ПРОГРЕССИВНЫЕ ТЕХНОЛОГИИ И СРЕДСТВА ТУШЕНИЯ ПОЖАРОВ НА НЕФТЕБАЗАХ

Полный текст

АктуальностьПожары на нефтебазах трудно тушатся, носят затяжной характер, требуют при- влечения большого количества сил и средств для их ликвидации, характеризуют- ся сложными процессами развития, сопровождаются распространяющимися на большие расстояния сильными тепловыми потоками, осложняющими работу пожарных, приводят к значительному материальному ущербу.Пожары в резервуарных парках по хранению нефти могут возникать и разви- ваться в одном резервуаре без влияния и с влиянием на соседние резервуары с последующим разрушением горящей и соседних емкостей, а также с распростра- нением пожара за пределы резервуарного парка. Такие пожары могут развиться до масштабных техногенных экологических катастроф. Одним из масштабных трагических событий можно считать пожар на нефтебазе под Киевом в 2015 г., где хранилось 15 тыс. т горючего, в результате которого погибли 6 и ранено 15 че- ловек, все 17 резервуаров были разрушены, выгорело 2/3 хранимого топлива. В лик- видации пожара были задействованы более 300 человек, 60 единиц техники, пять пожарных поездов и пожарные танки [1].Особенности тушения пожаров на нефтехранилищахСложность тушения пожаров обусловлена целым рядом причин:высокой пожароопасностью нефтепродуктов (скорость распространения пламени по поверхности зеркала бензина при обычных условиях составляет ве- личину от 10 до 15 м/с);значительными размерами поверхности горения и высокой задымленно- стью;близким расположением резервуаров и вследствие этого передачей тепла от горящего резервуара к соседнему с последующим его возгоранием, а также сложностью подъезда и оптимального размещения техники, так как для ее ма- невров и расстановки в наиболее выгодном месте для подачи огнетушащих ве- ществ (ОТВ) необходимо большое пространство;хранением нефти в резервуарах вертикальных стальных (РВС) высотой от 6 до 18 м (объемом от 100 м3 до 120 000 м3), требующих привлечения для тушения пожаров специальной техники - автомобильных пеноподъемников (например, автоподъемников коленчатых пожарных (АКП-30) или пожарных автолестниц) для работы на высоте, что усугубляет опасность выполнения поставленной за- дачи для работников пожарной охраны;трудностью охлаждения большого объема горючей жидкости в резервуаре ниже температуры вспышки вследствие длительности процесса;развитием в окружающее пространство от горящих емкостей мощного те- плового излучения (порядка 1000 °C), пламени высотой 1-2 диаметра горящего резервуара и ограничения доступа пожарных к резервуарам из-за отсутствия средств защиты, способных выдержать указанную температуру в течение опре- деленного времени выполнения боевой задачи (теплоотражающие костюмы ТОК-200 для пожарных устойчивы к воздействию температуры окружающей сре- ды 200 °C не менее 600 с [2]);угрозой взрыва, подрыва крыши с последующим горением на всей поверх- ности ЛВЖ и переходом огня на соседние резервуары, вскипанием, выбросами и переливом вспенившейся массы через борт резервуара, разрушением резерву- ара со стремительным высвобождением нагретой жидкости в окружающее про- странство, что чрезвычайно опасно для жизни людей.Организация тушения нефтепродуктов в резервуарах и резервуарных парках основана на оценке возможных вариантов возникновения и развития пожара, на использовании больших объемов воды и пены для защиты и охлаждения горя- щего и соседних резервуаров, привлечении большого количества личного соста- ва и единиц техники.Анализ технологи тушения пожаровВ последнее десятилетие наблюдается интенсивное развитие новых отечествен- ных технологий и средств тушения пожаров на нефтебазах. Прогрессивными тех- нологиями и средствами тушения пожаров на нефтебазах являются технологии подслойного пожаротушения, современных огнетушащих веществ (ОТВ), уста- новок комбинированного тушения пожаров «Пурга», установок и технологииобъемного газопорошкового пожаротушения BiZone, устройства для самотушения горючих жидкостей УСП-01Ф, мягких резервуаров для перекачивания жидкости«Политехника», теплозащитных экранов «Согда» для защиты пожарных от тепло- вого излучения и др.