Особенности применения сухих огнепреградителей с улучшенными характеристиками теплообмена для обеспечения пожарной безопасности резервуаров

БЕЗОПАСНОСТЬ КРИТИЧЕСКИ ВАЖНЫХ И ПОТЕНЦИАЛЬНО ОПАСНЫХ ОБЪЕКТОВ

ОСОБЕННОСТИ ПРИМЕНЕНИЯ СУХИХ ОГНЕПРЕГРАДИТЕЛЕЙ С УЛУЧШЕННЫМИ ХАРАКТЕРИСТИКАМИ ТЕПЛООБМЕНА ДЛЯ ОБЕСПЕЧЕНИЯ ПОЖАРНОЙ БЕЗОПАСНОСТИ РЕЗЕРВУАРОВ

П.Н. Марухин;

А.П. Решетов, кандидат технических наук, доцент; А.С. Смирнов, доктор технических наук, профессор. Санкт-Петербургский университет ГПС МЧС России

Представлено современное состояние дел в области использования сухих огнепреградителей повышенной огнестойкости для обеспечения пожарной безопасности резервуаров. Приведены варианты развития пожара в резервуарном парке, требующие организации отвода тепла от пламегасящей насадки сухих огнепреградителей.

Ключевые слова: сухой огнепреградитель, огнестойкость, резервуар, пламегасящая насадка

PECULIARITIES OF USAGE OF DRY FIRE ARRESTER WITH THE IMPROVED CHARACTERISTICS OF HEAT EXCHANGE FOR ENSURING OF FIRE SAFETY OF STORAGE RESERVOIRS

P.N. Maruhin; A.P. Reshetov; A.S. Smirnov.

Saint-Petersburg university of State fire service of EMERCOM of Russia

There is described the current situation in area of usage of dry fire arresters with increased fire resistance for ensuring of fire safety of storage reservoirs. There are also given fire escalation scenarios in storage reservoir group, which demand the organization of heat removal from a flame-retardant nozzle of dry fire arresters.

Keywords: dry fire arrester, fire resistance, storage reservoir, flame-retardant nozzle

Современные тенденции в развитии предприятий нефтяной и нефтеперерабатывающей промышленности оказывают двоякое влияние на уровень взрывопожарной опасности объектов предприятия. Использование новых конструкций технологического оборудования, повышение его эксплуатационной надежности, комплексная автоматизация технологических производств, применение автоматических систем обнаружения и тушения пожаров способствуют снижению пожарной опасности. Однако увеличение размеров резервуаров и резервуарных парков, повышение производительности технологических процессов, уплотнение застройки с сокращением расстояний между сооружениями увеличивает вероятность возникновения пожара и масштабы его последствий.

Предприятия нефтяной и нефтеперерабатывающей промышленности относятся к объектам с повышенной пожарной опасностью, а крупные пожары в резервуарных парках

относятся к наиболее тяжелым, требующим для их тушения привлечения большого количества сил и средств пожарной охраны в течение длительного времени.

Примером может служить пожар, который произошел 22 августа 2009 г. в резервуарном парке линейной производственно-диспетчерской станции «КОНДА» на территории Кондинского района Ханты-Мансийского автономного округа Тюменской области. Пожар получил быстрое развитие из-за проскока пламени через огнепреградитель, установленный на газоуравнительной обвязке резервуаров. Ущерб от пожара составил более 145 млн руб.

Таким образом, ограничение распространения пожара по технологическому оборудованию и коммуникациям является одним из важнейших направлений обеспечения пожарной безопасности [1].

В настоящее время для этих целей широко используются сухие огнепреградители.

Огнепреградитель сухого типа - устройство, устанавливаемое на пожароопасном технологическом аппарате или трубопроводе, свободно пропускающее поток газопаровоздушной смеси или жидкости через пламегасящий элемент и способствующее локализации пламени [2].

Огнепреградители классифицируются по следующим признакам [2]:

- типу пламегасящего элемента;

- месту установки;

- времени сохранения работоспособности при воздействии пламени.

По типу пламегасящего элемента огнепреградители подразделяют на:

- сетчатые;

- кассетные;

- с пламегасящим элементом из гранулированного материала;

- с пламегасящим элементом из пористого материала.

По конструктивному исполнению пламегасящего элемента сухие огнепреградители разделяются на сетчатые и насадочные (рис.).

