Пожарная безопасность на Наро-Фоминской нефтебазе

Содержание:

Введение

Наро-Фоминский район расположен на юго-западе Московской области. Это один из самых крупных районов Подмосковья с развитым сельским хозяйством и промышленностью.

Северо-восточная граница проходит в 30 км от центра столицы и в 12 км от МКАД, юго-западная – в 110 км и граничит с Калужской областью. С запада район граничит с Можайским районом, с севера – с Одинцовским и Рузским, на востоке – с Подольским, а в северо-восточном направлении – с Ленинским районом г. Москвы. Центр Наро-Фоминского района – город Наро-Фоминск, расположенный в 70 км к юго-западу от Москвы.

Население города 58,3 тысяч человек. Через территорию города с северо-востока на юго-запад проходит автомобильная дорога Федерального значения Москва-Киев, а параллельно ей – железная дорога Москва-Киев.

Треть всей площади района занимают лесные массивы – 79369 км. Район изрезан густой сетью рек, таких как Протва, Нара, Пахра, Десна, относящихся к бассейну реки Ока. Наиболее крупная из них – Нара, протекающая в Наро-Фоминске длиной 150 км.

На юго-западе Наро-Фоминска расположена нефтебаза. Она является единственной в городе Наро-Фоминск базой хранения и отпуска светлых и темных нефтепродуктов. Если не считать сеть автозаправочных станций «Лукойл», то можно смело сказать, что Наро-Фоминская нефтебаза полностью обеспечивает потребности города Наро-Фоминска в светлых и темных нефтепродуктах. Поэтому вопрос противопожарной безопасности склада хранения нефтепродуктов можно с уверенностью считать одной и первоочередных задач.

Пожары нефти и нефтепродуктов на складах их хранения и особенно в резервуарах, как правило, являются сложными и крупными, и ликвидируются с большим трудом, наносят значительный ущерб.

Анализ научно-исследовательских работ и материалов исследования пожаров дает основание, что многие наблюдаемые на практике процессы возникновения и развития пожаров нефтепродуктов в резервуарах уже могут быть объяснены и предсказаны на основании имеющихся представлений.

Сложившаяся система научных знаний дает основу для научно-обоснованного решения практических вопросов пожарной безопасности складов хранения нефтепродуктов.

В настоящей дипломной работе на основании экспериментально-теоретических исследований, изучения технологического процесса рассмотрены закономерности и определения пожарной безопасности склада хранения нефтепродуктов, выдвинуты и обоснованы пожарно-технические требования к ее эксплуатации.

1. Характеристика объекта противопожарной защиты

Наро-Фоминская железнодорожная распределительная нефтебаза введена в эксплуатацию в 1949 году. Нефтебаза расположена на промышленной зоне юго-западного района г. Наро-Фоминска. Ближайшими соседями являются:

- СМП-181: 200 м от нефтебазы;

- Гортоп: 300 м от нефтебазы;

- магазин «Стройматериалы»: 200 м  от нефтебазы;

- склады РПС: 250-300 м от нефтебазы;

- хладокомбинат: 300 м от нефтебазы;

- ж/д станция Нара: 1-1,5 км.

На нефтебазе производится прием, хранение и отпуск светлых и темных нефтепродуктов. Площадь территории нефтебазы составляет 7 гектар. Реконструкции нефтебазы не проводилось, но постоянно идет ее модернизация по мере накопления денежных средств.

Общая емкость нефтебазы 16,7 тыс. м3 , из них:

- для светлых нефтепродуктов (бензин, дизтопливо) 14,9 тыс. м3;

- для темных нефтепродуктов (автомасел и спецжидкостей) 1,8 тыс м3.

Основными объектами нефтебазы являются:

- резервуарные парки светлых  и темных нефтепродуктов;

- насосная станция для слива  светлых нефтепродуктов;

- насосная станция для слива темных нефтепродуктов;

- железнодорожная эстакада для  слива светлых и темных нефтепродуктов;

- автоматизированная станция налива  светлых и темных нефтепродуктов;

- очистные сооружения;

- разливочная темных нефтепродуктов;

- насосная станция для слива отработанных нефтепродуктов;

- складское хозяйство;

- дизельная котельная;

- вспомогательные здания и сооружения (лаборатория, операторные, административно-бытовой  корпус, модуль «ОРСК», автомастерская).

