Диссертация (Нормирование требований пожарной безопасности к геометрическим параметрам ограждений резервуаров типа стакан в стакане)

МИНИСТЕРСТВО РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИПО ДЕЛАМ ГРАЖДАНСКОЙ ОБОРОНЫ, ЧРЕЗВЫЧАЙНЫМ СИТУАЦИЯМИ ЛИКВИДАЦИИ ПОСЛЕДСТВИЙ СТИХИЙНЫХ БЕДСТВИЙАкадемия Государственной противопожарной службы МЧС РоссииНа правах рукописиШвырков Александр СергеевичНОРМИРОВАНИЕ ТРЕБОВАНИЙ ПОЖАРНОЙ БЕЗОПАСНОСТИК ГЕОМЕТРИЧЕСКИМ ПАРАМЕТРАМ ОГРАЖДЕНИЙРЕЗЕРВУАРОВ ТИПА «СТАКАН В СТАКАНЕ»Специальность: 05.26.03 – «Пожарная и промышленная безопасность»(нефтегазовая отрасль, технические науки)ДИССЕРТАЦИЯна соискание ученой степеникандидата технических наукНаучный руководителькандидат технических наук, доцентГорячев Станислав АнатольевичМосква – 20192ОГЛАВЛЕНИЕВВЕДЕНИЕ………………………………………………………………………...4ГЛАВА 1 АНАЛИЗ СТАТИСТИКИ РАЗРУШЕНИЙ РЕЗЕРВУАРОВИ НОРМАТИВНЫХ ТРЕБОВАНИЙ ДЛЯ ПРОЕКТИРОВАНИЯРЕЗЕРВУАРОВ ТИПА «СТАКАН В СТАКАНЕ»……………………………...121.1 Анализ статистических данных о разрушениях резервуаров с нефтьюи нефтепродуктами на объектах нефтегазовой отрасли в России……………...121.2 Характерные примеры разрушений резервуаров с нефтьюи нефтепродуктами на производственных объектах за рубежом………………271.3 Анализ нормативных требований в области промышленнойбезопасности для проектирования резервуаров типа «стакан в стакане»……..311.4 Цель и задачи исследования………………………………………………….45ГЛАВА 2 РАЗРАБОТКА ЛАБОРАТОРНОГО СТЕНДА ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯГЕОМЕТРИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ ОГРАЖДЕНИЙ РЕЗЕРВУАРОВ…….462.1 Анализ теоретических и экспериментальных исследований влиянияпотока жидкости при разрушении резервуара на ограждения различнойконфигурации……………………………………………………………………...462.2 Критерии подобия и условия моделирования гидравлических явленийдля создания лабораторного стенда……………………………………………...672.2.1 Оценка параметров потока при разрушении натурного резервуараноминальным объемом 700 м3……………………………………………………702.2.2 Оценка параметров потока при численном моделировании процессаразрушения натурного резервуара номинальным объемом 30000 м3…………722.3 Разработка лабораторного стенда для определения геометрическихпараметров ограждений резервуаров типа «стакан в стакане»………………...752.3.1 Оценка параметров потока при разрушении резервуара в масштабе 1:30к натурному резервуару номинальным объемом 700 м3………………………..782.3.2 Оценка параметров потока при разрушении резервуара в масштабе 1:130к натурному резервуару номинальным объемом 30000 м3……………………..813ГЛАВА 3 ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ОПРЕДЕЛЕНИЕ ОПТИМАЛЬНЫХГЕОМЕТРИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ ОГРАЖДЕНИЙ РЕЗЕРВУАРОВТИПА «СТАКАН В СТАКАНЕ»…………………………………………………903.1 Обоснование масштабных коэффициентов для модельных резервуарови защитных стенок………………………………………………………………...903.2 Определение минимальной высоты защитной стенки для локализациипотока жидкости при разрушении резервуара…………………………………..923.3 Определение доли перелившейся через защитную стенку жидкостипри оптимизации (снижении) ее высоты………………………………………...963.4 Определение геометрических параметров дополнительного ограждениядля резервуара с защитной стенкой……………………………………………...101ГЛАВА 4 РЕКОМЕНДАЦИИ ПО ОПРЕДЕЛЕНИЮ ГЕОМЕТРИЧЕСКИХПАРАМЕТРОВ ОГРАЖДЕНИЙ РЕЗЕРВУАРОВ С ЗАЩИТНОЙ СТЕНКОЙТИПА «СТАКАН В СТАКАНЕ»………………………………………………… 1104.1 Общие положения……………………………………………………………..

