В роботі проведено аналіз аварійних ситуацій при експлуатації резервуарів. Визначено їх причини та наслідки. Розглянуто можливості застосування ймовірнісно-статистичних критеріїв для визначення стратегії дій щодо запобігання та ліквідації наслідків аварійних ситуацій, що дозволяє виробляти науково-обгрунтоване стратегічне планування заходів і мінімізувати можливий рівень ризику.

Анотація наукової статті з будівництва та архітектури, автор наукової роботи - Алекіна Олена Вікторівна, Бузу Ігор Іванович


EMERGENCY SITUATIONS ANALYSIS AND FORECASTING IN THE VERTICAL CYLINDRICAL TANKS OPERATIONS

Tanks operations emergency situations analysis is developed. Their causes and consequences are identified. The probabilistic and statistical tests application possibilities are considered to determine emergency situations prevention and elimination of consequences strategy, allowing to make science-based strategic planning activities and minimize the possible risk.


Область наук:

  • Будівництво та архітектура

  • Рік видавництва: 2016


    Журнал: Известия Самарського наукового центру Російської академії наук


    Наукова стаття на тему 'Аналіз і прогнозування розвитку аварійних ситуацій при експлуатації вертикальних циліндричних резервуарів'

    Текст наукової роботи на тему «Аналіз і прогнозування розвитку аварійних ситуацій при експлуатації вертикальних циліндричних резервуарів»

    ?МАШИНОСТРОЕНИЕ та машинознавства

    УДК 331.453

    АНАЛІЗ І ПРОГНОЗУВАННЯ РОЗВИТКУ АВАРІЙНИХ СИТУАЦІЙ ПРИ ЕКСПЛУАТАЦІЇ ВЕРТИКАЛЬНИХ ЦИЛІНДРИЧНИХ РЕЗЕРВУАРІВ

    © 2016 Е.В. Алекіна, І.І. бузу

    Самарський державний технічний університет

    Стаття надійшла до редакції 02.12.2015

    В роботі проведено аналіз аварійних ситуацій при експлуатації резервуарів. Визначено їх причини та наслідки. Розглянуто можливості застосування ймовірнісно-статистичних критеріїв для визначення стратегії дій щодо запобігання та ліквідації наслідків аварійних ситуацій, що дозволяє виробляти науково-обгрунтоване стратегічне планування заходів і мінімізувати можливий рівень ризику.

    Ключові слова: вертикальний циліндричний резервуар, аварія, екологічна безпека, імовірнісні стратегії дій щодо запобігання аварійної ситуації

    Нафтова галузь є однією з найбільш динамічно розвиваються за обсягами видобувних нафти. У зв'язку з цим виникає необхідність збільшення продуктивності технологічних майданчиків підготовки, зберігання і транспорту нафти. Основним обладнанням для зберігання нафти і нафтопродуктів є резервуари, які є невід'ємною частиною технологічних процесів.

    Резервуари для зберігання нафти і нафтопродуктів відносяться до об'єктів підвищеної небезпеки, оскільки вони працюють в складному напружено-деформований стан, обумовленому одночасним дією гідростатичного тиску зберігається нафтопродукту, значний перепад температури, вітрового і снігового навантаження, нерівномірними опадами, сейсмічними явищами та ін. З метою забезпечення безпеки експлуатації резервуарів необхідно прогнозувати аварійні ситуації з подальшою розробкою заходів безпеки при їх експлуатації [1-9].

    При експлуатації циліндричних вертикальних резервуарів виникають наступні види аварійних ситуацій [1]:

    - викид небезпечних речовин в навколишнє виробниче середовище без спалаху;

    - пожежа розлиття горючої рідини;

    - вибух (дефлаграційне горіння) палив-но-повітряної смечі у відкритому просторі;

    - вибух паливно-повітряної суміші в замкнутому просторі;

    - відкритий пожежа всередині резервуара з нафтою.

    Алекіна Олена Вікторівна, кандидат хімічних наук, доцент кафедри «Безпека життєдіяльності». E-mail: Ця електронна адреса захищена від спам-ботів. Вам потрібно увімкнути JavaScript, щоб побачити її.

