Использование устаревших технологий хранения нефтепродуктов несет потенциальную опасность для населения и территории, особенно в условиях ЧС. При эксплуатации объектов хранения вследствие больших и малых дыханий в атмосферу могут выделяться токсичные и/или легковоспламеняющиеся вещества, что приводит к загрязнению окружающей среды углеводородами и их соединениями, а также несет риск возникновения пожаровзрывоопасных ситуаций [1].
В этой связи особую актуальность приобретает исследование существующих методических подходов к оценке пожарной опасности объектов хранения нефтепродуктов для населения и территории при «больших дыханиях», а также количественная и качественная оценка возможности образования пожара и/или взрыва.
Основная доля потерь (табл. 1) от испарения на протяжении всего пути нефтепродуктов от заводов до потребителей, на самих заводах и движения нефти от промысла до нефтеперерабатывающих заводов приходится на резервуары (0,02 – при транспорте и хранении на нефтебазах и нефтепродуктопроводах нефти и нефтепродуктов; 0,035 – на нефтеперерабатывающих заводах; 0,04 – безвозвратные потери на нефтепромыслах).
Таблица 1
Потери нефтепродуктов и нефти [2]
|
Источники потерь |
Потери, % |
|
В резервуарах |
64,8 |
|
В том числе: |
|
|
От «больших дыханий» |
54,0 |
|
От выдуваний |
4,6 |
|
От газового сифона |
0,9 |
|
При зачистке |
5,3 |
|
В насосных станциях |
2,3 |
|
С канализационными стоками |
7,5 |
|
В линейной части |
23,5 |
|
В том числе: |
|
|
От утечек |
22,3 |
|
От аварий |
1,2 |
|
При наливе железнодорожных цистерн |
1,84 |
Сокращение нормативных и сверхнормативных потерь остается одной из постоянных проблем в области транспорта и хранения нефти. В данном направлении была проделана существенная работа, но размеры потерь достаточно велики. Сложный путь транспортировки и хранения, перевалки и распределения проходят нефть и нефтепродукты. Ориентировочно можно считать, что нефтепродукты подвергаются более чем двадцати перевалкам до непосредственного применения (0,75 – потери от испарения; 0,25 – потери от аварий и утечек) [2].
На резервуарные парки приходилось до 0,7 потерь в системе Госкомнефтепродукта в начале 1970-х гг., причем от испарения при «больших» и «малых» дыханиях около 0,65.
При наливе нефти и нефтепродуктов в цистерны в Великобритании потери от испарения оцениваются в размере 0,4/0,6 % и достигают 120000 т в год. Существуют установки регенерации паров, но путем охлаждения, адсорбции либо конденсации они малоэффективны. Создаются наиболее совершенные, новые методы с применением фильтрования через углеродную насадку. Американские подобные установки уже позволяют регенерировать до 0,95, однако результативны только лишь при высокой оборачиваемости резервуаров и концентрации углеводородов в паровоздушной смеси более 0,35 [2].
Различные мероприятия, проведенные для снижения потерь, дают положительный эффект. Но по официальным данным заметно, что они еще достаточно велики. Таким образом, только за один месяц естественная убыль нефти составила из отчета Сургутского РНПУ 3370 т [2].
Качественные и количественные потери имеют не только экономическую оценку, но и определяют потенциальную угрозу возникновения пожарной и пожаровзрывоопасной ситуации при наличии источника зажигания.
Для тушения пожаров и устранения аварий на объектах хранения нефти и нефтепродуктов требуется привлечение большого количества сил и средств, так как такие ЧС характеризуются затяжным характером и обширной площадью развития горения. От нескольких часов до нескольких суток может потребоваться для полной ликвидации горения. Подобные пожары в определенных случаях могут привести к человеческим жертвам. Установлено, что горение нефтепродуктов, хранящихся в резервуаре, может сопровождаться мощным тепловым излучением в окружающую среду, а высота светящейся части пламени составлять 1–2 диаметра горящего резервуара. При пожарах на таких объектах горение сопровождается выбросами горящей жидкости и взрывами, а также может распространяться с очень большой скоростью. Основными непосредственными (техническими) причинами пожаров [3] являются: воспламенение смеси паров нефтепродукта с воздухом от источников зажигания различной природы (0,76), ремонтные работы (резка металла, очистные, сварочные работы и др.) (0,14). В то же время согласно сведениям СЭУ ФПС ИПЛ [3] основными источниками зажигания являются: разряд статического электричества (0,151), фрикционные искры (0,145), нагретые до высоких температур детали оборудования, узлы и поверхности (0,128), пирофорные отложения (0,128), электрические искры (0,108), при проведении сварочных работ раскаленные частицы металла (искры) (0,099), тепловые проявления аварийного режима работы электрооборудования (0,085), открытое пламя (0,085).
Одним из инструментов количественного анализа возможного развития ЧС является на основе стандарта ГОСТ 54145-2010 метод построения «дерева событий», который с учетом вероятности может дать количественную оценку возможности пожара и/или взрыва [4].
На рис. 1 приведен пример локальной разгерметизации резервуара с бензином в виде дерева событий [5].
Рис. 1. Локальная разгерметизация резервуара с бензином – пример дерева событий
Из рис. 1 видно, что качественную и количественную оценку степени опасности ЧС в полной мере провести невозможно, так как в дереве событий не анализируются процессы взаимодействия разлива нефтепродуктов с окружающей средой, которые определяются множеством неучтенных факторов. Наличие и статистика зажигания определяется на основе статистических данных с учетом вероятностной природы.
