CC BY
26Абдурагимов И. М., Куприн Г. Н. методы, СРЕДСТВА И ТЕХНОЛОГИИ
взрывопожаропредотвращения на объектах
ПРОИЗВОДСТВА И ТРАНСПОРТИРОВКИ
горючих криогенных жидкостей
В статье рассматриваются возможности локализации и смягчения последствий аварий на энергетических объектах по производству и транспортировке горючих криогенных жидкостей. Проанализированы условия взрывопожаропредотвра-щения - мер по недопущению взрыва и пожара или тушению пожара при проливе СУГ и СПГ. Обоснован выбор огнетушащих средств и способов их подачи, приведён пример расчёта параметров ликвидации крупной аварии.
Ключевые слова: энергетика, криогенная жидкость, сжиженный углеводородный газ, сжиженный природный газ, авария, предупреждение пожаров и взрывов, пенообразователь, локализация, купирование.
В современном мире уровень развития экономики той или иной страны нередко оценивается по количеству энергии Еинд(кДж/чел. год), которое производится в ней в расчёте на единицу населения в год. И этот показатель не лишён основания и здравого смысла. Например, Еинд в Швейцарии, США, Японии, России в сотни раз больше, чем Еинд в Нигерии, Зимбабве или Замбии. В то же время, природное распределение доступных запасов энергоносителей (каменный уголь, нефть, горючий газ и др.) Езап (ГДж), и рост населения в некоторых странах также значительно разнятся. Например, Еиндзап Катара, Кувейта или Саудовской Аравии в сотни и даже тысячи раз больше, чем в Японии, Южной Корее и странах Европы.
Последние 150-200 лет проблема такого неравенства Е и Е решается
инд.зап инд
за счёт экспорта-импорта энергоносителей. Сначала транспортировали каменный уголь, позже - нефть, затем - горючий газ
по трубопроводам. И это стало составляющим фактором внешней политики многих стран мира. В начале ХХ1 века США и Россия включились в конкуренцию за господство на мировых энергетических рынках Европы и стран Азиатско-Тихоокеанского региона: США - путём интенсификации добычи сланцевых месторождений нефти и газа, Россия - за счёт интенсификации добычи на «обычных» нефтегазовых месторождениях и более интенсивного освоения Севера.
Существенные коррективы в транспортировку нефти и горючего газа внёс прогресс в технологии крупнотоннажного криогенного сжижения природного газа. Успехи материаловедов и конструкторов-проектировщиков всего мира по криогенному сжижению природных углеводородов парафинового ряда от пропан-бутановой смеси С3Н8/С4Н10 с температурой сжижения (кипения) порядка -42 °С до метана СН4 с температурой сжижения (кипения) порядка -162 °С привели к незамеченной обществом революции в области тепло-энергообеспечения.
Побудительная причина этой революции кроется в том, что при криогенном сжижении природных газов их плотность возрастает в 250-600 раз. То есть удельный объём 1 кг сжиженной пропан-бутановой смеси уменьшается примерно в 250 раз (в зависимости от концентрационного состава смеси указанных углеводородов: по нормативным документам, доля обоих компонентов в составе смеси может колебаться от 30 до 70 %), а 1 кг природного газа-метана - примерно в 600 раз! Иначе говоря, современным энергетикам
для передачи 1 Гкал теплоты (или 1 ГДж тепловой энергии) от места добычи или производства энергоносителей до места потребления этой энергии необходимо перевезти или переслать в 250, или, соответственно, в 600 раз меньший объём сжиженного топлива! Преодолев огромные технологические, материаловедческие и конструкционные трудности, современная мировая энергетика не преминула воспользоваться этим преимуществом криогенных топлив.
За последние 10-15 лет доля экспорта горючего газа в сжиженном состоянии выросла до 30-35 %, и эта тенденция продолжает укрепляться. В мире построены десятки заводов крупнотоннажного суточного криогенного сжижения газообразных углеводородных горючих, огромные резервуары изотермического хранения сжиженных углеводородных горючих газов (в 5-10 раз больших по объёму, чем обычные резервуары для хранения ЛВЖ-ГЖ - легковоспламеняющихся и горючих жидкостей), сконструированы и построены сотни судов-метановозов для транспортировки сжиженного метана ёмкостью от 25-30 до 125 тысяч кубометров сжиженного газа, построены десятки огромных сливоналив-ных терминалов для отгрузки и приёма тысяч тонн сжиженного метана.
