CC BY
2НАУЧНАЯ СТАТЬЯ / ORIGINAL ARTICLE
УДК 614.841:004.42
DOI 10.25257/FE.2024.3.31-43
© С. А. ШВЫРКОВ1, В. В. ВОРОБЬЕВ1
1 Академия ГПС МЧС России, Москва, Россия
Влияние ограждений вертикальных стальных резервуаров с бензином на снижение потенциального пожарного риска
АННОТАЦИЯ
Тема. В статье рассмотрена процедура и особенности разработки логических деревьев событий, являющихся неотъемлемой частью анализа пожарной опасности при оценке пожарных рисков на производственных объектах (ПРПО) на примере аварийных ситуаций, реализующихся на типовых вертикальных стальных резервуарах (РВС) с бензином, нашедших широкое применение на различных объектах защиты. Показано влияние нормативного земляного обвалования и ограждающей стены с волноотражающим козырьком РВС на снижение потенциального пожарного риска.
Методы. Методологической и нормативной основой для разработки логических деревьев событий и оценки пожарного риска являются требования Федерального закона РФ от 22.07.2008 № 123-Ф3 «Технический регламент о требованиях пожарной безопасности», а также «Методики определения расчётных величин пожарного риска на производственных объектах», утверждённой Приказом МЧС России от 10.07.2009 № 404.
Результаты. Представлены имеющие законченный вид логические деревья событий, которые могут быть реализованы на РВС с бензином, при этом дана информация об обосновании значения частоты возникновения непосредственно пожароопасной ситуации, в том числе при отсутствии её нормативных значений. Обоснована эффективность применения в резервуар-ных парках ограждающей стены с волноотражающим козырьком. Для рассматриваемого РВС-20000 с бензином применение такой преграды способно снижать по сравнению с обустройством нормативного земляного обвалования потенциальный
пожарный риск в диапазоне от 10-6 до 10-8 год-1 на соответствующих от резервуара расстояниях от 7,7 до 13 раз.
Область применения результатов. Разработанные логические деревья событий и предложения по обустройству в ре-зервуарных парках ограждающих стен с волноотражающим козырьком могут использоваться в деятельности МЧС России, экспертных организаций, научно-исследовательских и проектных институтов, а также высших учебных заведений и иных образовательных организаций, при решении вопросов подтверждения соответствия объектов защиты производственного назначения требуемому уровню обеспечения пожарной безопасности на основе оценки пожарного риска, в том числе в рамках выполнения выпускных квалификационных работ, разработки специальных технических условий.
Выводы. Использование полученных результатов в учебном процессе позволит повысить качество подготовки обучающихся, компетентных в следующих направлениях: способы оценки соответствия объекта защиты требованиям нормативно-правовых актов и нормативных документов; методы определения расчётных величин пожарного риска; системы обеспечения пожарной безопасности объектов защиты, направленные на снижение пожарного риска.
Ключевые слова: производственный объект, пожарная безопасность технологических процессов, пожарный риск, логические деревья событий, системы обеспечения пожарной безопасности, ограждения резервуаров
© S.A. SHVYRKOV1, V.V. VOROBYOV1
1 State Fire Academy of EMERCOM of Russia, Moscow, Russia
The effect of vertical steel gasoline tank barriers on reducing potential fire risk
ABSTRACT
Purpose. The article discusses the procedure and features of developing logical event trees, which are an integral part of the fire hazard analysis in the assessment of fire risks at industrial facilities and are widely applied at various facilities to be protected, using the example of emergency situations at typical vertical steel tanks (VST) with gasoline. The authors demonstrate the effect of the standard earthen embankment and the enclosing wall with a wave deflector for a VST on reducing the potential fire risk.
Methods. The methodological and regulatory basis for developing logical event trees and assessing fire risk are the requirements of the Federal Law of the Russian Federation No. 123-FZ dated 22.07.2008 "Technical Regulations on Fire Safety Requirements", as well as the "Methodology for Determining Estimated Values of Fire Risk at Industrial Facilities", approved by Order of EMERCOM of Russia No. 404 dated 10.07.2009.
FIRE AND EMERGENCIES: PREVENTION, ELIMINATION. 2024. No. 3
Findings. The paper presents complete logical event trees that can be implemented on RVSs with gasoline, and provides information on the justification of the frequency rate of a fire hazard, even if its standard values are absent. The efficiency of using an enclosing wall with a wave deflector in tank farms is substantiated. For the considered RVS-20000 with gasoline, the use of such a barrier can reduce the potential fire risk in the range from 10-6 to 10-8 year-1 at the corresponding distances from the tank from 7.7 to 13 times, compared with the application of a standard earthen embankment.
Research application field. The developed logical event trees and proposals for constructing enclosing walls with a wave deflector in tank farms can be used in activities of EMERCOM of Russia, expert organizations, research and design institutes, as well as higher education institutions and other educational organizations, when resolving issues of confirming the compliance of industrial facilities to be protected with the required level
of fire safety based on fire risk assessment within the framework of performing final qualification papers and developing special technical conditions.
Conclusions. The use of the obtained results in the educational process will improve the quality of training students who are competent in the following areas: methods of assessing the compliance of the facility to be protected with the requirements of regulations and normative documents; methods for determining the calculated values of fire risk; systems for ensuring fire safety of facilities to be protected aimed at reducing fire risk.
Key words: industrial facility, fire safety of technological processes, fire risk, logical event trees, fire safety systems, tank enclosures
ВВЕДЕНИЕ
В соответствии с требованиями Федерального закона РФ от 22.07.2008 № 123-Ф3 «Технический регламент о требованиях пожарной безопасности» (далее ФЗ № 123) количественная оценка пожарного риска может являться одним из необходимых условий для подтверждения соответствия объекта защиты требованиям пожарной безопасности. Кроме этого, расчёты по оценке пожарного риска являются составной частью декларации пожарной безопасности или декларации промышленной безопасности (на объектах, для которых они должны быть разработаны в соответствии с законодательством Российской Федерации).
