Моделирование огнестойкости стальных конструкций эстакад нефтегазовых месторождений при кустовом расположении скважин

Введение. Российскими стандартами предусматриваются детерминированные показатели требуемой огнестойкости несущих конструкций промышленных объектов. Изменения в СП 4.13130 базируются на американском стандарте АРI 2218, где предполагается вероятностный подход для определения зон воздействия пожара и требуемых пределов огнестойкости. Однако данный подход не получил распространения на объектах нефтяной промышленности из-за отсутствия методики по определению зон воздействия при горении углеводородов.

Цели и задачи. Согласно обозначенным сценариям, определить фактические пределы огнестойкости стальных конструкций эстакад для получения зависимости огнестойкости конструкций от расстояния до очага пожара. Разработать полевые модели пожара согласно проектной документации; определить зоны, подверженные воздействию критической температуры; определить огнестойкости конструкций при различных режимах пожара.

Методы. Исходными данными являлась проектная документация трех месторождений при кустовом расположении скважин. В работе смоделированы наиболее опасный и вероятный сценарии пожаров пролива для каждого месторождения. Разработаны модели эстакад нефтегазоносных сетей в ПК Revit. Распространение ОФП смоделировано методом полевого моделирования пожара в ПК PyroSim.

Результаты. Определены фактические пределы огнестойкости конструкций эстакад трех месторождений; определены размеры зон воздействия пожара, в которых требуется огнезащита конструкций. Огнезащита для обеспечения огнестойкости R60 требуется на расстоянии менее 10,7 м при очаге пожара 305,24 МВт; при очаге 38,6 МВт достижение критической температуры происходит до 3 м.

Выводы. При «реальном» режиме пожара конструкции могут иметь более высокие пределы огнестойкости, чем требуется в нормативных документах. Моделирование и расчет огнестойкости позволяют определить необходимость огнезащиты для каждой зоны воздействия пожара, а не только в радиусе до 12 метров. Научные исследования в данной области позволят разработать новые нормативные документы по определению зон воздействия пожара и пределов огнестойкости для конструкций вне помещений.

1. Хасанов И.Р., Гравит М.В., Косачев А.А., Пехотиков A.В., Павлов B.В. Гармонизация европейских и российских нормативных документов, устанавливающих общие требования к методам испытаний на огнестойкость строительных конструкций и применению температурных режимов, учитывающих реальные условия пожара // Пожаровзрывобезопасность/Fire and Explosion Safety. 2014. Т. 23. № 3. С. 49–57. EDN SFOCF.

2. Абрамов И.В., Гравит М.В., Гумерова Э.И. Повышение пределов огнестойкости судовых и строительных конструкций при углеводородном температурном режиме // Газовая промышленность. 2018. № 5. С. 106–115. URL: https://cyberleninka.ru/article/n/povyshenie-predelov-ognestoykosti-sudovyh-i-stroitelnyh-konstruktsiy-pri-uglevodorodnom-temperaturnom-rezhime (дата обращения: 27.03.2024).

3. Клементьев Б.А., Калач А.В., Гравит М.В. Сравнительный анализ требований России и США к огне­стойкости строительных конструкций нефтеперерабатывающих и нефтехимических заводов // Пожаровзрывобезопасность/Fire and Explosion Safety. 2021. Т. 30. № 5. С. 5–22. DOI: 10.22227/0869-7493.2021.30.05.5-22 URL: ravnitelnyy-analiz-trebovaniy-rossii-i-ssha-k-ognestoykosti-stroitelnyh-konstruktsiy-neftepererabatyvayuschih-i-neftehimicheskih (дата обращения: 27.03.2024).

4. Dehkordi M.K., Behnam B., Pirbalouti R.G. Probabilistic fire risk analysis of process pipelines // Journal of Loss Prevention in the Process Industries. 2022. Vol. 80. P. 104907. DOI: 10.1016/j.jlp.2022.104907

5. Kashi E., Bahoosh M. Jet fire assessment in complex environments using computational fluid dynamics // Brazilian Journal of Chemical Engineering. 2020. Vol. 37. Issue 1. Pp. 203–212. DOI: 10.1007/s43153-019-00003-y

6. Шебеко А.Ю. Оценка требуемых пределов огнестойкости строительных конструкций этажерок и эстакад предприятий нефтегазовой отрасли // Пожарная безопасность. 2019. № 1. С. 103–107. EDN YZZZML.