В России принята государственная программа, согласно которой производство и экспорт сжиженного метана должны за 5 лет вырасти в 5 раз! И программа эта, судя по темпам освоения Ямала и развитию энергетических компаний России, успешно реализуется.
Криоэнергетика не только преобразует мировой экспорт энергоносителей, но и изменяет внутреннюю энерготехнологию многих стран мира. Широкое освоение криотехнологий сжижения углеводородных газов показывает, что не только за тысячи километров межконтинентальных перевозок, но и во «внутренней», региональной логистике энергоресурсов транспортировка сжиженных энергоносителей по суше или по воде часто выгоднее
строительства стационарных, разветвлённых газовых сетей - даже когда речь идёт о сравнительно малых объёмах криогенного топлива.
Так, по данным печатных и интернет-источников, криогенные углеводородные топлива становятся альтернативой стационарным газопроводам и другим способам передачи энергии даже на малые расстояния. Им предпочитают перевозку криогенных топлив с «местных», региональных мини-заводов по производству сжиженных углеводородных газов (СУГ) или сжиженного природного газа (СПГ).
Такая энергетическая политика широко применяется во многих странах мира. Например, в Северной Америке есть такие мини-заводы по производству СПГ, откуда криотопливо доставляется потребителям: оно используется в быту, в горной промышленности, в качестве топлива на морских грузовых судах. Мобильная модульная система сжижения природного газа Shell позволяет осуществлять производство СПГ в небольших количествах. Её применение целесообразно на месторождениях с малым запасом природного газа или для утилизации сжижаемых углеводородов, которые обычно идут на факельное сжигание при разведочном бурении скважин (особенно в России).
Интенсивно строятся мини-заводы СПГ в Китае. Производимый на них сжиженный газ предназначается для энергетических нужд регионов. Строительство мини-заводов по производству СПГ идёт и в Иране - для решения энергетических проблем отдалённых регионов (в том числе обеспечения населения бытовым газом) вместо прокладки к ним стационарных трубопроводов доставки горючего газа.
В Иране мини-заводы СПГ проектируются в непосредственной близости от газораспределительных станций магистральных газопроводов, что позволяет использовать в технологическом цикле сжижения метана термодинамический эффект охлаждения газа в системах его дросселирования с целью снижения давления
магистральных трубопроводов до сетевого давления на газораспределительных станциях. А уменьшенный в 600 раз объём сжиженного газа легко доставить в окрестные населённые пункты без затрат на прокладку к ним трубопроводной системы подачи газа.
Ещё интенсивнее идёт внедрение мини-заводов по производству сжиженного природного газа в России. По оценкам специалистов ВНИИПРОМГАЗа, около половины городов и посёлков, нуждающихся в газификации, экономически целесообразно обеспечивать топливом в виде привозного СПГ. Особый интерес привлекает использование СПГ для теплоснабжения коттеджных посёлков. Один из проектов реализован в Московской области: общая котельная мощностью 2 МВт предназначена для отопления и частичного горячего водоснабжения домов общей жилой площадью около 20 тыс. м2. Альтернатива - отводной газопровод длиной 8 км и диаметром 160-200 мм. И доставка сжиженной пропан-бутановой смеси оказалась экономически более выгодной. И таких вариантов в масштабах России - сотни!
В общем по стране строятся или эксплуатируются многие десятки мини-заводов СПГ. Из сказанного следует, что криогенные топлива становятся не только стратегическим объектом мировых энергоносителей, но и «привычным», повседневным топливом «местного» масштаба для небольших электростанций, ТЭЦ, заводов с большим энергопотреблением и даже многих транспортных средств -железнодорожного, шоссейного, и возможно, водного транспорта. Криогенные топлива в виде СУГ или СПГ входят в повседневную жизнь так же, как лет 80-90 назад «керосинки», «примусы» и позднее -«кирогазы».
