CC BY
16УДК 614.841.1 DOI 10.25257/FE.2020.1.30-35
РОЕНКО Владимир Васильевич
Кандидат технических наук, профессор Академия ГПС МЧС России, Москва, Россия E-mail: [email protected]
ХАЛИКОВ Ринат Валерьевич
Академия ГПС МЧС России, Москва, Россия E-mail: [email protected]
ПОЖАРОВЗРЫВОБЕЗОПАСНОСТЬ ЗАМКНУТЫХ ПРОСТРАНСТВ ОБЪЕКТОВ ГАЗОКОМПРЕССОРНЫХ СТАНЦИЙ
В статье уделяется внимание обеспечению пожаровзрывобезопасности замкнутых пространств объектов газокомпрессорных станций. Проанализированы статистические данные о пожарах объектов газокомпрессорных станций. Описаны особенности горения веществ в замкнутых пространствах объектов газокомпрессорных станций. Проведён анализ продуктов, выделяющихся при горении турбинного, судового масла и метана при пожарах в замкнутых пространствах объектов газокомпрессорных станций.
Ключевые слова: пожар, пожаровзрывобезопасность, авария, газокомпрессорные станции, газовый состав, взрывоопасные концентрации газа, объёмное тушение пожара.
Газокомпрессорные станции (ГС) представляют собой объекты, обладающие повышенной пожаровзрывоопасностью. Ликвидация пожаров на данных объектах сопряжена с защитой личного состава от воздействия тепловых потоков, преодолением плотных зон задымления и предотвращением возникновения взрывоопасных концентраций в замкнутых объёмах помещений. Тушение осложняется наличием высоковольтных электрических сетей. Эти факторы обуславливают необходимость создания новых подходов к обеспечению пожаровзрывобезопас-ности в замкнутых объёмах ГС.
Актуальность выбранной темы обусловлена регулярностью возникновения пожаров на газокомпрессорных станциях. В подтверждение значимости данной проблемы было проанализировано 49 пожаров, произошедших на ГС, в период с 2013 по 2018 гг. [1]. Для проведения анализа были выбраны пожары в объёме помещений категории А и на технологическом оборудовании с категорией АН. На данном технологическом оборудовании обращаются газы или горючие жидкости с температурой вспышки более 60 °С.
На основании данных рисунков 1 и 2 можно утверждать, что на объектах газокомпрессорных станций в замкнутых объёмах в год происходит в среднем 6 пожаров, площадью около 50 м2. Несмотря на то, что средняя площадь пожаров в замкнутых помещениях ГС меньше площади пожаров на открытых технологических установках, они требуют привлечения большего количества сил и средств для тушения. Это также является фактором, повышающим актуальность данной темы.
Прежде чем перейти к рассмотрению способов прекращения горения в замкнутых пространствах
объектов ГС, необходимо проанализировать характер горения газов и горючих жидкостей. Базовыми веществами в современной газовой промышленности являются метан и горючие жидкости с температурой вспышки более 61 °С, составляющие основу судовых МС-8 и турбинных ТП-22 [2, 3]. Наибольшую
Пожары на открытых технологических установках
Пожары в замкнутых объёмах
0 2 4 6 8
Среднее число пожаров, ед.
Рисунок 1. Гистограмма среднего числа пожаров в год на газокомпрессорных станциях в период с 2013 по 2018 гг.
Пожары на открытых технологических установках
Пожары в замкнутых объёмах
50
Средняя площадь пожаров, м2
100
Рисунок 2. Гистограмма средней площади пожаров на газокомпрессорных станциях в период с 2013 по 2018 гг.
30
© Роенко В. В., Халиков Р. В., 2020
0
опасность для личного состава подразделений пожарной охраны представляют пожары, регулируемые вентиляцией (ПРВ). Их развитие прямо пропорционально скорости поступления окислителя в зону горения. Согласно лабораторным испытаниям, во время ПРВ при горении масел МС-8 и ТП-22 в замкнутом объёме менее чем за 30 с 70 % помещения заполняется продуктами неполного сгорания, создаётся угроза появления обёмной вспышки или взрыва при резком поступлении кислорода в объём помещения. Таким образом возникает прямая угроза жизни личному составу, принимающему участие в тушении пожара [4].
