Установка тушения пожаров в резервуарах с использованием внутренних кольцевых пенопроводов и тепловых пожарных извещателей
FIRE EXTINGUISHING INSTALLATION IN TANKS USING INTERNAL RING FOAM LINES AND THERMAL FIRE DETECTORS

3
Предлагаемое изобретение относится к средствам тушения нефтепродуктов, и может быть применимо в нефтяной промышленности для тушения пожаров нефтепродуктов в вертикальных стальных резервуарах (РВС) большой вместимости объемом от 5000 до 50000 м.
Предлагаемое изобретение наиболее применимо при тушении пожаров нефтепродуктов на нефтебазах и складах горючего в резервуарах длительного хранения нефтепродуктов. Резервуары длительного хранения заливаются по уровню максимальной вместимости.
3
3
В соответствии с требованиями наземные резервуары для хранения нефти и нефтепродуктов объемом 5000 м и более оборудуются системами пожаротушения. На складах третьей категории при наличии не более двух наземных резервуаров объемом 5000 м допускается тушение этих резервуаров передвижной пожарной техникой. При условии оборудования резервуаров стационарно установленными генераторами пены (пенокамерами, пенными насадками) и специальными трубопроводами, выведенными за обвалование [Руководство по тушению нефти и нефтепродуктов в резервуарах и резервуарных парках. - М. ГУГПС, 1999 года]. Тушение пожаров в резервуарах может производиться двумя способами:
1. Подача пены средней и низкой кратности сверху резервуара на слой горящего нефтепродукта.
2. Подача пены низкой кратности под слой нефтепродукта.
Имеются случаи возникновения пожара внутри обвалования. Данный пожар может привести к следующим видам чрезвычайных ситуаций:
1. Нагрев нефти и нефтепродукта с последующим взрывом горючего в резервуаре.
2. Нагрев нефти и нефтепродукта с последующим горением горючего в резервуаре.
3. Объемный взрыв паровоздушного облака, вышедшего из резервуара, в атмосфере.
4. Дрейф по ветру паровоздушного облака из резервуара в атмосфере с возможным последующим взрывом или без него.
Установки тушения пожаров пены средней и низкой кратности сверху резервуара на слой нефтепродукта в большинстве случаев не обеспечивают тушение пожаров в начальной стадии в связи с повреждением узлов ввода пены от первичного взрыва.
3
3
Известен вертикальный стальной резервуар для нефти и нефтепродуктов объемом 5000 м, оборудованный установкой подслойного тушения [Шароварников А.Ф. и др. Тушение пожаров нефти и нефтепродуктов: второе издание, Пожарная наука 2007 года]. Установка подслойного тушения резервуаров содержит пенопровод с разводкой, задвижки, пеногенератор, предохранительную мембрану, обратный клапан. Пенная струя, попадая в нефтепродукт, за счет меньшей плотности всплывает на горящую поверхность. При этом время подъема пены зависит от высоты уровня нефти и нефтепродукта. Высота резервуара вместимостью 5000 м в зависимости от диаметра составляет от 12 до 15 метров. Недостатками установки подслойного тушения нефтепродуктов в резервуарах являются:
1. Ухудшение качества нефтепродуктов при прохождении через их слой пенной струи.
2. Наличие определенного временного периода подъема пены на поверхность нефтепродукта, который приводит к увеличению площади пожара и возрастанию материального ущерба.
3. Отсутствие возможности тушения нефти и нефтепродуктов при возгорании внутри обвалования резервуара.
Также известна установка для послойного тушения нефти и нефтепродуктов в резервуарах, содержащих воду [Матвеев Ю.А. и др. Патент на полезную модель №84544 от 10.07. 2009 года].
Установка включает пенопровод, оборудованный задвижками, обратным клапаном, предохранительной мембраной и пеногенератором.
