Автореферат (1172907), страница 2

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 2)

Предметом исследования являлась минимальная высотаограждений в зависимости от удаленности до стенки основного резервуара,необходимая для полной локализации потока жидкости при его разрушении.Научная новизна работы заключается в следующем:1. Выявлено отсутствие научно обоснованных геометрических параметров РВСЗС, обеспечивающих пожарную и промышленную безопасностьпри полном разрушении внутреннего (основного) резервуара.52. Разработан лабораторный стенд и методики проведения экспериментовпо определению геометрических параметров защитной стенки и дополнительного ограждения.3. Установлена минимальная высота защитной стенки РВСЗС в зависимостиот ее удаленности до стенки основного резервуара, необходимая для полнойлокализации потока нефти или нефтепродукта при возможном разрушенииосновного резервуара.4.

Эмпирически определена доля жидкости, перелившейся через защитнуюстенку при ее возможном снижении до минимальной высоты, необходимой длягидростатического удержания продукта, в зависимости от расстояния до стенкиосновного резервуара.5. Найдены геометрические параметры дополнительной ограждающейвертикальной стены, необходимой для полной локализации частично перелившегося продукта.Теоретическая и практическая значимость работы заключается:- в использовании полученных экспериментальных данных для определенияминимальной высоты защитной стенки РВСЗС, необходимой для полной локализациипотока нефти или нефтепродукта при возможном разрушении основного резервуара;- в использовании полученной эмпирической зависимости для определениядоли жидкости, перелившейся через защитную стенку при разрушении основного резервуара, с целью нахождения оптимальной высоты защитной стенкиРВСЗС и дополнительной ограждающей стены;- в разработке рекомендаций по определению геометрических параметровзащитной стенки и дополнительного ограждения, обеспечивающих пожарнуюи промышленную безопасность при эксплуатации РВСЗС;- в использовании в резервуарных парках с РВСЗС полученных данныхпри разработке планов локализации и ликвидации аварийных разливов нефтии нефтепродуктов, а также планов пожаротушения.Разработанные рекомендации могут являться основой для созданиянормативного документа по пожарной безопасности объектов защиты с эксплуатацией РВСЗС в части предотвращения каскадного развития аварии приразрушении основного резервуара с нефтью или нефтепродуктом.Методология и методы исследования.

В процессе выполнения работыиспользованы методы теории подобия и математического моделирования,физического эксперимента, наблюдения, сравнения, нахождения эмпирическойзависимости на основе математической обработки экспериментальных данных,описания, обобщения. Информационной основой исследования являлись отечественные и зарубежные литературные источники, нормативные документы,материалы разборов аварий и пожаров РВС на объектах НГО, а также научноисследовательских работ в области разработки ограждений для РВС.Положения, выносимые на защиту:- результаты анализа статистики разрушений РВС и нормативных требований для проектирования РВСЗС;6- описание лабораторного стенда и методик проведения экспериментовдля оценки высоты и скорости потока жидкости при разрушении резервуара,а также его воздействия на защитную стенку и дополнительное ограждение;- результаты экспериментальных исследований геометрических параметров защитной стенки и дополнительного ограждения РВСЗС;- эмпирическая зависимость для определения доли жидкости, перелившейся через защитную стенку при разрушении основного резервуара;- основные положения рекомендаций по определению геометрическихпараметров ограждений РВСЗС, необходимых для предотвращения каскадногоразвития аварии в резервуарном парке объекта защиты.Степень достоверности полученных результатов подтверждается:обоснованностью выбора критериев подобия и соблюдением условий моделирования гидравлических явлений при разработке лабораторного стенда;удовлетворительной сходимостью параметров потоков, полученных при разрушении модельного резервуара на лабораторном стенде и ранее выполненномнатурном эксперименте по разрушению РВС-700 м3 с водой; использованиемповеренных измерительных приборов, апробированных методик измеренияи обработки экспериментальных данных; внутренней непротиворечивостьюрезультатов и их согласованностью с данными других исследователей.Материалы диссертации реализованы при разработке:- проекта приложения В «Метод определения геометрических параметровограждений РВСЗС» в национальный стандарт Российской Федерации ГОСТ Р53324-2009 «Ограждения резервуаров.

