СПОСОБ ТУШЕНИЯ ПОЖАРА НЕФТИ И НЕФТЕПРОДУКТОВ В РЕЗЕРВУАРАХ С ПОНТОНОМ ИЛИ ПЛАВАЮЩЕЙ КРЫШЕЙ, ПОДАЧЕЙ ПЕНЫ В ОСНОВАНИЕ РЕЗЕРВУАРА
METHOD FOR FIRE EXTINGUISHING OF OIL AND OIL PRODUCTS IN RESERVOIRS WITH PONTOON OR FLOATING COVER, BY SUPPLYING FOAM IN BASE OF RESERVOIR

Предлагаемое изобретение относится к области тушения пожаров нефти и нефтепродуктов в резервуарах, а также может использоваться для предотвращения образования гомотермического слоя нефти при длительном пожаре, который ведет к выбросу нефти из резервуара.
Известны способы тушения пожаров нефти и нефтепродуктов в резервуарах подачей пены средней кратности (Способ тушения горючих жидкостей воздушно-механической пеной (Патент SU 1430033)) навесными струями сверху и (Способ тушения горючих жидкостей, не растворимых в воде [1] (Патент SU 1223926)) подачей пены низкой кратности в основание резервуара [2]. Способы тушения резервуаров с нефтью и нефтепродуктами подачей пены на горящую поверхность и под слой нефтепродукта подробно рассмотрены в нормативном документе: «Руководство по тушению нефти и нефтепродуктов в резервуарах и резервуарных парках» п. 2.4. Особенности тушения пожаров в резервуарах подслойным способом [5].
Особое внимание к способу тушения пожара методом подачи пены в основание резервуара связано с низкой надежностью систем подачи пены сверху от генераторов пены, установленных на верхнем срезе стенок резервуара, поскольку при взрыве паровоздушной смеси в резервуаре происходит нарушение целостности навесных конструкций и пена не попадает в резервуар.
Известны способы тушения пожара в резервуаре подачей пены в основание резервуара (способ подслойного пожаротушения в резервуаре (патент на изобретение № 2299084)), где пену предварительно помещают в герметичные эластичные мешки, которые периодически всплывают на поверхность и разрываются под действием пламени горящей жидкости [3].
Известен также способ (изобретение № 1533047) тушения горючих жидкостей, хранящихся в резервуаре, который позволяет повысить долговечность огнетушащего состава, размещенного в термоплавких поплавках, путем использования контейнеров, выполненных из эластичного термоплавкого материала, заполняемых указанными выше поплавками, с размещением контейнеров под слоем огнеопасной жидкости, хранящейся в резервуаре, и удерживанием их под жидкостью при помощи термоплавких тросиков [4].
Известен способ (Способ тушения горючих жидкостей в резервуаре и устройство для его осуществления (Патент SU 1597201)) тушения пожара в резервуаре, где пена подается из вертикальных стояков веерными струями. С целью повышения эффективности тушения и экономии расхода огнетушащего вещества путем позонного вращения. Пожаротушащее вещество подают на поверхность очага пожара через установку форсунок, которые располагаются не менее чем на 3 уровнях на неподвижной центральной трубе и обеспечивают позонное орошение горящей поверхности, причем на втором уровне расположены с разным углом распыла струи огнетушащей жидкости. Существующие системы тушения пожаров подачей пены в основание резервуара надежно защищают резервуары без понтонов и плавающей крыши. В таких резервуарах нет препятствий для выхода пены на горящую поверхность, при этом пена способна потушить пламя в закрытых сверху участках, образовавшихся, например, в результате обрушения стационарной крыши.
Существенным недостатком существующих способов - устройств для тушения пожаров подачей пены в основание резервуара является низкая ее эффективность при тушении пожаров в резервуарах с понтонами и плавающей крышей. При частичном затоплении понтона пена, которая подается снизу, скапливается в одной половине резервуара и не растекается на другую, открытую сверху. Если навесные генераторы пены сорваны взрывом паровоздушной смеси, то потушить такой пожар практически невозможно. В этом случае потребуется большой перерасход пенообразователя.
