Способ снижения пожарной опасности аварийных проливов углеводородных жидкостей
METHOD FOR REDUCING THE FIRE HAZARD OF EMERGENCY SPILLS OF HYDROCARBON LIQUIDS

Изобретение относится к способам тушения пожара методом изоляции поверхности аварийного пролива углеводородных жидкостей и может найти применение для ограничения распространения пожара в местах, где возможны локальные утечки углеводородных жидкостей, например, под сливными патрубками технологических аппаратов (цистерн), участками отбора проб, под манифольдами, в местах разъемных соединений технологических трубопроводов и т.д.
Известен способ, осуществляемый устройством тушения прогрессирующего пожара путем его флегматизации и локализации (Описание к авторскому свидетельству SU971358 «Устройство для защиты оборудования от прогрессирующего пожара», МПК А62С 3/12, 1982 г.), заключающийся в использовании устройства для защиты оборудования от прогрессирующего пожара, содержащее емкость с размещенным в ней наполнителем в виде гранулированного негорючего материала с размером гранул 15-35 мм, причем высота наполнителя превышает уровень разлитой горючей жидкости не менее, чем на 30 мм, а высота емкости равна уровню наполнителя.
Недостатками указанного способа являются значительное снижение изолирующего эффекта при повышении уровня горючей жидкости в поддоне из-за высокой насыпной плотности гранулированных материалов и их отрицательной плавучести (кроме керамзита), а также затрудненная транспортабельность поддона из-за тяжести наполнителя.
Известен способ тушения полярных горючих жидкостей (Авторское свидетельство SU1498507, МПК А62С 3/12, 1989 г.), заключающийся в том, что на поверхность жидкости наносят экранирующий материал и подают на экранированную поверхность распыленный раствор пенообразователя, в качестве экранирующего материала используют гранулированный материал с плотностью гранул 0,25-0,60 т/м и высотой слоя 0,05-0,12 м, в качестве экранирующего гранулированного материала используют керамзитовый, гравий или вспученный вермикулит.
Недостатком данного способа является необходимость применения огнетушащего вещества в виде раствора пенообразователя, а также низкая эффективность и увеличенное время гашения из-за того, что поверхность пролива жидкости остается открытой до момента подачи гранулированного материала.
Известен способ тушения полярных жидкостей (Авторское свидетельство SU1729521, МПК А62С 3/06, 1989 г.), принятый за прототип, включающий подачу раствора пенообразователя на поверхность жидкости, находящейся в емкости, снабженной экранирующим материалом, в качестве экранирующего материала используют гравий или щебень с размерами гранул 5-40 мм в объеме, равном объему емкости.
Недостатками данного способа являются: отсутствие эффекта гашения пламени без дополнительного применения огнетушащего вещества в виде пены средней кратности, большой расход гранулированного материала, а также угроза перелива и растекания горючей жидкости при проливе объема жидкости, превышающего свободный объем емкости (поддона).
Технический результат заключается в повышении эффективности гашения пламени без применения дополнительных огнетушащих средств, в снижении объема гранулированного материала за счет использования гранул низкой насыпной плотности, способных удерживаться на поверхности жидкости, образуя «сухой» слой, а также в снижении удельной массовой скорости выгорания углеводородных жидкостей.
3
кр
1. Технический результат достигается тем, что в способе снижения пожарной опасности аварийных проливов углеводородных жидкостей, основанном на изоляции поверхности пролива слоем гранулированного экранирующего материала в емкости для сбора пролива и ограничения растекания углеводородных жидкостей оборудованной сливным патрубком, в качестве экранирующего материала используют пеностекло с гранулами сферической формы размером 4-7 мм насыпной плотностью 150-200 кг/м и высотой слоя Н, которую определяют из условия формирования экранирующим материалом «сухого» слоя критической толщины Н, при которой происходит гашение пламени, по выражению:
,
ж
3
где ρ - плотность углеводородной жидкости, кг/м,
г
3
ρ - насыпная плотность гранул, кг/м,
кр
Н - критическая толщина «сухого» слоя гранул пеностекла, м,
m - пористость среды,
к
кр
h - высота капиллярного подъема углеводородной жидкости, м, для чего предварительно рассчитывают Н по выражению
,
2
где F - площадь емкости для сбора пролива и ограничения растекания углеводородных жидкостей, м,
-12
2
k - проницаемость среды, 1,5⋅10 м,
n
P - давление насыщенного пара углеводородной жидкости, Па,
μ - динамическая вязкость паров углеводородной жидкости, Па⋅с.
Сущность изобретения поясняется чертежами.
На фиг. 1 приведено изображение емкости со слоем гранул пеностекла (1.а - при возгорании, 1.б - при уменьшении пламени, 1.в - при гашении пламени).
Способ снижения пожарной опасности аварийных проливов углеводородных жидкостей реализуется следующим образом.