Рис. Классификация сухих огнепреградителей

Насадка сухого огнепреградителя, как правило, выполняется из сыпучих гранулированных материалов (стальные, фарфоровые и другие шарики, гравий, кольца Рашига), пористых материалов (металлокерамика и металловолокно), кассет (рулон, полученный намоткой на центральный стержень сложенных вместе плоской и гофрированных лент).

По месту установки огнепреградители подразделяют на:

- резервуарные или концевые (длина трубопровода, предназначенного для сообщения с атмосферой, не превышает трех его внутренних диаметров);

- коммуникационные (встроенные).

По времени сохранения работоспособности (огнестойкости) при воздействии пламени огнепреградители делятся на два класса [2]:

- I класс - время не менее 1 ч;

- II класс - время менее 1 ч.

Принцип действия сухих огнепреградителей основан на использовании теплового баланса при гашении пламени в узких каналах. При уменьшении линейного размера канала увеличивается его поверхность на единицу массы горючей смеси, тепловые потери из зоны реакции горения превышают количество тепла, получаемого из фронта пламени, и дальнейшего его распространения не происходит. При постоянном истечении паров или газов через огнепреграждающее устройство и воспламенении горючей смеси, при некоторых значениях скорости её подачи, пламя стабилизируется на насадке и разогревает её до температуры зажигания горючей смеси, что приводит к проникновению пламени через огнепреграждающий элемент. Такие режимы горения могут возникнуть как при постоянной подаче горючей смеси через коммуникационный огнепреградитель (расположенный на коммуникациях, связывающих технологические аппараты), так и при выходе паров или газов наружу через резервуарный огнепреградитель (размещенный непосредственно на технологическом аппарате) в результате его нагрева теплом пожара. То есть, кроме необходимости надежно локализовать пламя, достаточно важной для сухих огнепреградителей является способность длительное время противостоять проникновению пламени через пламегасящий элемент.

Однако в Российской Федерации наиболее часто используются кассетные сухие огнепреградители, пламегасящий элемент которых представляет собой кассету из намотанных на стержень плоской и гофрированных лент, огнестойкость которых сравнительно невелика. При этом в действующей нормативной литературе [1, 2] не решен вопрос о местах установки сухих огнепреградителей с повышенной огнестойкостью, отсутствуют требования к минимальной огнестойкости резервуарных огнепреградителей.

Описания и классификация характерных пожаров на нефтедобывающих и нефтеперерабатывающих предприятиях представлены в работе [3]. Как правило, пожары в резервуарных парках относятся к наиболее тяжелым, требующим для их тушения привлечения большого количества сил и средств пожарной охраны в течение длительного времени. При этом важно отметить, что около 24 % пожаров резервуаров с нефтепродуктами переходят в групповые (с распространением огня на группу из двух и более резервуаров). Наиболее часто пожары происходят на резервуарах с бензином. Распределение пожаров по виду хранимого продукта представлено в таблице.

Таблица. Распределение пожаров по виду хранимого продукта

Вид нефтепродукта Доля пожаров, %

Сырая нефть 32,1

Бензин 53,9

Другие виды топлива 14

В Рекомендациях по обеспечению пожарной безопасности объектов нефтепродуктообеспечения, расположенных на селитебной территории [4], предложены сценарии возникновения и развития аварии с переходом в пожар резервуара с нефтепродуктом, основанные на анализе пожаров и аварий, произошедших у нас в стране и за рубежом, а также материалов научных исследований развития пожара в резервуарных парках. Развитие пожара при хранении нефти и нефтепродуктов можно разделить на следующие уровни:

- первый - возникновение и развитие пожара в пределах одного резервуара без влияния на смежные;

- второй - распространение пожара с одного резервуара на резервуарную группу;

- третий - развитие пожара с возможным разрушением смежных резервуаров, зданий и сооружений на территории предприятия и за его пределами, а также поражение опасными факторами пожара персонала предприятия и населения близлежащих районов.

При этом переход пожара с первого уровня на второй может быть вызван вскипанием или выбросом нефтепродукта в горящем резервуаре, разрушением (в результате взрыва) горящего резервуара с возникновением горящей гидродинамической волны или стабилизацией горения на дыхательных клапанах с последующим проникновением пламени через огнепреграждающие устройства в негорящий резервуар.

Проникновение пламени через огнепреграждающие устройства может произойти при нагреве негорящего резервуара в результате лучистого теплообмена, выходе нефтепродукта через дыхательные устройства и его воспламенении с последующей стабилизацией горения на дыхательной арматуре.

