Оценка взрыв0п0жарн0й опасности вертикальных стальных резервуаров типа РВС с понтоном и крышей из алюминия

3. Грущинский А. Г., Дятлов В. В, Зыков В. И Новые коммуникационные технологии в деятельности пожарной охраны: Состояние и перспективы использования (Системы подвижной радиосвязи). - М.: ВНИИПО МВД РФ, 1999. - 126 с.

4. Зыков В. И, Мосягин А. Б, Золотарев А. Ю Цифровая ведомственная корпоративная сеть связи Государственной противопожарной службы // Ведомственные корпоративные сети, системы. - М.: Строй-издат. - 2002. - № 5. - С. 117-121.

5. Зыков В. И, Мосягин А. Б, Савинский А. Ф. Основные этапы проектирования сети управления в системе оперативно-диспетчерской связи // Ведомственные корпоративные сети, системы. - М.: Стройиз-дат. - 2002. - № 3. - С. 164-166.

6. Кульба В. В., Микрин Е. А, Павлов Б В. Проектирование информационно-управляющих систем долговременных орбитальных станций. - М.: Наука, 2002. - 343 с.

УДК 614.8.004.1:665.6

В. С. Кпубань

кандидат технических наук, доцент, профессор кафедры пожарной безопасности технологических процессов Академии ГПС МЧС России

В. И. Юрьев

адъюнкт Академии ГПС МЧС России

V. Kluban, V. Yuryev

ОЦЕНКА ВЗРЫВОПОЖАРНОЙ ОПАСНОСТИ ВЕРТИКАЛЬНЫХ СТАЛЬНЫХ РЕЗЕРВУАРОВ ТИПА РВС С ПОНТОНОМ И КРЫШЕЙ ИЗ АЛЮМИНИЯ

В статье приведена характеристика вертикальных стальных резервуаров типа РВС с понтоном (РВСП) и крышей из алюминия. Рассмотрена возможность образования взрывоопасных концентраций паров нефтепродуктов при полной откачке нефтепродуктов из РВСП. Дана сравнительная оценка взрывопожарной опасности резервуаров различных типов с понтоном. Доказано, что РВС с понтоном и крышей из алюминия имеет пониженную пожарную опасность.

Ключевые слова: резервуар с алюминиевым понтоном, вентиляционные патрубки, кольцевое пространство, взрывобезопасность, взрывоопасная концентрация, надпонтонное и подпонтонное пространство, пределы распространения пламени.

THE ESTIMATION OF FIRE DANGERS OF VERTICAL STEEL TANKS OF THE TSV TYPE WITH PONTOON AND ALUMINIUM ROOF

The characteristic of vertical steel tanks of TSV type with pontoon and aluminium roof is given. The danger of formation of explosive concentrations with complete pumping of petroleum from TSVP is considered. The comparative assessment of the fire danger of tanks of various types with pontoon is given. It is proved that TSV with pontoon and aluminium roof has the reduced fire danger.

Keywords: the tank with an aluminium pontoon, ventilating branch pipes, ring space, explosion safety, explosive concentration, above pontoon and under pontoon space, limits of distribution of a flame.

Купольные алюминиевые крыши резервуаров типа РВС (рис. 1) проектируются сферической формы с минимальным радиусом сферической поверхности - 0,8 й Максимальный радиус сферической поверхности - 1,5 й где й- внутренний диаметр резервуара.

8.

2 _

3

5

5

7

Рис. 1. Резервуар вертикальный стальной с купольной крышей и понтоном из алюминиевых сплавов:

1 - понтон алюминиевый; 2- площадка обслуживания направляющих; 3- кольцевая площадка;

4- кожух для технологического оборудования и приборов; 5- смотровой люк; 6- световой люк;

7- патрубок противоповоротного устройства; 8- вентиляционные патрубки центральные;

9 - вентиляционные патрубки периферийные

Несущей конструкцией купольной крыши резервуара типа РВС с понтоном и алюминиевой сферической крышей является сетчатый каркас из стержней специального или стандартного профиля. Опирание купольной крыши на резервуар производится через опорные стойки купола и их стальные опорные части, на стальное опорное кольцо или опорные столики на стенке.

