Некоторые проблемы обеспечения пожарной безопасности резервуаров со стационарной крышей мазутных хозяйств ТЭК

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Шульгин В. Н Теоретические основы инженерной защиты населения: Монография. - М.: Академия ГПС МЧС России, 2007. - 556 с.

2. БоданскийМ Д и др. Расчет конструкций убежищ. - М.: Стройиздат, 1974.

УДК 614.8:665.6

С. В. Молчанов

доцент кафедры пожарной безопасности технологических процессов Академии ГПС МЧС России

В. С. Клубань

профессор кафедры пожарной безопасности технологических процессов Академии ГПС МЧС России

С. И. Толовский

начальник ведомственной пожарной охраны ГУФСИН по Новосибирской области

S. Molchanov, V. Kluban, S. Tolovskiy

НЕКОТОРЫЕ ПРОБЛЕМЫ ОБЕСПЕЧЕНИЯ ПОЖАРНОЙ БЕЗОПАСНОСТИ РЕЗЕРВУАРОВ СО СТАЦИОНАРНОЙ КРЫШЕЙ МАЗУТНЫХ ХОЗЯЙСТВ ТЭК

В процессе деятельности по обеспечению пожарной безопасности объектов топливноэнергетического комплекса (ТЭК), использующих в своей работе в качестве основного или резервного топлива мазут, возникает большое число локальных и системных технических и информационных проблем. Основным фактором пожарной опасности является сосредоточение на сравнительно небольшой территории крупного энергозапаса, хранящегося постоянно и требующего по технологическому регламенту поддержания определенного температурного режима в целях обеспечения его необходимой вязкости. В настоящей статье рассмотрены эти и другие вопросы, связанные с обеспечением пожарной безопасности и повышением эффективности деятельности котельных, работающих на сжигании мазута.

Ключевые слова: мазут, пожаровзрывоопасные свойства, температура вспышки, горючая жидкость, давление насыщенных паров.

SOME PROBLEMS OF MAINTENANCE OF FIRE SAFETY OF TANKS WITH A STATIONARY ROOF OF BLACK OIL ECONOMY OF A FUEL AND ENERGY COMPLEX

Activity on maintenance of fire safety of objects of the fuel and energy complex using in the work as the basic or reserve fuel black oil, faces a great number of local and system technical and information problems. A major factor of fire danger is the concentration in rather small territory of the large power stock stored constantly and demanding on production schedules maintenance of a certain temperature mode for the purpose of maintenance of its necessary viscosity. These and other questions connected with maintenance of fire safety and increase of efficiency of activity of work of boiler-houses, carrying out the activity on black oil burning are considered in the present article.

Keywords: fuel oil, properties, flashpoint, flammable liquid, vapor pressure.

Необходимость обеспечения безопасной и эффективной работы объектов ТЭК обусловлена тем, что они относятся к особо важным для России объектам жизнеобеспечения. Авария, сбой в работе и даже частичное отклонение от заданных технологических параметров моментально отражаются на потребителях услуг и населении. Котельные, сжигающие мазут, занимают значительную часть в системе ТЭК России. Учитывая это, пожарная безопасность должна строиться на минимально возможной вероятности возникновения пожара, по принципу удержания рисков «настолько низко, насколько это практически достижимо» и соответствовать требованиям Федерального закона Российской Федерации от 22 июля 2008 г. № 12Э-ФЗ «Технический регламент о требованиях пожарной безопасности».

В топливном балансе России мазут занимает одно из ведущих мест. В настоящее время наметилась тенденция увеличения единичной емкости резервуаров с мазутом. Применение резервуаров объемом 20 тыс. м3 вместо резервуаров объемом 10 тыс. м3 снижает затраты на 1 м3 полезной емкости примерно на 10 %. На столько же снижаются затраты при применении резервуаров объемом 30 тыс. м3 вместо РВС-20000.

