CC BY
143
А.С. Мамонтов
начальник ГУ МЧС России по Кемеровской области
А.С. Голик
д-р техн. наук, проф., ведущий научный сотрудник ОАО «НЦ ВостНИИ»
УДК 614.84:621.892.21
СИСТЕМА ТУШЕНИЯ ПОЖАРОВ В НЕФТЕХРАНИЛИЩАХ ПОДСЛОЙНОЙ ПОДАЧЕЙ ПЕНЫ
Представлена оригинальная технология тушения пожаров в резервуарах для хранения нефтепродуктов путем подачи низкократной пены в основание резервуара. Экспериментально доказано, что данная технология намного эффективнее системы тушения наружными пеногенераторами. Ключевые слова: ВЕРТИКАЛЬНЫЙ РЕЗЕРВУАР ДЛЯ ХРАНЕНИЯ НЕФТЕПРОДУКТОВ, НИЗКОКРАТНАЯ ПЕНА, ПЕНОГЕНЕРАТОР, НАПОРНЫЙ ТРУБОПРОВОД, СИСТЕМА ПОДСЛОЙНОГО ТУШЕНИЯ
Пожары на нефтехранилищах и складах горючесмазочных материалов являются сложной и чрезвычайно опасной аварией, следствием которой может являться большой материальный ущерб, а иногда и человеческие жертвы. Весьма опасны пожары в вертикальных нефтеналивных металлических резервуарах.
Пожар в вертикальном металлическом резервуаре, заполненном нефтепродуктами, как правило, начинается с хлопка и взрыва паровоздушной смеси. В этом случае понтон (плавающая крыша) оказывается частично затопленным нефтепродуктом. В случае неэффективного тушения пожара в резервуаре в течение продолжительного времени может произойти вскипание и выброс нефтепродукта. Явления вскипания и выброса нефтепродуктов из резервуаров при горении ведут к катастрофическим последствиям в результате разрушения резервуаров и растекания горючего на большую площадь. Физическая природа этих явлений связана с перегревом и быстрым испарением воды, которая содержится в сырой нефти либо попадает в нефтепродукт при продолжительном тушении пожара. Система пожаротушения подачей пены сверху состоит из генераторов пены средней кратности, камер низкократной пены либо пеносливов, нацеленных на кольцевой зазор. Данная система не способна потушить пожар, потому что при хлопке выходят из строя пеногенераторы, либо потому, что пеногенерирующая аппаратура рассчитана на тушение пожара нефтепродукта на глубине 1,5-2 м
от стенки резервуара. В этой ситуации наиболее эффективной является система «подслойной» подачи низкократной пены.
Наиболее простым в реализации является комбинированное применение в обеих системах низкократной пленкообразующей пены. Технология под-слойного тушения пожаров, в которой низкократная пена подается в основание резервуара, защищена от разрушений, которые обычно происходят с традиционной системой пожаротушения, установленной сверху.
Эффективность действия системы подслойного тушения (СПТ) сохраняется независимо от времени протекания пожара, поскольку пена поднимается на поверхность с «холодной» жидкостью. Экспериментальные исследования процесса подъема пены на поверхность углеводорода позволили выявить особую эффективность системы подслойно-го тушения при защите резервуаров с понтонами. Только эта система позволяет в первые минуты обновить нефтепродукт в слое, непосредственно прилегающем к борту резервуара. В результате происходит охлаждение горящей жидкости и вынос в кольцевой зазор низкократной пленкообразующей пены.
При деформации понтона пена проникает во все закрытые сверху участки - «карманы» и прекращает горение как внутри резервуара, так и вокруг понтона (плавающей крыши). Система подслойного тушения позволяет резко снизить температуру нефтепродукта независимо от диаметра защищаемого резервуара. Подслой-
ный способ подачи пены является эффективным при наличии изолированных пространств, которые образуются при обрушении стен и крыши резервуара и при вспучивании понтона. Реальность подслойного тушения возникла после освоения производства особого типа пенообразователей на фторированной основе, которые формируют пены, не смешивающиеся с углеводородами, и образуют водные пленки, самопроизвольно растекающиеся по поверхности горючей жидкости. Натурные огневые испытания эффективности системы подслойного тушения, проведенные в течение последних лет, включая испытания в городах: Лисичанск (РВС-100), Астрахань (РВС-800), Но-вополоцк (РВС-1500), Пермь (РВС-2000), Альметьевск (РВС-5000), подтвердили ее надежность. Система подслойного тушения пожаров в резервуарах с нефтепродуктами позволяет использовать одновременно два механизма воздействия: охлаждение поверхностного слоя за счет холодной горючей жидкости, увлекаемой вверх восходящей струей пены, и изолирующее действие самопроизвольно растекающейся по нефтепродукту водной пленки и слоя пены низкой кратности.
