волноотражающего козырька, позволит проектировать и эксплуатировать такие типы резервуаров, обеспечивая на объекте защиты требуемый уровень пожарной, промышленной и экологической безопасности при условии соблюдения, в том числе, требований по устойчивости стенки и козырька к воздействию потока жидкости и разрушающихся при аварии основного РВС конструкций.
Ключевые слова: тепловые электростанции, резервуар-ный парк, резервуар, разрушение, волна прорыва, каскадное развитие пожара, резервуар с защитной стенкой и волноотра-жающим козырьком
© S.A. SHVYRKOV1, Q.T. BUI2
1 State Fire Academy of EMERCOM of Russia, Moscow, Russia
2 Institute of Fire Safety of the Ministry of Public Safety of the Socialist Republic of Vietnam, Hanoi, Socialist Republic of Vietnam
Prevention of cascading fire development at thermal power plants in Vietnam based on the use of tanks with a protective wall and a wave-reflecting visor
ABSTRACT
Purpose. The article, based on the results of an statistics analysis of vertical steel tanks (VST) destruction with flammable liquids, as well as forecasting the situation on the territory of a thermal power plant (TPP) during destruction of a typical VST-20 000 m3 with fuel oil, substantiates the need to use tanks with protective wall (TPW) and a wave-reflecting visor in tank farms at thermal power plants in Vietnam, as one of the promising
methods aimed at preventing the possible cascading fire development at the facility or the occurrence of an emergency situation (ES). The main provisions of the method developed on the basis of performed experimental studies have been presented, which establishes the procedure for calculating the geometric parameters of a protective wall with a horizontal or inclined wave-reflecting visor, designed to completely
FIRE AND EMERGENCIES: PREVENTION, ELIMINATION. 2023. No. 3
contain the breakthrough wave during the quasi-instantaneous destruction of the main (internal) VST.
Methods. In the process of research methods of similarity theory and hydraulic laboratory modeling, physical experiment, observation, comparison, finding an empirical relationship based on mathematical processing of experimental data, description and generalization have been used.
Findings. The features of the location of thermal power plants in Vietnam have been revealed, consisting in their direct location in populated areas or near water bodies. It has been established that destruction of even one large-sized VST with flammable liquid in the tank farm of a thermal power plant can lead to a cascade development of an accident or emergency occurrence. It has been proven that installing a wave-reflecting visor on the protective wall is an effective way to reduce it to or below the maximum liquid level in the main VST, depending on the distance between the walls and the length of the visor extension.
Research application field. The developed method, containing calculation schemes and empirical dependencies, can be the basis for the development of a regulatory document to ensure fire safety of TPW, including when they are located on the territory of tank farms of thermal power plants.
Conclusions. The proposed design of the PWT, improved by installing a wave-reflecting visor, will make it possible to design and operate these types of tanks, ensuring the required level of fire, industrial and environmental safety at the protection site, subject to, among other things, the requirements for the stability of the wall and the visor to the effects of liquid flow and the main VST structures that collapse during an accident.
Key words: thermal power plants, tank farm, tank, destruction, breakthrough wave, cascading fire development, tank with a protective wall and a wave-reflecting visor
ВВЕДЕНИЕ
К одной из приоритетных отраслей экономики в Социалистической Республике Вьетнам (СРВ) относится электроэнергетика. Основными производителями электрической энергии являются гидроэлектростанции и тепловые электростанции (ТЭС) с паротурбинными блоками, работающими на угле, мазуте, дизельном топливе и с комбинированными газопаротурбинными установками. При этом в ближайшие десятилетия на ТЭС будет приходиться до 50 % всей вырабатываемой в стране электрической энергии [1-4].
К особенностям размещения ТЭС в СРВ следует отнести их нахождение непосредственно в черте населённых пунктов (в 94 % случаев), а также вблизи водных объектов (в 87 % случаев), что обосновано необходимостью обустройства водоёмов-охладителей, приспособленных для от-
вода значительного количества тепла, образующегося в ходе технологических процессов, а также доставки топлива водным транспортом (рис. 1).
Приём, хранение, подогрев, выдача и обезвоживание топлива на ТЭС осуществляется в вертикальных стальных резервуарах (далее РВС) номинальным объёмом от 700 до 30 000 м3, которые располагаются в группах, имеющих по периметру, как правило, замкнутое грунтовое обвалование или железобетонное ограждение, рассчитанных на гидростатическое давление пролитой жидкости. При этом примерно на 10 % территорий ТЭС группы РВС не имеют сплошного ограждения, а по периметру отбортованы лишь бордюрным камнем (рис. 2).
Результаты анализа данных о разрушениях РВС на объектах топливно-энергетических комплексов (ТЭК) различных стран [5-10] (краткие
а (а) б (b)
Рисунок 1. Общий вид ТЭС «О Мон 1» в провинции Кан Тхо (а), работающей на природном газе (резервное топливо - мазут) и ТЭС «Нги Шон 2» в провинции Тхань Хоа (б), работающей на каменном угле (резервное топливо - мазут)
Figure 1. General view of the "O Mon 1" TPP in Can Tho Province (a) running on natural gas (reserve fuel - fuel oil) and the "Ngi Shon 2" TPP in Thanh Hoa Province (b) operating on coal (reserve fuel - fuel oil)
а (a) б (b) в (с)
Рисунок 2. Общий вид групп РВС с мазутом в железобетонном ограждении на ТЭС «Ча Нок» в провинции Кан Тхо (а), c дизельным топливом в грунтовом обваловании на ТЭС «Фу Ми 1» в провинции Вунг Тау (б), с мазутом на отбортованной площадке ТЭС «Вунг Анг 1» в провинции Ха Тинь (в)
Figure 2. General view of VST groups with fuel oil in a reinforced concrete fence at the Cha Nok thermal power plant in Can Tho province (a), with diesel fuel in a ground embankment at the Phu My 1 thermal power plant in Vung Tau province (b), with fuel oil on offshore site of the Vung Ang 1 thermal power plant in Ha Tin province (c)
сведения о некоторых представлены далее) убедительно доказывают, что указанные ограждения не способны удержать образующийся в этом случае мощный гидродинамический поток часто горящей жидкости (волну прорыва).