И всё бы это, как и всякий прогресс, -хорошо! Но, как всегда, только с одной стороны. И у этого прогрессивного явления есть оборотная, негативная сторона. И именно она будет рассмотрена в настоящей статье. Негативная сторона стре-
мительного внедрения СУГ или СПГ в повседневную жизнь состоит в том, что при проектировании, строительстве и эксплуатации всех видов и объектов ТЭК, использующих СУГ или СПГ, недостаточное внимание уделяется методам взрывопожаропредот-вращения, а также масштабам и тяжести последствий крупных аварий. Справедливости ради следует отметить очень высокий уровень конструктивного и технологического обеспечения безопасности эксплуатации этих объектов - так называемых профилактических, то есть превентивных мер безопасности, направленных на недопущение самой аварии, или локализацию и уменьшение масштабов её последствий. По нашему мнению, только этого - совершенно недостаточно! Поскольку совершенно неудовлетворительно решена проблема комплекса мер по локализации и предотвращению тяжёлых последствий аварии в момент её возникновения или в ходе её развития! Речь идёт об обеспечении пожаровзрывобезопас-ности объектов ТЭК, когда аварийная ситуация уже возникла.
При этом важно особо отметить два наших кардинальных постулата:
1. В природе не существует и не может быть создано абсолютно безаварийного объекта, тем более такого сложного и многофункционального, как объекты современных ТЭК с оборотом СУГ или СПГ. Эту очевидную и простую истину наглядно подтверждает даже сравнительно немноголетний опыт эксплуатации объектов ТЭК как в России, так и за рубежом.
2. При всех видах аварий с СУГ или СПГ они особенно опасны по сравнению с другими углеводородными топливами в силу того, что эти топлива изначально находятся в термодинамически неравновесном состоянии по отношению к тепловым параметрам окружающей среды. Они «постоянно» находятся в искусственно, принудительно «переохлаждённом» состоянии. И при контакте с любой окружающей поверхностью, находящейся в «нормальных» условиях, стремительно испаряются,
образуя с окружающим воздухом пожаро-или взрывоопасную смесь. И тогда для многократного усложнения аварийной ситуации на объекте пожаром или взрывом необходимо только появление источника поджигания - который, по данным ВНИИПО МЧС России, почти в 90 или даже 95 % случаев неизбежно находится.
Величина площади пожара или мощность взрыва паров СУГ или СПГ зависит от типа объекта, масштабов аварии и ситуационной обстановки при аварии. Но в любом случае, недопустимо пренебрегать мерами снижения масштабов аварии и самой вероятностью возникновения пожара или взрыва в момент возникновения или в ходе развития подобных аварий. Тем более, что такие меры, технологические приёмы и промышленное оборудование для их успешной реализации на практике разработаны в России в 2013-14 гг. и защищены патентами на изобретение. В этих патентах вводится новое понятие «взрывопожаропредотвращение» - уже после возникновения или на стадии активного развития аварии с выходом СУГ или СПГ из условий их изотермического хранения или транспортировки.
условия необходимые и достаточные для взрывопожаропредотвращения
Особые теплофизические свойства криогенных горючих жидкостей создают благоприятные условия для разработки принципиально нового технологического приёма локализации и купирования аварии (термин, заимствованный из медицинской практики, и впервые введённый авторами в практику пожаровзрывозащи-ты). Физическая сущность этого технологического приёма состоит в создании устойчивого слоя замороженной пены (пенного тепло- и газозащитного слоя покрытия) на всей свободной поверхности пролитой жидкости. Путём выбора определённого вида пенообразователя, создания пены
Рисунок 1. Схема технологии взрывопожаропредупреждения СПГ и СУГ при аварийном разливе:
1 - слой пролитой криогенной жидкости Гкип « -162 °С;
2 - ледяная подложка /7^ » 1-2 мм;
3 - слой «сухой» замороженной пены « 2-5 см;
4 - слой охлаждённой (мокрой) водовоздушной
газонаполненной пены » 25-30 см;
5 - замороженный слой поверхности контакта с СПГ и СУГ
определённой, заранее заданной дисперсности и кратности, и соблюдения требуемого режима её нанесения на поверхность криогенной жидкости удаётся создать на её поверхности стабильный пенозащитный слой (см. рис. 1).
Пенозащитный слой состоит из следующих слоёв:
- тонкая (порядка 1-2 мм) ледяная подложка;
- сухая замороженная твёрдая пена (толщиной 1-5 см);
- охлаждённая устойчивая воздушно-газонаполненная пена с практически неограниченной стойкостью (более одних-двух суток).