Железнодорожными вагонами-цистернами нефтепродукты подаются со станции Нара по железнодорожной ветке с тупиковым ответвлением к нефтебазе на комбинированную эстакаду, оборудованную устройствами верхнего и нижнего слива. Железнодорожная эстакада выполнена из сварных металлоконструкций и приподнята над окружающей территорией на 2-3 метра.

Нефтепродукты из коллекторов по наземным трубопроводам диаметром 150-200 мм, железнодорожной эстакады откачиваются насосами, установленными в открытой насосной станции и подаются в резервуарный парк.

Резервуарный парк светлый нефтепродуктов (далее - СНП) расположен на площадке, находящейся на самой высокой отметке. Площадка занимаемая резервуарным парком СНП – 13825 м2.

В этом парке установлены резервуары типа:

РВС – 200: 4 шт.

РВС – 700: 3 шт.

РВС – 1000: 2 шт.

РВС – 2000: 2шт.

РВС – 3000: 2 шт.

Один резервуар РВС – 1000 и один РВС – 2000 оборудованы понтонами. Каждый резервуар РВС – 3000, РВС – 2000, РВС – 1000, РВС – 700, РВС – 200 (без понтонов) оборудован одним дыхательным клапаном типа НДКМ или ДК, одним предохранительным клапаном типа ПКС, одним измерителем уровня, световыми люками и другим оборудованием.

Перед дыхательными и предохранительными клапанами установлены огнепреградители типа ОП. Каждый резервуар с понтоном оборудован одним вентиляционным патрубком и огнепреградителем.

В резервуарах хранятся следующие светлые нефтепродукты:

- бензин А-76: РВС – 3000 №10, РВС  – 2000 №21, РВС – 1000 №26;

  бензин АИ-92: РВС – 2000 №22, РВС  – 700 №24;

  бензин АИ-95: РВС – 7000 №23, РВС  – 200 №32, 31, 30;

- дизельное топливо:

  летнее: РВС – 3000 №11, РВС – 1000 №25;

  зимнее: РВС – 700 №28, РВС – 200 №29.

Уровень взлива нефтепродуктов в резервуарах около 9 м. Резервуарный парк светлых нефтепродуктов имеет земляное обвалование по его периметру, а так же внутри его образует четыре каре СНП:

1 каре  РВС – 3000 №10

             РВС – 3000 №11

2 каре  РВС – 700 №23

             РВС – 1000 №22

             РВС – 2000 №21

3 каре  РВС – 700 №24

            РВС – 1000 №25

            РВС – 1000 №26

4 каре  РВС – 200 № 32, 31, 30, 29

            РВС – 700 №28

Предусмотрен выпуск дождевых вод из обвалования через канализационный колодец по трубопроводу диаметром 200 км, оборудованному гидрозатвором.

Хранение различных масел (М-8, М-10, М-6, ТЭП-15 и др.) осуществляется в 12 остальных резервуарах масляной группы (РВС – 100, РВС – 200, РВС – 700 и в горизонтальных резервуарах), находящихся в резервуарном парке темных нефтепродуктов площадью 4675 м2. Резервуары для хранения масел оборудованы вентиляционными патрубками. Площадка имеет земляное обвалование. Из резервуаров нефтепродукты забираются (откачиваются) насосами автоматизированной станции налива светлых нефтепродуктов и подаются соответственно в автоцистерны, в бочки и масляные баки.

Автоматизированная станция налива светлых нефтепродуктов АСН – 5Н (автомобильная эстакада) оборудована 10 отпускными устройствами (стояками) диаметром 80 мм.

Под налив подаются автоцистерны 1,8; 2; 4; 8; 10; 12; 16 м3, оборудованные горловинами различных диаметров. Наливные устройства оборудованы датчиками предельного уровня разлива.

