Моделирование полей концентраций взрывопожароопасных веществ и определение мест расположения датчиков пожарной сигнализации тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.26.03, кандидат технических наук Облиенко, Алексей Владимирович

• Облиенко, Алексей Владимирович
• кандидат технических наук
• 2010

Оглавление диссертации кандидат технических наук Облиенко, Алексей Владимирович

Введение.

1 .Обоснование необходимости моделирования и многофакторного анализа движения полей взрывопожароопасных веществ.

1,1 .Поступление взрывоопасных веществ в помещение от технологического оборудования, работающего под давление.

1.2.Состояние проблемы моделирования полей взрывопожароопасных веществ в производственных помещениях.

1.3.Выводы по первой главе. Постановка цели и задач исследования.

2.3акономерности распределения взрывопожароопасных веществ.

2.1 .Математическая модель полей концентраций взрывопожароопасных веществ в производственных помещениях.

2.2.Исследование процессов движения полей взрывопожароопасных веществ на воздушно-тепловой модели.

2.3.Построение и анализ корреляционно-регрессионных моделей.

2.3.1.Метод обработки и анализ экспериментальных данных, полученных при моделировании.

2.3.2.Моделирование процессов динамики полей взрывопо-жароопасного вещества при стационарном и аварийном режимах.

2.4.Выводы по второй главе.

З.Эксперементальные исследования в промышленных условиях закономерностей распространения в помещениях тяжелых взрывопожароопасных веществ.

3.1.Исследование эффективности существующей установки газоанализаторов в производственных помещениях с незначительными избытками теплоты.

3.2.Исследование влияния скорости истечения приточного воздуха на распределение взрывопожароопасных веществ.

3.3 .Выводы по третьей главе.

4.Прогнозирование аварийной ситуации.

4.1. Оценка пожарной опасности технологического процесса.

4.1.1. Выбор и обоснование расчетного варианта.

4.1.2. Расчет избыточного давления для горючих газов, паров легковоспламеняющихся и горючих жидкостей.

4.1.3. Определение размеров зон, ограниченных НКПВ газов и паров, при аварийном поступлении горючих газов и паров нагретых легковоспламеняющихся жидкостей в помещении.

4.2. Анализ риска опасного производственного объекта.

4.3. Выводы по четвертой главе.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Моделирование полей концентраций взрывопожароопасных веществ и определение мест расположения датчиков пожарной сигнализации»

Актуальность проблемы

Рост пожарной опасности промышленных предприятий характеризуются, как правило, большим разнообразием используемого сырья и полупродуктов имеющих пожарную опасность. Вещества, применяемые в большинстве производств, газообразны, пожаровзрывоопасны и представляют собой потенциальную пожарную опасность и угрозу профессиональных заболеваний работающих.

Важную роль в снижении тяжести возможных последствий играет раннее обнаружение пожаровзрывоопасной обстановки. Эффективность работы систем пожарной сигнализации определяется оптимальностью выбора способа размещения газоанализаторов. Действующие на сегодняшний день требования разрабатывались в середине восьмидесятых годов. Уровень пожарной опасности производственных объектов за этот период времени повысился в несколько раз, что не нашло адекватного отражения в новых методиках и нормативной базе.

Параметры газообразной среды помещений обеспечиваются целым комплексом строительных, технологических, инженерно-технических, экологических и экономических решений. Одной из основных составляющих комплекса является вентиляция. Существующие принципы и методы расчета установки газоанализаторов не учитывают в достаточной мере комплексного воздействия воздушной потоков и таких факторов как: молекулярной массы газообразных вредных веществ; геометрических размеров помещения; режимов работы технологического оборудования; потоков теплоты и пожаровзрыво-опасных веществ, выделяющихся из оборудования; кратности воздухообмена; скорости истечения приточного воздуха из воздухораспределителей и способов организации воздухообмена.

Процесс распространения пожаровзрывоопасных вредных веществ тяжелее воздуха в производственных помещениях с незначительными удельными теплоизбытками (до 30 Вт/м ) остается все еще мало изученным, вследствие того, что он включает: неустойчивые воздушно-тепловые потоки, распространение вредностей навстречу потоку приточного воздуха, влияние геометрических размеров помещения, молекулярной массы газа, когда газы тяжелее воздуха занимают положение с минимальной диссипированной энергией.