В результате такие инциденты неоднократно приводили к каскадному развитию аварий, пожаров, возникновению ЧС, в том числе экологическим катастрофам, нередко - к гибели людей.
К одному из перспективных способов предотвращения каскадного развития аварии или пожара в резервуарных парках ТЭС Вьетнама следует отнести применение РВС с защитной стенкой (далее резервуар типа «стакан в стакане» или РВСЗС), что обусловлено требованиями нормативных документов в области обеспечения промышленной безопасности, в частности, СТО-СА-03-002-2009 «Правила проектирования, изготовления и монтажа вертикальных цилиндрических стальных резервуаров для нефти и нефтепродуктов», ГОСТ 31385-2016 «Резервуары вертикальные цилиндрические стальные для нефти и нефтепродуктов. Общие технические условия», возможностью их эксплуатации вблизи жилых зон или по берегам водоёмов. Отметим, что конструктивно РВСЗС состоит из основного (внутреннего) РВС для хранения жидкости и обустроенной на расстоянии от 1,5 до 3 м от его стенки непосредственно на том же основании или самостоятельно кольцевой стальной защитной стенки.
Однако требования нормативных документов в области обеспечения пожарной безопасности как в СРВ - ТСУЫ 5684:2003 «Пожарная безопасность нефтяных сооружений. Общие требования», так и в России - СП 155.13130.2014 «Склады нефти и нефтепродуктов. Требования пожарной безопасности», на проектирование и строительство таких типов резервуаров не распространяются.
Кроме этого, анализ ранее выполненных исследований [11] по оценке доли жидкости, которая может перелиться через защитную стенку в зависимости от её высоты и межстенного расстояния, показал, что для полного удержания волны прорыва в границах защитной стенки её высота должна не менее чем на 10 % превышать максимальный уровень жидкости в основном РВС до аварии.
Очевидно, что строительство таких высоких защитных стенок экономически нецелесообразно, при этом возможно образование зон взрывоопасных концентраций как в межстенном пространстве, так и снаружи защитной стенки.
В связи с вышесказанным актуальным представляется нахождение эффективного способа снижения высоты защитой стенки при максимальном уровне заполнения основного РВС горючей жидкостью [12]. В частности, предлагается рассмотреть возможность обустройства на защитной стенке горизонтального (ГВК) или наклонного (НВК) волноотражающего козырька, обращённого в сторону РВС. Эффективность такой конструкции ограждения будет зависеть от геометрических параметров РВС, межстенного расстояния и длины вылета ГВК или НВК. На установление зависимостей между указанными параметрами и были направлены исследования настоящей работы.
РЕЗУЛЬТАТЫ АНАЛИЗА СТАТИСТИКИ РАЗРУШЕНИЙ РВС
Наиболее обстоятельно описания 154 случаев разрушений РВС с жидкостями, произошедших на объектах ТЭК СССР, СНГ и России, в том числе, в резервуарных парках объектов энергетики, за период с 1951 по 2019 гг. приведены, в частности, в работах [5-7, 10]. При этом важно отметить, что в 2020 и в 2022 г. соответственно
FIRE AND EMERGENCIES: PREVENTION, ELIMINATION. 2023. No. 3
a (a)
б (b)
Рисунок 3. Участок разрушения РВС-30 000 м3 с дизельным топливом на ТЭЦ-3 в г. Норильске (a) и последствия разрушения РВС-2 000 м3 с битумом на территории котельной в г. Пензе (б)
Figure 3. The site of destruction of VST-30 000 m3 with diesel fuel at TPP-3 in Norilsk (a) and destruction consequences of VST-2 000 m3 with bitumen on the territory of the boiler house in Penza (b)
на территории теплоэлектроцентрали (ТЭЦ) в г. Норильске [13, 14] и в группе мазутных резервуаров котельной в г. Пензе [15, 16] также произошли разрушения резервуаров, которые в первом случае привели к объявлению чрезвычайной ситуации федерального уровня и огромному материальному ущербу (более 148 млрд руб.), а во втором случае - к гибели двух человек и травмированию ещё восьми человек (рис. 3).
Всего за период с 1951 по 2022 г. на рассматриваемых объектах произошло 156 случаев разрушений РВС, при этом частота возникновения таких инцидентов, вычисленная прямым счётом, может оцениваться величиной 2,17 год-1.
Распределение рассматриваемых аварий по соответствующим отраслям промышленности представлено на рисунке 4, из которого видно, что непосредственно на объектах энергетики (ТЭЦ, государственных районных электростанциях, котельных) произошло 23 случая (14,74 %) разрушений РВС (за период с 1971 по 2022 гг.). Таким образом, частота возникновения данных инцидентов на объектах энергетики России может оцениваться величиной 0,44 год-1.
Анализ рассматриваемых инцидентов на объектах энергетики показал, что разрушению подвергались конструкции РВС номинальной вместимостью от 600 до 30 000 м3, при этом почти половина случаев (47,83 %) приходилась на разрушения новых РВС при проведении гидравлических испытаний. В остальных случаях РВС перед аварией находились в эксплуатации от 2 до 30 лет.
Причинами разрушений РВС на объектах энергетики в большинстве случаев (56,52 %) яв-
лялись дефекты сварочно-монтажных работ, выявленные в ходе расследования аварий. В 17,39 % случаев вертикальные стальные резервуары были разрушены от внутреннего взрыва паровоздушной смеси, источником зажигания которой стали искры при производстве сварочных работ. Ещё 8,7 % случаев аварий произошли вследствие
23 20
1 13 4
3 4 5 6
????
