Анализ влияния антропогенных факторов на устойчивость территории

МИНИСТЕРСТВО  ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

Федеральное государственное бюджетное образовательное  учреждение высшего профессионального  образования

«КУБАНСКИЙ  ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»

(ФГБОУ ВПО «КубГУ»)

 

Кафедра интеллектуальных информационных систем

 

 

ДОПУСТИТЬ К  ЗАЩИТЕ В ГАК

 

Научный руководитель,

канд. техн. наук, ст. науч. сотр.

__________________ Е.А. Cтепаненко

                        ^{(Подпись)}

______________________  2012 г.

 

 

 

 

ДИПЛОМНАЯ РАБОТА

 

 

АНАЛИЗ  ВЛИЯНИЯ АНТРОПОГЕННЫХ ФАКТОРОВ НА УСТОЙЧИВОСТЬ ТЕРРИТОРИИ

 

 

 

Работу выполнила  _________________________________ А.В. Парахина

^{(Подпись,  дата)}

Факультет компьютерных технологий и прикладной математики

 

Специальность  280101 «Безопасность жизнедеятельности в техносфере»

 

Нормоконтролер,

ст. лаборант   _________________________________ А.П. Еремчук

^{(Подпись,  дата)}

 

 

 

 

 

 

Краснодар 2012

 

РЕФЕРАТ

Дипломная работа 50 с., 8 табл., 1 рисунок, 15 источников, 1 приложение.

ВЗРЫВ, РЕЗЕРВУАР, НЕФТЕХРАНИЛИЩЕ, ОПАСНОСТЬ, РАЗРУШЕНИЕ.

Объектом исследования является нефтехранилище из четырех резервуаров, каждый из которых  имеет объем 100 000.

Цель работы – исследование военной опасности на данном объекте и оценивание уровня риска для данного объекта и окружающей его территории.

В процессе работы был проведен анализ особенностей функционирования данного объекта в условиях нанесения по нему удара боеприпасом, была разработана модель исследования последствий этого удара и проведено оценивание.

В результате исследования были выявлены масштабы возможных последствий авиационного удара по исследуемому объекту.

 

СОДЕРЖАНИЕ

Определения4

Введение6

1 Постановка задачи9

2 Объект исследования11

3 Общие сведения  о горении13

4 Пожаровзрывоопасные свойства  веществ15

5 Построение логического дерева  событий17

6 Составление сценариев развития  событий21

7 Методики определения опасных  зон при авариях22

7.1 Расчет характеристик взрыва24

7.2 Метод расчета интенсивности  теплового излучения при 

пожарах проливов26

8 Оценка последствий взрыва30

9 Взрывобезопасные технологии  хранения нефтепродуктов35

10 Противоаварийная защита38

11 Противопожарная защита44

12 Организационные мероприятия47

Заключение48

Список использованных источников49

Приложение А Схема расположения резервуаров50

 

ОПРЕДЕЛЕНИЯ

Авария — разрушение сооружений и (или) технических устройств, применяемых на опасном производственном объекте, неконтролируемый взрыв и (или) выброс опасных веществ.

Крупная авария — авария, при которой гибнет не менее десяти человек.

Анализ  опасности — выявление нежелательных событий, влекущих за собой реализацию опасности, анализ механизма возникновения таких событий и масштаба их величины, способного оказать поражающее действие.

Безопасность — состояние защищенности прав граждан, природных объектов, окружающей среды и материальных ценностей от последствий несчастных случаев, аварий и катастроф на промышленных объектах.

Опасность — потенциальная возможность возникновения процессов или явлений, способных вызвать поражение людей, наносить материальный ущерб и разрушительно воздействовать на окружающую атмосферу.

Пожар — неконтролируемое горение, причиняющее материальный ущерб, вред жизни и здоровью граждан, интересам общества и государства.

Фугасность — характеристика взрывчатого вещества. Служит мерой его общей работоспособности, разрушительного, метательного и иного действия взрыва. Основное влияние на фугасность оказывает объем газообразных продуктов взрыва.

