CC BY
57
УДК542.7. 541.126
Н. В. Шильникова, В. К. Хасанова ОБЕСПЕЧЕНИЕ ВЗРЫВОПОЖАРОБЕЗОПАСНОСТИ ПРОИЗВОДСТВЕННЫХ ОБЪЕКТОВ ПРИ АВАРИЙНЫХ ПРОЛИВАХ НЕФТЕПРОДУКТОВ
Ключевые слова: производственный объект, нефтепродукты, защита, безопасность.
Обеспечение безопасности на опасных производственных объектах, использующих нефтепродукты, требует строгого соблюдения нормативных документов и внедрения современных средств, повышающих уровень защиты. Показано на типичном промышленном объекте - территории склада горючих смазочных материалов, использование пеногенератора нового образца, который повысит эффективность защиты.
Keywords: industrial facility, petroleum products, protection, safety.
Ensuring the safety of hazardous industrial facilities that use petroleum products, requires strict adherence to regulations and the introduction of modern means of increasing the level ofprotection. It is shown on a typical industrial facility - territory of storage of flammable lubricants, the use of a new type of foam generator, which will increase the effectiveness of the protection.
Внедрение новых технических разработок или замена устаревших средств защиты на современные модели позволит повысить уровень промышленной безопасности опасных объектов, осуществляющих транспортирование, хранение и использование нефтепродуктов. С целью повышения взрывопожарозащиты посредством модернизации комплекса защитных средств, в качестве объекта исследования был выбран наиболее типичный опасный производственный объект [1] - территория склада горючих смазочных материалов.
Используемые на складе вещества имеют низкую температуру испарения, токсичны, способны электризоваться, взрывопожароопасны [2]. Нарушение норм технологического режима, должностных инструкций могут привести к завышению в аппаратах и трубопроводах давления, к разрушению аппаратов, трубопроводов, загораниям, загазованности территории, другим аварийным ситуациям, которые приводят к переходам стадий развития аварий с одного уровня на другой. Основным показателем, определяющим опасность объекта, является частота возникновения аварий в течение года на единицу технологического оборудования [3]. Основными поражающими факторами, возникающими в результате аварии, являются: воздействие на человека, строения и оборудование взрывной волны, теплового излучения от факельного горения, пожара пролива и сгорания углеводородного облака, интоксикация людей продуктами испарения и горения нефтепродуктов [4].
Последовательность развития возможных аварийных ситуаций на территории объекта проанализирована [5] с учетом максимально возможного причиненного ущерба, при реализации аварийной ситуации на территории склада, рассмотрены сценарии возможных аварийных ситуаций с полным разрушением и частичной разгерметизацией (табл.1). Отмечено наличие аварийных ситуаций трех уровней - «А», «Б», «В», различающихся масштабом и характеризующихся:
- на уровне «А» - развитием в пределах одного блока объекта (цеха, установки, участка), являющегося структурным подразделением организации;
- на уровне «Б» - переходом за пределы одного бло-
ка объекта и развитием ее в пределах организации; - на уровне «В» - развитием и выходом за территорию организации, возможностью воздействия поражающих факторов на другие организации, близлежащие населенные пункты, окружающую среду.
Таблица 1 - Наиболее опасные и вероятные сценарии возможных аварийных ситуаций
Ж/д эстакада (ж/д цистерны с бензином)
Полное разрушение Частичная разгерметизация
С-41 - объемный взрыв - уровень "Б"; С-31 - сгорание облака - уровень "Б"; С-51 - пожар пролива -уровень "Б"; С-11-токсическое поражение -уровень "Б". С-^-токсическое поражение - уровень "Б". С-131 - объемный взрыв - уровень "Б"; С-121 - сгорание облака - уровень "Б"; С-11х - пожар пролива -уровень "А".
Насосная (участка нагнетательного трубопровода, насоса с бензином
С-44 - взрыв в объеме помещения- уровень "Б"; С-54 - пожар пролива -уровень "А"; С-14 - токсическое поражение - уровень "А". С-94 - токсическое поражение - уровень "А". С-134 - объемный взрыв - уровень "Б"; С-114 - пожар пролива -уровень "А". С-144 - факельное горение - уровень "А".
Резервуарный парк (резервуара с бензином)
С-45 - объемный взрыв - уровень "Б"; С-З5 - сгорание облака - уровень "Б"; С-55 - пожар пролива - уровень "Б"; С-15 - токсическое поражение - уровень "Б". С-95 - токсическое поражение - уровень "Б"; С-115 - пожар пролива -уровень "А"; С-125 - сгорание облака - уровень "Б"; С-135 - объемный взрыв - уровень "Б"; С-145 - факельное горение - уровень "А".
