CC BY
64
dr inz. Wiktor LASOTA
Komendant Zakladowej Strazy Pozarnej Odcinka Wschodniego Przedsi^biorstwo Eksploatacji Ruroci^gów Naftowych „Przyjazn" S.A.
SKUTECZNOSC ZABEZPIECZENIA PRZECIWPOZAROWEGO ZBIORNIKÓW STALOWYCH NA
PALIWA PLYNNE.
Streszczenie
Pozary zbiorników z rop^ naftow^ lub z produktami naftowymi z cal^ odpowiedzialnosci^ mozna okreslic jako kataklizm w skali lokalnej. Z opisów pozarów, które maily miejsce w Polsce i za granice wiadomo, ze s^ to zdarzenia powoduj^ce ofiary w ludziach, ogromne straty materialne, zanieczyszczenia srodowiska oraz przewaznie calkowite lub znaczne uszkodzenie zbiorników obj^tych pozarem i zbiorników s^siednich. Bardzo waznym spostrzezeniem decyduj^cym o bezpieczenstwie pozarowym zbiorników jest fakt, ze instalacje przeciwpozarowe montowane do górnej kraw^dzi zbiornika ulegaj ^ zniszczeniu w pocz^tkowej fazie pozaru w wyniku deformacji plaszcza. W zdecydowanej wi^kszosci przypadków instalacje te nie spelniaj^, wi^c roli ani funkcji, do jakiej zostaly zaprojektowane i przeznaczone. W artykule przedstawiono dobór optymalnych rozwi^zañ konstrukcyjnych oraz dobór trwalych i skutecznych zabezpieczen przeciwpozarowych, zapewniaj^cych maksymalnie dlugie utrzymanie nieuszkodzonej instalacji gasniczej zbiornika w czasie pozaru.
Summary
Tanks' fire with crude oil or oil products with full responsibility can be described as a local disaster. Looking at the description that had been in Poland and abroad it's known that these are events cause victims in human being, huge material loses, environmental pollution and mostly total or huge damages of tanks' in fire and tanks in neighborhood. It's very important remark deciding about tanks fire security it's a fact that fire -extinguishing installation fitted to the upper edge of tank are destroyed in the very beginning part of fire due to deformation of a tank shell. In the most majority of events these installations don't do neither a function and play a part that they were designed and planned. In the article there were shown a selection of a constant and an effective fire - extinguishing protection, giving an assurance that the tank's fire installation will be maximal not to damage during the fire.
Ropa naftowa jest jednym z najwazniejszych surowców energetycznych i chemicznych wykorzystywanych przez rózne gal^zie gospodarki swiatowej. Produkowane z ropy naftowej paliwa plynne s^. stosowane powszechnie, a zapotrzebowanie na nie cingle rosnie. Ropa naftowa i wytwarzane z niej produkty s^. magazynowane w zbiornikach, niemal wyl^cznie stalowych jedno- i dwuplaszczowych z dachami plywaj^cymi. W zbiornikach z dachami stalymi magazynuje si? obecnie tylko oleje nap^dowe i opalowe oraz asfalty. W przemysle naftowym wyst?puje tendencja do budowy zbiorników o coraz wi?kszych
pojemnosciach. Jest to podyktowane wzgl?dami ekonomicznymi (zmniejszonym zuzyciem stali na metr szescienny magazynowanej cieczy). W Polsce istniejq, juz zbiorniki o pojemnosci 100 000 m , srednicy okolo 90,0 m i wysokosci okolo 20,0 m. Budowanie tak duzych zbiornikow jest jak najbardziej zasadne, gdyz oprocz magazynowania w nich paliw do biez^cego zuzycia sluz^ one do gromadzenia zapasow strategicznych zapewniaj^cych bezpieczenstwo energetyczne kraju. Niestety, jak wskazuj^. doswiadczenia czasami w zbiornikach tych powstaj^. pozary. Dzieje si? to ze szkod^ dla przemyslu, srodowiska, ale przede wszystkim ze szkod^ dla zycia i zdrowia ludzkiego. Pozary zbiornikow z rop^. naftow^. lub z produktami naftowymi, a szczegolnie ich najbardziej niekorzystny wariant, gdy pali si? ciecz na calej powierzchni zbiornika, z cal^. odpowiedzialnosci^. mozna okreslic jako kataklizm w skali lokalnej. Z opisu pozarow, ktore mialy miejsce w Polsce i za granic^. wiadomo, ze s^. to zdarzenia powoduj^ce ofiary w ludziach, ogromne straty materialne, zanieczyszczenie srodowiska oraz przewaznie calkowite lub znaczne uszkodzenia zbiornikow obj?tych pozarem i zbiornikow s^siednich. W pozarach zbiornikow magazynowych ropy naftowej i produktow naftowych w Polsce od 1971 roku zgin?lo 40 osob, co jest najwi?ksz^. tragedi^ tych zdarzen. W pozarach zbiornikow w USA w ostatnich 45 latach zgin?lo 68 osob.
Aby przyblizyc skal? zagrozenia przedstawi? podsumowanie pi?ciu najwi?kszych pozarow w przemysle naftowym na swiecie od 1977 roku.
• 25 listopada 1990. Denver, Colorado USA, straty 32 mln USD
• 21 grudnia 1983. Neapol, Wlochy, straty 42 mln USD
• 30 sierpnia 1983. Milford Haven, UK, straty 11 mln USD
• 07 lipca 1983. Newark, New Jersey, USA, straty 35 mln USD
• 24 wrzesnia 1977. Romeville, Illinois, USA, straty 8 mln USD
Uwaga: Wszystkie sumy strat podane s^. w wartosciach naliczonych po zdarzeniu i nie zostaly przeliczone do obecnej wartosci dolara.
Z analizy 238 duzych pozarow zbiornikow z rop^. naftow^. i z produktami naftowymi, ktore mialy miejsce w ostatnich 20 latach w Rosji i na terytorium bylych republik ZSRR wynikaj ^ nast?puj ^ce spostrzezenia:
• Co czwarty pozar ugaszono z trudnosciami i komplikacjami, ktorych konsekwencj ^ bylo calkowite wypalenie si? palnej masy produktu.
• Stale instalacje gasnicze z punktami podawania piany gasniczej od gory zbiornika okazaly si? zawodne. Skuteczne gaszenie zapewnialy dopiero jednostki strazy pozarnej z przewoznym sprz?tem gasniczym.