В соответствии с руководящим нормативным документом [5], расстояние между резервуарами в группе принимается, исходя из их объема и диаметра. Согласно Руководству по тушению пожаров нефти и нефтепродуктов в резервуарах и резервуарных парках [6], основная задача пожарных подразделений при тушении пожара - обеспечить охлаждение горящего и соседних резервуаров. Максимально допустимое время ввода сил и средств для охлаждения резервуаров определяется по СП 155.13130.2013 [5], исходя из температуры окружающей среды и отношения расстояния между резервуарами к их диаметру. Расчет максимально допустимого времени для двух вертикальных резервуаров со стационарной крышей объемом 50 000 м3 при минимально допустимом расстоянии между ними на основании работы [7] при температуре окружающей среды показывает, что в течение первых 15 мин необходимо подать первые стволы на охлаждение дыхательной арматуры резервуара.

Также необходимо учесть, что большинство существующих резервуарных парков и резервуаров были построены до выхода нормативного документа [5], и практически расстояние между резервуарами существенно меньше нормативного. Также следует отметить, что в соответствии с данными [3] средняя продолжительность тушения пожара в резервуарном парке составляет около 6 ч в зависимости от времени года, что согласуется с предложением [4] принять продолжительность действий пожарных подразделений при тушении пожара в резервуарном парке равной 6 ч.

Возможные пути повышения огнестойкости сухих огнепреградителей можно объединить в следующие группы:

- размещение над пламегасящим элементом устройств, меняющих газодинамику потока, что снижает вероятность стабилизации пламени на насадке, но увеличивает гидравлическое сопротивление огнепреградителя;

- прекращение подачи паровоздушной смеси к огнепреградителю за счет применения дополнительных устройств, обеспечивающих гашение пламени или перекрытие канала;

- сигнализация о появлении пламени на поверхности насадки, сопряженная с автоматическими установками пожаротушения;

- увеличение тепловых потерь из пламегасящего элемента (установка теплообменного элемента).

Согласно проведенным экспериментальным исследованиям [8, 9]: огнестойкость сухих огнепреградителей слабо зависит от материала, из которого изготовлена пламегасящая насадка, основное определяющее значение для огнестойкости насадочных огнепреградителей имеет высота пламегасящей насадки.

В работе [9] предложена конструкция сухого огнепреградителя с теплообменным элементом, позволяющая интенсифицировать теплоотвод размещением непосредственно на конструкции огнепреградителя расширительной емкости с теплоносителем. Возможность

успешного применения данной конструкции в резервуарном парке вызывает сомнение, так как теплоноситель в расширительной емкости также будет подвергаться нагреву от горящего резервуара.

В работе [10] предлагается обеспечить охлаждение теплообменного элемента сухого огнепреградителя централизованными системами охлаждения технологического оборудования. Данный путь представляется наиболее целесообразным, однако необходимо уточнить значения параметров охлаждения пламегасящей насадки в зависимости от наружной температуры и обстановки.

В работах [7, 11] теоретически обосновано, что при выборе сухого огнепреградителя необходимо ориентироваться не только на значение критического диаметра пламегашения, но и на значение критической длины пламегасящего канала, превышающее значение критического диаметра в четыре раза, однако применяемые в настоящее время сухие огнепреградители имеют длину пламегасящих каналов примерно в десять раз превышающую критическую. При этом значительно увеличивается гидравлическое сопротивление, стоимость, металлоемкость и вес изделия. Необходимость использования сухих огнепреградителей с повышенной огнестойкостью не определена нормативно. Перечисленные факторы свидетельствуют о недостаточной эффективности сухих огнепреградителей и необходимости их усовершенствования в различных направлениях.

Литература

1. Технический регламент о требованиях пожарной безопасности: Федер. закон от 22 июля 2008 г. № 123-ФЗ (в ред. от 13 июля 2015 г.). Доступ из справ.-правовой системы «Гарант».

2. ГОСТ Р 53323-2009. Огнепреградители и искрогасители. Общие технические требования. Методы испытаний. Доступ из справ.-правовой системы «Гарант».

3. Тушение нефти и нефтепродуктов: пособие / И.Ф. Безродный [и др.]. М.: ВНИИПО, 1996. 216 с.

4. Рекомендации по обеспечению пожарной безопасности объектов нефтепродуктообеспечения, расположенных на селитебной территории. М., 1997.

