УСТРОЙСТВО ДЛЯ ТУШЕНИЯ НЕФТЕГАЗОВЫХ ФОНТАНОВ
DEVICE FOR EXTINGUISHING OIL AND GAS FOUNTAINS

Изобретение относится к пожарной технике и в частности к наземным транспортным средствам для тушения пожаров нефтегазовых фонтанов, возникающих при разработке газовых, нефтяных и газонефтяных скважин в процессе бурения или эксплуатации.
Из "Уровня техники" известно устройство для ликвидации чрезвычайных ситуаций, содержащее высокопроходимое шасси автомобиля, кабину управления, поворотную платформу с установленным на ней авиационным двигателем и устройством для перемещения последнего в вертикальной и горизонтальной плоскостях, батарею баллонов, ствол-пробойник и порошковую систему. Устройство снабжено средством для подачи газообразного азота от батареи баллонов в струю авиационного двигателя, а ствол-пробойник выполнен со сменными наконечниками с возможностью подачи газообразного потока, охлажденного до температур (-20) - (-50)°С в зону чрезвычайной ситуации. При этом устройство снабжено подвижными гидроопорами, обеспечивающими устойчивость перемещения автомобиля вокруг объекта, и устройством для подачи отработанных газов автомобиля (см. патент РФ №2205117, Кл. МПК В60Р 9/00, опубл. 27.05.2003).
Кроме того, из "Уровня техники" известен автомобиль порошкового тушения пожарный, содержащий размещенные на шасси емкости с огнетушащим составом, источник давления, лафетный ствол, ручные стволы с рукавами, кузов, пульт управления, устройство аэрирования огнетушащего состава, пневмокоммуникации с предохранительными клапанами и запорную арматуру. Источник давления выполнен в виде снабженной ресивером установки, включающей компрессорные головки с приводом от коробки отбора мощности автомобиля, а устройство аэрирования огнетушащего состава в каждой из емкостей с огнетушащим составом выполнено в виде установленного в нижних днищах последних коллектора, снабженного форсунками, подключенными к снабженной ресивером установке. При этом каждая из форсунок представляет из себя патрубок, закрытый снаружи резиновыми кольцами, а автомобиль выполнен с возможностью пневмозагрузки огнетушащего состава (см. патент РФ №2158154, кл. МПК А62С 27/00, опубл. 27.10.2000).
3
Техническая проблема заключается в ограниченности применения для тушения обширных площадей пожара, низкой эффективности тушения фонтанов дебитом около 1 млн м/сут. и более по газу.
Задачей настоящего изобретения является устранение вышеуказанных недостатков.
3
Технический результат заключается в обеспечении эффективного тушения нефтегазовых фонтанов с тушением обширных площадей пожара нефтегазовых фонтанов дебитом порядка 1 млн м/сут. и более по газу.
Технический результат обеспечивается тем, что устройство для тушения пожара нефтегазовых фонтанов включает шасси транспортного средства, кабину управления и лафетный ствол с насадком. Оно содержит батарею с газопорошковым огнетушащим веществом и устройство подачи газопорошкового огнетушащего вещества в зону тушения. При этом каждая батарея включает сосуд с огнетушащим порошком и газовые баллоны. Устройство для подачи газопорошкового огнетушащего вещества в зону тушения включает управляемый, поворотный в горизонтальной и вертикальной плоскостях лафетный ствол и средство видеонаблюдения. Кроме того, устройство выполнено с возможностью подачи газопорошковой струи в основание горящей части фонтана, а лафетный ствол выполнен с возможностью прицельной подачи струи газопорошкового вещества в зону тушения посредством средства видеонаблюдения, содержащего видеокамеру направления оси насадка, выполненную с возможностью фиксации около насадка и передачи изображения на монитор, размещенный в кабине управления.
В соответствии с частными случаями выполнения устройство для тушения пожара нефтегазовых фонтанов может иметь следующие особенности.
Газовые баллоны являются баллонами высокого давления, кроме того, на них установлены запорно-пусковые устройства для герметизации и выпуска сжатых или сжиженных газов, находящихся под давлением.