Обозначения: С-11 -1-номер сценария, подиндекс 1- номер блока
В результате проведенного анализа опасностей и риска выявлено, что исследуемый объект и его участки представляют определенную угрозу для персонала и имуществу объекта.
Аварийная ситуация на объекте характеризуется как "возможная"[6], необходимо снизить вероятность возникновения взрывопожароопасных ситуаций в узле приема, перекачки и хранения нефтепродуктов обеспечением нормального режима эксплуатации оборудования, соблюдением технологии, заданных параметров, грамотной работой персонала. Безопасность эксплуатации объекта также обеспечиваться рядом других технических и организационных мер, включая системы КИП и А, ПАЗ (противоаварийная защита), повышением степени подготовки персонала.
На территории объекта, как правило, размещаются ручные пожарные извещатели, также установлены газоанализаторы для контроля загазованности в местах возможного выделения паров продукта, Также предусматривается постоянная готовность сил и специальных технических средств. Проведение соответствующего оперативного контроля является обязательной трудовой нормой поведения должностных лиц, необходим постоянный контроль со стороны персонала предприятия за всем технологическим процессом слива (налива) и заправки. Разработана последовательность действий операторов для аварийного отключения оборудования.
Однако, наряду с тем, что безопасная эксплуатация объекта предусмотрена, статистика случаев ЧС имеется и в этой связи внедрение современных установок пожаротушения позволит повысить эффективность борьбы с пожарами. К тому же отметим, что на отдельных складах нефтепродуктов допускается не предусматривать системы пенного пожаротушения и водяного охлаждения, но, ликвидация пожаров с помощью ручных и передвижных средств может привести к образованию «запущенных пожаров» и трудностям при их тушении.
Для эффективной борьбы с пожаром необходимо сразу же использовать стационарные автоматические установки пожаротушения [7]. Успешно ликвидировать аварии и локализовать такие пожары можно только при использовании высокоэффективных современных установок пожаротушения, способных обнаружить очаг загорания в самой начальной стадии без участия человека и, что очень важно, ликвидировать пожар в течение короткого промежутка времени [8].
В этой связи, предлагается применение установки автоматического пенного пожаротушения, предназначенной для автоматического обнаружения очага загорания, подачи сигнала о пожаре, тушения пожара, как сверху, так и снизу цистерны, защиты строительных конструкций, технологического оборудования и железнодорожного полотна от опасного воздействия факторов пожара.
Генератор пены предназначен для получения из водного раствора пенообразователя струи ВМП средней кратности и устанавливаемое на конце напорной линии. Наиболее распространены генераторы, состоящие из конусообразного металлического
корпуса с направляющей цилиндрической частью, центробежного распылителя и пакета из двух сеток
[9].
Величина кратности пены указывает о ее способности заполнять определенный объем. Пены низкой кратности на основе углеводородных пенообразователей малоэффективны для пожара серьезного масштаба, т. к. сложно обеспечить высокую интенсивность (расход). Пена средней кратности -средне - тяжелая пена, её кратность до 200 (стационарные установки), при поверхностном тушении важна только для углеводородных, не образующих пленку пенообразователей. Генераторы пены средней кратности применяются при тушении легковоспламеняющихся и горючих жидкостей.
Следует отметить, что пенное пожаротушение с использованием пеногенераторов позволяет быстро и эффективно справиться практически с любым типом возгорания. За короткий промежуток времени подавляется огонь посредством изолирования горючих веществ от воздуха (кислорода), значительное снижение интенсивности горения достигается через 90-120 секунд с момента появления пены на поверхности. В зависимости от типа системы и используемого пенообразователя (пеногенера-тора) это происходит разными способами, однако принцип действия одинаков для всех:
- из-за того, что пена легче любой воспламеняющаяся жидкости, она покрывает поверхность топлива, подавляя пламя;
- благодаря воде, содержащейся в пенообразователе, топливо охлаждается до температуры, при которой реакция горения не поддерживается;
- пенный покров предотвращает выделение горючих испарений, которые могут смешаться с воздухом.
Таким образом, пеногенераторы являются эффективным средством пожаротушения, к тому же, пена легко и без следов убирается из помещения. Важной характеристикой пены является её стабильность (очень медленное разложение) и способность быстрой ликвидации пожаров.
Использование генераторов пены получило в последнее время широкое распространение, особенно в химической и нефтехимической промышленности, работающих с легко воспламеняющимися и горючими жидкостями.