Порядок проведения расчётов по оценке пожарного риска определяется нормативными правовыми актами Российской Федерации и нормативными документами по пожарной безопасности. Так, в частности, порядок проведения анализа пожарной опасности производственного объекта и расчёта пожарного риска изложен в главе 21 ФЗ № 123, а непосредственно порядок расчёта величин ПРПО установлен «Методикой определения расчётных величин пожарного риска на производственных объектах», утверждённой Приказом МЧС России от 10.07.2009 № 404 (далее Методика).
Исходя из требований указанных документов оценка ПРПО должна предусматривать анализ пожарной опасности производственного объекта, определение частоты реализации пожароопасных аварийных ситуаций на производственном объекте, построение полей опасных факторов пожара (ОФП) для различных сценариев его развития, оценку последствий воздействия ОФП на людей для различных сценариев его развития, вычисление пожарного риска и, соответственно, его сравнение с нормируемыми ФЗ № 123 значениями. При этом
непосредственно анализ пожарной опасности производственных объектов должен предусматривать:
- анализ пожарной опасности технологической среды и параметров технологических процессов на производственном объекте;
- определение перечня пожароопасных аварийных ситуаций и параметров для каждого технологического процесса;
- определение перечня причин, возникновение которых позволяет характеризовать ситуацию как пожароопасную, для каждого технологического процесса;
- построение сценариев возникновения и развития пожаров, повлекших за собой гибель людей.
Важно отметить, что именно на этапе проведения анализа пожарной опасности производственного объекта возможно предусмотреть комплекс превентивных мероприятий, направленных на снижение пожарной опасности объекта защиты.
Однако несмотря на имеющуюся нормативно-правовую базу, научные и учебные пособия по оценке ПРПО, как среди обучающихся, так и среди ряда специалистов, предоставляющих в Академию ГПС МЧС России расчёты по оценке пожарного риска для получения экспертных заключений, возникают сложности, связанные с обоснованием частот реализации инициирующих пожароопасные ситуации событий, особенно при отсутствии в таблицах нормативных документов сведений об оборудовании, используемом на объекте защиты, а также при разработке логических деревьев событий для соответствующих пожароопасных ситуаций, в том числе с учётом дополнительных мероприятий противопожарной защиты.
Собственно, эти факты и обосновывают необходимость более детального рассмотрения указанных вопросов.
ОЦЕНКА ЧАСТОТЫ РЕАЛИЗАЦИИ
ИНИЦИИРУЮЩИХ ПОЖАРООПАСНЫЕ СИТУАЦИИ СОБЫТИЙ
НА ПРОИЗВОДСТВЕННОМ ОБЪЕКТЕ
В соответствии с положениями Методики для определения частоты реализации пожароопасных ситуаций на объекте используется информация:
- об отказах оборудования, используемого на объекте;
- параметрах надёжности используемого на объекте оборудования;
- ошибочных действиях работника объекта;
- гидрометеорологической обстановке в районе размещения объекта;
- географических особенностях местности в районе размещения объекта.
Кроме этого, могут использоваться результаты анализа статистических данных по аварийности или расчётные данные по надёжности технологического оборудования, соответствующие специфике рассматриваемого объекта. Также искомая информация может быть получена непосредственно из данных о функционировании исследуемого объекта или из данных о функционировании других подобных объектов. При этом рекомендуемые сведения по частотам реализации инициирующих пожароопасные ситуации событий для некоторых типов оборудования объектов, частотам утечек из технологических трубопроводов, а также частотам возникновения пожаров в зданиях приведены в приложении № 1 Методики.
Так, для анализируемого в настоящей статье оборудования - РВС со стационарной крышей (далее РВС) номинальным объемом 20 000 м3, предназначенного для хранения бензина марки АИ-93 (летний) на территории производственного объекта в г. Краснодаре, следует рассматривать в качестве инициирующих пожароопасные ситуации события, связанные с локальным повреждением и полным разрушением РВС, а также пожарами на дыхательной арматуре и по всей поверхности РВС.
Под локальным повреждением РВС понимается образование отверстий в его корпусе соответствующего диаметра, а под полным разрушением -квазимгновенное разрушение РВС с образованием волны прорыва [1].
При рассмотрении пожара на дыхательной арматуре следует учитывать его распространение по всей поверхности РВС [2].
При этом консервативно принимается, что локальное повреждение РВС приводит к образованию пролива горючей жидкости в пределах об-
валования (ограждения) парка, а в случае полного разрушения РВС также может привести и к проливу вне обвалования (ограждения) [1, 2].
В качестве обоснования по выше указанным консервативным предпосылкам необходимо отметить, что в РВС наиболее нагруженным элементом, как от его стальных конструкций, так и от хранимой горючей жидкости, является зона сопряжения стенки с днищем [3, 4]. При этом анализ аварий РВС, в частности, авария РВС-30000 м3 с дизельным топливом на территории ТЭЦ-3 в г. Норильске [5, 6], также свидетельствует, что именно эта зона является наиболее уязвимой с точки зрения возможной разгерметизации резервуара. Кроме этого, образование отверстий в этой зоне приведёт к максимальному выходу содержащейся в РВС до аварии горючей жидкости в открытое пространство, а следовательно, и к максимальной реализации опасных факторов аварийной ситуации, что и требуется учитывать при оценке пожарных рисков.
В соответствии с Методикой для РВС с горючими жидкостями при давлении, близком к атмосферному, следует рассматривать истечение при диаметрах отверстий, соответственно, 25 мм с частотой реализации события 8,8-10-5 год-1 и 100 мм - с частотой реализации события 1,2-10-5 год-1.