Случаи взрывов и пожаров резервуаров с мазутами, температура вспышки которых значительно выше температуры хранения, создают необходимость выяснения причин, способствующих образованию горючей среды в газовом пространстве резервуара. По существующей традиционной технологии подготовки к сжиганию и транспортировке температура мазута в резервуарах находится в пределах 70-95 °С и поддерживается за счет местного подогрева паровыми подогревателями, расположенными на днище мазутной емкости. Затем разогретый мазут с необходимой вязкостью при помощи рециркуляционного разогрева выносными подогревателями подается в котельную к котлам. Остатки мазута поступают по рециркуляционной линии обратно в мазутные емкости. Растекание в резервуаре турбулентных затопленных струй и сопутствующие им вихревые токи обеспечивают перемешивание мазута и равномерное распределение температур в объеме резервуаров. В то же время, за счет многократного прокачивания мазута, получается грубая водотопливная смесь (эмульсия), качество которой не соответствует требованиям по условиям горения. Низкое качество топливной смеси приводит к пульсирующему горению мазута в топке котлов. С другой стороны используемая технология подготовки находящегося на хранении в резервуарах мазута с переменным влагосодержанием не позволяет в должной мере обеспечить качественный процесс отстаивания и удаления воды из мазута до влагосодержания, обеспечивающего условия экономичной и экологичной работы котлов.

Так же проблемой, существенно влияющей на экономическую эффективность работы котельной, является то, что в существующих схемах мазутного хозяйства котельных отработанный конденсат пара из мазутоподогревателей (выносных и находящихся в емкостях) после охлаждения водой городского водопровода до требуемой температуры (40 °С) сбрасывается в систему производственно-дождевой канализации и, после очистки, в городской коллектор. Применяемые сейчас методы очистки сточных вод от нефтепродуктов являются дорогостоящими и не всегда эффективными. Особенно это относится к очистке сильно загрязненных нефтепродуктами вод, которые могут появиться при разрывах или свищах в мазутных подогревателях. Возврат загрязненного нефтепродуктами конденсата в питательный контур паровых котлов может привести к выходу их из рабочего состояния. Потеря конденсата от подогревателей мазута приводит к необходимости дополнения подпиточной химочищенной водой котлового контура и требует сжигания дополнительного топлива.

В настоящее время в котельных применяются подогреватели мазута - поверхностные теплообменники с противоточным движением сред, с трубчатой теплообменной поверхностью, с компенсацией температурного удлинения за счет нежестких конструкций. Подогреватели мазута типа ПМ представляют собой кожухотрубный аппарат с горизонтальным исполнением. В процессе длительной эксплуатации на ряде предприятий выявлены серьезные недостатки в работе данных подогревателей:

- невозможность использования на высоковязких мазутах с УВ >100 и с температурой подогрева до 120-135 °С;

- повышенная скорость образования отложений на внутренней поверхности труб и, соответственно, снижение тепловой мощности (коэффициент теплопередачи снижается до 70 %);

- трудности, связанные с очисткой внутренней поверхности труб от отложений окисленных продуктов полимеризации мазута при температурах пара на стенке свыше 120 °С;

- относительно низкие скорости движения мазута (0,2-0,5 м/с);

- низкая гидравлическая плотность (как по пару, так и по мазуту), которая не позволяет повторно использовать конденсат греющего пара в технологической схеме котельной, сбрасываемый после охлаждения через очистные сооружения в канализацию;

- обводнение мазута за счет возможного попадания пара или конденсата в топливо в случаях появления свищей в трубной системе подогревателей.

Согласно ГОСТ 10585-75 установлена следующая маркировка на мазуты: флотский марок - Ф5 и Ф12, топочных марок - М40 и М100.

На отдельных НПЗ выпускается мазут марки М200. Его подают по мазутопроводу в горячем виде на располагаемую вблизи завода ТЭЦ.

Флотские мазуты относятся к категории легких котельных топлив. Мазут Ф5 получают смешиванием продуктов перегонки сернистой нефти: 60-70 % мазута и 30-40 % газойлевых фракций, а мазут Ф12 - смешиванием продуктов переработки малосернистой нефти: 60-70 % мазута прямой перегонки, 10-12 % газойливых фракций и 20-30 % крегинг-остатка.

Топочный мазут марки М40 относится к категории средних топлив, топочные мазуты марок М100 и М200 - к категориям тяжелых топлив.

