ВЛИЯНИЕ ПОЖАРООПАСНЫХ МАТЕРИАЛОВ НА ПРОЦЕССЫ ПРОИЗВОДСТВА И ХРАНЕНИЕ НА ОБЕСПЕЧЕНИЕ ПОЖАРНОЙ БЕЗОПАСНОСТИ НА ПРОИЗВОДСТВЕННОМ ОБЪЕКТЕ

АННОТАЦИЯ

В статье исследуется влияние пожароопасных материалов, применяемых в производстве и хранении на предприятии «ДИСКОМ», на обеспечение пожарной безопасности. Проведена пожарно–техническая экспертиза строительных и производственных материалов, изучено воздействие высоких температур на процессы производства, а также оценена возможность образования горючей среды внутри и вне технологического оборудования. Использована экспериментальная методика оценки рисков аварий с применением моделирования процессов теплопередачи. Практическая реализация моделирования выполнена в программе Fire Dynamics Simulator (FDS). На основе полученных результатов сформулированы рекомендации по повышению уровня пожарной безопасности на производственном объекте.

Ключевые слова: пожароопасные материалы, пожарная безопасность, производство эмалей и красок, пожарно–техническая экспертиза, моделирование, Fire Dynamics Simulator, риск аварий, предприятие «ДИСКОМ».

Введение

Обеспечение пожарной безопасности на производственных объектах во многом зависит от свойств используемых строительных материалов.

Пожарно–техническая экспертиза позволяет определить степень пожарной опасности материалов и разработать меры по снижению рисков возникновения и распространения пожаров.

Обеспечение пожарной безопасности на предприятиях химической промышленности, таких как «ДИСКОМ», является критически важным из–за использования в производстве высоко пожароопасных материалов – эмалей, акриловых лаков и красок. Эти материалы обладают высокой горючестью и способностью к быстрому распространению огня, что требует особого внимания к организации производственных процессов, хранения и мер противопожарной защиты. В данной работе проведено комплексное исследование влияния пожароопасных материалов на процессы производства и хранения, а также разработаны рекомендации по повышению уровня пожарной безопасности на предприятии.

Пожарно–техническая экспертиза пожароопасных материалов

Пожарно–техническая экспертиза является фундаментальной основой для понимания поведения материалов при воздействии высоких температур и в условиях пожара. В ходе экспертизы применялись современные методы исследования, включая анализ горючести, воспламеняемости, теплотворной способности и скорости распространения пламени. Особое внимание уделялось строительным материалам и компонентам, используемым в технологическом оборудовании предприятия [1].

Исследования показали, что многие материалы, применяемые на предприятии, обладают высокой теплотворной способностью и низкой температурой воспламенения. Например, акриловые лаки начинают выделять горючие пары при температурах уже от 60°C, а их воспламенение может произойти при контакте с источниками тепла или искр. Такие характеристики требуют строгого контроля температурных режимов и исключения возможных источников зажигания в производственных помещениях.

Высокие температуры, возникающие как в результате нормального функционирования оборудования, так и при аварийных ситуациях, могут приводить к термическому разложению материалов и выделению горючих газов. Лабораторные испытания образцов эмалей и лаков при различных температурных режимах показали, что при превышении определенных температурных порогов начинается интенсивное выделение летучих органических соединений. Эти вещества способны создавать взрывоопасные смеси с воздухом, что увеличивает риск возникновения пожара или взрыва [3].

Внутри технологического оборудования, такого как реакторы, смесители и емкости для хранения, возможно накопление горючих паров, особенно при недостаточной вентиляции или нарушении герметичности. Анализ производственных процессов на предприятии «ДИСКОМ» показал, что при сбоях в работе систем вентиляции или нарушении технологических режимов концентрация горючих паров может превышать нижний предел взрываемости.