• Duze promieniowanie cieplne i wyrzuty pal^cej siç ropy naftowej wystçpuj^ce, w co czwartym pozarze zbiornika powodowaly pozar grupowy wiçkszej liczby zbiornikow.
Moc strumienia cieplnego podczas pozaru calkowitego zbiornika z rop^ naftow^. o objçtosci V = 100 000 m , srednicy d = 90 m.
Lp. Odleglosc od centrum pozaru, od osi pionowej zbiornika w metrach. Odleglosc od plaszcza zbiornika w metrach. Moc strumienia cieplnego w KW/sm2
1. 50 5 57
2. 60 15 39,7
3. 70 25 29
4. 80 35 22,3
5. 90 45 17,6
6. 100 55 14,3
7. 110 65 11,8
8. 120 75 9.9
9. 190 145 3,9
10. 350 305 1,17
W czasie pozaru takiego zbiornika moc strumienia cieplnego w odleglosci 15 m od plaszcza zbiornika wynosi 39,7 KW/sm , powoduje to zniszczenie wszelkich instalacji przemyslowych znajduj^cych siç w tej odleglosci. W odleglosci okolo 60 metrow od plaszcza zbiornika moc strumienia cieplnego wynosi okolo 12,5 KW/sm , co powoduje uszkodzenie powlokowych konstrukcji stalowych (uszkodzeniu ulegaj^. s^siednie zbiorniki jesli nie s^. schladzane). W odleglosci okolo 140 metrow od zbiornika moc strumienia cieplnego wynosi okolo 4 KW/sm , co uznawane jest za wartosc dopuszczaln^ dla pracy strazakow wyposazonych w podstawowe srodki ochrony indywidualnej (w ubraniach zaroodpornych mozna przebywac blizej). I wreszcie w odleglosci okolo 300 metrow od zbiornika moc strumienia cieplnego wynosi okolo 1,2 KW/sm , taka moc strumienia cieplnego nie stwarza dyskomfortu przy dlugotrwalej ekspozycji.
Przyczyny pozarow zbiornikow s^. rozne, najczçsciej powstaj^. one na skutek blçdôw w dzialaniu ludzi lub wyladowan atmosferycznych.
Przyczyny pozarow zbiornikow:
• Prace remontowe z otwartym ogniem - 33,5 %
• Iskrzenie urz^dzen elektrycznych - 14,6 %
• Wyladowania atmosferyczne - 9,2 %
• Wyladowania od ladunkow elektrycznosci statycznej - 9,7 %
• Samozapalenie palnych pozostalosci w zbiornikach,
• nieostrozne obchodzenie si? z ogniem, podpalenia - 33 %
Zbiorniki magazynowe ropy naftowej i produktow naftowych maj^. najcz?sciej ksztalt powloki obrotowej.
Projektuj^c takie zbiorniki bierze si? pod uwag? przede wszystkim nast?puj^ce obci^zenia:
1. parcie magazynowanej cieczy i masa wlasna konstrukcji,
2. nadcisnienie, zwi^zane z parowaniem magazynowanej cieczy,
3. podcisnienie - obci^zenie awaryjne wyst?puj^ce podczas nieprawidlowego oprozniania zbiornika,
4. oddzialywanie wiatru,
5. oddzialywania sejsmiczne.
Na etapie projektowania pomija si? lub traktuje w sposob bardzo uproszczony obci^zenie zbiornikow polem temperatury. W warunkach pozaru jest to bardzo istotne obci^zenie generjce, porownywalne z mechanicznymi, a w niektorych przypadkach nawet wi?ksze od mechanicznych napr?zenia i odksztalcenia konstrukcji.
Zagadnienie jest wazne dla projektowania zbiornikow, poniewaz od trwalosci, niezawodnosci i skutecznosci systemu zabezpieczenia przeciwpozarowego zalezy zdrowie i zycie osob uczestnicz^cych w akcji gasniczej oraz mienie duzej wartosci.
Ropa naftowa i jej produkty s^. cieczami latwopalnymi i stwarzaj^. duze zagrozenia pozarowe, dlatego w walce z zagrozeniem pozarowym zbiornikow magazynowych mozna mowic o zmniejszeniu prawdopodobienstwa powstania pozaru i doskonaleniu urz^dzen gasniczych. Nie da si? calkowicie wyeliminowac zagrozenia pozarowego stwarzanego przez zbiorniki magazynowe ropy naftowej i jej produktow.
Sposob i instrukcje gaszenia pozarow zbiornikow.
Pozary zbiornikow ropy naftowej i otrzymywanych z niej produktow gasi si? przez pokrycie zwierciadla pal^cej si? cieczy warstw^. piany, ktora odcina dost?p powietrza niezb?dnego do kontynuowania pozaru. Do zbiornika tloczy si? ruroci^gami wodny roztwor
srodka pianotwórczego, który w koñcowym odcinku instalacji, w pr^downicach (rys. 1) zasysa powietrze i tworzy pian^. Dotychczas piana byla podawana do zbiornika z poziomu górnej kraw^dzi plaszcza. Powodowalo to mal^ skutecznosc systemu gasniczego, gdyz podczas pozaru plaszcz dosc szybko, pod wplywem wysokiej temperatury, ulegal deformacjom w strefie zwierciadla pal^cej si§ cieczy. Zdeformowany, sfaldowany po obwodzie plaszcz jest obci^zony od góry chlodniejsz^, jego cz^sci^ znajduj^c^, si§ poza stref^, pozaru, co doprowadza do zalamywania si§ górnej cz^sci plaszcza do wn^trza zbiornika. Pocilga on za sob^, przymocowan^, do niego instalacji gasnicz^ i niszczy j^. Od tego momentu gaszenie pozaru odbywalo si$ tylko przy uzyciu przewoznego sprz^tu strazy pozarnych (samochody gasnicze, pompy dzialka wodno-pianowe). Powtarzaj^ca si§ przy kolejnych pozarach nieskutecznosc stalej instalacji gasniczej wskazuje na koniecznosc innego jej rozwi^zania.
Zbiornik z dachem stalym Zbiornik z dachem plywaj^cym
Wlew piany
Wlew piany
roztworu árodka' pianotwórczego
Ryc. 1. Urz^dzenia gasnicze pianowe z punktami podawania piany w górnej cz^sci
zbiornika.