3
Устройство для тушения пожара нефтегазовых фонтанов содержит две батареи с газопорошковым огнетушащим веществом, при этом каждая батарея состоит из сосуда объемом от 0,5 до 1,5 м с огнетушащим порошком и от трех до пяти баллонов, емкостью от 50 до 150 каждый, с жидкой двуокисью углерода.
3
Устройство для тушения пожара нефтегазовых фонтанов, каждая батарея которого содержит сосуд объемом 0,5 м с огнетушащим порошком.
3
Устройство для тушения пожара нефтегазовых фонтанов, каждая батарея которого содержит сосуд объемом от 0,5 до 1 м с огнетушащим порошком.
3
Устройство для тушения пожара нефтегазовых фонтанов, каждая батарея которого содержит сосуд объемом 1 м с огнетушащим порошком.
3
Устройство для тушения пожара нефтегазовых фонтанов, каждая батарея которого содержит сосуд объемом от 1 до 1,5 м с огнетушащим порошком.
3
Устройство для тушения пожара нефтегазовых фонтанов, каждая батарея которого содержит сосуд объемом 1,5 м с огнетушащим порошком.
3
Устройство для тушения пожара нефтегазовых фонтанов, каждая батарея которого содержит сосуд объемом 0,75 м с огнетушащим порошком.
3
Устройство для тушения пожара нефтегазовых фонтанов, каждая батарея которого содержит сосуд объемом 1,25 м с огнетушащим порошком.
3
Устройство для тушения пожара нефтегазовых фонтанов, каждая батарея которого содержит сосуд объемом от 0,75 до 1,5 м с огнетушащим порошком.
3
Устройство для тушения пожара нефтегазовых фонтанов, каждая батарея которого содержит сосуд объемом от 0,5 до 1,25 м с огнетушащим порошком.
3
Устройство для тушения пожара нефтегазовых фонтанов, каждая батарея которого содержит сосуд объемом от 0,75 до 1,25 м с огнетушащим порошком.
Устройство для тушения пожара нефтегазовых фонтанов, каждая батарея которого содержит три баллона с жидкой двуокисью углерода.
Устройство для тушения пожара нефтегазовых фонтанов, каждая батарея которого содержит четыре баллона с жидкой двуокисью углерода.
Устройство для тушения пожара нефтегазовых фонтанов, каждая батарея которого содержит пять баллонов с жидкой двуокисью углерода.
Устройство для тушения пожара нефтегазовых фонтанов, каждая батарея которого содержит от трех до четырех баллонов с жидкой двуокисью углерода.
Устройство для тушения пожара нефтегазовых фонтанов, каждая батарея которого содержит от четырех до пяти баллонов с жидкой двуокисью углерода.
Устройство для тушения пожара нефтегазовых фонтанов, каждая батарея которого содержит баллоны, емкостью 50 л каждый, с жидкой двуокисью углерода.
Устройство для тушения пожара нефтегазовых фонтанов, каждая батарея которого содержит баллоны, емкостью от 50 до 100 л каждый, с жидкой двуокисью углерода.
Устройство для тушения пожара нефтегазовых фонтанов, каждая батарея которого содержит баллоны, емкостью 100 л каждый, с жидкой двуокисью углерода.
Устройство для тушения пожара нефтегазовых фонтанов, каждая батарея которого содержит баллоны, емкостью от 100 до 150 л каждый, с жидкой двуокисью углерода.
Устройство для тушения пожара нефтегазовых фонтанов, каждая батарея которого содержит баллоны, емкостью 150 л каждый, с жидкой двуокисью углерода.
Устройство для тушения пожара нефтегазовых фонтанов, каждая батарея которого содержит баллоны, емкостью 75 л каждый, с жидкой двуокисью углерода.
Устройство для тушения пожара нефтегазовых фонтанов, каждая батарея которого содержит баллоны, емкостью 125 л каждый, с жидкой двуокисью углерода.