Относительно рассмотрения пожароопасной ситуации, связанной с полным разрушением РВС и последующим истечением жидкости в обвалование, важно отметить следующее. Согласно статистическим данным [1], при полном (квазимгновенном) разрушении РВС с горючей жидкостью образуется мощный гидродинамический поток (волна прорыва), способный разрушить нормативное ограждение (в 46,2 % случаев) или перелиться через него (в 35,3 0% случаев), разливаясь на значительной площади, нередко с воспламенением паров, достигая территорий рядом расположенных объектов. Невозможность ограничения площади пролива горючей жидкости на обвалованной территории обуславливается как недостаточной высотой, так и устойчивостью ограждений, расчёт которых, в основном, производится на гидростатическое давление пролитой жидкости в соответствии с нормативными требованиями, например, изложенными в СП 155.13130.2014 «Склады нефти и нефтепродукты. Требования пожарной безопасности» (далее СП 155.13130). 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, проявлении разрядов статического
FIRE AND EMERGENCIES: PREVENTION, ELIMINATION. 2024. No. 3
электричества при отборе проб или иных причин. Кроме этого, статистика отмечает ряд случаев полных разрушений резервуаров вследствие их переполнения жидкостью, что обосновывает в качестве максимального уровня заполнения РВС жидкостью принимать высоту его стенки.
Важно также отметить, что с целью ограничения площади пролива горючей жидкости при возможном полном разрушении РВС нормативными документами рекомендуется предусматривать в резервуарных парках объектов защиты дополнительные мероприятия. В частности, обустраивать взамен земляного обвалования ограждающую стену с волноотражающим козырьком, рассчитанную на гидродинамические нагрузки от воздействия волны прорыва, или непосредственно за земляным обвалованием сооружать дополнительную вертикальную защитную стену. Методы оценки геометрических параметров таких дополнительных преград приведены в ГОСТ Р 53324-2009 «Ограждения резервуаров. Требования пожарной безопасности».
Ещё одним перспективным способом ограничения площади пролива горючей жидкости в резервуарном парке может являться применение резервуаров с защитной стенкой типа «стакан в стакане» (далее РВСЗС). Общие технические требования к РВСЗС изложены в ГОСТ 313852016 «Резервуары вертикальные цилиндрические стальные для нефти и нефтепродуктов», а дополнительные требования пожарной безопасности, сформулированные на основе результатов научных исследований, выполненных в Академии ГПС МЧС России, приведены, например, в работах [7, 8].
Таким образом, при рассмотрении сценария, связанного с полным разрушением РВС необходимо учитывать тип его ограждения, при этом в соответствии с Методикой частота реализации такого события составляет 5-10-6 год-1.
Поскольку консервативно принимается, что пожар на дыхательной арматуре приводит к его распространению по всей поверхности РВС [2], то суммарная частота от реализации этих событий составит 1,8-10-4 год-1.
Следует указать, что в Методике приведён перечень только основного технологического оборудования, наиболее часто встречающегося на объектах производственного назначения, с указанием соответствующих частот разгерметизации. При этом, как уже отмечалось, информация о значениях частот разгерметизации различного типа оборудования может быть получена из данных о функционировании других подобных объектов. В частности, в отчёте [9] приводятся расширенные данные по искомой величине для различного тех-
нологического оборудования, в том числе для двустенных трубопроводов и полимерных ёмкостей, которые находят всё большее применение на различных объектах защиты.
Необходимо также отметить, что при отсутствии в нормативных документах или научных отчётах значений частот разгерметизации специфического технологического оборудования они могут быть определены методом построения «деревьев отказов» [10, 11]. Анализ «деревьев отказов» позволяет выявить такие комбинации критических отказов (неполадок) оборудования, ошибок персонала и т. д., которые приводят к инициирующему пожароопасную ситуацию событию: неконтролируемому выходу горючих веществ и материалов из аппаратов и трубопроводов в открытое пространство, возникновению взрыва и (или) пожара.
Метод определения вероятности возникновения пожара (взрыва) в объекте или изделии приведён, в частности, в приложении 3 ГОСТ 12.1.004-91 «Система стандартов безопасности труда. Пожарная безопасность. Общие требования». Пример расчёта годовой вероятности взрыва паровоздушной смеси в сушильной камере при проведении процесса сушки окрашенных металлических изделий подробно рассмотрен в [12].
ПОСТРОЕНИЕ ЛОГИЧЕСКОГО ДЕРЕВА
СОБЫТИЙ И ОЦЕНКА ЧАСТОТЫ РЕАЛИЗАЦИИ СЦЕНАРИЕВ РАЗВИТИЯ ПОЖАРООПАСНЫХ СИТУАЦИЙ
Аля определения возможных сценариев возникновения и развития пожароопасных ситуаций Методикой рекомендуется использовать метод логических деревьев событий (далее логическое дерево). Общая процедура построения логического дерева приведена в приложении 2 Методики.
В целом сценарий развития пожароопасной ситуации представляет собой графическое изображение и описание последовательности событий от инициирующего до конечного, сопровождающегося появлением ОФП (далее ветвь дерева событий). Совокупность сценариев (ветвей дерева событий), возникающих при реализации инициирующего события, собственно и называется логическим деревом событий.
Рассмотрим сценарии развития аварии, связанной с локальным повреждением или полным разрушением РВС-20000 м3 с бензином марки АИ-93 (инициирующее пожароопасную ситуацию событие) с учётом следующих обстоятельств.
1. Возможность образования горючего паровоздушного облака над поверхностью пролива бензина (формирование зоны загазованности). При локальном повреждении или полном разрушении РВС возникает пролив бензина, происходит его испарение с поверхности пролива и образуется горючее паровоздушное облако, если выполняется условие [12]:
* > * ,
р вспт
где *р - рабочая температура бензина в резервуаре (в соответствии с СП 131.13330.2020 «Строительная климатология» для г. Краснодара, * = 42 °С); *всп - температура вспышки бензина Аи 93 (летний) *всп = -36 °С [2].
Таким образом, как при локальном повреждении, так и при полном разрушении РВС с бензином горючее паровоздушное облако образуется.
2. Возможность вскипания и выброса горящей жидкости при пожаре в резервуаре. К прогрессирующему прогреву, вскипанию и выбросу при горении в РВС или при проливе способны так называемые тёмные нефтепродукты и, прежде всего, нефть и мазут, тогда как светлые нефтепродукты, например, бензин, такими свойствами не обладают [13, 14].