Наливная эстакада масел (открытая расфасовочная) оборудована тремя стояками. Предотвращение потерь и утечек на нефтебазе достигается за счет:

1. Поддержание технической исправности и герметичности резервуаров;
2. Оснащение резервуаров соответствующим оборудованием (дыхательные и предохранительные клапаны и т.д.) и содержание в исправном состоянии задвижек, хлопушек, пробоотборников, уровнемеров, люков, пеногенераторов, огнепреградителей, молниеприемников и т.д.;
3. Наличие ограничителей уровня для предотвращения перелива нефтепродуктов из резервуаров;
4. Систематический контроль герметичности клапанов, сальников, фланцевых соединений, диафрагм, пеногенераторов и тому подобного оборудования.

Рис. 3 Схема технологического процесса.

1. Железнодорожная эстакада.
2. Резервуарный парк.
3. Автомобильная эстакада.

2.2 Пожаровзрывоопасные свойства нефтепродуктов, обращающихся в нефтебазе

Пожарная опасность объектов нефтебазы характеризуется пожароопасными свойствами веществ и материалов, обращающихся в технологическом процессе, их количеством, возможностью образования горючих концентраций в резервуарах, автоцистернах, железнодорожных вагонах-цистернах и на территории нефтебазы, возможностью появления источников зажигания и путями распространения пожара.

Основными веществами, обращающимися на нефтебазе, являются: бензины А-76, АИ-93, АИ-95, дизельные топлива «летние» и «зимние», масла марок М-8, М-6, ТЭП-15 и дизельное.

Бензины А-76, АИ-93, АИ-95, ПВЖ плотностью 798 кг/м3, молекулярная масса 97,2, температура вспышки – 27°С, самовоспламенения - 370°С, концентрационные пределы распространения пламени 0,96 - 4,96 % об., температурные пределы распространения пламени – 27-3°С, минимальная энергия зажигания 0,2 – 0,5 мДж. Бензины при горении прогреваются в глубину, образуя все возрастающий гомотермический слой, скорость нарастания прогретого слоя 0,7 м/ч, температура прогретого слоя 80-100°, температура пламени 1200°С.

Дизельные топлива «Л» и «З», ГЖ и ЛВЖ, молекулярная масса 172,3 и 203,6 соответственно, плотность 824 и 804 кг/м3, температура вспышки 65°С и 48°С, самовоспламенения 210°С и 225°С, температурные пределы распространения пламени 58~108°С и 43~92°С. Нижний концентрационный предел распространения пламени 0,52 и 0,61 % об.

Масла М-8, М-10, М-6, ТЭП-15, соляровые, ГЖ: температура вспышки более 100°С.

Как видно из приведенных свойств веществ, обращающихся на нефтебазе, наиболее опасными из них являются бензины, имеющие температуры вспышки и воспламенения ниже 0°С, способные образовывать паровоздушные взрывоопасные смеси даже при отрицательных температурах наружного воздуха.

1.2 Основные  причины пожаров в резервуарном  парке

Пожар в резервуарном парке начинается, как правило, со взрыва смеси паров жидкости с воздухом, находящейся  газовом пространстве между крышей и поверхностью жидкости в резервуаре. В результате взрыва происходит полное или частичное разрушение крыши резервуара и загорается жидкость на всей свободной поверхности. Значительно реже взрыв паровоздушной смеси сопровождается разрушением стенок резервуара с изливом его содержимого наружу.

Если концентрация смеси паров горючей жидкости с воздухом в резервуаре будет выше верхнего концентрационного предела воспламенения, то пожар, чаще всего, начинается с воспламенения и факельного горения струи, выходящей через дыхательную арматуру, открытые люки или через неплотности в крыше и верхней части корпуса резервуара.

Примерную опасность концентрации паровоздушной смеси в резервуаре и последствия, которые могут иметь место при ее воспламенении, можно установить сравнивая температуру жидкости (tж) хранимой в резервуаре, с величиной ее температурных пределов воспламенения. Так концентрация паровоздушной смеси в резервуаре будет взрывоопасной если:

tнпрп - Δtн < tж < tвпрп + Δ tв

где: tнпрп – температура нижнего предела распространения пламени, °С.

tвпрп – температура верхнего предела распространения пламени, °С.