Устройство для тушения пожара нефтегазовых фонтанов, каждая батарея которого содержит баллоны, емкостью от 75 до 150 л каждый, с жидкой двуокисью углерода.
Устройство для тушения пожара нефтегазовых фонтанов, каждая батарея которого содержит баллоны, емкостью от 50 до 125 л каждый, с жидкой двуокисью углерода.
Устройство для тушения пожара нефтегазовых фонтанов, каждая батарея которого содержит баллоны, емкостью от 75 до 125 л каждый, с жидкой двуокисью углерода.
Устройство для тушения пожара нефтегазовых фонтанов дополнительно содержит коллектор подачи огнетушащего газа, обеспечивающий возможность объединения газовых баллонов в одну батарею и подачи жидкой двуокиси углерода в сосуд с огнетушащим порошком.
Устройство для подачи газопорошкового вещества в зону тушения дополнительно включает гибкий металлорукав, выполненный с возможностью подсоединения к батарее.
Лафетный ствол в месте фиксации к нему насадка закреплен на подвижном основании посредством поворотного фланца, при этом лафетный ствол выполнен с возможностью перемещения в горизонтальной и вертикальной плоскостях посредством линейных приводов. Кроме того, поворотный фланец выполнен с возможностью фиксации к нему и над насадком видеокамеры направления оси насадка так, что обеспечена соосность вертикальных осей видеокамеры и насадка.
Максимальный угол поворота лафетного ствола в горизонтальной плоскости составляет ±9° а в вертикальной плоскости - ±15°. Кроме того, насадок лафетного ствола обеспечивает возможность подачи газопорошкового вещества в зону тушения и представляет собой плоское сопло.
Кабина управления содержит пульт управления с рычагами управления линейными приводами лафетного ствола и кнопками запуска батарей установки пожаротушения, а также видеорегистратор, обеспечивающий возможность записи и хранения в его памяти процесса наведения и тушения, а монитор, размещенный в кабине управления имеет прицельную разметку.
Устройство для тушения пожара нефтегазовых фонтанов дополнительно содержит цистерну для воды, которая обеспечивает возможность орошения устройства для тушения пожара нефтегазовых фонтанов.
Шасси выполнено беспилотным с дистанционным радиоуправлением из безопасной зоны.
Сущность настоящего изобретения поясняется следующими иллюстрациями: Фиг. 1 - общий вид устройства для тушения пожара нефтегазовых фонтанов; Фиг. 2 - устройство для тушения пожара нефтегазовых фонтанов с системой орошения.
Устройство для тушения пожара нефтегазовых фонтанов включает шасси 1 транспортного средства, платформу 2, кабину управления, сосуд с огнетушащим порошком 3, газовые баллоны 4 (используют инертные газы и газы, тормозящие реакцию горения, которые не вступают в химическую реакцию с огнетушащим порошком и выполняют функцию газа-носителя), цистерну для воды 5, коллектор газопорошковой смеси 6 (ГПОВ), коллектор подачи огнетушащего газа 7, лафетный ствол 8 с насадком. При этом надстройка на шасси 1 автомобиля включает батареи с газопорошковым огнетушащим веществом, устройства подачи газопорошкового огнетушащего вещества в зону тушения и цистерну для воды 5. При этом каждая батарея содержит сосуд с огнетушащим порошком 3 и газовые баллоны 4, а устройство для подачи газопорошкового огнетушащего вещества в зону тушения включает управляемый, поворотный в горизонтальной и вертикальной плоскостях лафетный ствол 8 и средство видеонаблюдения. Кроме того, устройство выполнено с возможностью подачи газопорошковой струи в основание горящей части фонтана, а лафетный ствол выполнен с возможностью прицельной подачи струи газопорошкового вещества в зону тушения посредством средства видеонаблюдения, содержащего видеокамеру направления оси насадка, выполненную с возможностью фиксации над насадком и передачи изображения на монитор, размещенный в кабине управления.
