Пожаровзрывоопасность автозаправочных станций в городе

FIRE-AND-EXPLOSION HAZARD OF GAS STATION

Возрастающее с каждым годом число автомобилей в городах России требует и увеличения количества автозаправочных станций (АЗС), что зачастую оказывается проблематичным. Дело в том, что в соответствии с Федеральным законом № 123-ФЗ [1] пожаровзрывоопасные объекты должны размещаться не ближе 50 м от объектов городской застройки.

Обратимся к статистике. По данным средств массовой информации за семь лет (с 2006 по 2013 гг.) в России зафиксировано 27 случаев взрывов и пожаров на АЗС, из них 10 - при перекачке горючего из автоцистерны в емкость; 9 - в результате террористических актов, в основном в республиках Северного Кавказа.

Проследим за развитием характерной чрезвычайной ситуации (ЧС) на АЗС в Южной Корее летом 2010 г. (по данным Discovery Channel). При сливе топлива из автоцистерны (АЦ) в подземную емкость из-за неисправности шланга топливо разлилось по площадке АЗС, вследствие чего возник пожар пролива с образованием высокого (более 100 м) столба дыма и сажи, дрейфующего по ветру. Пожар охватил автоцистерну. В результате нагрева топлива давление в АЦ возросло, и она разрушилась. Топливо было выброшено в атмосферу, образовался мощный огневой шар.

Анализ ЧС на АЗС позволил разработать следующие сценарии развития ЧС.

Первый сценарий. В результате неисправности оборудования (обрыв шланга при перекачке топлива, трещина в шланге, неисправность насоса и др.), несоблюдения техники безопасности и других причин топливо попадает на поверхность площадки АЗС. При появлении источника зажигания происходит воспламенение паров топлива (пожар пролива) на поверхности пролива без взрыва, так как времени для образования необходимого для взрыва (т. е. находящегося между нижним (НКПВ) и верхним (ВКПВ) концентрационными пределами взрываемости) количества топливовоздушной смеси (ТВС) оказывается недостаточно.

Из-за неполного сгорания топлива образуется высокий столб дыма и сажи, который легче воздуха и может дрейфовать по ветру. Высота такого столба может достигать нескольких сотен метров. Дым и сажа могут попасть внутрь помещений через вскрытые оконные проемы и вентиляционные отверстия.

Второй сценарий . Начало ЧС протекает по первому сценарию. Однако очаг пожара не удается быстро ликвидировать, и огонь охватывает цистерну. При ее разрушении топливо под давлением попадает наружу (в атмосферу), распадаясь на мелкие капли, которые испаряясь образуют взрывоопасную ТВС. Смесь воспламеняется с образованием огневого шара с высокой температурой (до 1200 °С).

Третий сценарий . Начало развития ЧС происходит по первому сценарию: в результате аварии топливо из цистерны бензовоза попадает на площадку АЗС. Однако оно не загорается, как это было в первом сценарии, а начинает испаряться, образуя паротопливовоздушную смесь (ПТВС). Формируется стелющееся облако этой смеси, так как её плотность больше плотности атмосферного воздуха. Когда топливовоздушная смесь достигнет концентрации, находящейся между НКПВ и ВКПВ, возможен взрыв облака. Побудителем взрыва может послужить локальный пожар или случайный источник огня. В подавляющем большинстве случаев происходит дефлаграционный взрыв с образованием огненного шара и волны сжатия.

При затекании волны сжатия внутрь помещения в результате образовавшихся проемов вследствие разрушения оконного остекления, выбитых дверей и т. п. возможна гибель людей, разрушение оборудования, перегородок мебели и т. д. Причиной этого является высокое давление в волне сжатия и особенно скоростной напор при затекании её в проемы относительно небольшой площади.

Четвертый сценарий . Если в облаке ТВС, концентрация которого находится между НКПВ и ВКПВ, будет осуществлен взрыв заряда тротила (массой порядка 200 г), пластита или другого взрывчатого вещества (ВВ), то возможен детонационный взрыв топливовоздушного облака (ТВО) [2].

Детонационный взрыв характеризуется сверхзвуковой скоростью распространения пламени, созданием высокого избыточного давления (до 2000 кПа) за очень короткое время, практически мгновенно.

Поражающими факторами при детонационном взрыве газопаровоздушной смеси (ГПВС), в том числе ТВС, являются давление воздушной ударной волны и ее скоростной напор.

Оценим поражающие факторы ЧС на АЗС по предлагаемым сценариям.

Первый сценарий . По расчетам при максимальном проливе топлива массой 30 т (максимальная масса топлива в цистерне бензовоза) приведенный диаметр пролива составит 30 м, высота пламени 34 м, время горения - 12 мин [3].