Δt – коэффициент безопасности, выраженной в виде температурной поправки.

Коэффициент безопасности Δt может быть определен расчетом или взят условно в пределах 10-15°С (что будет соответствовать коэффициенту запаса равному 2). Температурные пределы распространения пламени берут из справочных пособий [ ] или определяют расчетом.

tнпрп = Кн · tнк – lн

tвпрп  = Кв · tнк – lв

где: tнк – температура начала кипения нефти и нефтепродуктов, °С.

       коэффициенты K и l для всех сортов нефтепродуктов  принимают равными:

Кн = 0,82 : lн = 86

Кв = 0,7   : lв = 42

Необходимо конечно иметь в виду, что температурные пределы распространения пламени, применяемые для оценки опасности паровоздушной смеси в газовом пространстве резервуаров, характеризуют опасность сравнительно равномерной концентрации насыщенных паров нефтепродуктов. Резкое изменение температуры, неравномерный обогрев стенок, а так же проведение различных технологических операций, даже при постоянной температуре окружающей среды и продукта, приведет к изменению концентрации паров в резервуаре.

Если резервуар после взрыва паровоздушной смеси загорелся, то в первые же минуты горения на поверхности жидкости устанавливается температура, близкая к температуре ее кипения. Для нефтепродуктов эта температура непостоянна и в большинстве случаев превышает 100°С, постоянно увеличиваясь по мере выгорания жидкости.

Скорость выгорания жидкости зависит от ее летучести, условий горения и скорости ветра. Ориентировочные значения скорости выгорания нефтепродуктов приведены в таблице №1.

Таблица №1

Следовательно, при пожаре с одного м2 площади зеркала горения будет выгорать от 90 до 240 кг/м2 · ч  жидкости. Имея в виду, что теплота горения нефтепродуктов составляет 44000 кДж/кг при пожаре будет выделяться очень большое количество тепла.

Стенка резервуара выше уровня горючей жидкости под воздействием теплоты пожара сильно раскаляется и через 15-20 минут от начала пожара деформируется, если не приняты меры к ее охлаждению.

Под действием теплового потока от горящего резервуара, а при ветре и за счет непосредственного воздействия пламени, будут нагреваться стенки, крыши, дыхательная и другая арматура на соседних резервуарах. Нагрев дыхательной арматуры опасен тем, что прогретый до высоких температур огнепреградитель перестает выполнять свои защитные функции и, при наличии взрывоопасной смеси внутри резервуара, воспламенение ее приведет к проскоку пламени внутрь резервуара, т.е. приведет к его взрыву. Если в резервуаре концентрация паров выше верхнего предела распространения пламени, то образующееся при нагреве стенок избыточное давление приведет к выходу паровоздушной смеси через дыхательную арматуру и воспламенению ее. Горение факелов паров над арматурой будет дополнительно подогревать ее и конструкции резервуара – увеличится факел, может произойти деформация конструкции.

Если в соседних с горящим резервуарах концентрация паров была ниже нижнего предела распространения пламени, то нагревание стенок и арматуры при пожаре за счет теплоты излучения может привести к более интенсивному испарению нефтепродукта и повышению концентрации паров до взрывоопасных пределов. Горючая смесь при выходе через дыхательный клапан воспламеняется, а пламя, проскочив внутрь резервуара, вызовет его взрыв.

Угроза касания пламени соседних резервуаров возникает обычно при скорости ветра более 10 м/с, так наклон по отношению к оси резервуара в этом случае достигает 75-80°. Особо опасно действие пламени на корпус соседнего резервуара, из которого в данный момент откачивается жидкость. Раскаленные продукты горения, засасываемые внутрь резервуара, могут создать условия для взрыва резервуара.

Большую опасность представляют выбросы и выкипания нефтепродуктов из горящих резервуаров. Но так как чаще всего вскипают нефти и мазуты, в настоящей дипломной работе эти случаи не будут рассмотрены.