На конец пенопровода вертикально устанавливаются комплект телескопических выдвижных труб, различного диаметра, закрепленный на плавающей тарелке. Верхняя труба комплекта, оборудуется разводкой и пенными насадками. С целью фиксации и герметичности труб при выдвижении комплект оснащается держателями и уплотнительными кольцами, а для предотвращения попадания нефтепродукта в трубы на разводке устанавливается обратный клапан. Установка оборудуются на вертикальный стальной резервуар, включающий внутренние секционные подогреватели.
Установка работает следующим образом. Через приемный патрубок, трубопровод и соответствующую задвижку нефть поступает в резервуар. При помощи внутренних подогревателей в РВС подается горячий пар. В резервуаре образуется слой воды и слой нефти. При возгорании нефти или нефтепродукта раствор пенообразователя с помощью стационарного источника, или подвижной автоцистерны подается в резервуар. При этом открываются задвижки, обратный клапан пенопровода, срабатывает под давлением мембрана. Раствор пенообразователя проходит парогенератор и поступает в комплект выдвижных труб и разводку. После этого открывается обратный клапан, и пенная струя через пенные насадки поступает в верхний слой нефти (нефтепродукта). Затем за счет меньший плотности пенная струя выходит на поверхность нефтепродукта и образует слой пены. В результате образования слоя пены и прекращения доступа кислорода воздуха пожар прекращается. Недостатками установки для послойного тушения нефти и нефтепродуктов в резервуарах, содержащих воду, являются:
1. Большое количество телескопических труб, которые могут потерять подвижность в процессе эксплуатации.
2. Наличие предохранительной мембраны, которая может потерять свои свойства в процессе эксплуатации и требует замены после тушения или проведения испытания установки.
3. Возможность попадания нефти (нефтепродукта) в телескопические трубы через уплотнительные кольца между трубами.
4. Отсутствие возможности тушения нефти и нефтепродуктов при возгорании внутри обвалования резервуара.
Также известна установка подслойного тушения для нефти и высоковязких нефтепродуктов [Матвеев Ю.А. и др. Патент на полезную модель №99716 от 27.11. 2010 года].
Установка включает пенопровод, оборудованный задвижками, обратным клапаном, электромагнитным клапаном с пусковым устройством и пеногенератором. На конец пенопровода вертикально устанавливаются опорная труба, выведенная вниз за днище резервуара, в которую герметично вставлена подвижная труба, закрепленная на плавающей тарелке и оборудованная разводкой и пенными насадками. С целью фиксации и герметичности при выдвижении трубы оснащаются держателями и уплотнительными кольцами, а для предотвращения попадания нефтепродукта в трубы на разводке устанавливается обратный клапан.
Установка подслойного тушения для нефти и высоковязких нефтепродуктов работает следующим образом. Через приемный патрубок, трубопровод и соответствующую задвижку нефть или нефтепродукт поступает в резервуар. В резервуаре образуется слой нефти (нефтепродукта). При возгорании горюче-смазочного материала раствор пенообразователя с помощью стационарного источника, или подвижной автоцистерны подается в резервуар. При этом открываются задвижки, обратный клапан, электромагнитный клапан пенопровода. Раствор пенообразователя проходит пеногенератор и поступает в подвижную трубу и разводку. После этого открывается обратный клапан, и пенная струя через пенные насадки поступает в верхний слой нефти (нефтепродукта). Затем за счет меньший плотности пенная струя выходит на поверхность горюче-смазочного материала и образует слой пены на поверхности горящего нефтепродукта. В результате образования слоя пены и прекращения доступа кислорода воздуха пожар прекращается.
В случае высокой температуры, задымления и невозможности работы оператора около резервуара электромагнитный клапан открывается с помощью электродвигателя. Для этого оператор включает пусковое устройство. После тушения пожара и проведения профилактических работ пенопровод не потребует ремонта, связанного с заменой мембраны.
Недостатками установки послойного тушения для нефти и высоковязких нефтепродуктов являются:
1. Наличие двух выдвижных труб, которые могут потерять подвижность в процессе эксплуатации.
2. Выход нижней трубы за пределы днища резервуара, что приводит к изменению конструкции днища и дополнительным сварным соединениям.
