SIMULATION OF EMERGENCY SITUATIONS DURING A STYRENE SPILLAGE IN A TANK BATTERY

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

DOI:10.23670/IRJ.2022.122.57.1

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

Графические зоны, ограниченные НКПР, интегрированы на рисунке 1.

Рисунок 2 - Графическое представление зон, ограниченных нижним концентрационным пределом распространения пламени

DOI:10.23670/IRJ.2022.122.57.2

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,

по методике [НПБ 105-03]. В связи с этим, на расстоянии 30 метров от очага пожара персонал может находиться в одежде без негативных последствий в течение длительного времени.

Рисунок 3 - Зоны интенсивности излучения пожара пролива стирола в зависимости от удаления от очага

DOI:10.23670/IRJ.2022.122.57.3

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

DOI:10.23670/IRJ.2022.122.57.4

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.

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.