СПОСОБ СНИЖЕНИЯ ВРЕМЕНИ ТУШЕНИЯ ПОЖАРА НЕФТИ И НЕФТЕПРОДУКТОВ ПУТЕМ ПРЕДОТВРАЩЕНИЯ НАГРЕВАНИЯ РЕЗЕРВУАРА ОТ ФАКЕЛА ПЛАМЕНИ
METHOD OF REDUCING TIME OF FIRE EXTINGUISHING OF OIL AND OIL PRODUCTS BY PREVENTING HEATING OF RESERVOIR FROM FLAME JET

Изобретение относится к области тушения пожаров нефти и нефтепродуктов в резервуарах, а также может использоваться для защиты резервуаров с сжиженными газами и низкомолекулярными спиртами.
При пожаре нефтепродуктов в металлических резервуарах наиболее опасная ситуация складывается с нагревом верхнего пояса резервуара, что может привести к его разрушению и аварийному проливу горючей жидкости.
В патенте US 5314027 A: «Fire suppression system» 1993 [1] описано как предотвращается перегрев верхнего пояса резервуара путем орошения поверхности крыши и стенок резервуара водой грубого распыла. Вода подается по трубопроводам к распылителям, расположенным выше стенок резервуара.
Недостатком этой системы является высокий расход воды, поскольку основная масса воды отскакивает от поверхности стенки и бесполезно падает на землю, поэтому при пожаре, для предотвращения нагревания верхнего слоя металлической стенки, подают струи воды от переносных гидромониторов или стандартных стволов высокого давления. Эта процедура подвергает опасности пожарных, которые вынуждены подходить непосредственно к резервуару в теплозащитной одежде.
Другим методом является способ, описанный в патенте US 7004232 B1: «Oil cooling oil tank» 2006 [2], где охлаждение резервуара с нефтью производят применением охлаждающих батарей, которые расположены непосредственно около стенок резервуара. Этот способ не эффективен для охлаждения верхнего слоя металлического резервуара. Ближайшим способом к предлагаемому нами является способ, описанный в патенте: PATENTUS 20130228346: 2013-09-05 Oil-cooled oil tank Fire extinguishers processes of preventing fire [3]. В этом патенте струи воды подаются из трубопровода изнутри резервуара, что позволяет полнее использовать охлаждающий эффект воды как при воздействии на стенку резервуара, так и при непосредственном смешении с нефтепродуктом. Недостатком этого способа является невозможность его применения для охлаждения резервуаров с нефтепродуктами, которые, для повышения октанового числа, содержат спирты или кетоны. При контакте с водой, которая поступает внутрь резервуара распыленными струями, эти составы утрачивают однородность и расслаиваются при контакте с водой, которая поступает внутрь резервуара распыленными струями, что делает их непригодными к дальнейшему использованию.
В существующих отечественных нормах «Регламент по эксплуатации автоматических установок пенного пожаротушения на объектах ОАО МН ОАО «АК «ТРАНСНЕФТЬ» [4] охлаждение резервуара при пожаре происходит из кольцевого трубопровода, расположенного снаружи резервуара, из отверстий направленными струями на поверхность металлической стенки. В качестве прототипа предлагаемого способа используется способ, описанный в нормативных документах по тушению пожаров нефти и нефтепродуктов в резервуарах [5], где охлаждение стенок резервуара осуществляется из трубопровода, который расположен на верхнем уровне стенок резервуара.
Недостатком способа, принятого за прототип, являются большие потери воды, подаваемой на охлаждение, поскольку вода плохо смачивает поверхность металла, поверхность которого покрыта тонким слоем нефтепродукта, конденсирующегося в течение длительного времени на поверхность металла из окружающей среды, из-за утечек пара нефтепродукта в процессе технологических операций по заполнению резервуара. Низкое использование воды приводит к необходимости повышения расхода воды на орошение стенок резервуара, что и не позволяет предотвратить поток тепла от факела пламени к нефтепродукту в резервуаре. Перечисленные недостатки существующей системы орошения водой приводят к увеличению времени тушения пламени из-за прогрева нефти и нефтепродукта в резервуаре.
В предлагаемом способе предусматривается охлаждение стенок резервуара пористой системой, которая обеспечивает непрерывный контакт водного раствора с нагретым металлом.
Схема установок представлена на рис. 1, где показана принципиальная схема кольцевого канала с пористым материалом, пропитанным раствором смачивателя, и рис. 2, где показана схема системы циркуляции охлаждающего раствора.
В качестве охлаждения резервуара используется водный раствор смачивателя, который циркулирует с помощью насоса (9) между кольцевым карманом (8) на стенке (1) резервуара и наружной расширительной емкостью (10), при этом водный раствор смачивателя подается из перфорированного трубопровода (2) внутрь пористого негорючего наполнителя (5), вплотную примыкающего к стенке (1) резервуара, а избыток водного раствора в кольцевом кармане (6) возвращается в систему циркуляции за счет переливных патрубков (3), при этом уровень раствора в кольцевом кармане (6) должен быть выше пористого наполнителя (5).