3. Отсутствие возможности тушения нефти и нефтепродуктов при возгорании внутри обвалования резервуара.
4. Отсутствие клапана повышенной производительности выброса паровоздушной смеси при нагреве нефти и нефтепродукта в резервуаре от пожара в обваловании или в РВС.
Также известна установка подслойного тушения нефтепродуктов с плавающей тарелкой, перемещающейся вертикально по опорной трубе [Матвеев Ю.А. и др. Патент на полезную модель №120696 от 27.09.2012 года].
Данная установка состоит из плавающей тарелки, которая перемещается вертикально по опорной трубе, за счет изменения уровня горючего. К плавающей тарелке жестко монтируется трубопроводная разводка с пенными насадками. С трубопроводной разводкой связан металлический гибкий рукав, который соединен с пенопроводом внутри резервуара. Плавающая тарелка за счет внутреннего отверстия насаживается на опорную стационарную трубу, соединенную с верхом и низом резервуара. Пенопровод оборудуется пеногенератором, задвижками и обратным клапаном.
Установка работает следующим образом. Через приемный патрубок, трубопровод и соответствующую задвижку нефтепродукт поступает в резервуар. В резервуаре образуется слой нефтепродукта. При возгорании горючего раствор пенообразователя с помощью стационарного источника, или подвижной автоцистерны подается в резервуар. При этом открываются задвижки, обратный клапан, электромагнитный клапан пенопровода. Раствор пенообразователя проходит пеногенератор и поступает в металлический гибкий рукав, трубопровод и разводку. После этого открывается обратный клапан, и пенная струя через пенные насадки поступает в верхний слой нефтепродукта. Затем за счет меньший плотности пенная струя выходит на поверхность горючего и образует слой пены выше уровня горящего нефтепродукта. В результате образования слоя пены и прекращения доступа кислорода воздуха пожар прекращается.
Недостатками установки подслойного тушения нефтепродуктов с плавающей тарелкой, перемещающейся вертикально по опорной трубе, являются:
1.Отсутствие возможности тушения нефти и нефтепродуктов при возгорании внутри обвалования резервуара.
2. Отсутствие возможности тушения с подачей пены снизу и сверху резервуара.
3. Отсутствие клапана повышенной производительности выброса паровоздушной смеси при нагреве нефти и нефтепродукта в резервуаре от пожара в обваловании или в соседнем РВС.
4. Отсутствие устройства, позволяющего определить начало пожара.
Наиболее близким по технической сущности предлагаемого изобретения является установка тушения пожаров в вертикальных стальных резервуарах и их обвалованиях с устройством для предотвращения взрыва при нагреве нефтепродукта [Матвеев Ю.А. и др. Патент на полезную модель №134057 от 10.11.2013 года].
Вертикальный стальной резервуар, имеет приемный патрубок и трубопровод, задвижки, дыхательный клапан, световой и замерной люки, вентиляционный патрубок, люк-лаз, обвалование.
К резервуару подсоединяется пенопровод, оборудованный задвижками, обратным клапаном, электромагнитным клапаном, с устройством ручного открытия и закрытия, а также пеногенератором. Электромагнитный клапан линией связи соединен с пусковым устройством.
Пенопровод жестко связывается металлическим гибким рукавом с трубопроводом разводки с обратным клапаном и пенными насадками. Разводка соединена с плавающей тарелкой, которая насаживается на опорную стационарную трубу, соединенную с крышей и днищем резервуара. Обратные клапана предназначены для предотвращения попадания нефтепродукта в разводку, гибкий металлический рукав и пенопровод.
Плавающая тарелка вертикально перемещается в верхнем слое нефтепродукта по трубе за счет изменения уровня горючего в резервуаре.
С целью упрочения конструкции резервуара опорная труба жестко связывается фермами с боковыми стенками резервуара.