Определение времени наступления ПРВ в замкнутых объёмах ГС проводилось с учётом геометрических параметров помещений, имеющихся технологических отверстий, в соответствии с объёмом выделяющихся веществ при горении [5-8]:
\¥кр
выгор
где W - объём помещения, м3; к - коэффициент проёмности помещений; р - плотность горящего ма-
териала, кг/м3; vи
скорость выгорания горючей
нагрузки в помещении в зависимости от времени пожара, в соответствии с [9], кг/с.
Результаты расчётов по формуле (1) с использованием статистических данных [1] приведены в таблице 1.
Определено, что среднее время наступления ПРВ в помещении с горением метана, судового и турбинного масла составляет 3,34 мин. А среднее время прибытия пожарных подразделений на данные объекты, согласно статистическим данным составляет более 5 мин.
На основании расчётов был построен совмещённый график, представленный на рисунке 3.
Данные, представленные на рисунке 3, позволяют сделать вывод, что наступление ПРВ на этапе локализации пожара обеспечивает тушение пожара в более короткий срок. Поэтому для повышения эффективности работы пожарных подразделений необходимо увеличить время до наступления ПРВ. Используя экспериментальные методы и теоретическое описание цепных процессов горения [10] возможно предложить методы для увеличения времени до наступления ПРВ, однако необходимо рассмотреть состав продуктов горения, выделяющихся при пожарах в замкнутых объёмах КС.
На основе результатов исследований [9-11] проведён анализ продуктов сгорания метано-воз-душной смеси и турбинных и судовых масел, который позволил выявить их усреднённый состав в условиях ПРВ (табл. 2).
Детальный анализ таблицы 2 показывает, что с ростом температуры в помещении увеличивается процентное содержание углерода в виде сажи, угарного газа и этилена. Однако стоит отметить, что при температуре свыше 1 000 К скорость процентного прироста продуктов неполного сгорания снижается.
Вышесказанное позволяет утверждать, что в условиях ПРВ объёмная концентрация в воздухе продуктов, снижающих видимость, может составлять больше 47 %. В данных условиях при горении метана возможно образование его взрывоопасных концентраций. Однако минимальное оснащение звена газодымозащитной службы в задымлённой зоне не предусматривает использование газоанализаторов, что создаёт опасность для личного состава подразделений пожарной охраны.
Существуют методы и способы увеличения времени наступления ПРВ более чем в три раза в объёме КС с использованием таких веществ как С2Р4Бг2, 0Р4Бг, С2РБг при концентрациях 15-17 % [12, 13]. Однако использование данных методов не универсально и требует серьёзных материальных затрат, поэтому необходим поиск новых технологий пожа-ровзрывобезопасности замкнутых пространств КС.
^ГО 1^0)0)с0юю0 ОО ^Г^Г ООЭЮОЭОО)
ЮОО I— О ОСМ Ю|— Ю ЮЮСМСООЭЮО ЮОО ООО ООООЮ О01~~ 00 00 ®0)0)0)0)0) О) тЧ тЧ ^Н И т ^ГОСМ1^ЮЮ
Объём помещения, м3
Рисунок 3. Зависимость времени тушения пожара и наступления ПРВ от объёма помещения: — - время тушения пожара, мин; — - время наступления ПРВ, мин
6
5
4
3
2
1
0
Таблица 1
Время наступления ПРВ на объектах газокомпрессорных станций
Объект пожара Время наступления Время прибытия ПРВ, мин пожарных*, мин Объём помещения, м3 Время тушения пожара**, мин
Компрессорная ООО «ЕДК» 2,11 7 854 420
Компрессорная ОАО «КПЗР» 2,11 8 867 480
Компрессорная ООО «Искра» 2,31 7 880 330
Компрессорная ОАО «РЖД» 2,32 5 905 240
Компрессорная ЯГПЗ ОАО «Сахатранснефтегаз» 2,44 8 875 360
Компрессорная ООО «ЖБИ» 2,45 15 889 240
Компрессорная ООО «СТИС» 2,5 12 901 240
Компрессорный цех № 2 ОАО «Автодизель» 2,56 6 901 330
Компрессорный цех ОАО «ЧКПЗ» 2,57 7 915 240
Компрессорный цех ООО «Дельфин-групп» 2,64 4 923 360
Компрессорная ООО «Газпром газораспределение Томск» ГРПБ 17-2В-ЭК-ОГ 2,73 7 942 240
