WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!

 

На правах рукописи

БОБЛАК Виктор Александрович

ПРИМЕНЕНИЕ УСТАНОВОК ГАЗОВОГО ПОЖАРОТУШЕНИЯ
НА ОСНОВЕ ЖИДКОЙ ДВУОКИСИ УГЛЕРОДА
ДЛЯ ЗАЩИТЫ РЕЗЕРВУАРНЫХ ПАРКОВ ХРАНЕНИЯ
НЕФТИ И НЕФТЕПРОДУКТОВ

05.26.03 – пожарная и промышленная безопасность

(нефтегазовая отрасль)

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание учёной степени

кандидата технических наук

Санкт-Петербург – 2012

       Работа выполнена в Санкт-Петербургском университете Государственной противопожарной службы МЧС России

Научный руководитель

доктор технических наук, профессор

Шарапов Сергей Владимирович

Официальные оппоненты

доктор технических наук, профессор

Маслаков Михаил Дмитриевич

профессор кафедры пожарной безопасности

технологических процессов и производств,

Санкт-Петербургский университет

ГПС МЧС России

кандидат технических наук, доцент

Бабурин Владимир Вячеславович

доцент кафедры пожарной автоматики,

Академия ГПС МЧС России (г. Москва)

Ведущая организация

ООО «Балтморпроект» 

Защита состоится 25 мая 2012 г. в 14.00 часов на заседании совета по защите докторских и кандидатских диссертаций Д 205.003.01 при Санкт-Петербургском университете ГПС МЧС России (196105, Санкт-Петербург, Московский проспект, дом 149).

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Санкт-Петербургского университета ГПС МЧС России (196105, Санкт-Петербург, Московский проспект, дом 149).

Автореферат разослан  23 апреля 2012 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета Д 205.003.01 О.А. Хорошилов

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы. В настоящее время в России ежегодно добывается свыше 300 млн. т нефти. Отечественный нефтегазовый комплекс не только определяет состояние экономики страны и возможности её развития, но и представляет собой наибольшую пожарную опасность в стране. Поэтому перед нефтегазовыми компаниями возникает сложная и многоплановая задача  по обеспече­нию пожарной безопасности своих предприятий. Наиболее крупные и сложные для тушения пожары возникают в резервуарных парках, где на ограниченной территории находится значительное количество углеводородного сырья и нефтепродуктов. Противопожарная защита резервуарных парков традиционно решается посредством использования пены средней кратности.

Результаты анализа статистики пожаров в резервуарах с нефтью и нефтепродуктами, свидетельствуют о низкой эффективности существующих  систем водопенного пожаротушения.

Стационарные автоматические установки водопенного пожаротушения с применением пены средней кратности не обеспечивают тушение пожара в резервуарах с нефтью и нефтепродуктами в начальной стадии, так как установленные на них генераторы пены:

– повреждались взрывом топливовоздушной смеси, как правило, предшествовавшему пожару;

– выходили из строя из-за пожара в обваловании.

Получивший в последние годы широкое применение, способ подачи пены под слой горючей жидкости, не всегда практически реализуем, и не может применяться для противопожарной защиты резервуаров для тяжёлых нефтей и вязких нефтепродуктов.

Использование огнетушащих газов может обеспечить тушение всех видов нефти и нефтепродуктов и существенно повысить быстродействие автоматических установок пожаротушения. Однако до настоящего времени вопросы проектирования и применения установок газового пожаротушения для защиты резервуаров с нефтью и нефтепродуктами, а также иных открыто расположенных  сооружений, в достаточной мере не исследованы.

В восьмидесятых годах прошлого века уже делались попытки применять системы газового пожаротушения для тушения пожаров в кольцевом зазоре вертикальных резервуаров с плавающей крышей. Применение огнетушащих газов может обеспечить тушение всех видов нефти и нефтепродуктов и существенно повысить быстродействие автоматических установок пожаротушения. Однако в настоящее время имеются единичные  опубликованные работы по применению двуокиси углерода для тушения пожаров резервуаров с нефтью и нефтепродуктами. Они позволяют сделать лишь общий вывод о принципиальной возможности создания установок газового пожаротушения на основе двуокиси углерода для противопожарной защиты объектов резервуарных парков хранения нефти и нефтепродуктов.

Все это делает особо актуальной научную задачу разработки методов и норм проектирования эффективных, в том числе и по экономическим критериям, установок газового пожаротушения на основе двуокиси углерода, обеспечивающих тушение пожара в резервуарных парках хранения нефти и нефтепродуктов в начальной стадии его развития.

