МОДЕЛИРОВАНИЕ РАЗВИТИЯ ОПАСНЫХ СИТУАЦИЙ ПРИ ВЫБРОСЕ СТИРОЛА В РЕЗЕРВУАРНОМ ПАРКЕ
МОДЕЛИРОВАНИЕ РАЗВИТИЯ ОПАСНЫХ СИТУАЦИЙ ПРИ ВЫБРОСЕ СТИРОЛА В РЕЗЕРВУАРНОМ ПАРКЕ
Аннотация
В данной статье предложен метод оценки развития различных сценариев чрезвычайной ситуации, связанных с проливом стирола на резервуарном парке. На основе открытых данных и статистики по чрезвычайным ситуациям происходивших на резервуарных парках, хранящих стирол, выявлены 3 основных сценария развития аварий с проливом стирола. Смоделированы возможные последствия и развитие аварий. С помощью нормативных документов в области пожарной безопасности выявлено влияние на человека и окружающую среду. Помимо всего вышесказанного, выявлены возможные последствия аварий, связанных с проливом стирола и превентивные мероприятия по уменьшению риска возникновения ЧС данного характера, которая губительно влияет на окружающую среду.
1. Введение
На сегодняшний день химическая промышленность, а в частности, производство пластмасс является одной из наиболее перспективных, развивающихся отраслей промышленности Российской Федерации. Благодаря ценным свойствам полимеры применяются в машиностроении, текстильной промышленности, сельском хозяйстве, медицине и быту. Основным сырьем для производства пластмасс является стирол.
При этом учитывая физико-химические, токсические и пожаровзрывоопасные свойства стирола, аварии связанные с выходом вещества в окружающую среду представляют собой не только экологически опасные ситуации, но и пожаровзрывоопасные ситуации при наличии источников зажигания и определенных концентраций паров стирола с воздухом.
Взрывоопасными могут быть смеси паров легковоспламеняющихся жидкостей, взвеси пыли или волокон в воздухе при определенных концентрациях. При возникновении проливов углеводородов существует вероятность их воспламенения с переходом в пожар пролива. Последствия пожаров обусловлены действием их поражающих факторов. Основными из них являются: непосредственное действие огня на горящий предмет; дистанционное воздействие на предметы и объекты высоких температур за счет излучения.
Проанализировав статистические данные по авариям, связанных со стиролом, выявлено, что чрезвычайные ситуации (ЧС) с проливом стирола является наиболее распространенной.
Как правило, последствия пожаров обусловлены действием их поражающих факторов. Основными из них являются: непосредственное действие огня на горящий предмет; дистанционное воздействие на предметы и объекты высоких температур за счет теплового излучения. Поражающие факторы наносят огромный ущерб в социальной, экономической и экологической сферах.
Целью работы является разработка алгоритма выбора превентивных мероприятий, обеспечивающего снижение разного рода ущерба, на основе моделирования развития опасных ситуация при проливе стирола.
Рисунок 1 - Алгоритм моделирования развития опасных ситуаций при проливе стирола
2. Основная часть
Анализ статистических данных по ЧС об авариях, связанных с разгерметизацией резервуара, хранящего стирол на резервуарных парках, позволил определить 3 основных, вероятных сценария:
1) Наиболее вероятный сценарий – в результате несвоевременного и некачественного ремонта произошла разгерметизация резервуара, в котором хранился стирол, c последующим его разливом в окружающую среду. Выброс произошел бы без образования первичного облака, в связи с тем, что стирол не обращается без давления. Впоследствии образовался пролив и при наличии источника зажигания – пожар пролива стирола.
2) Наиболее опасный сценарий – в результате несвоевременного добавления ингибитора (гидрохинона) в резервуаре хранения стирола происходит полимеризация последнего внутри с повышением температуры внутри емкости. В связи с этим возрастает давление и происходит разрыв резервуара с появлением огненного шара (BLEVE) и выбросом стирола в окружающую среду. В результате действия воздушно-ударной волны при разрыве резервуара происходит разрушение соседнего резервуара и оборудования, с образованием свища и проливом стирола.
3) Сценарий с максимальным негативным воздействием на окружающую среду – в результате полного разрыва резервуара происходит выброс 19т. Стирола в окружающую среду. Первичное облако образуется в связи с тем, что в момент выброса температура стирола была достаточно высока для воспламенения.
На основе исходных данных выполнено моделирование рассматриваемых сценариев и проведены расчеты.
1. С учетом исходных данных, находящихся в открытом доступе, определили размеры зон, ограниченных нижним концентрационным пределом распространения пламени (НКПР) по методике, изложенной в (ГОСТ 12.1.044-89).
Критериями размеров зон, ограниченных НКПР газов и паров, при аварийном поступлении паров легковоспламеняющихся жидкостей в открытое пространство при неподвижной воздушной среде являются расстояния ХНКПР, YНКПР, ZНКПР, м, для паров легко воспламеняющихся жидкостей (ЛВЖ) рассчитываемые по следующим формулам:
, м,
, м
Рисунок 2 - Графическое представление зон, ограниченных нижним концентрационным пределом распространения пламени
Графическая интеграция позволяет наглядно увидеть зону НКПР пламени, и сделать вывод о том, что при пожаре пролива стирола может попасть соседний резервуар.
2. Для моделирования сценария с истечением стирола из резервуара, с последующим проливом пожара, используются исходные данные. При появлении широкого спектра электромагнитных излучений, происходит нагревание рядом стоящих резервуаров, что может вызвать их возгорание.
Для оценки, возникновения эффекта bleve, используем методику [4], основными опасными факторами огненного шара является - разлет (разброс) частей, если вещество воспламеняемо, аэрозоль из смеси вещества и воздуха может незамедлительно воспламениться, а также фронт пламени быстро распространяется от точки воспламенения, образуя огненный шар.
Согласно методике оценка интенсивности теплового излучения q, рассчитываем по следующей формуле:
q = Ef Fq·t, кВт/м2,
Рисунок 3 - Зоны интенсивности излучения пожара пролива стирола в зависимости от удаления от очага
Исходя из полученных результатов моделирования следует, что стоящие на расстоянии 20 м от пожара пролива резервуары негативных воздействий не получат в случае пожара пролива.
3. Основной опасностью выброса стирола в окружающую среду при разгерметизации оборудования является то, что он носит залповый характер. Залповый выброс стирола – единовременный концентрированный выброс значительного количества углеводорода в окружающую среду. При залповом выбросе стирола происходит загрязнение атмосферы приземного слоя, почвенного покрова подстилающей поверхности резервуарного парка.
Процессы, сопровождающиеся изменениями в экологическом равновесии водного объекта, при попадании в него стирола показаны на рисунке 3.
Рисунок 4 - Процессы, сопровождающиеся изменениями в экологическом равновесии водного объекта, при попадании стирола
На рисунке 3 наглядно показаны действия углеводородов, которые нарушают экологическое равновесие водных объектов. Известно, что 1 т стирола способна образовывать сплошную пленку площадью 2,6 км2 (одна капля - соответственно около 0,25 м2). В зависимости от количества разлитого стирола толщина пленки существенно неодинакова.
3. Заключение
Исходя из всего вышесказанного следует, что стирол требует особого внимания к хранению с целью уменьшения риска возникновения пролива или пожара пролива стирола. Рассмотрение нескольких возможных сценариев при проливе стирола позволяют заранее определить последствия ЧС, а также предпринимать своевременные меры для ликвидации аварии. Данное моделирование развития опасных ситуаций может быть использовано на резервуарных парках нефтеперерабатывающих или аналогичных предприятиях.