Компрессорная ООО «Строитель-43» 3,02 7 901 240
Компрессорная ООО «Сотамеко плюс» 3,03 8 975 270
Компрессорная УШСУ АК «АЛРОСА» 3,21 7 953 240
Компрессорная ООО «КНИК» 3,21 8 956 240
Компрессорная станция ИП Коростелёва А.А. 3,23 5 957 240
Газогенераторная на метеостанции ОАО «Транссети» 3,27 7 958 240
Компрессорный цех ТЭЦ-8 филиал «Мосэнерго» 3,31 6 945 180
Компрессорный цех ОАО «Регенатор» 3,32 8 923 240
Компрессорная «М-Авто» 3,32 5 956 240
Компрессорная ОАО «ТМТ» 3,42 8 968 180
Компрессорная ООО «Русфорест» 3,42 4 984 180
Компрессорная ОАО «РЖД» 3,43 13 974 120
Площадка ресиверов ОАО «ОГК» 3,45 6 955 180
Компрессорная станция ООО «Донпласт» 3,53 18 1 500 120
Компрессорный цех ОАО «БВРЗ» 3,56 18 1 075 180
Техническое помещение компрессорной ИП Королёв В.А. 3,65 7 1 045 120
Компрессорный цех ОАО «Газпром» 3,67 15 1 084 180
Компрессорная ООО «КИН» 3,73 13 1 256 120
Компрессорная ООО «Топливные системы» 3,75 12 1 304 120
Компрессорная СРО МОО «Регенатор» 3,76 15 987 180
Компрессорная ОАО «СТО» 3,89 14 1 400 120
Компресорная ООО «Компания Альфа» 3,98 7 1 204 120
Компрессорная ООО «Равис» 3,98 16 1 003 120
Компрессорная ЗАО «Астэра» 3,99 8 2 400 120
Компрессорная ООО «Кровля-Рубероид» 4,02 10 1 285 60
Компрессорный цех ОАО «Колос» 4,11 16 1 654 60
Компрессорная при здании трансформаторной подстанции ООО «Кварц» 4,31 14 1 367 90
Компрессорная С№ 400 (сжиженный газ) установка ЛК-БУС 4,45 17 1 573 60
Компрессорная ОАО «Русские краски» 4,53 11 1 795 120
Компрессорная ОАО «РГНС» 4,89 8 1 853 60
* - время прибытия пожарных подразделений после начала пожара; ** - время тушения пожара после прибытия пожарных подразделений
Таблица 2
Состав продуктов сгорания метана, турбинного и судового масла в условиях ПРВ
Температура, К Процент содержания вещества
Н2 Н2О СО С С2Н2 С02
710 30 19 11 15 0 25
910 27 17 15 18 3 20
958 25 15 17 23 3 17
1 023 23 15 18 25 4 15
1 024 23 14 18 26 4 15
1 031 22 12 20 27 5 14
1 532 22 11 21 27 5 14
Итак, анализ пожаровзрывобезопасности замкнутых объёмов ГС показал, что тушение пожаров на данных объектах представляет особую сложность, связанную с особенностями горения масел в условиях наступления ПРВ. Проанализированный состав продуктов горения позволяет определить зависимость их образования от температуры. Данную зависимость целесообразно связать с временными
показателями для определения наиболее эффективных показателей средств, подаваемых на тушение в условиях ПРВ. Было определено, что развитие пожара в условиях ПРВ идёт с образованием взрывоопасных концентраций, поэтому для дальнейшего исследования и выбора огнетушащих средств в данных условиях следует привлечь теорию ингибирова-ния цепных процессов.
ЛИТЕРАТУРА
1. Пожары и пожарная безопасность в 2018 году. Статистический сборник / под общ. ред. В. И. Климкина. М.: ВНИИПО МЧС России, 2018. 137 с.
2. Быков А. И. Методика оценки массы природного газа, участвующего в образовании огненного факела при разрыве магистрального газопровода // Пожаровзрывобезопасность. 2015. Т. 24, № 9. С. 48-54. DOI: 10.18322/PVB.2015.24.09.48-54
3. Пожаркова И. Н, Елфимова М. В., Лагунов А. Н. Моделирование пожаров в машинных отделениях объектов теплоэнергетического комплекса // Сибирский пожарно-спасательный вестник. 2019. № 1. С. 39-45.
4. Storesund K. L. Fire incidents and potential fire incidents on Norwegian oil and gas installations [Электронный ресурс] // SPFR Report, 2015. Режим доступа: https://www.researchgate.net/ publication/325869491_Fire_incidents_and_potential_fire_incidents_ on_Norwegian_oil_and_gas_installations (дата обращения 10.12.19)
5. Мурзинов В. Л. Моделирование средней температуры в помещении с вентиляцией в начальной стадии пожара // Комплексная безопасность. 2017. № 1. С. 37-42.
