CC BY
21УДК 614.842.615 DOI 10.25257/FE.2020.1.8-15
АЛЕШКОВ Михаил Владимирович Доктор технических наук, профессор Академия ГПС МЧС России, Москва, Россия E-mail: aleshkov.m@mail.ru
ФЕДЯЕВ Владислав Дмитриевич Кандидат технических наук Академия ГПС МЧС России, Москва, Россия E-mail: fedyaeff.v@yandex.ru
ГУМИРОВ Андрей Сергеевич Академия ГПС МЧС России, Москва, Россия E-mail: romb55cool2014@yandex.ru
ШУЛЬПИНОВ Андрей Алексеевич Академия ГПС МЧС России, Москва, Россия E-mail: kvadrat.82@mail.ru
ПРИМЕНЕНИЕ КОМПРЕССИОННОЙ ПЕНЫ ПРИ ТУШЕНИИ ПОЖАРОВ ОБЪЕКТОВ НЕФТЕГАЗОВОГО КОМПЛЕКСА ПРИ ОТРИЦАТЕЛЬНЫХ ТЕМПЕРАТУРАХ
В статье проведён анализ расположения объектов нефтегазового комплекса на территории России. Определено, что большое количество данных объектов расположено в холодных районах страны с климатическими условиями, затрудняющими тушение пожаров. Предложен измерительный комплекс для определения интенсивности охлаждения огнетушащих веществ, в том числе компрессионной пены, при прохождении по пожарным напорным рукавам.
Ключевые слова: Арктика, холодный климат, газ, нефть, нефтегазовый комплекс, компрессионная пена, рукавная
линия.
Природный газ и нефть являются одним из главных компонентов ресурсной базы топливной промышленности. Нефтегазовый комплекс включает в себя различные группы отраслей по добыче, транспортировке, переработке, а также по распределению природного сырья.
Наша страна обладает огромным количеством запасов природного газа и нефти и с каждым годом всё больше разрабатываются новые крупные месторождения. Статистический анализ позволил получить следующие данные по природно-сырьевым запасам: на территории России находится более 23 % природного газа и 6 % нефти относительно всех мировых запасов.
На территории Западной Сибири находятся несколько десятков крупных месторождений, к которым относятся Самотлорское, Мамонтовское, Фёдоровское, Толумское и другие [1]. Большая часть из них расположена в Тюменской области - главной природно-ресурсной базе Российской Федерации по снабжению нефтью и газом. К примеру, в Тюменской области добывается более 220 млн тонн нефти в год, что составляет более 80 % всей добычи на территории России.
Чем дальше на восток от западной границы, тем холоднее и суровее климатические условия. Так, в арктическом поясе на побережье средняя температура в январе-марте равна -30 °С, абсолютный минимум достигает -53 °С, а в глубинных материковых районах Севера опускается до -60 °С [2]. К тому же в этих районах зачастую низкая температура сопровождается повышенной скоростью ветра.
Арктическая зона занимает 18 % всей территории страны. В неё входят районы Мурманской, Архангельской, Магаданской областей, Ямало-Ненецкого, Таймырского, Чукотского автономных округов и пять прибрежных районов Республики Саха (Якутия).
Для этих территорий характерен суровый климат, особенно в зимний период года. Продолжительность безморозного периода, как правило, не превышает 50-65 дней.
В целом, Россия находится преимущественно в высоких и средних широтах. Поэтому климат на большей части страны суровый, с чёткой сменой времён года, большой продолжительностью зимы и коротким летом.
Районирование нашей страны производится по средней месячной температуре от наиболее холодного и наиболее тёплого месяца года с учётом относительной влажности атмосферного воздуха [3]. Согласно ГОСТ 16350-80 холодные климатические районы занимают более 86 % всей территории России (рис. 1).
Нефтегазовая отрасль стала одной из основ современной экономики страны, которая вносит существенный вклад в бюджет государства, но одновременно представляет источник негативного воздействия на окружающую среду, создаёт угрозы возникновения взрывов и пожаров [4].
Анализ пожаров объектов нефтегазового комплекса на всей территории страны (табл. 1) показал, что на этих объектах происходит относительно малое количество пожаров, но они наносят большой экономический и экологический ущерб.