Мазут представляет собой остаточный продукт после отгона из нефти топливных фракций.

Состав мазута, % (масс.):

- углерод...................................................................83,5-88,5;

- водород...................................................................10,5-12,5.

Плотность, кг/м3..............................................................890-995.

Теплота сгорания, кДж/кг.............................................38 074-41 840.

Мазуты - горючие жидкости с температурой самовоспламенения около 250-380 °С, температурой вспышки выше 85 °С. Концентрационные пределы распространения пламени паров мазута в смеси с воздухом составляют 1,4-8 %. По степени воздействия на организм человека мазут является малоопасным продуктом и относится к 4 классу опасностей.

Мазуты способны при горении прогреваться в глубину, образуя все возрастающий гомотер-мический слой. Температура прогретого слоя 230-300 °С.

Скорость выгорания мазута, кг /(м2 с)...............................0,015.

Температура плавления, °С...........................................1 000.

Для анализа пожаровзрывоопасности технологического процесса необходимо знать пожароопасные свойства топочного мазута:

- концентрационные пределы распространения пламени;

- температуру вспышки;

- температуру самовоспламенения;

- температурные пределы распространения пламени.

Основным показателем пожарной опасности топочных мазутов является температура вспышки 7всп. Она определяется для партий мазута, поступающих на производство (в котельную), в заводской лаборатории в открытом тигле, колеблется в пределах Тсп = 110-130 °С - для мазута марки М40 и Тсп = 130-160 °С - для мазута марки М100.

Мазут топочный 40, горючая жидкость. Плотность 948 кг/м3. Температура вспышки 140 °С, температура самовоспламенения 380 °С, температурные пределы распространения пламени: нижний 138 °С, верхний 145 °С.

Мазут флотский Ф12, горючая жидкость. Плотность - 929,5 кг/м3. Температура вспышки -158 °С, температура самовоспламенения - 390 °С, температурные пределы распространения пламени: нижний - 106 °С, верхний - 133 °С.

За рубежом температуру вспышки мазутов определяют, как правило, в закрытом тигле. В отечественной практике температуру вспышки определяют в открытом тигле. Разница в определениях составляет, порядка 60 °С. Это позволяет выдвинуть гипотезу о газовыделении при хранении мазутов, особенно крекинг-мазутов.

Так как температура вспышки мазутов довольно высокая, то обычно считают, что резервуары с мазутом не представляют большой опасности, однако мазуты являются не очень стойкими веществами и при длительном хранении в нагретом до 70-90 °С состоянии из них выделяются газы и пары легких углеводородов (метан, этан, пропан, бутан, водород, бензиновые фракции и др.), которые иногда образуют взрывоопасные паровоздушные смеси, и в мазутных резервуарах со стационарной крышей происходят взрывы и пожары, как в России, так и за рубежом. Рассмотрим некоторые из них.

18 ноября 1981 г. на Игумновской ТЭЦ произошел взрыв паров в резервуаре № 3 мазутного хозяйства. Вероятная причина взрыва - разряд статического электричества.

7 мая 1983 г. в резервуарном парке Киевской ТЭЦ-6 от прямого удара молнии произошел взрыв паров в мазутном резервуаре, объемом 30 000 м3. В результате взрыва девять панелей железобетонного перекрытия было разрушено. Процесс тушения пожара был осложнен выбросом мазута.

21 января 1987 г. на Раздамской ГРЭС Пинэнерго при проведении сварочных работ произошел взрыв паров в мазутном резервуаре № 8. При этом разошелся шов крепления крыши и оболочки резервуара. Два человека получили тяжелые травмы.

23 августа 1988 г. в резервуарном парке Орловской ТЭЦ ПЭО «Белградэнерго» Белгородской области от применения открытого огня произошел взрыв паров мазута в резервуаре РВС-1000.

19 декабря 1982 г. на складе жидкого топлива электростанции Тасоа, снабжающей энергией столицу Венесуэлы г. Каракас, произошел пожар, который впоследствии был признан катастрофой. В качестве топлива использовался мазут, имеющий температуру вспышки 87 °С. Противопожарная защита склада была выполнена в полном соответствии с нормами США и включала систему сигнализации, установки пенного тушения и охлаждения резервуаров.

