CC BY
59
ТУШЕНИЕ ПОЖАРОВ
С. В. Галайда
заместитель генерального директора ЗАО "НПО "Вариант-Гидротехника" Московская обл., г. Красноармейск, Россия
С. Л. Костров
генеральный директор ЗАО "НПО "Вариант-Гидротехника", Московская обл., г. Красноармейск, Россия
НАУЧНО-ПРОИЗВОДСТВЕННОЕ ОБЪЕДИНЕНИЕ
«ВАРИАНТ-ГИДРОТЕХНИКА»
УДК 614.842.615
НОВЫЙ СПОСОБ ПОДАЧИ ПЕНЫ И ОГНЕТУШАЩИХ РАСТВОРОВ В РЕЗЕРВУАРЫ НЕФТИ И НЕФТЕПРОДУКТОВ
В существующих схемах пожаротушения резервуаров, предназначенных для хранения нефти и нефтепродуктов и других горючих жидкостей, как при надслойном, так и при подслойном пожаротушении имеется ряд факторов, напрямую влияющих на увеличение времени тушения пожара и снижение эффективности использования пены. К ним относятся: уровень взлива в резервуаре в момент возникновения пожара; особенности горения в зависимости от характера хранящейся жидкости; вязкость нефтепродукта; климатические особенности местности, где установлен резервуар, влияющие на вязкость нефтепродукта, а также на работу систем пожаротушения. Предлагаемый способ позволяет, практически полностью игнорируя указанные факторы, обеспечить подачу пену непосредственно на поверхность нефтепродукта или в зону над ним, где температура горения, лучевое излучение пламени и конвективные потоки оказывают относительно небольшое влияние на пену. Это позволит сократить время тушения пожара, обеспечить более эффективное использование пены и, как следствие, снизить объем пенообразователя, используемого для тушения. Показана возможность использования комбинированного способа подачи огнетушащих средств: пены низкой кратности — на начальной стадии тушения и пены средней кратности — после ликвидации пламенного горения, а также использования газовых составов как самостоятельно, так и в комбинации с пеной низкой и средней кратности.
Ключевые слова: пена низкой и средней кратности; время тушения; эффективность использования огнетушащих средств.
Пожары в резервуарах, предназначенных для хранения нефти, нефтепродуктов и других легковоспламеняющихся и горючих жидкостей, до настоящего времени нередки.
Существующая система пожаротушения предусматривает ликвидацию горения путем охлаждения поверхности горючей жидкости с целью снижения скорости ее испарения и создания условий для предотвращения попадания кислорода в зону горения применением систем пенотушения.
В настоящее время рядом организаций и предприятий разрабатываются способы тушения пожаров в резервуарах с использованием газовых и порошковых составов, которые могут стать перспективными.
Однако порошковые и газовые составы эффективно ликвидируют пламенное горение, но не гарантируют исключение повторного воспламенения паров горючих жидкостей, находящихся в разогретом состоянии. Во избежание повторного воспламенения следует предусмотреть использование дополнительных средств как для снижения испарения
© Галайда С. В., Костров С. Л., 2010
и для охлаждения поверхностного слоя, так и для снижения общеобъемной температуры в толще хранящейся жидкости.
В настоящее время для этой цели используются пены различной кратности (низкой, средней, высокой) на основе пенообразователей как общего, так и специального назначения, в том числе фторсодер-жащих пленкообразующих.
Использование пены на основе любого пенообразователя предусматривает ее нахождение непосредственно на поверхности жидкости в горящем резервуаре. Однако система надслойного пенотуше-ния эффективна только при максимальном уровне взлива. При снижении же уровня жидкости в резервуаре эффективность этого способа тушения снижается, что обусловлено наличием конвективных потоков, препятствующих быстрому попаданию пены на поверхность. Одновременно с этим высокая температура и пламя, быстро разрушая пену, способствуют доставке в зону горения воздуха из пузырьков пены, что дополнительно поддерживает горение. Вследствие этого для тушения горящей
жидкости необходимо большее количество воды и пенообразователя, чем требуется по нормативному расчету для тушения пожара этой же поверхности в нормальных условиях.
Применение подслойного способа тушения пожара с использованием фторсодержащих пенообразователей не имеет проблем, связанных с конвективными процессами в зоне горения над поверхностью жидкости. Однако время тушения пожара в зависимости от уровня взлива и плотности хранящейся в резервуаре жидкости может варьироваться в большом диапазоне, т. е. чем выше уровень и плотность, тем больше время тушения.
Кроме того, этот способ тушения требует специального оборудования и устройств для пенообразо-вания, соблюдения определенных, достаточно жестких параметров давления и скорости струи пены внутри жидкости.
Предлагаемый ниже способ подачи пены на поверхность жидкости в горящем резервуаре позволит значительно снизить время тушения пожара, повысить эффективность используемых огнетуша-щих веществ, сократить их объем, а также использовать комбинированные огнетушащие составы — пены с инертными наполнителями (СО2, азот, инертные газы) вместо воздуха. Кроме того, он может быть использован в резервуарах со стационарной крышей без внесения изменений в их конструкцию.
