Тушение диоксидом углерода пожаров в вертикальных стальных резервуарах с нефтью и нефтепродуктами
Меркулов В.А., канд. техн. наук, технический директор, АО «АРТСОК».
Кузьменко К.П., канд. техн. наук, заместитель технического директора, АО «АРТСОК».
Кирсанов А.И., начальник цеха, АО «АРТСОК».
Представлен анализ экспериментальных данных, полученных по результатам полномасштабных огневых испытаний автоматической установки газового пожаротушения по тушению нефти и нефтепродуктов в вертикальном стальном резервуаре (РВС). Исследованиями подтверждена возможность ликвидации пожара на РВС автоматической установкой газового пожаротушения.
Ключевые слова: рузервуар вертикальный стальной; диоксид углерода; автоматическая установка газового пожаротушения; пожаробезопасность.
С момента создания больших объемов резервуаров вертикальных стальных (РВС) для хранения нефти и нефтепродуктов трудами российских и зарубежных ученых сделан огромных вклад в борьбу с пожарами на РВС - от физико-химического определения процессов горения и механизмов тушения до применения на практике своих теоретических изысканий. Но, к сожалению, и по сегодняшний день проблема пожаров остается нерешенной, несмотря на большое количество разработок в области систем пожаротушения для противопожарной защиты нефтеперерабатывающих и нефтетранспортных объектов отрасли.
Только за последние пять лет официально сообщалось о более 15-ти случаях возгораний в нефтегазовой отрасли. В частности, пожары возникли: на: нефтебазе ОАО "Саханефтегазсбыт" (25.01.2013г.), Саратовском НПЗ (04.10.2012г.), НПЗ «Амуай» в Венесуэле (25.08.2012г.), НПЗ в Египетском городе Суэц (15.04. 2012г.), складе нефтепродуктов под Владимиром (22.12.2011г.), территории ОАО Ново-Уфимского НПЗ г .Уфа (24.09.2010г.), складе нефтепродуктов на западе Индии (29.10.2009г.), НПС "Конда" Ханты - Мансийского автономного округа - Югры (22.08.2009г.), Ярославском НПЗ (27.08.2007 г.), Волгоградском НПЗ (10.03.2007 г.), Комсомольском НПЗ (13.01.2007 г.) в г. Комсомольск-на-Амуре, Омском НПЗ (20.09.2006 г.), Рязанском НПЗ (17.05.2006 г.), Самарском НПЗ (29.01.2006 г.), заводе на о. Хоккайдо Япония (2006 г.), Краснодарском НПЗ (25.03.2005 г.).
Статистика по пожарам и результаты натурных испытаний при исследовании процесса горения нефтепродуктов в стальных вертикальных резервуарах РВС подтверждают, что пожар из начальной стадии переходит в развитый в течение 60с - 150с с большим выделением тепла и подъемом температуры стенки объекта защиты свыше 300 ºС. Процесс горения происходит быстрее выхода на режим имеющихся средств противопожарной защиты, а ликвидация пожара возможна в результате огромных усилий специализированных пожарных служб МЧС России. Хочется также отметить наиболее сложные сценарии развития пожара в резервуарах с нефтью и нефтепродуктами, они представляют собой опасность для инженерных коммуникаций РВС, соседних резервуаров и других сооружений объекта. Основная опасность обусловлена разрушением РВС и растеканием нефти и нефтепродуктов на большие площади с высокой скоростью распространения пожара, чему способствует поток воздуха разной интенсивности и направления. Время ликвидации возгорания занимает от нескольких часов до нескольких дней. Этим обуславливается необходимость дальнейшего развития научного направления в разработке методов пожаротушения, позволяющих быстро и эффективно ликвидировать возгорания без вреда для объекта защиты и нефтепродуктов. Основой для разработки концептуальных положений тушения автоматическими установками газового пожаротушения АУГП пожаров РВС для хранения нефти и нефтепродуктов с применением в качестве огнетушащего вещества жидкого диоксида углерода, явились результаты более 8 натурных испытаний по тушению оборудования объемным и локальным по объему способами на объектах нефтегазового комплекса.
Во всех натурных испытаниях АУГП диоксид углерода хранился в модулях изотермических МИЖУ с объемом резервуаров от 5000 л до 25000л. Длина магистральных трубопроводов установок газового пожаротушения составляла от 115 м до 220 м.
Натурные испытания и успешная ликвидация пожара автоматической установкой газового пожаротушения на базе МИЖУ-16/2.2 на заводе ОАО «Газтурбосервис» показали быстродействие АУГП: время подачи жидкого диоксида углерода по магистральному трубопроводу на расстоянии до 220 м с момента срабатывания запорно-пускового устройства МИЖУ не превышало 15 с. Температура нагретых металлических частей защищаемого оборудования снизилась более чем на 30 оС. На основе анализа положительных результатов натурных испытаний было принято решение провести экспериментальные исследования с целью определения возможности применения АУГП на базе МИЖУ для противопожарной защиты РВС.
Первый этап исследований проводился на резервуаре РВС-2000, в верхнем поясе которого был смонтирован кольцевой трубопровод Ду = 80 мм с 16 насадками для выпуска диоксида углерода. При этом 8 насадков были введены внутрь резервуара и 8 направлены вдоль внешней стороны обечайки резервуара вниз в обвалование. Кольцевой трубопровод с насадками соединялся магистральным трубопроводом Ду=150 мм и длиной 82 м с МИЖУ с диоксидом углерода вместимостью 16 м³. Площадь поверхности резервуара в горизонтальной плоскости составляла 176 м². Для имитации частичного разрушения (подрыва) крыши примерно 40% ее площади было вырезано.