Deformacje plaszcza zbiornika wyst^puj^ce podczas pozaru w strefie pal^cego si§ zwierciadla cieczy byly analizowane w pracy doktorskiej [1]. Przyj^to w niej uproszczone zalozenia obliczeniowe uzasadniaj^c to faktem, ze kazdy pozar jest inny: dzialanie wiatru chlodzi cz^sc plaszcza powoduj^c, ze jest on nierównomiernie nagrzewany na obwodzie, imperfekcje ksztaltu plaszcza wyst^puj^, w róznej postaci i w róznych jego miejscach, plaszcz jest w rózny sposób schladzany srodkami stosowanymi przez straz pozarn^. Przy tych i innych jeszcze zmiennych wplywach, powoduj^cych mal^ precyzj^ zalozeñ obliczeniowych,
dokladna analiza numeryczna byla niecelowa. Ograniczono si? do analizy pogl^dowej, ktora miala dac potwierdzenia sposobu niszczenia plaszcza zbiornika, jaki stwierdza si? po ugaszeniu pozaru. Analiz? statyczn^. przeprowadzono przy uzyciu programu MSC Visual Nastran for Windows 2002, ktory jest aplikaj metody elementow skonczonych.
Glownym celem analizy numerycznej bylo okreslenie, przy jakiej temperaturze plaszcz zbiornika traci nosnosc pod wplywem dzialania ci?zaru wlasnego. W modelu obliczeniowym przyj?to modul spr?zystosci E=205 Gpa w cz?sci dolnej plaszcza maj^cej kontakt z rop^.. Zalozono, ze plaszcz jest schladzany przez magazynowany produkt. Nad powierzchni^. pal^cej si? ropy redukowano modul spr?zystosci ET, jako wynik wyst?powania wysokich temperatur, az do momentu utraty nosnosci przez plaszcz zbiornika.
Model obliczeniowy.
kolor niebieski - modul spr?zystosci E=205 GPa , T<70°C kolor czerwony - strefa redukcji modulu spr?zystosci ET , T>>70°
Do obliczen przyj?to nast?puj^ce zalozenia:
1. Model obliczeniowy MES obejmuje jedynie plaszcz zbiornika. Nie modelowano ani dna, ani podloza gruntowego, na ktorym spoczywa zbiornik. Wynika to z faktu, ze w pozarze na oddzialywanie wysokich temperatur narazona jest
glównie górna czçsc powloki plaszcza, znajduj^ca siç ponad zwierciadlem pal^cej siç ropy.
2. W modelu obliczeniowym nie uwzglçdniono imperfekcji geometrycznych i materialowych plaszcza. Przyjçto idealn^ geometriç plaszcza i wykorzystano jedn^ plaszczyznç symetrii ukladu. W takim przypadku postacie utraty statecznosci plaszcza nie s^. ograniczone przez warunki brzegowe, wynikaj^ce z symetrii.
3. Pominiçto fakt wplywu rozszerzalnosci termicznej stali na geometriç ukladu. W kazdym rzeczywistym zbiorniku wystçpuj^. imperfekcje geometryczne. Dzialanie wysokich temperatur z reguly poglçbia te efekty i nie wywoluje jednorodnego rozszerzania siç powloki plaszcza. Rozklad temperatury na plaszczu pal^cego siç zbiornika jest takze nierównomierny i w duzej mierze zalezy od zewnçtrznych warunków, takich jak kierunek wiej^cego wiatru, schladzanie plaszcza przez instalacjç przeciwpozarow^, jak i w wyniku dzialania sekcji ratowniczych strazy pozarnej.
4. Kazdy pozar ma inny przebieg. Rózne s^. przyczyny jego powstania, inaczej tez przebiega akcja gaszenia. Poniewaz w warunkach pozaru dziala wiele róznorodnych czynników, celowym dzialaniem stalo siç „wyizolowanie" problemu redukcji nosnosci plaszcza, w wyniku dzialania wysokiej temperatury (redukcja modulu sprçzystosci stali). Analiza ma charakter pogl^dowy, jej celem jest okreslenie temperatury, przy której plaszcz zbiornika ulega zniszczeniu pod wplywem ciçzaru wlasnego.
Pokazana na rys. 2, 3 i 4 mapa deformacji jest typowa w odniesieniu do dwunastu przeanalizowanych przykladów zbiorników pojemnosci 10 000 i 50 000 m , wypelnionych w momencie rozgorzenia pozaru do trzech poziomów: 4,0; 10,0 i 16,0 m.
Wyniki obliczen.
Temperatura plaszcza T oraz redukcja modulu spr^zystosci ET ponad poziomem cieczy w zbiorniku.
T>700 °C, Ei=2,040 GPa
0.00595 -
0.00558 I
0.0052
0.00446 0.00409 0.00372 I 0.00335 I 0.00297 I
0.0026 I
0.00223 I
0.00186 I
0.00149 I
0.00112 I
0.000743 I 0.000372 I
Ryc.2. Deformacja plaszcza zbiornika o pojemnosci V=10000 m3 - stan napelnienia ropq naftowq h=4m.
Temperatura plaszcza T oraz redukcja modulu spr^zystosci ET ponad poziomem cieczy w zbiorniku.
0.00535 | 0.00502
0.00468 \
0.00401 0.00368 0.00335 0.00301
0.00268 I
0.00234 I 0.00201 0.00167 I 0.00134 0.001 0.000669 I 0.000335 I 0. '
T>700 jE"t=1.440 GPa
[m]
Ryc.3. Deformacja plaszcza zbiornika o pojemnosci V=10000 m3 - stan napelnienia ropq naftowq h=10m.
Temperatura piaszcza T oraz redukcja moduiu sprçzystosci ET ponad poziomem cieczy w zbiorniku.
0.00806
0.00756
0.00705
0.00605 0.00554 0.00504 0.00453 0.00403 0.00353 0.00302 0.00252 0.00202 0.00151 0.00101 0.000504 0.
T>700 °C, £"7=0.790 GPa
[mj
Ryc. 4. Deformacja piaszcza zbiornika o pojemnosci V=10000 m3 - stan napeinienia ropq naftowq h=16m.