18 декабря около 22 ч 30 мин на диспетчерский пункт поступил сигнал о повышении температуры мазута до 80 °С в резервуаре, вместимостью 38 000 м3. Уровень топлива в резервуаре, высотой 17 м, составил 6 м. Были отключены подогреватели, но температура продолжала повышаться. На следующий день двое работников поднялись на крышу резервуара для осмотра, через 2 мин произошел взрыв, крыша была отброшена, а система пожаротушения была выведена из строя. При пожаре произошел выброс мазута, при котором гигантский огненный шар поднялся на высоту около 100 м, погибли свыше 150 человек, в том числе 40 пожарных. Вокруг на расстоянии до 400 м все было залито горящим топливом. Загорелись дома в соседнем поселке, в том числе - 70 жилых. Сгорело 60 автомобилей, включая пожарные. Материальный ущерб составил 130 млн долларов США.

Эти примеры указывают на возможность и опасность образования взрывоопасных концентраций в резервуарах с мазутами, а также на опасность наличия в резервуарах донной (подтоварной) воды. При достижении нагретым гомотермическим слоем поверхности водяной подушки происходит выброс горящего мазута на прилегающую территорию (в обвалование, а иногда и за его пределы).

Газовое пространство резервуаров при хранении в них мазута постепенно насыщается парами легких фракций, выделяющихся из мазута, которые при открытом хранении безвозвратно теряются в атмосфере. Так как температура мазутов, обращающихся на предприятии, гораздо ниже их температур вспышки (140 °С), то при выходе мазута из резервуаров, железнодорожных цистерн, трубопроводов в случае их повреждения, неисправности или грубом нарушении режимов работы (например, переливы резервуаров) над поверхностью разлившегося мазута горючие концентрации образовываться не могут. Если на склад поступит мазут с более низкой температурой вспышки или в результате нарушения температурного режима и нагревания мазута до температуры вспышки, то в свободном пространстве железнодорожных цистерн, в емкостях, коллекторах возможно образование взрывоопасных концентраций.

Факторами, характеризующими специфику пожарной опасности мазутного хозяйства отопительных котельных, являются:

- наличие большого количества хранящейся, перекачиваемой и сжигаемой горючей жидкости;

- необходимость эксплуатации и обслуживания оборудования, содержащего горючие жидкости (агрегаты, насосы, трубопроводы), находящиеся под давлением;

- наличие значительного числа мест на трубопроводах и оборудовании с повышенной коррозионной активностью и концентрацией напряжений;

- наличие большого числа фланцевых соединений, сварных стыков - наиболее вероятных мест повреждений и утечки пожароопасных продуктов;

- необходимость проведения газоопасных работ;

- высокая плотность технологического оборудования и, как следствие, возможность каскадного развития аварий;

- уровень квалификации обслуживающего персонала и возможность ошибок при ведении технологического процесса;

- необходимость обслуживания оборудования в ночное время в связи с непрерывностью процесса;

- вибрация агрегатов и, как следствие, циклический характер нагрузок, приводящих к росту усталостных напряжений.

На территориях котельных имеются постоянно действующие, а также потенциально возможные источники зажигания:

- разряды статического электричества в резервуарах и других емкостях, возникающие при перекачке мазута, замере уровня и при наличии синтетической одежды на человеке;

- лучистое тепло, искры и пламя котельной и технологических печей;

- лучистое тепло, искры и пламя при проведении огневых ремонтных работ в помещениях или на ремонтной площадке;

- искры удара и трения при выполнении работ стальным инструментом на ремонтной площадке;

- тепловое проявление электрической энергии в неисправном электрооборудовании;

- разряды молнии и ее вторичные проявления;

- самовозгорание пирофорных отложений железа;

- источники зажигания, появившиеся в результате нарушений обслуживающим персоналом правил пожарной безопасности (курение, разведение костров и т. д.), а также источники зажигания, появившиеся в результате действий проникших на объект посторонних лиц, диверсионных актов или иных преднамеренных действий;

- искры при работе двигателей внутреннего сгорания (ДВС) и нагретые до температуры самовоспламенения выхлопные трубы.

