В настоящее время в России происходит существенный рост количества автомобилей, в результате повышается спрос на горюче-смазочные материалы. Вследствие этого в нашей стране увеличивается количество автозаправочных станций (АЗС). Автозаправочная станция – один из видов малых распределительных нефтебаз, ограниченный определенным участком и состоящий из сооружений и оборудования для обеспечения заправки транспортных средств моторным топливом и маслом (рис. 1).
Согласно [1] существуют следующие типы АЗС: блочные, модульные, контейнерные и передвижные. Модульные АЗС обладают рядом преимуществ: возможность использовать разные типы топливораздаточных колонок; минимальные финансовые затраты при монтаже; быстрая окупаемость. Во многих случаях при строительстве наземное расположение резервуара является единственным возможным вариантом при проектировании автозаправочных станций из-за геологических и гидрогеологических условий, а также отсутствия условий по размещению подземных коммуникаций. Однако у модульных, по сравнению с традиционными АЗС, существует недостаток – повышенная взрывопожароопасность из-за наличия в своем составе наземных резервуаров для жидких топлив.
Рис. 1. Технологическая схема автозаправочной станции
В последние годы АЗС трансформируют под автозаправочные комплексы, на территориях которых размещаются автосервисы, кафе или магазины. При размещении объектов сервисного обслуживания на АЗС существуют противоречия [1]. На территории автозаправочных комплексов хранятся значительные объемы бензина и дизельного топлива, что делает их пожароопасными и взрывоопасными объектами.
Причинами аварий на АЗС являются [2]:
1. Низкое качество диагностики оборудования, коррозия резервуаров и трубопроводов.
2. Нарушение персоналом должностных и производственных инструкций по обслуживанию оборудования; несоблюдение техники безопасности.
3. Заправка транспорта с включенным зажиганием.
4. Курение на территории АЗС.
5. Переполнение транспортных баков топливом, вызванное повреждением топливораздаточных колонок.
6. Грозовые разряды и т.д.
Российская Федерация является одной из лидирующих стран по количеству пожаров на автозаправочных станциях. 23 декабря 2019 г. в Чечне на одной из автозаправочных станций загорелись цистерны с бензином и сжиженным газом. Общая площадь пожара составила около 500 м2, в тушении принимали участие 30 человек и шесть единиц техники.
31 июля 2020 г. в Краснодарском крае на газовой АЗС произошел взрыв с последующим горением. Причиной пожара стало то, что водитель заправляющейся «Газели» начал движение с неотсоединенным топливно-заливным шлангом, вследствие чего произошел хлопок. Общая площадь пожара составила 300 м2. 10 августа 2020 г. на газозаправочной станции в Волгограде осуществлялся слив сжиженного углеводородного газа из автоцистерны в подземные резервуары. В процессе газовоздушная смесь воспламенилась, а затем произошел взрыв. Облако огня от взрыва поднялось на высоту 153 м. 14 июня 2021 г. в Новосибирске произошел огромный взрыв на автозаправочной станции. Пламя от взрыва поднялось в небо примерно на 138 м, площадь пожара составила более 1,5 тыс. м2 [3].
При наличии дополнительных объектов на территориях АЗС для обеспечения требований пожарной безопасности необходим расчет пожарного риска [4]. Также многие ученые проводят различные исследования, посвященные теме пожаровзрывобезопасности на АЗС. Например, в работе [5] авторы разрабатывают сценарий возможного развития событий при возникновении аварийной ситуации – разгерметизации резервуара с бензином. Анализ производится с использованием метода «дерева отказов» и «дерева событий», а также учитываются литературно-справочные данные об отказах оборудования.
Авторами [6] разработана методика, основанная на множественном регрессионном анализе статистических данных, для получения модели оценки рисков и анализа пожарной безопасности автозаправочных станций. В исследовании используются данные об окружающей среде, нарушениях требований охраны труда и техники безопасности, зафиксированные во время использования и техобслуживания АЗС.
При разливе нефтепродуктов и в последующем их воспламенении в радиус поражения попадает сама территория АЗС и близко находящиеся к ней здания, сооружения и объекты. Данную проблему в своей работе рассмотрели Д.Ю. Мартынова и др. [7]. Также они дали оценку месту образования взрывоопасных концентраций горючих смесей и определили вероятность поражения людей, находящихся вблизи АЗС при сгорании топливно-воздушной смеси.
В.А. Лей [8] рассматривает управление пожарными рисками как мероприятие для целей прогнозирования вероятных сценариев профилактики и развития взрывов и пожаров на автозаправочных станциях. В его работе описаны управленческие решения в случае пролива из оборудования АЗС топлива, а также необходимости безопасной эвакуации людей и минимизированию неблагоприятных последствий от возможной аварии.
Авторами [9] проводится исследование пожаров в автомобильных цистернах на АЗС, причиной которых является разгерметизация сливного патрубка. Также выявляются отдельные особенности таких пожаров, даются некоторые рекомендации по профилактике возгораний автоцистерн на стационарных автозаправочных станциях.