В качестве прототипа принято существующее устройство для тушения пожара нефти и нефтепродуктов [6]. Устройство включает в себя систему подачи пены в основание резервуара и системы пенных насадок, распределенных по всему основанию резервуара, и плавающей крышей или понтоном, на поверхности которых смонтировано загородительное кольцо на расстоянии 2-3 м от края. Существенным недостатком устройства-прототипа является низкая эффективность системы тушения пожара.
Для преодоления этого недостатка в предлагаемом способе пена подается через устройство, которое состоит из системы пенного насадка, расположенного в центре основания резервуара, и понтона или плавающей крыши, в конструкции которых предусмотрены сквозные проемы по центру понтона, если диаметр резервуара меньше 25 м, и пять проемов, один из которых расположен в центре, а другие четыре равномерно, под углом 90 градусов, на расстоянии не более 3 м от стенки резервуара, если диаметр резервуара больше 25 м.
Для реализации предложенного способа необходимо использовать пенообразователи, рабочие растворы которых должны иметь поверхностное натяжение ниже, чем у нефтепродукта, но не выше 20,0 мН/м, а межфазное не более 3,0 мН/м.
Испытания предложенного способа проводили по методике, описанной в ГОСТ Р 53280.2-2010 «Установки пожаротушения автоматические. Огнетушащие вещества. Часть 2. Пенообразователи для подслойного тушения пожаров нефти и нефтепродуктов в резервуарах. Общие технические требования и методы испытаний» [7].
Обоснование размера сквозных проемов и их количество определяли на модели полузатопленного понтона. Фрагменты процесса тушения пламени гептана с полузатонувшим понтоном, в котором, в соответствии с предлагаемым изобретением, в центре расположен сквозной проем, приведены на рис. 3-9.
На рис. 3 изображен фрагмент модели понтона с небольшим центральным сквозным проемом, который наполовину погружен в гептан.
На рис. 4 изображен фрагмент модели понтона с большим центральным сквозным проемом, который полностью погружен в гептан.
На рис. 5 изображен фрагмент огневых испытаний процесса тушения пеной модельного резервуара с небольшим сквозным отверстием в центре понтона.
На рис. 6 изображен фрагмент процесса тушения модельного резервуара с понтоном, который имеет сквозной проем в центре понтона. Иллюстрация процесса перетекания пены через сквозной проем.
На рис. 7 изображен фрагмент процесса тушения модельного резервуара с понтоном, который имеет сквозной проем в центре понтона. Иллюстрация фрагмента заключительной стадии растекания пены и тушения пламени гептана.
На рис. 8 изображен фрагмент завершения процесса тушения модельного резервуара с понтоном, который погружен в гептан, так, что на поверхности осталась только третья часть понтона, который имеет сквозной проем в центре понтона.
На рис. 9 изображен фрагмент процесса тушения модельного резервуара с понтоном, который имеет сквозной проем в центре понтона. Процесс тушения пламени пеной, подаваемой из одного центрального пенного насадка, завершен.
На рис. 2 показано, что при частичном погружении сплошного понтона пена, которая подается от основания резервуара, собирается на одной стороне. Несмотря на создание большого слоя пена из-за высокой вязкости и сдвигового напряжения накапливается только с одной открытой снизу стороны резервуара. В этом случае время тушения пламени нефтепродукта становится очень большим и потушить пламя становится практически невозможно.
Модельные эксперименты по тушению пламени гептана проводили с понтонами различной конфигурации и размерами сквозных отверстий.
Для тушения используется пена низкой кратности, полученная из растворов пенообразователей, поверхностное натяжение которых не выше, чем у нефтепродукта, но не ниже 20,0 мН/м, а межфазное натяжение на границе с гептаном не менее 3 мН/м.
Время тушения пламени складывалось из периода накопления пены на открытой снизу поверхности углеводорода и времени перетекания пены через открытый проем.
При полном погружении проема в гептан пена, благодаря центральному расположению пенного насадка, в основании резервуара, всплывая, сразу перетекает на закрытую снизу сторону поверхности гептана и покрывает горящую поверхность гептана.
На основе модельных исследований процесса тушения пламени в резервуарах с понтонами с различным объемом и конфигурацией выяснили, что минимальная суммарная площадь сквозных проемов должна быть не менее 0,01 от площади резервуара, при этом форма проемов может быть произвольной. Для резервуаров диаметром более 25 м отношение площади резервуара к суммарной площади пяти проемов должно быть не менее 0,05, при этом сквозные проемы закрывают легко сбрасываемыми крышками, которые должны открывать поверхность проема при наклоне поверхности понтона на угол от 5 градусов.