Рисунок 4. Распределение разрушившихся РВС
по объектам ТЭК: 1 - объекты хранения нефти и нефтепродуктов; 2 - объекты переработки нефти; 3 - объекты энергетики; 4 - объекты добычи нефти; 5 - объекты транспортировки нефти и нефтепродуктов; 6 - объекты экспорта нефти и нефтепродуктов
Figure 4. Distribution of destructed VST by fuel and energy facilities: 1 - storage facilities for oil and petroleum products; 2 - oil refining facilities; 3 - energy facilities; 4 - oil production facilities; 5 - facilities for the transportation of oil and petroleum products; 6 - objects of oil and petroleum products export
0,1 -
0
упущения и просчётов при проектировании, строительстве и монтаже РВС. Остальные 17,39 % инцидентов произошли по причинам хрупкого разрушения металла, неравномерной осадки основания РВС, коррозионного износа и грубого нарушения требований промышленной безопасности.
Продолжая анализ последствий 156 случаев разрушений РВС важно указать, что почти 50 % всех аварий характеризовались как крупномасштабные, 33 из которых привели к гибели 128 человек, при этом каждый третий случай разрушения вертикальных стальных резервуаров сопровождался каскадным развитием аварии (рис. 5).
Также необходимо отметить, что почти все разрушения РВС произошли в резервуарных парках с нормативными земляными обвалованиями или ограждающими стенами, конструктивно выполненными из железобетонных плит или блоков.
При этом анализ последствий рассматриваемых инцидентов свидетельствует, что такие преграды не способны удерживать образующийся гидродинамический поток жидкости, который в 46,2 % случаев разрушал ограждение или размывал обвалование, выходя за пределы территории объекта, что приводило к катастрофическим последствиям с большим материальным ущербом.
В 35,3 % случаев разрушений РВС волна промывала земляные обвалования или перехлёстывала через них, не разливаясь за пределы территории объекта. Как правило, такие аварии происходили при разрушении РВС объёмом до 2 000 м3 или при частичном заполнении резервуаров (до 2/3 высоты) большего объёма. В остальных случаях разлив жидкости ограничивался обвалованием, что
обусловлено незначительным уровнем заполнения РВС (менее 1/5 высоты), разрушившихся, как правило, от взрыва при самовозгорании пирофорных отложений или проявлении разрядов статического электричества при отборе проб.
При этом наиболее негативные последствия отмечались при авариях на объектах, расположенных в городах и других населённых пунктах, а также вблизи акваторий. Так, в 14 % случаев аварий возникали ЧС, при которых производилась эвакуация населения с привлечением большого количества личного состава пожарной охраны, специальной и другой техники.
Следует отметить, что аналогичные инциденты неоднократно происходили и на объектах ТЭК зарубежных стран [8-10, 17], однако обстоятельный анализ их причин и последствий в источниках практически не приводится.
Так, например, в [17] представлена информация о том, что 16 октября 2008 г. на нефтебазе «Льен Чиеу» в г. Дананг СРВ из-за сильных дождевых осадков обрушилась земляная насыпь резервуарного парка, усиленная железобетонными плитами, которые, в свою очередь, повредили два РВС-3000 м3, что привело к их частичному разрушению с разливом соответственно бензина и индустриального масла по территории объекта (рис. 6).
Только благодаря оперативным действиям персонала и пожарной охраны разлив нефтепродуктов удалось локализовать в пределах территории нефтебазы, не допустив экологической катастрофы, связанной с их попаданием по уклону местности в морской залив.
Гибель людей
Травмирование людей
Возникновение ЧС
Экологические катастрофы
Аварии с эффектом «домино»
Разрушение зданий, сооружений, оборудования
128 в 33 случаях^^ 11 в 4 случаях ^ 40 в 10 случаях^^ 13 в 4 случаях ^
в 22 случаях ^^ в 3 случаях ^
в 28 случаях ^^ в 3 случаях ^
в 56 случаях ^^ в 10 случаях ^
^^^ в 53 случаях ^^ в 10 случаях ^
Разрушение / повреждение соседних РВС волной прорыва
/ / в 65 случаях / /
4 / 4 в 7 случаях
)
Рисунок 5. Последствия 156 случаев разрушений РВС на объектах ТЭК ( ), в том числе 23 случаев на объектах энергетики ( Figure 5. Consequences of 156 cases of VST destruction at fuel and energy facilities ( ), including 23 cases at energy facilities ( )
FIRE AND EMERGENCIES: PREVENTION, ELIMINATION. 2023. No. 3
Рисунок 6. Общий вид поврежденных РВС Figure 6. General view of destructed VST
В целом, анализ рассмотренных инцидентов показывает, что нормативные преграды, в том числе железобетонные ограждающие стены ре-зервуарных парков, практически во всех случаях не смогли удержать образующийся при разрушении РВС мощный поток жидкости. При этом, если резервуарный парк находился ближе к центральной части объекта с повышенной плотностью размещения оборудования, то разрушение РВС приводило, как правило, к каскадному и катастрофическому развитию аварии (пожара), а при расположении вблизи акваторий - к возникновению ЧС и экологическим катастрофам.
В связи с тем, что большинство эксплуатируемых (проектируемых) резервуарных парков на территориях ТЭС в СРВ находятся (будут находиться) в непосредственной близости к акваториям, то представлялось актуальным выполнить прогнозирование возможной обстановки при разрушении типового РВС.
ПРОГНОЗИРОВАНИЕ КАСКАДНОГО РАЗВИТИЯ АВАРИИ ПРИ РАЗРУШЕНИИ ТИПОВОГО РВС
П
рогнозирование каскадного развития аварии выполнено на примере разрушения типового РВС-20 000 м3 (внутренний диаметр 39,9 м, высота стенки 18 м) с мазутом № 2, расположенного на территории действующего резервного мазутного хозяйства ТЭС «О Мон 1» в провинции Кан Тхо, общий вид которой был представлен на рисунке 1а, а расположение ТЭС в ситуационном плане показано на рисунке 7.