Газовые баллоны 4 являются баллонами высокого давления со следующими характеристиками:
Объем баллона, л:
от 50 до 150, предпочтительно 100;
Рабочая среда:
жидкая двуокись углерода;
Рабочее давление, МПа:
20;
Температура эксплуатации:
от - 20 до +65°С;
Установленный срок службы:
20 лет;
На газовых баллонах установлены запорно-пусковые устройства для герметизации и выпуска сжатых или сжиженных газов, находящихся под давлением. Применяются устройства со следующими характеристиками:
Тип ЗПУ -
электромагнитный клапан;
Положение затвора:
нормально закрытое;
Проходное сечение клапана Ду, мм:
15;
Рабочее давление, МПа не менее:
20;
Герметичность затвора:
класс А;
Температура рабочей среды:
от - 20 до +60°С;
Напряжение питания:
24 В;
Запорно-пусковое устройство должно иметь возможность многократной заправки баллона газом и функционирования по сигналу с пульта управления.
3
3
3
3
3
3
3
3
3
3
3
3
Устройство для тушения пожара нефтегазовых фонтанов содержит две батареи с газопорошковым огнетушащим веществом, при этом каждая батарея состоит из сосуда объемом от 0,5 до 1,5 м, предпочтительно 1 м, с огнетушащим порошком и от трех до пяти, предпочтительно пять, баллонов, емкостью от 50 до 150 л, предпочтительно 100 л, каждый, с жидкой двуокисью углерода. При этом сосуд с огнетушащим порошком может быть объемом: 0,5 м, от 0,5 до 1 м, 1 м, от 1 до 1,5 м, 1,5 м, 0,75 м, от 0,75 до 1,5 м, 1,25 м, от 0,5 до 1,25 м или от 0,75 до 1,25 м, баллонов может быть: три, четыре, пять, от трех до четырех или от четырех до пяти, а объем баллонов может быть: 50 л, от 50 до 100 л, 100 л, от 100 до 150 л, 150 л, 75 л, 125 л, от 75 до 150 л, от 50 до 125 л или от 75 до 125 л.
В устройстве применяют сосуд с огнетушащим порошком со следующими характеристиками:
Объем сосуда, м<sup>3</sup>:
от 0,5 до 1,5, предпочтительно 1;
Давление в период эксплуатации:
атмосферное;
Давление рабочее при опорожнении, МПа:
2,5;
Время нахождения под рабочим давлением при опорожнении, с:
25;
Число циклов нагружения сосуда за весь срок службы, не менее:
600;
Основной материал сосуда:
сталь 09Г2С.
Для осуществления осмотра и технического обслуживания сосуд имеет люк с внутренним диаметром не менее 450 мм. Люк расположен таким образом, чтобы доступ в сосуд обеспечивался без демонтажа надстройки шасси.
Сосуд снабжен предохранительным клапаном, предотвращающим создание в нем давления более 3 МПа при поступлении в него газового огнетушащего вещества.
Устройство для тушения пожара нефтегазовых фонтанов дополнительно содержит коллектор подачи огнетушащего газа 7, обеспечивающий возможность объединения газовых баллонов 4 в одну батарею и подачи жидкой двуокиси углерода в сосуд 3 с огнетушащим порошком. Кроме того, устройство имеет коллектор газопорошковой смеси 6, обеспечивающий подачу ГПОВ в лафетный ствол 8 и содержащий трубопровод с клапаном. При этом клапан газопорошкового трубопровода установлен на выходе из сосуда 3 для хранения огнетушащего порошка для предотвращения высыпания огнетушащего порошка в трубопровод подачи до начала работы установки. Открывается по сигналу с пульта перед выпуском ГПОВ.
Устройство для подачи газопорошкового вещества в зону тушения дополнительно включает гибкий металлорукав, выполненный с возможностью подсоединения к батарее. Кроме того, гибкий металлорукав применяют для фиксации насадка.