Чем больше размер сквозного проема, тем меньше время тушения. С целью снижения времени тушения пожара при частичном или полном затоплении понтона, понтон или плавающая крыша имеют сквозные проемы, через которые, при частичном или полном затоплении понтона, пена поступает из пенного насадка, расположенного в центре основания резервуара, растекается на вторую половину закрытой снизу горящей поверхности нефтепродукта, при этом, если диаметр резервуара менее 40 м, диаметр проемов должен быть не менее 3,0 м, причем один в центре понтона, а четыре под углом 90 градусов, а при диаметре резервуара более 40 м, такие же проемы в количестве не менее шести, диаметром не менее 3,0 м должны располагаться равномерно, на расстоянии не более 5 м от края понтона или плавающей крыши, при этом пену подают через один насадок, расположенный в центре основания резервуара через трубопровод, диаметр которого равен или больше диаметра пенопровода.
Схема предлагаемого способа и устройство с максимальным наклоном в резервуаре РВСП-20000 представлена на рис. 1. Пена подается в основание резервуара в центр, непосредственно над металлическим дном резервуара
С целью предотвращения влияния отложений при длительном хранении нефтепродукта и снижения гидравлического сопротивления на линии подачи пены весь поток пены подается через один насадок, расположенный в центре основания резервуара, диаметр которого не менее диаметра пенопровода.
При использовании пены, полученной из растворов пенообразователей, которые имели поверхностное натяжение выше 20,0 мН/м, а межфазное натяжение ниже 3 мН/м, время тушения резко возрастало, что ведет к ненадежности их применения.
Испытывали устройства с различным диаметром сквозных проемов и различным их количеств. Определяли время тушения пламени гептана при различной степени затопления понтона:
- сквозной проем, расположенный по центру, оказывался сверху слоя гептана;
- сквозной проем, расположенный по центру, оказывался на половину в слое гептана;
- сквозной проем, расположенный по центру, оказывался полностью под слоем гептана.
Кроме этого определяли время тушения пламени при различном размере сквозных проемов.
Схема расположения сквозных проемов в понтоне и плавающей крыше представлена на рис. 1.
Фотографии моделей понтонов с одним проемом, на которых проводили огневые испытания, представлены в различных ситуациях, когда понтоны затонули частичное различной степенью погружения сквозного проема в гептан.
Испытания проводили на стендовой установке, конструкция которой описана в ГОСТ на пенообразователи для тушения пожаров нефтепродуктов в резервуарах. Результаты сравнительных испытаний огнетушащей эффективности предложенной конструкции и устройства по прототипу представлены в табл. 1.
Мерой огнетушащей эффективности является время тушения пламени при одинаковой интенсивности подачи пены.
Судя по результатам огневых испытаний тушения пламени гептана в модельном резервуаре, предложенный способ тушения резервуаров с понтоном и плавающей крышей позволяет тушить пожар подачей пены под слой горючего из пенного насадка, расположенного в центре основания резервуара. Эффективность предложенного способа более чем в два раза выше существующего способа тушения пожара системой подслойного тушения пожара в резервуаре с понтоном, принятого за прототип.
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ
1. Патент SU 1430033. Способ тушения горючих жидкостей воздушно-механической пеной.
2. Патент SU 1223926. Способ тушения горючих жидкостей, не растворимых в воде.
3. Изобретение №2299084. Способ подслойного пожаротушения в резервуаре.
4. Изобретение №1533047. Способ тушения горючих жидкостей, хранящихся в резервуаре.
5. Патент SU 1597201. Способ тушения горючих жидкостей в резервуаре и устройство для его осуществления.
6. Руководство по тушению нефти и нефтепродуктов в резервуарах и резервуарных парках. Москва 2002.
7. ГОСТ Р 53280.2-2010 «Установки пожаротушения автоматические. Огнетушащие вещества. Часть 2. Пенообразователи для подслойного тушения пожаров нефти и нефтепродуктов в резервуарах. Общие технические требования и методы испытаний».