УСТАНОВКА ТУШЕНИЯ ПОЖАРОВ В ВЕРТИКАЛЬНЫХ СТАЛЬНЫХ РЕЗЕРВУАРАХ И ИХ ОБВАЛОВАНИЯХ С УСТРОЙСТВОМ ДЛЯ ПРЕДОТВРАЩЕНИЯ ВЗРЫВА ПРИ НАГРЕВЕ НЕФТЕПРОДУКТА

3
Полезная модель относится к средствам тушения нефтепродуктов, и может быть применена в нефтяной промышленности для тушения пожаров нефтепродуктов в вертикальных стальных резервуарах (РВС) большой вместимости объемом от 5000 до 50000 м.
Полезная модель наиболее применима при тушении пожаров нефтепродуктов на нефтебазах и складах горючего.
Известен вертикальный цилиндрический стальной резервуар для нефтепродуктов [1]. Данный резервуар имеет днище, стенку и стационарную крышу. Для приема и выдачи нефтепродуктов у резервуаров данного типа имеются приемо-раздаточные патрубки. С внешней стороны к ним присоединяются задвижки. С целью обеспечения «малых» и «больших» дыханий резервуара имеется дыхательный клапан. На крыше резервуара устанавливается замерной люк, который служит для  замера уровня и отбора проб нефтепродуктов  и прибор для обнаружения пожара (температурный датчик).
3
3
С целью предохранения резервуара от вспышки или взрыва при наличии огня под дыхательным клапаном устанавливается огневой предохранитель. Также на резервуаре имеются приборы контроля и сигнализации (уровнемеры, пробоотборники, сигнализаторы уровня) и другое оборудование (люк-лаз, вентиляционные патрубки, предохранительные клапаны). В соответствии с требованиями наземные резервуары для хранения нефти и нефтепродуктов объемом 5000 м и более оборудуются системами автоматического пожаротушения. На складах третьей категории при наличии не более двух наземных резервуаров объемом 5000 мдопускается тушение этих резервуаров передвижной пожарной техникой при условии оборудования резервуаров стационарно установленными генераторами пены (пенокамерами, пенными насадками) и специальными трубопроводами, выведенными за обвалование [2]. Тушение пожаров в резервуарах может производиться двумя способами:
1. Подача пены средней кратности сверху резервуара на слой горящего нефтепродукта.
2. Подача пены низкой кратности под слой нефтепродукта.
Также пожар может возникнуть 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 кратности сверху резервуара на слой нефтепродукта в большинстве случаев не обеспечивают тушение пожаров в начальной стадии из-за повреждения узлов ввода пены от первичного взрыва.
3
3
Также известен вертикальный стальной резервуар для нефти и нефтепродуктов объемом 5000 м, оборудованный установкой подслойного тушения [3]. 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 [4].
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 пеногенератор  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 нефти (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  [5].
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 газового пожаротушения в РВС с применением в качестве огнетушащего вещества жидкого диоксида углерода [6].
Установка включает кольцевой трубопровод с шестнадцатью пенными насадками для выпуска диоксида углерода. Причем восемь  пенных насадок выведены внутрь резервуара, а восемь направлены вдоль внешней стороны резервуара вниз, в обвалование. Кольцевой трубопровод  монтируется в верхнем поясе резервуара и соединяется с магистральным трубопроводом и с изотермическим модулем для жидкого диоксида углерода.
Установка работает следующим образом. Диоксид углерода из изотермического модуля по магистральному трубопроводу и кольцевому трубопроводу через пенные насадки одновременно поступает внутрь резервуара и в обвалование. В результате поступления диоксида углерода горение в резервуаре прекращается, а в  обваловании пожар прекращается не во всех случаях. Необходимо отметить, что эффективность тушения в обваловании за счет подачи газа с верхнего пояса резервуара и за счет улетучивания газа в открытом пространстве невелика.
Недостатками установки  газового пожаротушения в РВС с применением в качестве огнетушащего вещества диоксида углерода  являются:
1. Сложность и дороговизна хранения и применения диоксида углерода.
2. Низкая эффективность тушения в открытых пространствах, в частности в обваловании.
3. Невозможность подачи установкой диоксида углерода отдельно в резервуар и отдельно в обвалование.
4. Отсутствие клапана повышенной производительности выброса паровоздушной смеси при нагреве нефти и нефтепродукта в резервуаре от пожара в обваловании или в соседнем РВС.
Наиболее близким по технической сущности предлагаемой полезной модели является установка подслойного тушения нефтепродуктов с плавающей тарелкой, перемещающейся вертикально по опорной трубе [7].
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 горюче-смазочного материала 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.
Предлагаемая полезная модель позволяет решить задачу повышения эффективности тушения пожаров внутри вертикальных стальных резервуарах большой вместимости, а также в обваловании вокруг данных резервуаров.
Решение указанной задачи достигается тем, что резервуар оборудуется дополнительным  дыхательным клапаном повышенной производительности, кольцевым внутренним пенопроводом с верхними пенными насадками, кольцевым внешним пенопроводом с нижними пенными насадками, внутренним пенопроводом жестко связанным металлическим гибким рукавом с трубопроводом разводки, закрепленной на плавающей тарелке, с обратным клапаном и пенными насадками, при этом участки пенопроводов оснащаются отдельными электромагнитными клапанами, позволяющими производить как одновременное тушение с подачей пены снизу и сверху резервуара и в обвалование, так тушение с раздельной подачей пены в обвалование, снизу резервуара и сверху резервуара.