5. СП 155.13130.2013. Склады нефти и нефтепродуктов. Требования пожарной безопасности. Доступ из справ.-правовой системы «Гарант».

6. Руководство по тушению пожаров нефти и нефтепродуктов в резервуарах и резервуарных парках. М.: ГУГПС; ВНИИПО, 1999.

7. Киселев Я.С. Физические модели горения в системе предупреждения пожаров. СПб.: С.-Петерб. ун-т МВД России, 2000. 264 с.

8. Котов И.Ю. Повышение огнестойкости кассетных огнепреградителей путем использования пламегасящих элементов с теплообменным блоком: автореф. дис. ... канд. техн. наук. СПб., 2011. 22 с.

9. Крошкина О.Г. Огнепреградители для длительной локализации пламени: автореф. дис. ... канд. техн. наук. М., 1984. 22 с.

10. Артамонов В.С., Котов И.Ю., Хорошилов О.А. Огнепреградитель: пат. Рос. Федерации № 2431512 от 20.10.2011. Бюл. № 29.

11. Киселев Я.С. К расчету длины и диаметра огнегасящего канала в сухих огнепреградителях // Пожаровзрывобезопасность. 1998. № 1. С. 33-35.

References

1. Tehnicheskij reglament o trebovanijah pozharnoj bezopasnosti: Feder. zakon ot 22.07.2008 № 123-FZ (v red. ot 13.07.2015). [Technical Regulations on Fire Safety Requirements: Federal Law of July 22, 2008 № 123-FZ (as amended. 13 July 2015)]. (In Russ.).

2. GOST R 53323-2009. Ognepregraditeli i iskrogasiteli. Obshhie tehnicheskie trebovanija. Metody ispytanij. [Flame arresters and spark arrestors. General technical requirements. Test methods]. (In Russ.).

3. Tushenie nefti i nefteproduktov: posobie / I.F. Bezrodnyj i dr. [Extinguishing oil and petroleum products: the Manual / I.F. Bezrodnyi et al.]. M.: VNIIPO, 1996. 216 p. (In Russ.).

4. Rekomendacii po obespecheniju pozharnoj bezopasnosti ob'ektov nefteproduktoobespechenija, raspolozhennyh na selitebnoj territorii. [Recommendations on fire safety petroleum products facilities located in residential areas]. M., 1997. (In Russ.).

5. SP [Set of rules] 155.13130.2013. Sklady nefti i nefteproduktov. Trebovanija pozharnoj bezopasnosti. [Warehouses of oil and petroleum products. Fire safety requirements]. (In Russ.).

6. Rukovodstvo po tusheniju pozharov nefti i nefteproduktov v rezervuarah i rezervuarnyh parkah. [Instruction of extinguishing of fires of oil and petroleum products in the tanks and tank farms]. M.: GUGPS; VNIIPO, 1999. (In Russ.).

7. Kiselev Ja.S. Fizicheskie modeli gorenija v sisteme preduprezhdenija pozharov. [Physical models of combustion in fire prevention system]. SPb.: S.-Peterb. un-t MVD Rossii, 2000. 264 p. (In Russ.).

8. Kotov I.Ju. Povyshenie ognestojkosti kassetnyh ognepregraditelej putem ispol'zovanija plamegasjashhih jelementov s teploobmennym blokom: avtoref. dis. kand. tehn. nauk. [Increasing the fire resistance of flame arrester through the use of cluster flame suppressants to the heat exchange unit: the author's abstract of the dissertation of the candidate of technical sciences]. SPb., 2011. 22 p. (In Russ.).

9. Kroshkina O.G. Ognepregraditeli dlja dlitel'noj lokalizacii plameni: avtoref. dis. kand. tehn. nauk. [Flame arrester for continuous localization of flame: dissertation of the candidate of technical sciences]. M., 1984. 22 p. (In Russ.).

10. Artamonov V.S., Kotov I.Ju., Horoshilov O.A. Ognepregraditel': pat. Ros. Federacii № 2431512 ot 20.10.2011. Bjul. № 29. [Flame arrestors: Russian patent number 2431512 from 20.10.2011. Bull. Number 29.].

11. Kiselev Ja.S. K raschetu dliny i diametra ognegasjashhego kanala v suhih ognepregraditeljah [The calculation of the length and diameter of the extinguishing channel in the dry flame arrestors] // Pozharovzryvobezopasnost'. 1998. № 1. P. 33-35. (In Russ.).