Обеспечение пожарной безопасности автогазозаправочных станций в городе

УДК 621.6.658.5

Р. Р. Шавалиев, Р. И. Ягудин, Д. О. Валеев, Е. Н. Елизарьева, Р. В. Марванов

ОБЕСПЕЧЕНИЕ ПОЖАРНОЙ БЕЗОПАСНОСТИ АВТОГАЗОЗАПРАВОЧНЫХ СТАНЦИЙ В ГОРОДЕ

Дата поступления: 24.04.2017 Решение о публикации: 10.05.2017

Аннотация

Цель: Для обеспечения промышленной безопасности при эксплуатации автомобильных газозаправочных станций (АГЗС) в городе проведен анализ современного состояния проблемы, выявлены причины аварий. Методы: Показано, что большинство автомобилей не предназначено для использования сжиженного газа в качестве топлива, а, следовательно, переоборудовано для установки газобаллонной аппаратуры под применение сжиженных углеводородных газов (СУГ), что существенно повышает опасность для населения, а также способствует развитию сети АГЗС. Поскольку в технологическом процессе автозаправочной станции участвуют легковоспламеняющиеся газы, такие объекты можно отнести к пожаровзрывоопасным. Результаты: На основе выбора типичной АГЗС с использованием методов системного анализа, а также утвержденных методик смоделирована чрезвычайная ситуация со взрывом газовоздушной смеси при реализации наиболее опасного сценария (истечение СУГ в результате разрушения автоцистерны с образованием первичного парогазового облака и взрывом газовоздушной смеси), оценены поражающие факторы и возможные последствия. Установлено, что в радиусе до 50 м существует угроза поражения людей, а также повреждения зданий и сооружений, расположенных в непосредственной близости, что вызывает особую угрозу при размещении вблизи других автозаправочных станций. Поскольку одной из важнейших задач при безопасной эксплуатации АГЗС является сохранение расчетного режима работы элементов технологического оборудования, необходимо проведение ряда заблаговременных превентивных мероприятий, позволяющих предотвратить чрезвычайные ситуации. Практическая значимость: На основе патентной проработки рассмотрено и предложено устройство формирования пылевого облака для локализации взрывов, основанное на механизме инициации от избыточного давления взрыва, рекомендованы место размещения и режим работы, что повысит уровень пожаровзрывозащиты объекта.

Ключевые слова: Автозаправочные станции, авария, сжиженный углеводородный газ, взрыв, ударная волна, предотвращение, пламягасящий порошок.

Roman R. Shavaliev, eng., escada-pro@mail.ru; Rinat I. Yagudin, graduatestudent, alexkombat 234@gmail.com; *Daniil O. Valeev, student, fatoom82@mail.ru (Ufa State Aviation Technical University); Elena N. Elizareva, Ph. D. Eng., A/Prof., elizareva_en@mail.ru (Bashkir State University, Ufa State Aviation Technical University); Roman V. Marvanov, student, roma_marvanov@ mail.ru (Ufa State Aviation Technical University) ENSURING FIRE SAFETY FOR AUTOGAS FILLING STATIONS IN TOWN

Summary

Objective: To ensure industrial safety for autogas filling stations operated in town, analyzing the current status of the issue and identifying accident causes are performed. Methods: It is shown that most motor vehicles are not designed to use liquefied gas as a fuel and consequently converted to fit gas cylinders for using liquefied petroleum gases (LPG) making the hazard to people much higher and contributing to autogas filling station chain growth. As the filling station process involves highly flammable gases, such facilities may be referred to as fire and explosion hazardous. Results: Making a selection of a typical autogas filling station based on systems analysis methods and also approved methods, an emergency is simulated with a gas-air mixture explosion in implementing a worst-case scenario (LPG escape resulting from a destroyed tank truck forming a primary gas-vapor cloud with the gas-air mixture exploding), injurious effects and potential impact are assessed. It is identified that within a 50 m radius there is a risk that people may be affected and also that buildings and structures placed in close vicinity to it be damaged, which causes a special threat if located close to other autogas filling stations. As one of the primary goals for safe operation of autogas filling stations is keeping rated operating conditions for process equipment components, a number of early preventive measures has to be taken, which would allow avoiding any emergencies. Practical importance: Following the patent study, a dusty cloud generation device based on an explosion overpressure triggering mechanism for explosion containment is contemplated and proposed and its location and operating conditions are recommended, which will make the facility better protected from fire and explosion hazards.