3
с
см
кр
На площадке, где происходят постоянные утечки углеводородных жидкостей из технологических аппаратов и трубопроводов устанавливают емкости для сбора пролива и ограничения растекания углеводородных жидкостей, например, в виде металлического поддона или обетонированной площадки с бортами. Для предотвращения перелива углеводородных жидкостей при продолжительных или интенсивных утечках указанную емкость 1 оборудуют сливным патрубком 2 с трубопроводом для отвода пролитой жидкости в аварийную емкость (резервуар) 3. В емкость для сбора пролива и ограничения растекания углеводородных жидкостей помещают гранулы пеностекла сферической формы размером 4-7 мм с насыпной плотностью 150-200 кг/м и равномерно распределяют внутри слоем толщиной Н. За счет низкой насыпной плотности пеностекла при повышении уровня углеводородной жидкости в емкости гранулы всплывают и удерживаются на плаву в равновесном состоянии с формированием «сухого» слоя гранул пеностекла (СГП) над поверхностью жидкости толщиной Н и «смоченного» СГП, находящегося в жидкости толщиной Н (фиг 1.а.). Наличие «сухого» слоя гранул пеностекла способствует снижению удельной массовой скорости выгорания углеводородной жидкости за счет сокращения свободной поверхности испарения и увеличения сопротивления движению молекул пара при прохождении через «сухой» слой гранул. С увеличением толщины «сухого» слоя гранул пеностекла удельная массовая скорость выгорания жидкости снижается, при достижении толщины «сухого» слоя гранул пеностекла критического значения Н достигается эффект гашения пламени (фиг. 1.в). Использование гранул пеностекла сферической формы размером 4-7 мм обеспечивает равномерное гашение пламени на всей поверхности экранирующего материала в емкости для сбора пролива и ограничения растекания углеводородных жидкостей.
кр
При утечке из технологических аппаратов углеводородная жидкость поступает в емкость, она свободно проходит в зазоры между гранулами пеностекла на дно емкости. При увеличении количества углеводородной жидкости в емкости слой гранул пеностекла под действием архимедовой силы поднимется. Когда поверхность слоя гранул пеностекла достигает верхнего уровня бортов емкости, перелив углеводородной жидкости предотвращают путем ее удаления через сливной патрубок 2 в аварийную емкость (резервуар) 3. При воспламенении углеводородной жидкости в емкости ее уровень понижается, толщина «сухого» СГП увеличивается, а высота пламени и площадь горения уменьшаются (фиг. 1.б), а при достижении критической толщины «сухого» СГП (Н) горение прекращается (фиг 1.в).
Толщину «сухого» слоя гранул пеностекла в равновесном состоянии на поверхности углеводородной жидкости определяют по формуле
ж
3
где ρ - плотность жидкости, кг/м;
г
3
ρ - насыпная плотность гранул, кг/м,
Н - общая толщина слоя гранул пеностекла м;
m - пористость среды (для фракции 4-7 мм равная 0,385);
к
h - высота капиллярного подъема, м.
Общую высоту слоя гранулированного пеностекла Н размещенного в емкости можно выразить из формулы (1)
кр
Критическую толщину «сухого» слоя гранул пеностекла Н, при котором происходит гашение пламени можно определить по формуле
Δp
где τ - время движения волны через слой СГП к поверхности жидкости и обратно (время перепада давления), с;
-2
2
k - проницаемость среды, 1,5⋅10 м;
n
P - давление насыщенного пара углеводородной жидкости, Па;
m - пористость среды (для фракции 4-7 мм равная 0,385);
μ - динамическая вязкость пара углеводородной жидкости, Па⋅с.
Δp
Время перепада давления τ рассчитывается по формуле
2
где F - площадь емкости (поддона) для сбора и ограничения растекания пролива углеводородных жидкостей (м).
кр
Таким образом, критическую толщину «сухого» слоя гранул пеностекла Н, при которой происходит гашение пламени предварительно определяют по формуле
Выражение (4) для расчета критической толщины «сухого» слоя гранулированного пеностекла с гранулами 4-7 мм получено с использованием данных эксперимента для различного рода углеводородных жидкостей: ацетона, н-гексана, бензина АИ-92, этилового спирта, керосина авиационного, дизельного топлива. Физико-химические свойства исследуемых жидкостей и результаты экспериментов сведены в таблицу 1.
Работоспособность и эффективность заявляемого способа подтверждена экспериментально. Эксперимент проводился в лабораторных условиях в емкостях круглого сечения диаметром 0,150 мм и прямоугольного сечения 0,112 х 0,157 м и высотой 0,020 м, а также на полигоне в поддоне с размерами а×b×h: 0,70×0,50×0,25 м, контрольные испытания по эффективности гашения пламени проводились на поддонах размерами 1,19×0,85×0,27 м и 1,45×1,036×0,27 м.
Температура воздуха составляла +20°С (±1°С), скорость воздуха 0,0-0,5 м/с, относительная влажность воздуха 40-60%.
Таким образом, использование заявляемого способа обеспечивает эффективное гашение пламени без применения дополнительных огнетушащих средств, а также снижение удельной массовой скорости выгорания углеводородных жидкостей до критических значений, при которых поддержание горения становится невозможным.