Требования пожарной безопасности»;- учебника для бакалавров, лекции, практического и семинарскогозанятий по дисциплине пожарная безопасность технологических процессовв Академии ГПС МЧС России.Основные результаты работы доложены на: 25-ой и 27-ой Международных научн.-технич. конф.: «Системы безопасности – 2016, 2018» (Москва,Академия ГПС МЧС России, 2016, 2018); 6-ой Международной научн.-практич.конф.: «Проблемы техносферной безопасности» (Москва, Академия ГПС МЧСРоссии, 2017); IV и VI Всероссийских научн.-практич. конф.: «Актуальныевопросы совершенствования инженерных систем обеспечения пожарнойбезопасности объектов» (Иваново, Ивановская пожарно-спасательная академияГПС МЧС России, 2017, 2019); Международной научн.-практич. конф.:«Современные пожаробезопасные материалы и технологии» (Иваново,Ивановская пожарно-спасательная академия ГПС МЧС России, 2018); Международной научн.-практич.

конф.: «Исторический опыт, современные проблемыи перспективы образовательной и научной деятельности в области обеспеченияпожарной безопасности» (Москва, Академия ГПС МЧС России, 2018);I Международной научн.-практич. конф.: «Актуальные проблемы и тенденцииразвития техносферной безопасности в нефтегазовой отрасли» (Уфа, Уфимскийгосударственный нефтяной технический университет, 2018).Публикации. По теме диссертации опубликовано 12 научных работ.7Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырехглав, заключения, списка литературы и двух приложений. Содержание работыизложено на 141 странице машинописного текста, включает в себя 22 таблицы,56 рисунков, список литературы из 117 наименований.ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫВо введении обоснована актуальность темы исследования, указанастепень ее разработанности, сформулированы цель, задачи, объект и предметисследования, показана научная новизна работы, ее теоретическая и практическая значимость, представлены методология и методы исследования, а такжестепень достоверности и апробация результатов.В первой главе «Анализ статистики разрушений резервуарови нормативных требований для проектирования резервуаров типа «стаканв стакане»» представлены результаты анализа статистических данных о разрушениях РВС с нефтью и нефтепродуктами на объектах нефтегазовой отраслив России, описания характерных примеров разрушений РВС за рубежом,а также анализ требований нормативных документов в области обеспеченияпромышленной безопасности, предъявляемых к РВСЗС.Анализ статистики отмечает, что наиболее опасные ситуации возникалипри полных разрушениях РВС.

Образующийся в этом случае поток частогорящей жидкости полностью или частично разрушал нормативные преградыв виде земляных обвалований или ограждающих стен и, разливаясь на значительной площади, неоднократно приводил к каскадному, а иногда и к катастрофическому развитию аварии. Аналогичные аварии РВС неоднократно происходили и за рубежом, при этом общая тенденция аварий РВС сохраняется и сегодня. В связи с этим сделан вывод о необходимости совершенствования системограничения пожара пролива горючей жидкости при разрушении резервуаров,в данном случае, за счет применения перспективных конструкций РВСЗС.В результате анализа нормативных требований в области обеспечения промышленной безопасности РВСЗС выявлен между ними ряд несоответствий.

Так,например, в ГОСТ, Руководстве и СТО отмечается, что высота защитной стенкидолжна составлять не менее 80 % от высоты стенки основного РВС при ширинемежстенного пространства не менее 1,8 м, при этом не устанавливаются требования к максимальной ширине этого пространства, непосредственно влияющего навысоту защитной стенки. Кроме этого, ГОСТ и СТО не требуют устройства железобетонного каре для защиты от гидродинамического удара продукта при мгновенном разрушении РВСЗС, а требуют обычной защиты для гидростатическогоудержания растекающейся жидкости, при этом в Руководстве отсутствуют требования к обустройству дополнительных ограждений РВСЗС.

Также установлено,что содержащиеся в СП 155.13130.2014 «Склады нефти и нефтепродуктов. Требования пожарной безопасности» требования не распространяются на РВСЗС,при этом иные нормативные документы, регламентирующие требования пожарной безопасности к таким типам резервуаров, в настоящее время отсутствуют.8В связи с вышеуказанным сделан вывод об актуальности проведенияисследований, направленных на обеспечение пожарной безопасности РВСЗС,и, в первую очередь, на нормирование требований к геометрическим параметрамзащитной стенки и дополнительного ограждения.Во второй главе «Разработка лабораторного стенда для определениягеометрических параметров ограждений резервуаров» представлено описание лабораторного стенда, разработанного с учетом результатов анализа теоретических и экспериментальных исследований влияния потока жидкости приразрушении резервуара на ограждения различной конфигурации и соблюдениякритериев подобия и условий моделирования гидравлических явлений.В результате анализа работ по изучению влияния потока жидкости,образующегося при разрушении РВС, на геометрические параметры ограждений различной конфигурации, выполненных в Академии ГПС МЧС России,в том числе, совместно со специалистами РГУ нефти и газа (НИУ) имениИ.М.