Dopiero redukcja moduiu sprçzystosci stali do wartosci okoio 1% E powoduje utratç nosnosci piaszcza. Temperatura stali musi przekroczyc wtedy 7000C. W pierwszej fazie powstajq, osiowosymetryczne pofaidowania w rejonie skokowej zmiany sztywnosci, a przy dalszej redukcji sztywnosci powstajq, lokalne wybrzuszenia powoduj^ce utratç nosnosci. Naprçzenia zredukowane wg hipotezy Hubera-Misesa-Hencky nie przekraczajq, 3 Mpa. Poniewaz redukcja granicy plastycznosci i wytrzymaiosci obliczeniowej stali postçpuje wolniej niz redukcja moduiu sprçzystosci, zniszczenie piaszcza bçdzie wynikiem utraty jego statecznosci, a nie uplastycznienia. Koliste deformacje piaszcza obliczeniowo wystçpujq, zawsze w strefie pal^cego siç zwierciadia ropy naftowej. Te koliste deformacje mozna traktowac jako impuls do zaiamania siç górnej czçsci piaszcza do wnçtrza zbiornika.
Wnioski z analizy numerycznej.
3 3
1. Piaszcze zbiorników o pojemnosci V=10000 m jak i V=50000 m tracq, nosnosc w temperaturze okoio 700° C.
2. Deformacje piaszczy zbiorników okreslone na drodze numerycznej potwierdzajq, spostrzezenia zniszczen zbiorników wywoianych w czasie pozaru.
3. Poziom napelnienia zbiornika rop^. w trakcie trwania pozaru ma wplyw na zachowanie nosnosci plaszcza zbiornika. Przy niskim stanie napelnienia traci on nosnosc szybciej niz przy wysokim stanie napelnienia.
4. Analiza dokumentacji fotograficznej konstrukcji zbiornikow, ktore ulegly zniszczeniu w pozarze wykazuje tendencje zalamywania siç powloki plaszcza do srodka zbiornika.
Analizuj^c pozary zbiornikow z rop^. naftowq lub produktami naftowymi dochodzi siç do nastçpuj^cych spostrzezen; w czasie pozaru plaszcz zbiornika jest narazony na oddzialywanie temperatury pozaru wewn^trz zbiornika lub pozaru zbiornika s^siedniego. Im mniejszy jest poziom cieczy znajduj^cej siç w zbiorniku objçtym pozarem, tym wiçksze jest prawdopodobienstwo zniszczenia plaszcza zbiornika wystawionego na oddzialywanie wysokiej temperatury i strumienia cieplnego o duzej mocy. Jesli poziom cieczy w zbiorniku jest wysoki, a plaszcz zbiornika ma bezposredni kontakt z magazynowanym wewn^trz produktem, to nie ma natychmiastowego zagrozenia zniszczenia konstrukcji plaszcza zbiornika. Niszcz^cemu oddzialywaniu cieplnemu w tym przypadku poddana bçdzie tylko gorna czçsc konstrukcji zbiornika. Cieplo poprzez przewodzenie w stalowym plaszczu bçdzie przechodzilo w dol, a ciecz wewn^trz zbiornika ponizej pal^cej siç powierzchni bçdzie odbierala cieplo z plaszcza. Jednak czçsc plaszcza zbiornika nad poziomem cieczy wystawiona na oddzialywanie cieplne (bez chlodzenia) w pocz^tkowej fazie pozaru ulega deformacji. Wysoka temperatura powoduje bowiem utratç wlasciwosci wytrzymalosciowych stali i w konsekwencji doprowadza do „zlozenia siç" konstrukcji. Na podstawie analizy duzych pozarow stalowych zbiornikow magazynowych mozna stwierdzic, ze w zdecydowanej wiçkszosci przypadkow „zlozenie siç" zbiornika nastçpuje „do wewn^trz". W zbiornikach z dachem stalym istotny jest wplyw ciçzaru wlasnego dachu. Powoduje on obci^zenie pionowe oslabionego w pozarze plaszcza i doprowadza do jego deformacji.
Ponadto poszczegolne pierscienie plaszcza maj^ zmienn^ grubosc dostosowan^ do zmieniaj^cego siç parcia hydrostatycznego w zbiorniku. Pierscienie o roznej grubosci licowane s^. podczas montazu na wewnçtrzn^. krawçdz plaszcza ze wzglçdu na uproszczenie montazu a glownie ze wzglçdu na przemieszczanie siç w plaszczu dachu plywaj^cego. Tak wiçc, mimosrodowe obci^zenie zdeformowanego plaszcza na poziomie pal^cej siç cieczy sprzyja jego zalamywaniu siç do wewn^trz. Dalszym teoretycznym uzasadnieniem takiego mechanizmu niszczenia plaszcza jest wyzsza jego temperatura na jego powierzchni wewnçtrznej niz na powierzchni zewnçtrznej.
Porownanie wynikow przeprowadzonej analizy deformacji elementow konstrukcji zbiornika na podstawie komputerowych obliczen z opisem zachowania si? zbiornikow stalowych na produkty naftowe w czasie pozarow (Rys. 5 i 6) wskazuje na niemal dokladn^ zgodnosc.
Ryc. 5. Zbiornik po pozarze w rafinerii nafty Czechowice - Dziedzice.
Ryc. 6. Zbiornik po pozarze w Rafinerii Trzebinia.
Bardzo waznym spostrzezeniem decyduj^cym o bezpieczenstwie pozarowym zbiornikow magazynowych ropy naftowej i produktow naftowych jest fakt, ze instalacje przeciwpozarowe, montowane do gornej krawçdzi zbiornika w czasie pozaru ulegaj^. zniszczeniu w wyniku deformacji jego plaszcza w pocz^tkowej fazie pozaru. W zdecydowanej wiçkszosci przypadkow instalacje te nie spelniaj^ wiçc ani roli, ani funkcji, do ktorej zostaly zaprojektowane i przeznaczone. W przypadku powstania pozaru, kiedy zachodzi potrzeba uruchomienia akcji gasniczej i uzycia instalacji przeciwpozarowych montowanych do gornej krawçdzi zbiornika okazuje siç, ze w wiçkszosci przypadkow ulegly juz one zniszczeniu. Z tego wynika wniosek, ze aby instalacja gasnicza byla skuteczna, musi byc oddzielona od gornej czçsci plaszcza.