3. Возможность учёта работы системы автоматического пожаротушения (АУПТ) в РВС. В настоящем примере рассматривается РВС номинальным объёмом более 5 000 м3, то есть он должен быть оснащён системой АУПТ в соответствии с требованиями СП 155.13130. В большинстве случаев на таких РВС предусматривается система пенного пожаротушения с подачей пены сверху посредством пеносливов или генераторов пены. В то же время анализ развития пожаров в резерву-арных парках [13, 14] показывает, что пожар в РВС начинается, как правило, со взрыва паровоздушной смеси, что приводит к подрыву крыши, реже её срыву с последующим пожаром, при этом часто деформируется верхний пояс стенки резервуара, на котором и установлены генераторы пены или пеносливы, выходящие при этом из строя. Нередки случаи и полного разрушения РВС от внутреннего взрыва [1]. Таким образом, в целях обеспечения объективности, консервативно не учитываем работу имеющейся на РВС АУПТ.
4. Возможность учёта работы системы стационарной установки водяного охлаждения РВС. При рассмотрении пожароопасной ситуации с полным разрушением РВС учёт указанной системы, очевидно, является не актуальным. При локальном повреждении РВС с выходом горя-
щего бензина в ограждение работа указанной установки может привести не столько к охлаждению стенки РВС, сколько к увеличению площади пожара пролива с возможным дальнейшим переливом бензина через ограждение и распространению пожара на объекте защиты. Кроме этого, охлаждение стенки РВС не исключает распространение пожара в ограждении на дыхательную арматуру РВС, в частности, за счёт интенсивного нагрева крыши, лестниц и другого оборудования, установленного на РВС. Наконец, поскольку в примере рассматривается единичный РВС в собственном ограждении, то учёт работоспособности системы водяного охлаждения, предназначенной, в том числе, для предотвращения распространения пожара на соседние резервуары, также является не актуальным. Таким образом, в целях обеспечения объективности, консервативно не учитываем работу имеющейся на РВС стационарной установки водяного охлаждения.
Логические деревья событий с указанием номеров сценариев развития пожароопасных ситуаций представлены на рисунке 1, а обозначения, определения и численные значения условных вероятностей появления событий при реализации пожароопасных ситуаций на РВС - в таблице 1.
Представленные в таблице условные вероятности мгновенного воспламенения и условные вероятности последующего воспламенения при отсутствии мгновенного, а также условные вероятности сгорания с образованием избыточного давления при образовании горючего паровоздушного облака и его последующем воспламенении в зависимости от типа утечки, принимались по Методике. При этом, в соответствии с положениями Методики, для бензина (легковоспламеняющаяся жидкость с температурой вспышки менее 28 °С) указанные выше условные вероятности принимались как для двухфазной среды.
Рисунок 1. Логические деревья событий при локальном повреждении или полном разрушении РВС с бензином в собственном ограждении
Figure 1. Logical event trees in case of local damage or complete destruction of a VST with gasoline in its own enclosure
FIRE AND EMERGENCIES: PREVENTION, ELIMINATION. 2024. No. 3
Таблица 1 (Table 1)
Обозначения, определения и численные значения условных вероятностей появления событий при реализации пожароопасных ситуаций на РВС с бензином Designations, definitions and numerical values of conditional event probabilities in case of fire situations on a VST with gasoline
Обозначения условных вероятностей Определения условных вероятностей Значения условных вероятностей
Локальное повреждение РВС (диаметр отверстия истечения 25 мм) Сценарии 1-5
Q„ Частота разгерметизации с последующим истечением бензина в ограждение, год-1 8,8-10-5
Омгн Условная вероятность мгновенного воспламенения бензина 0,035
Опосл Условная вероятность последующего воспламенения бензина при отсутствии мгновенного воспламенения 0,036
Q сд Условная вероятность сгорания с образованием избыточного давления при образовании горючего паровоздушного облака и его последующим воспламенением 0,240
Локальное повреждение РВС (диаметр отверстия истечения 100 мм) Сценарии 6-10
Оав Частота разгерметизации с последующим истечением бензина в ограждение, год-1 1,2-10-5
Омгн Условная вероятность мгновенного воспламенения бензина 0,035
Q„oc„ Условная вероятность последующего воспламенения бензина при отсутствии мгновенного воспламенения 0,036
Q сд Условная вероятность сгорания с образованием избыточного давления при образовании горючего паровоздушного облака и его последующим воспламенением 0,240
Полное (квазимгновенное) разрушение РВС (образование волны прорыва) Сценарии 11-15
Q„ Частота разгерметизации с последующим истечением бензина в ограждение и за его пределы, год-1 5,0-10-6
Q™ Условная вероятность мгновенного воспламенения бензина 0,200
Опосл Условная вероятность последующего воспламенения бензина при отсутствии мгновенного воспламенения 0,240
Условная вероятность сгорания с образованием избыточного давления при образовании горючего паровоздушного облака и его последующим воспламенением 0,600
Условия, способствующие образованию горючего паровоздушного облака
Q„ Повторяемость штилей в районе расположения РВС, на примере г. Краснодар [5] 0,120
Возникновение пожара на дыхательной арматуре с распространением по всей поверхности РВС
Сценарий 16
Qm I Суммарная частота возникновения пожара в РВС, год-1 I 1,8-10-4
Описание сценариев развития аварии, связанной с выходом бензина в открытое пространство при локальном повреждении или полном разрушении РВС, приведено ниже.
Сценарий 1, 6 - локальное повреждение РВС; мгновенное воспламенение паров бензина; пожар пролива бензина в ограждении.
Сценарий 11 - полное разрушение РВС; мгновенное воспламенение паров бензина; пожар пролива бензина в ограждении и за его границами.
Сценарий 2, 7 - локальное повреждение РВС; мгновенного воспламенения паров бензина не произошло; пролив бензина в ограждении; образование горючего паровоздушного облака и его
сгорание с образованием волны избыточного давления; пожар пролива в ограждении.