Прогнозирование формы площади пролива мазута и зоны возможного затопления территории при разрушении РВС выполнены по методике,
разработанной на кафедре пожарной безопасности технологических процессов Академии ГПС МЧС России [10], основные положения которой также изложены в методических указаниях № П4-05 С-004 М-00 «Расчётное определение параметров аварийного разлива нефти и нефтепродуктов при квазимгновенном разрушении РВС» (утв. Приказом НК «РОСНЕФТЬ» от 18.09.2006 г. № 242), используемых специалистами НК «РОСНЕФТЬ» для обоснования уровня возможной ЧС, последствий её возникновения и планирования мероприятий по предупреждению и ликвидации чрезвычайной ситуации.
Важно отметить, что в основу методики были положены результаты анализа представительной выборки из генерального массива статистических данных произошедших разрушений РВС на объектах ТЭК России, информация о которых частично представлена ранее в настоящей статье, а более полно - в [10], а также натурного эксперимента по квазимгновенному разрушению РВС-700 м3 с водой на одной из нефтебаз в Липецкой области [18]. При обработке данных в качестве исходных параметров использовались геометрические размеры резервуаров, уровень хранимой жидкости, уклон местности, а в качестве функции отклика - значения и характеристики площадей проливов. При этом установлено, что вид хранимой жидкости, её физико-химические свойства и температура существенного влияния на величину площади пролива не оказывают, а её геометрическая форма в большей степени зависит от уклона производственной площадки.
Рисунок 7. Расположение ТЭС «О Мон 1» в ситуационном плане
Figure 7. Location of TPP "O Mon 1" in situational terms
На рисунке 8 показаны прогнозируемые границы площади пролива мазута (сплошная линия, красный фон) при разрушении РВС в сторону р. Хау и зоны возможного затопления территории мазутом (жёлтая пунктирная линия), под которой понимается территория объекта и прилегающей к нему местности, участки которой могут быть затоплены жидкостью, находящейся в РВС, при различных направлениях его разрушения. Границей зоны затопления является условная линия, ограничивающая зону затопления, за пределы которой с высокой вероятностью не произойдет пролив жидкости из разрушившегося РВС.
Следует отметить, что положения используемой методики справедливы для прогнозирования параметров пролива при разрушении РВС на твёрдой поверхности.
Однако при отметке на ситуационном плане объекта в соответствующем масштабе вычисленных параметров можно получить значение расстояния на границе пролива (¿ГП) по твёрдой и водной поверхностям, необходимого для вычисления окончательной площади пролива по твёрдой поверхности. В данном случае это расстояние составило около 255,36 м (см. рис. 8). Тогда общая площадь пролива мазута по твёрдой поверхности составит около 45 747,47 м2. С учётом толщины слоя мазута ~0,133 м можно сделать вывод о том, что по твёрдой (земной) поверхности следует ожидать пролива около 6 084,41 м3 топлива, соответственно, в водоём может попасть до 16 410,69 м3 мазута.
Из литературных источников [19] известно, что толщина слоя, разливающегося по водной поверхности мазута, составляет от 0,005 до 0,01 м. Таким образом, при залповом попадании мазута в р. Хау и принимаемой толщине слоя в 0,01 м можно ожидать в первые часы после аварии вертикального стального резервуара разлив на площади до 1,64 км2. При этом в случае непринятия своевременных мер по локализации пролива площадь мазута может быть увеличена в два и более раз с учётом скорости течения р. Хау, которая в этой местности составляет до 3 м/с.
Очевидно, что развитие такого сценария в резервуарном парке ТЭС помимо большого экономического ущерба, вызванного потерей резер-вуарной ёмкости и топлива, неминуемо приведёт к серьёзным негативным экологическим последствиям. Кроме этого, разлившийся по течению мазут будет достигать прибрежной зоны соседних с ТЭС производственных объектов, что приведет к их простою на длительное время. Следует также отметить, что при разрушении любого резервуа-
Рисунок 8. Прогнозируемые площадь пролива
и зона затопления территории мазутом при разрушении РВС-20000 м3 на ТЭС «О Мон 1» Figure 8. Predicted area of the strait and the zone of flooding of the territory with fuel oil during destruction of the VST-20000 m3 at the TPP "O Mon 1"
ра в группе в сторону противоположную водоёму возможно каскадное развитие аварии вследствие вовлечения в инцидент значительного количества различных сооружений и технологического оборудования ТЭС.
Таким образом, разрушение даже одного крупногабаритного РВС с горючей жидкостью способно привести к каскадному развитию аварии или возникновению ЧС, что указывает на необходимость применения в резервуарных парках ТЭС СРВ технических решений, направленных на минимизацию возможных негативных последствий разрушений РВС, в частности, обустройство РВСЗС с волноотражающим козырьком.