При выходе веществ наружу из технологического оборудования, например, при утечках или разрывах трубопроводов, горючие пары быстро распространяются в окружающем пространстве. Моделирование таких ситуаций показало, что уже через несколько минут после утечки концентрация паров в производственном помещении может достигать опасных уровней, способных привести к пожару или взрыву [2].

Идентификация возможных источников зажигания

Для предотвращения пожаров необходимо четко идентифицировать возможные источники зажигания на производстве. Среди основных факторов риска были выявлены:

Электрические искры: неисправности в электропроводке, перегрузки и короткие замыкания могут стать причиной искрения.

Статическое электричество: при перемешивании и перекачке горючих жидкостей накапливается статический заряд, который может разрядиться в виде искры.

Горячие поверхности: нагретые элементы оборудования или инструментов могут воспламенить горючие пары.

Открытый огонь и нагревательные приборы: использование паяльных ламп, сварочного оборудования без надлежащих мер предосторожности.

Понимание и контроль этих факторов являются ключевыми для обеспечения пожарной безопасности на предприятии.

Основными пожароопасными веществами, обращающимися в здании, являются:

• гранулированный полимерных продукт (пожароопасные свойства принимались по аналогии с полиэтиленом, далее ПЭ);
• даутерм (смесь дифенила и дифенилоксида), который используется в качестве высокотемпературного органического теплоносителя (ВОТ).

Производственные помещения, в которых размещено оборудование установки производства ПЭ, и всё здание относится к категории Б по взрывопожарной и пожарной опасности [4].

При расчете индивидуального риска были рассмотрены сценарии пожара, выявленные с учетом дерева событий, представленного на рисунке 1. Для каждого сценария был произведен расчет времени от начала реализации сценария до блокирования эвакуационных путей в результате распространения на них опасных факторов пожара. Была оценена вероятность эвакуации людей по эвакуационным путям [6].

Одновременно с проведением натурных исследований была разработана математическая модель исследуемого склада с использованием программы FDS (Fire Dynamics Simulator). FDS создана лабораторией строительных и пожарных исследований. Программа реализует вычислительную гидродинамическую модель CFD тепломассопереноса при горении.

Рисунок 1. Дерево событий при возникновении и развитии пожара при разгерметизации технологического оборудования с ВОТ

Программа FDS численно решает уравнения Навье– Стокса для низкоскоростных температурно–зависимых потоков, позволяя получить картину распространения дыма и теплопередачи при пожаре. Математически модель представляет собой систему уравнений в частных производных, включающую уравнения сохранения массы, момента движения и энергии, которая решается по трехмерной регулярной прямоугольной сетке. Тепловое излучение рассчитывается методом конечных объемов на той же, что и для моделирования движения дыма, сетке [1].

Основной целью расчета было определение следующих параметров:

• распределение температуры в помещение на начальном этапе возникновения пожара;
• времени срабатывания первого спринклерного оросителя [2].

При проведении математического расчета тепломассообмена на основании созданной модели задавались следующие основные параметры: сетка на которой выполнялся расчет, геометрия модели, поверхности и используемые материалы, источник пожара и выходные данные, которые необходимо было получить в результате расчета.

В результате моделирования была в FDS получена картина распределения тепловых потоков в моделируемом помещении на начальной стадии пожара.

 Результаты, полученные в результате математического моделирования с использованием FDS, были проанализированы и сопоставлены с данными полученными в результате натурных испытаний (рис. 2). Начало испытаний соответствует времени поджога очага возгорания [6].

Рисунок 2. Распределение тепловых потоков в помещении склада при проведении натурных исследований.

Моделирование процессов теплопередачи позволяет прогнозировать распределение температур в оборудовании и материалах при различных сценариях. Использование моделей многомерной теплопроводности с применением численных методов решает задачи, связанные с нестационарными тепловыми процессами. В частности, были исследованы сценарии, при которых происходит нагрев оборудования выше допустимых температур, что может привести к термическому разложению материалов и возникновению пожара.