Сценарий 12 - полное разрушение РВС; мгновенного воспламенения паров бензина не произошло; пролив бензина в ограждении и за его границами; образование горючего паровоздушного облака и его сгорание с образованием волны избыточного давления; пожар пролива в ограждении и за его границами.
Сценарий 3, 8 - локальное повреждение РВС; мгновенного воспламенения паров бензина не произошло; пролив бензина в ограждении; образование горючего паровоздушного облака и его сгорание с образованием пожара-вспышки; пожар пролива в ограждении.
Сценарий 13 - полное разрушение РВС; мгновенного воспламенения паров бензина не прои-
зошло; пролив бензина в ограждении и за его границами; образование горючего паровоздушного облака и его сгорание с образованием пожара-вспышки; пожар пролива в ограждении и за его границами.
Сценарий 4, 9 - локальное повреждение РВС; мгновенного воспламенения паров бензина не произошло; пролив бензина в ограждении; образование горючего паровоздушного облака не произошло; пожар пролива в ограждении.
Сценарий 14 - полное разрушение РВС; мгновенного воспламенения паров бензина не произошло; пролив бензина в ограждении и за его границами; образование горючего паровоздушного облака не произошло; пожар пролива в ограждении и за его границами.
Сценарий 5, 10 - локальное повреждение РВС; мгновенного воспламенения паров бензина
Таблица 2 (Table 2)
Результаты оценки частот реализации в течение года j-х сценариев развития пожароопасных ситуаций на РВС с бензином Results of assessing the implementation frequency of j-scenarios of fire situation development on a VST with gasoline during a year
№ сценария, j Частота реализации j-го сценария, год-1
Выражение Значения
1 Ql = Q„ 25 ммЧг, 25 мм 3,080'10-6
2 Q2 = Q„ 25 мм'О - Омг, 25 мм)Чосл 25 мм'0„ «сд 25 мм 8,805'10-8
3 Q3 = Q„ 25 мм'О - Омгн 25 мм)'0„осл 25 „Л'О - «сд 25 мм) 2,788' 10-7
4 Q4 = Q„ 25 мм'(1 - Омгн 25 мм)'0„осл 25 мм'(1 - QJ 2,690'10-6
5 Q5 = Q„ 25 мм'(1 - Омгн 25 мм)'(1 - «„осл 25 мм) 8,186 '10-5
Итого 8,800 10-5
6 Q6 «ав 100 мм'«мгн 100 мм 1,800'10-6
7 Q7 = Оав 100 мм'(1 - Омгн 100 мм)Чосл 100 мм'0„ «сд 100 мм 1,293' 10-7
8 Q8 = Оав 100 мм'(1 - Омг, 100 мм^осл 100 мм'0„т'(1 - «сд 100 мм) 8,617 '10-8
9 Q9 = Оав 100 мм'(1 - Омгн 100 мм)Чосл 100 мм'О - QJ 1,580'10-6
10 Q10 = Оав 100 мм'(1 - Омгн 100 ммХ1 - «„осл 100 мм) 8,405'10-6
Итого 1,200 10-5
11 Q11 = „о„Омгн „олн 1,000'10-6
12 Q12 = Оав „олн'(1 - Омгн „олн)'0„осл „олн'0„'0сд „олн 6,912 '10-8
13 Q13 = Оав „олн'(1 - Омг, „олн)'0„осл „олн'ОщД! - «сд „олн) 4,608'10-8
14 «14 = Оав „олн'(1 - Омг, „олн)'0„осл „олн'О - QJ 8,448' 10-7
15 «15 = «ав „олн' (1 - «мгн „олн)' (1 - «„осл „олн) 3,040'10-6
Итого 5,000 10-6
16 Q16 = 0„ож 1,800'10-4
FIRE AND EMERGENCIES: PREVENTION, ELIMINATION. 2024. No. 3
не произошло; пролив бензина в ограждении; последующего воспламенения паров бензина не произошло.
Сценарий 15 - полное разрушение РВС; мгновенного воспламенения паров бензина не произошло; пролив бензина в ограждении и за его границами; последующего воспламенения паров бензина не произошло.
Сценарий 16 - возникновение пожара на дыхательной арматуре РВС с распространением по всей поверхности резервуара.
Сценарии 5, 10, 15 не представляют угрозы для жизни и здоровья людей и в дальнейших расчётах не учитываются.
Значение частоты реализации каждого сценария логического дерева событий определяли как произведение частоты инициирующего аварию события и условных вероятностей развития аварийной ситуации по конкретному сценарию (табл. 2).
расчёт массы бензина, содержащегося в РВС, расход бензина через отверстие указанного диаметра, фактическая площадь пролива и масса паров бензина, содержащегося в образовавшемся облаке (рис. 3).
Кроме этого, в зависимости от агрегатного состояния вещества и вычисленного его массового расхода автоматически рассчитываются вероятности мгновенного воспламенения, отсутствия последующего воспламенения, отсутствия штиля и взрыва облака (рис. 4).
Следующим этапом является указание числа стадий в логическом дереве (рис. 5) и непосредственно добавление самого дерева событий посредством нажатия на кнопку «Добавить дерево» (рис. 6).
В первой слева ячейке логического дерева (рис. 7) вводится значение частоты реализации инициирующего пожароопасную ситуацию события (8,8-10-5 год-1) и заполняются расположенные
ПОСТРОЕНИЕ ЛОГИЧЕСКОГО ДЕРЕВА СОБЫТИЙ В ИНФОРМАЦИОННО-АНАЛИТИЧЕСКОЙ СИСТЕМЕ «PROBIT»
С учётом использования информационно-аналитической системы (ИАС) «Probit» в учебном процессе Академии ГПС МЧС России при подготовке обучающихся по программе магистратуры [15], которые должны обладать соответствующей квалификацией для разработки систем обеспечения пожарной безопасности производственных объектов на основании расчётного определения величин пожарного риска, целесообразно рассмотреть процедуру построения логического дерева событий в указанном программном продукте.