МЕТОД ОПРЕДЕЛЕНИЯ ГЕОМЕТРИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ ЗАЩИТНОЙ СТЕНКИ С ГВК
ИЛИ НВК РЕЗЕРВУАРА ТИПА «СТАКАН В СТАКАНЕ»
В основу разработанного метода положены результаты анализа данных о разрушениях РВС на производственных объектах, как в России, так и за рубежом, нормативных документов, регламентирующих требования промышленной безопасности к РВСЗС, а также экспериментальных исследований, выполненных в Академии ГПС МЧС России [20-22], посвящённых изучению
FIRE AND EMERGENCIES: PREVENTION, ELIMINATION. 2023. No. 3
^90
X/ 2
135°
h0 = h0, 3
l h,c /
a (a)
б (b)
Рисунок 9. Расчётные схемы к определению высоты защитной стенки (h ) с ГВК (а) или НВК (б): 1 - основной резервуар; 2 - волноотражающий козырек; 3 - защитная стенка Figure 9. Design schemes for determining the height of the protective wall (ha0) with protective wall of the horizontal (a) or inclined wave-reflecting visor (b):
1 - main tank; 2 - wave-reflecting visor; 3 - protective wall
1
b
ВК
2
h_ - h
h
h„ / h0 1,05 ■
4S \4
ч ЧЧ
S\4
4V 4 N4
SN ч NV
V\ 4N N4
\ N Чч V 1
ч Ч\ ss, 2
N4 3
4S
5
1 / lmi
0,8 1,0 1,2 1,4 1,6 1,8 2,0 2,2
a (a)
hзс / h
1,05
—
\
\ x
v N
x x
x x
X
X X X
\ - 1
X
X X 2
\ - \ 3
X X
X
\ 5
l / lmi
0,8 1,0 1,2 1,4 1,6 1,8 2,0 2,2 б (b)
h„ / h0 1,05
s4
4N
h0 - h
\4
'N4 \ 4
\ч
ss N
\4 N 1
^«4 \ 2
4N чч
s ч 4 3
\
** 5
h„ / h0 1,05
l / lmi
0,8 1,0 1,2 1,4 1,6 1,8 2,0 2,2 в (c)
\ 'с - ''ст
„ \
X X
X \
. X X X
X
X
X X 1
- \ X 2
X X X
X \ 4 3
\ X
X
5
l / lmi
0,8 1,0 1,2 1,4 1,6 1,8 2,0 2,2
г (d)
Рисунок 10. Графические зависимости для определения необходимой высоты защитной стенки с ГВК или НВК соответствующей длины вылета: а - РВСЗС-2000 м3 с ГВК; б - РВСЗС-2000 м3 с НВК; в - РВСЗС-20000 м3 с ГВК; г - РВСЗС-20000 м3 с НВК 1 - 0,5 м; 2 - 0,75 м; 3 - 1 м; 4 - 1,25 м; 5 - 1,5 м
Figure 10. Graphical dependencies for determining the required height of the protective wall with horizontal wave-reflecting visor or inclined wave-reflecting visor of the appropriate departure length: a - TPW-2000 m3 with horizontal wave-reflecting visor; b - TPW-2000 m3 with inclined wave-reflecting visor; c - TPW-20000 m3 with horizontal wave-reflecting visor; d - TPW-20000 m3 with inclined wave-reflecting visor 1 - 0,5 m; 2 - 0,75 m; 3 - 1 m; 4 - 1,25 m; 5 - 1,5 m
1
1
1
1
влияния наклона волноотражающего козырька на снижение высоты защитной стенки РВСЗС.
Метод устанавливает порядок расчёта геометрических параметров защитной стенки с ГВК или НВК резервуара типа «стакан в стакане», предназначенной для полного удержания волны прорыва при квазимгновенном разрушении основного (внутреннего) РВС, в диапазоне изменения исходных данных:
700 < V < 30 000; 10,43 < d < 45,6;
9 < h0 < 18; 1,5 < l < 3;
0,5 < V НВК < 1,5
где Vн - номинальный объём основного РВС, м3; dвн - внутренний диаметр основного РВС, м; Л0 -максимальный уровень жидкости в основном РВС, численно равный высоте стенки основного РВС Лст, м; 1 - расстояние от защитной стенки до стенки основного РВС, м; ЬГВК НВК - длина вылета волно-отражающего козырька соответствующего вида, м.
На рисунке 9 представлены расчётные схемы к определению необходимой высоты защитной стенки РВСЗС с ГВК или НВК.
Высоту защитной стенки РВСЗС в зависимости от геометрических параметров основного резервуара, величины межстенного расстояния и длины вылета волноотражающего козырька соответствующего вида рекомендуется определять по формулам:
^4,166- л0 -0,01 к -0,078— Allin -0,03^; Ьтт (1)
—1,14- к -0,009— к -0,082— Anin 0,03^вк, Ьтт (2)
где l . = 1,5 м - минимальное значение межстен-
min 1
ного расстояния; b . = 0,5 м - минимальное зна-
~ 1 min 1
чение длины вылета волноотражающего козырька.
Для предварительной оценки высоты защитной стенки с ГВК или НВК с целью локализации волны прорыва при квазимгновенном разрушении основного резервуара могут использоваться графические зависимости (рис. 10), построенные по формулам (1) и (2) в качестве примера для типовых РВС-2000 м3 (d =15,18 м; h =12 м)
v вн ' ' ст '
и РВС-20000 м3 (d = 39,9 м; h = 18 м).
вн ст
В целом метод предназначен для использования в практической работе подразделениями,
уполномоченными на решение задач в области пожарной и промышленной безопасности, персоналом, осуществляющим эксплуатацию резервуар-ных парков хранения горючих жидкостей, организациями, разрабатывающими проектную документацию на РВСЗС, в том числе, при определении расчётных величин пожарного и промышленного рисков.
Положения метода могут являться основой для разработки нормативного документа (дополнения существующих) в области обеспечения пожарной и промышленной безопасности производственных объектов при хранении горючих жидкостей в РВСЗС.
П
ВЫВОДЫ
о результатам анализа статистических данных о разрушениях РВС доказано, что нормативные ограждения резервуарных парков не способны удержать образующийся в этом случае мощный гидродинамический поток жидкости, что неоднократно приводило к каскадному развитию аварий или возникновению ЧС, в том числе, экологическим катастрофам, нередко -к гибели и травмам людей.
Поскольку большинство эксплуатируемых (проектируемых) резервуарных парков на ТЭС в СРВ находятся (будут находиться) в непосредственной близости к водоёмам, то с целью предотвращения каскадного развития пожара и возникновения чрезвычайных ситуаций предлагается для хранения горючих жидкостей применение резервуаров с защитной стенкой и волноотража-ющим козырьком горизонтального или наклонного вида.