Keywords: Filling stations, accident, liquefied petroleum gas, explosion, shock wave, prevention, dry powder flame arrester.

Стремительный рост парка автомобилей ведет к повышению потребности снабжения их топливом на фоне того, что переход автотранспорта на альтернативные виды топлива все более актуален. Наряду с использованием бензинов и дизельных топлив широко применяются сжиженные углеводородные газы (СУГ), например пропан-бутановые смеси. Ввиду экономичности и экологичности данного вида топлива наблюдается тенденция к увеличению количества автомобильных газозаправочных станций (АГЗС). В настоящее время динамика такова, что каждый год строятся десятки новых АГЗС. Они максимально приближены к потребителям и создают для них, помимо удобств, высокую опасность возникновения аварий - источников чрезвычайных ситуаций (ЧС).

Поскольку в технологическом процессе автозаправочной станции участвуют легковоспламеняющиеся газы, такой объект относится к пожаро-взрывоопасным. Аварии на АГЗС могут привести к взрыву и пожару, перерасти в ЧС с поражением персонала, транспортных средств и коммуникаций на АГЗС, зданий и сооружений, находящихся в непосредственной близости, а также проживающего вблизи населения. Анализ произошедших за последнее время значимых аварий на АГЗС показал, что наиболее крупные аварии, приведшие к гибели людей, как правило, происходили по причине нарушения техники безопасности работниками этих станций.

В Российской Федерации большинство автомобилей не предназначено для применения сжиженного газа в качестве топлива. Для перехода с бензина на СУГ необходимы переоборудование автомобиля и установка газобаллонной аппаратуры, так как заводом-изготовителем не предусматривается использование СУГ. В качестве топлива большинство переоборудованных автомобилей совмещают бензин и СУГ. Газобаллонное оборудование устанавливается на легковые и грузовые автомобили, а также на автобусы, что очень опасно для населения (рис. 1).

Однако сам факт переоборудования автомобиля и его эксплуатация представляют собой угрозу для населения и территорий. В то же время в Уфе из бюджета активно выделяются значительные средства на строительство городских АГЗС. Таким образом, если в 2003 г. было 36 АГЗС, то в начале 2010 г. в Башкортостане насчитывалось 84 АГЗС и более 108 тыс. газобаллонных автомобилей. Отсюда следует, что при возникновении ЧС на АГЗС,

расположенных в пределах урбанизированной территории, возможны значительный материальный ущерб, а также большое количество пострадавших и погибших [1].

На основе анализа литературных источников выявлены основные причины возникновения аварийных ситуаций на АГЗС. Как видно из рис. 2, распространенной причиной является неисправность электрооборудования АГЗС (32 %), значительна доля нарушений правил проведения ремонтных работ и техники безопасности при отпуске газового топлива (18 %), так как именно сама реализация подразумевает высокую вероятность нарушения технологического процесса и возникновения аварийных ситуаций ввиду значительного участия человеческого фактора.

Рис. 2. Причины возникновения аварий на АГЗС

Для города типично расположение пункта снабжения газовым топливом в непосредственной близости от жилых и промышленных районов, в том числе встречаются случаи высокой концентрации размещения заправочных станций (как, например, в Уфе, рис. 3).

АГЗС предназначена для приема, хранения и реализации СУГ и заправки газобаллонного оборудования автомобилей. Общий объем обращающегося опасного вещества - пропан-бутановой смеси - в технологическом оборудовании составляет в среднем около 10 т. На основании литературных источников и использования метода «дерева событий» проведен анализ возможных путей развития ЧС на АГЗС, который позволил выделить сценарии развития ЧС [1, 2].

