Стохастична модель нагріву стінки резервуара під впливом пожежі

Абрамов Юрій Олексійович

Національний університет цивільного захисту України

https://orcid.org/0000-0001-7901-3768

Басманов Олексій Євгенович

Національний університет цивільного захисту України

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

Олійник Володимир Вікторович

Національний університет цивільного захисту України

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

Колоколов Віталій Олексійович

Національний університет цивільного захисту України

https://orcid.org/0000-0002-1155-5170

DOI: https://doi.org/10.52363/2524-0226-2022-35-1

Ключові слова: стохастична модель, пожежа в резервуарі, тепловий вплив пожежі, променевий теплообмін, конвекційний теплообмін

Анотація

Розглянуто прогнозування наслідків надзвичайних ситуацій, обумовлених пожежею нафтопродукту у вертикальному сталевому резервуарі з нафтопродуктом в резервуарній групі з урахуванням випадкового характеру теплового потоку від пожежі. Побудовано модель нагріву стінки резервуара, яка враховує променевий теплообмін з факелом, навколишнім середовищем, внутрішнім простором резервуара; конвекційний теплообмін з навколишнім повітрям і пароповітряною сумішшю в газовому просторі резервуара. Вихідними даними для моделі є закон і параметри розподілу випадкового процесу, що характеризує факел. Результатом є закон і параметри розподілу випадкового процесу, що описує температуру стінки резервуара. Зроблено припущення про стаціонарність і нормальність випадкового процесу, що описує пульсації коефіцієнта взаємного опромінення. Побудовано систему нелінійних диференціальних рівнянь першого порядку, яка спирається на рівняння теплового балансу для довільної точки на стінці резервуара і описує динаміку зміни математичного очікування і дисперсії температури у цій точці. Система рівнянь розв’язується із застосуванням метода скінчених різниць. Отримані результати дозволяють уточнити детерміновану модель шляхом побудови довірчих інтервалів для температури стінки резервуара, що нагрівається. Показано, що коли температура стінки резервуара, досягає критичного значення, детермінована і стохастична модель дають майже однаковий прогноз часу. Навпаки, коли наближення до критичного значення характеризується повільним зростанням температури, прогноз часу досягнення критичного значення може істотно відрізнятися для детермінованої і стохастичної моделей. Наприклад, час досягнення температури 300 ºC резервуаром РВС-10000 на нормативній відстані від аналогічного резервуара, що горить, складає майже 30 хв. для детермінованої моделі. Стохастична модель показує, що ця температура може бути досягнута вже через 14 хв.

Посилання

1. Liu J., Li D., Wang T., Chai X. A state-of-the-art research progress and pro-spect of liquid fuel spill fires. Case Studies in Thermal Engineering. 2021. Vol. 28. doi: 10.1016/j.csite.2021.101421
2. Саламов Д., Абрамов Ю. О., Басманов О. Є. Аналіз систем охолодження резервуарів в резервуарному парку з нафтопродуктами. Проблеми пожежної безпеки. 2018. № 43. С. 156–161. http://repositsc.nuczu.edu.ua/handle/123456789/6940
3. Shi C., Liu W., Hong W., Zhong M., Zhang X. A modified thermal radiation model with multiple factors for investigating temperature rise around pool fire. Journal of Hazardous Materials. 2019. Vol. 379. doi: 10.1016/j.jhazmat.2019.120801
4. Zhou K., Wang X. Thermal radiation modelling of pool fire with consideration on the nonuniform temperature in flame volume. International Journal of Thermal Sci-ences. 2019. Vol. 138. P. 12–23. doi: 10.1016/j.ijthermalsci.2018.12.033
5. Hiang X., Huang T., Zhuo X., Tang F., He L., Wen J. A global model for flame pulsation frequency of buoyancy-controlled rectangular gas fuel fire with different boundaries. Fuel. 2021. Vol. 289. doi: 10.1016/j.fuel.2020.119857
6. Deng L., Tang F., Ma X. Experimental study on flame merging probability and pulsation frequency of annular hydrocarbon pool fires with various inner and outer diameters. Process Safety and Environmental Protection. 2021. Vol. 146. P. 473–478. doi: 10.1016/j.psep.2020.11.015
7. Bi Y., Yang Z., Cong H., Bi M., Gao W. Experimental and theoretical investi-gation on the effect of inclined surface on pool fire behavior. Process Safety and Envi-ronmental Protection. 2022. Vol. 162. P. 328–336. doi: 10.1016/j.psep.2022.03.084
8. Li M., Luo Q., Ji J., Wang C. Hydrodynamic analysis and flame pulsation of continuously spilling fire spread over n-butanol fuel under different slope angles. Fire Safety Journal. 2021. Vol. 126. doi: 10.1016/j.firesaf.2021.103467
9. Li Y., Jiang J., Zhang Q., Yu Y., Wang Z., Liu H., Shu C.-M. Static and dynamic flame model effects on thermal buckling: Fixed-roof tanks adjacent to an ethanol pool-fire. Process Safety and Environmental Protection. 2019. Vol. 127. P. 23–35. doi: 10.1016/j.psep.2019.05.001
10. Li Y., Jiang J., Bian H., Yu Y., Zhang Q., Wang Z. Coupling effects of the fragment impact and adjacent pool-fire on the thermal buckling of a fixed-roof tank. Thin-Walled Structures. 2019. Vol. 144. doi: 10.1016/j.tws.2019.106309
11. Abramov Y. A., Basmanov O. E., Mikhayluk A. A., Salamov J. Model of thermal effect of fire within a dike on the oil tank. Naukovyi Visnyk NHU. 2018. Vol. 2. P. 95–100. doi: 10.29202/nvngu/2018-2/12
12. Басманов О. Є., Максименко М. В., Олійник В. В. Моделювання теплового впливу пожежі в резервуарі з нафтопродуктом на сусідній резервуар Проблеми надзвичайних ситуацій. 2021. № 2 (34). С. 4–20. doi: 10.52363/2524-0226-2021-34-1
13. 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. Vol. 62. doi: 10.1016/j.jlp.2019.103990
14. Wu Z., Hou L., Wu S., Wu X., Kiu F. The time-to-failure assessment of large crude oil storage tank exposed to pool fire. Fire Safety Journal. 2020. Vol. 117. doi: 10.1016/j.firesaf.2020.103192

     15. Elhelw M., El-Shobaky A., Attia A., El-Maghlany W. M. Advanced dynamic modeling study of fire and smoke of crude oil storage tanks. Process Safety and Envi-ronmental Protection. 2021. Vol. 146. P. 670–685. doi: 10.1016/j.psep.2020.12.002