Губкина, а также во ВНИИПО МЧС России и зарубежными авторами,установлено, что:- исследования проводились при условии, что расстояние от ограждениядо стенки РВС составляло 6 м и более. Для изучаемых в настоящей работеРВСЗС это расстояние составляет от 1,5 до 3,0 м, то есть охватывает не исследованную область. Кроме этого, отсутствует обоснование необходимостиобустройства для РВСЗС дополнительного ограждения;- при анализе зависимостей, представленных в работах, посвященныхоценке доли жидкости, которая может перелиться через обвалование приразрушении РВС, выявлено, что не учитывался такой важный параметр какрасстояние от стенки РВС до обвалования, безусловно, оказывающий непосредственное влияние на искомую величину. При этом использование анализируемых зависимостей не позволяет определить минимальную высоту ограждения, при которой возможна полная локализация потока жидкости;- для экспериментальных исследований изучаемого процесса, в первуюочередь, необходимо соблюдение геометрического подобия и условий моделирования гидравлических явлений, в противном случае, могут возникать сомнения о возможности применения полученных результатов на практике;- при создании лабораторного стенда необходимо использовать результатынатурного опыта по разрушению РВС-700 м3 с водой, в частности, при соблюдении критериев подобия для потоков в натуре и на модели, что, в конечномсчете, обуславливает достоверность полученных результатов.Таким образом, на основании результатов анализируемых работ, с учетомвыше изложенных критических замечаний, а также исходя из невозможностипроведения исследований на натурных объектах, прежде всего из-за значительных экономических затрат, для достижения поставленной в настоящей работецели принят лабораторно-экспериментальный метод исследования характеристик образующегося при разрушении основной стенки РВСЗС потока жидкостии его влияния на защитную стенку и дополнительное ограждение.9В результате анализа работ в области гидравлического моделированияустановлено, что при разработке лабораторного стенда с модельными резервуарами и проведении соответствующих экспериментов должно выполнятьсяравенство основных критериев подобия потоков и соблюдаться условия гидродинамического моделирования, а именно:- поскольку в исследуемых процессах, связанных с образованием и движением волны прорыва при разрушении резервуара, главную роль играют силытяжести, то должно обеспечиваться соблюдение равенства критерия Фрудав соответствующих точках потоков по трассе растекания:Fr uм2u2 н ,g м hм g н hн(1)где uм, uн – характерная скорость волны прорыва (местная скорость илискорость фронта волны), м/с;hм, hн – характерная высота (ширина) волны прорыва, м;- вследствие того, что процесс движения волны прорыва представляетсобой быстроизменяющееся неустановившееся движение жидкости, то необходимо соблюдение тождественности критерия Струхаля:Sh uм t м uн t н,hмhн(2)где tн, tм – характерное время процесса, с;- если поток в натуре турбулентный, то он должен быть турбулентными в модели, то есть Reм > Reкр (здесь Reм – критерий Рейнольдса в модели;Reкр – критическое значение критерия Рейнольдса при моделировании открытых потоков, принимаемое, как правило, не менее 104):Re м uм hмм,(3)где νм – кинематическая вязкость жидкости (в данном случае для водыпри 20 ºС – 1,01∙10-6 м2/с);- при моделировании турбулентных потоков, основываясь на опытныхисследованиях, минимально допустимый масштаб модели определяетсяпо зависимости:λ мин  (30  50)3 uн2 hн2 ;(4)- влияние поверхностного натяжения должно быть настолько малым,чтобы оно не препятствовало образованию волн, в связи с чем, скорость потокасо свободной поверхностью на модели должна быть более 0,23 м/с, иначе необходимо увеличивать масштаб модели.Однако, для получения соответствующих критериев подобия необходимо,прежде всего, иметь данные о параметрах потока при натурных измерениях.10С целью нахождения этих параметров использовались имеющиеся накафедре пожарной безопасности технологических процессов Академии ГПС МЧСРоссии видеоматериалы натурного эксперимента по разрушению РВС-700 м3с водой, который, в дальнейшем, и был выбран за основу создания модельногорезервуара.

Характеристики

Список файлов диссертации