Если температура вспышки нефтепродукта намного выше температуры окружающей среды, то тушение пламени произойдет при снижении температуры поверхностного слоя горючей жидкости до температуры вспышки. Потушить горение нефтепродукта, содержащего легкие фракции углеводородов, за счет охлаждения поверхности не удается. Здесь условием тушения является резкое снижение скорости поступления паров углеводорода в зону горения, что достигается в результате покрытия поверхности горючей жидкости пеной или саморастекающейся водной пленкой.
В любом случае применение СПТ позволяет гарантировать надежное тушение горения, несмотря на рост температуры нефтепродукта при затянувшемся пожаре. Эффективность тушащего действия практически не зависит от уровня взлива поверхности горящего продукта, поскольку пена в данном случае вводится в зону холодного нижнего слоя факела пламени нефтепродукта в резервуаре. Таким образом, обоснована необходимость применения системы подслойного пожаротушения для предотвращения вскипания и выброса нефтепродукта в резервуарах с понтоном и плавающей крышей. Система подслойного тушения пожаров - комплекс устройств, оборудования, фторсодержащего пленкообразующего пенообразователя, предназначенных для тушения пожара нефти и нефтепродуктов подачей низкократной пены в основание резервуара, непосредственно в слой нефти или нефтепродукта (рисунок 1).
Особенность подслойного пожаротушения заключается в подаче низкократной пленкообразующей пены непосредственно в глубинные слои нефти. Для реализации этого способа используются специальные фторсинтетические пленкообразующие пенообразователи и особые высоконапорные пе-ногенераторы.
Преимущества системы:
• обеспечивает оперативное тушение пожара за счет образования на поверхности горящей жидкости огнестойкой самозатягивающейся пленки из всплывших на поверхность мелких пузырьков пены, перекрывающих доступ кислорода в зону горения;
• позволяет резко снизить температуру нефти независимо от диаметра защищаемого резервуара;
Рисунок 1 - Элементы, входящие в систему подслойного пожаротушения
• эффективна при наличии изолированных пространств, которые могут образовываться при нарушении конфигурации стен, обрушении крыши, вспучивании понтона;
• активность тушащего действия системы подслойного пожаротушения не зависит от времени развития пожара, поскольку низкократная пена вводится в холодный нижний слой нефти в резервуаре.
Эффективность системы подслойного тушения резервуаров в основном зависит от следующих факторов:
• кратности пены, которая должна быть величиной не менее 3. Это обеспечивают специальные фторсинтетические пенообразователи «Универсальный-П» (Россия), «Подслойный» (Россия) и пенообразователи зарубежных производителей, имеющие российский сертификат пожарной безопасности, Hydral-3, FC-203, FC-206 AF, Petrofilm, Striamex-aff;
• величины противодавления пеногенератора, которое должно превышать статическое давление столба легковоспламеняющейся жидкости в резервуаре;
• производительности пеногенератора, который должен обеспечить быстрое заполнение горящей поверхности слоем пены;
• мелкодисперсности (1-2 мм в поперечнике) и однородности выработанной пены.
Принцип действия системы заключается в следующем. Система подслойного тушения пожара получает сигнал на тушение пожара от термочувствительного кабеля, опоясывающего верхний пояс резервуара. Сигнал от термоизвещателей поступает в пожарное депо. В целях безопасности пожарные машины, напорные узлы (в том числе баки-дозаторы) располагаются вне обвалования защищаемого резервуара.
Количество термоизвещателей зависит от объема резервуара, выбора марки термоизвещателя. На место пожара выезжают пожарные автомобили. Раствор пенообразователя нужной концентрации (3 или 6 %) вырабатывается пожарной машиной и баком-дозатором (если в системе предусмотрены те и другие, все зависит от проекта системы подслойного тушения. Существенное преимущество использования баков-дозаторов - это оперативность срабатывания при возникновении пожара). Пожарные автомобили присоединяются к гидрантам через пожарные рукава.
Дистанционно открываются задвижки с электроприводами, расположенные на сети растворопро-вода у стенки резервуара.