Проблема усовершенствования метода расчета установки газоанализаторов в производственных помещениях с незначительными теплоизбытками и выделениями пожаровзрывоопасных вредных веществ тяжелее воздуха от технологического оборудования, учитывающего комплексное воздействие перечисленных выше факторов, является весьма актуальной, так как позволит улучшить пожарную безопасность и одновременно снизит степень риска работающего персонала.

Цель работы

Разработка математической модели полей концентраций взрывопожаро-опасных веществ и определение мест расположения датчиков пожарной сигнализации.

Задачи исследований

- разработать математическую модель, описывающую движение воздушных потоков и полей концентраций взрывопожароопасных веществ в производственных помещениях с оборудованием, работающим под давлением;

- на основе математической модели получить зависимости распределения полей концентраций взрывопожароопасных веществ в производственных помещениях;

- подтвердить адекватность математической и воздушно-тепловой моделей исследованиями в натурных условиях взрывопожароопасной среды помещения при нормальном технологическом процессе и прогнозировании чрезвычайной ситуации;

- на основе полученной модели и зависимостей распределения полей концентраций разработать методику определения мест расположения датчиков пожарной сигнализации;

- построить «дерево событий» при аварии на примере компрессорного цеха и определить степень риска для подтверждения правильности выбора мест расположения датчиков пожарной сигнализации.

Объектом исследования являются компрессорные и насосные станции с удельными теплоизбытками до 30 Вт/м и выделением газообразных вредных веществ с отношением их удельного веса к удельному весу воздуха рабочей зоны от 1 до 8.

Предметом исследования являются обоснование и выбор многофакторного решения установки газоанализаторов в производственных помещений с выделением взрывопожароопасных вредных веществ от оборудования, работающего под давлением.

Методы исследования

Основные теоретические задачи в данной работе решались с привлечением математического аппарата, используемого при решении дифференциальных уравнений и корреляционно-регрессионных моделей, закономерностей тепло-массообменных процессов, аэродинамики, современных методов определения параметров воздуха производственных помещений. Правильность полученных зависимостей подтверждена промышленными исследованиями газового и аварийного режимов помещений с незначительными теплоизбытками и выделениями пожаровзрывоопасных веществ.

Научная новизна работы

- разработана математическая модель, описывающая движение воздушных потоков и полей концентраций взрывопожароопасных веществ в производственных помещениях; в отличие от известных модель позволяет определять поля концентраций взрывопожароопасных веществ с учетом воздействия молекулярной массы веществ, геометрических размеров помещения, теплопо-ступлений и количества взрывопожароопасных веществ, выделяющихся от оборудования и кратности воздухообмена;

- на основе математической модели получены аналитические зависимости распределения полей концентраций взрывопожароопасных веществ в производственных помещениях и выполнено моделирование способов установки датчиков пожарной сигнализации;

- на основе полученной модели и зависимостей для определения полей концентраций разработана методика определения зон первоначального возникновения взрывопожароопасной концентрации. Расположение датчиков г в этих зонах обеспечивает минимальное время срабатывания пожарной сигнализации;

- построено «дерево событий» при аварии на примере компрессорного цеха и определена степень риска для подтверждения правильности выбора мест расположения датчиков пожарной сигнализации.

На защиту выносятся

- Математическая модель динамики концентраций пожаровзрывоопас-ных математическая модель, описывающая движение воздушных потоков и полей концентраций взрывопожароопасных веществ в производственных помещениях;

- аналитические зависимости распределения полей концентраций взрывопожароопасных веществ в производственных помещениях;

- методика определения зон первоначального возникновения взрывопожароопасной концентрации (расположение датчиков в этих зонах обеспечивает минимальное время срабатывания пожарной сигнализации);

- «дерево событий» при аварии на примере компрессорного цеха.

Практическая значимость состоит в обеспечении возможности решения комплекса задач, связанных со своевременным реагированием на повышение концентраций взрывопожароопасных веществ.

Аналитические и экспериментальные зависимости концентраций взрывопожароопасных веществ, метод многофакторного решения установки газоанализаторов, разработанные в диссертационной работе на основе моделирования динамики концентраций взрывопожароопасных веществ, позволят проектировать наиболее эффективные системы пожарной сигнализации в производственных помещениях с незначительными теплоизбытками.