В результате выполненных экспериментальных исследований установлено, что обустройство на защитной стенке ГВК или НВК является эффективным способом, направленным на её снижение до или ниже максимального уровня жидкости в основном резервуаре, в зависимости от межстенного расстояния и длины вылета волноотражающего козырька.
В результате обработки опытных данных методом многофакторного регрессионного анализа получены эмпирические формулы для определения необходимой высоты защитной стенки для полного удержания потока жидкости в зависимости от геометрических параметров основного резервуара номинальным объёмом от 700 до 30 000 м3, межстенного расстояния (от 1,5 до 3 м) и длины вылета волноотражающего козырька (от 0,5 до 1,5 м) соответствующего вида.
FIRE AND EMERGENCIES: PREVENTION, ELIMINATION. 2023. No. 3
Разработан метод определения оптимальных геометрических параметров защитной стенки с ГВК (НВК) РВСЗС с целью предотвращения каскадного развития аварии (пожара) или ЧС в ре-зервуарном парке ТЭС в СРВ, при этом обустройство дополнительного ограждения не требуется, поскольку вся жидкость при возможном разрушении основного резервуара будет удерживаться предложенной конструкцией преграды. Кроме этого, такое ограждение будет частично или пол-
ностью выполнять роль погодозащитного козырька, нормативно рекомендуемого к установке на РВСЗС для перекрытия межстенного расстояния. В то же время необходимо обеспечить устойчивость защитной стенки не только к гидродинамическому воздействию потока жидкости, но и возможному динамическому влиянию разрушающихся при аварии основного резервуара конструкций, что может являться предметом дальнейших научных исследований.
СПИСОК ИСТОЧНИКОВ
1. Об основных направлениях «Национальной стратегии развития энергетики Вьетнама на период до 2030 г., в долгосрочной перспективе - до 2045 г.» [Электронный ресурс] // Резолюция Политбюро ЦК КПВ от 11 февраля 2020 г. № 55-NQ/TW. Режим доступа: https://thuvienphapluat.vn/van-ban/EN/Tai-nguyen-Moi-truong/Resolution-55-NQ-TW-2020-orientations-of-strategy-for-national-energy-development/519058/ tieng-anh.aspx (дата обращения: 20.06.2023).
2. Нгуен Ань Фыонг Вызовы и возможности развития топливно-энергетического комплекса Вьетнама // Инновации и инвестиции. 2023. № 4. С. 309-312.
3. Statistical Review of World Energy 2022 [Электронный ресурс] // BP. 71st edition. 60 p. Режим доступа: https://www.bp.com/ content/dam/bp/business-sites/en/global/corporate/pdfs/ energy-economics/statistical-review/bp-stats-review-2022-full-report.pdf (дата обращения: 01.06.2023).
4. EVNAnnual Report 2021 [Electronic resource] / EVN. 29 p. Режим доступа: https:// www.evn.com.vn/userfile/User/tcdl/files/ EVNAnnualReport2021 %20final%2022_10_2021 .pdf (дата обращения: 20.06.2023).
5. Розенштейн И. М. Аварии и надежность стальных резервуаров. М.: Недра, 1995. 253 с.
6. Прохоров В. А. Оценка параметров безопасности эксплуатации нефтехранилищ в условиях Севера. М.: Недра-Бизнесцентр, 1999. 142 с.
7. Галеев В. Б., Гарин Д. Ю, Закиров О. А, Фролов Ю. А, Байбурин Р. А, Шарафиев М. Р. Аварии резервуаров и способы их предупреждения / Под ред. В. Б. Галеева и Р. Г. Шарафиева. Уфа: Уфимский полиграфкомбинат, 2004. С. 5-18.
8. Землянский А. А. Принципы конструирования и экспериментально-теоретические исследования крупномасштабных резервуаров нового поколения. Саратов: СГТУ, 2005. 324 с.
9. Волков О. М. Пожарная безопасность резервуаров с нефтепродуктами. СПб: Изд-во Политехн. ун-та, 2010. 398 с.
10. Швырков С. А. Пожарный риск при квазимгновенном разрушении нефтяного резервуара. М.: Академия ГПС МЧС России, 2015. 289 с.
11. Швырков А. С. Нормирование требований пожарной безопасности к геометрическим параметрам ограждений резервуаров типа «стакан в стакане»: дис. ... канд. техн. наук. М.: Академия ГПС МЧС России, 2020. 141 с.
12. Швырков С. А, Буй Куанг Тиен, Воробьев В. В., Афанасьев Е. А. Технологии предотвращения чрезвычайных ситуаций при авариях резервуаров с нефтью и нефтепродуктами //
Пожары и чрезвычайные ситуации: предотвращение, ликвидация. 2020. № 3. С. 11-19. D01:10.25257/FE. 2020.3.11-19
13. Коптев Д. П. Норильский разлив: уроки и последствия // Бурение и нефть. 2020. № 7-8. С. 3-9.
14. Зайцев А. М, Тульская С. Г., Скляров К. А. Причины и последствия аварии на складе ГСМ ТЭЦ-3 города Норильска // Градостроительство. Инфраструктура. Коммуникации. 2021. № 3 (24). С. 38-42.
15. Взрыв резервуара с битумом в Пензе попал на видео. Происшествия [Электронный ресурс]. Режим доступа: https://ria.ru/20220309/razgermetizatsiya-1777302323.html (дата обращения: 20.07.2023).
16. «Вид Армагеддона». Разгерметизация емкости с битумом в Пензе. Ужасающая картина средствами аэрофотографии [Электронный ресурс]. Режим доступа: https://penza-post.ru/ news/09-03-2022/80993#RL (дата обращения: 20.07.2023).
