Моделювання теплового впливу пожежі в резервуарі з нафтопродуктом на сусідній резервуар

Басманов Олексій Євгенович

Національний університет цивільного захисту України

https://orcid.org/0000-0002-6434-6575

Максименко Максим Володимирович

Національний університет цивільного захисту України

http://orcid.org/0000-0002-1888-4815

Олійник Володимир Вікторович

Національний університет цивільного захисту України

https://orcid.org/0000-0002-5193-1775

DOI: https://doi.org/10.52363/2524-0226-2021-34-1

Ключові слова: надзвичайна ситуація, пожежа в резервуарі, тепловий вплив пожежі, променевий теплообмін, конвекційний теплообмін

Анотація

Розглянуто прогнозування наслідків надзвичайних ситуацій, обумовлених пожежею вертикального сталевого резервуара з нафтопродуктом в резервуарній групі. Внаслідок теплового впливу пожежі на сусідні резервуари виникає загроза її каскадного розповсюдження. Обґрунтовано припущення, на які спирається модель нагріву стінки резервуара під тепловим впливом пожежі в сусідньому резервуарі. Така модель являє собою диференціальне рівняння, що описує процес передачі тепла всередині стінки резервуара, з крайовими умовами на зовнішній і внутрішній поверхнях стінки. Ці крайові умови описують теплообмін поверхонь стінок з факелом, навколишнім середовищем і пароповітряною сумішшю в газовому просторі резервуара. Модель враховує як променевий, так і конвекційний теплообмін. Отримано оцінку значення коефіцієнта взаємного опромінення з факелом для довільної точки на стінці резервуара. Показано, що після переходу до безрозмірних координат значення коефіцієнта опромінення для всіх резервуарів місткістю до 20 тис. м³ включно залежить лише від типу рідини – горючої або легкозаймистої. Із використанням методів теорії подібності отримано оцінку коефіцієнта конвекційного теплообміну в умовах вільної конвекції з навколишнім повітрям для зовнішньої поверхні стінки резервуара і з пароповітряною сумішшю в газовому просторі резервуара для внутрішньої поверхні стінки. Чисельне розв’язання рівняння теплового балансу для стінки резервуара дозволяє знайти розподіл температур по стінці в довільний момент часу. Це дозволяє визначити область на стінці резервуара, яка потребує охолодження і визначити граничний час його початку. Показано, що вже протягом 5 хвилин після початку пожежі температура частини стінки сусіднього резер-вуара, оберненої в бік пожежі, сягає небезпечних значень

Посилання

1. Yang, R., Wang, Z., Jiang, J., Shen, S, Sun, P., Lu, Y. (2020). Cause analysis and prevention measures of fire and explosion caused by sulfur corrosion. Engineering Failure Analysis, 108, 104342. doi: 10.1016/j.engfailanal.2019.104342
2. Wu, Z., Hou, L., Wu, S., Wu, X., Liu, F. (2020). The time-to-failure assessment of large crude oil storage tank exposed to pool fire. Fire Safety Journal. 2020. 117 (103192). doi: 10.1016/j.firesaf.2020.103192
3. Zhang, Z., Zong, R., Tao, C., Ren, J., Lu, S. (2020). Experimental study on flame height of two oil tank fires under different lip heights and distances. Process Safety and Environmental Protection, 139, 182-190. doi: 10.1016/j.psep.2020.04.019.
4. Zhang, M., Dou, Z., Liu, L., Jiang, J., Mebarki, A., Ni, L. (2017). Study of optimal layout based on integrated probabilistic framework (IPF): Case of a crude oil tank farm. Journal of Loss Prevention in the Process Industries, 48, 305–311. doi: 10.1016/j.jlp.2017.04.025.
5. Lackman, T., Hallberg, M. (2016). A dynamic heat transfer model to predict the thermal response of a tank exposed to a pool fire. Chemical engineering transactions, 48, 157–162. doi: 10.3303/CET1648027
6. Jinlong, Zh., Hong, H., Grunde, J., Maohua, Zh., Yuntao, L. (2017). Spread and burning behavior of continuous spill fires. Fire Safety Journal, 91, 347–354. doi: 10.1016/j.firesaf.2017.03.046
7. Mukunda, H. S., Shivakumar, A., Bhaskar Dixit, C. S. (2021). Modelling of unsteady pool fires – fuel depth and pan wall effects. Combustion Theory and Modelling. doi: 10.1080/13647830.2021.1980229
8. Elhelw, M., El-Shobaky, A., Attia, A., El-Maghlany, W. M. (2021). Advanced dynamic modeling study of fire and smoke of crude oil storage tanks. Process Safety and Environmental Protection, 146, 670–685. doi: 10.1016/j.psep.2020.12.002
9. Semerak, M., Pozdeev, S., Yakovchuk, R., Nekora, O., Sviatkevich, O. (2018). Mathematical modeling of thermal fire effect on tanks with oil products. MATEC Web of Conferences, 247 (00040). doi: 10.1051/matecconf/201824700040
10. Espinosa, S. N., Jaca, R. C., Godoy, L. A. Thermal effects of fire on a nearby fuel storage tank // Journal of Loss Prevention in the Process Industries. 2019. 62 (103990). doi:10.1016/j.jlp.2019.103990
11. Ahmadi, O., Mortazavi, S. B., Pasdarshahri, H., Mohabadi, H. A. (2019). Consequence analysis of large-scale pool fire in oil storage terminal based on computational fluid dynamic (CFD). Process Safety and Environmental Protection, 123, 379–389. doi: 10.1016/j.psep.2019.01.006
12. Abramov, Y. A., Basmanov, O. E., Mikhayluk, A. A., Salamov, J. (2018). Model of thermal effect of fire within a dike on the oil tank. Naukovyi Visnyk NHU, 2, 95–100. doi: 10.29202/nvngu/2018-2/12
13. Salamov, J., Abramov, Y., Basmanov, O. (2018). Analysis of tank cooling systems in fuel tank storage. 43, 156–161. Retrieved from http://repositsc.nuczu.edu.ua/handle/123456789/6940
14. Fire Fighting Leader Handbook. (2017). Kyiv book and magazine factory, 2017, 320.
15. Salamov, J., Abramov, Y., Basmanov, O. (2020). Estimating the convective heat transfer coefficient of the tank shell and the vapor-air mixture in the gas space of the tank. Problems of fire safety, 47, 99–104. Retrieved from http://repositsc.nuczu.edu.ua/handle/123456789/11117