Апробация работы и внедрение

Основные положения и результаты работы докладывались и обсуждались на научных конференциях Воронежского государственного архитектурно-строительного университета, Воронежского института высоких технологий (г. Воронеж, 2004-2008 гг.) и на II и III Всероссийских научно-технических конференциях Воронежского пожарно-технического училища (г. Воронеж, 2007-2008 гг.).

Результаты теоретических и экспериментальных исследований диссертации систематически используются в курсовом и дипломном проектировании, научно-исследовательской работе по специальности «Пожарная безопасность» ГОУВПО ВГАСУ.

Публикации

По теме диссертации опубликовано 6 научных статей объемом 104 страницы, из них лично автору принадлежит 50 страниц. Три работы опубликованы в изданиях, включенных в перечень ВАК ведущих рецензируемых журналов, в которых должны быть опубликованы основные научные результаты диссертации.

В статьях, опубликованных в рекомендованных ВАК изданиях, изложены основные результаты диссертации: в работе [55] изложены результаты экспериментальных исследований динамики концентраций взрывопожароопасных веществ в промышленных помещениях; в работе [56] на основе логико-графических методов произведен анализ риска возникновения аварийной ситуации на опасном производственном объекте; в работе [57] приведены закономерности распространения взрывопожароопасных веществ на основе экспериментальных исследований в промышленных условиях.

Объем и структура диссертации.

Работа состоит из введения, четырёх глав, общих выводов, списка литературы из 94 наименований и 2 приложений.

Общий объем 134страницы, 39 рисунков, 9 таблиц.

Заключение диссертации по теме «Пожарная и промышленная безопасность (по отраслям)», Облиенко, Алексей Владимирович

Общие выводы

1. Разработана математическая модель, описывающая- движение воздушных потоков и полей концентраций' взрывопожароопасных веществ в производственных помещениях с оборудованием, работающим под давлением. В отличие от известных модель позволяет определять поля концентраций взрывопожароопасных веществ с учетом воздействия молекулярной массы веществ, геометрических размеров помещения, теплопоступлений и количества взрывопожароопасных веществ, выделяющихся от оборудования, а также кратности воздухообмена.

2. На основе математической модели получены аналитические зависимости для определения полей концентраций взрывопожароопасных веществ в плане и по высоте в производственных помещениях, позволяющие определить рациональные места установки датчиков газоанализаторов.

3. Подтверждена адекватность математической модели испытаниями в натурных условиях. При испытании определялась относительная концентрация взрывопожароопасных веществ в зависимости от способа организации вентиляции, величины воздухообмена, схем удаления взрывопожароопасных веществ. Датчики замеров величины концентраций взрывопожароопасных веществ размещались в плане и по высоте помещения.

4. На основе математической модели и аналитических зависимостей для определения полей концентраций разработана методика определения зон первоначального возникновения взрывопожароопасной концентрации. В качестве граничных условий выступают форма и размеры помещения, характеристики технологического оборудования и источников взрывопожароопасных веществ. Расположение датчиков в зонах первоначального возникновения взрывопожароопасной концентрации обеспечивает минимальное время срабатывания пожарной сигнализации.

5. Построено «дерево событий» при различных сценариях аварий: с мгновенным воспламенением и без мгновенного воспламенения. Выявлены комбинации отказов оборудования, ошибок персонала и внешних техногенных и природных воздействий, приводящих к аварии. Определена степень риска для подтверждения правильности выбора мест расположения датчиков пожарной сигнализации.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Облиенко, Алексей Владимирович, 2010 год

1. Абрамович Г.Н. Теория турбулентных струй. - М.: Физматиздат, 1960. -715 с.

2. Альтшуль А.Д., Животовский Л.С., Иванов Л.П. Гидравлика и аэродинамика. М.: Стройиздат, 1987.-414с.

3. Ахназарова С.Л, Кафаров В.В. Оптимизация эксперимента в химии и химической техлогии. — М.: Высшая школа, 1978. — 319 с.