Этот пенный слой снижает до минимума теплоприток извне и препятствует проникновению паров горючего в надпенное пространство. При создании такого слоя на всей свободной поверхности СУГ или СПГ до момента их воспламенения интенсивность их испарения снижается настолько, что концентрация горючего газа в воздухе над слоем пены уменьшается до значения меньше концентрации его воспламенения (ниже 4 % объёмных для метана, и 2 % - для пропан-бутановой смеси). А это, в свою очередь, означает, что аварийная ситуация становится пожаро-взрывобезопасной.
Рисунок 2. Термодинамическая схема взрывопожаропредупреждения разлитых СПГ и СУГ: 1 - граница раздела СПГ и СУГ с поверхностью разлива; 2 - жидкая фаза метана tM= -162 °С (const); 3 - «пар» CH4 t = -162 °С (const), р = 1,86 г/м3, р = 1,5рвозд; Ж 4 - пористый лёд, образующийся при контакте комбинированной пены с СПГ и СУГ tfaи 1-2 мм; 5 - замороженный слой «сухой» пены h^ и 2-5 см; 6 - потоки пара/газа CH4; 7 - незамёрзший слой пены («мокрая» пена); 8
струи CH4 (пар/газ);
9 - метано-воздушная (газо-воздушная) смесь /сн и 5-25 %, tCH и 2-5°C, Рсн. = 0,714 кг/м3, рсн. = 0,57рвП,л
При этом должны быть выполнены три необходимых и достаточных условия:
1) скорость нарастания толщины пенного слоя больше скорости потока паров горючего вверх КПе„нхл > КПот.п.г (мм/с);
2) обеспечена требуемая толщина слоя пены - более 25-30 см;
3) струйки горючего газа не прорываются локально, сквозь отдельные «свищи» и разрывы в пенном слое (см. рис. 2).
Эти условия сравнительно легко и быстро обеспечиваются при соблюдении определённых правил выбора параметров воздушно-механической пены (ВМП) и при обеспечении требуемой интенсивности подачи пены (1 л/м2-с) и скорости нанесения купирующего или огне-
тушащего слоя пены V > V, (м2/с)
■'пены "'жидк.гор
на свободную поверхность СУГ или СПГ (см. рис. 1, 2).
выбор вида огнетушащих средств и способов их подачи
При разработке эффективных технологий и огнетушащих средств для тушения различных видов горючих веществ и материалов, в зависимости от вида и режима их горения, очень важно правильно установить механизм огнетушащего действия в каждом конкретном их сочетании. Механизмом огнетушащего действия называется сложная совокупность различных физических и химических процессов и явлений, приводящая в конечном итоге к прекращению горения и тушению пожара. Принятое в практике пожаротушения условное деление огнетушащих средств на 4 основных вида - действующих по механизмам: 1) охлаждения, 2) разбавления, 3) изолирования и 4) химического торможения, - при более глубоком анализе
оказывается не совсем верным, а чаще -и совсем неверным!
А от этого в большой степени зависит и выбор вида огнетушащего средства, и режим, и способ его подачи при тушении пожара, и требуемое его количество, и требуемое для тушения время, и многие другие параметры тушения и его конечный результат. Так, например, мало кто из специалистов пожаротушения знает, что при тушении пожаров горючих жидкостей с помощью ВМП главным механизмом прекращения процесса горения является вовсе не «изоляция» (тем более - от воздуха, как считает, к сожалению, большинство практиков пожаротушения), а процесс охлаждения поверхностного слоя горючей жидкости с температуры её кипения 120-250 °С до температуры вспышки (5060 °С) или даже чуть ниже. Кстати, именно из-за неправильно принятого способа тушения ни один реальный пожар горючей жидкости в России за последние 50-60 лет не был успешно потушен с нормативными параметрами тушения и за нормативное время. (Но это - предмет отдельного разговора.)