Таким образом, цель диссертационного исследования состоит в повышении эффективности и надёжности установок пожаротушения, предназначенных для противопожарной защиты резервуарных парков хранения нефти и нефтепродуктов.

Объектом исследования являются резервуарные парки хранения нефти и нефтепродуктов, а также применяемые для их защиты установки и системы пожаротушения.

Предметом исследования являются процессы горения нефти и нефтепродуктов в условиях пожара в резервуарном парке и применения для его тушения двуокиси углерода, а также методы расчёта параметров автоматических установок газового пожаротушения.

Исходя из сформулированной общей научной задачи и поставленной цели исследования, в диссертационной работе решены следующие частные задачи:

1. Выполнен анализ эффективности защиты резервуарных парков предприятий переработки, транспортировки и хранения нефти и нефтепродуктов с помощью существующих автоматических систем пожаротушения различного типа. Определены факторы ограничивающие возможность применения для защиты указанных объектов автоматических установок газового пожаротушения на основе модуля, изотермического для жидкой углекислоты (далее по тексту АУГП на основе МИЖУ).

2. Исследован механизм тушения горючих жидкостей с помощью двуокиси углерода для условий пожара в резервуарах вертикальных стальных (далее по тексту РВС) и на сливо-наливных эстакадах (СНЭ). Обоснованы возможные способы газового пожаротушения с применением двуокиси углерода для РВС и СНЭ.

3. По результатам натурных огневых испытаний по тушению пожара в РВС и СНЭ с помощью АУГП на основе МИЖУ:

– подтверждена принципиальная возможность ликвидации пожара в начальной стадии предложенными в работе способами газового пожаротушения в условиях частичного разрушения РВС и негативного влияния ветровой нагрузки (унос огнетушащего состава);

– определены значения интенсивности и времени подачи двуокиси углерода АУГП на базе МИЖУ, обеспечивающие ликвидацию пожара в начальной стадии.

4. Разработаны рекомендации  по проектированию АУГП на базе МИЖУ для противопожарной защиты РВС различного типа (с понтоном, стационарной и плавающей крышей), а так же железнодорожных и автомобильных сливо-наливных эстакад для нефти и нефтепродуктов.

Методы исследования. При разработке основных положений диссертационной работы использовались методы теории горения и тушения горючих жидкостей, определения параметров тепломассообмена. Для подтверждения теоретических положений проведены экспериментальные исследования в виде натурных полномасштабных огневых испытаний. 

Ha защиту выносятся следующие основные научные результаты:

1. Уточненная методика расчёта массы СО2  для  АУГП на базе МИЖУ.

2. Предложенный в работе общеповерхностный способ газового пожаротушения для РВС.

3. Экспериментальные данные, полученные по результатам огневых полномасштабных испытаний АУГП на базе МИЖУ по тушению пожара в РВС-2000 и на полномасштабной  модели сливо-наливной эстакады. 

Научная новизна работы заключается в следующем:

1. Предложена уточнённая методика расчёта массы СО2 для АУГП на базе МИЖУ, которая, в отличие от известных методик, рекомендуемых нормативными документами, учитывает условия тушения пожара в РВС и СНЭ, в том числе отрицательное влияние ветровой нагрузки (унос огнетушащего вещества).

2. Предложен общеповерхностный способ газового пожаротушения для РВС, в соответствии с которым в отличие от рекомендуемого нормативными документами способа тушения по объёму, расчет требуемой массы двуокиси углерода необходимо осуществлять исходя из площади горения равной площади зеркала горючей жидкости в резервуаре и площади «сухой поверхности» стенок (бортов) резервуара.

3. Экспериментально определены значения:

– интенсивности и времени  подачи СО2, требуемые для тушения пожара РВС с нефтью или нефтепродуктами и СНЭ. 

– повышающих коэффициентов, необходимых для учёта негативного влияния ветровой нагрузки при расчёте массы двуокиси углерода требуемой для тушения пожара.

Теоретическая и практическая значимость исследования. Предложения, выводы и рекомендации, содержащиеся в диссертации, могут быть использованы при дальнейшем исследовании вопросов применения установок газового пожаротушения на базе МИЖУ для защиты открыто расположенных объектов нефтегазового комплекса. 