    Бузу Ігор Іванович, кандидат технічних наук, доцент кафедри «Безпека життєдіяльності». E-mail: Ця електронна адреса захищена від спам-ботів. Вам потрібно увімкнути JavaScript, щоб побачити її.

    Пожежі і вибухи всередині резервуарів зазвичай супроводжуються повним або частковим його руйнуванням. Більше половини випадків кваліфікувалися як великі або катастрофічні, тобто кожен десятий пожежа на резервуарі пов'язаний з його руйнуванням. Безпосередньо на пожежах від дії високих температур і напружень корпусу резервуара зруйнувалося 8% резервуарів. Четверта частина зруйнованих резервуарів з нафтопродуктами не викликали пожеж. Решта 21.5% руйнувань відбулися при гідравлічних випробуваннях резервуарів [2].

    Дослідження матеріалів, пов'язаних з руйнуванням резервуарів, показало, що найбільш небезпечним фактором виникає при цьому пожежі є гідродинамічний витікання рідини, що горить (нафтопродукту), що зберігається в резервуарі.

    Характер закінчення і взаємодії виникає в цьому випадку хвилі прориву із захисною стінкою або обвалуванням такий, що в 49% випадків потік руйнував або промивав обвалування, а в 29% - перехоплює через нього. Тільки в 13,8% випадків руйнувань резервуарів обвалування виконало свої функції.

    Із загальної кількості випадків руйнувань резервуарів 55.4% відбулися аварій супроводжувалися розтікання нафтопродукту за межі території нафтосховищ і приводили до катастрофічних наслідків з великими матеріальними збитками і загибеллю людей. В інших випадках розлив рідини обмежувався майданчиком ре-зервуарного парку.

    Орієнтовні статистичні дані про причини пожеж та загорянь в резервуарних парках наведені в табл. 1 [2].

    З даних таблиці видно, що з встановлених джерел запалювання найбільш поширений - необережне поводження з вогнем

    Таблиця 1. Орієнтовні статистичні дані про причини пожеж та загорянь в резервуарних парках

    Причини загоряння% до загальної кількості

    Атмосферний електрику 13.8

    Статичну електрику 9.2

    Порушення в електроустановках 13.8

    Відкритий вогонь і іскри 32.5

    Самозаймання та самозаймання 1.5

    переливи 4.6

    Інші 24.6

    всього 100

    при проведенні вогневих робіт, електричні і механічні іскри або гарячі вихлопи глушника автомобіля - 32.5%.

    Приблизно половина всіх пожеж відбувається в що знаходяться в експлуатації резервуарах. Решта пожежі можна розділити на дві групи: пожежі без порушення технології (близько 70%) і пожежі при порушенні (близько 30%) [3].

    Близько 37,2% всіх зареєстрованих пожеж і загорянь відбувається на очищаються і ремонтованих резервуарах [3].

    Можливими причинами руйнування резервуарів, пов'язані з порушенням його міцності, є:

    - корозія корпусу;

    - руйнування зварних з'єднань;

    - спотворення форми оболонки через низьку якість її монтажу або неякісного виконання фундаменту;

    - деформація корпусу при великій різниці температур всередині і зовні резервуара;

    - осідання підстави, викликаного ерозією або промерзанням грунту;

    - пошкодження днища корозією або домішками з абразивними властивостями.

    Аварії зазвичай супроводжуються вибухами, пожежами і забрудненням навколишнього середовища.

    При пожежі зони визначаються ураження відкритим полум'ям і тепловим випромінюванням.

    Розмір зони ураження відкритим полум'ям визначається площею, де можливо його поява. В межах прямого впливу полум'я люди отримують смертельне ураження, а горючі матеріали спалахують.

    При горінні протоки ця зона визначається його площею в сумі з розміром витягнутим за вітром полум'ям. Приймалося, що поверхня протоки в будь-який момент часу буде являти собою плоску круглу калюжу постійної величини, яка буде розтікатися під дією сили тяжіння до тих пір, поки не

    досягне обмежує обвалування. У разі вільного розтікання нафти товщина шару визначалася відповідно до рекомендацій [4-6].