После создания проекта в ИАС «Probit» производится выбор рассматриваемого технологического оборудования, в данном случае РВС-20000 м3 с бензином, и задаётся пожароопасная ситуация -«Авария 1» (рис. 2).
Следует отметить, что в ИАС «Probit» реализована возможность рассмотрения неограниченного количества пожароопасных ситуаций, а также построения любого числа деревьев событий для каждой из них.
Из выпадающего списка выбирается характеристика аварии, в данном случае - локальное повреждение, и задаётся диаметр отверстия в РВС, через которое будет происходить истечение горючей жидкости (бензина) в открытое пространство (25 мм).
Нажимая на кнопку «Рассчитать параметры аварии» в программе производится автоматический
Прогнозирование сценариев развития пожароопасной ситуации
Авария 1 Авария 2 Авария 3 Авария 4
Кара, теристика аварии Локальное повреждение
Диаметр отверстие, мм 25
Рисунок 2. Задание исходных данных для построения логического дерева Figure 2. Setting initial data for constructing a logical tree
Масса вещества, содержащаяся о емкости, кг: 14580000.0 Расход вещества через отверстие, кг/с: 4.034 Фактическая площадь пролива, м2 3644,0 Масса газа или пара в облаке, кг: 5621.2
Рисунок 3. Результаты расчёта параметров аварии Figure 3. Results of calculating accident parameters
Вероятность мгновенного воспламенения: 0.035 Вероятность отсутствия последующего воспламенения: о.964 Вероятность отсутствия штиля: 0.880 Вероятность взрыва облака: 0.240
Рисунок 4. Результаты расчёта вероятностей событий Figure 4. Setting event probability values
Число стадий в дереве событий:
Добавить ае „о Р,«,.,„.„, ,.., »„„.„„о ,.., =
Рисунок 5. Задание числа стадий в дереве событий Figure 5. Setting the number of stages in the event tree
Рисунок 6. Добавление структуры логического дерева событий Figure 6. Adding the structure of the logical event tree
Рисунок 7. Общий вид построенного
логического дерева событий Figure 7. General view of the constructed logical event tree
Рисунок 8. Логическое дерево событий при локальном повреждении (диаметр отверстия 100 мм) РВС-20000 м3 с бензином Figure 8. Logical event tree in case of local damage (hole diameter 100 mm) of VST-20000 with gasoline
Рисунок 9. Логическое дерево событий при полном разрушении РВС-20000 м3 с бензином
Figure 9. Logical event tree in case of complete destruction of VST-20000 with gasoline
Рисунок 10. Логическое дерево событий при пожаре РВС-20000 м3 с бензином Figure 10. Logical event tree during a fire of VST-20000 with gasoline
по диагонали ячейки условных вероятностей стадий развития пожароопасной ситуации (см. рис. 4). Затем для каждого сценария логического дерева событий в выпадающем списке выбирается соответствующий опасный фактор пожара. После построения логического дерева событий и нажатия на кнопку «Рассчитать деревья» (см. рис. 5) производится расчёт частот реализации каждого сценария пожароопасной ситуации (рис. 7).
Важно отметить, что общий вид логических деревьев, построенных в ИАС «Probit», может незначительно отличаться от построенных пользователем вручную. Так, например, сценарий 1 развития пожароопасной ситуации в построенном дереве событий (см. рис. 7) соответствует аналогичному сценарию, представленному на рисунке 1, при этом сценарий 2 (см. рис. 7) соответствует уже сценарию 5 на рисунке 1, а сценарий 3 - сценарию 4, наконец, сценарий 4 - сценарию 2. Однако вычисленные значения частот реализации каждого из рассматриваемых сценариев полностью соответствуют друг другу (см. рис. 7 и табл. 2).
На рисунках 8—10 приведены логические деревья для остальных пожароопасных ситуаций (см. рисунок 2 - «Авария 2», «Авария 3», «Авария 4»), реализующихся на рассматриваемом объекте защиты, построенные аналогичным способом.
Необходимо отметить, что такая отличительная особенность построения деревьев событий в ИАС «Probit» позволяет уже на этой стадии учитывать различные мероприятия противопожарной защиты, что безусловно будет отражаться на конечных значениях пожарного риска. Например, для рассматриваемого случая с целью ограничения площади пролива бензина при полном (квазимгновенном) разрушении РВС-20000 м3 может быть рекомендовано обустройство взамен нормативного земляного обвалования ограждающей стены с волноотражающим козырьком по ГОСТ Р 53324 (рис. 11 ).
В частности, при сооружении такого ограждения на расстоянии 15 м от стенок рассматриваемого РВС-20000 м3 (диаметр 40 м; максимальный уровень бензина 18 м) при длине вылета волноот-ражающего козырька b = 1,50 м его высота составит Н = 6,07 м.
FIRE AND EMERGENCIES: PREVENTION, ELIMINATION. 2024. No. 3
б
Рисунок 11. Принципиальная схема (а) и общий вид ограждающей стены с волноотражающим козырьком
в резервуарном парке морского торгового порта «Усть-Луга» в г. Кингисепп (б): 1 - защитная стена; 2 - волноотражающий козырек; 3 - площадка отражения потока; 4 - основание стены Figure 11. Schematic diagram (a) and general view of the enclosing wall with a wave deflector in the tank farm of the "Ust-Luga" sea trade port in Kingisepp (b): 1 - enclosing wall; 2 - wave deflector; 3 - flow reflection area; 4 - base of the wall
2
а
Результаты расчётов потенциального пожарного риска для РВС-20000 м3 с нормативным земляным обвалованием и монолитной железобетонной ограждающей стеной с волноотражающим
козырьком представлены на рисунке 12. Зависимости потенциального пожарного риска от расстояния до рассматриваемого объекта с соответствующим ограждением продемонстрированы на рисунке 13.