Воздушная ударная волна  — это область резкого и сильного сжатия среды, которая распространяется в виде сферического слоя во все стороны со сверхзвуковой скоростью. Ударная волна возникает в результате взрыва, мощность которого оценивается тротиловым эквивалентом в килограммах, тоннах, килотоннах, мегатоннах или, когда речь идет о жидкостях, газовоздушных смесях, весом в тоннах.

Резервуарный  парк — группа (группы) резервуаров, предназначенных для хранения нефти и нефтепродуктов и размещенных на участке территории, ограниченной по периметру обвалованием или ограждающей стенкой при наземных  резервуарах и дорогами или противопожарными проездами при подземных (заглубленных в грунт или обсыпанных грунтом) резервуарах, установленных в котлованах или выемках.

 

 

ВВЕДЕНИЕ

В настоящее время безопасность и  устойчивость работы техногенных объектов являются одной из базовых, стратегических проблем человечества на пути к устойчивому  развитию. На земном шаре значительно  возросло количество техногенных опасностей, угрожающих обществу, окружающей среде: химических, биотехнологических, атомных, оружейных, что существенно расширяет  критическую зону для человека и  природы. Чрезвычайные ситуации, катастрофы, аварии на гидротехнических, химических и военных производствах, газо- и  нефтепроводах, АЭС становятся частым и обычным явлением.

По  данным ряда ученых, такие события, как стихийные бедствия, техногенные  аварии, характеризуются ростом их числа на 57%, ростом ущерба — на 5,1, ростом количества жертв — на 6,1% ежегодно. Эта же тенденция будет  сохраняться и усиливаться до 2030 г. (Проект Государственной стратегии  устойчивого развития Российской Федерации).

Нынешний  этап развития цивилизации — это  этап разрастающегося социально-экологического кризиса, преодоление которого требует  пересмотра всех основных "истин" в экономической, социальной, демографической  и экологической сферах на основе согласования их с законами биосферы и вытекающими из них ограничениями.

Перед миром встает огромная проблема: научиться  моделировать, прогнозировать техногенные  катастрофы, исключить момент "привыкания" к их возникновению и создать  масштабные управленческие системы, не только организационно-технически, но и морально-психологически готовые  к упреждающим действиям. В отношении  к этим объектам позиция "ликвидации последствий" во многом является неприемлемой, хотя и здесь должна быть полная готовность. Размеры разрушающих  последствий могут быть настолько  велики, что надолго способны парализовать все ресурсы общества и природы. Все это налагает на производство и эксплуатацию такого рода объектов со стороны общества, субъектов управления особую ответственность не только в  виде существенных капиталовложений и соответствующей технической вооруженности, но и всесторонней готовности на долгосрочной основе осуществлять масштабные меры профилактики, прогнозирования. Речь также идет о создании средств и систем упреждающего реагирования, прежде всего, научно-аналитических, информационных, способных предупреждать техногенные катастрофы. Назрела необходимость создания и надежного функционирования упреждающей системы управления техногенными объектами.

Анализ  показывает, что эти объекты во многом сегодня находятся в состоянии  чрезвычайной ситуации, ряд из них  не имеет надежной упреждающей защиты. Тактические средства быстрого реагирования на требования экстремальной ситуации, в том числе и информационно-аналитические, представляются далеко не оптимальными.

Поэтому новое, насущное требование современной  ситуации не только в России, но и  в мире — это использование  нетрадиционных, инновационных технологий.

Безопасность  — одна из первейших потребностей человека, общества, государства, человечества. Ее сущность заключается в способности  отражать, предупреждать, устранять  опасности, угрожающие существованию  указанных выше субъектов, а также  разрушающие их фундаментальные  интересы, без удовлетворения которых  немыслимы жизнь, благополучие, развитие и прогресс.

