CC BY
15
34 БЕЗОПАСНОСТЬ 6/Н (18) декабрь 2011 г. ЭКСПОЗИЦИЯ НЕФТЬ ГАЗ
ПОВЫШЕНИЕ НАДЕЖНОСТИ ПОЖАРОЗАЩИТЫ ГАЗОКОМПРЕССОРНЫХ И НЕФТЕНАСОСНЫХ СТАНЦИЙ
С ПОМОЩЬЮ АВТОМАТИЧЕСКИХ АЭРОЗОЛЬНО-ПОРОШКОВЫХ СИСТЕМ
С.Ю. СЕРЕБРЕННИКОВ
К.В. ПРОХОРЕНКО М.А. СЕЛИВАНОВ М.Б. ГРУБИЯН
КЛЮЧЕВЫЕ СЛОВА:
д.т.н., профессор, директор ОКБ «Темп» Пермского Пермь
национального исследовательского университета (ПНИПУ) коммерческий директор ООО «ИВЦ Техномаш» аспирант ПНИПУ соискатель ПНИПУ
Компрессорные станции, объемные пожары, способ автоматического тушения, аэрозольно-порошковые установки
В статье проанализированы проблемы автоматической защиты крупных компрессорных и насосных станций углеводородного сырья от быстроразвивающихся объемных пожаров. Предложен способ тушения путем ускоренного (за 15...20 сек) заполнения всего объема огнетушащим холодным аэрозолем или его смесью с порошком. Проведены оценочные расчеты для компрессорной станции объемом 10000 м3. Приведены примеры использования способа на газоперерабатывающем заводе и газокомпрессорной станции.
Основную пожарную опасность для газокомпрессорных и нефтенасосных станций (ГКС и ННС) представляют аварии, связанные с разгерметизацией газо-не-фтепроводов или технологических масло-систем под высоким давлением. Причин таких аварий может быть несколько, но главную опасность представляет механическое разрушение лопаток газотурбинного
двигателя, компрессора или подшипников насосов ННС. В этом случае высоконапорные продуктопроводы могут быть повреждены в нескольких местах и образоваться, соответственно, несколько газовых или нефтераспыленных факелов. Основную опасность представляют высоконапорные струи горящих углеводородов, направленные в верхние объемы ГКС и ННС. Такие
объемные пожары в считанные минуты могут обрушить кровлю, уничтожить станцию целиком и создать аварийную ситуацию для соседних объектов.
Традиционно для борьбы с объемными пожарами применяют газовые системы; в основном с использованием хладонов и диоксида углерода, а также стремятся уменьшить время технологической отсечки ►
ЭКСПОЗИЦИЯ НЕФТЬ ГАЗ 6/Н (18) декабрь 2011 г.
БЕЗОПАСНОСТЬ 35
аварийных трубопроводов. Эти меры дают некоторый эффект на небольших по объему станциях (до 2000...3000 м3).
Более крупные объекты спасти от бы-строразвивающихся пожаров в верхних объемах ГКС и ННС газовые системы не в состоянии по ряду причин:
- хладоны и углекислота относятся к тяжелым газам (в 2.4 раза тяжелее воздуха), поэтому заполнение до пожаротушащей концентрации начинается с нижних объемов помещений;
- время подачи газов по длинным разветвленным газоводам с учетом большой плотности и требуемой значительной массы газа для заполнения большого объема станций может достигать нескольких минут, а в верхних объемах до 10.15 минут;
- струйная подача газов, например, через многочисленные форсунки потолочного расположения сразу по всему объему станции быстрого эффекта не дает, т.к. механизм тушения факелов газовыми установками основан на вытеснении кислорода воздуха в зоне горения и создании вокруг нее концентрации хладонов не менее 300г/м3, а углекислоты не менее 600г/м3. По этой причине защитить в начале аварии верхние объемы станции от разрушительных высоконапорных и высокотемпературных факелов тяжелыми газами, без заполнения ими всего объема, невозможно.