8
© Алешков М. В., Федяев В. Д., Гумиров А. С., Шульпинов А. А., 2020
Рисунок 1. Климатическое районирование территории России: I - очень холодный климатический район; II - холодный климатический район; III -умеренно холодный климатический район; IV - умеренный климатический район; V - умеренно-тёплый климатический район
Пожары происходят на различных объектах топливной промышленности [2]. Но чаще всего они возникают на наружных технологических установках, складах легковоспломеняемых и горючих жидкостей, компрессорных и газогенераторных, а также насосных станциях. На рисунке 2
Таблица 1
Возникновение пожаров на объектах нефтегазового комплекса за период с 2015 по 2019 гг.
Объект Количество пожаров, ед. Процентное содержание от общего числа пожаров, %
Наружная установка объектов нефтегазовой отрасли 178 17
Компрессорная, газогенераторная, водородная и кислородная станция 145 13,9
Склад ЛВЖ, ГЖ 144 13,8
Газопровод 110 10,5
Нефтяной резервуар, нефтехранилище 104 9,9
Промышленное здание (сооружение) 103 9,8
Блок, контейнер хранения топлива на автозаправочной станции 98 9,4
Прочие объекты 76 7,3
Буровая установка 65 6,2
Сливо-наливные эстакады 23 2,2
Итого: 1046 100
представлено распределение количества пожаров в зависимости от места возникновения [5].
Анализируя полученные данные, можно сделать вывод о том, что наибольшему риску возникновения пожаров подвергаются наружные технологические установки, компрессорные станции.
Для тушения пожаров на объектах нефтегазового комплекса существуют разные огнетушащие вещества (ОТВ): вода, пены, порошки и т. д. [6]. Но эффективность их использования при тушении пожаров объектов нефтегазового комплекса, находящихся на территории России с холодными климатическими районами, во многом будет зависеть от негативного влияния низких температур на средства подачи ОТВ [7].
Ранее были проведены исследования по определению интенсивности охлаждения воды в рукавных линиях насосно-рукавных систем, получены зависимости влияния интенсивности охлаждения ОТВ в пожарных рукавах на напор на стволе [8]. В процессе эксперимента при низких температурах окружающей среды в течение 3,5 ч. напор на стволе РС-70 уменьшился на 42 %, на стволе РС-50 - на 60 % [9]. Получены зависимости интенсивности охлаждения воды от расхода по насосно-рукавным системам (рис. 3).
Исходя из полученной графической зависимости, можно сделать выводы, что интенсивность охлаждения воды в рукавных линиях зависит от температуры окружающей среды, скорости ветра, расхода огнетушащего вещества, диаметра и материала рукавов [10].
С развитием науки появились новые эффективные средства для тушения пожаров на объектах нефтегазовой отрасли [11]. До настоящего времени
-1-1-1—
0 5 10 16
Расход воды в линии, л/с
Рисунок 3. Интенсивность охлаждения воды в насосно-рукавной системе пожарного автомобиля в зависимости от температуры воздуха и скорости ветра: для рукавов с условным проходом ОЫ 80 с внутренним гидроизоляционным покрытием без наружного защитного покрытия:
1 - при температуре -31 °С и скорости ветра 0,5 м/с; 2 - при температуре -38 °С и скорости ветра 5 м/с;
3 - при температуре -41 °С и скорости ветра 0,5 м/с; 4 - для рукавов с условным проходом ОЫ 80 с внутренним гидроизоляционным покрытием с пропиткой каркаса при температуре -22 °С и скорости ветра 5 м/с
Эксперимент проводился при температуре окружающей среды -20 °С. Рукавная линия состояла из двух пожарных напорных рукавов с внутренним диаметром 38 мм, на конце был установлен пере-крывной пожарный ствол. Рукавную линию проложили на поверхности земли, заполнили её компрессионной пеной и оставили на два часа. В течение этого времени компрессионная пена в рукавной линии промёрзла по диаметру рукава на глубину от 7 до 10 мм. По периметру образовался хрупкий пористый слой, а в сердцевине компрессионная пена не замёрзла [13]. Данные исследования проводились при статическом режиме жидкости в рукавных линиях {рис. 4). Изучение же интенсивности охлаждения при течении компрессионной пены в условиях низких температур в насосно-рукавных системах до настоящего времени не реализовано. Такие исследования целесообразней было бы провести на рукавах с разным условным диаметром прохода ОЫбО, ОЫ65 и ЭЫ80, которыми в России комплектуются пожарные автомобили с установками подачи компрессионной пены.