Практическая значимость диссертации заключается в том, что полученные в ней выводы и предложения обобщены в виде Рекомендаций по проектированию АУГП на базе МИЖУ для защиты РВС и СНЭ. Они являются универсальными и охватывают весь круг вопросов необходимых для разработки, в составе проектной документации специальных технических условий (СТУ) по применению указанных установок газового пожаротушения для противопожарной защиты открыто расположенных объектов резервуарных парков хранения нефти и нефтепродуктов.

Достоверность результатов, научных положений, выводов и рекомендаций, содержащихся в данном исследовании, подтверждается:

– непротиворечивостью полученных в работе результатов известным результатам, полученным в ходе аналогичных исследований в данной предметной области;

– корректным использованием при постановке и решении задач диссертационного исследования методов теории горения и физико-химических основ тушения пожара; 

– верификацией теоретических положений и выводов диссертационной работы по результатам  экспериментальных исследований;

– широким обсуждением и апробацией полученных результатов.

Результаты диссертации внедрены в производственную деятельность  проектных институтов и специализированных научно-производственных организаций, осуществляющих проектирование объектов нефтегазового комплекса: ООО «Балтморпроект» и ЗАО «СНПЦ Пожоборонпром».

Обоснованность основных научных результатов обеспечена их опубликованием в 4 печатных трудах, в том числе в 2-х изданиях по перечню ВАК, апробацией на 4-х отраслевых  научно-практических конференциях.

Структура и объём диссертации. Диссертационная работа состоит из введения четырёх глав, заключения, библиографического списка, включающего 89 наименований и одного приложения. Работа изложена на 140 страницах машинописного текста, содержит 8 таблиц, 30 рисунков.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность работы, сформулированы цель и задачи диссертационного исследования, показаны научная новизна и практическая значимость результатов работы.

В первой главе анализируются состояние пожарной безопасности резервуарных парков в Российской Федерации, проблемы и достижения в области противопожарной защиты резервуарных парков хранения нефти и нефтепродуктов. Рассмотрены характерные пожары и проанализировано современное состояние систем пожаротушения для защиты резервуаров и объектов сливо-наливных операций. Показаны недостаточная эффективность существующих «надслойных» систем водопенного тушения и наличие ограничений (в том числе и экономические) на применение систем подслойного тушения пожаров резервуаров с нефтью и нефтепродуктами. Приведены результаты анализа опыта практического применения систем газового пожаротушения для противопожарной защиты объектов различного назначения, в том числе и резервуаров с нефтью и нефтепродуктами. По его результатам определены задачи диссертационного исследования.

Во второй главе диссертационной работы теоретически обосновываются основные положения методики расчёта параметров АУГП на базе МИЖУ, которая учитывает: наличие ветровой  нагрузки, атмосферной стратификации и другие условия возникновения и тушения пожара на открыто расположенных объектах резервуарных парков  хранения нефти  и нефтепродуктов.

Проанализированы существующие методики расчёта параметров АУГП на базе МИЖУ, на предмет определения возможности учёта в них указанных выше особенностей тушения пожаров открыто расположенных объектов резервуарных парков хранения нефти и нефтепродуктов. 

Наиболее полно современное состояние теории и практики проектирования АУГП отражено в нормах пожарной безопасности НПБ 88-2001 и своде правил СП 5.13130.2009.

Применение рекомендуемых данными документами методик для расчёта массы газообразного огнетушащего вещества (ГОТВ) для АУГП на базе МИЖУ, предназначенных для защиты РВС и СНЭ потребовало решения следующих задач:

– оценить эффективность и обосновать способы тушения РВС с применением двуокиси углерода, учитывающие неопределенность по условиям его заполнения (величине защищаемого объёма резервуара, а так же по пожарной опасности хранимых в нём горючих жидкостей);

– обосновать рекомендации по учёту неопределённости места возникновения пожара и  параметров объёмно-локального пожаротушения при защите сливо-наливных эстакад;

– обосновать соотношения и поправочные коэффициенты необходимых для определения дополнительного количества СО2 в АУГП, которое должно компенсировать утечку углекислоты при тушении пожара вследствие атмосферной стратификации, ветровой нагрузки, рельефа местности и других факторов.