К пенопроводу подсоединяются участки пенопроводов. Первый участок пенопровода жестко связан с кольцевым внутренним пенопроводом с верхними пенными насадками (пенокамерами). Данный участок пенопровода оборудуется электромагнитным клапаном. Второй участок пенопровода связан с кольцевым внешним пенопроводом с нижними пенными насадками (пенокамерами). Данный участок пенопровода также оснащается электромагнитным клапаном. С целью предотвращения взрыва горючего в резервуаре и уменьшения давления паровоздушной смеси от нагрева огнем пламени в обваловании или соседнего РВС резервуар оборудуется дополнительным дыхательным клапаном повышенной производительности.
Установка работает следующим образом. Через приемный патрубок, трубопровод и соответствующую задвижку нефтепродукт поступает в резервуар. В резервуаре образуется слой нефтепродукта. При возгорании горючего раствор пенообразователя с помощью стационарного источника, или подвижной автоцистерны подается в резервуар. При этом открываются задвижки, обратный клапан, электромагнитный клапан пенопровода. Раствор пенообразователя проходит пеногенератор и поступает в металлический гибкий рукав, трубопровод и разводку. После этого открывается соответствующий обратный клапан, и пенная струя через пенные насадки поступает в верхний слой нефтепродукта. Затем за счет меньший плотности пенная струя выходит на поверхность горючего и образует слой пены выше уровня горящего нефтепродукта.
Одновременно через первый участок пенопровода, электромагнитный клапан пена подается в кольцевой внутренний пенопровод и через верхние пенные насадки (пенокамеры) поступает в резервуар.
В результате образования слоя пены и прекращения доступа кислорода воздуха пожар прекращается.
Также одновременно через второй участок пенопровода, электромагнитный клапан пена подается в кольцевой внешний пенопровод и через нижние пенные насадки (пенокамеры) поступает в обвалование.
В случае высокой температуры, задымления и невозможности работы оператора около резервуара электромагнитные клапана открываются с помощью электродвигателя. Для этого оператор включает пусковое устройство.
При возникновении пожара в обваловании или в соседнем РВС и нагреве горючего в резервуаре давление паровоздушной смеси будет значительно повышаться. При этом паровоздушная смесь будет выходить через дыхательный клапан и дыхательный клапан повышенной производительности, тем самым, предотвращая взрыв нагретого нефтепродукта в резервуаре и разрушение РВС.
При пожаре в обваловании оператор может открыть только электромагнитный клапан участка трубопровода, связанного с внешним пенопроводом.
Недостатками установки тушения пожаров в вертикальных стальных резервуарах и их обвалованиях с устройством для предотвращения взрыва при нагреве нефтепродукта являются:
1. Отсуствие устройства, позволяющего определить начало пожара.
2. Вероятность выхода из строя металлического гибкого рукава. Высокая сложность ремонта металлического гибкого рукава, связанная с освобождением нефтепродукта из резервуара.
3. Наличие определенного срока службы металлического гибкого рукава, после которого требуется его замена.
4. Вероятность выхода из строя плавающей тарелки, связанная с потерей движения по трубе. Вероятность возникновения искры при горизонтальном движении металлической плавающей тарелки по металлической трубе. Высокая пожарная опасность установки.
Резервуарные парки нефтебаз, складов горючего занимают большие территории и находятся иногда на значительных расстояниях от мест расположения операторов, кладовщиков, охранников и других категорий работников нефтебазы. В рассмотренных технических устройствах отсутствуют приборы для обнаружения начала пожара. Поэтому пожары в резервуарных парках определяются в основном визуально и с помощью шумовых сигналов (взрывов). При этом время определения начала пожара особенно в ночное время может составить от 5 до 40 минут и более.
Предлагаемое изобретение позволяет решить задачу повышения эффективности тушения пожаров внутри вертикальных стальных резервуарах большой вместимости, а также в обваловании вокруг данных резервуаров. При этом минимизируется время определения начала пожара.
