CC BY
22
Н. Н. БРУШЛИНСКИИ, д-р техн. наук, профессор, начальник Научно-исследовательского центра управления безопасностью сложных систем, Академия Государственной противопожарной службы МЧС России (Россия, 129366, г. Москва, ул. Бориса Галушкина, 4; e-mail: [email protected]) М. X. УСМАНОВ, канд. физ.-мат. наук, доцент, начальник Научно-исследовательского центра по проблемам пожарной безопасности, Высшая техническая школа пожарной безопасности МВД РУз (Узбекистан, 100102, г. Ташкент, Сергелийский р-н, ул. Дустлик, 5; e-mail: [email protected]) В. Ю. ШИМКО, генеральный директор ООО "СпецПожТех" (Россия, 127051, г. Москва, Малый Сухаревский пер., 9, стр. 1; e-mail: [email protected]) В. Л. КАРПОВ, д-р техн. наук, главный научный сотрудник, Всероссийский научно-исследовательский институт противопожарной обороны (ВНИИПО) МЧС России (Россия, Московская обл., 143903, г. Балашиха, мкр. ВНИИПО, 12; e-mail: [email protected])
А. X. КУРБАНОВ, научный сотрудник Научно-исследовательского центра по проблемам пожарной безопасности, Высшая техническая школа пожарной безопасности МВД РУз (Узбекистан, 100102, г. Ташкент, Сергелийский р-н, ул. Дустлик, 5; e-mail: [email protected])
УДК 614.842.618
МЕТОД ЗАЩИТЫ ОТ РАСПРОСТРАНЕНИЯ ПОЖАРОВ ОПАСНЫХ ГАЗОВ И РАДИОНУКЛИДОВ
Приведены результаты использования инновационной технологии ослабления тепловых потоков, реализуемой с помощью теплозащитных экранов "Согда", в целях создания специальных ограждений объектов хранения сжиженного природного газа (СПГ), предназначенных для повышения их пожаровзрывобезопасности и обеспечения безопасного рассеивания облака тяжелых взрывоопасных газов, образующихся в результате утечки газообразующей жидкости из наземной емкости. Даны предложения по использованию теплозащитных экранов "Согда" для предотвращения распространения горячих облаков пара и газов, возникающих при авариях на АЭС.
Ключевые слова: теплозащитный экран "Согда"; водяная пленка; ослабление теплового потока; защита от распространения газов и радионуклидов; пожаровзрывобезопасность для хранилищ СПГ и на АЭС.
Обзор существующих способов безопасности хранения СПГ
Существенное возрастание за последнее десятилетне производства и потребления сжиженных природных газов (СПГ) и дальнейший курс на превалирование данного типа углеводородного сырья в топливно-энергетическом балансе большинства стран мира требуют разработки адекватных мер по обеспечению безопасности его хранения и использования. Только за последние годы в результате пожаров и взрывов на АЗС и в местах хранения сжиженного газа были унесены десятки жизней и в несколько раз больше людей травмированы. Основным направлением разработки новых средств и способов противопожарной защиты объектов, на которых производятся и хранятся криогенные и сжиженные горючие и токсичные газы, является борьба с загазованностью (предотвращение возможности распространения парогазового облака) при ликвидации аварий с проливами сжиженных горючих газов.
При аварийных ситуациях, связанных с разгерметизацией технологического оборудования, токсичное и пожаровзрывоопасное облако, которое образуется в результате интенсивного испарения аварийно истекающего продукта (опасной жидкости), может распространяться на большие расстояния. Воспламенение такого облака часто сопровождается взрывами с разрушением технологических коммуникаций, аппаратов и резервуаров и образованием новых участков дополнительного истечения продукта, а также генерацией сверхмощных тепловых потоков, что приводит к образованию новых очагов горения. В связи с этим к способам транспортировки, хранения и использования СПГ предъявляются жесткие требования в части, касающейся защиты людей и оборудования. Одной из наиболее важных проблем, препятствующей широкому внедрению потребления СПГ, особенно на удаленных объектах, является обеспечение безопасного хранения его в малых наземных емкостях. Предложенные ранее способы
© Брушлинский Н. Н., Усманов М. X., Шимко В. Ю., Карпов В. Л., Курбанов А. X., 2014
72
ISSN 0869-7493 ПОЖАРОВЗРЫВОБЕЗОПАСНОСТЬ 2014 ТОМ 23 №5
и устройства имеют ряд существенных недостатков и не нашли широкого применения [1,2].
Новые технологии обеспечения безопасности хранения СПГ
Накопленный на сегодняшний день опыт использования экранов "Согда" в качестве активных средств защиты на пожарах [3] дал импульс для проработки вопроса о применении ограждающих конструкций на основе экранов для локальной защиты обособленных хранилищ СПГ.