В резервуарах с понтоном в соответствии с требованиями ПБ 03-605-03 алюминиевые крыши оборудуются:

- световыми (смотровыми) люками (не менее трех, расстояние между ними должно быть не более 20 м);

- люком монтажным (один, йу1000, над приемо-раздаточным патрубком резервуара);

- вентиляционными патрубками (равномерно располагаются по периметру на расстоянии не более 10 м друг от друга (не менее двух), и не менее одного патрубка в центре. Общая открытая площадь отверстий этих патрубков или вентиляционных продухов (окон), расположенных равномерно по периметру в нижнем поясе купола у опорного кольца, должна быть более или равна

0,06 м2 на 1 м диаметра резервуара);

- патрубками под сигнализаторы аварийного уровня йу 150 (два-три).

Отверстия вентиляционных патрубков или вентиляционных продухов должны быть закрыты сеткой из нержавеющей стали с ячейкой 10x10 мм и предохранительными кожухами для защиты от атмосферных осадков. На вентиляционные патрубки огнепреградители не устанавливаются.

Для обслуживания оборудования, расположенного на купольной крыше, предусмотрены площадки с ограждениями, опирающиеся, как правило, на стенку резервуара. От одной из этих площадок проложена лестница с ограждениями для обслуживания центрального вентиляционного патрубка.

Для снижения в процессе хранения количества потерь нефтепродуктов РВС оборудован понтоном.

Понтон состоит из автономных алюминиевых поплавков, поддерживающих настил над поверхностью жидкости, при этом расстояние от поверхности настила до жидкости должно быть минимальным. Настил укладывается на поплавки на продольные и поперечные балки, вместе образующие решетчатую конструкцию. Оси продольных балок перпендикулярны осям поплавков.

Понтон должен иметь запас плавучести не менее 100 % и сохранять плавучесть при потере герметичности двух смежных или до 10 удаленных друг от друга поплавков. По наружному периметру понтон имеет газонепроницаемую юбку, погруженную в жидкость не менее чем на 100-150 мм, и такую же газонепроницаемую юбку должны иметь все отверстия в настиле (патрубки), за исключением дыхательного клапана. Эти конструкции предотвращают испарение с 97 % поверхности жидкости в резервуаре.

Резервуары с алюминиевым понтоном имеют следующие характеристики:

Сокращение потерь нефтепродуктов от испарения

по сравнению с резервуарами без понтона, % ...............................................90-99

Интервал рабочих температур, °С............................................от -60 до +40

Рабочая среда....................................................нефть и нефтепродукты

Плавучесть, %.........................................................................200

Зазор между понтоном и стенкой резервуара,

перекрываемый затвором (номинальный), мм....................................................200

Высота просвета под понтоном, мм......................................................180

Кольцевой зазор между юбкой понтона и внутренней поверхностью стенки резервуара герметизируется затвором, который крепится к понтону по периферии и скользит вместе с ним вверх-вниз при наполнении и опорожнении резервуара. Затвор с одинарным уплотнением располагают над уровнем нефтепродукта. При двойном уплотнении нижняя часть первичного уплотнения затвора в виде оболочки с наполнением погружена в жидкость для сокращения (герметизации) пространства между затвором и поверхностью нефтепродукта.

Исключение поворота понтона вокруг оси в процессе эксплуатации обеспечивается за счет вертикальных направляющих стоек (2-4 колонны) из труб, диаметром 500 мм, предназначенных

для размещения в них трубопроводов, резервуарного оборудования и приборов контроля. Резервуар оборудован также замерным люком йу 150 (для отбора проб и замера вручную уровня ЛВЖ) и патрубками йу 150, врезанными в верхней части направляющих, для установки дыхательных клапанов с огнепреградителями.

Для удобства монтажа и эксплуатации на понтоне смонтирован люк-лаз, герметично закрываемый крышкой, которая при посадке понтона на опорные стойки открывается при помощи толкателя. Кроме люка-лаза на понтоне установлен люк монтажный, используемый при очистке и ремонте резервуара. Над монтажным люком в понтоне на крышке резервуара также предусмотрен люк монтажный.

При отсутствии продукта в резервуаре понтон опирается на опорные стойки. Доступ на понтон при этом производится через люк-лаз крыши. Для спуска на понтон предусмотрена катучая лестница.