физический смысл купирования аварийных проливов
При купировании или при тушении криогенных жидкостей принципиальный способ предотвращения или прекращения горения сводится, так же как и при тушении пожаров ЛВЖ-ГЖ, к снижению концентрации паров горючего над слоем пены до значений ниже концентрационного предела их воспламенения (или предела распространения процесса горения, что с практической точки зрения одно и то же). Но фактически при ликвидации аварий с СУГ или СПГ возникает совершенно противоположная физическая картина. При нанесении пенного слоя ВМП на поверхность криогенных жидкостей мы против своей воли и вопреки поставленной цели интенсифицируем процесс испаре-
ния этих жидкостей! Это происходит за счёт подведения дополнительного количества теплоты условно водой или «горячей» ВМП с начальной температурой 10-15 °С к поверхности холодных СУГ или СПГ, постоянная температура которых -42 или -162 °С.
Правда, в результате фазовых превращений на поверхности контакта ВМП с криогенной жидкостью и выше неё, в слоях ВМП, картина и соотношение физических явлений существенно меняется. Интенсивность теплопритока от пены к горючей жидкости постепенно уменьшается. На поверхности горючей жидкости образуется пористая ледяная подложка под слоем пены; температура нижней кромки ледяной подложки становится почти равной температуре испаряющейся жидкости (-42 или -162 °С), а над слоем льда образуется слой затвердевшей охлаждённой сухой пены переменной температуры, а над ней продолжает нарастать слой охлаждаемой жидкой ВМП (см. рис. 3-7).
Все эти три слоя снижают дальнейший приток теплоты извне, уменьшая тем самым до минимума интенсивность испарения СУГ или СПГ; а главное, образовавшийся многослойный покров на поверхности СУГ или СПГ механически, физически препятствует потоку паров горючего, стремящемуся проникнуть вверх, на поверхность слоя ВМП, частично тормозя и задерживая его, а частично поглощая поток горючего газа, с одновременным изменением первоначальной кратности и дисперсности ВМП. В результате этого существенно возрастает стойкость пенного слоя, а за счёт поглощённого горючего газа сама ВМП становится горючей субстанцией. Это создаёт предпосылки совершенно особой технологии ликвидации последствий таких аварий путём управляемого, контролируемого сжигания огнетушащей или купирующей пены в течение более продолжительного времени. (Но это - тоже предмет отдельного разговора и последующих публикаций.)
Рисунок 3. Сформировавшийся замороженный слой пены, состоящий из слоёв льда = 1 см), пористой пены (^ = 3 см) и мокрой незамороженной пены ( /V" = 15 см)
Рисунок 4. Внутренняя часть слоя пены (в разрезе)
Рисунок 7. Лабораторная установка по исследованию поведения пен на поверхности криогенной жидкости
Рисунок 8. Подача сжиженной пропан-бутановой смеси на подушку из сжиженного азота
Рисунок 10. Начало тушения пеной. Время свободного горения - 39 с. Через несколько секунд высота пламени уменьшилась вдвое
Рисунок 12. Приблизительно через 45 с после начала подачи пены наступает локализация пожара
Рисунок 9. Воспламенение и начальная стадия горения СУГ. Высота пламени достигает 35-40 м
Рисунок 11. Достигнута расчётная величина интенсивности подачи водного раствора пенообразователя. Высота пламени резко уменьшилась - в 10 раз от первоначальной
Рисунок 13. Общая площадь покрытия пеной площадки (с учётом площади резервуара) составила около 550 м2. Пожар в резервуаре СУГ купирован
правильность выбора пенообразователя -основа технологии пожаровзрывопредотвращения
У
читывая, что интенсификация испарения СУГ и СПГ при контакте с ВМП тем больше, чем больше дополнительный приток теплоты от ВМП, а это, в свою очередь, зависит от её теплосодержания, очень важную роль в вопросах купирования и тушения пожаров этого вида начинает играть правильность выбора пенообразователя и изначальной кратности и дисперсности применяемых ВмП. По законам теплофизики двухфазных систем типа ВМП их теплоёмкость и теплосодержание зависит главным образом от их влагосодержания, то есть от кратности пен. А их теплопроводность зависит ещё и от дисперсности пены. Так как объёмная удельная теплоёмкость воды примерно в 3 000 раз больше теплоёмкости воздуха, последней можно пренебречь.