Рабочий элемент ограждающей конструкции представляет собой две сетчатые поверхности, между которыми специальными форсунками распыляется вода. В штатном режиме при отсутствии аварийного истечения газа вода в систему орошения ограждающих панелей не подается. При этом панели обеспечивают видимость, свободное прохождение через них воздуха и газов, естественную вентиляцию, а значит, незначительные малые технологические утечки газа даже при длительной эксплуатации не могут привести к скоплению взрывоопасной концентрации газа внутри ограждения.
В случае аварийного истечения газа, а также при пожаре в ограждающую конструкцию автоматически подается вода, при этом в межсеточном пространстве создается капельно-воздушная среда, а на сетках образуется сплошная водяная пленка, непроницаемая для воздушных и газовых потоков. Кроме того, в случае пожара теплофизические и оптические явления, происходящие в результате взаимодействия теплового потока с сеточными поверхностями, с мелкодисперсными каплями воды в межсеточном пространстве и с водяными пленками на самих сетках, обеспечивают ослабление мощности теплового потока в 50 раз и более.
В 2010 и 2011 гг. на территории испытательного полигона Всероссийского научно-исследовательского института противопожарной обороны (ВНИИПО МЧС РФ) в Оренбургской обл. были проведены экспериментальные исследования по применению инновационной технологии для обеспечения пожаро-взрывобезопасности мест хранения СПГ. Цилиндрическая емкость с СПГ диаметром 1 м и высотой 3 м устанавливалась в центре бетонного обвалования (3x3x1 м). Четыре экранирующие панели размером 3x4x0,2 м закреплялись на верхней кромке обвалования, образуя сплошное ограждение в виде прямоугольного параллелепипеда.
Аварийное истечение СПГ внутрь огражденного объема инициировалось специальным образом. В течение 1-й минуты с момента начала истечения СПГ вода в систему водоорошения экранирующих панелей не подавалась. При этом испаряющийся газ через 3-5 с начал свободно проникать через ниж-
Рис. 1. Истечение парогазового облака
Рис. 2. Горение газа на верхнем срезе охлаждения
нюю часть сеточных панелей ограждения и свободно растекаться по поверхности земли.
На следующем этапе в момент подачи воды в систему водоорошения панелей ограждения произошла герметизация ограждения водяными пленками, образовавшимися на сеточных поверхностях. После заполнения испаряющимся газом всего ограждаемого объема парогазовое облако, как и ожидалось, стало перемещаться вертикально вверх и истекать через отверстие в верхней части конструкции, рассеиваясь в верхних слоях атмосферы (рис. 1). В дальнейшем данная конструкция была усовершенствована, что позволило повысить эффективность рассеивания парогазового облака.
При поджиге газа, испаряющегося во внутренний объем защитного ограждения, скачок давления взрыва не привел к разрушению конструкции. Водяные пленки мгновенно восстановились, сохранив все свойства ограждения. Горение газа внутри ограждения из-за отсутствия доступа кислорода извне переместилось на верхний срез ограждения (рис. 2).
Огневой эксперимент по обеспечению пожаро-взрывобезопасности емкости с СПГ от воздействия внешних источников теплового излучения проводился в условиях горения пролива СПГ вокруг защитного ограждения. По показаниям датчиков теплового потока его плотность вне ограждения составила более 220 кВт/м2, внутри ограждения — не более 4,8 кВт/м2.
{ББИ 0869-7493 ПОЖАРОВЗРЫВОБЕЗОПАСНОСТЬ 2014 ТОМ 23 №5
73
Следует отметить, что полученные уникальные результаты экспериментальных исследований подтверждают возможность более широкого применения теплозащитных экранов. Например, на атомных и химических объектах такие экраны, помимо защиты от тепловых потоков, благодаря наличию водяной пленки на сеточных поверхностях позволят задерживать и потоки радионуклидов и химических активных опасных газов. В свете последних катастрофических событий на атомных электростанциях в Японии применение различных форм ограждающих конструкций из теплозащитных экранов "Согда" становится особенно актуальным.
Выводы
Экспериментальные исследования по применению инновационной технологии защиты объектов хранения СПГ с помощью сеточных ограждений продемонстрировали следующие ее возможности:
• огороженная зона при работе в штатном режиме продувается сквозь сеточные поверхности, что предотвращает скопление газа до взрывоопасной концентрации внутри ограждения при незначительных технологических утечках;
• при аварийной утечке газа автоматически подаваемая в конструкцию вода, создавая пленку, де-
лает стенки ограждения непроницаемыми для парогазового облака, что приводит к перемещению облака только вверх и дальнейшему его рассеиванию до безопасных концентраций;
• в случае возникновении пожара вне ограждаемого объема экранирующие поверхности защищают емкость от теплового воздействия извне и предотвращают ее опасный перегрев;
• при пожаре внутри ограждения экранирующие поверхности препятствуют распространению пожара и обеспечивают самотушение внутри ограждения, исключая поступление кислорода сквозь стенки ограждения;
• при взрыве газа, испаряющегося внутри ограждения, водяные пленки разрываются и избыточное давление сбрасывается, что позволяет избежать разрушения ограждения. После уравновешивания давления водяные пленки вновь образуются на сеточных поверхностях, и все свойства ограждения восстанавливаются.