Пористый наполнитель (5) представляет собой изделие из стекловолокна или не горючего утеплителя, имеющих сквозные поры, которые предотвращают испарение воды и постоянно подпитывают поверхностный слой (7) пористой системы, контактирующий со стенкой (1) резервуара, который охлаждает металлическую поверхность за счет поглощения тепла при испарении раствора смачивателя. В результате металлическая поверхность не нагревается выше температуры кипения воды, что предотвращает опасное повышение температуры горючей жидкости в резервуаре.
В качестве смачивателей используются растворы смачивателей - неионогенных и амфолитных поверхностно-активных веществ, обладающих ограниченной растворимостью в воде, в частности оксиэтилированные алкилфенолы, оксителированные жирные спирты и карбоксибетаины с различной длиной углеродной цепи.
Для предотвращения попадания осадков и пыли кольцевой карман (6) накрывается защитными пластинами (4), которые скреплены так, чтобы они сдвигались одна по другой, позволяя контролировать качество смоченного пористого наполнителя (5).
Испытание эффективности предложенного способа и способа-прототипа проведено на стендовой установке [6], на которой смонтированы системы охлаждения по прототипу и настоящему изобретению.
Сопоставление эффективности предлагаемого способа и способа-прототипа проведено путем измерения времени тушения пламени гептана пеной низкой кратности. Чем сильнее прогревается углеводород в резервуаре, тем больше время тушения пламени. Чем лучше поглощается поток тепла от факела пламени, тем меньше время тушения пламени пеной, тем эффективнее способ охлаждения резервуара.
Сравнительное испытание по времени тушения гептана проводили при фиксированной интенсивности подачи пены. Результаты испытаний представлены в табл. 1.
Результаты испытаний показали, что способ по предлагаемому изобретению на 30-50% эффективнее, чем описанный в прототипе.
Таким образом, испытание предложенного устройства в сравнении с прототипом показало повышенную эффективность способа по предполагаемому изобретению.
Прямые испытания по величине теплового потока, который поступает от факела пламени к нефтепродукту, представлены в табл. 2.
По времени тушения пламени гептана эффективность предложенной системы охлаждения в два раза выше существующей. Количества тепла, полученного от факела пламени, при использовании устройства по предлагаемому способу в 2 раза ниже, чем по способу-прототипу. Прямые измерения теплового потока также показали высокую эффективность предложенного способа, который оказался эффективнее в 1,5 раза.
Примеры реализации способа снижения времени тушения пожара нефти и нефтепродуктов путем предотвращения нагревания резервуара от факела пламени
Пример 1. Устройство, расположенное на верхнем металлическом поясе резервуара в виде кольцевого кармана, опоясывающего резервуар, в котором одна из поверхностей является стенкой резервуара, содержит пористый негорючий наполнитель - керамическое волокно, например «CerachemBlanket», вплотную прижатый к стенке резервуара, что обеспечивает непрерывный эффект смачивания металлической нагретой поверхности стенок резервуара с помощью водного раствора смачивателя.
В качестве смачивателя используются водные растворы оксиэтилированных алкилфенолов с числом углеродных групп от 7 до 12 с концентрацией от 0,1 до 2,0% масс., которые циркулируют через перфорированный трубопровод к насосу и буферной емкости, установленным за обвалованием резервуара.
Защитные пластины расположены под уклоном не менее 5 градусов наружу от резервуара, при этом имеют щель в области контакта со стенкой резервуара для выхода пара.
2
Сливные патрубки в кольцевом кармане расположены на 1-3 см над уровнем пористого смачивателя. Время тушения гептана при интенсивности 0,05 кг/мс - 43 секунды, а по способу-прототипу - 98 секунд.
8
12
Пример 2. Так же, как в примере 1, но в качестве пористого негорючего наполнителя используется «Cerablanket», а в качестве смачивателя используется карбоксибетаин (алкилдиметилкарбоксибетаин) с числом углеродных групп С-С с концентрацией от 0,1 до 4,0% масс.
Защитные пластины расположены под уклоном не менее 5 градусов наружу от резервуара на высоте 2-5 см от наружной стенки кольцевого кармана для обеспечения выхода пара.
2
Время тушения гептана при интенсивности 0,08 кг/мс - 24 секунды, а по прототипу - 56 секунд.
8-18
2
Пример 3. Так же, как в примере 1, но в качестве пористого негорючего наполнителя используется «CerachromBlanket», а в качестве смачивателя используется алкил С иминодипропионат натрия. Время тушения гептана при интенсивности 0,10 кг/мс - 23 секунды, а по прототипу - 48 секунд.