Пожарные рукава подключаются к напорным узлам с высоконапорными генераторами. Вручную открываются отсекающие задвижки, расположенные за пределами обвалования, и раствор пенообразователя подается к высоконапорным генераторам. Если в системе подслойного тушения предусмотрены баки-дозаторы, при возникновении пожара система автоматики включает насосную установку, которая подает воду в бак по напорному трубопроводу. Возрастающее давление в баке сдавливает эластичную емкость и вытесняет из нее пенообразователь, который по трубопроводу слива поступает в смеситель-дозатор. Одновременно с этим вода под давлением поступает из бака через трубопровод слива в этот же смеситель-дозатор. Сменная калибровочная диафрагма смесителя-дозатора обеспечивает смешивание воды и пенообразователя в заданной концентрации. Из смесителя-дозатора раствор пенообразователя под давлением подается на пеногенераторы. Процесс образования пены низкой кратности происходит в высоконапорных пеногенераторах, находящихся за обвалованием резервуара. Высоконапорный генератор имеет обратный клапан, препятствующий выходу легковоспламеняющейся жидкости при внезапном отказе в работе по любым причинам.
После высоконапорного пеногенератора низкократная пленкообразующая пена поступает в напорные трубопроводы.
На напорной линии устанавливается предохранительная разрывная мембрана, которая предназначена для герметизации участка трубопровода, соединяющего резервуар с обратным клапаном и высоконапорным пеногенератором. При срабатывании системы подслойного тушения пожара высоконапорный пеногенератор начинает вырабатывать пену и создает на выходе давление пены. Под действием давления шибер мембраны поворачивается в сторону резервуара, и многозубый нож, закрепленный на этом шибере, разрывает фторопластовую пленку и открывает свободный проход для поступления пены в нижний слой жидкости в резервуаре.
Низкократная пленкообразующая пена подается по напорным трубопроводам в нижний пояс резервуара с последующим распределением через ее внутреннюю разводку, образованную пенными Т-образными насадками. Пена всплывает на по-
верхность, где образует огнестойкую и непроницаемую для воздуха пленку. При работе системы зона горения быстро локализуется от периферии резервуара к центру, и пламя подавляется в течение нескольких минут.
Время прохождения пены от пеногенератора до поверхности резервуара, как правило, составляет 40-60 с. Быстрому растеканию пены по поверхности горючей жидкости способствуют конвективные потоки, направленные от места выхода пены к стенкам резервуара; через 90-120 с после появления пены на поверхности горение значительно снижается; в дальнейшем в течение 120-180 с горение полностью прекращается. После остановки подачи пены на всей поверхности горючей жидкости образуется устойчивый пенный слой толщиной 50 мм, который в течение несколь-
ких часов защищает поверхность нефти от повторного воспламенения.
Таким образом, система тушения пожаров в вертикальных металлических резервуарах, заполненных горючими нефтепродуктами, с применением схемы подачи пены в основание резервуара является более эффективной по сравнению с системой тушения наружными пеногенераторами. Снижение температуры нефти независимо от диаметра защищаемого резервуара происходит за счет образования на поверхности горящей жидкости огнестойкой самозатягивающейся пленки из всплывающих на поверхность пузырьков пены, перекрывающих диффузию кислорода воздуха в зону горения, а также возможности воздействия на изолированные пространства, которые могут образовываться при обрушении крыши, вспучивании понтона.
OIL TANK FIRE EXTINGUISHING SYSTEN WITH
UNDERLAYER SUPPLY OF FOAM
A.S. Mamontov, A.S. Golik
Original technique of oil tank fire extinguishing by
the way of low multiple foam supply to the bottom
of the tank. It is proven by experiments that this
technique is much more efficient than outer foam
generation extinguishing system.
Key words: VERTICAL OIL TANK, LOW MULTIPLE
FOAM, FOAM GENERATOR, SUPPLY PIPELINE,
SYSTEM OF UNDERLAYER EXTINGUISHING
Мамонтов Александр Сергеевич e-mail: kemmaneb@rambler.ru Голик Анатолий Степанович e-mail: goliksomaneb@rambler.ru
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1 Волков, О.М. Пожарная безопасность на предприятиях транспорта и хранение нефти и нефтепродуктов / О.М. Волков, Г.А. Проскуряков. - М.: Недра, 1981. - 256 с.
2 Технический регламент о требованиях пожарной безопасности: федер. закон РФ от 22 июля 2008 г. № 123-ФЗ [Электронный ресурс].-Режим доступа^Нр://о^апа^^а.ш/о1_ЫЫю/оУ224/, свободный.
3 ПБ 09-560-03 Правила противопожарной безопасности нефтебаз и складов нефтепродуктов: утв. Госгортехнадзором РФ 20.05.2003, №33 [Электронный ресурс]. - Режим доступа: http://www.ohranatruda.ru, свободный.
76