Тепловой эффект влияния пены, наносимой на поверхность СПГ или СУГ, сводится главным образом к тепловому эффекту взаимодействия, контакта жидкой фазы, стекающей из пены (так называемого «отсека», по прежней терминологии), с поверхностью СПГ или СУГ, и теми фазовыми превращениями, которые при этом происходят. Тогда весь эффект интенсификации испарения криогенного горючего лимитируется интенсивностью разрушения пены и стекания её жидкой фазы на поверхность криогенного горючего Уж (л/м2-с). Поэтому, в первом приближении, удельный тепловой эффект интенсификации процесса испарения горючего можно оценить в расчёте на 1 литр стекающего из пены раствора пенообразователя. Этот суммарный тепловой эффект интенсификации испарения горючего от контакта с ВМП можно количественно оценить по тепловому эффекту трёх-четырёх основных процессов взаимодействия жидкой фазы горючего со стекающей из пены жидкой фазой раствора пенообразователя:
1. Охлаждение раствора пенообразователя с его начальной температуры 10-15 °С до температуры замерзания раствора 0 °С:
0 = М С Ц - Г ) = 63 кДж/л.
^охл.р-ра р-ра р-ра 4 р-ра зам7 " '
2. Фазовое превращение (замерзание) одного литра раствора пенообразователя:
0 = М
зам.р-ра р
Ь = 335 кДж/л.
зам.р-ра
При этом примерно 50 % образовавшегося льда в виде пористой ледяной подложки под пеной остаётся плавать на поверхности горючей жидкости и имеет температуру переменную по толщине слоя от 0 °С до -162 °С (0охл.л(1)); а 50 % образовавшегося льда в виде мелких шариков диаметром от 0,5 до 1,5-2 мм тонут в горючей жидкости, охлаждаясь до её температуры -162 °С (0охл.л(2)).
Тогда 0охл.л(1) = 56,7кДж/л и °охл.л(2) =
= 113,4 кДж/л. Суммарный тепловой эффект от воздействия одного литра раствора пенообразующей жидкости на интенсификацию процесса испарения горючей криогенной жидкости будет примерно равен
0 = 0 + 0 + 0 т +
^сум ^охл.р-ра ^зам.р-ра ^охл.л(1)
+ 0охл.л(2) = 568 кДж/^
где удельная теплоёмкость льда в интервале температур от 0 до -162 °С примерно равна 1,4 кДж/кг-с.
Этот плюсовой эффект притока теплоты от контакта ВМП с жидким метаном оценён весьма приблизительно, без учёта теплопритока через ледяную подложку по механизму теплопроводности, притока тепла через замороженную пену и ряда других слагаемых. Но по порядку величины каждый литр пенообразующего раствора, стекающий на квадратный метр поверхности СПГ, способен испарить дополнительно т = 0 /0 = 1,2 л/м2.
исп.доп ^ сум ^ исп.уд ' '
Скорость или динамика этого процесса зависит от стойкости пены или скорости её разрушения. А это, в свою очередь, зависит
от вида и природы пенообразователя, кратности пены, её дисперсности, интенсивности подачи и других параметров процесса купирования или тушения при ликвидации аварии на объектах ТЭК с многотоннажным оборотом СУГ или СПГ. Но уже исходя из этих данных следует, что по соображениям нежелательной интенсификации испарения криогенных горючих пены более высокой кратности с Кп от 30 до 70 и более предпочтительны, чем пены кратностью от 7 до 20, потому что теплоёмкость и теплосодержание десятикратной пены почти в 10 раз больше, чем стократной пены. Кроме того, по соображениям требуемого нами опережения скоростью роста толщины слоя пенного покрывала скорости вертикального потока паров горючего, реальных баллистических характеристик пен низкой, средней и высокой кратности, можно однозначно говорить о предпочтительности пен повышенной кратности. Потому, что без учёта интенсивности разрушения пены скорость роста толщины пенного покрывала на поверхности горючей жидкости можно оценить по величине:
V
= I К .
раств.п.о п
контакте с СПГ, тактики тушения пожаров и технологии купирования поверхности СУГ или СПГ, и с учётом технических параметров современной техники для тушения таких пожаров с помощью ВМП, возникает ряд других не менее важных и убедительных аргументов в пользу комбинированного способа подачи пен низкой или средней кратности при расчёте оптимальной кратности пены для тушения пожаров и ликвидации аварий на объектах ТЭК с крупнотоннажным оборотом СУГ или СПГ.