Для проведения таких исследований специалистами Академии ГПС МЧС России был разработан измерительный комплекс, с помощью которого можно определить интенсивность охлаждения огнетушащих веществ в рукавных линиях {рис. 5). Отличительной особенностью комплекса является возможность замера параметров и передачи их значений по радиоканалу, что значительно расширяет возможности проведения исследований.
Комплекс состоит из рукавных вставок различного диаметра (ОЫбО, ОЫ65, ОЫ80). Вставки оснащены температурными датчиками. С помощью
Рисунок 4. Исследование поведения компрессионной пены при статическом режиме жидкости в рукавных линиях
были осуществлены исследования компрессионной пены в условиях низких температур, проведённые в Республике Беларусь [12].
■ - сливо-наливные эстакады;
■ - промышленное здание (сооружение); ■ - буровая установка;
■ - нефтяной резервуар, нефтехранилище; ■ - наружная установка объектов нефтегазовой отрасли;
■ - газопровод; ■ - склад легковоспламеняемых и горючих жидкостей;
■ - блок, контейнер хранения топлива на автозаправочной станции; ■ - буровая установка; - компрессорная газогенераторная
Рисунок 2. Возникновение пожаров на территории объектов нефтегазового комплекса за период с 2015 по 2019 гг.:
Рисунок 5. Рукавная вставка 0Ы50 с измерительным прибором и источником питания
специального измерительного прибора показания температуры ОТВ с датчиков передаётся на приёмный прибор посредством радиоканала на расстояние до 300 м. Приёмное устройство, в свою очередь, также производит замеры температуры окружающей среды. Характеристики измерительного комплекса представлены в таблице 2.
Схема подключения измерительного комплекса представлена на рисунке 6.
При проведении эксперимента будут оцениваться следующие параметры:
- длина рукавной линии;
- расход полученной компрессионной пены;
- расход воды;
- расход пенообразователя;
- температура компрессионной пены на входе в исследуемый рукав;
- температура компрессионной пены на выходе из исследуемого рукава;
- температура окружающей среды.
Пример полученных данных с помощью измерительного комплекса представлен на рисунке 7.
В результате обработки полученных экспериментальных данных будет произведена оценка интенсивности охлаждения огнетушащих веществ в рукавных линиях при использовании в качестве огнетушащего вещества компрессионной пены. Будет получена математическая зависимость интенсивности охлаждения компрессионной пены в рукавных линиях от параметров окружающей среды. Применение модели позволит на этапе предварительного планирования оценить возможность
Таблица 2
Характеристики измерительного комплекса для определения интенсивности охлаждения огнетушащих веществ в рукавных линиях
Наименование параметра Значение
Диапазон измерения температуры окружающей среды 0т-50оС до +125 °С
Погрешность прибора 0,5%
Диапазон измерения температуры огнетушащего вещества От -50 °С до +600 °С
Тип крепления термодатчиков к рукавным вставкам М8
Длина рабочей части датчика 30 мм
Погрешность 1%
Дистанция передачи радиоканала Не менее 300 м
Габариты рукавных вставок, мм - длина - ширина - высота DN50 190 62 62 DN65 220 74 74 DN80 280 90 90
Рисунок 6. Схема измерения интенсивности охлаждения компрессионной пены при подаче по насосно-рукавным линиям: 1 - установка CAFS; 2 - рукавные вставки; 3 - термодатчики; 4 - приёмный прибор; 5 - пожарные рукава; 6 - ствол для подачи компрессионной пены; 7 - приёмное устройство (ноутбук)
20,00
■н ю СП 00 ■н ю СП 00 ■н ю СП 00 ■н ю СП 00 ■н ю СП 00
сч сч сч оо оо ^ ю о о о ■Н тН сч см сч со ю ю
о о о о о о о о о о ¿н ■н ■н ■н ■н ■н ■н ■н ■н ■н ■н
сч сч сч см см см сч сч с\| с\| сч сч сч с\| сч сч сч сч сч сч сч сч сч сч сч
■н ■н ■н ■н ■н ■н ■н ■н ■н ■н ■н ¿н ¿н ¿н ¿н ■н ■н ¿н ¿н ■н ■н ¿н ¿н
■н ■н ■н ■н ■н ■н ■н ■н ■н ■н ■н ■н ■н ■н ■н ■н ■н ■н ■н ■н ■н ■н ■н ■н ■н
Время
Рисунок 7. Приём параметров на ноутбук измерительного комплекса:
температура компрессионной пены: --на входе в исследуемый рукав Т ;--на выходе из исследуемого рукава Т
использования компрессионной пены в качестве ОТВ при тушении пожаров объектов нефтегазового комплекса в условиях отрицательных
температур, что позволит повысить эффективность подразделений пожарной охраны при тушении пожаров.
