Новые источники пожаровзрывозащиты объектов переработки, хранения и транспортировки СУГ и СПГ
Г. Н. КУПРИН – к.т.н., генеральный директор ООО НПО «СОПОТ», вице-президент ВАНКБ, академик НАНПБ
И. М. АБДУРАГИМОВ – д.т.н., ведущий специалист ООО НПО «СОПОТ», профессор МГТУ им. Н. Э. Баумана, академик НАНПБ
Несмотря на отсутствие необходимого количества нормативных документов, строительство мини-заводов СУГ и СПГ в РФ идет полным ходом. При этом при проектировании, строительстве, эксплуатации всех видов и объектов ТЭК, использующих СУГ или СПГ, недостаточное внимание уделяется проблемам пожаровзрывозащиты и ликвидации аварий на таких объектах.
По мнению специалистов РГУ Нефти и Газа им. И. М. Губкина, мин.обр.науки РФ «одним из основных препятствий для широкого внедрения инфраструктуры производства и потребления СПГ в России является отсутствие нормативно-технической документации на проектирование, строительство и эксплуатацию объектов СПГ».
Авторы статьи «Основные проблемы малотоннажного производства и потребления сжиженного природного газа», опубликованной в трудах РГУ Нефти и Газа им. И. М. Губкина №4, 2014 г., Е. Б. Федорова, В. Б. Мельников, на ряду с успехами и перспективами применения мини-заводов по производству СПГ, отмечают проблемы развития этого направления в связи с несовершенством, противоречиями применяемых при проектировании документов или отсутствием необходимой законодательной базы.
Проанализировав ряд действующих нормативных документов, от ФЗ от 21.07.1997 №116-ФЗ, ФЗ от 22.07.2008 №123-ФЗ, ГОСТ 12.3.047-98 ПБ технологических процессов и другие документы, вплоть до распоряжения ОАО «Газпром» от 29.01.2009 №12 «Концепция противопожарной защиты объектов ОАО «Газпром», авторы отметили, что в настоящее время назрела необходимость пересмотра действующих нормативных документов и адаптация их к малотоннажному производству СПГ, а также необходимость разработки недостающих нормативных документов в области проектирования, строительства и эксплуатации объектов малотоннажного СПГ.
Тем не менее, несмотря на отсутствие необходимого количества нормативных документов, строительство минизаводов СУГ и СПГ, в частности в РФ, уже идет «полным ходом». Количество объектов, связанных с оборотом СУГ и СПГ увеличивается. При этом проблемы с обеспечением требуемого уровня пожаровзрывопредотвращения (пожаровзрывобезопасности), не решенные на крупных заводах СПГ и СУГ, распространяются на все малотоннажные объекты практически по всей России.
И именно эта негативная сторона – цель данной статьи. Негативная часть этого прогрессивного явления – стремительного внедрения СУГ или СПГ в повседневную жизнь, состоит в том, что при проектировании, строительстве и эксплуатации всех видов и объектов ТЭК, использующих СУГ или СПГ, недостаточное внимание уделяется проблемам взрывопожаропредотвращения и ликвидации аварий таких объектов. Справедливости ради, следует отметить очень высокий уровень конструктивного и технологического обеспечения безопасности эксплуатации этих объектов. Так называемых ПРОФИЛАКТИЧЕСКИХ, т. е. ПРЕВЕНТИВНЫХ мер безопасности, направленных на предотвращение, недопущение самой аварии, или локализацию, уменьшение масштабов ее последствий. Но, по нашему мнению, только этого – совершенно недостаточно. Поскольку совершенно неудовлетворительно решена проблема комплекса мер по локализации или ПРЕДОТВРАЩЕНИЮ тяжелых последствий аварии, в момент (!!!), ее возникновения или в ходе ее развития! В частности, речь идет об обеспечении ПОЖАРОВЗРЫВОБЕЗОПАСНОСТИ (ПВБ) объектов ТЭК при возникновении аварий.
При этом важно особо отметить два наших кардинальных постулата:
① В природе не существует, и не может быть создано, абсолютно безаварийного объекта, – тем более, такого сложного и многофункционального, как объекты современных ТЭК, с оборотом СУГ или СПГ. Эту очевидную и простую истину наглядно подтверждает даже сравнительно немноголетний опыт эксплуатации объектов ТЭК как в России, так и в мировой практике.