Произведена оценка пожаровзрывобезопасности при реализации наиболее опасного сценария, заключающегося в истечении СУГ в результате

Рис. 3. Схема расположения четырех АГЗС в г. Уфа

разрушения автоцистерны, вследствие карста [3] или ошибки обслуживающего персонала АГЗС при присоединении сливного рукава, с образованием первичного парогазового облака и взрывом газовоздушной смеси (на основе результатов исследований [4-7] в области экспертизы пожарной и промышленной безопасности).

Согласно проведенным расчетам по утвержденным методикам [8, 9], масса СУГ, поступивших в открытое пространство, при реализации наиболее опасного сценария составляет 1300,56 кг, что соответствует 14,2 % от об-

щей массы СУГ в резервуарном парке АГЗС. Принимая во внимание карты распределения среднегодовых значений температур воздуха на территории Республики Башкортостан [10], был проведен расчет избыточного давления при взрыве и построена зависимость избыточного давления во фронте ударной волны от расстояния до центра. Получены (рис. 4) следующие степени травмирования населения избыточным давлением во фронте ударной волны в зависимости от расстояния до геометрического центра взрыва: на расстоянии 25 м - летальный исход, на 36 м - тяжелые травмы, на 42 м - легкие травмы, на 55 м - без последствий. Также проведена оценка воздействия избыточного давления ударной волны на здания и сооружения АГЗС и ближайших объектов.

м'

В А

?

™ о

И и

ф а

I1

I й

ш Ф

•а н

хо ¡я

г* 5

1-1 £

I—I

О Й

300

250

200

150

100

50

10

15

20

25

30

35

40

45

50

Расстояние от центра взрыва, м

Рис. 4. Зависимость избыточного давления во фронте ударной волны от расстояния до центра взрыва

Зоны действия избыточного давления ударной волны на здания и сооружения АГЗС и ближайших объектов на основе построенной 3D модели АГЗС с учетом возможностей различных программных продуктов показаны на рис. 5.

Таким образом, выявлено, что при возникновении наиболее опасного сценария в зону полного разрушения попадают здание операторной АГЗС и автоцистерна, в зону сильных разрушений - газораздаточные колонны АГЗС, в зону малых повреждений - здания и сооружения соседних АЗС, расположенных в непосредственной близости с АГЗС [11]. Результаты прогноза обстановки могут служить исходными данными для планирования аварийно-спасательных и других неотложных работ [12, 13], что в условиях возможного разрушения жилой застройки (при высокой концентрации размещения АЗС) требует обеспечения временного размещения населения [14].

Одной из важнейших задач при эксплуатации АГЗС является сохранение расчетного режима работы элементов технологического оборудования,

- центр взрыва газовоздушной смеси

Рис. 5. Зоны разрушений при взрыве газовоздушной смеси испарившегося СУГ

для этого необходимо проводить ряд заблаговременных превентивных мероприятий, позволяющих предотвратить ЧС [15].

В связи с этим была произведена патентная проработка современных устройств снижения рисков возникновения ЧС на АГЗС, в результате рассмотрено устройство формирования пылевого облака для локализации взрыва газовоздушной смеси СУГ [16], основанное на механизме инициации от избыточного давления взрыва. Место расположения и наглядное изображение устройства показаны на рис. 6.

Устройство формирования пылевого облака для локализации взрывов газовоздушной смеси СУГ содержит заполненный пламегасящим порошком корпус, имеющий на выходе легко разрушаемую диафрагму, камеру высокого давления и механизм инициации, предназначенный для выброса пламегася-щего порошка в свободное пространство.

Таким образом, проведенный анализ пожаровзрывобезопасности АГЗС в пределах урбанизированной территории показал, что наибольшую опасность представляют ЧС на таких станциях, поскольку помимо разрушений самой станции наблюдаются разрушения близлежащих элементов инфраструктуры, а также поражение людей. На основании этого предложено совре-

б

Рис. 6. Место расположения (а) и наглядное изображение (б) устройства

для локализации взрыва СУГ

менное средство снижения риска возникновения ЧС на пунктах снабжения газовым топливом, способствующее повышению пожаровзрывобезопасности и инженерной устойчивости таких объектов экономики.