17. Локализация разлива нефтепродуктов на нефтебазе «Льен Чиеу» [Электронный ресурс]. Режим доступа: https:// nhandan.vn/tin-tuc-xa-hoi/khac-phuc-su-co-tran-dau-tai-kho-va-cang-xang-lien-chieu-596816/ (дата обращения: 20.07.2023).
18. Швырков С. А. [и др.] Прогнозирование площади разлива нефтепродукта при квазимгновенном разрушении резервуара // Транспорт и хранение нефтепродуктов: научн.-инф. сб., 2005. Вып. 7. С. 8-12.
19. Kass M. D., Sluder C. S., Kaul B. C. Spill Behavior, Detection, and Mitigation for Emerging Nontraditional Marine Fuels: the report of Buildings and Transportation Science Division. 0RNL/SPR-2021/1837. Oak Ridge: Oak Ridge National Laboratory, 2021. 43 p.
20. Буй Куанг Тиен, Швырков С. А, Воробьев В. В. Горизонтальный волноотражающий козырек для снижения высоты защитной стенки резервуара типа «стакан в стакане» // Пожары и чрезвычайные ситуации: предотвращение, ликвидация. 2022. № 1. С. 48-56. D0I:10.25257/FE.2022.1.48-56
21. Буй Куанг Тиен, Швырков С. А, Воробьев В. В., Па-насевич Л. Т. Наклонный волноотражающий козырек для снижения высоты защитной стенки резервуара типа «стакан в стакане» [Электронный ресурс] // Технологии техносферной безопасности. 2022. № 2(69). 12 с. Режим доступа: https:// elibrary.ru/item.asp?id=49508821 (дата обращения: 15.07.2023). DOI: 10.25257/TTS.2022.2.96.8-19
22. Буй Куанг Тиен Влияние наклона волноотражающего козырька на высоту защитной стенки резервуара типа «стакан в стакане» // Пожары и чрезвычайные ситуации: предотвращение, ликвидация. 2022. № 2. С. 5-11. D0I:10.25257/FE.2022.2.5-11
REFERENCES
1. Ob osnovnykh napravleniiakh "Natsionalnoi strategii razvitiia energetiki Vetnama na period do 2030 g., v dolgosrochnoi perspektive - do 2045 g." [On the main directions of the "National Strategy of Vietnam's Energy Development for the period up to 2030, in the long term - up to 2045"]. Resolution of the Politburo of the Central Committee of the CPV dated February 11, 2020 No. 55-NQ/TW. Available at: https://thuvienphapluat.vn/van-ban/ EN/Tai-nguyen-Moi-truong/Resolution-55-NQ-TW-2020-
orientations-of-strategy-for-national-energy-development/ 519058/tieng-anh.aspx (accessed June 20, 2023) (in Eng.).
2. Nguyen A.Ph. Challenges and opportunities for the development of the fuel and energy complex of Vietnam. Innovatsii i investitsii - Innovation, Investment. 2023, no. 4, pp. 309-312 (in Russ.).
3. Statistical Review of World Energy 2022. BP. 71st edition. 60 p. Available at: https://www.bp.com/content/dam/bp/business-
sites/en/global/corporate/pdfs/energy-economics/statistical-review/ bp-stats-review-2022-full-report.pdf (accessed June 01, 2023) (in Eng.).
4. EVN Annual Report 2021 [Electronic resource] / EVN. 29 p. Available at: https:// www.evn.com.vn/userfile/User/tcdl/files/ EVNAnnualReport2021%20final%2022_10_2021.pdf (accessed June 20, 2023).
5. Rozenshtein I.M. Avarii i nadezhnost stalnykh rezervuarov [Accidents and reliability of steel tanks]. Moscow, Nedra Publ., 1995. 253 p. (in Russ.)
6. Prokhorov V.A. Otsenka parametrov bezopasnosti ekspluatatsii neftekhranilishch v usloviiakh Severa [Assessment of safety parameters of oil storage facilities operation in the conditions of the North]. Moscow, Nedra-Biznescenter Publ., 1999.142 p. (in Russ.).
7. Galeev V.B., Garin D.Yu., Zakirov O.A., Frolov Yu.A., Bayburin R.A., Sharafiev M.R. Avarii rezervuarov i sposoby ikh preduprezhdeniia [Tank accidents and methods of their prevention]. Ufa: Ufa Polygraph Combine, 2004. Pp. 5-18 (in Russ.).
8. Zemlianskii A.A. Printsipy konstruirovaniia i eksperimental'noteoreticheskie issledovaniia krupnogabaritnykh rezervuarovnovogopokoleniia [Design principles and experimental and theoretical studies of large-sized tanks of a new generation]. State technical university of Saratov Publ., 2005. 324 p. (in Russ.).
9. Volkov O.M. Pozharnaia bezopasnost rezervuarov s nefteproduktami [Fire safety of tanks with petroleum products]. Saint Petersburg, Publishing House of the Polytechnic University, 2010. 398 p. (in Russ.).
10. Shvyrkov S.A. Pozharnyi risk pri kvazimgnovennom razrushenii neftianogo rezervuara: monografiia [Fire risk in case of quasi-instantaneous destruction of an oil reservoir]. Moscow, State Fire Academy of EMERCOM of Russia Publ., 2015. 289 p. (in Russ.)
11. Shvyrkov A.S. Normirovanie trebovanii pozharnoi bezopasnosti k geometricheskim parametram ograzhdenii rezervuarov tipa "stakan v stakane•" [Rationing of fire safety requirements to the geometric parameters of tank enclosures of the "glass in a glass". PhD in Engineering thesis]. Moscow, State Fire Academy of EMERCOM of Russia Publ., 2020. 141 p. (in Russ.).