1104.2 Метод определения геометрических параметров защитной стенкии дополнительного ограждения резервуаров типа «стакан в стакане»………..111ЗАКЛЮЧЕНИЕ……………………………………………………………………114СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ………………………………………………………...116ПРИЛОЖЕНИЕ А РЕЗУЛЬТАТЫ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОГО ОПРЕДЕЛЕНИЯДОЛИ ПЕРЕЛИВШЕЙСЯ ЧЕРЕЗ ЗАЩИТНУЮ СТЕНКУ ЖИДКОСТИВ ЗАВИСИМОСТИ ОТ ЕЕ ВЫСОТЫ И РАССТОЯНИЯ ДО РЕЗЕРВУАРА..130ПРИЛОЖЕНИЕ Б АКТЫ ВНЕДРЕНИЯ………………………………………..1394ВВЕДЕНИЕАктуальность темы исследования. Для хранения нефти и нефтепродуктовна объектах нефтегазовой отрасли (НГО) как в России, так и за рубежом, наибольшеераспространение получили резервуары вертикальные стальные цилиндрические(РВС), что обусловлено, прежде всего, наименьшим расходом металла на изготовление таких форм РВС по сравнению с расходом на изготовление резервуаровдругой формы [1], [2]. Однако, несмотря на более чем столетний опыт проектирования, строительства и эксплуатации РВС, включая разработку и внедрение системпротивопожарной защиты, время от времени на них происходят деструктивныесобытия, связанные с авариями, взрывами и пожарами.

При этом статистикаотмечает, что особенно опасная обстановка возникала при полных разрушенияхРВС [3]–[9]. Образующаяся в этом случае часто горящая волна нефтепродуктаразрушала нормативные ограждения в виде земляных обвалований или ограждающих стен и, разливаясь на значительной территории, неоднократно приводилак каскадному, а иногда и к катастрофическому развитию аварии. Так, из зафиксированных за период с 1951 по 2010 гг. 150 случаев разрушений РВС на объектахНГО СССР, СНГ и России более 50 % характеризовались как крупномасштабныеаварии, 32 из которых привели к гибели 126 человек, а 40 % аварий сопровождались каскадным развитием и травмами людей [9]. Важно отметить, что аналогичные аварии РВС неоднократно происходили и за рубежом [10]–[28], при этомобщая тенденция аварий РВС сохраняется и сегодня [29]–[40].К одной из основных причин каскадного развития аварий в резервуарныхпарках следует отнести невозможность удержания потока жидкости, образующегосяпри разрушении РВС, нормативными ограждениями, которые рассчитываютсяна гидростатическое давление разлившейся жидкости [9], [41].

Поэтому, нарядус актуальными вопросами обеспечения надежности РВС, не менее актуальныи разработки технических решений, направленных на гарантированное ограничение возможного разлива жидкости при аварии РВС.5Одним из перспективных конструктивных решений по ограничению возможного пожара разлива нефти или нефтепродукта в резервуарных парках является сооружение РВС с защитной стенкой типа «стакан в стакане» (далее РВСЗС).Такие резервуары состоят из внутреннего (основного) РВС для хранения нефтиили нефтепродукта, и наружного резервуара (защитной стенки) для удержанияпродукта в случае нарушения герметичности внутреннего РВС [42].В настоящее время требования к проектированию, монтажу и эксплуатацииРВСЗС предъявляются в трех одновременно действующих нормативных документах в области обеспечения промышленной безопасности:- ГОСТ 31385-2016 «Резервуары вертикальные цилиндрические стальныедля нефти и нефтепродуктов.

