Моделювання впливу пожежі на резервуар з нафтопродуктом в умовах вітру

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

DOI: https://doi.org/10.52363/2524-0226-2022-35-18

Ключові слова: 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 в умовах вітру. Побудовано модель нагріву стінки резервуара з нафтопродуктом під тепловим впливом пожежі в сусідньому резервуарі. Запропонована модель враховує променевий теплообмін (з факелом, навколишнім середовищем і внутрішнім простором резервуара), конвекційний теплообмін (з навколишнім повітрям в режимі вимушеної конвекції і з пароповітряною сумішшю в газовому просторі в режимі вільної конвекції). Модель являє собою диференціальне рівняння, що описує процес передачі тепла всередині стінки резервуара, з крайовими умовами на зовнішній і внутрішній поверхнях стінки. Нахил факела вітром в напрямку сусіднього резервуара призводить до збільшення коефіцієнта взаємного опромінення між факелом і верхнім краєм стінки сусіднього резервуара. При цьому, коефіцієнт взаємного опромінення монотонно зростає із збільшенням швидкості вітру. Показано, що для вертикальних сталевих резервуарів, місткістю до 20000 м³ включно, в безрозмірних координатах коефіцієнт опромінення залежить лише від типу рідини, що горить. Шляхом використанням методів теорії подібності в роботі отримано оцінку коефіцієнта конвекційного теплообміну в умовах вимушеної конвекції на зовнішній поверхні стінки резервуара. Із застосуванням методу скінчених різниць до рівняння теплового балансу знайдено розподіл температур по стінці резервуара в довільний момент часу, що дозволяє визначити область на поверхні стінки, що нагрівається до небезпечних значень температури. Вітер в бік резервуара, що нагрівається, істотно підвищує небезпеку розповсюдження пожежі. У випадку пожежі в резервуарі з нафтою і швидкістю вітру 5 м/с температура стінки сусіднього резервуара досягає величини 250 ºC вже через 5 хв.

Посилання

1. Yang R., Wang Z., Jiang J., Shen S, Sun P., Lu Y. Cause analysis and prevention measures of fire and explosion caused by sulfur corrosion. Engineering Failure Analysis. 2020. Vol. 108. P. 104342. doi: 10.1016/j.engfailanal.2019.104342
2. Ni Z., Wang Y. Relative risk model for assessing domino effect in chemical process industry. Safety Science. 2016. Vol. 87. P. 156–166. doi: 10.1016/j.ssci.2016.03.026
3. Otrosh Yu., Semkiv O., Rybka E., Kovalov A. About need of calculations for the steel framework building in temperature influences conditions. IOP Conference Series: Materials Science and Engineering. 2019. Vol. 708(1). doi: 10.1088/1757-899X/708/1/012065
4. Kustov M. V., Kalugin V. D., Tutunik V. V., Tarakhno E. V. Physicochemical principles of the technology of modified pyrotechnic compositions to reduce the chemical pollution of the atmosphere. Chemistry and Chemical Technology Issues. 2019. Vol. P. 92–99. doi: 10.32434/0321-4095-2019-122-1-92-99
5. Mygalenko K., Nuyanzin V., Zemlianskyi A., Dominik A., Pozdieiev S. Development of the technique for restricting the propagation of fire in natural peat ecosystems. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies. 2018. Vol. 1(10). P. 31–37. doi: 10.15587/1729-4061.2018.121727
6. Popov O., Iatsyshyn A., Kovach V., Artemchuk V., Kameneva I., Taraduda D., Sobyna V., Sokolov D., Dement M., Yatsyshyn T. Risk assessment for the population of Kyiv, Ukraine as a result of atmospheric air pollution. Journal of Health and Population. 2020. Vol. 10(25). doi: 10.5696/2156-9614-10.25.200303
7. Zhang Z., Zong R., Tao C., Ren J., Lu S. Experimental study on flame height of two oil tank fires under different lip heights and distances. Process Safety and Environmental Protection. 2020. Vol. 139. P. 182–190. doi: 10.1016/j.psep.2020.04.019
8. Mukunda H. S., Shivakumar A., Bhaskar Dixit C. S. Modelling of unsteady pool fires – fuel depth and pan wall effects. Combustion Theory and Modelling. 2021. doi: 10.1080/13647830.2021.1980229
9. 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 Environmental Protection. 2021. Vol. 146. P. 670–685. doi: 10.1016/j.psep.2020.12.002
10. Semerak M., Pozdeev S., Yakovchuk R., Nekora O., Sviatkevich O. Mathematical modeling of thermal fire effect on tanks with oil products. MATEC Web of Conferences. 2018. Vol. 247(00040). doi: 10.1051/matecconf/201824700040
11. 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(103990). doi:10.1016/j.jlp.2019.103990
12. 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
13. Ahmadi O., Mortazavi S. B., Pasdarshahri H., Mohabadi H. A. Consequence analysis of large-scale pool fire in oil storage terminal based on computational fluid dynamic (CFD). Process Safety and Environmental Protection. 2019. Vol. 123. P. 379– doi: 10.1016/j.psep.2019.01.006
14. 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. 95–100. doi: 10.29202/nvngu/2018-2/12
15. Lackman T., Hallberg M. A dynamic heat transfer model to predict the thermal response of a tank exposed to a pool fire. Chemical engineering transactions. 2016. Vol. P. 157–162. doi: 10.3303/CET1648027
16. 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
17. Довідник керівника гасіння пожежі. Київська книжково-журнальна фабрика. 2017. 320 с.

Саламов Д. О., Абрамов Ю. О., Басманов О. Є. Оцінка коефіцієнта конвекційного теплообміну між стінкою резервуара і пароповітряною сумішшю в газовому просторі резервуара. Проблеми пожежної безпеки. 2020. № 47. С. 99–104.