Цистерна для воды 5 предназначена для хранения воды. Вода используется для орошения устройства для тушения пожара нефтегазовых фонтанов для защиты от теплового потока горящего фонтана оборудования и личного состава с момента въезда в зону высоких тепловых потоков при движении на исходную позицию, во время тушения и до выезда на безопасное расстояние. Объем емкости не менее 3000 л. Цистерна для воды 5 является элементом системы орошения устройства для тушения пожара нефтегазовых фонтанов, которая также дополнительно включает трубопроводы орошения 9, закрепленные в верхней части кузова и предназначенные для орошения установки по периметру и сверху, насос подачи воды на орошение 10, обеспечивающий расход воды для орошения 2 л/с, клапан электромагнитный 11, выполненный с возможностью функционирования по сигналу с пульта управления, форсунки 12, обеспечивающие подачу воды из трубопроводов орошения 9.
Лафетный ствол 8 в месте фиксации к нему насадка закреплен на основании, подвижно зафиксированном на платформе 2, посредством поворотного фланца. При этом лафетный ствол 8 выполнен с возможностью перемещения в горизонтальной и вертикальной плоскостях (в горизонтальной плоскости перемещение обеспечивается с помощью основания, а в вертикальной плоскости - с помощью поворотного фланца, закрепленного между полками основания) посредством линейных приводов. Кроме того, поворотный фланец выполнен с возможностью фиксации к нему видеокамеры направления оси насадка так, что обеспечена соосность вертикальных осей видеокамеры и насадка.
Максимальный угол поворота лафетного ствола 8 в горизонтальной плоскости составляет±9° и в вертикальной плоскости - ±15°, а насадок лафетного ствола обеспечивает возможность подачи газопорошкового вещества в зону тушения и представляет собой плоское сопло.
В кабине автомобиля расположен монитор с нанесенной на экране прицельной разметкой и пульт управления, на котором размещены рычаги управления приводами для поворота лафетного ствола и кнопки запуска батарей установки пожаротушения и управления клапанами. С помощью рычагов управления приводами изображение зоны тушения совмещается с перекрестьем прицела, это означает, что ось насадка лафетного ствола направлена в зону тушения. После прицеливания с помощью кнопки запуска запускается одна из батарей. Процесс наведения и тушения записывается в память видеорегитсратора.
В соответствии с частным случаем осуществления шасси может быть выполнено беспилотным с дистанционным радиоуправлением из безопасной зоны. Устройство функционирует следующим образом.
Тушение горящего нефтегазового фонтана производится с помощью высокоскоростной газопорошковой струи, подающейся в основание горящей части фонтана.
До начала тушения устье фонтана должно быть очищено от остатков металлоконструкций и подготовлен подъезд на боевую позицию для тушения фонтана.
При пожаре газонефтяного фонтана автомобиль газопорошкового пожаротушения (АГПП), управляемый оператором, подводится к устью скважины.
Система орошения АГПП для защиты от теплового потока горящего фонтана оборудования и личного состава запускается с момента въезда в зону высоких тепловых потоков при движении на исходную позицию, во время тушения и до выезда на безопасное расстояние.
При движении на исходную позицию оператор обеспечивает получение ГПОВ путем открытия электромагнитных клапанов ЗПУ по сигналу с пульта, выпуска сжатых или сжиженных газов из газовых баллонов 4 в коллектор огнетушащего газа 7 и подачи жидкой двуокиси углерода в сосуд 3 с огнетушащим порошком. Далее, ГПОВ поступает коллектор газопорошковой смеси 6, обеспечивающий подачу ГПОВ в лафетный ствол 8 и содержащий трубопровод с клапаном, который открывается по сигналу с пульта перед выпуском ГПОВ.
Тушение обеспечивалось компактной струей, перпендикулярной к струе фонтана, направленной в негорящую часть фонтана.
Компактная струя ГПОВ формировалась за счет специального щелевого насадка и имела угол раскрытия в горизонтальной плоскости 10° и в вертикальной плоскости 5°.