Система подслойного пожаротушения представляет собой внутреннюю «об- вязку» резервуара трубопроводами, по которым в случае возникновения пожара по сигналу датчика происходит подача ОТВ на поверхность или в слой горючей жидкости, локализуя горение на самом начальном этапе развития. Основным средством тушения пожаров в резервуарах является пена средней и низкой крат- ности концентрации 3 или 6%, вырабатываемая высоконапорным пеногенера- тором пожарной машины.При традиционном способе тушения пожаров в РВС (надслойное пожароту- шение) пену средней кратности подают сверху на «зеркало» горючей жидкости. При подслойном способе тушения пожара низкократную пленкообразующую пену подают по напорным трубопроводам в нижний пояс резервуара с последу- ющим распределением по всему объему резервуара и выходом пены на поверх- ность, где образуется устойчивый, огнестойкий и непроницаемый для воздуха пенный слой толщиной 50 мм, который в течение нескольких часов защищает поверхность нефти от повторного воспламенения. При работе системы зона го- рения быстро локализуется от периферии резервуара к центру, и пламя подавля- ется в течение нескольких минут.Подача пены в слой горючего возможна только при использовании специаль- ных пенообразователей, обладающих инертностью к нефтепродуктам и способ- ных образовывать пленку на поверхности горючей жидкости. К таким современ- ным пенообразователям относят фторсинтетические пленкообразующие пено- образователи, например пенообразователь специального назначения «Шторм-М» («Шторм-Ф»), производства НПК «Гефест» (г. Москва) для генерации пены низ- кой, средней и высокой кратности. Данное ОТВ применяется для тушения по- жаров классов А и В, рекомендовано для подслойного тушения [3].Принцип действия ОТВ «Шторм» заключается в изоляции горящей поверх- ности от проникновения кислорода воздуха и от испарения, поступления паров горючего вещества в зону горения, ингибировании процесса горения, охлаждении горючей смеси. Низкая кратность пены обеспечивает быстрое образование во- дяной пленки, самопроизвольно растекающейся по поверхности и предотвраща- ющей испарение горючего, образование паровоздушной смеси, сокращает время тушения и охлаждает зону пожара. При применении пены средней кратности уменьшается время покрытия пеной поверхности горючего, что особенно важно при наличии в очаге пожара преград, имеющих высокую температуру. Пена вы- сокой кратности обеспечивает быстрое заполнение любых объемов в насосных по перекачке топлива и др.Технические характеристики ОТВ «Шторм-М» [3]:рН пенообразующего раствора - не более 7,5;время тушения горючего:пеной низкой кратности при интенсивности подачи рабочего раствора (0,059 ± 0,002) дм3/(м2·с) - не более 90 с,пеной средней кратности при интенсивности подачи рабочего раствора (0,032 ± 0,002) дм3/(м2·с) - не более 80 с;кратность пены: низкая - 15; средняя - 50; высокая - 300;устойчивость пены высокой кратности - более 800 с; средней кратности - 182 с; низкой кратности - 197 с.Достоинством пенообразователя «Шторм-М» следует считать высокую огне- тушащую способность, возможность подачи пены средней кратности на большие расстояния с помощью стандартной техники отечественного производства, а так- же устойчивость пены к воздействию теплового излучения пламени.Преимущество подслойного способа перед традиционным заключается в вы- сокой эффективности тушения пожара, быстрой локализации процесса на на- чальном этапе развития пожара, в защищенности пеногенераторов и пеновводов от взрыва паровоздушной смеси, в удаленном расположении (за обвалованием) личного состава пожарных подразделений и техники и, соответственно, меньшем риске жизни людей от выброса или вскипания горящей нефти.Среди отечественных разработок следует выделить установки комбинирован- ного тушения пожаров «Пурга» ЗАО НПО «СОПОТ» (г. Санкт-Петербург), пред- назначенные для получения воздушно-механической пены с повышенной даль- ностью подачи пены низкой и средней кратности или распыленной воды для тушения пожаров в резервуарах с ЛВЖ и ГЖ.