Своевременно  устранять опасность возможно в  случае адекватных методов, направленных на борьбу с ней. Выработка таких  методов немыслима без подробного и всеобъемлющего изучения причин, ее порождающих. Следовательно, говоря о безопасности, мы всегда подразумеваем  существование целого ряда причин, ее обусловливающих в различных  сферах жизни человеческого общества, а также, меры для их устранения. Важно заметить, что, рассматривая современное  общество, многие ученые и специалисты  различных областей знания отмечают, что его качественной особенностью, неотъемлемой чертой его внутренней жизни является систематическое взаимодействие с угрозами и разрушениями, порождаемыми перманентным процессом модернизации, ставшим характерной чертой современной цивилизации, и полагают, что "производство рисков" — социальный процесс. В развитом обществе социальное производство материальных ценностей систематически сопровождается "социальным производством риска". Иначе говоря, в определенном отношении это катастрофическое общество, которое требует смены социологической парадигмы. Одной из характерных черт новой парадигмы развития должно быть государственное прогнозирование и регулирование процесса модернизации, переход от неограниченного к ограниченному риску, когда приоритетом является сохранение, защита природы и человека, предотвращение опасности.

 

1 Постановка  задачи

В данной работе рассматривается нефтехранилище, состоящее из 4-х резервуаров, каждый из которых имеет объем 100 000 . Расположено нефтехранилище на территории села Южная – Озереевка в Приморском районе муниципального образования город Новороссийск.Ближайший населенный пункт – Абрау-Дюрсо -  находится на расстоянии 5,2 км.

Цель  функционирования нефтехранилища –  хранение нефтепродуктов при заложенных условиях в течение заданного  времени. Анализ данного объекта  показывает, что он относится к  разряду пожаровзрывоопасных объектов, а исходя из классификации подобных объектов по объемам хранимого ими  взрывоопасного вещества, данное нефтехранилище относится к первому классу опасности (самый опасный).

Чтобы система (нефтехранилище) могла выполнять  свою цель, для которой она создана, система должна быть устойчива, то есть она должна продолжать выполнять  свои функции при условиях внешних воздействий в течение заданного времени.

Источниками ЧС на таких объектах могут быть факторы:

− природно - экологические – нефтехранилище расположено в сложных геологических условиях, в сейсмоопасной и паводкоопасной зонах;

 − техногенно - производственные – непредвиденные и нежелательные последствия штатного функционирования технологических систем, отказы и аварии на технологическом оборудовании;

 −  антропогенно - социальные – халатность обслуживающего персонала, теракты, военные конфликты.

Степень и характер воздействия этих факторов зависят от их собственных параметров, расстояния от объекта до источника опасности, технических характеристик зданий, сооружений и оборудования, планировки объекта, природных условий. Площадь зон поражения может в десятки и сотни раз превышать площадь объектов. Это позволяет при проведении оценочных расчетов допускать, что все элементы объекта подвергаются почти одновременному воздействию поражающих факторов, а сами параметры считать одинаковыми на всей территории.

В качестве антропогенного источника ЧС рассматриваем  военные действия, в процессе которых  противник наносит бомбовый удар по нефтехранилищу авиабомбой мощностью 100 кг в тротиловом эквиваленте.

Принимаем, что по резервуару №3 нанесен удар обычным боеприпасом мощностью 100 кг в тротиловом эквиваленте.

Для анализа  развитий последствий удара авиабомбой по одному из резервуаров и оценки масштабов ЧС необходимо построить  дерево событий и сформировать сценарий. Разработать модель оценивания поражающих факторов ЧС и определить степень  устойчивости объекта к такому воздействию. Кроме того оценим мощность бомбы, при  ударе которой по нефтехранилищу произойдет разрушение всех резервуаров.

 

 

 

 

 

2 Объект исследования

В данной работе рассматривается нефтехранилище, состоящее из четырех резервуаров, каждый из которых имеет объем 100 000 . Расположено оно в районе города Новороссийска, на территории поселка Южная – Озереевка.