Значительная опасность возникновения и распространения пожара создается так же при загазованности территории резервуарного парка парами нефтепродуктов. Наземные резервуары большого объема при наполнении их жидкостью (большое дыхание) и при повышении температуры среды (малое дыхание) являются мощными источниками выброса в атмосферу паров нефтепродуктов. Так, например, в летнее время при температуре 25°С из бензиновых резервуаров с каждым м3 вытесняемой наружу через дыхательные клапаны паровоздушной смеси выбрасывается 1 кг паров бензина.

Если выбрасываемые пары не будут быстро рассеваться, это может привести к образованию взрывоопасной концентрации на большой площади резервуарного парка.

Выброс паров из резервуаров при больших и малых дыханиях, помимо указанной пожарной опасности, приводит к большим безвозвратным потерям наиболее легких и ценных фракций нефтепродуктов. Поэтому уменьшение безвозвратных потерь нефти и нефтепродуктов при хранении их в резервуарах не только снижает пожарную опасность складов, но и является важной народохозяйственной задачей, как в плане экономики, так и экологии.

Пожары в резервуарных парках нередко возникают в результате выхода наружу горючих жидкостей или их паров при механических повреждениях корпуса резервуара, его крыши или трубопроводов.

Причинами повреждения чаще всего являются образование повышенного давления при несоответствии интенсивности закачки продукта, пропускной способности дыхательной арматуры, примерзании в холодное года тарелок дыхательных клапанов или обледенения насадки огнепреградителя.

Повреждение может произойти в результате переполнения резервуара, а также при сильной коррозии материала при снижении его механической прочности при воздействии чрезмерно низкой температуры или температуры пожара.

Воспламенение паров нефтепродуктов и разлившейся жидкости помимо источников открытого огня соседних установок или открытого огня при выполнении ремонтных работ, может произойти от прямых ударов молнии, разрядов статического электричества, искр удара, трения при очистных работах и от самовозгорания пирофорных соединений, образующихся в результате коррозии металла сернистыми нефтями.

1.3 Обзор  пожаров в резервуарных парках

Наиболее показательные случаи пожаров в резервуарах сведены в таблицу №2.

Анализ тушения пожаров в резервуарных парках показывает, что на их ликвидацию затрачивается от нескольких часов до нескольких суток, и сосредотачиваются от 20 до 84 отделений на основных, специальных пожарных машинах, силами которых подается от 6 до 23 ручных, от 2 до 11 лафетных стволов для охлаждения горящих резервуаров с интенсивностью 0,4 …1,0 л/с · м и соседних с ними резервуаров с интенсивностью 0,3…0,65 л/с · м. На тушение задействуется от 4 до 30 генераторов для подачи пены средней кратности с интенсивностью 0,005 … 0,18 л/с · м  и расходуется от 4 до 900 т пенообразователя и 1300…10000 м3 воды.

При этом личному составу приходится ликвидировать горение как в резервуарах, так и в обваловании на общей площади от 500 до 8000 м2.

Таблица № 2. Анализ тушения пожаров нефти и нефтепродуктов в резервуарах в 80-х годах.

1.4 Выводы и задачи дипломного проекта

Наро-Фоминская нефтебаза является единственной в городе базой хранения и отпуска светлых и темных нефтепродуктов. Поэтому смело можно сказать, что данная нефтебаза полностью обеспечивает потребности города Наро-Фоминска в светлых и темных нефтепродуктах. Следовательно вопрос противопожарной безопасности склада хранения нефтепродуктов нужно считать одной из первоочередных задач. В целях обеспечения пожарной безопасности технологического процесса Наро-Фоминской нефтебазы должны быть рассмотрены следующие вопросы:

1. Разработан сценарий пожара при расположении нефтебазы в черте города.
2. Рассмотрена возможность нормативного варианта противопожарной защиты, обеспечивающего безопасность населения и прилегающей территории.
3. Произвести оценку опасных факторов пожара для населения и прилегающей территории на случай полного разрушения резервуара.
4. Разработаны дополнительные мероприятия по обеспечению пожарной безопасности для населения, территории и прилегающих объектов.