При закачке продукта в резервуар понтон всплывает и двигается вместе с зеркалом продукта, отделяя тем самым поверхность последнего от газового пространства резервуара, чем достигается сокращение потерь от испарения продукта.

Опасность образования взрывоопасных концентраций в резервуарах с понтоном и около их дыхательных патрубков может возникать только в период неустановившихся режимов работы, а именно при следующих условиях:

- полной откачке ЛВЖ, когда уровень жидкости в резервуаре опускается ниже понтона;

- заполнении полностью опорожненного резервуара (уровень ЛВЖ в нем ниже уровня понтона);

- подготовке резервуара к ремонтным работам и при проведении этих работ, включая огневые;

- переполнении резервуара, с поступлением жидкости на понтон;

- повреждении (перекос) понтона, с поступлением ЛВЖ на понтон.

При остановке резервуаров с понтоном на осмотр и ремонт уровень ЛВЖ опускается ниже днища понтона. При этом в подпонтонное пространство из надпонтонного поступает воздух и в нем могут образовываться взрывоопасные (горючие) концентрации. Рассмотрим пожарную опасность этого периода работы на примере резервуара РВС-5000 с бензином АИ-80.

Известно, что взрывоопасные (горючие) концентрации паров ЛВЖ образуются в закрытых емкостях при выполнении 2-х условий:

- при наличии в емкостях паровоздушного пространства;

- при температуре жидкости /ж, находящейся между нижним и верхним температурными пределами распространения пламени:

Ан прп — Аж — ^в прп

где Ан прп = -36 °С и /в прп = +17 °С - температурные пределы распространения пламени паров бензина АИ-80.

Аж - температура жидкости (бензина).

В летнее время, в солнечную погоду, при температуре бензина или наружного воздуха более 17 °С в подпонтонном пространстве резервуара с бензином, при наличии в нем паровоздушного пространства, с неподвижным уровнем жидкости (под понтоном), концентрация паров бензина будет негорючей - выше фвпрп . Но по мере откачки бензина концентрация паров в подпонтонном пространстве из невзрывоопасной переходит во взрывоопасную, становится ниже фвпрп.

В зимнее, осеннее и весеннее время при температуре наружного воздуха от -36 °С до +17 °С и неподвижном уровне бензина концентрация паров в газовом подпонтонном пространстве резервуаров (если бензин находится ниже днища понтона) будет взрывоопасной и при наличии источника зажигания произойдет взрыв. При дальнейшей откачке бензина из резервуара ниже уровня понтона в газовое подпонтонное пространство из надпонтонного пространства через кольцевой зазор или снаружи резервуара через дыхательные клапаны (если они установлены на понтоне или на направляющей трубе) поступает атмосферный воздух и концентрация паров в подпонтонном пространстве может стать невзрывоопасной в любое время года (в зависимости от производительности откачки). При откачке бензина из резервуара, имеющего температуру выше 17 °С, концентрация его паров в подпонтонном пространстве быстро переходит из невзрывоопасной во взрывоопасную, так как она становится ниже верхнего предела распространения пламени паров бензина.

Из вышеизложенного видно, что при понижении уровня бензина ниже понтона в газовом пространстве резервуара с бензином в летнее и весеннее время (при температуре не более +17 °С), а также в летнее время при полной откачке бензина, концентрация паров в подпонтонном пространстве будет являться пожаровзрывоопасной и, если появится источник зажигания, в резервуаре может произойти взрыв.

Выходящие через дыхательные клапаны, установленные на понтоне или поступающие через неплотности в кольцевом зазоре, пары бензина, при закачке его в полностью освобожденный резервуар (бензин находится ниже понтона), способны образовывать с воздухом взрывоопасные смеси в подпонтонном пространстве и около вентиляционных люков, а при штилевой погоде - и в обвалованиях резервуара с бензином.

Объем взрывоопасной смеси, которая может образоваться в надпонтонном пространстве при заполнении резервуара, объемом 5 000 м3, бензином от его днища до низа понтона, определяется исходя из того, что высота подпонтонного пространства (стоек понтона) равна примерно 1,8 м. Объем подпонтонного пространства при этом составляет:

V= пй2Н / 4 = 3,14-22,8-1,8 / 4 = 734 м3,

где й- диаметр резервуара, й= 22,8 м.