② При всех видах аварий с СУГ или СПГ, они особенно опасны по сравнению с другими углеводородными топливами, в силу того, что эти топлива изначально находятся в термодинамически неравновесном состоянии по отношению к тепловым параметрам окружающей среды. Они «постоянно» находятся в искусственно, принудительно – «переохлажденном» состоянии. И при контакте с любой окружающей поверхностью, находящейся при «нормальных условиях», стремительно испаряются, образуя с окружающим воздухом пожаро- или взрывоопасную смесь. И тогда, для многократного усложнения аварийной ситуации на объекте, пожаром или взрывом, необходимо появление только источника поджигания. (Который, по данным ВНИИ ПО МЧС РФ, почти в 90 или 95 случаях, – неизбежно находится). Величина площади пожара, или мощность взрыва паров СУГ или СПГ, зависит от типа объекта, масштабов аварии и ситуационной обстановки при аварии. Но в любом случае, недопустимо пренебрегать мерами снижения масштабов аварии и самой вероятностью возникновения пожара или взрыва в момент возникновения или в ходе развития подобных аварий. Тем более, что такие меры, технологические приемы и промышленное оборудование для их успешной реализации на практике, разработаны в России в 2013-2014 годах и защищены Российскими Патентами на изобретение в 2015 г. Этими Патентами введено новое понятие «ВЗРЫВОПОЖАРОПРЕДОТВРАЩЕНИЕ», уже после возникновения или на стадии активного развития аварии с выходом СУГ или СПГ из условий их изотермического хранения или транспортировки. Кроме того, на случай возникновения пожара при крупнотоннажном высвобождении (или проливе) СУГ или СПГ, на объектах ТЭК, разработаны и запатентованы в России технологические приемы и промышленное оборудование, для эффективного тушения таких пожаров на площади до 3-5 и более тысяч м2, за время порядка 15-20 минут. Чего не было никогда прежде в России и нет нигде в мире по сей день. Все эти технологии, требуемые огнетушащие средства и пожарно-техническое оборудование (все чисто Российского производства), подробно описаны в 20-25 статьях и докладах на эту тему, неоднократно экспонировалось на ВВЦ в 2014 и 2015 годы и на многих специализированных выставках, и подробно описано в 4-х Государственных Патентах РФ на эти технологии и оборудование.
Приведем пример расчета параметров системы ПОЖАРОВЗРЫВОПРЕДОТВРАЩЕНИЯ (ПВП), (и системы ПОЖАРОТУШЕНИЯ (ПТ), на каком-либо конкретном минизаводе по производству СУГ или СПГ.
К сожалению, параметры существующих и проектируемых мини-заводов колеблются в очень широких пределах: по производительности – от 12 до 120 т/сут. и даже до 150-250 т/сут. в Китае и Иране; и порядка 600 т/сут. – по Российским проектам. По единичной емкости изотермического хранения от минимальных, порядка 50 м3 до 1000 м3 и более. По емкости средств наземной транспортировки от 15 м3 до 55 м3 и т.д. Поэтому, в качестве примера для расчета параметров системы ПВП и ПТ, возьмем данные мини-завода СУГ в солнечном и «жарком» Краснодаре. Единичный объем хранения сферического резервуара 2400 м3; субстрат хранения – пропан (или пропан-бутановая смесь). Рабочее давление в резервуаре: 0,4-1,31 Мпа, при изотермической температуре хранения – 42°С. Площадь обвалования резервуара – 1156 м2, при высоте обвалования – 2 м, общий объем вмещаемой (пролитой) жидкости – 2312 м3.
Для обеспечения ПВП и ПТ при тотальном разрушении резервуара рекомендуется установить на обваловании 2 ствола комбинированной пены типа «ПУРГА» 120 (или 3 ствола «ПУРГА» 80 или 4 ствола «ПУРГА» 60 – в зависимости от конфигурации резервуара обвалования и окружающих его объектов), с суммарным расходом раствора пенообразующей жидкости порядка 240 л/с.