Idea podawania piany gasniczej od dna zbiornika powstala juz dawno, ale nie mozna bylo jej zastosowac w praktyce, poniewaz nie dysponowano pian^, ktora nie ulega zniszczeniu przebijaj^c siç przez kilku- czy kilkunastometrow^. warstwç ropy naftowej. Przed kilku laty pianç tak^ wyprodukowano w USA i obecnie jest mozliwe oddzielenie instalacji gasniczej od gornej czçsci plaszcza zbiornika.
Urz^dzenia podaj^ce pianç do zbiornika u jego podstawy dzialaj^ na zasadzie wtrysku podpowierzchniowego. W tym systemie piana gasnicza wtryskiwana jest do paliwa u podstawy zbiornika, nastçpnie przez paliwo unosi siç do gory, gdzie nad powierzchni^. paliwa tworzy gasnicza i ochronn^. warstwç pianow^.. Moze byc ona wprowadzona do zbiornika przez ruroci^gi do transportu piany rownomiernie rozmieszczone nad dnem zbiornika lub przez kolektory technologiczne napelniaj^ce zbiornik. W systemie tym wazne jest, aby piana gasnicza podawana byla do zbiornika nad powierzchni^. wody podproduktowej, ktora czçsto znajduje siç na dnie zbiornika (dotyczy to zbiornikow z rop^. naftow^). Przechodzenie piany przez warstwç wody powoduje jej niszczenie.
Do tego rodzaju urz^dzen gasniczych nalezy stosowac srodki gasnicze wytwarzaj^ce pianç, ktora nie jest zwilzana przez paliwa, np. fluoro-proteinowa lub AFFF. Systemy tego rodzaju nie mog^. byc stosowane do paliw tzw. przeksztalconych, zawieraj^cych alkohole lub inne ciecze polarne, gdyz spowoduj^. one zniszczenie piany podczas przechodzenia jej przez warstwç paliwa. Nie mog^. byc rowniez stosowane do cieczy o duzej lepkosci, np. asfaltu i paliw podgrzanych do temperatury powyzej 100°C, z powodu mozliwosci wrzenia wody wchodz^cej w sklad piany gasniczej.
Giówne zalety tego systemu:
• Piana gasnicza moze byc skutecznie podawana do zbiornika, nie napotykaj^c pr^dów konwekcyjnych powietrza, powstaj^cych w czasie pozaru. Nie jest tez narazona na warunki atmosferyczne np. silny wiatr, intensywne opady deszczu, niskie temperatury.
• Piana gasnicza nie jest podawana bezposrednio w strefç, w której wystçpuje wysoka temperatura.
• Wystçpuje tu znacznie mniejsze prawdopodobienstwo uszkodzenia instalacji przy wybuchu w pocz^tkowej fazie pozaru oraz przez deformacjç piaszcza zbiornika, która postçpuje od góry.
• Piana podawana przy podstawie zbiornika, wypiywaj^c przez ciecz paln^ na powierzchniç, powoduje mieszanie palnej cieczy, wskutek czego zmniejsza siç temperatura górnych warstw cieczy w pal^cym siç zbiorniku i tym samym zmniejsza siç intensywnosc palenia. Redukuje to równiez w znacz^cy sposób mozliwosc powstania wykipienia i wyrzutu pal^cej siç ropy naftowej.
• S3, to urz^dzenia bardzo prostej konstrukcji, iatwe w utrzymaniu i konserwacji.
• Potrzebuj^ znacznie mniejsze ilosci piany do ugaszenia pozaru zbiornika w porównaniu z urz^dzeniami, w których piana podawana jest od góry (przy podawaniu od góry piana trafia w piomienie o temperaturze okoio 1 100 °C, dlatego znaczna jej czçsc ulega rozkiadowi).
• S3 to urz^dzenia tansze w porównaniu z urz^dzeniami podaj^cymi pianç od góry.
Schemat ideowy urz^dzenia podaj^cego pianç do zbiornika u jego podstawy pokazano
na rys. 7.
Ryc. 7. Schemat ideowy urz^dzenia gasniczego podaj^cego pian? z poziomu dna
zbiornika.
W Polsce po raz pierwszy taki system gaszenia pozaru zastosowano (na wniosek autora pracy [1]) w 2004 roku podczas budowy dwoch zbiornikow, kazdy pojemnosci 100 000 m . Instalacja przeciwpozarowa sklada si? z czterech sekcji rur i wylewow piany zainstalowanych nad dnem zbiornika (Rys. 8). Sekcja nr 2 ma siedem wylewow piany, a pozostale trzy sekcje po szesc wylewow, a wi?c razem jest 25 wylewow, ktore podaj^. pian? gasnicz^. rownomiernie na cal^. powierzchni? ropy naftowej w zbiorniku. Zasada dzialania omawianej instalacji pianowej, podobnie jak w przypadku instalacji pianowych odgornych, polega na dostarczeniu do generatorow pianowych wodnego roztworu srodka pianotworczego pod odpowiednim cisnieniem. Jak przedstawiono na rysunku 8 zasilanie instalacji wod^. realizowane jest z przeciwpozarowej pompowni wodnej ruroci^gami wodnymi DN 400. Srodek pianotworczy dostarczany jest do przeciwpozarowych stanowisk rozdzielczych z czterech cystern przewoznych. Piana gasnicza wytwarzana jest w generatorach pianowych zamontowanych w przeciwpozarowych stanowiskach rozdzielczych i dalej ruroci^gami DN 300 dostarczana do oddolnej instalacji gasniczej.
Ryc. 8. Urz^dzenia gasnicze pianowe podaj^ce pian^ do zbiornika u jego podstawy zastosowane w Stacji Pomp w Adamowie ruroci^gu "Przyjazn".
Wnioski:
1. Cech^, charakterystyczn^, zniszczen podczas pozarow stalowych zbiornikow walcowych jest zalamywanie si$ plaszcza zbiornika do wewn^trz. Taki mechanizm zniszczenia zbiornika wyst^puje najcz^sciej mimo roznorodnosci przyczyn powstania pozaru, roznic w sposobie jego gaszenia i dlugosci trwania.
2. Instalacje gasnicze pianowe podaj^ce pian^ od gory zbiornika i zwi^zane z gorn^, cz^sci^, plaszcza zbiornika w warunkach pozaru szybko ulegaj^, zniszczeniu.
3. Zbiorniki magazynowe ropy naftowej i produktow naftowych nalezy wyposazac w trwalsze, w warunkach pozaru i skuteczniejsze, instalacje gasnicze pianowe, dzialaj^ce na zasadzie wtrysku podpowierzchniowego, podaj^ce pian^ do zbiornika z rejonu jego podstawy.