1E-8 1E-7 1E-6 1E-5
Потенциальный риск, 1/год
1E-4
Рисунок 12. Поле потенциального пожарного риска для РВС-20000 м3 с бензином при обустройстве нормативного земляного обвалования (а) или ограждающей стены с волноотражающим козырьком (б)
Figure 12. Field of potential fire risk for VST-20000 with gasoline when arranging a standard earthen embankment (a) or an enclosing wall with a wave deflector (b)
б
а
Расстояние от оборудования, м а
Расстояние от оборудования, м б
Рисунок 13. Зависимости потенциального пожарного риска от расстояния до РВС-20000 м3 с бензином при обустройстве нормативного земляного обвалования (а) или ограждающей стены с волноотражающим козырьком (б)
Figure 13. Dependences of potential fire risk on the distance to VST-20000 with gasoline when arranging a standard earthen embankment (a) or an enclosing wall with a wave deflector (b)
FIRE AND EMERGENCIES: PREVENTION, ELIMINATION. 2024. No. 3
ВЫВОДЫ
Результаты расчётов убедительно свидетельствуют, что применение в резервуар-ных парках надёжных систем по ограничению площади возможного пролива жидкости не только при локальной разгерметизации технологического оборудования, но и при полном его разрушении, позволяет существенно снизить величину потенциального пожарного риска. Так, в рассматриваемом примере при обустройстве по периметру РВС ограждающей стены с волноотражающим козырьком значение потенциального пожарного риска, оцениваемое величиной 10-6 год-1, достигается уже на расстоянии 65 м от стенок РВС, в то время как при сооружении земляного обвалования - на расстоянии не менее 500 м, то есть снижение потенциальной опасности примерно в 7,7 раза. Значение потенциального пожарного риска, оцениваемое величиной 10-8 год-1, достигается соответственно на расстояниях 250 и 3 260 м от стенок РВС, то есть возможно снижение потенциальной опасности примерно в 13 раз.
В качестве выводов следует отметить, что строгое соблюдение процедуры построения логических деревьев событий в сочетании с убедительным обоснованием рассматриваемых в качестве инициирующих пожароопасные ситуации событий и принимаемых значений частот их реализации для соответствующего типа оборудования позволяют достоверно определять расчётные величины пожарного риска на производственных объектах. При этом применение адекватных прогнозируемой опасности дополнительных (компенсирующих) противопожарных мероприятий позволяет обеспечить требуемый уровень пожарной безопасности и эксплуатировать объект защиты на отведённой территории. Применение же для указанных целей программных комплексов, в частности, информационно-аналитической системы «РгоЬИ:», позволяет существенно сократить расчётное время при условии сведения к минимуму допускаемых при расчётах ошибок, а также учитывать в них влияние различных противопожарных мероприятий на величину пожарного риска.
СПИСОК ИСТОЧНИКОВ
1. Швырков С. А. Пожарный риск при квазимгновенном разрушении нефтяного резервуара: монография. М.: Академия ГПС МЧС России, 2015. 289 с.
2. Лагозин А. Ю., Шебеко А. Ю., Леончук П. А. [и др.] Нормативно-правовое и научно-методическое обеспечение технического регулирования в области пожарной безопасности. Пособие по определению расчётных величин пожарного риска для производственных объектов: отчет о НИР. М.: ВНИИПО МЧС России, 2016. 265 с.
3. Розенштейн И. М. Аварии и надежность стальных резервуаров. М.: Недра, 1995. 253 с.
4. 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, Р. Г. Шарафиева. Уфа: Уфимский полиграфкомбинат, 2004. 164 с.
5. Коптев Д. П. Норильский разлив: уроки и последствия // Бурение и нефть. 2020. № 7-8. С. 3-9.
6. 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.
7. 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.
8. Буй К. Т. Предотвращение каскадного развития пожара на тепловых электростанциях Вьетнама на основе применения резервуаров с защитной стенкой и волноотражающим козырь-
ком: дис. ... канд. техн. наук: 2.10.1 / Буй Куанг Тиен. М.: Академия ГПС МЧС России, 2024. 160 с.
9. Failure Rate and Event Data for use within Risk Assessments (06/11/17) [Электронный ресурс]: https://www.hse. gov.uk/landuseplanning/assets/docs/failure-rates.pdf (дата обращения: 22.06.2024).
10. Ruijters E., Stoelinga M, Fault tree analysis: A survey of the state-of-the-art in modeling, analysis and tools // Computer Science Review. 2015, vol. 15, iss. 16: 29-62. D0I:10.1016/j.cosrev.2015.03.001
11. Assael M. J., Kakosimos K. E. Fires, explosions, and toxic gas dispersions: effects calculation and risk analysis. USA. Boca Raton: CRC Press Taylor & Francis Group. 2010. 349 p. D0I:10.1201/9781439826768
12. Горячев С. А, Швырков С. А, Воробьев В. В., Ибатулин Р. К. Пожарный риск на производственных объектах. М.: Академия ГПС МЧС России, 2020. 198 с.
13. Безродный И. Ф., Гилетич А. Н., Меркулов В. А. [и др.] Тушение нефти и нефтепродуктов. М.: ВНИИПО МЧС России, 1996. 216 с.
14. Волков О. М. Пожарная безопасность резервуаров с нефтепродуктами. СПб: Изд-во Политехнического ун-та, 2010. 398 с.
15. Воробьев В. В., Шимко В. Ю., Швырков С. А. Оценка пожарного риска на производственных объектах в информационно-аналитической системе «Probit» // Пожары и чрезвычайные ситуации: предотвращение, ликвидация. 2024. № 2. С. 91-99. D0I:10.25257/FE.2024.2.91-99
REFERENCES
1. Shvyrkov S.A. Pozharnyi risk pri kvazimgnovennom razrushenii neftianogo rezervuara: monografiia [Fire risk in case of quasi-instantaneous destruction of an oil reservoir: monograph]. Moscow, State Fire Academy of EMERCOM of the Russia Publ., 2015. 289 p. (in Russ.).