Данный способ заключается в следующем. Внутрь резервуара практически на всю его высоту вертикально или под небольшим наклоном устанавливается перфорированный многосекционный сухотруб. В зависимости от размеров и вместимости резервуара может устанавливается от одного до нескольких таких сухотрубов.
Диаметр сухотруба, размеры и конфигурация перфорации зависят от расчетной интенсивности подачи и количества огнетушащего вещества (пены, раствора пенообразователя, газа).
Установка сухотрубов возможна как по периметру, так и ближе к центру резервуара. Наиболее перспективной является установка сухотрубов в центральной части, что позволит соединить их между собой в виде полной или усеченной пирамиды. Это также позволит установить данную конструкцию таким образом, чтобы ее крепление не зависело от других конструкций резервуара, которые при пожаре могут значительно деформироваться или полностью разрушиться.
В заводских условиях секции сухотруба изготавливаются из металлической трубы круглого или иного сечения. В стенке трубы выполняется перфорация, площадь которой рассчитывается исходя из условия обеспечения максимальной пропускной способности. Изготовление в заводских условиях
подразумевает высокое качество и при большом объеме выпуска низкую стоимость. Диаметр и толщина стенок трубы подбираются для каждого типоразмера резервуара из условия сохранения несущей способности при перфорировании.
Секции сухотруба покрываются с наружной стороны синтетической пленкой или иным синтетическим покрытием, обеспечивающим герметичность внутреннего пространства сухотруба и защищающим от попадания в него хранящейся в резервуаре жидкости.
Синтетическая пленка и синтетическое покрытие должны отвечать следующим требованиям:
• быть нейтральными по отношению к хранящейся в резервуаре жидкости или ее парам;
• не разрушаться и не изменять своих характеристик при длительном контакте с агрессивной средой внутри резервуара;
• выдерживать без деформации и разрывов с учетом конфигурации и размеров перфорации постоянное давление хранящейся в резервуаре жидкости в течение всего гарантийного срока эксплуатации;
• выдерживать с учетом конфигурации и размеров перфорации и постоянного давления хранящейся в резервуаре жидкости в течение гарантийного срока эксплуатации давление струи ог-нетушащей жидкости, или пены, или газа, подаваемых в сухотруб из системы пожаротушения;
• разрушаться при температуре окружающей среды 150-200 °С или при прямом огневом воздействии. (Температура 150-200 °С принята условно. В принципе она должна быть на 50-100 °С выше температуры на поверхности жидкости, хранящейся в резервуаре, или горения паров непосредственно над поверхностью жидкости.) Сухотруб или конструкция из нескольких сухо-
трубов монтируется из секций внутри резервуара. Нижний конец сухотруба подсоединяется к системе пожаротушения. Подсоединение сухотруба может производиться как без соответствующих запорных устройств (типа УГВП), так и с ними. Может также устанавливаться обратный клапан для предотвращения слива хранящейся в резервуаре жидкости при ее попадании в сухотруб в системы пожаротушения. Для этой цели возможна посекционная установка обратных клапанов.
Верхний конец сухотруба свободно, с учетом обеспечения крепления, выступает выше возможного максимального уровня взлива жидкости в резервуаре не менее чем на 0,5 м и остается частично открытым.
В период нормальной работы резервуара уровень жидкости повышается и понижается в соот-
ветствии с регламентом, не доходя до верхнего уровня сухотруба.
В случае возникновения пожара при достижении температуры 150-200 °С над поверхностью хранящейся жидкости происходит разрушение синтетической пленки или синтетического покрытия, при этом открываются отверстия перфорации. При соответствующем подборе температурных параметров разрушения пленки расстояние от поверхности жидкости до открытых перфорационных отверстий может составлять 3-5 см, что препятствует переливу жидкости в сухотруб.
В случае задержки срабатывания системы пожаротушения уровень выгорающей жидкости понижается и по мере этого понижения происходит разрушение синтетической пленки.
После запуска системы пожаротушения огнету-шащее вещество поднимается по сухотрубу и изливается непосредственно на поверхность жидкости. В результате происходит тушение пожара.
После тушения пожара отдельные секции сухо-труба заменяются при условии ремонтопригодности резервуара. В секциях сухотруба, находившихся в толще хранящейся жидкости и не испытывавших значительных температурных деформаций, синтетическая пленка или синтетическое покрытие не разрушается.
У любой системы и способа имеются свои достоинства и недостатки.
