CC BY
33
В. Ю. ШИМКО, генеральный директор ООО "СпецПожТех"
(Россия, 127051, г. Москва, Малый Сухаревский пер., 9, стр. 1; e-mail: spth@mail.ru)
УДК 614.842.618
ИСПОЛЬЗОВАНИЕ КОНСТРУКЦИЙ НА ОСНОВЕ ВОДОПЛЕНОЧНЫХ ЭКРАНОВ ДЛЯ ПОВЫШЕНИЯ ПОЖАРОВЗРЫВОБЕЗОПАСНОСТИ ОБЪЕКТОВ ХРАНЕНИЯ И РАСПРЕДЕЛЕНИЯ СЖИЖЕННОГО ПРИРОДНОГО ГАЗА
Представлены результаты исследований конструкций на основе водопленочных экранов с целью оценки эффективности их использования в качестве систем, обеспечивающих ограничение распространения парогазового облака и предотвращение горения при аварийных ситуациях, связанных с проливом сжиженного природного газа на объектах его хранения и распределения.
Ключевые слова: сжиженный природный газ; разгерметизация технологического оборудования; пролив сжиженного газа; парогазовое облако; водяная пленка.
Повышенная пожаровзрывоопасность объектов хранения и распределения сжиженного природного газа (СПГ) обусловлена рядом его специфических особенностей, которые при аварийных ситуациях реализуются в виде дополнительных по сравнению с легковоспламеняющимися и горючими жидкостями опасных факторов. Серьезную опасность при аварийных ситуациях, связанных с разгерметизацией технологического оборудования, представляет по-жаровзрывоопасное облако, которое образуется в результате интенсивного испарения аварийно истекающего продукта (опасной жидкости) и может распространяться на большие расстояния.
Воспламенение такого облака часто сопровождается взрывами с разрушением технологических коммуникаций, аппаратов и резервуаров, образованием новых участков дополнительного истечения продукта и каскадным развитием аварийной ситуации.
Анализ зарубежного и отечественного опыта в области разработки новых средств и способов противопожарной защиты объектов производства и хранения криогенных и сжиженных горючих и токсичных газов показывает, что в настоящее время значительное внимание уделяется техническим решениям, направленным на борьбу с загазованностью (предотвращение возможности распространения парогазового облака), которая является одной из главных задач при ликвидации аварий с проливами сжиженных горючих газов. Предложенные ранее способы и устройства для борьбы с загазованностью имеют ряд существенных недостатков и в силу этого не нашли широкого применения.
В работе [1] предлагается устройство для рассеивания облака тяжелых взрывоопасных газов, образующихся в результате утечки газообразующей
© ШимкоВ.Ю.,2014
жидкости из наземной емкости. При возникновении аварийной ситуации вокруг емкости формируют ограждение, препятствующее распространению газового облака и огня, путем поднятия сплошного гибкого и огнестойкого материала. Устройство представляет собой сплошное ограждение, выполненное в виде двойного замкнутого обвалования, ограждающего территорию хранилища и образующего замкнутый канал. В канале размещено складываемое замкнутое ограждающее средство, выполненное из огнестойкого материала, нижняя кромка которого соединена с основанием канала. Конструкция снабжена устройством для вертикального развертывания складываемого преграждающего средства, которое включает замкнутую подъемную оболочку и систему подачи в нее легкого газа. Верхняя кромка складываемого преграждающего средства соединена с замкнутой подъемной оболочкой. В случае аварийного истечения СПГ детекторы, сигнализирующие о наличии аварийной ситуации, автоматически включают систему подачи легкого газа внутрь подъемной оболочки, которая по мере наполнения газом поднимается вверх, увлекая за собой замкнутое ограждающее средство. Сформированное таким образом ограждение препятствует растеканию тяжелого газа по обширной территории, направляя его вверх, где под влиянием воздушных потоков он должен рассеяться.
Недостатками устройства являются сложность формирования ограждения, применение гибкого огнестойкого материала и необходимость использования легкого газа и системы его подачи, что обуславливает повышение стоимости данного технического решения. Наличие подъемного устройства для гибкого огнестойкого материала снижает на-
дежность конструкции, поскольку при возникновении аварийной ситуации велика вероятность его повреждения. Кроме того, при взрыве герметичность сплошного ограждения из огнестойкого материала может быть нарушена, и оно не сможет выполнять свою функцию, что приведет к распространению пожара. Да и сама оболочка, как и любой материал, имеет предел огнестойкости, который ограничивает время существования ограждения. Все это приводит к потере надежности и безопасности предложенного устройства. Наконец, испаряющийся тяжелый газ при заполнении объема внутри ограждения может перетечь через него и опуститься к земной поверхности, что повлечет за собой загазованность территории вокруг резервуара.