На рисунке 1 представлены графики снижения интенсивности теплового излучения и вероятности поражения человека в зависимости от расстояния от него до границы пролива [3, 4].

Второй сценарий . При консервативном подходе к ЧС и массе выброшенного в атмосферу топлива 30т эффективный диаметр огневого шара составит 155 м, время его существования - 21 с [3].

Из рисунка 2 видно, что в радиусе 77,5 м (радиус огневого шара) следует ожидать 100 %-ной гибели людей. На расстоянии 100 м от центра огневого шара вероятность летального исхода людей составит 80… 90 % [5]. На расстоянии менее 200 м в зданиях произойдет разрушение окон из ПВХ-профиля, что приведет также к разрушению остекления и, как следствие, к пожару в зданиях.

Рисунок 1. Интенсивность теплового излучения q (а) и вероятность теплового поражения человека V (б) на различном расстоянии L от границы пролива: 1 – человек неподвижен; 2 – человек удаляется со скоростью 0,5 м/с

Рисунок 2. Интенсивность теплового излучения q (а), доза теплового потока Q (б) и вероятность теплового поражения человека V (в)

при воздействии на него излучения от огневого шара: 1 – человек неподвижен; 2 – человек удаляется со скоростью 2,5 м/с; 3 – человек удаляется со скоростью 5 м/с.

Третий сценарий. Рассмотрим воздействие волны сжатия дефлаграционного взрыва ТВС на некоторое здание длиной 80 м, высотой 83 м, находящееся на расстоянии 75 м от источника взрыва (рис. 3). Расчетное значение видимой скорости пламени равно 118 м/с. В отраженной волне сжатия на фасаде здания избыточное давление (нагрузка) составит 5,4 кПа (540 кгс/м2) [5]. По длине здания и по его высоте давление практически одно и то же, т.е. около 5,4 кПа, импульс взрывного давления не превышает 700 Па·с.

Рисунок 3. Изолинии уровней максимального взрывного давления при дефлаграции (план)

При избыточном давлении более 3 кПа и менее 6 кПа здание получает разрушения слабой степени. При этом в основном разрушаются заполнения оконных проемов, а также навесной фасад, если он имеется [3, 6].

Четвертый сценарий . При детонационном взрыве ТВС давление в проходящей воздушной ударной волне на расстоянии порядка 100 м (т. е. там, где начинается стилобатная часть здания) достигает примерно 15 кПа [2] (рисунок 4). В отраженной волне оно примерно удвоится. При таких давлениях стилобатная часть здания в основном будет разрушена.

Рисунок 4. Изолинии уровней максимального взрывного давления при детонации (вертикальный разрез)

На фасаде высотного здания в отраженной ударной волне избыточное давление достигнет 18,5 кПа и будет распределяться практически равномерно по всему фасаду здания. Здание получит разрушения сильной степени [6]. Однозначно будет разрушен навесной фасад, стекла оконного заполнения. Возможно разрушение стеновых панелей из легких бетонов, мягкой кровли больших площадей, воздухоприемников вентиляции, наружных антенн, повреждение некоторых конструктивных элементов, несущих нагрузку, и ряд других повреждений.

Материальный ущерб, нанесенный зданию, может составить до 60% сметной стоимости. До 1,5% людей, находящихся в здании, получат крайне тяжелые травмы, до 7 % - тяжелые и 25 % - средней тяжести. При вскрытии оконных проемов воздушная ударная волна (ВУВ) взрыва ТВС проникнет в помещение здания со стороны действия ВУВ. В помещениях, в которых оконные проемы находятся только со стороны действия ВУВ, давление достигнет 15 кПа (рисунок 5). Вероятность гибели людей (разрушений средней степени) в этих помещениях достигнет 40 %.

Рисунок 5. Изолинии уровней максимального взрывного давления (фрагмент здания)

В помещениях, окна которых располагаются и со стороны воздействия ВУВ, и с противоположной стороны, давление будет ниже (~10 кПа). Однако в таких помещениях при вскрытии оконных проемов скорость воздушных потоков достигнет значительных величин (рисунок 6).

Рис. 6 – Изолинии уровней максимальной скорости воздушного потока

Непосредственно у открытых оконных проемов скорость составит 35 м/с (116 км/ч), что больше скорости ураганного ветра (33 м/с). Причем вектор скорости будет направлен как внутрь помещения при положительном избыточном давлении, так и наружу из помещения - при отрицательном давлении и достигнет примерно 15 м/с (54 км/ч).

В заключение отметим, что чрезвычайная ситуация (пожар и тем более взрыв) на АЗС может привести к серьезным последствиям для зданий и людей, находящихся в непосредственной близости от АЗС.