Установка «Пурга» (рис. 1, а) работоспособна при использовании всех типов отечественных и зарубежных пенообразователей с концентрацией от 3 до 6% для получения пены низкой и средней кратности, а также при использовании фтор- содержащих пенообразователей для получения пены низкой кратности [4].а бРис. 1. Современные технологии и средства пожаротушения:а - УКТП «Пурга-10.20.30» мобильная; б - Экран «Согда 1А» [4; 5] (Modern technologies and fire suppression techniques:a - Mobile UKTP “Purga - 10.20.30”; b - Heat shield “Sogda 1A”)«Пурга» выпускается в виде ручного ствола, насадки к автопеноподъемнику, стационарной установки, в том числе с дистанционным управлением, мобильной установкой на прицепе, роботизированной установкой пожаротушения и др.Достоинствами установок являются высокая производительность по воде (рас- твору пенообразователя) в зависимости от модели - 2-240 л/с; дальность пенной струи - 20-100 м; кратность используемой пены - 30-70.Стационарные или мобильные установки «Пурга» используются также в ком- плексе технологических решений пожаровзрывопредотвращения от НПО «СО- ПОТ» на объектах, связанных с оборотом сжиженных углеводородных газов (СУГ) и сжиженных природных газов (СПГ) в качестве устройств для подачи заморо- женной пены с целью купирования пожара на поверхности СУГ и СПГ.К инновационным решениям в области противопожарной защиты можно от- нести технологию газопорошкового пожаротушения BiZone (НПО «Каланча», г. Москва), основанную на комбинированном применении углекислого газа и огнетушащего порошка «Феникс АВС-70» и предназначенную для автоматиче- ской противопожарной защиты резервуаров вертикальных стальных со стацио- нарной крышей с понтоном и без него вместимостью до 20 000 м3 включительно [6].Принцип работы системы пожаротушения заключается в следующем.После срабатывания пожарных извещателей, расположенных на крыше и верх- нем поясе резервуара, при обнаружении возгорания автоматически производит- ся подача огнетушащей смеси на поверхность нефтепродукта или в защищаемый объем надпонтонного пространства в течение 10-15 с. При этом на границе раз- дела фаз создается сплошная пелена из газопорошкового огнетушащего вещества, которая блокирует тепловой поток от пламени к поверхности горючего, ингиби- рует процесс горения, изолирует доступ воздуха к поверхности горючего, снижа- ет концентрацию кислорода в защищаемом объеме до 15-18% за счет примене- ния углекислого газа; резко охлаждает систему, так как при истечении ОТВ име- ет отрицательную температуру (около -50 °С); гасит пламя в зоне своего распространения за счет механического срыва пламени из-за высокой скорости выхода огнетушащей смеси (около 70 м/с).Благодаря применению огнетушащей газопорошковой смеси с соотношением объема газа к объему порошка 600 : 1 и равномерному распределению ее по за- щищаемому объему значительно увеличивается огнетушащая способность веще- ства (в 2-3 раза за счет эффекта синергизма) и создается объемный характер пожаротушения. В установке комбинированного газопорошкового пожаротуше- ния BiZone углекислый газ выполняет функцию не только вытеснителя (пропел- лента), но и флегматизатора, снижая концентрацию кислорода воздуха, а также охлаждая систему.Неоспоримым достоинством технологии газопорошкового пожаротушения является ликвидация пожара на начальной стадии в среднем за 1-1,5 мин.Основой безопасной деятельности любого предприятия является организация превентивных мер по локализации начавшегося возгорания. Одним из высоко- эффективных средств борьбы с аварийными проливами горящих жидкостей по праву можно считать устройство самотушения УСП-01Ф, разработанное совмест- но с ФГУ «ВНИИПО МЧС РФ» и СКБ «Тензор» [7; 8].Устройство для самотушения горящих при проливах жидкостей (УСП) при- меняется в качестве пассивного (без участия человека), высокоэффективного средства тушения проливов горящих горючих жидкостей, а так же горящих ре- зервуаров с горючими жидкостями (рис. 2) [7].