При разработке методики проведения исследований по ликвидации горения нефтепродуктов в РВС основной проблемой было определение массы диоксида углерода, которую необходимо подать в резервуар. Это вызвано тем, что горение нефтепродуктов происходит на вполне определенной поверхности, ограниченной вертикальными стенками резервуара. Поэтому тушение резервуара с использованием нормативных концентраций диоксида углерода, принятых как при объемном, так и локальном по объему пожаротушении неприемлема, в связи с тем, что расчетная масса СО2 прямо пропорциональна защищаемому объему, а в РВС горение происходит на поверхности нефтепродукта, площадь которой не зависит от высоты резервуара. В данном случае, по характеру ликвидации горения, гораздо ближе условия тушения модельных очагов горения нефтепродуктов передвижными углекислотными огнетушителями. Форма очага горения резервуара и модельного очага горения одинаковы, т.к. в обоих случаях это круг, ограниченный вертикальными стенками. Вместе с тем, можно утверждать, что условия тушения в резервуаре менее жесткие, чем тушение модельных очагов огнетушителями. Так, даже при максимальном заполнении резервуара, высота стенок от уровня жидкости до верхней кромки стенки остается не менее 1м, что значительно облегчает, по сравнению с модельными очагами, условия создания огнетушащей концентрации СО2 у поверхности горючего вещества. Обобщив требования по передвижным углекислотным огнетушителям и применив их к резервуарам, получим, что для тушения 1м² горящей поверхности нефтепродуктов требуется не более 13 кг жидкого диоксида углерода. Поэтому при разработке методики испытаний в качестве исходных данных для расчета массы СО2 было принято, что на 1м² площади поверхности необходимо подать 13 кг СО2 за время не превышающее 60с. Программой предусматривалось проведение не менее 2-х испытаний. В случае положительных результатов 2-х первых испытаний не требовалось проводить дальнейшие исследования. В качестве горючего вещества во время проведения испытаний использовалось дизельное топливо. В первом испытании осуществлялся поджиг дизельного топлива в РВС-2000 и 4-х модельных очагах пожара, установленных в обваловании резервуара. Время свободного горения дизельного топлива в резервуаре и модельных очагах пожара составила 126 с. Для ликвидации горения в резервуаре и в обваловании в течение 40 с было выпущено из МИЖУ 5700 кг СО2 , где из общей расчетной массы внутрь резервуара и в обвалование было подано по 2090 кг диоксида углерода и 1520 кг – это остаток массы в трубопроводе установки газового пожаротушения. По результатам первого испытания установлено, что горение дизельного топлива внутри резервуара было ликвидировано в течение 26 с, а в обвалование модельные очаги пожара не были потушены. Первое испытание показало принципиальную возможность применения установки газового пожаротушения на базе МИЖУ для ликвидация горения нефтепродуктов внутри резервуара. В то же время размещение насадков на максимальном удалении от основания резервуара не позволяет ликвидировать горение внутри обвалования. В связи с этим во втором испытании от тушения модельных очагов пожара в обваловании отказались и восемь насадков, предназначенных для выпуска диоксида углерода вне резервуара, были заглушены. Второе испытание проводилось при следующих параметрах: время свободного горения дизельного топлива составило 142 с, масса выпущенного из МИЖУ СО2 – 4000 кг, где 1520 кг – остаток в трубопроводе и 2480 кг подано на тушение внутрь резервуара в течение 52,5 с. Пожар внутри резервуара был полностью ликвидирован в течение 39 с. При проведении испытаний измерялось давление в МИЖУ, магистральном и распределительном трубопроводе и на насадках, а так же температура стенки резервуара в верхнем поясе между уровнем взлива горючего и верхней кромкой обечайки резервуара. Графики изменения давления представлены. На представленных графиках могут быть выделены характерные участки изменения давления: 1 - падение давления в МИЖУ и резкий рост давления в трубопроводах и на насадках, что соответствует открытию запорно-пускового устройства ЗПУ МИЖУ (начало подачи СО2), наполнению трубопроводов жидкой СО2 и выходу насадков на стационарный режим подачи; 2 - стационарный режим работы установки, характеризующийся практически неизменным давлением в трубопроводах и на насадках при незначительном линейном уменьшении давления в МИЖУ, 3 - закрытие ЗПУ МИЖУ, выход через насадки остатка СО2 в трубопроводах. При сопоставлении результатов двух испытании видно, что с увеличением времени свободного горения возрастает время тушения и, как следствие, масса выпускаемого диоксида углерода.
Обобщив результаты полученных исследований, можно сделать следующие выводы. Во-первых, возможна ликвидация начальной стадии пожара в резервуарах автоматической установкой газового пожаротушения на базе МИЖУ. Во-вторых, принятая огнетушащая концентрация СО2 13 кг/м2 оказалась достаточной для ликвидации пожара в резервуаре с нефтепродуктами. В-третьих, не выявлен масштабный фактор влияния площади резервуара на принятую огнетушащую концентрацию.
Сделанные выше выводы были подтверждены серией аналогичных натурных испытаний на РВС-5000 с полностью снятой крышей.
« назад