4. Ануфриев В.И. Статистический анализ погрешностей в экспериментальных задачах систем контроля загрязнения атмосферы. Методы и средства контроля промышленных выбросов и их применение. 1988 №4. — с. 54 -59.

5. Баркалов Б.В., Павлов Н.Н и др. Внутренние санитарно-технические устройства. Вентиляция и кондиционирование воздуха, ч. 3., кн. 2. Справочник проектировщика. -М.: Стройиздат, 1992. 416 с.

6. Батурин В.В., Акинчев Н.В. Моделирование механической и естественной вентиляции типовой серии электролиза аллюминия. Сборник научных трудов институтов охраны труда ВЦСПС. №3. - М.: Профиздат, 1961. -с.18-21.

7. Батурин В.В. Основы промышленной вентиляции. М.: Профиздат, 1990.-448 с.

8. Берлянд М.Е. Прогноз и регулирование загрязнения атмосферы. — Л.: Гидрометеоиздат, 1985. -340 с.

9. Богданов С.Н., Бучко H.A., Гуйго Э.И. и др. Теоретические основы хладотехники. Тепломассообмен. М.: Агропромиздат, 1986. - 320 с.

10. Ю.Богословский В.Н., Новожилов В.И., Симаков Б.Д., Титов В.П. Отопление и вентиляция, ч. 2. Вентиляция. — М.: Стройиздат, 1976. 439 с.

11. П.Богословский В.Н. Тепловой режим здания. М.: Стройиздат, 1979. — 247 с.

12. Богословский В.Н. Поз М.Я. Теплофизика аппаратов утилизации теплоты систем отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха. М.: Стройиздат, 1983. - 320 с.

13. З.Богословский В.Н., Кокорин О.Я., Петров Л.В. Кондиционирование воздуха и холодоснабжение. М.: Стройиздат, 1985. — 367 с.

14. Богословский В.Н., Посохин В.Н. и др. Внутренние санитарно-технические устройства. Вентиляция и кондиционирование воздуха, ч. 3., кн. 1. Справочник проектировщика. — М.: Стройиздат, 1992. — 319 с.

15. Богуславский Л.Д. Снижение расхода энергии при работе систем отопления и вентиляции. -М.: Стройиздат. 1985. 337 с.

16. Васильченко В. А. Сплайн-функции: алгоритмы, программы, теория. Новосибирск.: Наука, 1983. 214 с.

17. Венецкий И.Г., Венецкая В.Н. Основные математико-статические понятия и формулы в экономическом анализе: Справочник.-2 изд., перераб. и доп. -М.: Статистика, 1979. -447 с.

18. Венецкий И.Г., Кильдишев Г.С. Теория вероятностей и математическая статистика. —М.: Статистика, 1975. —264 с.

19. Вентцель Е. С., Овчаров Л. А. Теория вероятностей. М.: Физматгиз, 1973.- 164 с.

20. Гинцбург Э.Я. Расчет отопительно-вентиляционных систем с помощью ЭВМ.-М.:Стройиздат, 1979.- 183 с.

21. Головичев В.И., Костин В.И., Колесников С.А. Математическая модель движения воздуха в вентилируемом помещении // Известия вузов. Строительство и архитектура, 1982. №10.- с. 102-107.

22. Госмен А.Д. Сполдинг Д.Б. Численные методы исследования течений вязкой жидкости. М.: Мир, 1972. - 452 с.

23. ГОСТ 12.1.005-76. Воздух рабочей зоны. Общие санитарно-гигиенические требования. М.: Изд-во стандартов, 1976. - 32 с.

24. ГОСТ 12.1.004-85. Пожарная безопасность. Общие требования. М.: Изд-во стандартов, 1986.- 94 с.

25. Гримитлин М.И. Распределение воздуха в помещениях. Санкт -Петербург, 1994. - 315 с.

26. Калиткин Н. Н. Численные методы. М.: Наука, 1978. - 512 с.

27. Камке Э. Справочник по обыкновенным дифференциальным уравнениям. М.:Физматгиз., 1976. - 576 с.

28. Кассандрова О.Н., Лебедев В.В. Обработка результатов наблюдений. -М.: Наука, 1970.- 104 с.