В исследованиях [10–12] проведен обзор статистики пожаров на АЗС. Авторами определены основные причины возникновения возгораний, такие как нарушение правил работы с электрооборудованием, при технологических процессах; несоблюдение требований пожарной безопасности при проведении ремонтных работ. Приведены рекомендации для профилактики пожаров на автозаправочных станциях.
При эксплуатации АЗС возникает не только пожарная, но и экологическая опасность. Например, для ее снижения А.Ш. Мамедов в своей работе [13] предлагает систему улавливания и рекуперации паров «ЭРЕСТ»: бензиновый конденсат, отделяясь от воды, возвращается в резервуар. Это приводит к сокращению потерь от реализации и хранения бензинов. Целью данной работы является исследование пожаровзрывоопасности типовой модульной АЗС с оценкой индивидуального риска.
Материалы и методы исследования
В качестве объекта исследования выбрана условная модульная АЗС, на территории которой расположены два наземных резервуара с бензином марки АИ-92 и дизельным топливом (ДТ) емкостью 20 м3 каждая. При анализе риска исследованию подлежал резервуар с наиболее опасным жидким топливом – бензином.
Анализ пожарного риска производится согласно приказу МЧС России от 10.07.2009 г. № 404 «Об утверждении методики определения расчетных величин пожарного риска на производственных объектах». В качестве расчетных величин определим индивидуальный и потенциальный риск на территории АЗС.
Анализ пожарного риска проводится путем определения пожарной опасности АЗС с выделением возможных пожароопасных аварийных ситуаций и их причин и параметров для каждой ситуации. Для выявленных ситуаций строятся сценарии возникновения и развития пожаров, влекущих за собой гибель людей. Анализ условий развития аварийных ситуаций производится на основе анализа «дерева событий». Исходные данные для расчета представлены в таблице.
Исходные данные
|
Параметр |
Величина |
|
Объем |
20 м3 |
|
Степень заполнения |
90 % |
|
Плотность бензина |
760 кг/м3 |
|
Низшая рабочая теплота сгорания |
44000 кДж/кг |
|
Молярная масса бензина |
95,3 кг/кмоль |
|
Расчетная температура |
22ºС |
|
Площадь обвалования |
120 м2 |
Масса жидкости, поступившей в окружающую среду, определялась по методике [14].
Результаты исследования и их обсуждение
На АЗС достаточно часто происходит пролив нефтепродуктов, что предполагает образование паровоздушной смеси (ПВС) с концентрацией большей, чем нижний концентрационный предел распространения пламени, тем самым увеличивая риск возникновения пожара или взрыва, так как техническое оборудование модульной автозаправочной станции располагается на открытой площадке (рис. 2).
В резервуаре объем жидкости, поступившей в окружающую среду, составляет 18 м3, масса опасного вещества – 13,68 т и площадь пролива – 120 м2 (площадь пролива принята равной площади обвалования). Расчет вероятности возникновения аварий выполнен с использованием методики [14] и анализа «дерева событий», который используется для анализа условий развития аварийных ситуаций (рис. 3).
Результат вероятности разгерметизации резервуара по сценарию «пожар пролива» составляет 5,76∙10-8, «огненный шар» – 2,4∙10-9, «взрыв» – 7,2∙10-9 (частота разгерметизации резервуара принята согласно [13] – 3∙10-7). Соответственно, построение полей опасных факторов пожара проводится для пожара пролива и огненного шара с расчетом теплового излучения и для взрыва паровоздушной смеси с расчетом избыточного давления.
Рис. 2. Возможный сценарий развития событий при возникновении чрезвычайной ситуации на АЗС
Рис. 3. «Дерево событий» при разгерметизации резервуара
Максимальное значение интенсивности теплового излучения пожара пролива получено на расстоянии 10 м и равно 25 кВт/м2, а для огненного шара на том же расстоянии 79 кВт/м2. Возможно воздействие теплового излучения на работников АЗС с получением ожогов различной степени, вплоть до гибели в зависимости от местонахождения работника от места аварии. Избыточное давление взрыва на расстоянии 10 м составит 59 кПа.
При реализации рассматриваемых аварий существует вероятность повреждения и разрушения соседних зданий и поражения как работников АЗС, так и людей, находящихся вблизи от места аварии.
Заключение
Анализ полученных результатов показывает, что индивидуальный риск в результате воздействия опасных факторов аварии на территории АЗС не превышает нормативное значение для объектов, расположенных вблизи жилых застроек (1∙10-8) [14]. Следовательно, можно сделать вывод о том, что пожарная безопасность исследуемого объекта обеспечивается. Однако для поддержания пожарной безопасности требуется уделять особое внимание вопросам безопасности на АЗС, разрабатывать и совершенствовать уже имеющиеся мероприятия по предотвращению возникновения чрезвычайных ситуаций. При эксплуатации оборудования на автозаправочных станциях необходимо соблюдать правила техники безопасности работы с техническим и электрическим оборудованием.