Общие технические условия» (далее ГОСТ) [42];- СТО-СА-03-002-2009 «Правила проектирования, изготовления и монтажавертикальных цилиндрических стальных резервуаров для нефти и нефтепродуктов» с изменениями и дополнениями от 2011 г. (далее СТО) [43], [44];- «Руководство по безопасности вертикальных цилиндрических стальныхрезервуаров для нефти и нефтепродуктов» (далее Руководство) [45].Анализ требований, содержащихся в этих нормативных документах,показал, что между ними имеется ряд существенных несоответствий, непосредственно влияющих на обеспечение безопасности РВСЗС.

В частности, во всехуказанных документах отмечается, что высота защитной стенки должна составлять не менее 80 % от высоты стенки основного РВС при ширине межстенногопространства не менее 1,8 м, при этом не устанавливаются требования к максимальной ширине этого пространства, непосредственно влияющего на высотузащитной стенки.Помимо этого, ГОСТ и СТО не предусматривают обустройство монолитнойжелезобетонной стенки, рассчитанной на гидродинамическое воздействие волныпри полном разрушении основного резервуара, а рекомендуют обычное ограждение для гидростатического удержания и отвода растекающейся жидкости, приэтом в Руководстве отсутствуют требования к обустройству дополнительныхограждений РВСЗС.6Необходимо также отметить, что в соответствии с требованиями вышеуказанных документов установка РВСЗС в резервуарных парках, их взаимноерасположение и обустройство системами противопожарной защиты должнысоответствовать требованиям СП 155.13130.2014 «Склады нефти и нефтепродуктов.

Требования пожарной безопасности» [41]. Однако в этом своде правилуказано, что содержащиеся в нем требования не распространяются на складынефти и нефтепродуктов с применением РВСЗС, при этом иные нормативныедокументы, регламентирующие требования пожарной безопасности к такимтипам резервуаров, в настоящее время отсутствуют.Таким образом, выявленные несоответствия в требованиях нормативныхдокументов в области обеспечения промышленной безопасности, а также отсутствие нормативных документов, регламентирующих требования пожарной безопасности к РВСЗС, обуславливают актуальность проведения исследований,направленных на обеспечение пожарной безопасности таких типов резервуаров,и, в первую очередь, на нормирование требований к геометрическим параметрамзащитной стенки, разработке которых и посвящена настоящая работа [46], [47].Степень разработанности темы исследования.Непосредственно разработке РВСЗС посвящены работы О.В.

Дидковского,Э.Я. Еленицкого, А.А. Катанова, С.Г. Иванцова, Б.Ф. Беляева, Х.И. Ханухова,И.С. Ломкова и др. [48]–[57]. Важно отметить, что результаты этих работ использованы при разработке выше указанных нормативов [42]–[45], а также документации на проектирование и строительство РВСЗС различного номинальногообъема в резервуарных парках ОАО РПК-Высоцк «ЛУКОЙЛ-II» (Ленинградскаяобласть), ООО «РН-Туапсинский НПЗ» (Краснодарский край), ООО «ПО«Киришинефтеоргсинтез» (Ленинградская область), ОАО «Мозырский НПЗ»(Республика Беларусь) и др.Анализ этих работ показал, что в них недостаточно уделено вниманиявопросамобоснованиягеометрическихпараметровогражденийРВСЗС,при этом какие-либо результаты экспериментальных исследований в этой областив литературных источниках отсутствуют.7Вопросам разработки ограждений для РВС, в том числе определенияих геометрических и прочностных характеристик, а также оценки доли жидкости,которая может через них перелиться при разрушении РВС, посвящены работыА.Ф.