3. Поражающие факторы при разгерметизации резервуаров и разливе нефтепродуктов

Опасности аварий с резервуарами связана с их большой емкостью, т.е. с большими массами хранимых продуктов. Наиболее массовые вертикальные цилиндрические стальные резервуары монтируются из поясов, соединенных сварными швами. Основной причиной аварий резервуаров является возникновение трещин в сварных швах, как результат некачественной сварки (непровар), выплавки и режима эксплуатации.

При эксплуатации резервуаров, особенно при низких отрицательных температурах, возможно возникновение вертикальных хрупких трещин, их нестабильное распространение и остановка. Трещины возникают в стыках поясов и в стыке стенки оболочки резервуара с днищем [8].

В настоящее время резервуарный и газгольдерный парк потенциально опасных химических, нефтехимических, нефтегазоперерабатывающих и азотных производств изношен на 60...80%. Кроме того, из-за перебоев с сырьем, низкой технологической и трудовой дисциплины и по другим причинам нарушаются регламентные режимы эксплуатации оборудования. Это приводит к снижению надежности и долговечности хранилищ и в свою очередь - к повышению аварийности на производстве. В новых экономических условиях предприятия вынуждены эксплуатировать хранилища до их частичного или полного выхода из строя. Поэтому основным мероприятием по обеспечению безопасности эксплуатации резервуаров и газгольдеров является их своевременное обследование, диагностирование и техническое освидетельствование.

При выбросе нефтепродуктов и сжиженных газов и их испарении возникают облака газопаровоздушных смесей (ГПВС), которые при поджигании от искры могут быстро сгорать (дефлаграционный взрыв) с образованием высокотемпературного огненного шара или взрываться по детонационному механизму. При взрывном разрушении оболочек хранилищ образуются поражающие людей осколки.

Аварийные взрывы на химических и других промышленных предприятиях могут вызывать пожары и являться источниками токсического поражения людей.

Исчерпание ресурса эксплуатируемых резервуаров чревато авариями с тяжелыми последствиями. Анализ причин аварий, показывает, что их разрушение, как правило, происходит в результате воздействия комплекса факторов. Среди них:

• резкие изменения температуры стенки резервуара, связанные с колебаниями уровня продукта при заполнении емкости в зимний период и градиентом температуры по высоте стенки;

• нарушение допустимого содержания воды в составе хранимого продукта из-за изменения условий эксплуатации и, как следствие, увеличение скорости коррозионных процессов и охрупчивание стали;

• неудовлетворительное качество неразрушающего контроля сварных соединений, особенно в местах с затрудненным доступом (приварка люков и патрубков);

• отсутствие специальных требований к материалам, технологии изготовления и монтажу, методам и средствам неразрушающего контроля сварных соединений.

При повреждениях оборудования предприятий взрывопожароопасных производств возможна разгерметизация емкостей и выброс углеводородных продуктов. Значительную опасность представляют деформации и повреждения расположенных открыто и уложенных в грунт газопроводов, в частности,- сквозные трещины и разрывы, создающие угрозу выброса транспортируемого под давлением взрывоопасного продукта.

При выбросе нефтепродуктов и сжиженных газов и их испарении возникают облака газопаровоздушных смесей (ГПВС), которые при поджигании от искры могут быстро сгорать (так называемый дефлаграционный взрыв) с образованием высокотемпературного огненного шара или взрываться по детонационному механизму. При взрывном разрушении оболочек хранилищ образуются поражающие людей осколки.

Аварийные взрывы на химических и других промышленных предприятиях могут вызывать пожары и являться источниками токсического поражения людей.

При аварийных взрывах к основным поражающим факторам относятся ударная волна, тепловая радиация и осколочное поле разрушаемых оболочек сосудов (резервуаров, газгольдеров, газопроводов и аппаратов), содержащих или транспортирующих криогенные и взрывоопасные продукты, в том числе - под давлением.

Поражающий эффект может усиливаться при возбуждении вторичных взрывов - при возгорании и взрыве объектов с энергоносителями в результате воздействий первичного взрыва (эффект "домино").

В зависимости от характера аварийного вскрытия емкостей или трубопроводов, разлития (выброса) энергоносителя (сжиженного углеводородного топлива), его интенсивного испарения с образованием облака газопаровоздушной смеси и воспламенения, а также атмосферных условий возможны различные сценарии превращений: пожар, быстрое сгорание (дефлаграция) с образованием огненного шара или детонационный взрыв.

Процесс горения газовой смеси может переходить в детонацию при турбулизации газа перед фронтом пламени и при концентрациях горючего  в некоторых пределах (таблица 1.4).

Таблица 1.4 - Концентрационные пределы газовых смесей со способностью к переходу от горения к детонации при атмосферном давлении[]

Смесь	min,об, %	max,об, %
Н2 с воздухом С2Н2 с воздухом Н2 с кислородом СО с кислородом СН4 с кислородом	27 6,6 23 60 10	35,5 15,3 85 72 60

Возможный сценарий аварии, зависящий от большого числа случайных факторов, предвидеть невозможно, и на практике указанные процессы рассматривают раздельно. Оценку риска поражения людей и нанесения материального ущерба необходимо производить по наиболее опасному сценарию, что достигается сравнением потерь при различных вариантах событий.

Взрывы газопаровоздушных и пылевоздушных смесей образуют класс объемных взрывов. Если взрывы пыли происходят в замкнутых объемах (помещениях), то взрывы ГПВС могут происходить как в помещениях, так и в неограниченном пространстве.

Взрывы ГПВС в помещениях (зданиях) возникают в результате утечки газа из элементов оборудования. Взрывы могут также возникать в емкостях (резервуарах, газгольдерах, цистернах, грузовых отсеках танкеров) для хранения и транспортировки взрыво- и пожароопасных веществ. Взрывы смесей горючих газов с воздухом с тяжелыми последствиями происходят на шахтах.

Известно большое число аварийных взрывов резервуаров с небольшим количеством сжиженного горючего газа, сопровождаемых образованием осколочного поля.

При зажигании газовой смеси искрой первоначально возникает горение, которое после разгона пламени на преддетонационном участке может переходить в детонацию. При взрыве капсулы детонатора или небольшого инициирующего заряда взрывчатого вещества детонация газа возникает практически мгновенно.

Наибольшую опасность для людей и сооружений представляет механическое действие детонационной и воздушной ударной волны детонационного взрыва облака ГПВС. Однако при образовании огненного шара серьезную опасность для людей представляет интенсивное тепловое воздействие[16].