Тушение происходило за время менее 1 с с момента начала подачи ГПОВ. Струя ГПОВ фактически сдувала фонтан горючего в сторону от оси истечения, создавала вокруг истекающей струи горючего огнетушащую концентрацию ГПОВ, прекращала контакт не горящей и горящей частей фонтана на время работы АГПП и обеспечивала надежное тушение пожара. При этом средний секундный расход ГПОВ составлял 1.4 кг/с, а время работы АГПП пожаротушения при точном наведении составляло 8 с.
3
3
3
3
Механизм тушения горящих фонтанов основан на введении в струю фонтана огнетушащих средств и измеряется количеством этих средств, подаваемых в единицу времени на единицу дебита фонтанирующей скважины. В практических условиях интенсивность подачи определяли удельным расходом огнетушащего средства в кг/с на 1 млн. м/сут газа или 1000 м/сут нефти. Эквивалентный коэффициент пересчета расхода нефти на газ принимается 1 м нефти=1000 м газа. Величина удельных расходов зависит от вида огнетушащего средства, способа подачи и условий смешения его с веществом фонтана. Общий расход огнетушащих средств, потребный для тушения фонтана, определяли как произведение удельного расхода на дебит фонтанирующей скважины.
т
где G - расход огнетушащих средств, кг/с;
т
3
3
q - удельный расход огнетушащих средств, кг/с на 1 млн. м/сут газа или 1000 м/ сут нефти;
ф
3
3
Q - дебит фонтанирующей скважины, млн. м/сут газа или 1000 м/сут нефти.
3
3
3
т
Таким образом, для тушения фонтана с дебетом 1000 м/сут нефти понадобилось 8.1 кг/с ГПОВ. Следовательно удельный расход ГПОВ на 1 млн. м/сут газа или 1000 м/сут нефти q=8.1 кг/с. Зная эту величину возможно рассчитать по формуле (1) расход ГПОВ для тушения нефтегазового фонтана заданной мощности.
Оптимальное расстояние от оси фонтана, с которого должна быть подана струя ГПОВ для осуществления эффективного тушения фонтана, определяли следующим образом.
0
Эффективная дальность струи ГПОВ L пропорциональна диаметру отверстия сопла d, из которого происходит истечение ГПОВ при постоянном удельном массовом расходе ГПОВ через единицу площади сопла G.
В этом случае:
откуда
соответственно из соотношений (1), (2) и (3) следует, что:
3
При проведении эксперимента с модельным фонтаном расстояние от оси фонтана до насадка, из которого происходило истечение ГПОВ составляло 1 м, согласно (4) расстояние эффективного тушения для фонтана с дебетом 1000 м/сут нефти:
1000
1/2
L=1*(1000/173)=2.4 м
Соответственно для вертикального компактного фонтана произвольной мощности эффективное расстояние от насадка до оси фонтана будет определяться по формуле:
Полученные значения расстояний от насадка до оси фонтана являются безопасными для персонала, поскольку насадок подводится к устью фонтана на АГПП с соответствующей теплозащитой. Для наиболее лучшего результата насадок должен быть установлен на подвижном лафетном стволе 8 с дистанционным управлением и инфракрасным прицелом (инфракрасная видеокамера), а все это устройство должно быть оснащено теплозащитой.
При проектировании крепления лафетного ствола и конструкции платформы 2, на которой он подвижно фиксируется учитывалось также действие реактивной силы, возникающей при истечении ГПОВ из насадка.
где ν=80 м/с-100 м/с - линейная скорость истечения ГПОВ из насадка.
3
Таким образом, конструктивные особенности устройства для тушения пожара нефтегазовых фонтанов с батареей с газопорошковым огнетушащим веществом и устройством подачи газопорошкового огнетушащего вещества, которое включает управляемый, поворотный в горизонтальной и вертикальной плоскостях лафетный ствол и средство видеонаблюдения, позволяют эффективно тушить фонтаны дебитом около 1 млн м/сут.и более по газу.
Дополнительно особенности конструкции устройства, обусловленные наличием системы орошения, обеспечивают надежную защиту личного состава и оборудования АГПП при тушении нефтегазовых фонтанов.