Применение математического моделирования для расчета безопасного расстояния при горении разлива топлива

В ходе данной работы была создана математическая модель, с помощью которой были проведены расчеты и получены результаты численных расчетов безопасного расстояния для человека от АЗС, основываясь на величине теплового излучения и степени воздействия данного опасного фактора на человека. Также проведены численные расчеты расстояния, на котором происходит зажигание деревянного строения, в зависимости от массы горючего вещества.

РЕФЕРАТ…………………………………………………………………………………………………………………………………………. 9
СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ …………………………………………………………………………………………………………………. 11
1.ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР ………………………………………………………………………………………………………………. 16
1.1Автозаправочные станции и их виды. ……………………………………………………………………………………….. 16
1.2 Основные пожаровзрывоопасные характеристики веществ и материалов, обращающихся на
АЗС ………………………………………………………………………………………………………………………………………………. 18
1.3 Построение дерева событий ……………………………………………………………………………………………………. 19
1.4 Частоты отказов основного технологического оборудования, используемого на АЗС ………………… 21
1.5 Разгерметизация технологического трубопровода на эстакаде …………………………………………………. 22
1.6 Сход/ разрушение цистерны (группы цистерн), содержащей продукт при атмосферном
давлении ……………………………………………………………………………………………………………………………………… 25
1.7 Воспламенение цистерны при наливе взрывопожароопасной жидкости ………………………………….. 28
1.8 Оценка опасных факторов аварий с пожарами …………………………………………………………………………. 31
1.9 Критерии поражения людей, зданий и оборудования опасными факторами аварии с пожарами
и взрывами…………………………………………………………………………………………………………………………………… 33
1.9.1. Детерминированные критерии оценки поражающего действия ударной волны ……………………. 33
1.9.2. Вероятностные критерии оценки поражающего действия УВ ………………………………………………… 34
1.9.3. Детерминированные критерии оценки поражения тепловым излучением ……………………………. 34
1.9.4. Вероятностные критерии оценки поражения тепловым излучением …………………………………….. 34
1.10 Рекомендации по снижению риска аварии на объектах, занимающихся реализацией
взрывопожароопасных жидкостей ………………………………………………………………………………………………… 35
2. ОБЪЕКТ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ………………………………………………………………………………………….. 39
2.1 Моделирование аварийной ситуации ………………………………………………………………………………………. 39
2.2 Описание объекта исследования ……………………………………………………………………………………………… 40
2.3 Физическая постановка задачи ………………………………………………………………………………………………… 42
2.4 Математическая постановка задачи …………………………………………………………………………………………. 45
2.5 Численный метод решения ……………………………………………………………………………………………………… 47
2.5.1 Метод решения сеточных уравнений TDMA…………………………………………………………………………… 50
2.6 Расчет поражающего фактора при горении огненного шара ……………………………………………………… 52
2.6.1 Огненный шар ………………………………………………………………………………………………………………………. 52
3. РЕЗУЛЬТАТЫ РАСЧЕТОВ ……………………………………………………………………………………………………………… 56
4. Финансовый менеджмент, ресурсоэффективность и ресурсосбережение …………………………………… 61
4.1 Оценка коммерческого потенциала и перспективности проведения научных исследований с
позиции ресурсоэффективности и ресурсосбережения ………………………………………………………………….. 61
4.1.1 Потенциальные потребители результатов исследования ……………………………………………………….. 61
4.1.2 Технология QuaD ………………………………………………………………………………………………………………….. 62
4.2 SWOT-анализ …………………………………………………………………………………………………………………………… 64
4.3 Планирование научно-исследовательских работ ……………………………………………………………………… 69
4.3.1. Структура работ в рамках научного исследования ………………………………………………………………… 69
4.3.2 Определение трудоемкости выполнения работ …………………………………………………………………….. 70
4.3.3 Разработка графика проведения научного исследования ………………………………………………………. 73
4.4 Бюджет научно-технического исследования (НТИ)……………………………………………………………………. 79
4.4.1 Расчет материальных затрат НТИ…………………………………………………………………………………………… 79
4.4.2 Основная заработная плата исполнителей темы ……………………………………………………………………. 82
4.4.3 Дополнительная заработная плата исполнителей темы …………………………………………………………. 83
4.4.4 Отчисления во внебюджетные фонды (страховые отчисления)………………………………………………. 83
4.4.5 Накладные расходы ……………………………………………………………………………………………………………… 84
4.4.6 Формирование бюджета затрат научно-исследовательского проекта …………………………………….. 84
4.5. Определение ресурсной (ресурсосберегающей), финансовой, бюджетной, социальной и
экономической эффективности исследования ………………………………………………………………………………. 85
5. СОЦИАЛЬНАЯ ОТВЕТСТВЕННОСТЬ………………………………………………………………………………………………. 90
5.1 Производственная безопасность ……………………………………………………………………………………………… 90
5.1.1 Анализ вредных факторов проектируемой производственной среды. ……………………………………. 90
5.1.1.1 Освещенность ……………………………………………………………………………………………………………………. 91
5.1.1.2 Шум …………………………………………………………………………………………………………………………………… 93
5.1.1.3 Микроклимат …………………………………………………………………………………………………………………….. 95
5.1.1.4 Химические вещества ………………………………………………………………………………………………………… 98
5.1.2 Анализ опасных факторов проектируемой производственной среды …………………………………….. 99
5.1.2.1 Электрический ток ………………………………………………………………………………………………………….. 99
5.1.2.2 Статическое электричество……………………………………………………………………………………………….. 101
5.2 Экологическая безопасность ………………………………………………………………………………………………….. 102
5.3 Безопасность в чрезвычайных ситуациях………………………………………………………………………………… 106
5.4 Правовые и организационные вопросы обеспечения безопасности………………………………………… 110
ЗАКЛЮЧЕНИЕ ……………………………………………………………………………………………………………………………… 119
Список публикаций …………………………………………………………………………………………………………………….. 120
Список литературы ……………………………………………………………………………………………………………………… 121
Приложение А Раздел 1.3 Mathematical modeling of oil burning with event tree ……………………………… 125
Приложение Б Физико-химические свойства дизельного топлива, газов, метана, бутана, пропана .. 135
Приложение В Частоты отказов технологического оборудования …………………………………………………. 138
Приложение Г Дерево причин возникновения пожара на АЗС ……………………………………………………… 141