Определение необходимого количества пе-ногенераторов выполняется по расчету (но не менее двух). Число пеногенераторов определяется исходя из расчетного расхода раствора пенообразователя, по средней производительности применяемого пе-ногенератора (округляем в большую сторону). Хранение пенообразователя для систем пожаротушения осуществляется в концентрированном виде. Запас пенообразователя и воды на приготовление его раствора рассчитывается исходя из того количества раствора пенообразователя, которое необходимо на расчетное время тушения при максимальной производительности принятых к установке пеногенерато-ров. Нормативный запас пенообразователя и воды на приготовление его раствора, необходимый для хранения, следует принимать из условия обеспечения трехкратного расхода раствора на один пожар
(при наполненных растворопроводах стационарных установок пожаротушения). Для стационарных установок пожаротушения с сухими растворопрово-дами учитывают потребность в дополнительном количестве раствора пенообразователя для первоначального наполнения сухих растворопроводов. Стационарные установки пенного пожаротушения имеют в своем составе источник водоснабжения, систему снабжения пенообразователем, распределительные клапана и распределительный трубопровод с насадками (пенные оросители, пенные камеры, генераторы пены, стволы).
Для выбора оборудования и схемы производится расчет расхода воды на пожаротушение и необходимого давления. По результатам расчета определяются диаметры распределительных, питающих и подводящих трубопроводов, общий расход воды и давление возле узлов управления и оросителей.
Далее приведен расчет установки пожаротушения для территории склада горючих смазочных материалов (выбран объект - ОАО «Казанский Вертолетный Завод»). Гидравлический расчет выполнялся в соответствии с требованиями НПБ 88-2001*, а также СП 5.13130-2009 и СНиП 2.11.03-93. Суммарный расчетный расход воды на установку составляет 18 л/с.
Учитывая, что скорость движения воды в трубопроводах должна составлять не более 10 м/с. Производительность оросителя определяем по формуле:
^=К^И = 0,31^10=0,98 л/с где К - коэффициент производительности оросителя, К = 0,31; Н - напор перед оросителем, примем 10 м. ( минимальный напор по паспорту на изделие).
Пеногенератор размещен на высоте 3 м от земли. Пеногенераторы (2 шт.) распределены над защищаемой площадью с учетом обеспечения равномерности орошения с максимальной интенсивностью, формы эпюры орошения оросителя, а также с учетом взаимного перекрытия периферийных областей орошения. И таким образом площадь, защищаемая одним оросителем, равна f = 7,1 м2 при радиусе 1,5 м. Тогда обеспечивается интенсивность орошения, определяемая по формуле:
I = ^ # = 0,98/7,1 = 0,13 л/(см2).
Учитываем площадь эстакады по внешнему контуру сооружения - 15 м2, общий расход раствора пенно-образователя: 0расч, л/с = 15-0,08 =1,2 л/с. где 1расч. - расчетная интенсивность подачи раствора пенообразователя, л/(м2с). Требуемое количество водопенных насадок для защиты эстакады, шт: N впн общ= 2 шт.
Расчетный расход раствора пенообразователя на 1 водопенный насадок - 0ВПН, л/с
О расч. ВПН = О общ.расч ^ ВПН общ.= 1,2 / 2 = 0,6 л/с
Фактический расход раствора пенообразователя на 1 водопенный насадок - О факт. ВПН, л/с, определяется с учетом характеристик водопенных насадков конкретного производителя:
0 факт. ВПН,= 1 л/с.
Фактическая интенсивность подачи раствора пенообразователя 1факт., л/(м2с) обеспечиваемая установкой пожаротушения: 1факт= 0,13 л/(м2с). Проверка соответствия фактических и требуемых условий тушения пожара.
1факт. > 1расч, 0,13 > 0,08 По результатам гидравлических расчетов, производимых в установленном порядке определяются: Б сухуч.- внутренний диаметр сухотрубных участков, м; Ь сух.уч.- протяженность сухотрубных участков, Ьсух.уч., м.
Ду=100 мм , Ь=3 м; Ду =200 мм, Ь=5 м. Расчетное количество пенообразователя: упо= 1 ■ 6 ■ 15 ■ 60 ■ 10 -3 / 100 = 0,054 м3 . Расчетное время тушения равно 15 мин. Количество пенообразователя, требуемое для получения раствора пенообразователя для заполнения сухотрубных участков, по расчетам составило 0, 02657 м3. Концентрация раствора пенообразователя, %. 200% резерв пенообразователя, м3:
Упо рез = 2 Упо = 2 ■ 0,054 = 0108 м3. Расчетное количество пенообразователя, хранящееся в емкостях хранения пенообразователя, м3:
УПО общ = УПО + УПО (сух.уч.) + УПО рез, = 0,054 +
0,02657+ 0,108 = 0,1886 м3. Фактическое количество пенообразователя, хранящееся в емкостях хранения пенообразователя, УПО факт. м3 УПО факт определяется при подборе емкостей для хранения пенообразователя. В данном случае - 1 бака объемом 200 л и дозатора пенный автоматический.