    Вражаючими факторами дифузійного горіння нафти при відкритому пожежі в резервуарі є полум'я над резервуаром, небезпечний вплив якого в разі спрацювання систем пожежогасіння проявляється тільки у впливі на навколишнє середовище, і, в разі наявності легкого вуглеводневої шару і водо-нафтової емульсії, - викид палаючої рідини з -за нагріву і скипання нижнього, водного шару (ефект «ВоПоуег»).

    При відмові систем пожежогасіння або помилкові дії персоналу полум'я може послужити фактором для подальшого розвитку аварії - втрати несучої здатності стін резервуара, деформації конструкції, викиду всього обсягу небезпечної речовини в обвалування і його пожежі.

    Під зоною ураження тепловим випромінюванням при пожежах протоки приймається зона вздовж кордону пожежі глибиною, яка дорівнює відстані, на якому буде спостерігатися тепловий потік із заданою величиною. Характер впливу на будівлі і споруди в цій зоні визначається наявністю займистих речовин і величиною теплового потоку.

    При аварійних розливах нафтопродуктів для розрахунків площ забруднення приймалися такі припущення:

    а) в разі протоки всередині обвалування / піддону / лотка і збереження огорожі в цілісності площа протоки приймається площі вільного простору всередині обвалування / піддону / лотка.

    б) в разі протоки всередині приміщення калюжа буде розтікатися до тих пір, поки не досягне постійної товщини або займе всю вільну площу підлоги приміщення.

    в) при протоці на необмежену поверх-

    ність площа протоки рідини визначається за формулою

    ^ = / V

    пр л р ж

    де / р - коефіцієнт розлиття, м-1 (при відсутності даних допускається приймати рівним 5 м-1 при протоці на неспланірованную грунтову поверхню, 20 м-1 при протоці на сплановане грунтове покриття, 150 м-1 при протоці на бетонне або асфальтове покриття ); Vs - об'єм рідини, що надійшла в навколишній простір при розгерметизації резервуара, м3.

    Як допущення приймалося, що при реалізації аварій всередині майданчика резерву-арного парку протоку нафти здійснюватися на сплановане грунтове покриття, а в разі реалізації аварій в резервуарному парку і водоочисних споруд, пов'язаних з протокою і виходом великої кількості нафти за межі обвалування / відбортовки, протоку здійснюватися на НЕ сплановану грунтову поверхню (по периметру території парку прокладені під'їзні автодороги з твердим покриттям підняті над рівнем майданчика, між обвалуванням резервуарного парку, отбортовкой майданчики відстійників і автомобільними дорогами є дренажні канали / рови, в яких буде локалізована значна частина вийшла за межі обвалування / відбортовки нафти).

    Графік залежностей можливої ​​масової частки перелом через обвалування нафти Про

    від параметра а / Н представлений на рис. 1 [7], де Н0 початкова висота стовпа рідини в резервуарі, м; а - висота обвалування, м.

    При визначенні форми протоки нафти за межами обвалування її кількість розподілено вздовж усього огорожі в смузі шириною Х, м [7].

    Ширина Х, м, визначається рівнянням:

    ХЬп

    + ЛХ2 = ^ П

    Отже, ширина Х становить:

    X =

    пер їм

    ж

    + .

    2

    пер їм

    ж

    + 4 ПРХ

    ж

    2

    (1)

    (2)

    У разі дефлаграціонним згоряння палив-но-повітряної суміші у відкритому просторі на відкритому майданчику зона дії вражаючих факторів дорівнює окружності радіусом Я, центром якої є резервуар розмір зони ураження, ударною хвилею визначався по перепаду тиску у фронті ударної хвилею при нескінченно великої тривалості імпульсу.

    Число факторів виникнення аварійних ситуацій зазвичай велике і не завжди є достовірна інформація про їх параметрах, найчастіше неможливо спрогнозувати сценарій аварій. У цих умовах для визначення стратегії дій щодо запобігання або ліквідації наслідків аварій пропонується використовувати ймовірносно-статистичні критерії. На рис. 3 наведено приклад застосування

    0.1 0,2 0.3 0 А 0,5 0,5 0,7 0,8 0.9 10 1,1

    3%

    Мал. 1. Залежність частки перелом через обвалування нафти Про від параметра а / 1г

    частина протоки бензину за межами егражденія

    Мал. 2. Схема до визначення форми протоки горючої рідини за межами обвалування парку: 1 - частина протоки бензину за межами огорожі; 2 - огорожа парку; Х - ширина

    12 3 4 5

    час

    Мал. 3. Застосування імовірнісних стратегій дій щодо запобігання аварійної ситуації

    ймовірних стратегії дії щодо запобігання аварійної ситуації.