Библиографический список

1. Манякова Г. М. Риск-анализ эксплуатации резервуарных парков на основе методов системного анализа / Г. М. Манякова, В. В. Акшенцев, Т. Р. Юсупов, Р. Р. Габдулхаков, А. Н. Елизарьев // Сб. материалов VIII Междунар. науч.-практич. конференции «Актуальные проблемы социально-экономической и экологической безопасности Поволжского региона». - Казань : ИД «Мир без границ», 2016. - С. 74-78.

2. Аксенов С. Г. Развитие методических основ оценки риска ЧС в резервуарных парках с использованием методов системного анализа / С. Г. Аксенов, А. Н. Елизарьев, Г. М. Манякова, Р. Р. Габдулхаков, Л. Ю. Кияшко, В. В. Акшенцев // Успехи современного естествознания. - 2016. - № 2-0. - С. 131-136.

3. Елизарьев А. Н. Методика оперативной оценки риска возникновения чрезвычайной ситуации на объектах нефтепродуктообеспечения в зоне проявления карстовых процессов / А. Н. Елизарьев, Р. Р. Габдулхаков, Р. Г. Ахтямов // Электрон. журн. «Нефтегазовое дело». - 2012. - № 2. - С. 15.

4. Ахтямов Р. Г. Экспертиза пожарной и промышленной безопасности зданий и строительных конструкций / Р. Г. Ахтямов // Бюл. результатов науч. исследований. -2016. - Вып. 3-4 (20-21). - С. 5-10.

5. Титова Т. С. Разработка методических основ определения и оценки состояния потенциально опасных объектов / Т. С. Титова, Р. Г. Ахтямов, Г. А. Бухарбаева // Современные проблемы науки и образования. - 2015. - № 1-1. - С. 342.

6. Ахтямов Р. Г. Моделирование напряженного состояния технологического оборудования / Р. Г. Ахтямов // Материалы IV Междунар. науч.-практич. конференции «Тех-носферная и экологическая безопасность на транспорте (ТЭБТРАНС-2014)». - СПб. : ПГУПС, 2014. - С. 16-19.

7. Ахтямов Р. Г. Подходы к оценке критического срока эксплуатации технологического оборудования на опасных производственных объектах / Р. Г. Ахтямов, А. Н. Елиза-рьев, Н. С. Сенюшкин, В. А. Доценко // Современные проблемы науки и образования. -2012. - № 5. - С. 122.

8. ГОСТ Р 12.3.047-2012. «Пожарная безопасность технологических процессов. Общие требования. Методы контроля». - М. : Стандартинформ, 2004. - 66 с.

9. Методика определения расчетных величин пожарного риска на производственных объектах. - Утв. приказом МЧС России от 10 июля 2009 г. № 404. Зарегистрировано в Минюсте России от 17 августа 2009 г. № 14541. - М., 2009.

10. Afanasev I. Analysis of interpolation methods to map the long-term annual precipitation spatial variability for the Republic of Bashkortostan, Russian Federation / I. Afanasev, T. Volkova, A. Elizaryev, A. Longobardi // WSEAS Transactions on Environment and Development. - 2014. -Vol. 10, N 1. - P. 405-416.

11. Ахтямов Р. Г. Разработка методики выявления потенциально опасных объектов / Р. Г. Ахтямов, Н. С. Сенюшкин, А. В. Суханов // Вестн. Воронеж. гос. техн. ун-та. -2011. - Т. 7, № 5. - С. 192-197.

12. Ахтямов Р. Г. Применение сетевых моделей при планировании аварийно-спасательных и других неотложных работ / Р. Г. Ахтямов, А. Н. Елизарьев, И. В. Вдовина, Ю. М. Планида, Э. С. Хаертдинова // Научные и образовательные проблемы гражданской защиты. - 2012. - № 2. - С. 29-34.