Рисунок 3. План расположения пожарной нагрузки

Рисунок 4. Температурные распределения моделирования

Рисунок 5. Отображение слоев моделирования в Fire Dynamics Simulator (в течение времени)

Рисунок 6. Отображение слоев моделирования дыма в Fire Dynamics Simulator

Методы «Дерево отказов» и «Дерево событий» были применены для систематического анализа возможных аварийных ситуаций и их последствий. «Дерево отказов» позволяет идентифицировать и классифицировать потенциальные причины отказов оборудования, включая технические неисправности, ошибки персонала и внешние воздействия. «Дерево событий» используется для моделирования последовательности событий после исходного отказа и оценки вероятности различных исходов, включая возникновение пожара или взрыва.

Моделирование показало, что при воспламенении паров горючих материалов температура в зоне пожара быстро повышается, достигая критических значений за короткое время. Распространение огня и дыма происходит стремительно, что создает опасные условия для эвакуации персонала и работы спасательных служб. Эффективность систем вентиляции и дымоудаления оказалась недостаточной для быстрого удаления продуктов горения, что указывает на необходимость их модернизации.

Данные термического анализа, такие как дифференциально–сканирующая калориметрия и термогравиметрический анализ, предоставляют ценную информацию о поведении материалов при нагреве. Эти данные используются для определения температур начала экзотермических реакций, скорости разложения и выделения горючих газов. На их основе можно разработать рекомендации по выбору материалов, способных минимизировать риск возникновения пожара, и оптимизировать технологические режимы производства.

Заключение

Проведенное исследование подтверждает, что использование пожароопасных материалов в производстве эмалей, акриловых лаков и красок на предприятии «ДИСКОМ» связано с высоким риском возникновения пожаров и аварийных ситуаций. Анализ технологических процессов, характеристик материалов и результатов моделирования выявил критические точки, требующие вмешательства.

Для повышения уровня пожарной безопасности на предприятии рекомендуется:

1. Модернизация системы вентиляции и дымоудаления: установка более эффективных систем, способных быстро удалять горючие пары и продукты горения.

2. Усиление контроля технологических процессов: внедрение автоматизированных систем мониторинга температуры, давления и концентрации горючих веществ.

3. Обновление электрического оборудования: использование взрывозащищенных и искробезопасных устройств, регулярная проверка и обслуживание электропроводки.

4. Обучение и тренировка персонала: проведение регулярных инструктажей и тренировок по действиям в чрезвычайных ситуациях, развитие культуры безопасности на производстве.

Разработка планов эвакуации и реагирования: создание детальных планов действий при пожаре, обеспечение доступности средств пожаротушения и средств индивидуальной защиты.

Реализация этих мер позволит снизить риск возникновения пожаров и аварий, обеспечить безопасность персонала и сохранность материальных ценностей предприятия.

Список литературы:

1. Алымов, В.Т. Техногенный риск. Анализ и оценка: учебное пособие для вузов / В.Т. Алымов. – М.: Академкнига, 2015. – 118 с.
2. Беляевский, М.Ю. Химия и технология топлив и масел / М.Ю. Беляевский // Молодой ученый. – 2014. – № 6. –  11–17 с.
3. Боков, А.Б. Пожарная безопасность рабочих / А.Б. Боков // Молодой ученый. – 2014. – № 8. – 9–16 с.
4. Булкатов, А.П. Техногенный риск / А.П. Булкатов // Химия и технология топлив и масел. – 2015. – № 1. – 18–33 с.
5. Минуллин, М.Н. Процессы инженерной защиты окружающей среды / М.Н. Минуллин // Химия и технология топлив и масел. – 2016. – № 5. – 15–23 с.
6. Перхуткин, В.П. Справочник инженера по охране окружающей среды (эколога): учебно–практическое пособие / В.П. Перхуткин. – М.: Инфра–Инженерия, 2015. – 864 с.