В работе [2] предлагается следующее решение данной проблемы. По верхней кромке обычного обвалования, предназначенного для сбора вытекающего жидкого природного газа, предлагается установить соединенный с источником пара распылительный коллектор. В его верхней части выполнены отверстия, предназначенные для формирования завесы из струек пара. Последние, выходя из отверстий вертикально вверх, создают паровую завесу вокруг емкости, которая предотвращает распространение тяжелого испаряющегося газа за обвалование и способствует рассеиванию газового облака. Внутри обвалования установлены детекторы системы сигнализации. Для реализации данного технического решения также требуется сложное и дорогое оборудование: постоянно действующий источник пара для формирования данной завесы, система обеспечения мгновенной подачи пара при получении сигнала от детекторов сигнализации. Кроме того, в случае возгорания газа паровая завеса не сможет предотвратить проникновение внутрь ограждения воздуха, который будет поддерживать процесс горения газа в замкнутом объеме. В связи с большой излучающей способностью горящего СПГ (при горении, например, сжиженного природного газа — метана плотность теплового потока превышает 220 кВт/м2 при температуре пламени 1800 °С) паровая завеса ослабляет мощность проходящего сквозь нее теплового потока всего в несколько раз, поэтому он остается достаточно сильным для инициирования горения горючих веществ за локализуемой данной завесой областью.
В статье [3], посвященной исследованию эффективности использования теплозащитных водо-пленочных экранов в качестве противопожарных преград для ослабления мощного теплового излучения при горении проливов СПГ, было установлено, что, наряду с защитой от внешних источников теплового излучения, названные конструкции обладают газоизолирующей способностью. Это дает
основание предположить, что на их основе могут быть разработаны устройства, уникальным образом совмещающие в себе набор наиболее важных и необходимых свойств, позволяющих успешно решить задачу пожарной защиты хранилищ СПГ.
В настоящей статье представлены результаты исследований эффективности использования конструкций на основе водопленочных экранов в качестве средства борьбы с загазованностью при аварийных ситуациях, связанных с проливом СПГ на объектах его хранения и распределения.
В ходе экспериментов с имитацией аварийной утечки СПГ, подробно описанных в статье [3], было установлено, что испаряющийся газ через 3-5 с начинает свободно проникать через нижнюю часть сеточных панелей ограждения и растекаться по поверхности земли. После подачи воды в систему водоорошения панелей ограждения происходит герметизация ограждения водяными пленками, и испаряющийся газ локализуется внутри защитной конструкции, а после заполнения всего ограждаемого объема парогазовое облако выходит вверх, рассеиваясь в атмосфере. Однако при ветровом воздействии парогазовое облако увлекается к поверхности земли, что может привести к возникновению пожароопасной ситуации. На рис. 1 представлены снимки, иллюстрирующие данную серию экспериментов.
С целью исключения распространения парогазового облака конструкция ограждения была доработана: на его верхнем торце была установлена металлическая газонепроницаемая крыша с вертикальными трубами, через которые парогазовое облако сбрасывалось в атмосферу (рис. 2).
Эксперименты по оценке эффективности использования доработанного ограждения для ограничения распространения парогазового облака (см. рис. 2) показали, что при оснащении ограждения металлической газонепроницаемой крышей с вертикальными трубами такая конструкция обеспечивает сбрасывание парогазового облака из защищаемого объема в атмосферу и эффективное рассеивание его на безопасной высоте.
В следующей серии экспериментов с целью определения размеров пожароопасного облака, образующегося при выходе паров СПГ через трубы, производилось измерение размеров зон загазованности, а также осуществлялся дистанционный поджиг истекающего из труб газа (рис. 3). Зарегистрированные размеры пожароопасного облака, ограниченные контуром с концентрацией газа, соответствующей нижнему концентрационному пределу распространения пламени (НКПР), не превышали 8-10 м при расходе СПГ до 15 кг/с, что значительно (в 5-8 раз) меньше, чем при свободном испарении его без ограждающей конструкции.
ISSN 0869-7493 ПОЖАРОВЗРЫВОБЕЗОПАСНОСТЬ 2014 ТОМ 23 № 1
59
Рис. 1. Эксперименты по исследованию использования конструкций на основе водопленочных экранов для ограничения распространения парогазового облака: а — через 30 с с момента подачи газа; б — при подаче воды на защитные экраны; в — через 90 с с момента подачи газа; г — через 180 с с момента подачи газа
Рис. 2. Вид доработанного ограждения (а) и один из этапов его испытаний на ограничение распространения парогазового облака (б)
Рис. 3. Эксперименты по оценке размеров пожароопасного облака, образующегося при выходе газа через трубы
Анализ рис. 3 показывает, что размеры пламени, которые также характеризуют размеры пожароопасного облака, образующегося при выходе газа
через трубы, весьма незначительны, при этом плотность теплового излучения на высоте 2 м от поверхности земли не превышает 2,5 кВт/м2.
На следующем этапе экспериментов оценивались функциональные возможности защитных ограждений на основе водопленочных экранов при вспышке (взрыве) газа внутри ограждения. Эксперименты показали, что при поджоге газа, испаряющегося во внутренний объем защитного ограждения, взрыв не только не приводит к разрушению конструкции, но и не оказывает заметного влияния на ее работоспособность. В момент вспышки пленка жидкости разрывается, и избыточное давление сбрасывается через ячейки ограждения, а затем, благодаря подаче воды, на сеточных поверхностях вновь образуются водяные пленки, сохраняя функцию данной конструкции — предотвращать проникновение газов (в том числе воздуха из окружающей среды) сквозь ограждение. За счет исключения доступа окислителя (воздуха) в зону горения происходит самотушение в защищаемом пространстве, а процесс горения может иметь место только на сбросных трубах и протекать в безопасном режиме (см. рис. 3).