Данные признаки являются существенными для решения задачи  полезной модели, так как повышается эффективность тушения нефтепродуктов в РВС большой вместимости, а также в обваловании,  снижается 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 в исходном и рабочем положении, а также вид сверху резервуара.
На фиг.1, 2 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, пенопровод 11, оборудованный задвижками 4, обратным клапаном 12, электромагнитным клапаном 13, с устройством ручного открытия и закрытия 14, линией связи 15 и пусковым устройством 16, а также  пеногенератором 17.
Пенопровод жестко связывается металлическим гибким рукавом 18 с трубопроводом 19 разводки 20 с обратным клапаном 12 и пенными насадками 21. Разводка соединена с плавающей тарелкой 22, которая  насаживается на  опорную стационарную трубу 23, 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 24 по трубе за счет изменения уровня горючего в резервуаре.
С целью упрочения конструкции резервуара опорная труба жестко связывается фермами 25 с боковыми стенками резервуара.
К пенопроводу 11 подсоединяются участки пенопроводов 26, 27. Участок пенопровода 26 жестко связан с кольцевым внутренним пенопроводом 28 с верхними пенными насадками 21. Данный участок пенопровода 26 оборудуется электромагнитным клапаном 13. Участок пенопровода 27 связан с кольцевым внешним пенопроводом 29 с нижними  пенными насадками 21. 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 30.
Полезная модель работает следующим образом. Через приемный патрубок 2, трубопровод 3 и соответствующую задвижку 4 нефтепродукт поступает в резервуар. В резервуаре образуется слой  нефтепродукта 24. При возгорании горючего раствор пенообразователя  с помощью стационарного источника, или подвижной автоцистерны подается в резервуар. При этом открываются задвижки 4, обратный клапан 12, электромагнитный клапан 13 пенопровода 11. Раствор пенообразователя проходит пеногенератор 17 и поступает в металлический гибкий рукав 18, трубопровод 19  и разводку 20. После этого открывается обратный клапан 12 и пенная струя через пенные насадки 21 поступает в верхний слой нефтепродукта 24. Затем за счет меньший плотности пенная струя выходит на поверхность горюче-смазочного материала и образует слой пены 31 выше уровня горящего нефтепродукта.
Одновременно через участок пенопровода 26, электромагнитный клапан пена подается в кольцевой внутренний пенопровод 28 и через верхние пенные насадки поступает в резервуар.
В результате образования слоя пены и прекращения доступа кислорода воздуха пожар прекращается.
Также одновременно через участок пенопровода 27, электромагнитный клапан пена подается в кольцевой внешний пенопровод 29 и через нижние пенные насадки 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 16.
При возникновении пожара в обваловании 10 или в соседнем РВС и нагреве горючего в резервуаре давление паровоздушной смеси 32 будет значительно повышаться. При этом паровоздушная смесь будет выходить через дыхательный клапан 5 и дыхательный клапан повышенной производительности 30, тем самым, предотвращая взрыв нагретого нефтепродукта в резервуаре и разрушение РВС.
При пожаре в обваловании оператор может открыть только электромагнитный клапан участка трубопровода 27, связанного с внешним пенопроводом 29.
Необходимо отметить, что предложенная полезная модель является надежной 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 теплового потока  горящего соседнего резервуара.
Литература
1. Зайченко В.Н. Эксплуатация военных складов и баз горючего. М.: ЦНИИТЭнефтехим, 2004 -    420 с.
2. Руководство по тушению нефти и нефтепродуктов в резервуарах и резервуарных парках. - М. ГУГПС , 1999.
3. Шароварников А.Ф., Молчанов В.П., Воевода С.С., Шароварников
C. А. «Тушение пожаров нефти и нефтепродуктов»: второе издание, Пожарная наука 2007  - 379 c.
4. Матвеев Ю.А., Бабич Н.А., Вашарин И.А., Сергеева А.И., Борисова М.А. Патент на полезную модель № 84544. Установка подслойного тушения нефти и нефтепродуктов в резервуарах, содержащих воду. М.: ФИПС. 10.07. 2009 г.
5. Матвеев Ю.А., Аноприенко С.М., Сергеева А.И.,  Бабич Н.А. Патент на полезную модель № 99716. Установка подслойного тушения для  нефти и высоковязких нефтепродуктов. М.: ФИПС. 27.11. 2010 г.
6. Меркулов В.А., Кузьменко К.П., Кирсанов А.И. «Тушение диоксидом углерода пожаров в вертикальных стальных резервуарах с нефтью и нефтепродуктами». Научно-технический журнал. ПОЖАРОВЗРЫВОБЕЗОПАСНОСТЬ. Издательство Пожнаука. 2013, №3.
7. Матвеев Ю.А., Бутузов А.А., Мулгачев А.Ю. Патент на полезную модель № 120696 от 27.09.2012 г. Установка подслойного тушения  нефтепродуктов с плавающей тарелкой, перемещающейся вертикально по опорной трубе.