Решение указанной задачи достигается тем, что резервуар оборудуется, нижним и средним внутренними кольцевыми пенопроводами с четырьмя пенными насадками на каждом пенопроводе соответственно, на крыше резервуара устанавливаются два дополнительных технологических люка с тепловыми пожарными извещателями, при этом пожарные извещатели линиями связи соединены с реле, видео и звуковым сигналами, а также тем, что основной пенопровод соединен с нижним внутренним кольцевым пенопроводом, при этом нижний внутренний кольцевой пенопровод с помощью участка пенопровода соединен со средним внутренним кольцевым пенопроводом, необходимо отметить, что пенные насадки размещаются равномерно на участках нижнего и среднего внутренних кольцевых пенопроводов с поворотом в вертикальной проекции на 45 градусов относительно друг друга, а также тем, что при срабатывании одного теплового пожарного извещателя включается видеосигнал, а затем при срабатывании второго теплового пожарного извещателя включается звуковой сигнал.
Данные признаки являются существенными для решения задачи изобретения, так как повышается эффективность тушения нефтепродуктов в РВС большой вместимости, а также в обваловании, повышается надежность работы установки, минимизируется время обнаружения начала пожара, снижается время пожаротушения и вероятность взрыва горючего в резервуаре, нагреваемом огнем пожара в обваловании или пламенем соседнего резервуара.
Сущность полезной модели пояснена чертежами (фиг. 1, фиг. 2, фиг. 3), на которых изображены: разрез резервуара с обвалованием, вид сверху нижнего и среднего внутренних кольцевых пенопроводов с пенными насадками, а также разрезы технологических люков с тепловыми пожарными извещателями, которые соединены с реле, видео и звуковыми сигналами.
На фиг. 1 изображен резервуар 1, имеющий приемный патрубок 2 и трубопровод 3, задвижку 4, дыхательный клапан 5, световой и замерной люки 6,7, вентиляционный патрубок 8, люк-лаз 9, обвалование 10, основной пенопровод 11, оборудованный обратным клапаном 12, электромагнитным клапаном 13, мембраной 14, линией связи 15 и пусковым устройством 16, а также пеногенератором 17.
Основной пенопровод 11 жестко связывается с нижним кольцевым пенопроводом 18 и верхним кольцевым пенопроводом 19. Нижний кольцевой пенопровод 18 оборудуется четырьмя пенными насадками 20, которые находятся под слоем нефтепродукта 21. Верхний кольцевой пенопровод 19 оборудуется пенокамерами 22. Нижний кольцевой пенопровод с помощью участка пенопровода 23 соединяется со средним кольцевым пенопроводом 24, который оснащается четырьмя пенными насадками 20. С целью выхода пены по всему объему резервуара, пенные насадки размещаются равномерно на участках нижнего и среднего кольцевых пенопроводов с поворотом в вертикальной проекции на 45 градусов относительно друг друга.
К основному пенопроводу 1 1 подсоединяется участок пенопровода 25, который жестко связан с кольцевым внешним пенопроводом 26 с пенокамерами 22. Данный участок пенопровода 25 оборудуется электромагнитным клапаном 13, который линией связи соединен с отдельным пускателем 27.
Также резервуар 1 дополнительно оборудуется двумя технологическими люками 28, которые не связаны с паровым пространством резервуара.
В каждый технологический люк устанавливается тепловой пожарный извещатель 29, который линиями связи 15 соединяется с реле 30. Реле линиями связи соединяется с видеосигналом 31 и звуковым сигналом 32. Пожарной извещатель 29 крепится к внутренней стороне крышки технологического люка. Для обеспечения взрывобезопасности и герметичности линии связи 15 помещаются в кабель-канал 33. Установка тепловых пожарных извещателей внутрь резервуара может привести к следующим проблемам:
1. Взрыв паровоздушной смеси от короткого замыкания в извещателе.
2. Сложность ремонта, замены и обслуживания извещателей.
3. Снижение герметичности и повышение испаряемости в резервуаре, за счет лишних дополнительных отверстий.
Возникновение пожара нефтепродукта в РВС наиболее вероятно на одном из участков поверхности жидкости. Затем за счет линейной скорости распространения пламя распределяется по всей поверхности нефтепродукта. Поэтому тепловые пожарные извещатели будут нагреваться не совсем равномерно и могут сработать в интервале до нескольких минут друг от друга.