Рис. 2. Устройство для самотушения горящих при проливах жидкостей (Automatic fire-fighting system applied in case of inflammable liquid spills)Принцип тушения пожара в устройстве УСП заключается в подавлении рас- пространения огня с пролитой жидкостью при ее прохождении внутри узких вер- тикальных каналов устройства (с применением или без применения сеточных элементов).Принцип работы устройства аналогичен принципу работы сухих огнепрегра- дителей, когда вертикальные каналы ячеистой формы (насадка) разбивают дви- жущуюся горючую смесь на большое количество мелких потоков, резко увели- чивая площадь контакта и тепловыделение; при этом тепловой поток, вызываю- щий испарение жидкости, и, соответственно, интенсивность процесса горения существенно уменьшаются; происходит потеря тепла из зоны реакции к стенкам каналов; из-за отсутствия окислителя внутри вертикального канала нарушается взаимосвязь между пламенем и поверхностью жидкости, увеличивается рассто- яние между зоной горения и жидкостью, происходит отрыв пламени от поверх- ности жидкости, в результате чего прекращается распространение пламени.Пламегасящая способность устройства зависит от формы и размеров пламе- гасящего элемента - наибольшая эффективность достигается в вертикальных каналах, имеющих в поперечном сечении осесимметричную форму (например, равносторонний треугольник, квадрат, шестигранник, круг). Ячеистая структура устройств изготавливается из листовой стали толщиной от 0,5 мм до нескольких миллиметров.Устройство УСП устанавливают в резервуаре над или под поверхностью жид- кости, а также рядом с резервуаром в виде горизонтальных пламегасящих полов и сбором потушенной жидкости в специальную резервную емкость. Особым ус- ловием для обеспечения работоспособности системы следует считать поддержа- ние чистоты сеточных элементов.При тушении пожаров возникает необходимость в использовании большого объема воды и в экстренной эвакуации горючей жидкости из РВС. Для этих целей ООО НПФ «Политехника» (г. Москва) разработало эластичные (мягкие) резер- вуары ПЭР (рис. 3) [9].Рис. 3. Пожарные резервуары ООО НПФ «Политехника» [9] (Fire protection water tanks ООО NPF «Politechnica» [9])Эластичные резервуары вместимостью 1-120 м3 (максимальный индивиду- альный размер 500 м3) изготавливают из сверхпрочных полиэфирных тканей с полиуретановым или поливинилхлоридным покрытием и защитным противо- фильтрационным каре, обеспечивающих прочность, герметичность изделия в интервале температур от -60 °С до + 80 °С. Такие резервуары могут применяться в качестве противопожарных резервуаров и резервуаров для временного хранения дополнительного объема нефтепродуктов при пожаре, экстренной эвакуации горючей жидкости из РВС. Достоинствами эластичных резервуаров являются герметичность, компактность, легкость в установке и эксплуатации, защита по- чвы и подземных горизонтов от загрязнения нефтепродуктами.В ликвидации пожаров участвует не только специальная техника, но и пожар- ные, организм которых испытывает высокую нагрузку от воздействия опасных факторов пожара, поэтому отечественные разработки нацелены также и на со- вершенствование средств защиты пожарных при выполнении боевой задачи пу- тем создания стационарных систем пожаротушения. К таким системам относят- ся теплозащитные экраны «Согда» (см. рис. 1, б), разработанные OOO «Спец- ПожТех» (г. Москва) и состоящие из металлического каркаса и сетчатых панелей, между которыми форсунками оригинальной конструкции распыляется вода, создавая сплошную водяную пленку [5; 10]. Это позволяет получить следующие преимущества:ослабить тепловой поток в 50 раз и тем самым защитить пожарных от опас- ных факторов пожара без ограничения времени их работы;сократить время тушения пожара за счет приближения к очагу горения и наиболее эффективного использования огнетушащих веществ;уменьшить расходование ОТВ за счет рациональной их подачи и локали- зовать огонь температурой до 1200 °С;защитить людей от открытого пламени;монтировать коридоры для эвакуации людей;обеспечить силуэтную видимость обстановки на пожаре через экран и воз- можность принимать оперативные решения.