6. Роенко В. В., Пряничников А. В., Бондарев Е. Б. Применение температурно-активированной воды для тушения пожаров турбинных масел на объектах теплоэнергетики [Электронный ресурс] // Технологии техносферной безопасности. 2015. Вып. 4 (62). С. 84-93. Режим доступа: https://elibrary.ru/item.asp?id=25846407 (дата обращения 21.12.19).
7. Кошмаров Ю. А, Лапшин С. С., Тараканов Д. В. Оценка влияния величины скорости выгорания на расчёт динамики ОФП
на объектах энергетики // Пожары и чрезвычайные ситуации: предотвращение, ликвидация. 2009. № 2. С. 40-44.
8. Богомаз А. М., Дикенштейн И. Ф. Влияние воздушно-водяной смеси на температуру в помещении // Научный вестник НИИГД «Респиратор». 2016. № 3 (53). С. 23-35.
9. Дорофеев А. А, Ягодников Д. А, Чертков К. О. Особенности расчёта состава и температуры продуктов сгорания пере-обогащённого кислород-метанового топлива // Известия высших учебных заведений. Машиностроение. 2015. № 10. С. 84-94.
10. Халиков Р. В. Объёмное тушение пожаров твёрдых углеводородов // Пожарная и техносферная безопасность: проблемы и пути совершенствования, 2019. № 3 (4). С. 201-203.
11. Вершинина К. Ю, Глушков Д. О., Стрижак П. А. Характеристики зажигания капель органоводоугольных топлив на основе отработанных и индустриальных масел // Химия твёрдого топлива. 2017. № 3. С. 63-69. 001: 10.7868/Э0023117717030100
12. Азатян В. В., Шебеко Ю. Н, Болодьян И. А, Навценя В. Ю. Влияние разбавителей различной химической природы на концентрационные пределы распространения пламени в газовых смесях // Физика горения и взрыва. 2006. Т. 42. № 6. С. 96-102.
13. Азатян В. В., Сайкова Г. Р., Балаян Г. В., Пугачёв Д. В. Зависимость воспламеняемости водородо-воздушных смесей от химических и физических свойств примесей // Журнал физической химии. 2015. Т. 89. № 3. С. 385-387. 001: 10.7868/Э0044453715030048
Материал поступил в редакцию 31 января 2020 года.
Vladimir ROYENKO PhD in Engineering, Professor
State Fire Academy of EMERCOM of Russia, Moscow, Russia E-mail: [email protected]
Rinat KHALIKOV
State Fire Academy of EMERCOM of Russia, Moscow, Russia E-mail: [email protected]
FIRE AND EXPLOSION SAFETY OF ENCLOSED SPACES OF GAS-COMPRESSOR STATIONS
ABSTRACT
Purpose. Among the objects of oil and gas industry gas-compressor stations have a special place, and fires there can lead to interruptions in the work of not only industrial, but also social facilities. Therefore,studying fire and explosion safety of gas-compressor stations is of crucial importance in modern conditions of oil and gas industry complex scaling up.
Methods. The authors applied the method of statistical analysis and integrated analysis of experimental data.
Findings. The analysis of the statistical data has shown that despite the fact that the average fire area in enclosed spaces of gas-compressor stations is less than the fire area in open technological installations, they require the involvement of more means and forces for fire extinguishment.
The carried out research has shown that ventilation-controlled fires pose the greatest danger. Their development is in direct proportion to the velocity of oxidizer supply to the fire area. According to laboratory tests, in ventilation-controlled fires when MS-8 and TP-22 oils burn in enclosed spaces 70 % of the area is filled up with the products of incomplete
combustion in less than 30 seconds and in case of sudden inrush of air into the area a risk of flashover or explosion is created. An analysis of the composition of combustion products makes it possible to draw a conclusion that with temperature rise up to 1000 K in the room, the percentage of carbon in the form of soot, carbon monoxide and ethylene increases.
Research application field. The results of the study can be applied for the analysis of fire and explosion safety provision, for mathematical modelling to describe combustion processes in enclosed spaces of gas-compressor stations.
Conclusions. The carried out analysis has demonstrated the necessity for further research in order to choose the appropriate fire extinguishing mixture for fire suppression under given conditions. It is reasonable to accept the theory of chain processes inhibition as the basis for further research.