Для оценки эффективности и обоснования возможных способов тушения пожара РВС с применением двуокиси углерода был проведён анализ  механизма тушения горючих жидкостей с помощью двуокиси углерода для условий пожара РВС и СНЭ. Сущность механизма тушения пожара в РВС и СНЭ заключается в том, чтобы создать в зоне горения такие условия, при которых самопро­извольное горение нефти или нефтепродукта в начальный момент времени возникновения пожара стало невозможным. Это может быть осуществлено посредством: исключения досту­па окислителя в зону горения;  торможени­ем скоростей реакций горения с помощью химически активных ингибиторов; охлаждением этой зоны до температуры потухания пламени.

В соответствии с классической теорией горения: между зоной горения и поверхностью жидкости  устанавливается определенный тепло- и массообмен (рис.1). 

Рисунок 1 – Параметры, характеризующие начальные условия горения в РВС

qо – тепловой поток, поступающий к поверхности; qл,qк – лучистый и конвективный тепловой поток; То, Ткип – температуры начальная и кипения ГЖ; Тз.г.– температура зоны горения.

Часть теплового потока q0, поступающего от пламени к поверхности жидкости, затрачивается на её нагрев до температуры кипения (qкип) и испарения жидкости (q исп). Кроме того, тепло на нагрев жидкости поступает от факела пламени теплопроводностью через стенки резервуара. Однако при подаче СО2, эта величина минимальная, за счет эффективного отбора тепла огнетушащим средством. Поэтому для условия равенства линейной скорости прогрева Vп.с и скорости выгорания горючей жидкости Vл (что соответствует начальной стадии пожара) имеет место следующее соотношение величины теплового потока q0  к удельной теплоте пожара qп :

,  (1)

где: с – теплоемкость горючей жидкости, кДж/(кг-К); р – плотность жидкости, кг/м3; Qисп – теплота парообразования, кДж/кг; Ткип – температура кипения жидкости, К; Qн – низшая теплота сгорания горючего вещества, кДж/кг; = 0,95 – коэффициент полноты сгорания.

Отношение (1), по сути, и является количественным показателем эффективности применения двуокиси углерода при объемном методе тушения. Расчеты показывают, что для бензина при Т0  = 293 К данное отношение составит: 0.018 или 1,8 %. Таким образом в начальной стадии горения ГЖ в РВС только 1,8 % от общего тепловыделения затрачивается на поставку паров горючей жидкости в зону горения. Это показывает, что эффективность  общеобъемного способа тушения в свободном объеме резервуара будет не слишком высокой. Приоритетным направлением для обоснования методики расчета количества СО2, необходимого для тушения пожара резервуара с нефтью/нефтепродуктами становятся теоретические и экспериментальные исследования газового пожаротушения по площади горения. При этом  необходимо учитывать, что при тушении РВС с помощью СО2 следует говорить не просто о площади горения равной площади зеркала резервуара, а обо всей свободной поверхности, в том числе площади стенок РВС. Указанное требование обуславливается тем, что поверхность стенок резервуара в процессе эксплуатации покрывается слоем осадочных веществ и в значительной мере напоминает слой густого мазутосодержащего вещества. Кроме этого при оценке эффективности тушении РВС углекислотой необходимо учитывать  неопределённость по условиям его заполнения горючей жидкостью, причем возможно с разной ее пожарной опасностью (мазут-бензин). В подобной ситуации будут «конкурировать» два механизма тушения – объемный при  незаполненном РВС и поверхностный, при  наполненном состоянии резервуара.

Причем, если бы были достоверно известны параметры требуемой интенсивности подачи двуокиси углерода при тушении поверхности зеркала и стенки (борта) резервуара, то метод поверхностного тушения следовало бы считать универсальным, так как в этом случае он позволит точно обосновать оптимальное количество требуемого огнетушащего средства для любого состоянии наполненности  РВС, любого типа и любой емкости резервуаров.

Так как невозможно предвидеть точные условия возникновения  горения  и уровень горючей жидкости в резервуаре, то в общем виде требуемая расчетная масса СО2 будет определяться следующим выражением:

, (2)

где: Fp1 – расчетная площадь тушения зеркала резервуара, м2; Fp2 –расчетная площадь тушения отложений на стенках (бортов) резервуара, м2; K2 – увеличивающий коэффициент, учитывающий потери СО2, в том числе вследствие воздействия ветровой нагрузки; Iтреб1 – интенсивность подачи СО2  при тушении пожара на площади зеркала резервуара, кг/м2 с; Iтреб2 – интенсивность подачи СО2  при тушении пожара на площади стенок (бортов) резервуара, кг/м2 с; – требуемое  время тушения пожара, с.

