Все площадки с резервуарами под хранение различных продуктов по нормам обязаны иметь ограждающие конструкции. Это необходимо для того, чтобы в случае нештатной ситуации исключить выход продукта за пределы площадки, особенно если продукт является токсичным.

Рисунок 1 – Площадки с резервуарами

В России подобные требования устанавливает ГОСТ Р 53324-2009 «Ограждения резервуаров. Требования пожарной безопасности».

В нашу компанию поступил запрос на расчёт геометрических параметров ограждающих конструкций для площадки хранения технического спирта в резервуарах:

Рисунок 2 – Площадка хранения технического спирта

Площадка представляет из себя склад с пятью резервуарами: 4 малых резервуара общим объёмом 11000 м3 и один большой резервуар объемом 10000 м3.

Для определения геометрических параметров ограждающих конструкций изначально установлено требование применения ГОСТ Р 53324-2009.

Выполняя расчёты, специалисты АО «ЦИФРА» столкнулись с тем, что ГОСТ Р 53324-2009 напрямую устанавливает требование по фиксированному расстоянию от стенки резервуара до ограждающей конструкции, поэтому в процессе определения геометрических параметров ограждающих конструкций данный параметр не может быть изменен.

Несмотря на это, сотрудники АО «ЦИФРА» выполнили аналитический расчёт геометрических параметров ограждающих конструкций по ГОСТ Р 53324-2009 для данного типа склада.

С целью проверки обеспечения отсутствия пролива продукта, проведено моделирование аварийной ситуации: внезапное обрушение половины стенки резервуара и свободное истечение технического спирта.

Рисунок 3 – Постановка задачи

Для выполнения подобного класса задач специалисты использовали методику SPH – smoothed particle hydrodynamics. Это бессеточный Лагранжевый численный метод решения, хорошо подходящий для задач с:

• сильной деформацией;
• нарушением сплошности вещества в пространстве;
• дефрагментацией.

Для описания поведения жидкости используется уравнение состояния Мурнагана:

где ρ₀ – плотность жидкости в состоянии покоя, кг/м³

γ – параметр, который задаётся равным 7;

k₀ – параметр, который определяется условием

где ρ₀ – плотность жидкости в состоянии покоя, кг/м³;

ν_max – максимальная ожидаемая скорость течения жидкости, м/с;

с₀ – скорость звука в среде, м/с.

Результат решения

На анимациях представлено движение продукта в динамике с определением координат метанола по высоте.

Динамика движения технического спирта

Координаты частиц технического спирта по высоте (вид сбоку)

Координаты частиц технического спирта по высоте (вид сверху)

Полученные результаты моделирования наглядно показывают, что определенные по ГОСТ Р 53324-2009 параметры ограждающих конструкций, не обеспечивают при аварийной ситуации невыход продукта за пределы ограждающих конструкций.

Используя современные методы численного моделирования, сотрудники АО «ЦИФРА» исследовали данную конструкцию и определили оптимальные геометрические параметры ограждающих конструкций.

Результаты расчётов

Динамика движения технического спирта

Координаты частиц технического спирта по высоте (вид сбоку)

Координаты частиц технического спирта по высоте (вид сверху)

В заключении

Сотрудниками АО «ЦИФРА» проделана многоступенчатая работа в части аналитических расчётов по нормативной документации и численному моделированию в явной динамике.

Использован современный подход с использованием численных методов моделирования процессов явной динамики, который позволил определить оптимальные параметры ограждающих конструкций склада технического спирта.