Энергетическая оценка взрывопожароопасных объектов

Введение. В Российской Федерации около половины зарегистрированных опасных производственных объектов (ОПО) являются взрывопожароопасными и относятся к I классу опасности. Среди них имеются объекты, содержащие воспламеняющиеся и горючие газы, горючие жидкости, окисляющие и взрывчатые вещества в количествах, равных или превышающих пороговое значение в соответствии с законом об ОПО [1].

Анализ взрывоопасных веществ на ОПО, их количества, агрегатного состояния показывает, что энергетический потенциал этих веществ изменяется в довольно широких пределах. Это позволяет сделать вывод о различной потенциальной опасности ОПО независимо от его класса опасности, а это необходимо учитывать при анализе опасности объекта, разработке паспорта безопасности и требований к мероприятиям по снижению масштабов воздействия взрывопожароопасных веществ на производственные и жилые объекты, их персонал и население [2, 3]. В последней редакции закона об ОПО отмечается, что если на ОПО требуется отступление от требований промышленной безопасности или последних недостаточно, необходима разработка нового документа «Обоснование безопасности ОПО», содержащего, в том числе, и сведения о результатах оценки риска аварии на ОПО и связанной с ней угрозы, что подтверждает актуальность энергетической оценки ОПО, содержащих воспламеняющиеся и горючие вещества [4].

Анализ исследований и результаты их обсуждения. Целью настоящей работы является получение дополнительных сведений об опасности ОПО, необходимых для разработки соответствующих мероприятий.

Для этого провели анализ потенциальной энергии, выделяемой при сгорании некоторых воспламеняющихся и горючих веществ, находящихся на ОПО I класса опасности, которая может существенно воздействовать на окружающую и производственную среду. Количество выделенной энергии (Э) при сгорании (взрыве) опасных веществ определяется по формуле [5]:

Э Q q, где Q – количество опасного вещества, т;

q – теплота сгорания, кДж/кг.

Анализ ОПО, относящихся к классам опасности от I до IV, показал, что на ОПО I класса опасности находятся вещества со значительным энергетическим потенциалом [1], имеющим существенный разброс по величине выделенной энергии при сгорании предельного количества, указанного в таблице 2 приложения 2 к Федеральному закону об ОПО.

Так, для ОПО I класса опасности в таблице 2 [1] приведены воспламеняющиеся и горю- чие газы в количестве более 2000 т. Анализ показателей пожарной опасности только некоторых горючих газов, например, водорода, метана и аммиака [6], показал, что энергетический потенциал при их сгорании значительно отличается друг от друга и изменяется от 240·106 мДж у водорода до 37·106 мДж у аммиака (рисунок 1), т.е. отличается по величине выделенной энергии у анализируемых опасных веществ одной группы более чем в 7 раз.

горючие газы

Рисунок 1 – Величина выделенной энергии при сгорании горючих газов, находящихся на ОПО

Энергетический потенциал при сгорании горючих жидкостей значительно выше, чем у горючих газов, т.к. их предельное количество составляет от 500000 т, что более чем в 200 раз превышает предельное количество горючих газов. При сгорании такого количества горючих жидкостей выделится значительно большее количество энергии, и они представляют большую опасность, чем горючие газы.

Так, при сгорании предельного количества, например, бензина и дизельного топлива, находящихся на товарно-сырьевых складах и базах, выделится более 22000·106 мДж энергии, или почти в 100 раз больше, чем при сгорании предельного количества водорода.

Наименьшее количество энергии будет выделено при сгорании этиленгликоля и глицерина, но и это количество энергии превышает выделенную энергию при сгорании водорода в 40–50 раз из-за значительно большего предельного количества этих опасных веществ на ОПО (рисунок 2).

При сгорании анализируемых воспламеняющихся и горючих веществ имеют место несколько поражающих факторов пожара [7, 8, 9].

Так, горение горючих газов является дефлаграционным или взрывным и сопровождается ударной волной, а горение горючих жидкостей протекает значительно медленнее – это горение гетерогенное и дополнительным поражающим фактором пожара является еще и тепловое излучение.

Оба эти фактора опасны. Первый вызывает разрушение конструкций зданий производственного и жилого назначения, а второй – вторичные пожары и ожоги людей.

Рисунок 2 – Величина выделенной энергии при сгорании горючих жидкостей, находящихся на ОПО

Анализ опасного фактора пожара – ударной волны, возникающей от избыточного давления в эпицентре горения с использованием разработанной программы [7, 8], показал, что при горении воспламеняющихся и горючих газов величина избыточного давления в замкнутом пространстве объемом 1000 м³ изменяется от 160·105 кПа у водорода и до 30·105 кПа у метана (рисунок 3). Это избыточное давление настолько велико, что вызовет быстрое и полное разрушение конструкций близлежащих зда- ний, а это повлечет значительные потери людей.

Взрыв паров легковоспламеняющихся жидкостей в замкнутом пространстве [8, 9] также сначала вызовет ударную волну с величиной избыточного давления от 24,5·105 кПа при взрыве паров ацетона до 106·105 кПа при взрыве паров бензина (рисунок 3), а затем начнется интенсивное горение жидкой фракции, вызывая сильное тепловое излучение, воздействующее на объекты и людей [9, 10, 11].

горючие газы горючие жидкости

Рисунок 3 – Величина избыточного давления при взрыве в замкнутом объеме горючих газов и горючих жидкостей

Вышеприведенный анализ проводился для объектов I класса опасности, но некоторые объекты II класса опасности (например, товарно-сырьевые склады и базы с горючими жидко- стями) будут иметь незначительно меньшие показатели по избыточному давлению при взрыве паров легковоспламеняющихся и горючих жидкостей и по тепловому излучению при их горении, чем аналогичные объекты I класса опасности, и значительно большие показатели избыточного давления взрыва их паров в сравнении, например, с метаном в количестве 2000 т, а такие ОПО относятся к I классу опасности.

Заключение. Следовательно, энергетическая оценка ОПО показывает, что некоторые объекты II класса опасности, например, ОПО с горючими газами в объемах незначительно меньших, чем у первого класса опасности, представляют большую опасность, чем объекты I класса опасности.

Поэтому при разработке паспортов безопасности ОПО, планов локализации и ликвидации последствий аварий необходимо проводить энергетическую оценку ОПО с определением не только избыточного давления взрыва воспламеняющихся и горючих газов, но и паров легковоспламеняющихся и горючих жидкостей в количестве меньшем предельного для I класса опасности ОПО, особенно находящихся в емкостях. На объектах с воспламеняющимися и горючими газами опасен не только взрыв с избыточным давлением в замкнутом пространстве в 2–3 раза меньшим, чем при взрыве паров горючих жидкостей, находящихся на товарно-сырьевых базах и складах ОПО II класса опасности, но и сильное тепловое излучение при горении горючих жидкостей.