Key words: fire, fire and explosion hazard, accident, gas-compressor station, gas composition, explosive concentration of gas, flooding.
REFERENCES
1. Fires and fire safety in 2018: statistical collection. Moscow: All-Russian Research Institute for Fire Protection of EMERCOM of Russia Publ., 2018. 137 p. (in Russ.)
2. Bykov A.I. Method of estimating of the natural gas mass involved in the formation of a fiery torch at break of the main pipeline. Pozharovzryvobezopasnost (Fire and Explosion Safety), 2015, vol. 24, no. 9, pp. 48-54 (in Russ.). DOI: 10.18322/PVB.2015.24.09.48-54
3. Pozharkova I.N., Elfimova M.V., Lagunov A.N. Simulation of fire in the engine rooms of heat power complex objects. Sibirskii pozharno-spasatelnyi vestnik (Siberian Fire and Rescue Bulletin), 2019, no. 1, pp. 39-45 (in Russ.).
4. Storesund K.L. Fire incidents and potential fire incidents on Norwegian oil and gas installations. SPFR Report, 2015. Available at: https://www.researchgate.net/publication/325869491_Fire_incidents_ and_potential_fire_incidents_on_Norwegian_oil_and_gas_ installations (accessed December 10, 2019).
5. Murzinov V.L. Modeling of the average temperature in a room with ventilation in the initial stage of a fire. Kompleksnaia bezopasnost (Complex Safety), 2017, no. 1, pp. 37-42 (in Russ.).
6. Roenko V.V., Pryanichnikov A.V., Bondarev E.B. The use of temperature-activated water to extinguish fires of turbine oils in thermal power engineering facilities. Tekhnologii tekhnosfernoi bezopasnosti (Technology of Technosphere Safety), 2015, vol. 4 (62),
pp. 84-93. Available at: https://elibrary.ru/item.asp?id=25846407 (accessed December 21, 2019) (in Russ.).
7. Koshmarov Yu., Lapshin S., Tarakanov D. Estimation of influence of mass rate loss value on calculation danger fire factor dynamics for objects of power. Pozhary i chrezvychainye situatsii: predotvrashchenie, likvidatsiia (Fire and Emergencies: Prevention, Elimination). 2009, no. 2. pp. 40-44 (in Russ.).
8. Bogomaz A.M., Dikensteyn I.F. Temperature reduction in a premise by supply of the air-water mixture. Nauchnyi vestnik NIIGD respirator (Scientific Bulletin of the research Institute mountain rescue, fire safety and civil protection "Respirator"), 2016, no. 3 (53), pp. 23-35 (in Russ.).
9. Dorofeev A.A., Yagodnikov D.A., Chertkov K.O. Special features of calculating the composition and temperature of combustion products of superrich oxygen-methane fuel. Izvestiia vysshikh uchebnykh zavedenii. Mashinostroenie (Proceedings of Higher Educational Institutions. Machine Building), 2015, no. 10, pp. 84-94 (in Russ.).
10. Khalikov R.V. Volumetric fire extinguishing of solid hydrocarbons. Pozharnaia i tekhnosfernaia bezopasnost: problemy i puti sovershenstvovaniia (Fire and technosphere safety: problems and ways of improvement), 2019, no. 3 (4), pp. 201-203 (in Russ.).
11. Vershinina K.Y., Glushkov D.O., Strizhak P.A. Characteristics of the ignition of the drops of organic coal-water fuels based on waste oils
34
© Royenko V., Khalikov R., 2020
and industrial oils. Khimiia tverdogo topliva (Solid Fuel Chemistry), 2017, vol. 51, no. 3, pp. 63-69 (in Russ). DOI: 10.7868/S0023117717030100
12. Azatyan V.V., Shebeko Yu.N., Bolodyan I.A., Navtsenya V.Yu. Effect of diluents of various chemical nature on the flammability limits of gas mixtures. Fizika goreniia i vzryva (Combustion, Explosion, and Shock Waves), 2006, vol. 42, no. 6, pp. 96-102 (in Russ.).
13. Azatyan V.V., Saikova G.R., Balayan G.V., Pugachev D.V. Dependence of the flammability of hydrogen-air mixtures on the chemical and physical properties of admixtures. Zhurnal fizicheskoi khimii (Russian Journal of Physical Chemistry) A, 2015, vol. 89, no. 3, pp. 369-371 (in Russ). DOI: 10.7868/S0044453715030048