ЛИТЕРАТУРА
1. Месторождения нефти и газа [Электронный ресурс] // Нефтяники: отраслевой интернет-ресурс. Режим доступа: http://www.nftn.ru/oilfields (дата обращения 28.01.2020).
2. Куц А. А, Михайленко В. Д. Особенности строительства объектов нефтегазовой отрасли // Современные научные
исследования: актуальные вопросы, достижения и инновации: сборник статей IX Международной научно-практической конференции: в 2 ч. Ч. 1. Пенза: Наука и Просвещение. 2019. С. 135-137.
3. Лебедько А. Г. Экономическое обоснование геоэкологических рисков в нефтегазовой отрасли [Электронный ресурс] //
Инженерный вестник Дона. 2010. № 4. Режим доступа: Шр://гоЛоп. ги/ги/тада2те/агсЫуе/п4у2010/252 (дата обращения 20.01.2020)
4. Алешков М. В. Особенности тушения крупных пожаров на территории Российской Федерации при внешнем воздействии опасных природных явлений // Пожаровзрывобезопасность. 2013. Т. 22. № 5. С. 59-64.
5. Двоенко О. В. Опыт исследования работоспособности пожарно-спасательной техники в условиях низких температур // Пожары и чрезвычайные ситуации: предотвращение, ликвидация. 2017. № 3. С. 28-37. 001: 10.25257/РБ.2017.3.28-37
6. Двоенко О. В. Насосно-рукавные системы пожарных автомобилей, обеспечивающие тушение пожаров и аварийное водоснабжение на объектах энергетики в условиях низких температур: дис. ... канд. техн. наук: 05.26.03 / Двоенко Олег Викторович. М.: Академия ГПС МЧС России, 2014. 190 с.
7. Алешков М. В., Безбородько М. Д., Копылов Н. П., Двоенко О. В. Факторы, определяющие тактический потенциал подразделений пожарно-спасательного гарнизона в условиях экстремально низких температур // Пожаровзрывобезопасность. 2016. Т. 25. № 12. С. 61-68. 001: 10.18322/РУБ.2016.25.12.61-68
8. Алешков М. В. Повышение работоспособности напорных рукавных линий при тушении пожаров в условиях низких температур: дис. . канд. техн. наук: 05.26.01 / Алешков Михаил Владимирович. М.: ВИПТШ МВД СССР, 1990. 293 с.
9. Алешков М. В., Безбородько М. Д. Вопросы обеспечения работоспособности напорных рукавных линий при тушении пожаров в зимних условиях // Сборник материалов научно-технической конференции «Актуальные проблемы тактики тушения пожаров, совершенствование пожарной техники». М.: ВИПТШ МВД СССР, 1992. С. 48-53.
10. Двоенко О. В., Ольховский И. А. Мобильная пожарная и аварийно-спасательная техника для защиты критически важных объектов в условиях холодного климата // Вестник Воронежского института ГПС МЧС России. 2016. № 2 (19). С. 67-70.