    Дії ведуться з поточного моменту часу 1 до моменту 5. При цьому може бути прийнято

    одне з чотирьох рішень ф1 ____ Ф4, результатом

    якої буде одна з стратегій С1 ... С4. По осі ординат на малюнку відкладені кількісні значення оцінки прийнятої стратегії fr..f4 на кожен момент часу в умовних одиницях. Як цих оцінок доцільно використовувати величину ризику в умовних одиницях, яка визначається планом ліквідації аварійних ситуацій.

    При стратегії С1 ризик досягне величини f1 тільки при найбільш сприятливих зовнішніх умовах для реалізації цієї стратегії 01. Якщо ситуація склалася сприятливою для стратегії С4 (94), а обрана стратегія С1, то величина ризику зростає.

    Якщо ввести поняття оціночного функціоналу F = \ fjkj}, то ситуація прийняття рішення фк G O за умови, що навколишнє середовище перебуває в стані 6jG ©.

    ф1 фк Ф1М f11 ........... f1k ........... f \ M @ \

    F =

    fn1

    f

    nk

    . f в

    J ПМ n

    (3)

    Тут | ф1 ..., фм} - безліч рішень, що визначають вибір стратегії дій | Ср ..., Див}; | 8р ... 8м} - безліч станів середовища, яка може знаходиться в одному з станів 8. е ©; / К - кількісні оцінки прийнятого рішення (ризик) у разі вибору стратегії До за умови

    того, що зовнішнє середовище знаходиться в стані /. Ймовірносно-статистичні критерії для оцінки матриці дозволяють попередньо визначити найкращі моделі дії щодо запобігання аварійної ситуації і уникнути можливих втрат.

    Якщо можливо оцінити розподіл ймовірностей Р. = Р | 8} на масиві станів 8.е ©, заданими множинами Ф = | ф1 ..., фм} і © = | 81 ,. 8м}, використовується критерій Байеса, суть якого зводиться до максимізації математичного очікування оціночного функціоналу і пов'язана з перетворенням формул апріорних ймовірностей в апостеріорні ймовірності. За цим критерієм оптимальним вважається таке рішення фЕ0 е О, для якого максимум математичного очікування досягає найбільшого з можливих значень

    А (( <Ре, о) = ЗЗ А ( <Рк) =

    П ЄВ

    = max

    Vk g0

    Z p1f1

    j = 1

    jk

    (4)

    = Z Pfj

    jk 0

    A (PVk) = Z Pjfj

    jk

    j = 1

    Величина В є Байесови значенням оціночного функціоналу для рішень фк е Ф.

    У разі якщо орієнтуватися на найгірші умови і необхідно вибирати ту стратегію, при якій втрати будуть мінімальними (мінімізація ризику при прийнятті помилкового рішення є критичним), використовується критерій Вальда, що забезпечує прийняття рішення фк0, що задовольняє умові

    Л0 = тахтою /] к. (5)

    П ЄВ в] е ©

    Оптимальним в цьому випадку буде рішення фт е Ф, для якого

    ~ О = maxmin {fJK}.

    q>KgO ej

    (6)

    за умови В (Р0, фК0) > В0, де задаються В0 і Р0.

    Критерій Савідж - це критерій мінімального ризику (критерій мінімального жалю). Він рекомендує вибирати ту стратегію, при якій ризик зводиться до мінімального значення в самій несприятливій ситуації, тобто мінімуму максимального ризику Оптимальне рішення фт в цьому випадку має задовольняти умові

    / К о = ^ {/ к} = т1пшах? Ж

    <ркед <ркед вj їв

    а оціночний функціонал виражений у формі «зі жалення або ризику» при обмеженнях виду '1

    (7)

    В

    n

    ,Рк І Bo

    (8)

    iV

    A ~ (P, q>K) = Z Pj, J

    j = i

    де п - число значень оціночного функціоналу, - різниця між виграшем, який вийшов би, якби була відома стратегія супротивника, і виграшем, отриманим без знання стратегії супротивника.