Из выражения (2) следует, что в случае полностью (85 %) наполненного РВС значение Fp2 = 0, т.к. отложения на стенках (бортах) РВС, расположенных  выше уровня ЛВЖ,  в виде  горючих составляющих отсутствуют, т.е.

Современные резервуарные парки это полностью автоматизированные  объекты. Вся информация о состоянии РВС и их наполнении передается в операторные для принятия соответствующих решений. Если в общую структуру АСУ включается комплекс устройств пожарной безопасности, запрограммированный на обеспечение эффективных условий тушения, то можно осуществлять дозированную подачу строго определенного количества СО2, требуемого для тушения. Это позволит эффективно использовать запас углекислоты и оперативно перераспределять ее подачу. Входящие в выражение (2) параметры: Iтреб1, Iтреб2, и должны быть определены экспериментально. Данные вопросы рассмотрены в третьей главе диссертационной работы.

При тушении цистерн на сливоналивной эстакаде в зависимости от конструктивных особенностей и длины СНЭ расчетная масса СО2 - Mp,  которая должна храниться в установке МИЖУ - СО2., определяется максимальным значением из двух выражений, соответствующих различным способам тушения локально по объему, или поверхностно по площади эстакады:

При локально объемном тушении СНЭ – Mp определяется по формуле:

, (3)

где: IVтре – интенсивность подачи СО2  при локально-объемном тушении, определяемая экспериментально, кг/м3с.; – нормативное время тушения, определяемое из эксперимента, с. K3 – коэффициент, учитывающий потери газового огнетушащего вещества в пространстве гарантированной зоны тушения цистерн на СНЭ. – объем пространства гарантированной зоны тушения цистерн на СНЭ.

При поверхностном тушении СНЭ – Mp  определяется по формуле:

  , (4)

где: Fp – расчетная площадь тушения, для сливоналивных железнодорожных эстакад, м2; K3 – коэффициент, учитывающий потери газового огнетушащего вещества; IFтреб  – интенсивность подачи СО2  при тушении пожара на площади F, определяемая экспериментально, кг/м2с; – требуемое/нормативное время тушения пожара, определяемое из эксперимента, с. 

Расчетная площадь тушения Fp  определяется площадью аварийного разлива нефтепродукта на СНЭ. При этом время длительности свободного  пролива ГЖ с расходом q, определяется от момента начала аварии до срабатывания задвижек и задерживающих устройств, с учетом их инерционности и количества ГЖ в трубопроводе. 

Требуемая масса двуокиси углерода Mp определяется как наибольшее значение из двух, рассчитанных по формулам (3) и (4). Входящие в данные выражения величины интенсивности и времени подачи СО2 должны определяться экспериментально. Данные вопросы рассмотрены в третьей главе диссертационной работы.

В третьей главе рассмотрены результаты натурных огневых испытаний. Программой экспериментальных исследований предусматривалось:

– оценка эффективности АУГП на базе МИЖУ для тушения РВС по площади пожара, а также локально-объёмного тушения пожара на СНЭ;

– проверка рабочей гипотезы о возможности возникновения эффекта срыва (отрыва) пламени с горящего РВС при подаче СО2 на тушение пожара, за счет резкого, лавинообразного снижения температуры в зоне горения, уменьшения  поступления  паров испаряющейся горючей жидкости  в эту зону и изоляцию ее от зоны горения;

– определение уровня влияния скорости ветра на перенос массы двуокиси углерода из РВС и его возможное отрицательное влияние на эффект тушения (экспериментальное обоснование коэффициентов K2 и K3);

– получение экспериментально обоснованных значений параметров, входящих в выражения (2)–(4): нормативное время и интенсивность подачи двуокиси углерода. 

Учитывая сложность и высокую стоимость проведения экспериментальных исследований на натурных полномасштабных объектах, программой испытаний предусматривалось ограничиться проведением испытаний в два этапа, отличающихся начальными условиями возникновения пожара в РВС и СНЭ, а также  характеристиками ветровой нагрузки. В рамках каждого этапа проводилось по три огневых испытания для РВС и СНЭ.

Для экспериментальных исследований был использован РВС объёмом хранения нефти или нефтепродуктов 2000 м3, железнодорожная цистерна V = 60 м3, а так же установка газового пожаротушения МИЖУ-16/2.2 в комплекте. 

Для имитации частичного разрушения (отрыва) крыши резервуара вследствие взрыва паровоздушной смеси в ней были вырезаны четыре сегмента, суммарная площадь которых составляет примерно 80 % от общей площади крыши резервуара. 