13. Елизарьев А. Н. Теоретические основы отбора землеройной техники для проведения аварийно-спасательных и других неотложных работ : учеб. пособие (изд. 2-е, пере-раб. и доп.) / А. Н. Елизарьев, Ю. М. Планида, Р. Г. Ахтямов. - Уфа : УГАТУ, 2011. - 105 с.

14. Елизарьев А. Н. Теоретические основы создания пунктов временного размещения населения : учеб. пособие / А. Н. Елизарьев, Ю. М. Планида, Р. Г. Ахтямов, Э. С. Ха-ертдинова. - Уфа : УГАТУ, 2011. - 83 с.

15. Титова Т. С. Основы обеспечения безопасности производственных процессов в чрезвычайных ситуациях : метод. указания / Т. С. Титова, П. Ф. Махонько, Р. Г. Ахтямов. -СПб. : ПГУПС, 2016. - 61 с.

16. Патент № 2335633. Устройство формирования пылевого облака для локализации взрывов / В. В. Борисов, В. В. Вохмянин, Ю. Х. Ганиев, В. В. Киселев, Г. И. Красенков, О. С. Осипов, В. Н. Парфенов, Е. Д. Трубицын. - М. : Федеральное гос. унитарное предприятие «Центральный научно-исследовательский институт машиностроения» (ФГУП «ЦНИИмаш») (РФ).

References

1. Manyakova G. M., Akshencev V. V., Yusupov T. R., Gabdulkhakov R. R. & Eliza-rev A. N. Risk-analiz ekspluatacii rezervuarnykh parkov na osnove metodov sistemnogo analiza [Risk analysis of operating tank farms based on systems analysis methods]. Information package

for 8th International Research-to-Practice Conference "Challenging issues of socioeconomic and environmental safety in the Volga region". Kazan, Mir bez Granicz Publ. house, 2016, pp. 74-78.

2. Aksenov S. G., Elizarev A. N., Manyakova G. M., Gabdulkhakov R. R., Kiyashko L. Yu. & Akshencev V. V. Razvitie metodicheskikh osnov ocenki riska ChS v rezervuarnykh parkakh s ispolzovaniem metodov sistemnogo analiza [Development of methodical guidelines for emergency risk assessment for tank farms using systems analysis methods]. Advances in Current Natural Sciences, 2016, no. 2-0, pp. 131-136

3. Elizarev A. N., Gabdulkhakov R. R. & Akhtyamov R. G. Metodika operativnoy ocenki riska vozniknoveniya chrezvychaynoy situacii na obektakh nefteproduktoobespecheniya v zone proyavleniya karstovykh processov [Methods for immediate emergency risk assessment for oil product supply facilities in the karst process occurrence area]. Oil and Gas Business, Electronic journal, 2012, no. 2, p. 15.

4. Akhtyamov R. G. Ekspertiza pozharnoy i promyshlennoy bezopasnosti zdaniy i stroitelnykh konstrukciy [Fire and industrial safety assessment for buildings and structural units]. Bulletin of Scientific Research Results, 2016, issue 3-4

5. Titova T. S., Akhtyamov R. G. & Bukharbaeva G.A. Razrabotka metodicheskikh osnov opredeleniya i ocenki sostoyaniya potencialno-opasnykh obektov [Development of methodical guidelines for identifying and assessing potentially hazardous facilities' conditions]. Modern problems of science and education, 2015, no. 1-1, p. 342.

6. Akhtyamov R. G. Modelirovanie napryazhennogo sostoyaniya tekhnologicheskogo oborudovaniya [Stress state simulation for process equipment]. Proceedings of 4th International Research-to-Practice Conference "Technosphere & Environmental Safety in Transport

7. Akhtyamov R. G., Elizarev A. N., Senyushkin N. S. & Docenko V. A. Podkhody k ocenke kriticheskogo sroka ekspluatacii tekhnologicheskogo oborudovaniya na opasnykh proizvodstvennykh obektakh [Approaches to assessing a critical service life for process equipment at hazardous industrial facilities]. Problems of science and education, 2012, no. 5, p. 122.