11. Brinkley J., Depew R. Capabilities and limitations of compressed air foam systems (CAFS) for structural firefighting. Quincy, MA: Fire Protection Research Foundation, 2012. 58 р.
12. Камлюк А. Н, Навроцкий О. Д., Грачулин А. В. Тушение пожаров пеногенерирующими системами со сжатым воздухом // Вестник Университета гражданской защиты МЧС Беларуси. 2017. Т. 1. № 1. С. 44-53.
13. Грачулин А. В. Методы применения пеногенери-рующих систем со сжатым воздухом для тушения пожаров: дис. ... канд. техн. наук: 05.26.03 / Грачулин Александр Владимирович. Минск, Университет гражданской защиты Министерства по чрезвычайным ситуациям Республики Беларусь 2017. 150 с.
Материал поступил в редакцию 30 января 2020 года.
Mikhail ALESHKOV
Grand Doctor in Engineering, Professor
State Fire Academy of EMERCOM of Russia, Moscow, Russia
E-mail: aleshkov.m@mail.ru
Vladislav FEDYAEV PhD in Engineering
State Fire Academy of EMERCOM of Russia, Moscow, Russia E-mail: fedyaeff.v@yandex.ru
Andrei GUMIROV
State Fire Academy of EMERCOM of Russia, Moscow, Russia E-mail: romb55cool2014@yandex.ru
Andrei SHULPINOV
State Fire Academy of EMERCOM of Russia, Moscow, Russia E-mail: kvadrat.82@mail.ru
APPLICATION OF COMPRESSION FOAM FOR EXTINGUISHING FIRES AT OIL AND GAS INDUSTRY FACILITIES
AT LOW TEMPERATURES
ABSTRACT
Purpose. The result of fire extinguishment at oil and gas industry facilities depends on the effectiveness of the delivered fire extinguishing agents supplied and the coherence between fire departments. The article considers the possibility of using such a fire extinguishing agent as compression foam, and also formulates the task of studying the dynamics of its flow through fire hoses when used at low temperatures. A unique radio-channel measuring system developed by the authors is proposed for evaluating the characteristics of fire-extinguishing substances delivered through hose-pump systems under low ambient temperatures.
Methods. Specialists of the Academy tested the measuring complex to determine the intensity of cooling compression foam during its delivery through hosepump systems.
Findings. The presented measuring complex will allow studying the cooling intensity of hose-pump systems at low temperatures when using compression foam. The complex consists of hose inserts of different diameters, equipped with temperature sensors. The estimated parameters: - length of the hose line;
- consumption of the generated compression foam;
- consumption of water;
- consumption of a foaming agent;
- temperature of the compression foam at the inlet to the tested hose;
- temperature of the compression foam at the outlet of the tested hose;
- ambient temperature.
Research application field. The use of the
measuring complex will allow evaluating the possibility of using compression foam as a fire extinguishing agent at the stage of preliminary planning when extinguishing fires at oil and gas industry facilities under negative temperatures.
Conclusions. Test researches have shown that while extinguishing fires at low temperatures, it is necessary to study the intensity of cooling when using compression foam delivered through fire hoses for effective application.
Key words: Arctic region, cold climate, gas, oil, oil and gas industry facilities, measuring complex, compression foam, fire hoses, pump-hose systems.
REFERENCES
1. Oil and gas fields. Oilmen: industry Internet resource. Available at: http://www.nftn.ru/oilfields (accessed January 28, 2020).
2. Kuts A.A., Mikhailenko V.D. Osobennosti stroitelstva obektov neftegazovoi otrasli. Sbornik statei IX Mezhdunarodnoi nauchno-prakticheskoi konferentsii "Sovremennye nauchnye issledovaniia: aktual'nye voprosy, dostizheniia i innovatsii" [Proceedings of the IX International scientific and practical conference "Modern scientific research: current issues, achievements and innovations". In 2 vol.]. Penza, Nauka i Prosveshchenie Publ., 2019, pp. 135-137 (in Russ.).