29. Колодяжный С. А. Организация воздухообмена в компрессорных химических производств. Научно-технические проблемы систем теплоснабжения, вентиляции, водоснабжения и водоотведения. Межвузовский научный сборник. Воронеж: ВГАСУ, 2002. - С. 147-149.

30. Колодяжный С. А., Старцева H.A. Зависимость качества воздуха помещений от концентраций взрывоопасных вредных веществ на открытых производственных площадях. Каучук и резина №2 М: 2002.-C.33-36.

31. Колодяжный С.А., Полосин И.И., Старцева H.A. Влияние кратности воздухообмена на распределение вредных веществ. Каучук и резина №2 М: 2002.-С.36-37.

32. Корн Г., Корн Т. Справочник по математике для научных работников и инженеров. М.: Наука, 1978. - 831 с.

33. Костин В.И. Принципы расчёта эффективных энергосберегающих систем обеспечения микроклимата промышленных зданий. Автореф. дисс. на соискание уч. ст. д.т.н. — Новосибирск, 2001. — 34 с.

34. Коузов П.А., Мальгин А.Д., Скрябин Г.М. Очистка от пыли газов и воздуха в химической промышленности. — JL: Химия, 1982. — 255 с.

35. Кудрявцев Е.В. Моделирование вентиляционных систем. М.: . Стройиздат, 1950 - 192 с.

36. Кузнецов С.Н., Полосин И.И. Исследование динамики полей концентраций в помещениях с движущимися источниками вредностей. Изв. вузов. Строительство и архитектура, 1988. - №7. — с 89 - 92.

37. Кун М.Ю. Изучение на модели распределения концентраций тяжелых газов в цехах химических заводов. Научные работы институтов охраны труда ВЦСПС, вып. 45. 1967. - С. 33 - 39.

38. Кун М. Ю. Исследование воздухообмена на модели при выделении в помещении газов тяжелее воздуха. Научные работы институтов охраны труда ВЦСПС, вып. 47. 1967. - с. 21- 26.

39. Лейте В. Определение загрязнения воздуха в атмосфере и на рабочем месте. Л.: Химия. 1980. 340 с.

40. Ливчак И.Ф. За дальнейшее улучшение состояния воздушной среды на промышленных предприятиях. Водоснабжение и санитарная техника. №9. 1967-с. 1-9.

41. Марчук Г.И. Математическое моделирование в проблеме окружающей среды. М.: Наука, 1982. - 320 с.

42. Медников Е.П. Дистанционный пробоотбор промышленных аэрозолей. Обзорная информ. М.: ЦИНТИ химнефтемаш, 1987. - 64 с.

43. Муссерская А.Н. Принципы исследования вентиляции в производственных цехах предприятий нефтехимической промышленности. — Уфа, 1971.-56 с.

44. Налимов В.В. Теория эксперимента. -М.: Наука, 1971. 208 с.

45. Нормы государственной противопожарной службы МВД России. НПБ 105-95. Определение категорий помещений и зданий по взрывопожароопасной и пожарной опасности. М.: ВНИИПО МВД России. - 1996. - 7 с.

46. Облиенко, А. В. Система оперативно-диспетчерского управления и перспектива её развития / А. В. Облиенко // Материалы II науч.-практ. конф. / Воронеж, пожарно-техн. училище МЧС РФ. — Воронеж, 2007. — С. 148—151.

47. Поз М.Я., Кац Р.Д., Кудрявцев А.И. Расчёт параметров воздушных потоков в вентилируемых помещениях на основе "склейки" течений. Воздухораспределение в вентилируемых помещениях зданий. М.: 1984. - с. 26 -51.

48. Позин Г.М. Определение количества приточного воздуха для производственных помещений с механической вентиляцией. JL: ВНИИОТ, 1983.-59 с.

49. Позин Г.М. Принципы разработки приближенной модели тепловоздушных процессов в вентилируемых помещениях. Изв. вузов. Строительство и архитектура. Новосибирск, 1980. №11. - с. 122-127.

50. Полосин И.И. Воздухообмен в химических цехах. Водоснабжение и санитарная техника. №3. — 1975. - с. 15 - 18.

51. Полосин И.И., Сазонов Э.В. Технико-экономическое сравнение схем вентиляции химических цехов с проемами в междуэтажных перекрытиях. Отопление и вентиляция, вып. 1. Куйбышевский инженерно-строительный институт. Куйбышев, 1976. с. 28 -32.