Максимальный объем взрывоопасной смеси определяется по формуле:

^взр = т /фнпргь м ,

где т - масса паров бензина, выходящих из газового пространства резервуара за цикл его заполнения:

т=

где V - V - объем вытесняемых паров, V - V = 734 м3;

Рр- атмосферное давление, Рр= 105 Па;

Тр- температура бензина, К, (примем ее равной 20 °С) Тр = 273 + 20 = 293 К;

Мп - молекулярная масса паров бензина, Мп = 95,3 кг/моль;

Фнгрп - нижний предел распространения пламени паров бензина, фн^ = 0,029 кг/м3;

ф5- концентрация насыщенных паров бензина, ф5 = Рг/Рр = Р5 /105 об. доли;

Р5- давление насыщенных паров бензина, Р5 = 25 585 Па.

Тогда

фн^ = 25 586 / 105 = 0,256 об. доли; т = 734-105-0,256-95,3 / (8314-293) = 735 кг бензина.

При этом объем (теоретический) взрывоопасной зоны, которая может образовываться при штилевой погоде (если все пары, вышедшие через дыхательные трубы, пойдут на образование взрывоопасной смеси), при полном заполнении подпонтонного пространства резервуара с бензином будет:

Квзр = т/фнпрп = 735/0,0290 = 25 344 м3.

Практически зоны таких объемов образовываться не могут, так как даже при штилевой погоде создается незначительное движение воздуха за счет диффузии паров жидкости и за счет воздушных потоков. Однако этот ориентировочный расчет показывает, что при заполнении под-понтонного пространства резервуаров бензином через дыхательные клапаны или кольцевой зазор выбрасывается большое количество паров и могут создаваться взрывоопасные смеси значительных объемов в надпонтонном пространстве и над крышей резервуара. Наличие источника зажигания в этом случае может привести к воспламенению и взрыву. Вместе с тем, понижение уровня бензина ниже днища понтона в резервуарах с понтоном происходит редко, поэтому этот фактор следует учитывать избирательно.

Пожаровзрывоопасность надпонтонного газового пространства РВС с алюминиевым понтоном снижается при использовании следующих взаимосвязанных технических решений:

- герметизацией понтона и устройством цилиндрической юбки, частично погруженной в хранящуюся жидкость (гидрозатвор);

- герметизацией кольцевого зазора;

- вентиляцией надпонтонного пространства.

Применяемые в настоящее время затворы для герметизации кольцевых зазоров в РВСП позволяют получить хороший результат. Так, при обследовании (с замером концентрацией паров заполняемых резервуарах) 24-х резервуаров типа РВСП-20000 ЛПДС «Самара» компании ОАО «Транснефть», в которых отсутствовали вентиляционные окна, в августе 1995 г. сотрудниками кафедры ПБТП Академии ГПС МЧС России (бывшая МИПБ) было установлено, что только в 2-х из них концентрация паров в надпонтонном пространстве доходила до 50 % от нижнего концентрационного предела распространения пламени (НКПР). Поэтому образование горючих концентраций при нормальной работе резервуаров типа РВСП с вентилируемым надпонтонным пространством в этих резервуарах невозможно.

Переполнения резервуаров с понтонами, установленных в резервуарных парках нефтяных компаний, практически не бывает, так как резервуары с понтонами оборудованы сигнализаторами максимального уровня (не менее трех), работающими параллельно (п. 8.3.1 ПБ 03-605-03) и ограничителями предельного уровня жидкости.

Затопление алюминиевых понтонов при нормальной эксплуатации резервуаров, применяемых в резервуарных парках России, не наблюдалось и вероятность их затопления крайне мала.

Выполним сравнительную оценку взрывопожарной опасности резервуаров типа РВСП, результаты которой сведем в таблицу.