Южная – Озереевка – курортный поселок на побережье Черного моря, административно входящий в состав Новороссийска, находится в 12-ти км от центра города, в 10-ти км от знаменитого поселка Абрау-Дюрсо. Официальное название – Южная – Озереевка, но в народе и в некоторых информационных источниках также широко употребляется топоним «Южная Озерейка». Курортный поселок расположен в пологой горной долине с удобным рельефом и типичной южной растительностью. Климат в районе Новороссийска близок к средиземноморскому. В зимнее время здесь господствуют воздушные массы умеренных широт, летом — тропических. Ежегодно, чаще всего с ноября по март, в районе Новороссийска может возникать шквальный ветер, который называют норд-ост или бора. Он возникает при вторжении на Черноморское побережье холодного воздуха с северокавказского плато. При этом массы холодного воздуха, переваливающиеся через горы, со стороны города выглядят гигантскими клубами сахарной ваты. При возникновении норд-оста происходит резкое понижение температуры воздуха (за считанные часы температура может понизиться на 10—15 градусов). Помимо Новороссийска, такое явление наблюдается также на Средиземноморском побережье Франции, на Новой Земле, на Урале, и даже в Антарктиде. В течение двух-трёх суток (и до нескольких недель) Новороссийская бухта становится несудоходной. Скорость ветра достигает 30—70 м/с, поэтому на время шторма суда вынуждены выходить в открытое море. В XIX веке продолжительность норд-оста была около трёх месяцев, но сейчас обычно гораздо меньше.

 

 

 

 

Таблица 1 – Климат Новороссийска

Показатель	Янв	Фев	Мар	Апр	Май	Июн	Июл	Авг	Сен	Окт	Ноя	Дек	Год
Средняя температура,°С	2,3	2,7	5,8	10,5	15,8	20,2	23,7	23,6	19,1	14,3	8,6	4,8	12,6
Норма осадков, мм	84	74,1	56,5	49,2	43	58,2	59,8	46,5	51,8	56,8	74,8	103,6	758,3

 

 

3 Общие сведения о горении

Горением называется сложный физико — химический процесс взаимодействия горючего вещества и окислителя, характеризующийся самоускоряющимся превращением и сопровождающийся выделением большого количества тепла и света. Обычно в качестве окислителя участвует кислород воздуха, которого содержится около 21%.

Для возникновения и развития процесса горения необходимы: горючее вещество, окислитель и источник воспламенения, инициирующий реакцию.

Горючее вещество и окислитель должны находиться в определенных соотношениях друг с другом.

Горение, как правило, происходит в газовой фазе. Поэтому горючие вещества, находящиеся в конденсированном состоянии (жидкие, твердые материалы), для возникновения и поддержания горения должны подвергаться газификации (испарению, разложению), в результате которой образуются горючие пары и газы в количестве, достаточном для горения.

В зависимости от агрегатного состояния горючих веществ горение может быть гомогенным и гетерогенным.

Гомогенное горение: компоненты горючей смеси находятся в газообразном состоянии. Причем, если компоненты перемешаны, то горение называют кинетическим. Если не перемешаны – это диффузионное горение.

Гетерогенное горение характеризуется наличием раздела фаз в горючей смеси (горение жидких и твердых горючих веществ в среде газообразного окислителя).

Горение различается также по скорости распространения пламени и в зависимости от этого фактора оно может быть:

• дефляграционным (скорость пламени в пределах нескольких метров с секунду);
• взрывным (скорость пламени до сотен метров в секунду);
• детонационным (скорость пламени порядка тысяч метров в секунду).

Кроме того различают: ламинарное горение, характеризуемое послойным распространением фронта пламени по горючей смеси; турбулентное, характеризуемое перемешиванием слоев потока и повышенной скоростью выгорания.

Равномерное распространение горения устойчиво лишь в том случае, если оно не сопровождается повышением давления. Когда горение происходит в замкнутом пространстве, или выход газообразных продуктов затруднителен, то повышение температуры приводит к интенсивному расширению газовых объемов и взрыву.

Под взрывом понимают быстрое превращение веществ, сопровождающееся выделением энергии и образованием сжатых газов, способных производить работу.

Пожаром называется неконтролируемое горение вне специального очага, наносящее материальный ущерб и представляющее опасность для людей.

 

 

 

 

 

 

4 Пожаровзрывоопасные свойства веществ

Для оценки возможности возникновения и развития пожара необходимо знать пожаровзрывоопасные свойства веществ и материалов в условиях их производства, переработки, транспортировки и хранения.

