СПОСОБ ПОДСЛОЙНОГО ТУШЕНИЯ ПОЖАРОВ НЕФТИ И НЕФТЕПРОДУКТОВ В РЕЗЕРВУАРАХ
METHOD OF SUBSURFACE FIRE EXTINGUISHING OF OIL AND OIL PRODUCTS IN RESERVOIRS

Изобретение относится к области противопожарной техники, в частности к способу тушения пожаров и противопожарной защиты объектов при пожаре, и направлено на повышение эффективности тушения пожара.
Известны способы подслойного тушения пожаров в резервуарах. Так, способ подслойного пожаротушения в резервуаре [1] предусматривает подачу пены в основание резервуара, но чтобы избежать контакта пены с нефтепродуктом пену подают через эластичный мешок, который периодически отрывается от насадка и всплывает вверх над поверхностью горящей жидкости. Недостаток этого способа связан с тем, что из-за утраты эластичности мешки разрываются и не всплывают на поверхность, а пена смешивается с нефтепродуктом и утрачивает огнетушащую эффективность.
Другой способ [2] предусматривает подачу в нижнюю часть резервуара жидкого хладагента совместно с нефтепродуктом через установленные на дне резервуара форсунки.
Заполнение резервуара нефтепродуктом или нефтью по трубопроводу осуществляют одновременно с подачей жидкого хладагента, например диоксида углерода, или азота, или смеси инертных газов.
Существенным недостатком этого способа является низкая огнетушащая эффективность резервуаров диаметром более 3 м. Тушение достигается, если диаметр резервуара не превышает 3 м. Для больших резервуаров увеличение интенсивности подачи нейтрального газа выносит в зону горения горючее в виде дисперсии, поэтому пламя поднимается выше над резервуаром, но пожар не тушится.
В качестве прототипа к предлагаемому нами способу принят способ [3], при котором в резервуар подают раздельно раствор пенообразователя и воздух, причем раствор распыляют на струи воздуха, которые формируются в насадках.
Одновременно с подачей нейтрального газа через слой жидкости на зеркало жидкости подается распыленный пенообразующий раствор. По мнению авторов, всплывающие пузыри барботирующего газа, проходя через слой пенообразующего раствора, окружаются двойным адсорбционным слоем, образуя гидромеханическую ячеисто-пленочную пену высокой кратности. Получающаяся пена обладает высокой устойчивостью вследствие того, что стекающая в межпузырьковых пленках жидкость подхватывается всплывающими пузырьками газа, обеспечивая непрерывную возобновляемость пены, образующаяся пена обладает высокой однородностью геометрических характеристик, обусловленной стабильностью размеров пузырей.
Следовательно, в этом способе-устройстве основным огнетушащим средством является пена, которая получена барботированием воздуха через слой углеводорода.
Существенным недостатком этого способа является низкая огнетушащая эффективность тушения пожара, что связано с низкой скоростью образования пены. Увеличить интенсивность пенообразования возможно, но при увеличении расхода инертного газа происходит диспергирование углеводорода и вынос горючего над уровнем резервуара. В результате эффективность предложенного способа-прототипа ограничивается тушением пожаров в резервуарах малого диаметра, не более 3 м.
Для повышения огнетушащей эффективности, что определяется временем тушения пламени, нами предлагается способ с двойным образованием пены. Первая стадия - образование пены в емкости на дне резервуара и вторая - пенообразование после подъема пены, при воздействии теплового потока от факела пламени и при соприкосновении с разогретой металлической стенкой резервуара.
Способ тушения пожаров нефти и нефтепродуктов в резервуарах осуществляется путем подачи в основание резервуара огнетушащего вещества, где в качестве огнетушащего вещества, которое подают в основание резервуара, применяется водный раствор уксусной кислоты и кислой соли многовалентного металла, при этом раствор подается в емкость внутри резервуара, под слоем горючей жидкости, которая содержит водный раствор газообразующих веществ, которые при смешении с кислым водным раствором выделяет, во всем объеме, высокодисперсный газ, включая двуокись углерода и азот, которые, проходя через водный раствор, образуют пену низкой кратности. Пена всплывает на горящую поверхность нефтепродукта, вынося в пенных пленках компоненты, которые выделяют азот под действием теплового потока от факела пламени и в местах соприкосновения пены с нагретой поверхностью металлической стенки резервуара. Тушение пожара происходит путем покрытия всей поверхности горения за счет вторичного эффекта вспенивания.
Для обеспечения двухстадийного процесса образования пены: выделения углекислого газа в основании резервуара, а затем азота и аммиака на поверхности горящего нефтепродукта состав водного раствора внутри емкости содержит следующие компоненты:
диаммоний фосфат, % масс.
3-20
нитрит натрия, % масс.
5-20
бикарбонат натрия, % масс.
8,0-25
частично фторированный стабилизатор амфолитной
природы, % масс.