Сравнительная оценка взрывопожарной опасности резервуаров типа РВС

Вид резервуара/ параметры сравнения РВС РВСП со стальным понтоном и стационарной стальной крышей РВСП с алюминиевым понтоном и стальной крышей РВСП с алюминиевыми понтоном и крышей РВС с плавающей крышей

С вентилируемой крышей Без вентиляции

Наличие крыши Да Да Да Да Да Нет

Наличие понтона Нет Да Да Да Да Да

Наличие вентиляции надпонтонного (свободного) пространства Нет Да Нет Да Да Свободное пространство отсутствует

Возможность образования взрывоопасных концентраций в резервуарах - при нормальных условиях работы; - при повреждениях Да Да Нет Да Да Да Нет Да Нет Да Нет Да

Возможность образования взрывоопасных концентраций снаружи резервуаров около дыхательных и предохранительных клапанов при заполнении резервуаров Да Нет Да (возможен подрыв крыши) Нет Нет Нет данных

Возможность сброса или подрыва крыши при возникновении пожара Да Нет Да (возможен подрыв крыши) Нет Нет Нет данных

Поведение при пожаре Деформация и обрушение крыши. Образование закрытых карманов Обрушение крыши в резервуар. Расплавление конструкции понтона. Образование закрытых карманов Обрушение крыши в резервуар. Затопление понтона. Образование закрытых карманов Обрушение стальной крыши в резервуар. Затопление с образованием карманов Конструкции алюминиевого понтона плавятся, поплавки взрываются, понтон утрачивает плавучесть и тонет, не образуя карманов Стальной понтон крыши деформируется и тонет, образуя закрытые карманы. Алюминиевая крыша плавится и тонет, не образуя карманов

Из таблицы видно, что наибольшую взрывопожароопасность представляет резервуар со стационарной крышей (без понтона). При применении резервуаров с понтоном и стальной герметизированной крышей исключается опасная загазованность резервуарных парков при их заполнении,

но не исключается возможность образования в надпонтонном пространстве взрывоопасных концентраций при нарушении герметичности уплотняющих затворов кольцевых зазоров. При пожаре могут иметь место взрывы в надпонтонном пространстве резервуара, сброс или подрыв крыши, затопление понтона и крыши с образованием закрытых карманов.

Но даже если произойдет затопление или значительное повреждение алюминиевого понтона, что маловероятно, в надпонтонном пространстве образуется взрывоопасная концентрация паров нефтепродукта и произойдет взрыв, то часть тонких алюминиевых панелей настила сферической крыши разорвется и отлетит в сторону, выполнив роль легкосбрасываемых конструкций. При этом давление взрыва будет недостаточным для сброса или подрыва крыши и повреждения диафрагм камер пеногенераторов, а также для выхода из строя самих пеногенераторов (при их наличии). То есть будут созданы условия для успешного тушения пожара автоматической или стационарной установкой пенотушения.

На основании вышеизложенного можно сделать вывод, что РВС с алюминиевыми понтонами и вентилируемой сферической крышей из алюминия являются резервуарами пониженной пожарной опасности и именно им следует отдавать предпочтение при проектировании и строительстве нефтебаз и резервуарных парков для хранения ЛВЖ.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. ПБ 03-605-03. Правила устройства вертикальных цилиндрических стальных резервуаров для нефти и нефтепродуктов.

2. СНиП 2.11.03-93. Склады нефти и нефтепродуктов. Противопожарные нормы.

3. Ведомственные нормы по реконструкции и эксплуатации ЖБР и РВС с устройством купольной крыши и понтона из алюминиевых сплавов. - Уфа: ЗАО «Нефтемонтаждиагностика», 2003.

4. ВППБ 01-03-2007. Правила пожарной безопасности для предприятий ОАО «АК "Транснефтепродукт"».

УДК 351.86

В. Н. Шульгин

доктор технических наук, доцент, профессор кафедры защиты населения и территорий Академии ГПС МЧС России

V. БМдт

РАСЧЕТ ОГРАЖДАЮЩИХ КОНСТРУКЦИЙ УБЕЖИЩ ГРАЖДАНСКОЙ ОБОРОНЫ НА ПРОГРЕВ ПРИ ПОЖАРАХ

В статье рассмотрены исходные данные для определения температуры при прогреве внутренних поверхностей убежищ при воздействии массовых пожаров. Приведены методики расчета на кратковременное тепловое воздействие, упрощенный метод расчета перекрытий убежища на тепловое воздействие и расчет на длительные тепловые воздействия.

Ключевые слова: убежища гражданской обороны (ГО), массовый пожар, расчетные тепловые воздействия, температура нагрева, упрощенный метод расчета.