пример расчета параметров ликвидации крупной аварии
В
То есть при одной и той же интенсивности подачи раствора пенообразователя для купирования свободной поверхности СУГ или СПГ или для тушения пожара, при прочих равных условиях, скорость роста толщины пенного слоя тем больше, чем выше кратность пены. Потому, что по определению, по своему физическому смыслу, по размерности, интенсивность подачи огнетушащего средства в л/м2-с равна одной тысячной м/с, то есть мм/с. То есть имеет размерность и физический смысл скорости. Поэтому в формуле для V : чем больше К , тем выше скорость
пен.сл п' г
роста толщины пенного слоя и тем эффективнее купирование СУГ или СПГ или тушение пожара.
Однако, с учётом баллистических струй пены повышенной кратности, её поведения на открытой поверхности и при
качестве примера крупной аварии рассмотрим вариант событий с разливом СУГ или СПГ на площади порядка 3-5 тысяч квадратных метров в количестве 250-300 тонн. Таким образом, толщина слоя пролитой горючей жидкости составит порядка 15-20 см. Предполагая именно такой требуемую площадь купирования свободной поверхности СУГ или СПГ или площадь тушения предполагаемого пожара, условно примем форму площади разлива близкой к прямоугольной -со сторонами 50x60 или 50x100 метров. Если такая масса СУГ или СПГ испарится полностью и без особых потерь смешается с окружающим воздухом, то мощность взрыва по порядку величины будет эквивалентна двум-трём тысячам тонн тротила.
В качестве примера параметров пожарной техники, применимой для ликвидации аварии такого масштаба, рассмотрим два ствола-пеногенератора типа «Пурга-120» или один ствол «Пурга-240». Секундный расход ствола по пенообразую-щему раствору равен 120x2 или 240 л/с, дальность подачи пенной струи с Кп = = 30-40 составляет до 100 метров, оси «пятна» пенного слоя на горизонтальной поверхности - 50x30 метров. Или же это могут быть стволы-пеногене-раторы любой другой марки российского
производства с параметрами, близкими к указанным в расчёте.
В качестве пенообразователя примем синтетический пенообразователь типа ПО-6ЦТ российского производства (или любой другой аналогичного типа). Установив пеногенераторы на расстоянии порядка 40-60 метров от пожара или площади разлива СУГ или СПГ (или от борта резервуара с обрушенной кровлей), организуем пенную атаку с интенсивностью подачи пены по раствору пенообразу-ющей жидкости в интервале значений /раств от 0,1 до 0,06 л/м2-с, обеспечив по возможности равномерную подачу пены на всё зеркало свободной поверхности СУГ или СПГ (см. рис. 8-13).
При этом, приняв купирующей или достаточной для тушения пожара суммарную толщину пенного слоя (по результатам проведённых в 2013-14 гг. специалистами НПО «Сопот» исследований и натурных огневых испытаний), через 120-150 секунд с момента начала купирования порядка 25-40 см, получим пожаровзрывобезо-пасную защиту пролитой жидкости под купирующим слоем пенного покрывала. При варианте с тушением пожара - видимое, интенсивное снижение высоты факела пламени пожара и интенсивности его горения. А ещё через полторы-две минуты наступит уменьшение пламени до отдельных факелков высотой не более 1,5-2 метров, с последующим полным прекращением процесса горения над слоем пены ещё за время порядка 1-2 минут. В итоге время эффективного купирования (предотвращения пожара и взрыва) при крупной аварии с СУГ или СПГ составляет порядка 5-7 минут с момента начала пенной атаки. А время локализации и тушения пожара при загорании пролитой
жидкости - порядка 8-10 минут с момента начала пенной атаки.
Такие технологии предотвращения пожара и взрыва при подобных авариях до настоящего времени в мировой научной литературе не описаны, и рекомендации по методам их осуществления отсутствуют. А предполагаемые скорости тушения пожара на площадях таких больших размеров за столь короткое время не были достигнуты ни в СССР, ни в России, даже при авариях с обычными ЛВЖ-ГЖ, а тем более, при авариях с криогенными горючими жидкостями. Но все эти показатели достижимы только при строгом соблюдении регламентов и технологических условий, опробованных нами в процессе исследований и натурных огневых испытаний. Процедура и результаты этих испытаний были представлены авторами на форуме «Комплексная безопасность - 2014»: посетители могли увидеть фрагменты в режиме реального времени, а также просмотреть видеозапись.