В отверстии экрана установлен лафетный ствол для формирования и направ- ления сплошной или распыленной струи воды и водных растворов огнетушащих веществ.Экраны «Согда» могут быть установлены на технике, используемой при туше- нии пожаров, на поверхности земли в непосредственной близости от горящего и охлаждаемого РВС, на лафетной вышке, оборудованной лафетным стволом, про- тивопожарным оборудованием, сетчатым ограждением и трубопроводной систе- мой для подачи питания в лафетный ствол и охлаждения элементов конструкции в случае пожара, а также из них можно устраивать эвакуационные коридоры.Теплозащитные экраны, например «Согда 1А», имеют следующие размеры: высота - 2080 мм, длина - 1415 мм, ширина - 410 мм, вес - 40 кг.Для эффективной противопожарной защиты сливных или сливо-наливных эстакад нефти и нефтепродуктов следует устанавливать автоматическую стацио- нарную систему пожаротушения фторсинтетической пеной низкой кратности (от 3 до 6) и водяные высоконапорные мониторы (лафетные стволы) для охлаж- дения конструкций эстакады и железнодорожных цистерн (рис. 4) [11]. На каж- дую железнодорожную цистерну грузоподъемностью 140 м3 должна осуществлять- ся подача низкократной пены не менее чем двумя мониторами (рис. 4). При этом расстояние от вышек с мониторами до наливных эстакад и цистерн должно со- ставлять не менее 15 м. Расчетная площадь пенного пожаротушения для желез- нодорожных эстакад принимается по площади сооружения не более 1000 м2 с учетом размещения на ней трех-пяти цистерн на каждой стороне налива.Рис. 4. Демонстрация работы стационарной пенной системы пожаротушения на эстакаде [11] (Display of the working of a stationary foam fire-fighting system on a flyover bridge [11])Существуют и другие, заслуживающие внимания и практического применения достижения в области тушения пожаров на нефтебазах.На основе анализа практики сложного тушения пожаров на нефтебазах, дей- ствий пожарных по тушению пожара, а также для оперативного реагирования на пожар с целью нераспространения огня на большей площади и снижения ущер- ба необходимо предпринимать следующие меры:незамедлительно сообщать о возгорании на объекте в службу 112;иметь на нефтебазе достаточный запас воды и пены;располагать пожарные водоемы на территории объекта в удалении от круп- ных резервуаров, чтобы в случае их разрушения в воду пожарного резервуара не попали нефтепродукты, что исключает использование его для тушения пожара;при проектировании соблюдать расстояния между резервуарами для воз- можности подъезда спецмашин;не загромождать пространство между резервуарами;иметь обвалование между цистернами.Рекомендации по применению современных технологий пожаротушенияСоздание условий безопасности продемонстрируем на примере одной из не- фтебаз Курской области для хранения бензинов, дизельного топлива, масла общим объемом резервуарного парка 16,8 тыс. м3 (рис. 5).Территория производственного объекта состоит из трех зон: зоны поступления нефтепродуктов из железнодорожных цистерн при помощи установок УСН-175, зоны хранения нефтепродуктов в наземных РВС, зоны отпуска нефтепродуктов в автоцистерны наливными устройствами типа АСН.На территории объекта имеются пожарная насосная станция, запас пенообра- зователя в объеме 5 м3, три противопожарных резервуара объемом 150 м3 каждый и один объемом 3500 м3, два резервуара аварийного слива в зоне поступления нефтепродуктов для железнодорожной эстакады емкостью 50 м3, в зоне хранения нефтепродуктов объемом 75 м3, в зоне отпуска - емкостью 50 м3.На рисунке 5 представлена предполагаемая расстановка сил и средств для ту- шения пожара, возникшего в резервуаре наибольшей вместимости - 3000 м3 без влияния на соседние (вариант 1 согласно рекомендациям по составлению плана тушения пожара на объекте), и места установки современных устройств по туше- нию пожара.