0,1-5,0
углеводородные ПАВ: алкилсульфаты натрия с длиной
углеродной цепи 8-12, и/или алкилсульфонаты натрия
C<sub>8</sub>-C<sub>16</sub>, % масс.
0,5-8,0
- вода, % масс.
остальное до 100
а состав кислого водного раствора содержит:
уксусная кислота, % масс.
3-20
хлорид аммония, % масс.
5-20
нитрат аммония, % масс.
5-20
сульфат алюминия или сульфат железа, % масс.
5-15
вода, % масс.
остальное до 100
8
16
В качестве фторированных стабилизаторов используются амфолитные, частично фторированные соединения, в которых на шесть фторированных атомов углерода приходится два углеводородных, карбокси бетаины с торговыми марками CAPSTONE 1157, CAPSTONE 1183 и CEMGARD в смеси с алкилсульфатами натрия, с длиной углеродной цепи 8-12, и алкилсульфонаты натрия C-C, при этом содержание углеводородных ПАВ по отношению фторированным ПАВ составляет от 0,1 до 10% масс., а содержание бикарбоната натрия в щелочном растворе соответствует пересыщенной концентрации, при которой часть бикарбоната натрия содержится в виде порошка-осадка на дне, или в виде взвеси в массе водного раствора.
С целью упрощения системы пожаротушения водные растворы кислой и щелочной природы могут подаваться в емкость внутри резервуара одновременно или последовательно, или смешиваться в линии трубопроводов до попадания в нефтепродукт.
Обоснование концентрационных пределов компонентов предлагаемого состава.
Обоснование концентрационных пределов компонентов проводили измерением скорости, объема и устойчивости пены.
Нижние пределы по компонентам:
Уксусная кислота, % масс.
3
Сульфат алюминия, % масс.
5
Сульфат железа, % масс.
5
- ограничены из-за пониженной кратности образующейся на первом этапе пены, которая не должна быть ниже 4,0.
Верхние пределы компонентов
Уксусная кислота, % масс
20
Хлорид аммония, % масс.
20
Сульфат алюминия, % масс.
20
Сульфат железа, % масс.
20
- ограничены растворимостью солей в воде при комнатной температуре.
Нижний предел содержания частично фторированных стабилизаторов амфолитной природы, карбокси бетаины, % масс.
0,1
- ограничен снижением устойчивости пены, а верхний - 5,0% масс. растворимостью в концентрированном солевом растворе.
Содержание углеводородных ПАВ определялось по величине коэффициента растекания водного раствора пены по гептану и величине межфазного поверхностного натяжения. При концентрации по отношению к фторированным ПАВ более чем 1:10 межфазное натяжение снижается ниже 2,5 мН/м, что снижает огнетушащую эффективность, а при концентрации менее 0,1:10 коэффициент растекания становится отрицательным, что резко снижает огнетушащую эффективность пены.
Содержание компонентов, обусловливающих вторичное вспенивание при высокой температуре:
Диаммоний фосфат, % масс.
20
Нитрит натрия, % масс.
20
Определяется величиной вторичного вспенивания при температуре 50°С.
Нижний предел:
Хлорид аммония, % масс.
5
Нитрит натрия, % масс.
5
- ограничен из-за низкой кратности, которая оказалась ниже 4,0, а верхний предел - растворимостью в сильно солевом водном растворе.
Примеры оптимальных составов предложенного способа:
Пример 1.
Уксусная кислота, % масс.
10
Сульфат алюминия, % масс.
10
Хлорид аммония, % масс.
5
Нитрит натрия, % масс.
5
Диаммоний фосфат, % масс.
5
Бикарбонат натрия, % масс.
15
«CAPSTONE 1183»
0,5
Пример 2.
Уксусная кислота, % масс.
15
Сульфат железа, % масс.
5
Нитрат аммония, % масс.
5
Нитрит натрия, % масс.
5
Диаммоний фосфат, % масс.
10
Бикарбонат натрия, % масс.
15
«CEMGARD»
0,5
Пример 3
Уксусная кислота, % масс.
15
Сульфат алюминия, % масс.
10
Нитрит натрия, % масс.
5
Диаммоний фосфат, % масс.
15
Бикарбонат натрия, % масс.
15
«CAPSTONE 1157»
0,5
Испытания огнетушащей эффективности способов тушении пламени проводили по методике, предусмотренной ГОСТ Р 53280.2-2010 «Установки пожаротушения автоматические. Огнетушащие вещества. Часть 2. Пенообразователи для подслойного тушения пожаров нефти и нефтепродуктов в резервурах. Общие технические требования и методы испытаний».
Испытаны три состава, отличающиеся типом использованного фторированного стабилизатора. Результаты испытаний предлагаемого способа, оптимального состава растворов и способа-прототипа представлены в табл. 1.
Как следует из результатов испытаний, предложенный нами способ более чем в 4 раза эффективнее состава по способу-прототипу.
Предложенный нами способ отличается существенной новизной и существенной эффективностью в сравнении с прототипом.