К пожаровзрывоопасным свойствам веществ относятся:

1. Горючесть – способность вещества или материала к горению. Горючесть зависит от состояния системы «вещество – окислитель»: температуры, давления и объема. Горючесть пылей зависит от их измельчения.
2. По горючести вещества и материалы подразделяются на три группы:
1. негорючие (несгораемые) – вещества и материалы, неспособные к горению в воздухе;
2. трудно горючие (трудно сгораемые) – вещества и материалы, способные возгораться в воздухе от источника зажигания, но не способные самостоятельно гореть после удаления источника зажигания;
3. горючие (сгораемые) – вещества и материалы, способные самовозгораться, а также возгораться от источника зажигания и самостоятельно гореть после его удаления.

Из группы горючих веществ и материалов выделяют легковоспламеняющиеся. К ним относятся вещества и материалы, способные воспламеняться от кратковременного (до 30 секунд) воздействия источника зажигания с низкой энергией.

3. Температура вспышки. Вспышка — быстрое сгорание горючей смеси, не сопровождающееся образованием сжатых газов и не переходящее в стационарное горение. Температурой вспышки называется самая низкая температура горючего вещества, при которой (в условиях специальных испытаний) над его поверхностью образуются пары или газы, способные вспыхивать от источника зажигания, но скорость их образования еще не достаточна для возникновения устойчивого горения.
4. Температура воспламенения. Температурой воспламенения называется температура вещества, при которой (в условиях специальных испытаний) вещество выделяет горючие пары и газы с такой скоростью, что после их зажигания возникает устойчивое пламенное горение.
5. Температура самовоспламенения. Это самая низкая температура вещества, при которой (в условиях специальных испытаний) происходит резкое увеличение скорости экзотермических реакций, заканчивающихся пламенным горением. 
6. Нижний и верхний предел распространения пламени.

Нижний концентрационный предел распространения пламени (предел воспламенения) – это такая объемная (массовая) доля горючего вещества в смеси с окислительной средой (выраженная в % или мг/м3), ниже которой смесь становится неспособной к распространению пламени, т.е. это минимальное содержание горючего вещества в горючей смеси (вещество – окислитель), при котором возможно распространение пламени на любое расстояние от источника зажигания.

Верхний концентрационный предел распространения пламени – это такая объемная (массовая) доля горючего в смеси с окислительной средой, выше которой смесь становится неспособной к распространению пламени.

Область распространения пламени (область воспламенения) – это область объемных (массовых) долей горючего вещества в смеси с окислительной средой, заключенная между нижним и верхним концентрационными пределами.

ж) Температурные пределы распространения пламени. Это такие температуры вещества, при которых его насыщенные пары образуют в определенной окислительной среде концентрации, равные соответственно нижнему (нижний температурный предел) и верхнему (верхний температурный предел) концентрационным пределам распространения пламени.

з) Минимальная энергия зажигания. Это наименьшая энергия искрового разряда, способная воспламенить наиболее легковоспламеняющуюся смесь вещества с воздухом.  

 

5 Построение логического дерева событий

Построение логического  дерева событий позволяет определить развитие возможных пожароопасных  ситуаций и пожаров, возникающих  вследствие реализации инициирующих пожароопасную  ситуацию событий. Анализ дерева событий  представляет собой "осмысливаемый  вперед" процесс, то есть процесс, при  котором исследование развития пожароопасной  ситуации начинается с исходного  события с рассмотрением цепи последующих событий, приводящих к  возникновению пожара.