1. Моделирование пожарной опасности технологического процесса Наро-Фоминской нефтебазы

Моделирование пожарной опасности технологии хранения нефти и нефтепродуктов проводится с помощью «Комплексной модели возникновения и развития пожара при хранении нефтепродуктов» (рис. 2), предусматривающей постадийное развитие пожара на трех уровнях в зависимости от их масштабов и тяжести последствий на основании общих закономерностей возникновения и развития пожара, данных и реальных пожарах и результатов научно-исследовательских работ, пожар в резервуарном парке нефтепродуктов можно представить как логическую систему последовательных и взаимосвязанных процессов (явлений, событий), изображенную на рис. 4.

Рис. 4

Рис.4

2.1 Модель развития пожара  № 1

При образовании взрывоопасной концентрации снаружи резервуара вследствие «больших» и  «малых» дыханий (сцена А.1.1.) и появления источника зажигания возникает пожар на дыхательных клапанах или в местах негерметичности сочленения пенных камер с корпусом резервуара (сцена А.7.1.). При этом в зависимости от величины концентрации паровоздушной среды внутри резервуара возможно:

вариант 1.1. – устойчивое факельное горение (сцена А.7.1.);

вариант 1.2. – взрыв паровоздушной среды в резервуаре (сцена А.7.2.)

Переход пожара с устойчивого факельного горения (сцена А.7.1.) на горение на поверхности жидкости (сцена А.8.1.), вариант 1.1.1.

Взрыв резервуара (сцена А.7.2.) как правило приводит к подрыву, реже – к срыву крыши с последующим пожаром резервуара (вариант 1.2.1.).

Не исключена опасность, что взрыв паровоздушной смеси в резервуаре (сцена А.7.2.) или затяжной пожар резервуара (сцена А.8.1.) может привести к разрушению резервуара (сцена А.8.2.) с последующим образованием гидродинамической волны (сцена А.9.2.). Гидродинамическая волна способна разрушить соседние резервуары (сцена Б.2.1.), что увеличит площадь разлива горящего продукта (сцена Б.2.1.) и горение жидкой фазы (сцена Б.5.1.) на большой площади (вариант 1.2.1.1.).

Действие со сцены А.8.1. или со сцены Б.5.1. может перейти на одну из следующих сцен Б.6.1., Б.6.2., Б.6.3. или Б.6.4., что в свою очередь вовлекает в пожар смежные резервуары и другие объекты склада в крупный групповой неуправляемый пожар (вариант 1.2.1.1.1.), который может перекинуться на городскую застройку (сцена В.1.).

Как видно, безобидное факельное горение на дыхательном клапане может привести к катастрофе.

2.2. Модель  развития пожара № 2

Развитие пожара, которое начинается со сцены А.1.2. (образование взрывоопасных концентраций в резервуаре), как правило, приводит к наиболее часто встречающемуся на практике варианту «пожар резервуара» (вариант А.2.1.) или к разрушению резервуара при взрыве (сцена А.8.2.) – вариант 2.2. Характер дальнейшего развития пожара может быть аналогичен варианту сценария № 1.2., начиная со сцен А.8.2. или А.9.1.

2.3. Модель развития пожара № 3

В результате нарушения технологического режима или неисправности контрольно-измерительных приборов возможен неконтролируемый выход продукта из резервуара (сцена А.1.3.). Происходит разлив продукта (сцена А.3.1.). В зависимости от температуры вспышки продукта и количества выходящего при неконтролируемом разливе, структуры почвы можно ожидать следующие варианты развития пожара:

- загазованность территории (сцена  А.4.2.) и взрыв парогазовой фазы (сцена А.5.1.) – вариант 3.2.

- пожар разлива продукта (сцена А.5.2.) – вариант 3.2.

При взрыве парогазовой фазы пожар может сразу перейти на уровень «Б». При этом в зависимости от массы участвующих паров во взрыве, то есть от непосредственного воздействия тепловой и ударной энергии взрыва можно ожидать:

- пожары соседних зданий и  сооружений (сцена Б.6.1.) – вариант 3.1.1.;

- пожары на дыхательных клапанах  резервуаров (сцена Б.6.2.) – вариант 3.1.2.;