При этом, основной параметр процесса купирования пролива криогенного топлива или тушения пожара: интенсивность подачи огнетушащего средства на объект защиты – I (л/м2*с) и главный залог эффективности процесса купирования (или тушения пожара) – предполагается равным I = 0,2–0,21 л/м2*с. Именно с такой интенсивностью подачи О. С. были эффективно потушены стендовые пожары СУГ на площади 4–10 м2 и полигонные пожары на площади порядка 100 м2 и более в 2013-2014 гг.
Основной целью испытаний являлся процесс снижения интенсивности испарения СУГ при тушении пожара на площади 100 м2 пеной низкой и средней кратности на основе углеводородных пенообразователей.
Исследованиями определялись минимальные значения интенсивности подачи водного раствора пенообразователя, обеспечивающих локализацию и ликвидацию пожаров СУГ, скорость тушения в зависимости от интенсивности подачи раствора, типов пенообразователя и кратности пены, оптимальные приемы подачи пены установками УКТП «Пурга» на тушение СУГ, определялись свойства и поведения пены после прекращения горения СУГ, в зависимости от типа пенообразователя и кратности.
Условия проведения испытаний
Место проведения испытаний. Специальная обвалованная бетонная площадка на территории артиллерийского полигона «Ржевка», предназначенная для проведения исследования взрывчатых веществ.
Метеоусловия. Температура 12°С. Облачно без осадков. Скорость ветра 6-7 метров в секунду. Атмосферное давление 758 мм рт.ст.
Объект испытаний. Для исследований был подготовлен стенд, включающий: газгольдер с пропан-бутановой смесью 4,8 м3; насос для перекачивания пропан-бутановой смеси; трубопровод для подачи пропана стационарный, стальной, термоизолированный; жидкий азот в сосуде Дьюара – 550 кг; стенд «Б» – резервуар из стального листа, диаметром 11,3 м, площадью 100 м2 с высотой стенок 0,65 м; прибор дистанционного воспламенения паров СУГ; пенообразователь ПО-6 ЦТ, изготовлен ОАО «ИВХИМПРОМ».
Пожарное оборудование:
- дизель-насосная станция с пожарным насосом ЦПН 50/120;
- мотопомпа переносная с ЦПН 40+/100 (резерв);
- установки УКТП «Пурга» 10-3 шт;
- установки УКТП «Пурга» 5-6 шт;
- пожарные напорные рукава 77 мм и 51 мм;
- рукавные разветвления РЧ 150, РТ-80;
- водоем разборный емкостью 16 м3.
Эксперимент включал в себя четыре этапа:
1. Подготовку горючей среды, приборов контроля, средств пожаротушения и воспламенение СУГ;
2. Подачу пены на тушение СУГ до момента локализации и ликвидации «пожара». Контроль параметров горения и тушения с помощью приборов;
3. Изучение способности газонаполненной пены воспламеняться и гореть;
4. Фиксацию и обработку результатов измерений.
На этапе подготовки производилась подача сжиженного азота по трубопроводу в нижнюю часть стенда-резервуара «на дно». После чего, подавалась пропан-бутановая смесь в течение 32 минут. Толщина слоя СУГ на подушке жидкого азота перед воспламенением составляла не менее 3-4 см.
Результаты эксперимента
Горение СУГ в резервуаре на площади S = 100 м2 локализовано на 46-50 секунд после подачи пены.
Кратность пены составляла величину К = 30-50 ед.
Интенсивность подачи раствора пенообразователя составила Jр-ра = 0,45 л/с м2.
Скорость локализации горения составила величину Wлок = 2,17 м2/с.
При этом внутри резервуара горение не наблюдалось, однако факельное горение наблюдалось за пределами резервуара, преимущественно близко к стенкам.
Установлено, что пена наполняется парами пропанбутановой смеси. Воспламеняется от открытого источника зажигания не по всей поверхности, а в отдельных местах, горит слабо без распространения по поверхности. Иногда горение переходит внутрь объема пены. Стойкость пены высокая.
В результате данных исследований доказана возможность резкого снижения интенсивности испарения газа вплоть до последующей локализации и ликвидации горения («купирования» пожара) на площади 100 м2 в пределах ограждения (стенок резервуара) за 50-60 секунд.
В процессе тушения зафиксировано резкое снижение высоты пламени от 35-40 м до высоты 1,5-2 м, а в дальнейшем до 0,5-1 м.
При этом горение паров газа протекает спокойно без образования «огненного шара».