Literatura :
1. Abramowicz M., Adamski R.: Bezpieczeñstwo pozarowe budynków: cz^sc 1, Szkola Glówna Sluzby Pozarniczej, Warszawa 2002.
2. Abramowicz M., Adamski R.: Produkty z welny mineralnej jako izolacja ogniochronne elementów konstrukcji stalowych, II Mi^dzynarodowa Konferencja Bezpieczeñstwo Pozarowe Budowli, 22 - 24 pazdziernika 1997, SGSP Warszawa 1997.
3. Banasinsky V.: Vedouci zaméstnanec a pozárni ochrona, RoVS, Roznov pod Radhostém 2001.
4. Baum H. R.: Large eddy simulations of fires - from concepts to computations, National Institute of Standards and Technology, Gaithersburg, Maryland, USA 2000.
5. Baum H. R., McGrattan K. B.: Simulation of oil tank fires, National Institute of Standards and Technology, Gaithersburg, Maryland, USA 1999.
6. Bednarek Z.: Charakter i mechanizm niszczenia metali w warunkach podwyzszonych i wysokich temperatur, Zeszyty naukowe SGSP 7/1990.
7. Bednarek Z., Dec L., Szlubowska E.: Badania popozarowe wlasnosci wytrzymalosciowych elementów stalowych,
Biuletyn Nauka i Technika Pozarnicza nr 4/1988.
8. Bednarek Z.: O wyznaczaniu odksztalceñ i napr^zeñ termicznych w warunkach pozaru, Inzynieria i Budownictwo 10/1994.
9. Bednarek Z.: Okreslenie parametrów wytrzymalosciowych materialów konstrukcyjnych w nieustalonym polu temperatury, Konferencja, Badanie pozarów, Warszawa 26 kwiecieñ 1989.
10. Bednarek Z.: Zmiany wytrzymalosciowe i strukturalne stali budowlanych spowodowane oddzialywaniem temperatur pozarowych, SGSP Warszawa 1988-1989.
11. Bednarski T.: Mechanika plastycznego plyni^cia w zarysie, Wydawnictwo Naukowe PWN, Warszawa 1995.
12. Bogucki W.: Budownictwo Stalowe, cz^sc 1, wydanie czwarte znowelizowane, Arkady, Warszawa 1976.
13. Бордовский А. М., Mедник Б. М., Фомик В. И., Цвигун А. А.: Предупреждение аварий на объектах магистрального транспорта нефти, Киев 2000.
14. Borysiewicz M., Furtek A., Potempski S.: Poradnik metod oceny ryzyka zwi^zanego z niebezpiecznymi instalacjami procesowymi, Instytut Energii Atomowej Otwock-Swierk 2000.
15. Borysiewicz M., Potempski S.: Metody oceny ryzyka przy sporz^dzaniu raportu bezpieczenstwa, I Krajowa Konferencja Naukowo-Techniczna, Glowne Procedury Zapobiegania Powaznym Awariom Przemyslowym i Ograniczania Ich Skutkow, Warszawa 13 marca 2001.
16. Borysiewicz M., Potempski S.: Obliczanie transportu w atmosferze i srodowisku wodnym substancji niebezpiecznych uwolnionych w wyniku awarii, I Krajowa Konferencja Naukowo-Techniczna, Glowne Procedury Zapobiegania Powaznym Awariom Przemyslowym i Ograniczania ich Skutkow, Warszawa 13 marca 2001.
17. Borysiewicz M., Potempski S.: Szacowanie efektow oddzialywania na czlowieka i srodowisko niebezpiecznych substancji i energii, uwolnionych w wyniku awarii, I Krajowa Konferencja Naukowo-Techniczna, Glowne Procedury Zapobiegania Powaznym Awariom Przemyslowym i Ograniczania Ich Skutkow,
Warszawa 13 marca 2001.
18. Centrala Produktow Naftowych „CPN" Warunki techniczne eksploatacji ukladow oddechowych zbiornikow magazynowych, Biuro Wydawnictw „Libra" Warszawa 1975.
19. Центральный Научно-Исследовательский Институт Противопожарной Обороны ЦНИИПО. Новые способы и средства тушения пламени нефтепродуктов. сборник статей. гостоптехиздат. Москва. 1960.
20. Cote A. E., Linville J. L.: Industrial Fire Hazards Handbook, National Fire Protection Association, Quincy, Massachusetts.
21. Dutta P., Sivathanu Y. R., Gore J. P.: An investigation of oil and gas well fires and flares, School of Mechanical Engineering Purdue
University West Lafayette, USA 1994.
22. Floating roof tank risks, Fire Prevention 305, December 1997.
23. Герасимов П. Н.: Тушение резервуаров подслойным методом, международная практическая конференция, Проектирование, строительство и ремонт резервуаров для нефти и нефтепродуктов, Алматы, 3-4 октября 2001.
24. Ginda G., Skowronski W.: Odksztalcalnosc stali w podwyzszonej temperaturze, XLII Konferencja Naukowa Komitetu Inzynierii L^dowej i Wodnej PAN i Komitetu Nauki PZITB, Krynica 1996.
25. GOST R 51858-2002, Ropa naftowa. Ogolne warunki techniczne.
26. Grantt H.: The Dark Side of Growth and Industrial Disasters Since the Second World War, Journal of Applied Fire Science, New York 1998.
27. Grosset R., Majka A., Zalewski B., Kubicki W.: Wymagania dotycz^ce planow operacyjno-ratowniczych z punktu widzenia Panstwowej Strazy Pozarnej, I Krajowa Konferencja Naukowo-Techniczna, Glowne procedury zapobiegania powaznym awariom przemyslowym i ograniczania ich skutkow, Warszawa 13 marca 2001.
28. Hildebrand M., Noll G.: Storage tank emergencies. Guidelines and procedures, Red Hat Publishing, Annapolis, Maryland 1997.
29. Janiak I.: Przydatnosc dotychczas stosowanych stali na ruroci^gi technologiczne i zbiorniki cisnieniowe podlegaj^ce dyrektywie 97/23/WE, VII Konferencja Naukowo-Techniczna, Problemy Eksploatacyjne Baz Magazynowych Produktow Naftowych, Poznan 10-11 maja 2005.