В результате работы были изучены и проанализированы поражающие
факторы, связанные с аварийными ситуациями на объекте хранения и
применения топлива, наиболее опасным среди которых был выбран фактор
теплового воздействия на сооружение и человека.
Была изучена нормативная база, в которой приведены безопасные
расстояния расположения АЗС на территории города и составляющие от 25
до 50 м от мест с массовым скоплением людей. Произведены расчеты
расстояния, на котором происходит травмирование человека при
расположении вблизи образовавшегося огненного шара. Так, учитывая
степень травмирования человека и интенсивность теплового излучения,
необходимого для данной степени травмирования, для огненного шара,
образовавшегося при горении 38 т бензина (объем цистерны 50 м3), на
расстоянии до 240 м от ОШ человек подвергнется критическому тепловому
воздействию, приводящему к летальному исходу, а расстояние в 1500 м и
более считается безопасным для человека.
С помощью разработанной и предложенной математической модели
можно определять зоны поражения человека: зоны с критическим
поражением человека, опасные зоны и безопасные.
Также с помощью данной математической модели были произведены
расчеты расстояния от ОШ, на котором происходит зажигание деревянного
строения с учетом изменяющейся массы топлива. Так, для огненного шара,
образовавшегося при горении 38 т бензина, расстояние, на котором
происходит зажигание деревянной конструкции равно 95 м.
Проводя анализ расчетных данных, полученных при изменении массы
топлива, можно сделать вывод, что при увеличении массы горючего
вещества увеличивается время существования огненного шара,
увеличивается расстояние, на котором способно загореться строение от
теплового излучения огненного шара, а также время зажигания деревянной
конструкции.
Список публикаций
1. Лиховодова Ю.Н. Вероятностно-детерминированная модель
расчета безопасного расстояния при разливе топлива. Экология и
безопасность в техносфере: современные проблемы и пути решения: сборник
трудов Всероссийской научно-практической конференции молодых ученых,
аспирантов и студентов / Юргинский технологический институт. – Томск:
Изд-во Томского политехнического университета, 2017. – 736с.
2. Лиховодова Ю.Н. Вероятностно-детерминированная модель
расчета безопасного расстояния при разливе топлива. Техносферная
безопасность в XXI веке. VII Всероссийская научно-практическая
конференция. Сборник научных трудов магистрантов, аспирантов и молодых
ученых – Иркутск: Изд-во ИРНИТУ, 2017. – 424 с.