В РВС-3000 необходимо оборудовать систему подслойного пожаротушения или газопорошкового пожаротушения BiZone.Предлагается оборудовать горизонтальные поверхности возле насосной стан- ции 10, слива топлива из железнодорожных цистерн 13, 14, заправочного остров- ка для отпуска нефтепродуктов в автоцистерны 12 устройствами для самотушения горящих при проливах жидкостей УСП; на железнодорожной эстакаде 15 уста- новить стационарную пенную систему пожаротушения 18. Это позволит ликви- дировать возгорание из-за пролива топлива при проведении сливо-наливных операций, являющихся по статистике основной причиной возникновения по- жаров на объектах хранения нефти.На основании расчетов количества ОТВ, необходимых для тушения пожара, установлено, что 5 м3 пенообразователя будет недостаточно в случае распростра- нения пожара за пределы одного резервуара. Предлагается оборудовать допол- нительный резервуар 19 объемом 10 м3 для хранения пенообразователя «Шторм-М». Наличие достаточного запаса пенообразователя на объекте будет способствовать локализации пожара на самой начальной стадии без развития на соседние резер- вуары, что является основной идеей успешного тушения пожара - купирование процесса на начальной стадии.Рис. 5. Предлагаемое переоснащение нефтебазы: 1 - ворота; 2 - проходная; 3, 4 - административно- бытовой корпус; 5, 16 - емкость для аварийного слива нефтепродуктов с автомобильных эстакад; 6 - заправочный островок; 7, 9, 17 - аварийная емкость; 8 - узел задвижек; 10 - насосная станция слива нефтепродуктов из железнодорожных цистерн; 11, 12 - заправочные островки для налива светлых нефтепродуктов в цистерны; 13, 14, 15 - установки нижнего слива нефтепродуктов из железнодорожных цистерн; 18 - автоматическая стационарная установка пожаротушения; 19 - дополнительный запас пенообразователя «Шторм»; 20 - дополнительный эластичный пожарный резервуар «Политехника»; 21 - пожарная вышка (Proposed re-equipment of a fuel storage facility): 1 - gateway; 2 - entrance control post; 3, 4 - administrative and residential building; 5, 16 - container for the emergency draining of petroleum products from a flyover bridge; 6 - refueling area; 7, 9, 17 - emergency container; 8 - gate valve; 10 - hydraulic power unit used for the draining of petroleum products from railroad tankers; 11, 12 - refueling areas for filling tankers with light petroleum products; 13, 14, 15 - units for the bottom unloading of petroleum products from railroad tankers; 18 - automatic stationary fire-fighting unit; 19 - additional supply of foam generator “Storm”; 20 - extra elastic storage tank “Politechnica”; 21 - fire tower)Обустройство дополнительного пожарного резервуара 20 объемом 120 м3 на основе эластичных материалов «Политехника» позволит успешно применять воду для охлаждения соседних резервуаров, что также будет способствовать быстрой ликвидации пожара и адекватному реагированию в первые минуты пожара.Для защиты личного состава от теплового излучения на пожаре предлагается использовать теплозащитные экраны «Согда С», установленные как на поверх- ности земли, так и на пожарных вышках 21, которые предлагается установить на территории нефтебазы.Предлагаемая реконструкция нефтебазы с учетом достижений науки и техни- ки позволит сохранить человеческие жизни при ликвидации возможного пожара, уменьшить количество привлекаемых для ликвидации ЧС сил и средств, защитить окружающую среду от загрязнения и обеспечить условия безопасного функцио- нирования пожароопасного объекта.

Об авторах

Татьяна Алексеевна Будыкина

Курский государственный университет

Автор, ответственный за переписку.
Email: tbudykina@yandex.ru

доктор технических наук, профессор

ул. Радищева, 33, Курск Россия, 305004

Ксения Юрьевна Будыкина

Московский государственный институт международных отношений

Email: tbudykina@yandex.ru

бакалавр, Московский государственный институт международных отношений

пр. Вернадского, 76, Москва, Россия, 119454

Список литературы