8. GOSTR 12.3.047-2012. Pozharnaya bezopasnost tekhnologicheskikhprocessov. Ob-shchie trebovaniya. Metody kontrolya [GOST R 12.3.047-2012. Fire safety of technological processes. General requirements. Methods of control]. Moscow, Standartinform Publ., 2004, 66 p.

9. Metodika opredeleniya raschetnykh velichin pozharnogo riska na proizvodstvennykh obektakh [Methods for determination of rated fire risk values for industrial facilities]. Approved by EMERCOM of Russia order no. 404 dd. 10 July 2009. Registered with the Ministry of Justice of Russia dd. 17 August 2009, no. 14541. Moscow, 2009.

10. Afanasev I., Volkova T., Elizaryev A. & Longobardi A. Analysis of interpolation methods to map the long-term annual precipitation spatial variability for the Republic of Bashkortostan, Russian Federation. WSEAS Transactions on Environment and Development, 2014, vol. 10, no. 1, pp. 405-416.

11. Akhtyamov R. G., Senyushkin N. S. & Sukhanov A. V. Razrabotka metodiki vyyav-leniya potencialno opasnykh obektov [Development of identification methods for potentially hazardous facilities]. Proceedings of Voronezh State Technical University, 2011, vol. 7, no. 5, pp. 192-197.

12. Akhtyamov R. G., Elizarev A. N., Vdovina I. V., Planida Yu. M. & Khaertdino-va E. S. Primenenie setevykh modeley pri planirovanii avariyno-spasatelnykh i drugikh neotlo-zhnykh rabot [Use of network models in planning rescue, salvage and other urgent operations]. Scientific and Educational Issues in Civil Defense, 2012, no. 2, pp. 29-34.

13. Elizarev A. N. Teoreticheskie osnovy otbora zemleroynoy tekhniki dlyaprovedeniya avariyno-spasatelnykh i drugikh neotlozhnykh rabot [Theoretical foundations for selection of excavation equipment for performing rescue, salvage and other urgent operations]. 2nd rev. and enl. ed. UFA, USATU Publ., 2011, 105 p.

14. Elizarev A. N., Planida Yu. M., Akhtyamov R. G. & Khaertdinova E. S. Teoreticheskie osnovy sozdaniya punktov vremennogo razmeshcheniya naseleniya [Theoretical foundations for setting up temporary housing centers for population]. UFA, USATU Publ., 2011, 83 p.

15. Titova T. S., Makhonko P. F. & Akhtyamov R. G. Osnovy obespecheniya bezopasnosti proizvodstvennykh processov v chrezvychaynykh situaciyakh [The basis for ensuring production process safety in emergencies]. Authors: V. V. Borizov, V. V. Yochmianin, Ju. Ch. Ganeev, V. V. Kiselev, G. I. Krasenkov, O. S. Osipov, V. N. Parfenov, E. D. Trubitsin. Saint Petersburg, PGUPS Publ., 2016, 61 p.

16. Patent no. 2335633. Ustroystvo formirovaniyapylevogo oblaka dlya lokalizacii vz-ryvov [Patent N 2335633. Dusty cloud generation device for explosion containment]. Moscow, Central Research Institute for Machine Building, Federal State Unitary Enterprise, RF.

ШАВАЛИЕВ Роман Радикович - инженер, escada-pro@mail.ru; ЯГУДИН Ринат Исламович -магистрант, alexkombat234@gmail.com; *ВАЛЕЕВ Даниил Олегович - студент, fatoom82@ mail.ru (Уфимский государственный авиационный технический университет); ЕЛИЗАРЬЕ-ВА Елена Николаевна - канд. техн. наук, доцент, elizareva_en@mail.ru (Башкирский государственный университет, Уфимский государственный авиационный технический университет); МАРВАНОВ Роман Валерьевич - студент, roma_marvanov@mail.ru (Уфимский государственный авиационный технический университет).

© Шавалиев Р. Р., Ягудин Р. И., Валеев Д. О., Елизарьева Е. Н., Марванов Р. В., 2017