30. J^drzejczak B.: Statyka powlok obrotowych od wplywu temperatury, Praca doktorska, Politechnika Opolska, Opole 1997.
31. Kay R. T., Kirby B. R., Preston R. R.: Calculation of the Heating Rate of an Unprotected Steel Member in a Standard Fire Resistance Test,
British Steel plc, UK 1996.
32. Kidde Fire Fighting, Storage Thank Protection, Product Catalog.
33. Kielawa J.: Urz^dzenia oddechowe niskocisnieniowych zbiornikow na produkty naftowe, Konferencja, Problemy Eksploatacyjne Baz Magazynowych Produktow Naftowych, Poznan 11-12 maja 1999.
34. Komenda Glowna Strazy Pozarnych, Pozar Rafinerii Nafty w Czechowicach-Dziedzicach pow. Bielski-Biala, woj. katowickie, Warszawa, grudzien 1971.
35. Komenda Wojewodzka Panstwowej Strazy Pozarnej w Krakowie, Przebieg akcji ratowniczo-gasniczej. Pozar zbiornika nr T 46 z rop^ naftow^ w Rafinerii Trzebinia S.A. w dniu 5 maja 2002 r., Krakow 2002.
36. Kosiorek M.: Charakterystyki mechaniczne stali budowlanych w podwyzszonych temperaturach, Prace ITB nr 2/50, Warszawa 1984.
37. Kosiorek M., Pogorzelski J. A., Laskowska Z., Pilich K.: Odpornosc ogniowa konstrukcji budowlanych, Arkady, Warszawa 1988.
38. Kosiorek M.: Wytyczne projektowania konstrukcji stalowych z uwagi na odpornosc ogniow^, Ministerstwo Gospodarki Przestrzennej i Budownictwa, Instrukcja 291, Instytut Techniki Budowlanej, Warszawa 1990.
39. Kret J.: Warunki zagospodarowania terenu bazy paliw. Problemy przy projektowaniu wynikaj^ce z wymogow przepisow, Zarz^d Glowny oraz Zarz^d Oddzialu w Czçstochowie Stowarzyszenia Inzynierow i Technikow Pozarnictwa, Konferencja -Bezpieczenstwo Pozarowe Baz i Stacji Paliw, Czçstochowa 22-23 pazdziernik 1998.
40. Krol-Bogucki J.: Ropa naftowa - sklad, wydobycie, przerobka i znaczenie, Technologia chemiczna, Interaktywny Podrçcznik Internetowy.
41. Куприн Г. Н.: Новое в технике пожаротушения, международная практическая конференция, Проектирование, строительство и ремонт резервуаров для нефти и нефтепродуктов, Алматы, 3-4 октября 2001.
42. Lasota W.: Urz^dzenia gasnicze zbiornikow w bazach paliw plynnych, Przegl^d Pozarniczy Nr 6/1998
43. Lasota W.: Zabezpieczenie przeciwpozarowe baz paliw plynnych, Przegl^d Pozarniczy Nr 2/1998.
44. Lasota W.: Zabezpieczenie przeciwpozarowe baz magazynowych produktow naftowych, Konferencja Naukowo-Techniczna, Problemy Eksploatacyjne Baz Magazynowych Produktow Naftowych, Poznan 11 - 12 maja 1999.
45. Lutze-Birk A.: Bezpieczenstwo w bazach paliw ropopochodnych, Konferencja Naukowo-Techniczna, Problemy Eksploatacyjne Baz Magazynowych Produktow Naftowych, Poznan 15-16 maja 2002.
46. Лузин С. В.: Защита резервуарных парков мобильной быстро развертывемой техникой пожаротушения, Международная практическая конференция, Проектирование, строительство и ремонт резервуаров для нефти и нефтепродуктов, Алматы, 3-4 октября 2001.
47. Maslak M., Siudut J.: Zagrozenie pozarem stalowych podziemnych zbiornikow paliwowych o osi poziomej, VII Konferencja Naukowo-Techniczna, Problemy Eksploatacyjne Baz Magazynowych Produktow Naftowych, Poznan 10-11 maja 2005.
48. McGratton K. B., Baum H. R., Rehm R. G., Hamins A., Forney G. P.: Fire Dynamics Simulator - Technical Reference Guide, National Institute of Standards and Technology, Gaithersburg, Maryland, USA 2000.
49. Меркулов И. А.: Економическая целесообразность применения фторсинтетических пленкообразующих пенообразователей, Международная практическая конференция, Проектирование, строительство и ремонт резервуаров для нефти и нефтепродуктов, Алматы, 3-4 октября 2001.
50. Michalik J. S.: Procedury przeciwdzialania powaznym awariom przemyslowym -regulacje Unii Europejskiej i nowe przepisy krajowe, I Krajowa Konferencja Naukowo-Techniczna, Glowne Procedury Zapobiegania Powaznym Awariom Przemyslowym i Ograniczania Ich Skutkow, Warszawa 13 marca 2001.
51. Miçdzynarodowe Stowarzyszenie Konstrukcji Powlokowych I Przestrzennych. Grupa Robocza Nr 1: Ruroci^gi i zbiorniki, Materialy pokonferencyjne, Przegl^dy techniczne i remonty zbiornikow magazynowych, Gdansk 1994.
52. Milczarek A., Borysiewicz M.: Zasady sporz^dzania oraz wzorce planow operacyjno-ratowniczych przygotowywanych przez zaklady przemyslowe, I Krajowa Konferencja Naukowo-Techniczna, Glowne Procedury Zapobiegania Powaznym Awariom Przemyslowym i Ograniczania Ich Skutkow, Warszawa 13 marca 2001.
53. Mojzesowicz G., Ziolko J., Supernak E.: Skutecznosc roznych typow uszczelnien dachow plywaj^cych zbiornikow na ropç naftow^, Konferencja, Problemy Eksploatacyjne Baz Magazynowych Produktow Naftowych, Poznan 11-12 maja 1999.
54. MSC Nastran for Windows, version 2002, MSC Software Corporation, Los Angeles US.
55. Norma API 650 Departament Rafinacji, Stalowe zbiorniki spawane na paliwa plynne, Wydanie osme listopad 1988, Zatwierdzone przez American National Standards Institute.
56. Person H., Lönnermark.: Tank Fires, Review of fire incidents 1951 - 2003, SP Swedish National Testing and Research Institute, 2004.