Для примера, полная защита ГКС объемом 10000 м3 потребует 6.7 тонн углекислоты и времени 10.15 минут.
Учитывая то, что газовые системы из-за своей инерционности, низкой надежности, дороговизны и сложности обслуживания (особенно модулей жидкой углекислоты) практически не рассматриваются при
проектировании ГКС и ННС объемом свыше 5000 м3 (в лучшем случае для локального тушения [1]), реальным остается традиционный путь - с помощью порошковых систем. Но в традиционном варианте - с вытеснительными баллонами СО2 и длинной трубной разводкой по всему объему крупных объектов эти системы становятся еще более инерционными чем газовые. К тому же они не защищают верхние объемы помещений, т.к. тяжелый и переохлажденный после дросселирования диоксид углерода стремится вниз, отделяется от порошка и не создает однородной газо-по-рошковой пожаротушащей среды нужной концентрации в верхних объемах. Такие системы также неудобны при эксплуатации, т.к. требуют постоянного сложного обслуживания вытеснительных баллонов СО2 (демонтаж раз в шесть месяцев, взвешивание, дозаправка, повторная сборка, настройка, проверки Котлонадзором, т.к. баллоны находятся под постоянным давлением до 150 кг/см2).
Решить проблему защиты крупных объектов ГАЗПРОМА и нефте-транспорт-ных компаний вполне могут разработки конверсионных предприятий ВПК России, которые в середине 1990-х годов создали целую гамму быстродействующих, высокопроизводительных аэрозольных и аэро-зольно-порошковых противопожарных систем [2, 3, 11].
Среди них выделяются генераторы холодного огнегнетушащего аэрозоля АГАТ-2А и аэрозольно-порошковые модули 0ПАН-100 во взрывозащищенном исполнении [4, 5].
Их конструкция позволяла размещать установки внутри взрывопожароопасных объектов и без трубной разводки за 15. 20 сек полностью заполнять, начиная с
верхних объемов, практически любое по объему помещение газообразным аэрозолем или аэрозольно-порошковой смесью, имеющих низкую плотность (легче воздуха) и эффективную объемную пожароту-шащую концентрацию в 6.10 раз меньше, чем у хладонов и СО2. Благодаря этому, установки АГАТ-2А и 0ПАН-100 позволяли до 10 раз уменьшить массу огнетушащего вещества, необходимого для заполнения и надежного тушения быстроразвивающих-ся пожаров во всем объеме помещения, сократить в десятки раз время начала и весь процесс тушения, а также надежно защитить верхние объемы помещений от высокой температуры объемных пожаров. Они нашли широкое применение в горнорудной, химической, нефтехимической и атомной промышленности [2, 6, 8].
По мнению разработчиков, особенно эффективно применение генераторов АГАТ-2А и 0ПАН-100 для защиты крупных газо-нефтеперекачивающих станций объемом более 5000 м3 от быстроразви-ва-ющихся объемных пожаров, вызванных высоконапорными газовыми или нефтера-спыленными факелами.
Расчеты, проведенные согласно методикам [7] показали, что, например, для защиты ГКС объемом 10000 м3 необходимо 600 кг аэрозоля генераторов АГАТ-2А-180 [4]. Учитывая, что в одном генераторе содержится 10 кг аэрозольобразующего состава, потребуется установка 60 единиц таких изделий. Время срабатывания одного АГАТА - 12 секунд. Проверочный расчет по формуле [7, приложение Л], определяющей избыточное давление при быстром заполнении аэрозолем замкнутого объема, показал, что максимальное избыточное давление в объеме ГКС не превысит допустимых значений даже при ►
Рис. 2. Комбинированная защита газокомпрессорной станции «COBERROW-182» модулями ОПАН-100 и аэрозольными генераторами АГАТ-2А
БЕЗОПАСНОСТЬ
6/Н (18) декабрь 2011 г. ЭКСПОЗИЦИЯ НЕФТЬ ГАЗ
одновременном включении всех 60 генераторов.