Анализ отечественных и зарубежных источников показал, что на сегодняшний день отсутствует единая методологическая база по количественной оценке объемов больших дыханий, которые несут угрозу возникновения пожаров при наличии источника зажигания.
Среди наиболее используемых можно выделить четыре методики количественной оценки объемов выдоха больших дыханий [6…10]. При анализе данных методических подходов выявлен ряд особенностей учета входных параметров, влияющих на величину большого дыхания. Результаты анализа учитываемых параметров в виде входных данных (исходных данных) представлены в табл. 2.
Таблица 2
Результаты анализа входных данных [11]
|
Входные данные (исходные данные) |
Методика |
|||||
|
[6] |
[7] |
[8] |
[9] |
[10] |
||
|
1 |
Объем закачиваемого нефтепродукта (н/пр), м3 |
+ |
– |
+ |
+ |
+ |
|
2 |
Время налива, мин |
– |
– |
+ |
– |
- |
|
3 |
Концентрация паров н/пр в выбросах, об. %, г/м3 |
+ |
+ |
+ |
+ |
+ |
|
4 |
Плотность жидкой фазы н/пр, кг/м3 |
– |
– |
+ |
– |
+ |
|
5 |
Плотность паров н/пр, кг/м3 |
+ |
+ |
– |
+ |
+ |
|
6 |
Объем газового пространства, м3 |
+ |
+ |
– |
+ |
+ |
|
7 |
Ср. температура н/пр, °С, К |
+ |
+ |
– |
+ |
+ |
|
8 |
Атмосферное давление, Па |
+ |
+ |
– |
– |
+ |
|
9 |
Парциальное давление паровоздушной смеси, Па |
+ |
+ |
– |
– |
+ |
|
10 |
Ср. мес. температура газового пространства внутри резервуара, °С, К |
– |
+ |
– |
– |
+ |
|
11 |
Характеристики дыхательного клапана |
+ |
– |
– |
– |
+ |
|
12 |
Характеристика окраски резервуара |
– |
– |
– |
– |
+ |
|
Количество учитываемых входных параметров |
8 |
7 |
4 |
5 |
11 |
|
Из табл. 2 видно, что методика [6] учитывает изменение величины выброса в зависимости от марки бензина, что обуславливается различием давлений насыщенных паров различных марок. Также данная методика учитывает зависимость объемов выброса от времени года, в соответствии со среднемесячной температурой воздуха, определяющей температуру нефтепродуктов. В то же время методика не учитывает данные особенности наливных операций, а учет влияния температуры окружающей среды используется только при расчете плотности нефтепродуктов, что определенно влияет на результат расчетов. Полученный результат не противоречит аналогичным исследованиям больших дыханий на резервуарах АЗС [12], а при учете степени износа резервуаров с помощью различных подходов – позволит оценить потенциальные экологические и пожарные риски.
Методика [7] также учитывает 7 из 12 возможных входных параметров, однако данная методика учитывает изменение давления, температуры, концентрации паров нефтепродуктов при изменении объема газового пространства резервуара.
Методика [8] не учитывает объем газового пространства резервуара, плотность паров нефтепродуктов, а также интенсивность испарения, что приводит к снижению точности результатов расчета.
В методике [9] не отражается зависимость объемов выбросов от марки бензина, а также данная методика не учитывает динамику слива/налива топлива, что приводит к искажениям результатов при расчете.
Методика [10] учитывает 11 из 12 возможных входных параметров, что является наибольшим числом среди рассмотренных методик.
Для сравнительного анализа результатов расчетов по выбранным методическим подходам использованы единые исходные данные. По результатам расчетов получены следующие величины (табл. 3).
Таблица 3
Результаты расчетов по методикам [6…10]
|
Методика |
Результат расчета, кг |
Δ, % |
|
[6] |
16 886,80 |
+36,50 % |
|
[7] |
10 607,00 |
–14,25 % |
|
[8] |
8 428,00 |
–31,87 % |
|
[9] |
8 222,18 |
–33,50 % |
|
[10] |
12 370,56 |
– |
Учитывая оперативность расчета по методике [10], а также то, что в ней учитывается наибольшее количество входных параметров – расчеты по ней взяты за основу. Из табл. 2 видно, что результаты расчетов объема большого дыхания могут отличаться от эталонного как в большую (методика [6]), так и в меньшую (методики [7…9]) сторону (рис. 2). Так, предварительная оценка величины «больших дыханий» может служить основой защитных мероприятий.
При анализе влияния входных данных на результаты расчетов в программе «TANKS Emissions Estimation Software» [10], выявлено, что наиболее целесообразно использовать белый цвет для окраски резервуара, а использование понтона приводит к снижению потерь нефти от большого дыхания на 73 %, что может положительно отразиться на состоянии окружающей среды, а с экономической точки зрения приведет к уменьшению потерь дорогостоящих легких фракций.
Рис. 2. Сравнительный анализ результатов расчетов по методикам [6…10]
По результатам анализа видно, что для определения величины выбросов паров нефти и нефтепродуктов при большом дыхании целесообразнее использовать методики [6, 7, 10], так как в них учитывается наибольшее число входных параметров, что существенно повышает их точность. Учитывая, что пары нефти и нефтепродуктов обладают способностью взрываться и гореть, точность расчета позволит повысить эффективность планирования превентивных мероприятий с точки зрения обеспечения промышленной и пожарной безопасности.