Одним из возможных сценариев развития аварий на объекте, содержащем сжиженный природный газ (далее — СПГ), является образование огневых шаров и взрывные явления типа BLEVE (Boiling Liquid Expanding Vapour Explosion — дословно: взрыв кипящей жидкости расширяющимся паром). При каких условиях могут возникнуть аварии и взрывы с наличием указанных последствий на объектах, содержащих СПГ, расскажем в этой статье.
Данный сценарий характеризуется совокупностью физических процессов, сопровождающих взрывное вскипание углеводородных жидкостей в резервуарах высокого давления, выброс содержимого резервуара в окружающее пространство с образованием быстро сгорающего аэрозольного облака (огневого шара) и ударной волны, а также с разрушением сосуда и разлетом его осколков.
Для возникновения эффекта BLEVE необходимы три предпосылки:
- Жидкость должна быть «термодинамически перегретой» выше некоторого характерного предела. Перегретыми являются жидкости, нагретые выше температуры их кипения. Таким образом, температура жидкости должна быть выше температуры ее кипения при атмосферном давлении. Напомним, что сжиженные газы всегда находятся при температуре выше их температуры кипения. Источником дополнительного нагрева, значительно ухудшающим ситуацию, может служить пожар на соседнем резервуаре или в обваловании.
- Должно произойти резкое падение давления над поверхностью жидкости. Падение давления может быть спровоцировано разгерметизацией сосуда. Падение давления также произойдет, если будет проводиться «аварийное» откачивание жидкости из резервуара и при этом окажутся неисправны системы контроля снижения давления (опять же в результате аварийной ситуации). При этом свободный объем в резервуаре увеличится при неизменном объеме паровой фазы хранимого вещества, что и повлечет снижение давление над поверхностью жидкой фазы.
- Должно произойти вскипание перегретой жидкости по всему ее объему. Происходит это за счет высокой плотности центров парообразования (до 10 в одном кубическом миллиметре).
В случае выполнения всех описанных «условий» произойдет паровой взрыв. Давление в сосуде возрастет в сотни раз, вследствие чего сосуд будет разорван. Часть жидкости перейдет в пар, а остальная — в аэрозоль. В результате образуется аэрозольное облако расширяющихся паров, которое в 70–80 % случаев воспламенится за счет взаимодействия разрушенных частей сосуда или внешнего источника зажигания и будет сгорать с высокой интенсивностью и мощным излучением тепла в окружающее пространство.
За счет эффекта расширения паров газа и продуктов сгорания образуется воздушная ударная волна, осколки и огневой шар.
При авариях типа BLEVE в 68 % случаев наблюдали огневой шар с разлетом осколков. В 19 % случаев наблюдался только огневой шар, в 13 % случаев — только разлет осколков. Разлет осколков наблюдался на расстоянии до 300 метров. Термические поражения наблюдались на расстоянии до 500 метров.
Возникновение эффекта BLEVE на одном резервуаре с большой вероятностью может привести к этому же эффекту на других, рядом расположенных резервуарах. Пожар и разлет осколков приводят к перегреву жидкости и повреждениям целостности резервуаров, что и создает все предпосылки для образования огневого шара. Так, на терминале сжиженного углеводородного газа PEMEX в Мексике в 1984 году в результате пожара, спровоцировавшего явление BLEVE на одном из резервуаров, в течение следующего часа произошло еще 15 взрывов.
Таким образом, возникновение эффекта BLEVE является одним из наихудших сценариев развития аварии в резервуарных парках, в связи с этим встает острая необходимость прогнозирования возможности данного эффекта, а также его последствий в рамках проведения оценки рисков в области пожарной и промышленной безопасности. Спрогнозировать масштабы последствий и оценить величину возможных поражающих факторов можно опираясь на методики, изложенные в ГОСТ Р 12.3.047-2012 «Система стандартов безопасности труда. Пожарная безопасность технологических процессов. Общие требования. Методы контроля» и в Приказе МЧС России от 10.07.2009 № 404 «Об утверждении методики определения расчетных величин пожарного риска на производственных объектах».