12. Shvyrkov S., Bui Q.T., Vorobyev V., Afanasiev E. Emergency prevention techniquesin accidents with tanks for oil and petroleum products. Pozhary i chrezvychaynyye situatsii: predotvrashcheniye, likvidatsiya - Fire and Emergencies: Prevention, Elimination. 2020, no. 3, pp. 11-19 (in Russ.). D0I:10.25257/FE.2020.3.11-19
13. Koptev D.P. Norilsk spill: lessons and consequences. Burenie ineft' - Drilling and oil. 2020, no. 7-8, pp. 3-9 (in Russ.).
ИНФОРМАЦИЯ ОБ АВТОРАХ Сергей Александрович ШВЫРКОВ Н
Доктор технических наук, профессор,
профессор кафедры пожарной безопасности технологических процессов, Академия ГПС МЧС России, Москва, Российская Федерация SPIN-код: 9466-3857 AuthorID: 479363
ORCID: https://orcid.org/0000-0001-7449-8794 Н [email protected]
Куанг Тиен БУЙ
Преподаватель кафедры пожаротушения,
Институт Пожарной Безопасности МОБ Социалистической
Республики Вьетнам, Ханой, Вьетнам
SPIN-код: 1339-6018
AuthorID: 1125409
ORCID: https://orcid.org/0000-0002-2444-8550 [email protected]
Поступила в редакцию 21.08.2023 Принята к публикации 18.09.2023
Для цитирования:
Швырков С. А, Буй К. Т. Предотвращение каскадного развития пожара на тепловых электростанциях Вьетнама на основе применения резервуаров с защитной стенкой и волноотражающим козырьком // Пожары и чрезвычайные ситуации: предупреждение, ликвидация. 2023. № 3. С. 119-129. 001:10.25257/РЕ.2023.3.119-129
14. Zaitsev A.M., Tulskaya S.G., Sklyarov K.A. Causes and consequences of the accident at the fuel depot of the CHP-3 of the city of Norilsk. Gradostroitel'stvo. Infrastruktura. Kommunikatsii -Town planning. Infrastructure. Communications. 2021, no. 3(24), pp. 38-42 (in Russ.).
15. The explosion of a bitumen tank in Penza was caught on video. Incidents. Available at: https://ria.ru/20220309/ razgermetizatsiya-1777302323.html (accessed June 20, 2023) (in Russ.).
16. "View of Armageddon". Depressurization of a container with bitumen in Penza. A terrifying picture by means of aerial photography. Available at: https://penza-post.ru/news/09-03-2022/80993#RL (accessed June 20, 2023) (in Russ.).
17. Localization of oil spill at the Lien Chieu oil depot. Available at: https://nhandan.vn/tin-tuc-xa-hoi/khac-phuc-su-co-tran-dau-tai-kho-va-cang-xang-lien-chieu-596816/ (accessed June 20, 2023).
18. Shvyrkov S.A. [et al.] Forecasting the oil product spill area with quasi-instantaneous destruction of the tank. In: Transport i khranenie nefteproduktov: nauchn.-inf. sb. [Transport and storage of petroleum products: scientific-inf. collection]. Moscow, 2005, iss. 7, pp. 8-12 (in Russ.).
19. Kass M.D., Sluder C.S., Kaul B.C. Spill Behavior, Detection, and Mitigation for Emerging Nontraditional Marine Fuels: the report of Buildings and Transportation Science Division. 0RNL/SPR-2021/1837. Oak Ridge: Oak Ridge National Laboratory,
2021. 43 p.
20. Bui Q.T., Shvyrkov S.A., Vorobyov V.V. Horizontal wave-reflecting visor for lowering the height of the protective wall of "glass-in-glass" tank type. Pozhary i chrezvychaynyye situatsii: predotvrashcheniye, likvidatsiya - Fire and Emergencies: Prevention, Elimination. 2022, no. 1, pp. 48-56 (in Russ.). DOI:10.25257/FE.2022.1.48-56
21. Bui Q.T., Shvyrkov S.A., Vorobyev V.V., Panasevich L.T. Inclined wave-reflective visor to reduce the height of the protective wall of the "glass in a glass" tank. Tehnologii tehnosfernoj bezopasnosti - Technology of technosphere safety.
2022, iss. 2(96), pp. 8-19. Available at: https://elibrary.ru/ item.asp?id=49508821 (accessed June 20, 2023) (in Russ.). DOI:10.25257/TTS.2022.2.96.8-19
22. Bui Q.T. Impact of wave-reflecting visor inclination on the height of the protective wall of "glass-in-glass" type tank. Pozhary i chrezvychaynyye situatsii: predotvrashcheniye, likvidatsiya - Fire and emergencies: prevention, elimination). 2022, no. 2, pp. 5-11 (in Russ.). DOI:10.25257/FE.2022.2.5-11
INFORMATION ABOUT THE AUTHORS Sergey A. SHVYRKOV H
Grand Doctor in Engineering, Professor,
Professor of the Department of fire safety in technological processes, State Fire Academy of EMERCOM of Russia, Moscow, Russian Federation SPIN-KOA: 9466-3857 AuthorID: 479363
ORCID: https://orcid.org/0000-0001-7449-8794 H [email protected]
Quang Tien BUI
Lecturer at the Department of Fire-Fighting, Institute of Fire Safety of the Ministry of Public Safety of the Socialist Republic of Vietnam, Hanoi, Vietnam SPIN-KOA: 1339-6018 AuthorID: 1125409
ORCID: https://orcid.org/0000-0002-2444-8550 [email protected]
Received 21.08.2023 Accepted 18.09.2023
For citation:
Shvyrkov S.A., Bui Q.T. Prevention of cascading fire development at thermal power plants in vietnam based on the use of tanks with a protective wall and a wave-reflecting visor. Pozhary i chrezvychaynyye situatsii: predotvrashcheniye, likvidatsiya - Fire and emergencies: prevention, elimination, 2023, no. 3, pp. 119-129. (in Russ.). DOI:10.25257/FE.2023.3.119-129