    Перевагу при виборі критерію віддається в залежності від очікуваних наслідків від аварійної ситуації, мінімізації матеріальних витрат та інших факторів оптимізації (наприклад, необхідно знизити ризик навіть при малоймовірному, але найгіршому стані зовнішнього середовища).

    Аналіз аварійних ситуацій, що виникли під час експлуатації резервуарів, дозволяють оцінювати умови їх виникнення та наслідки. Застосування ймовірносно-статистичних критеріїв

    для визначення стратегії дії щодо запобігання та ліквідації наслідків аварійних ситуацій дозволяє виробляти науково-обгрунтоване стратегічне планування заходів по прогнозуванню і усунення аварій і мінімізувати можливий рівень ризику.

    СПИСОК ЛІТЕРАТУРИ

    1. Аналіз аварій і нещасних випадків в нафтогазовому комплексі Росії [під. ред. Б.Є. Прусенко, В.Ф. Мартинюка]. Москва: ТОВ «Аналіз небезпек», 2002. 312 с.

    2. Інформаційний бюлетень Федеральної служби з екологічного, технологічного і атомного нагляду за 2004-2015 р.

    3. Журнал «Безпека праці в промисловості» (видавець НТЦ «Промислова безпека»), розділ «Хроніка аварій».

    4. ГОСТ Р 12.3.047-2012 Пожежна безпека технологічних процесів.

    5. Посібник з безпеки «Методика оцінки наслідків аварійних вибухів паливно-воз-задушливих сумішей», затв. наказом Ростехнагляду від 20.04.2015 № 159.

    6. ФНіП «Загальні правила вибухобезпеки для вибухопожежонебезпечних хімічних, нафтохімічних і нафтопереробних виробництв»

    7. Методика определеніярасчетнихвелічінпожарного ризику на виробничих об'єктах », затверджена наказом МНС РФ від 10.07.2009 р № 404 (зареєстровано в Мін'юсті РФ 17.08.2009 № 14541).

    8. Піменов А. А., Биков Д.Є., Васильєв А.В. Про підходи до класифікації відходів нафтогазової галузі і побічних продуктів нафтопереробки // Вісник Самарського державного технічного університету. Серія: Технічні науки. 2014. № 4. С. 183-190.

    9. VasilyevA.V. Method and approaches to the estimation of ecological risks of urban territories // Safety of Technogenic Environment. 2014. № 6. С. 43-46.

    EMERGENCY SITUATIONS ANALYSIS AND FORECASTING IN THE VERTICAL CYLINDRICAL TANKS OPERATIONS

    © 2016 E.V. Alekina, I.I. Buzuev

    Samara State Technical University

    Tanks operations emergency situations analysis is developed. Their causes and consequences are identified. The probabilistic and statistical tests application possibilities are considered to determine emergency situations prevention and elimination of consequences strategy, allowing to make science-based strategic planning activities and minimize the possible risk.

    Keywords: vertical cylindrical tank, accident, ecological safety, prevent emergency action probabilistic strategies.

    Elena Alekina, Candidate of Chemical Sciences, Associate Professor at the Safety of Labor Department. E-mail Ця електронна адреса захищена від спам-ботів. Вам потрібно увімкнути JavaScript, щоб побачити її.

    Igor Buzuev, Candidate of Engineering Sciences, Associate Professor at the Safety of Labor Department. E-mail Ця електронна адреса захищена від спам-ботів. Вам потрібно увімкнути JavaScript, щоб побачити її.


    Ключові слова: Вертикальних циліндричних РЕЗЕРВУАР /АВАРІЯ /ЕКОЛОГІЧНА БЕЗПЕКА /ІМОВІРНІСНІ СТРАТЕГІЇ ДІЙ ЩОДО ЗАПОБІГАННЯ аварійної СИТУАЦІЇ /VERTICAL CYLINDRICAL TANK /ACCIDENT /ECOLOGICAL SAFETY /PREVENT EMERGENCY ACTION PROBABILISTIC STRATEGIES

    Завантажити оригінал статті:

    Завантажити