Механические искры, искры разрядов статического электричества, искры двигателей внутреннего сгорания автомобилей и тракторов, не имеющих искрогасителей, тлеющие папиросы, зажженные спички поджечь мазут, обращающийся на комплексе, нагретый не выше 90 °С, не могут. Загореться мазут может только от мощных (высокотемпературных) источников зажигания, таких как удары молнии, электрические дуги неисправного электрооборудования, открытый огонь паяльных ламп, факелов, пламени газовых горелок.

Следует также иметь в виду, что эти источники зажигания, связаны с нарушениями правил пожарной безопасности и могут быть исключены при строгом соблюдении правил пожарной безопасности.

Путями распространения пожара в мазутных хозяйствах могут являться:

- дыхательные патрубки, предохранительные клапаны и продувочные линии резервуаров при образовании в них взрывоопасной концентрации (ВОК);

- мазутопроводы при работе их неполным сечением;

- дверные, оконные и технологические проемы в насосных, в операторной и других помещениях;

- тепловое излучение пламени;

- промышленная канализация при попадании в нее нефтепродуктов;

- поверхности растекающихся горючих жидкостей;

- выбросы горящего мазута;

- горючие отходы и отложения;

- теплоизоляция аппаратов и трубопроводов, производственные площадки и грунт, пропитанные мазутом.

Основной опасностью мазутных хозяйств является образование в резервуарах взрывоопасных концентраций паров нефтепродуктов. Предотвратить эту опасность можно двумя путями:

1. Полностью исключить возможность образования в паровоздушном пространстве резервуаров взрывоопасных концентраций, в том числе и при нагревании мазута.

2. Исключить источники зажигания.

Не всегда существует возможность предотвратить контакт горючей среды с источником зажигания, т. е. исключить условия для возникновения пожара. Защита резервуаров с мазутами от образования в их газовом пространстве взрывоопасных концентраций может быть осуществлена при использовании следующих взаимосвязанных технических решений:

- безопасными температурными условиями хранения;

- окислительным методом дегазации взрывоопасных углеводородов;

- ликвидацией паровоздушного пространства, которое рассматривается как средство предотвращения образования горючей среды в резервуаре с мазутом;

- флегматизацией паровоздушного пространства;

- дегазацией от взрывоопасных концентраций посредством вентилирования резервуаров с мазутом.

Так как мазуты обладают специфической особенностью выделять при хранении незначительное количество углеводородов, то для предотвращения накопления взрывоопасных паров в резервуаре с мазутом наиболее целесообразным признан принцип вентилирования паровоздушного пространства посредством аэрации. Такой способ защиты разработан для резервуаров с понтоном. Экспериментальная проверка показала работоспособность предложенного способа защиты резервуара с понтоном от взрывоопасных концентраций.

Для предотвращения образования взрывоопасных концентраций в газовом объеме резервуаров со стационарной крышей с мазутом самой эффективной мерой профилактики является устройство вентиляционных патрубков (отверстий) в стационарной крыше или в верхней части стенки резервуара, равномерно расположенных по периметру.

Площадь этих вентиляционных патрубков может быть определена в соответствии с требованиями ПБ 03-605-03.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Федеральный закон Российской Федерации от 22 июля 2008 г. № 12Э-ФЗ «Технический регламент о требованиях пожарной безопасности». - М., 2009.

2. СП 4.13130.2009. Системы противопожарной защиты. Ограничение распространения пожаров на объектах защиты. Требования к объемно-планировочным и конструктивным решениям.

3. Алексеев М. В, Волков О. М., Шатров Н Ф. Пожарная профилактика технологических процессов производств. - М.: ВИПТШ МВД РФ, 1986.

4. СниП 2.11.0.3-93. Склады нефти и нефтепродуктов.

5. ПБ 03-605-03. Правила устройства вертикальных стальных резервуаров для нефти и нефтепродуктов. - М.: ПИО ОБТ, 2004.