Ликвидация горения за пределами стенок резервуара может обеспечиваться подачей пены низкой и средней кратности с уменьшенной в 2-3 раза интенсивностью подачи раствора.
Оптимальная кратность пены, позволяющая эффективно тушить (купировать) пожары разлитых СУГ составляет К = 30-50 ед. Высота слоя пены должна составлять не менее 20-30 см.
Натурные испытания подтвердили высокую огнетушащую эффективность пен на основе отечественных пенообразователей типа ПО-6 ЦТ производства ООО «ИВХИМПРОМ». Пена обладает повышенной стойкостью и не разрушалась в течение более суток. В объеме пены в течение более 24 часов находился пропан в концентрации способной к диффузионному горению.
Доказана возможность последующей (после тушения) утилизации газонаполненной пены.
Показана возможность контролируемого выжигания газонаполненной пены после тушения основного очага пожара.
Видеозаписи этих испытаний неоднократно демонстрировались на многих пожарно-технических выставках, в том числе в 2014 и 2015 годых на выставке достижений средств безопасности в Москве на ВВЦ.
Такая интенсивность подачи О. С. на объект защиты позволит получить секундный объемный расход пены кратностью Кп = 40, порядка 9-10 м3 в сек. Для первой стадии обеспечения ПВП требуется нанести слой пены по всей поверхности пролива, толщиной порядка 10-15 см, что будет обеспечено предлагаемой автоматической системой купирования за первые 15-20 секунд. А окончательная стадия КУПИРОВАНИЯ пролива, толщиной пены порядка 25-30 см наступит через 25-35 секунд с момента начала подачи пены.
Тушение пожара на этой площади пролива, если он все-таки возникнет в ходе развития аварии, будет успешно реализовано этой же системой, за время, порядка 3-5 минут. Кстати, тотальный пролив содержимого транспортной цистерны для перевозки СУГ или СПГ, емкостью 55 м3, при условно принимаемой толщине слоя растекающейся жидкости порядка 5-6 см, тоже составляет площадь примерно в 1000 м2. И купировать этот пролив или потушить пожар с помощью рекомендованной выше системы, можно примерно за те же временные параметры, которые рассчитаны выше.
Практическая реализация предлагаемых инновационных технологий повышения пожаровзрывобезопасности мини-заводов СУГ или СПГ зависит только от готовности специалистов по обеспечению ПВБ объектов ТЭК в МЧС и проектных организациях к реализации этих инноваций.
Фото 1. Общий вид подготовленной к испытаниям площадки и оборудования на артиллерийском полигоне «Ржевка». Экспериментальный стенд, S = 100 м2
Фото 2. Заполнение газгольдера сжиженным пропан-бутаном
Фото 3. Подача сжиженного азота к резервуару по трубопроводу
Фото 4. Подача сжиженной пропан-бутановой смеси на подушку из сжиженного азота
Фото 5. Воспламенение и начальная стадия горения СУГ. Высота пламени достигала 35-40 м
Фото 6. Время свободного горения tсв составило 39 секунд. На фото начало подачи пены на тушение. Через несколько секунд высота пламени уменьшилась вдвое. На втором этапе фиксировалось время начала подачи пены и время локализации «пожара» в резервуаре, а также горения газонаполненной пены за стенками резервуара на бетонной площадке. Тушение производилось пеной низкой и средней кратности одновременно тремя УКТП «Пурга» 10 и тремя УКТП «Пурга»5
Фото 7. Достигнута расчетная величина интенсивности подачи водного раствора пенообразователя. Высота пламени резко уменьшилась от первоначальной в 10 раз
Фото 8. На 44–46 секунде подачи пены наступает локализация «пожара». После достижения локализации, продолжалась подача пены еще в течение 140 секунд с уменьшенной интенсивностью подачи раствора в два, а затем и в три раза. Суммарный расход пенообразователя за весь период тушения составил 504 литра
Фото 9. Общая площадь покрытия пеной площадки (с учетом площади резервуара) составила около 550 м2. Пожар в резервуаре СУГ купирован
Статья в формате pdf →
- 196641, Санкт-Петербург,
- пос. Металлострой,
Дорога на Металлострой, д. 5, лит. А - ☎ +7 (812) 464-61-41
- sopot@sopot.ru
- sopot.ru