Возможными достоинствами данного способа использования системы пожаротушения являются:
• подача огнетушащего вещества через сухотруб, позволяющая значительно сократить время свободного горения, так как время на прохождение пены низкой кратности через слой жидкости уменьшается в несколько раз;
• независимость крепления сухотрубов от других несущих конструкция резервуара, что обеспечивает их устойчивость при температурных деформациях стенок резервуара;
• попадание огнетушащего вещества при деформации сухотрубов во внутреннее пространство резервуара, в том числе из-под слоя жидкости. (Деформированный сухотруб, находясь в зоне горения или теплового воздействия постоянно, по мере понижения уровня жидкости в резервуаре открывает перфорацию. При полном перекрытии сухотруба выше уровня жидкости в резервуаре возможно вскрытие перфорации за счет давления подаваемого огнетушащего состава. При обрушении крыши резервуара внутрь его возможна деформация сухотрубов. Механическая деформация трубы приведет к разрушению синтетического покрытия сухотруба, т. е. к открытию перфорации.);
• возможность подачи пены на поверхность жидкости через сухотруб; при этом конвективные потоки, возникающие внутри резервуара, не оказывают существенного влияния на пену;
• применение сухотрубов с увеличенным диаметром по сравнению с необходимым для подачи пены низкой кратности, что позволит подавать пену низкой кратности до прекращения пламенного горения, а затем — пену средней кратности (пеногенерирующие устройства с изменяемой кратностью пены уже существуют);
• возможность исключить из средств для тушения пожара специальные фторсодержащие пенообразователи, а использовать пенообразователи общего назначения с тем же или незначительно увеличенным расходом раствора;
• возможность подачи раствора специальных фторсодержащих пенообразователей без создания пены низкой кратности, который, растекаясь по поверхности жидкости, будет создавать защитную пленку. (В данном варианте отпадает необходимость использования пеногенериру-ющих устройств; расчет системы значительно упрощается.);
• возможность подачи через сухотруб в зону над поверхностью жидкости газовых составов, способствующих тушению за счет образования парогазового слоя, который не поддерживает горение и может дольше не разрушаться под воздействием конвективных потоков, а также разбавляет зону горения, что способствует увеличению скорости тушения пожара;
• возможность одновременной подачи вместе с пеной в зону горения газов, не поддерживающих горение (СО2, азота, инертных газов), или получения пены с использованием этих газов;
• применение в нижней части сухотруба специального насадка, образующего высокоскоростную струю, что позволит обеспечить пробой (про-давливание) огнетушащего вещества через слой жидкости, попавшей в сухотруб из резервуара; при этом объем эмульсии будет минимальным, и она разрушится в зоне горения;
• возможность применения водопенного оборудования с более низкими значениями давления, расхода и других, не менее важных характеристик, влияющих на стоимость системы пожаротушения;
• возможность размещения внутри сухотруба температурных датчиков для обеспечения мониторинга состояния хранящейся в резервуаре жидкости;
• при расположении сухотрубов по периметру резервуара возможность отказа от применения камер для пены низкой и средней кратности (КНП,
ГПСС и др.) в верхней части резервуара и увеличение за счет этого его полезного объема. Основным же преимуществом предлагаемого способа в данном случае является сокращение времени тушения и более эффективное использование огне-тушащих средств, а также применение системы без внесения изменений в конструкцию резервуара.
Несмотря на то что для специалистов не нужно расшифровывать, считаем необходимым отметить, что при уменьшении времени тушения пожара:
• снижается риск значительных деформаций стенок резервуара, что позволит использовать резервуар в дальнейшем при незначительном ремонте;
• сокращается время лучевого и конвективного температурного воздействия на соседние резервуары, что предотвращает дальнейшее развитие пожара;
• уменьшается экологический и материальный ущерб.
К основным возможным недостаткам данного способа использования системы пожаротушения относятся:
• увеличение затрат на разработку проектных решений (если не использовать типовые решения, которые можно разработать для всего типоряда резервуаров), приобретение и установку сухо-трубов внутри резервуара;
• некоторое снижение полезного объема резервуара;
• необходимость пересмотра имеющейся нормативной базы и разработки методик расчета для данного способа тушения;
• невозможность использования данного способа для резервуаров с понтонной крышей без внесения изменений в конструкцию самой понтонной крыши (в принципе это чисто технические проблемы);
• изменение подхода заказчиков и проектных организаций к применению данного способа подачи огнетушащих веществ, отказ от стереотипов в системе по обеспечению безопасности.
С учетом вышеизложенного предлагаемый способ не может претендовать на исключительность, но может с успехом использоваться как самостоятельно, так и в комбинации с другими способами.
Кроме того, становится очевидной необходимость проведения дополнительных работ по доработке, совершенствованию и внедрению данного способа при участии организаций (предприятий), эксплуатирующих резервуары, а также ВНИИПО МЧС России, Академии ГПС МЧС России, РГУ нефти и газа им. И. М. Губкина и других заинтересованных организаций.
По результатам патентного поиска авторами статьи 19 мая 2010 г. подана заявка на патентную защиту способа (рег. № 2010119853) и на получение патента на полезную модель (рег. № 2010119849).
Материал поступил в редакцию 29 июня 2010 г. Электронные адреса авторов: [email protected]; [email protected]; [email protected].