Следовательно, общее время заполнения и создания пожаротушащей концентрации во всем объеме станции не будет превышать 12.15 секунд. Причем, прежде всего будут заполнены, а следовательно защищены, верхние объемы помещения.
Для защиты такого же объема аэ-розольно-порошковыми установками ОПАН-100 потребуется 62 модуля, содержащих 4340 кг порошка и 74 кг аэрозоля [5]. Заполнение ГКС также начнется с верхних объемов, т.к. аэрозольно-порош-ковая смесь, подогретая до 40...50°С, легче воздуха и выбрасывается через разгонные сопла Лаваля со скоростью до 200м/с непосредственно в припото-лочный объем, а затем уже заполняет все помещение. Общее время создания пожаротушащей концентрации в объеме 10000 м3 не превысит 20.30 секунд (время срабатывания одного ОПАН-100). Включение 62 модулей может проводится одновременно, т. к. не повышает давление внутри ГКС.
Методика расчета и пример применения аэрозольных и аэрозольно-порошковых систем на газоперерабатывающем заводе приведена в статье [8], а способ комбинированного применения обеих систем запатентован [9] и описан в статье [10]. Примеры защиты компрессорных станций
и принцип действия модулей ОПАН-100 и генераторов АГАТ-2А приведены на рис. 1, 2, 3.
ИСПОЛЬЗОВАННАЯ ЛИТЕРАТУРА:
1. Копылов Н.П. Применение автоматических углекислотных установок низкого давления - перспективное направление в противопожарной защите больших объемов производственных помещений // Каталог Пожарная автоматика. - 2009. - С. 58 - 64.
2. Аликин В.Н., Кузьмицкий Г.Э., Степанов А.Е. Автономные системы аэрозольного пожаротушения на твердом топливе. - Пермь: Перм. научн. центр УрО РАН, 1998. - 148 с.
3. Серебренников С.Ю. Аварийные системы с газогенераторами и двигателями на твердом топливе (Теория и эксперимент). - Екатеринбург: УрО РАН, 2002. - 286 с.
4. ТУ АГАТ 4854-001 -02070464-94 с изм. 7.
5. ТУ ОПАН 4854-002-02070464-97 с изм. 10.
6. Серебренников С.Ю., Рязанцев В.А., Прохоренко К.В. Успехи аэрозольного пожаротушения // Пожаровзрывобезо-пасность. - 2004. - № 5. - С. 42 - 46.
7. Свод правил. СП.5. 13130.2009. ФГУ ВНИИПО. МЧС России, Москва. 2009г.
8. Прохоренко К.В. Противопожарная защита помещений компрессорных установок модулями порошкового
10.
11
пожаротушения МПП-100 (ОПАН-100) // Пожарная безопасность в строительстве: Приложение к журналу Пожаров-зрывобезопасность. - апрель 2008. - С. 43 - 45.
Патент № RU 2244579 С1, МПК А 62 С 3/00, 35/00. Способ пожаротушения и система пожаротушения для осуществления способа / С.Ю. Серебренников, В.А. Рязанцев, К.В. Прохоренко, 2005. Серебренников С.Ю. Оптимизация временных характеристик автома-ти-ческих установок аэрозольно-порош-кового пожаротушения в стендовых и объектовых условиях // Пожарная безопасность в строительстве: Приложение к журналу Пожаровзрывобезопас-ность. - февраль 2007. - С. 29 - 31. Агафонов В.В., Копылов Н.П. Установки аэрозольного пожаротушения. - М.: ВНИИПО, 1999. - 232 с. ■
614013, г. Пермь, ул. Академика Королева, 21 т./ф: (342) 239-13-84, 239-13-87 e-mail:thm@perm.ru www.technomash.com
Рис. 3. Фрагменты комбинированной установки пожаротушения с аэрозольными генераторами АГАТ-2А (всего 34 шт.) и порошковыми модулями ОПАН-100 (14 шт.), расположенными в свободных зонах укрытия объемом 3860 м3 газоперекачивающего агрегата 66ГЦ-1162 АО «СибурТюменьГаз»