7. Shi J., Dao J., Jiang L., Pan Z. Research on IFC- and FDS-based information sharing for building fire safety analysis // Advances in Civil Engineering, 2019. Vol. 2019. Issue 1. DOI: 10.1155/2019/3604369

8. Rengel B., Mata C., Pastor E., Casal J., Planas E. A priori validation of CFD modelling of hydrocarbon pool fires // Journal of Loss Prevention in the Process Industries. 2018. Vol. 56. Pp. 18–31. DOI: 10.1016/j.jlp.2018.08.002

9. Шебеко Ю.Н., Зубань А.В., Шебеко А.Ю. Расчет фактического предела огнестойкости незащищенных стальных конструкций при различных температурных режимах пожара // Пожаровзрывобезопасность/Fire and Explosion Safety. 2019. Т. 28. № 6. С. 29–34. DOI: 10.18322/PVB.2019.28.06.29-34

10. Gravit M., Dmitriev I., Shcheglov N., Radaev A. Oil and gas structures: forecasting the fire resistance of steel structures with fire protection under hydrocarbon fire conditions // Fire. 2024. Vol. 7. P. 173. DOI: 10.3390/fire7060173

11. Шебеко А.Ю., Шебеко Ю.Н., Зубань А.В. Расчет требуемых пределов огнестойкости строительных конструкций технологических этажерок предприятий нефтегазовой отрасли на основе оценки времени, требуемого для эвакуации и спасения персонала при пожаре // Пожаровзрывобезопасность/Fire and Explosion Safety. 2021. Т. 30. № 5. С. 58–65. DOI: 10.22227/0869-7493.2021.30.05.58-65

12. Li L., Luo J., Wu G., Li X., Ji N., Zhu L. Impact assessment of flammable gas dispersion and fire hazards from LNG Tank Leak // Mathematical Problems in Engineering. 2021. Vol. 2021. Pp. 1–15. DOI: 10.1155/2021/4769552

13. Santos F.da, Landesmann A. Thermal performance-based analysis of minimum safe distances between fuel storage tanks exposed to fire // Fire Safety Journal. 2014. Vol. 69. Pp. 57–68. DOI: 10.1016/j.firesaf.2014.08.010

14. Tong S.-jiao, Wu Z.-zhi, Wang R.-jun, Wu H. Fire risk study of long-distance oil and gas pipeline based on QRA // Procedia Engineering. 2016. Vol. 135. Pp. 368–374. DOI: 10.1016/j.proeng.2016.01.144

15. Pio G., Carboni M., Iannaccone T., Cozzani V., Salzano E. Numerical simulation of small-scale pool fires of LNG // Journal of Loss Prevention in the Process Industries. 2019. Vol. 61. Pp. 82–88. DOI: 10.1016/j.jlp.2019.06.002

16. Lim J.W., Baalisampang T., Garaniya V., Abbassi R., Khan F., Ji J. Numerical analysis of performances of passive fire protections in processing facilities // Journal of Loss Prevention in the Process Industries. 2019. Vol. 62. P. 103970. DOI: 10.1016/j.jlp.2019.103970

17. Manco M.R., Vaz M.A., Cyrino J.C.R., Landesmann A. Evaluation of localized pool fire models to predict the thermal field in offshore topside structures // Journal of the Brazilian Society of Mechanical Sciences and Engineering. 2020. Vol. 42 (12). DOI: 10.1007/s40430-020-02694-8

18. Chandrasekaran S., Pachaiappan S. Numerical analysis and preliminary design of topside of an offshore platform using FGM and X52 steel under special loads // Innovative Infrastructure Solutions. 2020. Vol. 5 (3). DOI: 10.1007/s41062-020-00337-4

19. Шебеко Ю.Н., Шебеко А.Ю., Гордиенко Д.М. Расчетная оценка эквивалентной продолжительности пожара для строительных конструкций на основе моделирования пожара в помещении // Пожарная безопасность/Fire Safety. 2015. № 1. С. 31–39. EDN TLITON.