литература
1. Абдурагимов И. М, Куприн Г. Н. Эффективные технологии пожаротушения - технологическая концепция антитеррора. Сб. статей. - СПб -М., 2014. - 130 с.
2. Абдурагимов И. М, Куприн Г. Н. Комплексные решения пожаровзрывопредотвращения на объектах, связанных с оборотом СУГ и СПГ // Деловая Россия. - 2014. - № 9. - С. 18-21.
3. Абдурагимов И. М, Куприн Г. Н. Синергетика пожаровзрывопредотвращения разлитых СУГ и СПГ комбинированными воздушно-механическими пенами // Безопасность. - 2014. - № 2. -С. 26-31.
4. Абдурагимов И. М, Куприн Г. Н. Головотяпство со взломом: Принципиальные ошибки в обеспечении ПВБ объектов ТЭК, связанных с крупнотоннажным оборотом СУГ и СПГ // Безопасность объектов ТЭК. - 2014. - № 2. - С. 82-87.
Abduragimov I., Kuprin G.
METHODS, MEANS AND TECHNOLOGIES OF FIRE EXPLOSION PREVENTION AT PRODUCTION SITES AND FLAMMABLE CRYOGENIC FLUIDS TRANSPORTATION
abstract
Purpose. The article deals and technically describes the changes in production and transportation of energy products that resolve into replacement of oil and gas with cryogenic fuels - liquefied hydrocarbon gas and liquefied natural gas. The tendencies of switching to these fuels while solving the regional problems of energy logistics in several countries around the world are presented. The problem of ensuring fire explosion safety at the spill of cryogenic liquids is issued.
Methods. Thermo-physical picture of the interaction of air-mechanical foam with the cryogenic fuels mirror and phase thermodynamics transformations on the phase division surface is given. The model of gas-dynamic picture of liquefied natural gas vapor penetration in to combustion zone is offered. On this basis the mechanisms of medium expansion foam extinguishing properties at extinguishing fires of isothermic fuels have been discovered and optimal parameters calculation working model of extinguishing process is presented.
Findings. The technology of fire explosion prevention at accidents using cryogenic fuels mirror surface reduction method has been developed. Fire-
technical equipment for combined foam generation and reduction or fire extinguishment in the area of 3-5 thousand square meters or more using foam compounds of the Russian brand has been designed and tested.
Research application field. It is recommended to add to a range of fire explosion safety measures of the power engineering objects with a large-capacity application of cryogenic fuels advanced technologies using new fire-technical equipment in the production, storage, transportation and application of cryogenic hydrocarbon fuels.
Conclusions. Inadequacy of the heavy-handed approach to solving fire explosion safety problems using only fire prevention methods has necessitated the development of effective operational systems and scenarios development management tools of the emergency after its occurrence and during its development.
Key words: power engineering, cryogenic liquid, liquefied hydrocarbon gas, liquefied natural gas, emergency, fires and explosions prevention, foam compound, localization, reduction.
REFERENCES
1. Abduragimov I.M., Kuprin G.N. Effektivnye tekhnologii pozharotusheniia - tekhnologicheskaia kontseptsiia antiterrora [Effective fire extinguishment technologies are the concept of counter-terrorism. Collection of articles]. Moscow, 2014. 130 p.
2. Abduragimov I.M., Kuprin G.N. Complex solutions of fire explosion prevention on the objects connected with the turnover of LHG and LNG. Delovaia Rossiia, 2014, no. 9, pp. 18-21. (in Russ.)
3. Abduragimov I.M., Kuprin G.N. Synergetics of fire explosion prevention of spilled LHG and LNG combined with air-mechanical foams. Bezopasnost', 2014, no. 2, pp. 26-31. (in Russ.)
4. Abduragimov I.M., Kuprin G.N. Carelessness with the break-in: Principal errors in providing FES on FEC objects connected with a large-capacity turnover of LHG and LPG. Bezopasnost' ob"ektov TEK, 2014, no. 2, pp. 82-87. (in Russ.)
iOSiF ABDURAGiMOV
GENNADY KuPRiN
Doctor of Technical Sciences, Professor
Bauman Moscow State Technical University, Moscow, Russia
Candidate of Technical Sciences
JSC SIC "Sopot": the Contemporary Fire Fighting Technologies, St. Petersburg, Russia