2. Lagozin A.Yu., Shebeko A.Yu., Leonchuk P.A. [et al.]
Normativno-pravovoe i nauchno-metodicheskoe obespechenie tekhnicheskogo regulirovaniia v oblasti pozharnoi bezopasnosti. Posobie po opredeleniiu raschetnykh velichin pozharnogo riska dlia proizvodstvennykh ob"ektov: otchet o NIR [Regulatory and scientific
and methodological support of technical regulation in the field of fire safety. Manual for determining the calculated values of fire risk for industrial facilities: research report]. Moscow, All-Russian Research Institute for Fire Protection of EMERCOM of Russia Publ., 2016. 265 p. (in Russ.).
3. Rosenstein I.M. Avarii i nadezhnost' stal'nykh rezervuarov [Accidents and reliability of steel tanks]. Moscow, Nedra Publ., 1995. 253 p. (in Russ.).
4. Galeev V.B., Garin D.Yu., Zakirov O.A., Frolov Yu.A., Bayburin R.A., Sharafiev M.R. Avarii rezervuarov i sposoby ikh preduprezhdeniia [Reservoir accidents and methods of their prevention. Ed. by V. B. Galeev, R. G. Sharafiev]. Ufa, Ufa Polygraph Combine, 2004. 164 p. (in Russ.).
5. Koptev D.P. Norilsk spill: lessons and consequences. Burenie i neft' - Drilling and oil. 2020, no. 7-8, pp. 3-9 (in Russ.).
6. Zaitsev A.M., Tulskaya S. G., Sklyarov K. A. The causes and consequences of the accident at the fuel depot of the CHP-3 of the city of Norilsk. Gradostroitel'stvo. Infrastruktura. Kommunikatsii -Urban planning. Infrastructure. Communications. 2021, no. 3(24), pp. 38-42 (in Russ.).
7. Shvyrkov A.S. Normirovanie trebovanii pozharnoi bezopasnosti k geometricheskim parametram ograzhdenii rezervuarov tipa "stakan v stakane" [Rationing of fire safety requirements for geometric parameters of tank enclosures of the "glass in a glass" type. PhD in Engin. Sci. diss.]. Moscow, State Fire Academy of EMERCOM of the Russia Publ., 2020. 141 p. (in Russ.).
8. Bui K.T. Predotvrashchenie kaskadnogo razvitiia pozhara na teplovykh elektrostantsiiakh Vetnama na osnove primeneniia rezervuarov s zashchitnoi stenkoi i volnootrazhaiushchim kozyr'kom
[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. PhD in Engin. Sci. diss.]. Moscow, State Fire Academy of EMERCOM of the Russia Publ., 2024. 160 p. (in Russ.).
9. Failure Rate and Event Data for use within Risk Assessments (06/11/17). Available at: https://www.hse.gov.uk/ landuseplanning/assets/docs/failure-rates.pdf ((accessed June 22, 2024) (in Eng.).
10. Ruijters E., Stoelinga M., Fault tree analysis: A survey of the state-of-the-art in modeling, analysis and tools // Computer Science Review. 2015, vol. 15, iss. 16: 29-62 (in Eng.). DOI:10.1016/j.cosrev.2015.03.001
11. Assael M.J., Kakosimos K.E. Fires, explosions, and toxic gas dispersions: effects calculation and risk analysis. USA. Boca Raton: CRC Press Taylor & Francis Group. 2010. 349 p. (in Eng.). DOI:10.1201/9781439826768
13. Bezrodny I.F., Giletich A.N., Merkulov V.A. [et al.] Tushenie nefti i nefteproduktov [Extinguishing of oil and petroleum products]. Moscow, All-Russian Research Institute for Fire Protection of EMERCOM of Russia Publ., 1996. 216 p. (in Russ.).
14. Volkov O.M. Pozharnaia bezopasnost' rezervuarov s nefteproduktami [Fire safety of tanks with petroleum products]. St. Petersburg, Polytechnic University Publ., 2010. 398 p. (in Russ.).
15. Vorobyev V.V., Shimko V.Yu., Shvyrkov S.A. Fire risk assessment at industrial facilities within the framework of the information and analytical system "Probit". Pozhary i chrezvychaynyye situatsii: predotvrashcheniye, likvidatsiya - Fire and emergencies: prevention, elimination. 2024, no. 2, pp. 91-99 (in Russ.). DOI:10.25257/FE.2024.2.91-99
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
ORCID: https://orcid.org/0000-0001-7449-8794 Н [email protected]
Владимир Викторович ВОРОБЬЕВ
Кандидат технических наук, доцент Профессор кафедры пожарной безопасности технологических процессов,
Академия ГПС МЧС России, Москва, Российская Федерация SPIN-код 5048-5126
ORCID: https://orcid.org/0000-0002-6899-6786 Н [email protected]
Поступила в редакцию 24.06.2024 Принята к публикации 13.09.2024
Для цитирования:
Швырков С. А, Воробьев В. В. Влияние ограждений вертикальных стальных резервуаров с бензином на снижение потенциального пожарного риска // Пожары и чрезвычайные ситуации: предупреждение, ликвидация. 2024. № 3. С. 31-43. 001:10.25257ДЕ.2024.3.31-43
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-cod: 9466-3857
ORCID: https://orcid.org/0000-0001-7449-8794 H [email protected]
Vladimir V. VOROBYOV
PhD in Engineering, Associate Professor Professor of the Department of Fire Safety in Technological Processes,
State Fire Academy of EMERCOM of Russia, Moscow, Russian Federation SPIN-cod: 5048-5126
ORCID: https://orcid.org/0000-0002-6899-6786 H [email protected]
Received 24.06.2024 Accepted 13.09.2024
For citation:
Shvyrkov S.A., Vorobyov V.V. The effect of vertical steel gasoline tank barriers on reducing potential fire risk. Pozhary i chrezvychaynyye situatsii: predotvrashcheniye, likvidatsiya - Fire and emergencies: prevention, elimination. 2024, no. 3, pp. 31-43 (in Russ.). DOI:10.25257/FE.2024.3.31-43