У ПО факт > У ПО общ, т.е. 0,2 > 0,1886 м3 Запас воды, требуемый для трехкратного применения установки, предназначенный для хранения в резервуарах противопожарного запаса воды: Узап.воды = У ПО общ ((100 - К)/К + 1) = 0,1886 ((100 - 6)/6 + 1) = 3,143 м3 Нормативный запас (не снижаемый) пенообразователя, хранящийся на территории объекта в целях восстановления расчетного количества пенообразователя и 200% резерва или для организации тушения пожаров с использованием мобильных средств пожаротушения:
Упо норм. зап = 3 ■ У ПО =3 ■ 0,054 = 0,162м3.
Гидравлический расчет сети производится на самый удаленный и высоко расположенный («диктующий») ороситель. Требуемый напор, который должна обеспечить насосная установка пожаротушения был также рассчитан и составил 10,9 м. Требуется, чтобы насос обеспечивал напор не менее « 11 м., необходимо 2 оросителя, напор должен составить 22 м.
Расчет мощности электродвигателя насоса:
о
■ н
367 ■ ц
к3 - коэффициент запаса. Для мотора мощностью более 15 кВт равен 1,05; п - производительность насоса. п=0,71 (71%), Р=1.59 кВт
Перечень нового оборудования включает: один дозатор пенный автоматический, пенообразователь ПО-6ТФ-У объемом 200 л, ороситель пенный ОПД-15 - 2 шт., насосный агрегат ЦНС-2.
Таким образом, внедрение установки автоматического пенного пожаротушения в комплекс противопожарных средств позволит повысить защиту объекта за счет снижения времени, необходимого для локализации пожара, а также за счет автоматического обнаружения очага загорания, подачи сигнала о пожаре, тушения пожара, как сверху, так и снизу цистерны, а следовательно ограничить последствия от пожаров при проливах нефтепродуктов, к тому же следует учитывать, что отдельные типовые узлы приема, перекачки и хранения нефтепродуктов, склады горюче-смазочных материалов имеют несоответствия требованиям безопасной эксплуатации.
Эффективность защиты при проливах нефтепродуктов от внедрения нового оборудования, подтверждается экономической оценкой ущерба от аварий и результатами расчета суммарного ущерба при пожарах на рассмотренных объектах.
Литература
1. Федеральный закон «О промышленной безопасности опасных производственных объектов» № 116-ФЗ от
21.07.97 г.
2. Федеральный закон от 22.07.2008 N 123-ФЗ "Технический регламент о требованиях пожарной безопасности".
3. ВППБ 01-01-94 «Правила пожарной безопасности при эксплуатации предприятий нефтепрэдукгообеспечения».
4. ПБ 09-560-03 Правила промышленной безопасности нефтебаз и складов нефтепродуктов.
5. Гимранов Ф.М. Прогнозирование сценариев развития аварий на нефтехимических производствах. Вестник КГТУ, Казань, №5, 2010. - С. 158-161.
6. РД 03-418-01 «Методические указания по проведению анализа риска опасных производственных объектов».
7. Л.М. Мешман, С.Г. Цариченко, В.А. Былинкин, В.В. Алешин, Р.Ю. Губин. Учебно-методическое пособие «Проектирование водяных и пенных автоматических установок пожаротушения» //Под общей редакцией Н.П. Копылова.- Москва, 2002.
8. Рекомендации «Обеспечение пожарной безопасности установок по ликвидации аварийных проливов нефти и нефтепродуктов» (согласованы письмом ДНД МЧС России от 2.06. 2008 г. № 19-2-3-2261).
9. Баратов А.Н. Горение - Пожар - Взрыв - Безопасность. М., 2003.
© Н. В. Шильникова - канд. биол. наук, доцент каф. промышленной безопасности КНИТУ, snv-knitu@yandex.ru; В. К. Ха-санова - к.п.н., доцент каф. промышленной безопасности КНИТУ, valerya29.11@mail.ru.
© N. V. Shilnikova - Professor, PhD, industrial safety department, KNRTU, snv-knitu@yandex.ru; V. K. Khasanova ■ PhD, industrial safety department, KNRTU, valerya29.11@mail.ru.
Professor,