Выводы
Защитные конструкции на основе водопленочных экранов являются эффективным средством ограничения распространения парогазового облака. При этом они обеспечивают предотвращение горения в защищаемом объеме, а также защиту от воздействия внешних источников теплового излучения в условиях горения пролива СПГ вокруг защитного ограждения [3].
Таким образом, конструкции на основе водопле-ночных экранов позволяют обеспечить эффективную защиту резервуаров и технологического оборудования с СПГ при наиболее опасных аварийных ситуациях, связанных с проливом сжиженного природного газа на объектах его хранения и распределения.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Пат. 1695949А1 СССР. МПК А62 С3/00. Устройство для локализации аварий на наземных хранилищах взрывопожароопасных ядовитых жидкостей и газов / Акатьев В. А., Сафронов В. А., Соболев Г. П. — Опубл. 07.12.91 г., Бюл. № 45.
2. Пат. 843704 Великобритания. МПК А62 С3/00. Устройство для рассеивания облака тяжелых взрывопожароопасных газов, образующихся в результате утечки из наземной емкости / Симпсон Г. Дж., Кьюд А. Л. — Опубл. 30.06.81 г., Бюл. № 24.
3. Шимко В. Ю. Использование водопленочных теплозащитных экранов для защиты от теплового излучения при горении проливов сжиженного природного газа // Пожаровзрывобезопасность. — 2013. — Т. 22, № 12. — С. 63-67.
Материал поступил в редакцию 26 сентября 2013 г.
= English
APPLICATION OF CONSTRUCTIONS BASED ON WATER-FILM SHIELDS FOR INCREASING OF THE FIRE-AND-EXPLOSION SAFETY OF OBJECTS OF STORAGE AND DISTRIBUTION OF THE LIQUEFIED NATURAL GAS
SHIMKO V. Yu., General Director, OOO SpecPozhTekh (SpecPozhTekh, LLC)
(Malyy Sukharevskiy Lane, 9, off. 1, Moscow, 127051, Russian Federation; e-mail address: spth@mail.ru)
ABSTRACT
The increased fire-and-explosion safety of objects of storage and distribution of the liquefied natural gas (LNG) is caused by number of its specific features. In emergency situations caused by de-pressurization of processing equipment the serious danger is represented by fire hazardous cloud which is often accompanied by explosions with destruction of process communications, devices, tanks and initiate formation of additional flow out places of gas and cascade development of emergency situation. The earlier offered methods and facilities of gas contamination control have a number of serious shortcomings and are not widely adopted. Results of researches of efficiency of application of constructions with water-film shields as a mean of gas contamination control in emergency situations are presented in given article.
In this article, devoted to research efficiency of application of heat-proofing water-film shields for weakening of powerful heat radiation from burning of LNG spills, it was determined that along with protection against external sources of thermal radiation the above mentioned constructions have gas-isolating ability. It allows assuming that on their basis it can be developed the unique devices combining the most important and necessary properties to solve successfully the problem of fire protection of LNG storages.
Experiments showed that in case of arson of the gas, evaporating in internal volume of the protective barrier, explosion not only does not bring to destruction of barrier, but also does not exert appreciable influence on it.
Thus, constructions based on water-film shields allow providing effective protection of tanks and processing equipment with LNG during the most dangerous emergency situations caused by flowing out of liquefied natural gas at the objects of its storage and distribution.
Keywords: liquefied natural gas; depressurization of processing equipment; passage of the liquefied gas; steam-gas cloud; water film.
REFERENCES
1. Akatyev V. A., SafTonov V. A., Sobolev G. P. Ustroystvo dlya lokalizatsii avariy na nazemnykh khrani-lishchakh vzryvopozharoopasnykh yadovitykh zhidkostey i gazov [The device for localization of emergencies in above-ground storages of highly explosive fire hazardous toxic liquids and gases]. Patent SU, no. 1695949A1, 1991.
2. Simpson G. J., Kyud A. L. The device for dispersion of highly explosive fire hazardous cloud of heavy gases forming as a result of leakage from above-ground tank. Patent Great Britain, no. 843704, 1981.
3. Shimko V. Yu. Ispolzovaniye vodoplenochnykh teplozashchitnykh ekranov dlya zashchity ot teplovogo izlucheniya pri gorenii prolivov szhizhennogo prirodnogo gaza [Application of water-film heat-reflecting shields for protection against thermal radiation arising from burning spills of liquefied natural gas]. Pozha-rovzryvobezopasnost — Fire and Explosion Safety, 2013, vol. 22, no. 12, pp. 63-67.
ISSN 0869-7493 ПОЖАРОВЗРЫВОБЕЗОПАСНОСТЬ 2014 TOM 23 № 1
61