С целью предотвращения взрыва нефтепродукта в резервуаре и уменьшения давления паровоздушной смеси (ПВС) 34 от нагрева огнем пламени в обваловании или соседнего РВС резервуар оборудуется дополнительным дыхательным клапаном повышенной производительности 35.
Изобретение работает следующим образом. Через приемный патрубок 2, трубопровод 3 и соответствующую задвижку 4 нефтепродукт поступает в резервуар. В резервуаре образуется слой нефтепродукта 21.
При возгорании нефтепродукта происходит, нагрев крыши резервуара и технологических люков 28 с тепловыми пожарными извещателями 29. При достижении температуры в технологических люках 65°С и выше происходит срабатывание пожарных извещателей 29, которые через линии связи 15 включают реле 30 и соответствующие видеосигнал 31 и звуковой сигнал 32. Необходимо отметить, что при срабатывании одного извещателя 29 включается видеосигнал 31, а затем при срабатывании второго теплового пожарного извещателя включается звуковой сигнал 32. В случае срабатывания только одного видеосигнала оператор принимает меры к визуальному определению возникновения пожара. После установления факта возгорания нефтепродуктов оператор включает пусковое устройство 16.
При подаче звукового сигнала при срабатывании двух пожарных извещателей оператор включает пусковое устройство 16 и раствор пенообразователя с помощью насоса подается в резервуар 1. При этом открываются, обратный клапан 12, электромагнитный клапан 13 основного пенопровода 11. Раствор пенообразователя проходит пеногенератор 17, разрывает мембрану 14 и поступает в нижний кольцевой пенопровод 18, верхний кольцевой пенопровод 19 и через участок пенопровода 23 в средний кольцевой пенопровод. Пенная струя через пенные насадки 18 нижнего и среднего кольцевых пенопроводов поступает в слой нефтепродукта 21. Затем за счет меньший плотности пенная струя выходит на поверхность нефтепродукта и образует слой пены. Выход пены через пенные насадки среднего кольцевого пенопровода 24 позволяет сократить время подъема пены и уменьшить время на тушение пожара.
Одновременно через верхний кольцевой пенопровод 19 и пенокамеры 22 пена поступает в верхнюю часть резервуара 1.
В результате образования слоя пены и прекращения доступа кислорода воздуха пожар прекращается.
При возникновении пожара имеется вероятность выхода из строя пенокамер 22 и верхнего кольцевого пенопровода 19 в результате взрыва паровоздушной смеси 34 в резервуаре. В этом случае пожар будет потушен с помощью подачи пены в нижний и средний кольцевые пенопроводы.
При попадании горящего нефтепродукта в обвалование 10 резервуара 1 через участок пенопровода 25, соответствующий электромагнитный клапан 13, который открывается с помощью пускового устройства 27, пена подается во внешний кольцевой пенопровод 26. Затем через пенокамеры 22 пена поступает в обвалование.
В случае возникновения пожара непосредственно в обваловании 10 или в соседнем РВС и нагреве горючего в резервуаре давление паровоздушной смеси 34 будет значительно повышаться. При этом паровоздушная смесь будет выходить через дыхательный клапан 5 и дыхательный клапан повышенной производительности 35, тем самым, предотвращая взрыв ПВС и нагретого нефтепродукта в резервуаре и разрушение РВС. При пожаре в обваловании оператор может открыть только электромагнитный клапан участка пенопровода 27, связанного с внешним кольцевым пенопроводом 26.
Необходимо отметить, что предложенное изобретение является надежным в эксплуатации и позволяет в более короткие сроки потушить пожар, как в резервуаре, так и в обваловании свести к минимуму вероятность возникновения взрыва горючего в резервуаре, связанного с повышением температуры нефтепродукта от пожара в обваловании или от воздействия теплового потока горящего соседнего резервуара.
При этом изобретение позволяет определить начало возникновения возгорания в самые короткие сроки и минимизировать потери нефтепродукта, а также уменьшить время тушения пожара.