3. Lebedko A.G. Economic justification of geo-ecological risks in the oil and gas industry. Inzhenernyi vestnik Dona (Engineering Journal of Don). 2010, no. 4. Available at: http://ivdon.ru/ru/magazine/ archive/n4y2010/252 (accessed 20.01.2020) (in Russ.).
4. Aleshkov M.V. Peculiarities of extinguishing large-scale fires on the territory of the Russian Federation under the external effect of hazardous natural phenomena. Pozharovzryvobezopasnost (Fire and Explosion Safety). 2013, vol. 22. no. 5, pp. 59-64 (in Russ.).
5. Dvoenko O.V. Experience of studying fire and rescue appliances workability under low temperature conditions. Pozhary
i chrezvychainye situatsii: predotvrashchenie, likvidatsiia (Fire and emergencies: prevention, elimination). 2017, no. 3. pp. 28-37 (in Russ.). DOI: 10.25257/FE.2017.3.28-37
6. Dvoenko O.V. Nasosno-rukavnye sistemy pozharnykh avtomobilei, obespechivaiushchie tushenie pozharov i avariinoe vodosnabzhenie na obektakh energetiki v usloviiakh nizkikh temperatur [Pump-and-hose systems of fire trucks that provide fire extinguishing and emergecy water supply at energy facilities at low temperatures. PhD in Engin. Sci. diss.]. Moscow, State Fire Academy of EMERCOM of Russia Publ., 2014. 190 p.
7. Aleshkov M.V., Bezborodko M.D., Kopylov N.P., Dvoenko O.V. Factors that determine the tactical potential of departments of fire-rescue garrison in conditions of extremely low temperatures. Pozharovzryvobezopasnost (Fire and Explosion Safety). 2016, vol. 25, no. 12, pp. 61-68 (in Russ.). DOI: 10.18322/PVB.2016.25.12.61-68
8. Aleshkov M.V. Povyshenie rabotosposobnosti napornykh rukavnykh linii pri tushenii pozharov v usloviiakh nizkikh temperatur [Improving the efficiency of the pressurized hose lines to extinguish fires in conditions of low temperatures. PhD in Engin. Sci. diss.].
14
© Aleshkov M., Fedyaev V., Gumirov A., Shulpinov A., 2020
Moscow, Higher engineering fire-technical school of the Ministry of Internal Affairs of the Soviet Union Publ., 1990. 293 p.
9. Aleshkov M.V., Bezborodko M.D. Voprosy obespecheniia rabotosposobnosti napornykh rukavnykh linii pri tushenii pozharov v zimnikh usloviiakh. Sbornik materialov nauchno-tekhnicheskoi konferentsii "Aktualnye problemy taktiki tusheniia pozharov, sovershenstvovanie pozharnoi tekhniki" [Proceedings of the scientific and practical conference "Actual problems of firefighting tactics, improvement of fire equipment"]. Moscow, Higher engineering fire-technical school of the Ministry of Internal Affairs of the Soviet Union Publ., 1992, pp. 48-53 (in Russ.).
10. Dvoenko O.V., Olkhovsky I.A. Mobile fire and rescue cars for the protection of critical facilities in cold climates. Vestnik Voronezhskogo instituta GPS MChS Rossii (Bulletin of the Voronezh
Institute of the State Fire Service of the Emergencies Ministry of Russia). 2016, no. 2 (19), pp. 67-70 (in Russ.).
11. Brinkley J., Depew R. Capabilities and limitations of compressed air foam systems (CAFS) for structural firefighting. Quincy, MA: Fire Protection Research Foundation, 2012. 58 p.
12. Kamluk A.N., Nawrocki O.D., Grachulin A.V. Fire extinguishing by compressed air foam systems. Vestnik Universiteta grazhdanskoi zashchity MChS Belarusi (Journal of Civil Protection). 2017, vol. 1, no. 1, pp. 44-53 (in Russ.).
13. Grachulin A.V. Metody primeneniia penogeneriruiushchikh sistem so szhatym vozdukhom dlia tusheniia pozharov [Methods of application foam generator systems of compressed air to extinguish fires. PhD in Engin. Sci. diss.]. Minsk, University of Civil Protection of the Ministry for Emergency Situations of the Republic of Belarus Publ., 2017. 150 p.