52. Полосин И.И., Картавцев Р.Н., Стребков М.М. Проектирование вентиляции в насосных заводов синтетического каучука. Водоснабжение и санитарная техника, № З.-1979-c. 22-23.

53. Полосин И.И., Кузнецов С.Н. Исследование полей концентраций вентилируемых помещений экспериментально-вычислительным методом. Изв. вузов. Строительство и архитектура, 1985. №5. с.86 - 90.

54. Полосин И.И., Старцева H.A. Экологические аспекты воздушногорежима химических предприятий. Межвузовский сборник научных трудов. Воронеж, 1998.-с. 145 149.

55. Полосин И.И. Кузнецов С.Н. Расчёт концентраций загрязнённых веществ в помещениях с нестационарными источниками вредностей Изв. вузов. Строительство, 1998.-Ж7 с.83 - 85.

56. Правила устройства и безопасной эксплуатации сосудов, работающих под давлением, -м.: Металлургия. 1975. — 104 с.73 .Рекомендации по основным вопросам воздухоохранной деятельности. -М.: Нииатмосфера, 1995. 57 с.

57. Репин Н.Н. Отопление и вентиляция. 1937. № 4,5. - с. 12-19.

58. Рекомендации по выбору способов подачи и типов воздухораспределительных устройств в промышленных зданиях. АЗ 960. -М.:ГПИ Сантехпроект, 1987. - 17 с.

59. Руководство по расчёту и применению многорежимных и многовентиляторных систем вентиляции при нестационарном выделении газовых вредностей в помещениях с малыми тепловыделениями. М.: Стройиздат, 1979. - 40 с.

60. Руководство по контролю источников загрязнений. ОНД-90. — Санкт-Петербург, 1992. 104 с.

61. Сазонов Э.В. Научно-методические основы организации воздухообмена в производственных помещениях. Автореф. дисс. на соискание уч. ст. д.т.н. Воронеж, 1973.-45 с.

62. Санитарные правила и нормы. СанПиН. 2.1.6.575-96. Гигиенические требования к охране атмосферного воздуха населённых мест. М.: Информационно-издательский центр Минздрава России, 1997. — 16 с.

63. Санников П.А. Моделирование воздухообмена в помещениях с выделением газов. — в кн. : Вопросы промышленной вентиляции. Казань. Таткнигоиздат, 1955. с. 134.

64. Скрыпник А.И., Колодяжный С.А. Математическая модель переноса взрывоопасных вредных веществ навстречу потоку воздуха через ограждающие конструкции помещений. Межвузовский научный сборник. Воронеж:ВГТА, 2002. - 263 с.

65. СНиП 41.01.2001 Отопление, вентиляция и кондиционирование . М., 2001.- 111 с.

66. СНиП 2.01.02-85. Противопожарные нормы. М.: Изд-во ЦНТИ, 1991.16 с.

67. СНиП 2.09.02-85. Производственные здания. М.: Изд-во ЦНТИ, 1991.16 с.

68. СНиП 23-02-203. Тепловая защита зданий. М.: ГУП ЦПП, 2003.- 29 с.

69. СНиП 23-01-99. Строительная климатология.-М.: ГУП ЦПП, 2000 59 с. 87-Сотников А.Г. Системы кондиционирования и вентиляции спеременным расходом воздуха. Л.: Стройиздат, 1984. - 148 с.

70. Талиев В.Н. Аэродинамика вентиляции. М.: Стройиздат, 1979. -295 с.

71. Тарасик В.П. Математическое моделирование технических систем. -Минск: Дизайн ПРО, 1997. 640 с.

72. Тищенко Н.Т. Охрана атмосферного воздуха. Расчёт содержания вредных веществ и их распределение в воздухе. М.: Химия, 1991. - 362 с.

73. Уорк К, Уорнер С. Загрязнение воздуха: источники контроля. М.: Мир 1980.-539 с.

74. Успенская Л. Б. Математическая статистика в вентиляционной технике -М.: Стройиздат, 1980. 106 с.

75. Эльтерман В.М. Вентиляция химических производств. М.: Химия 1980. - 284 с.