При построении логических деревьев событий учитываются следующие  положения:

• выбирается пожароопасная ситуация, которая может повлечь за собой возникновение аварии с пожаром с дальнейшим его развитием;
• развитие пожароопасной ситуации и пожара должно рассматриваться постадийно с учетом места ее возникновения на объекте оценки риска, уровня потенциальной опасности каждой стадии и возможности ее локализации и ликвидации. На логическом дереве событий стадии развития пожароопасной ситуации и пожара могут отображаться в виде прямоугольников или других геометрических фигур с краткими названиями этих стадий;
• переход с рассматриваемой стадии на новую определяется возможностью либо локализации пожароопасной ситуации или пожара на рассматриваемой стадии, либо развития пожара, связанного с вовлечением расположенных рядом технологического оборудования, помещений, зданий и т.п. в результате влияния на них опасных факторов пожара, возникших на рассматриваемой стадии. Условные вероятности переходов пожароопасной ситуации или пожара со стадии на стадию одной ветви или с ветви на ветвь определяются, исходя из свойств вовлеченных в пожароопасную ситуацию или пожар горючих веществ (физико-химические и пожароопасные свойства, параметры, при которых вещества обращаются в технологическом процессе и т.д.), условной вероятности реализации различных метеорологических условий (температура окружающей среды, скорость и направление ветра и т.д.), наличия и условной вероятности эффективного срабатывания систем противоаварийной и противопожарной защиты, величин зон поражения опасными факторами пожара, объемно-планировочных решений и конструктивных особенностей оборудования и зданий производственного объекта. При этом каждой стадии иногда присваивается идентификационный номер, отражающий последовательность переходов со стадии на стадию;
• переход со стадии на стадию, как правило, отображается в виде соединяющих линий со стрелками, указывающими направления развития пожароопасной ситуации и последующего пожара. При этом соединения стадий должны отражать вероятностный характер события с выполнением условия "или" или "да", "нет";
• для каждой стадии рекомендуется устанавливать уровень ее опасности, характеризующийся возможностью перехода пожароопасной ситуации или пожара на соседние с пожароопасным участки объекта;
• при повторении одним из путей части другого пути развития для упрощения построения логического дерева событий иногда вводят обозначение, представляющее собой соответствующую линию со стрелкой и надпись "на стадию (код последующей стадии)".

При анализе логических деревьев событий руководствуются следующими положениями:

• возможностью предотвращения дальнейшего развития пожароопасной ситуации и пожара зависит от количества стадий и времени их протекания (то есть от длины пути развития пожароопасной ситуации и пожара). Это обусловливается большей вероятностью успешной ликвидации пожароопасной ситуации и пожара, связанной с увеличением времени на локализацию пожароопасной ситуации и пожара и количеством стадий, на которых эта локализация возможна;
• наличием у стадии разветвлений по принципу "или", одно из которых приходит на стадию локализации пожароопасной ситуации или пожара (например, тушение очага пожара, своевременное обнаружение утечки и ликвидация пролива, перекрытие запорной арматуры и т.п.), свидетельствует о возможности предотвращения дальнейшего развития пожароопасной ситуации и пожара по этому пути.

Значение частоты реализации отдельной стадии дерева событий  или сценария определяется путем  умножения частоты возникновения  инициирующего события на условную вероятность развития по конкретному  сценарию.

Для легковоспламеняющихся  жидкостей с температурой вспышки  менее +28 °C должны использоваться условные вероятности воспламенения как  для двухфазной среды.

При определении условных вероятностей реализации различных  сценариев должны приниматься во внимание свойства поступающих в  окружающее пространство горючих веществ, условные вероятности реализации различных  метеорологических условий (температура  окружающей среды, скорость и направление  ветра и т.д.), наличие и условные вероятности эффективного срабатывания систем противоаварийной и противопожарной  защиты и т.д.

Составим  дерево событий для рассматриваемого объекта.

В ходе работы будем рассматривать вариант  разрушения резервуара №3 с таким  последствием как пожар пролива, а также самый пессимистический вариант развития событий – разрушение одновременно четырех резервуаров  от сброса бомбы достаточной мощности.

 

Рисунок 1 – Дерево событий

 

6 Составление сценариев развития событий

Сценарий  №1. После сброса авиационного снаряда  мощностью 100 кг тротила на резервуар  №3 данный резервуар будет полностью  разрушен, после чего произойдет разлитие нефтепродуктов в пределах обвалования  и начнется пожар пролива. Для  данного сценария необходимо рассчитать величины избыточного давления ударной  волны от взрыва на другие резервуары, а также посчитать тепловое воздействие  от пожара пролива на ближайший резервуар№4.