57. Pietrow I. I.: Metodyka badania procesow palenia siç paliw plynnych w zbiornikach oraz sposoby ich gaszenia, Inform. Sbornik 1966.
58. Planas-Cuchi E., Casal J.: Flame temperature distribution in a pool-fire, Department of Chemical Engineering, Universitat Politechnica de Catalunya - Institut, Barcelona Spain 1998.
59. PN-80/B-03200 Konstrukcje stalowe. Obliczenia statyczne i projektowanie.
60. PN-B-03210 Konstrukcje stalowe, Zbiorniki walcowe pionowe na ciecze, Projektowanie i wykonanie, PKN pazdziernik 1997.
61. Podgorski M.: Bezpieczenstwo pozarowe istniej^cych baz ropy naftowej i produktow naftowych i stacji paliw plynnych, Zarz^d Glowny oraz Zarz^d Oddzialu w Czçstochowie Stowarzyszenia Inzynierow i Technikow Pozarnictwa, Konferencja -Bezpieczenstwo Pozarowe Baz i Stacji Paliw, Czçstochowa 22-23 pazdziernik 1998.
62. Podgorski M.: Bezpieczenstwo pozarowe zbiornikow ze stalowymi scianami oslonowymi - Proba odpowiedzi, Zarz^d Glowny oraz Zarz^d Oddzialu w Czçstochowie Stowarzyszenia Inzynierow i Technikow Pozarnictwa, Konferencja -Bezpieczenstwo Pozarowe Baz i Stacji Paliw, Czçstochowa 22-23 pazdziernik 1998.
63. Refining Safety Procedures, Fire Prevention 305, December 1997.
64. Ris J., Indason H.: Flame Heat Transfer in Storage Geometries, Fire Safety Journal -Edynburg 1998.
65. Rozporz^dzenie Ministra Gospodarki z dnia 21 listopada 2005 r. w sprawie warunkow technicznych, jakim powinny odpowiadac bazy i stacje paliw plynnych, ruroci^gi przesylowe dalekosiçzne sluz^ce do transportu ropy naftowej i produktow naftowych i ich usytuowanie. Dziennik Ustaw z 2005 r. Nr 243 poz. 2063.
66. Seeger P. G.: On the combustion and heat transfer in fires of liquid fuels in tanks, Research Conducted at the Research Institute for Fire Prevention Techniques at the University of Karlsruhe.
67. Skaznik M.: Zagrozenie wybuchem urz^dzen i instalacji baz produktow naftowych, oraz stacji paliw plynnych, Zarz^d Glowny oraz Zarz^d Oddzialu w Czçstochowie Stowarzyszenia Inzynierow i Technikow Pozarnictwa, Konferencja - Bezpieczenstwo Pozarowe Baz i Stacji Paliw, Czçstochowa 22-23 pazdziernik 1998.
68. Skibinski A.: Urz^dzenia elektryczne w stacjach i bazach paliw plynnych, Zarz^d Glowny oraz Zarz^d Oddzialu w Czçstochowie Stowarzyszenia Inzynierow i Technikow Pozarnictwa, Konferencja - Bezpieczenstwo Pozarowe Baz i Stacji Paliw, Czçstochowa 22-23 pazdziernik 1998.
69. Szkola Glowna Sluzby Pozarniczej, Badania zagrozenia i zabezpieczenia pol zbiornikow z rop^. naftow^. w PERN „Przyjazn" S.A. i na podstawie wynikow badan opracowanie instrukcji postçpowania przy gaszeniu zbiornikow z dachami
3 3
plywaj^cymi o pojemnosci od 12 000 m do 50 000 m przeznaczonych do magazynowania ropy naftowej w PERN „Przyjazn" S.A. Warszawa 2000.
70. Swietnicki J.: Urz^dzenia gasnicze dla baz paliw plynnych oraz nowe zasady certyfikacji w ochronie przeciwpozarowej, Zarz^d Glowny oraz Zarz^d Oddzialu
w Czçstochowie Stowarzyszenia Inzynierow i Technikow Pozarnictwa, Konferencja -Bezpieczenstwo Pozarowe Baz i Stacji Paliw, Czçstochowa 22-23 pazdziernik 1998.
71. TRbF Technische Regelen für brennbare Flüssigkeiten, Taschenbuch-Ausgabe, 1996, Carl Heymanns Verlag KG, Köln, 1996.
72. Williams Fire & Hazard Control. INC, Storage Thank Protection, Product Catalog.
73. Woronko A.: Analiza czterech wariantow konstrukcji zbiornika magazynowego V =
3
50 000 m , VII Konferencja Naukowo-Techniczna, Problemy Eksploatacyjne Baz Magazynowych Produktow Naftowych, Poznan 10-11 maja 2005.
74. Wytyczne projektowania zabezpieczen ogniochronnych konstrukcji stalowych. Centralny Osrodek Badawczo-Projektowy Konstrukcji Metalowych „Mostostal" Warszawa 1978.
75. Ziolko J.: Imperfekcje stalowych zbiornikow walcowych , przyczyny ich powstawania, metody ograniczania, Inzynieria i Budownictwo nr 11/1999.
76. Ziolko J., Supernak E., Mikulski T.: Analiza statecznosci wewnçtrznej powloki walcowego pionowego zbiornika dwuplaszczowego w warunkach proby wodnej, Konferencja Naukowo-Techniczna, Problemy Eksploatacyjne Baz Magazynowych Produktow Naftowych, Poznan 15-16 maja 2002.
77. Ziolko J., Supernak E.: Zbiorniki dwuplaszczowe na media gor3.ce, VII Konferencja Naukowo-Techniczna, Problemy Eksploatacyjne Baz Magazynowych Produktow Naftowych, Poznan 10-11 maja 2005.
78. Ziolko J.: Utrzymanie i modernizacja konstrukcji stalowych, Arkady, Warszawa 1991.
79. [79] Ziolko J.: Zbiorniki metalowe na ciecze i gazy, Arkady, Warszawa 1986.
80. Zurek J., Borysiewicz M.: Zintegrowane oceny ryzyka i zarz^dzania bezpieczenstwem w obszarach przemyslowych, I Krajowa Konferencja Naukowo-Techniczna, Glowne Procedury Zapobiegania Powaznym Awariom Przemyslowym i Ograniczania Ich Skutkow, Warszawa 13 marca 2001.