В настоящее время разработанная технология защиты объектов хранения СПГ с помощью сеточных ограждений проходит стадию патентования в Узбекистане. Подана также международная заявка по процедуре договора о патентной кооперации (РСТ) с приоритетом от 28.06.2011 г.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Пат. 1695949А1 СССР. МПКА62 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. УсмановМ.Х. Влияние термического воздействия на ограждающие конструкции: новые методы экспертизы мест пожаров и теплозащиты. — Ташкент : Высшая техническая школа пожарной безопасности МВД РУз, 2008. — 291 с.
Материал поступил в редакцию 27 января 2014 г.
= English
METHOD TO PREVENT THE FIRE SPREAD OF HAZARDOUS GASES AND RADIONUCLIDES
BRUSHLINSKIY N. N., Doctor of Technical Sciences, Professor, Chief of Science and Research Center of Control Safety Complex Systems of State Fire Academy of Emercom of Russia (Borisa Galushkina St., 4, Moscow, 129366, Russian Federation; e-mail address: [email protected])
USMANOV M. Kh., Candidate of Physical and Mathematical Sciences, Docent, Head of Fire Research Centre, Higher Technical School of Fire Safety of Ministry of Internal Affair of Uzbekistan Republic (Dustlik St., 5, Sergeliyskiy District, Tashkent, 100102, Uzbekistan; e-mail address: [email protected])
74
ISSN 0869-7493 ПОЖАРОВЗРЫВОБЕЗОПАСНОСТЬ 2014 TOM 23 №5
SHIMKO V. Yu., General Director, OOO SpecPozhTekh (SpecPozhTekh, LLC) (Malyy Sukharevskiy Lane, 9, off. 1, Moscow, 127051, Russian Federation; e-mail address: [email protected])
KARPOV V. L., Doctor of Technical Sciences, Chief Researcher, All-Russian Research Institute for Fire Protection of Emercom of Russia (VNIIPO, 12, Moscow Region, Balashikha, 143903, Russian Federation; e-mail address: [email protected])
KURBANOV A. Kh., Researcher, Fire Research Centre, Higher Technical School of Fire Safety of Ministry of Internal Affair of Uzbekistan Republic (Dustlik St., 5, Sergeliyskiy District, Tashkent, 100102, Uzbekistan; e-mail address: [email protected])
ABSTRACT
The purpose of this experimental and theoretical study is to prevent fire spread in all type of fires and improve the fire and explosion safety for LNG storage as well as nuclear power plants to prevent hazardous gases and hot combustion products containing radionuclides. Thus implemented by accomplishing the application of innovative technology "Sogda" into practice. The design of a screen "Sogda" consists of two parallel metallic grids stretched over metallic frames. Active special water spray nozzles located between two parallel fixed grids creates water film on the surface of grid and water vapour droplet-air medium in the space between two parallel grids. This complex process partially attenuates the radiant heat flow from 45 to 100 or more times, representing mainly in electromagnetic waves in an IR diapason, as a result of thermo-physical effects and it is optical phenomena that prevents the passage of explosive toxic gases. The latest experimental data is given (from 2010-2012 Orenburg, Russia).
Keywords: heat-shielding screen "Sogda"; water film; attenuation of heat flux; safe dispersal of explosive gases and radionuclides; fire and explosion safety for LNG storages and nuclear power plants.
REFERENCES
1. Akatyev V. A., Safronov 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 (Russ. ed.: Simpson G. Dzh., Kyud A. L. Ustroystvo dlyarasseivaniyaoblakatyazhelykhvzryvopozha-roopasnykh gazov, obrazuyushchikhsya v rezultate utechki iz nazemnoy yemkosti).
3. Usmanov M. Kh. Vliyaniye termicheskogo vozdeystviya na ograzhdayushchiye konstruktsii: novyye metody ekspertizy mestpozharov i teplozashchity [Thermal influence to protect constructions: new methods of examination of fire origin and warmprotect]. Tashkent, Higher Technical School ofFire Safety Publ., 2008. 291 p.
ISSN 0869-7493 ПОЖАРОВЗРЫВОБЕЗОПАСНОСТЬ 2014 ТОМ 23 №5
75