Резервуар наполнялся водой в количестве, обеспечивающем образование свободного пространства от зеркала воды до верхней кромки резервуара. Его высота должна составлять 3,0 м – 3,5 м. Затем в резервуаре на зеркале воды формируется слой горючей жидкости высотой до 0.5 м. Горючая жидкость представляла собой смесь дизельного топлива с бензином.

В процессе проведения эксперимента  измерялись следующие величины:

– температура стенок резервуара с нефтепродуктами, на котором проводятся огневые испытания. Для этого на наружной поверхности резервуара с нефтепродуктами на расстоянии 5 см – 10 см от верхней его кромки на равных расстояниях друг от друга по периметру закрепляются четыре термопары;

– температура стенок соседних резервуаров, подверженных возможному воздействию моделируемого пожара. На них также устанавливаются термопары.

– избыточное давление внутри магистрального и распределительного трубопроводов. На магистральном трубопроводе устанавливается три датчика избыточного давления, один на выходе из МИЖУ, второй в средней части и третий в конце трубопровода. На распределительном трубопроводе устанавливаются два датчика перед насадками.

Контроль и регистрация процессов горения и тушения нефтепродуктов в резервуаре осуществляется посредством трёх устройств видеонаблюдения. Места установки этих устройств определяются экспертно. Скорость ветра в приземном слое контролируется двумя анемометрами АТТ-1006.

Время горения нефтепродуктов в резервуаре, инерционность АУГП и время ликвидации горения определяется по показаниям секундомеров.

Воспламенение нефтепродуктов осуществляется специальным устройством, установленным внутри резервуара.

Количество СО2, которое подаётся при проведении испытаний по тушению пожара, контролируется системой управления МИЖУ и задаётся установкой регулятора подачи огнетушащего вещества. В МИЖУ за четыре дня до начала испытаний заправляется С02 в количестве 15000 кг.

По результатам каждого испытания оформляется протокол, в котором отражаются следующие  параметры:

– график изменения температуры корпуса резервуара и соседнего с ним во время проведения испытаний;

– масса СО2, поданная во время испытаний;

– инерционность АУГП, т.е. интервал времени от момента пуска установки до начала выхода С02  из первого насадка;

– давление в магистральном трубопроводе и перед насадками;

– скорость ветра, на высотах 12–15 м и 4–7 м.

Приложением к протоколу является видеозапись процессов возникновения и ликвидации пожара.

В соответствии с Программой и Методикой экспериментальных исследований по оценке возможности применения МИЖУ-16/2.2, для защиты РВС с нефтепродуктами было проведено 6 испытаний. Они проведены в два этапа, отличающиеся по условиям возникновения пожара и интенсивностью ветровой нагрузки.

В рамках первого этапа экспериментальных исследований были проведены три испытания по тушению пожара РВС с дизельным топливом с помощью МИЖУ-16/2.2. В одном из них углекислота подавалась как внутрь резервуара, так и снаружи вдоль его стенок сверху вниз. Целью подачи углекислоты снаружи являлось определение возможности  ликвидации пожара, как в резервуаре, так  и внутри обвалования.

Пуск МИЖУ-16/2.2 осуществлялся дистанционно вручную, по истечении задаваемого времени свободного горения  нефтепродукта (дизельного топлива) в резервуаре. В испытаниях первого этапа оно устанавливалось равным 126 с.

По результатам визуального наблюдения и анализа видеосъемок было установлено, что пожар в резервуаре и обваловании был ликвидирован во всех трёх испытаниях. Видеосъёмкой был  зафиксирован эффект срыва пламени с горящего РВС, за счет резкого, лавинообразного снижения температуры в зоне горения, после подачи СО2 на тушение пожара (рис. 2).

Рисунок 2 – Эффект срыва пламени с горящего РВС

Таблица 1 – Результаты испытаний. Этап 1, время свободного горения – 126 сек.

№ Испытания

Масса выпуска СО2 (кг)

Объем трубопровода м3

Масса СО2 в трубопроводе (кг)

Рабочая масса СО2 (кг)

Длина магистрали (м)

Количество насадков (шт)

Время открытого состояния ЗПУ, с (сек)

Площадь отверстий насадка ()

Массовый расход СО2 (кг/сек)

Инерционность АУГП (сек)

Средняя скорость ветра за время тушения (м/сек)

1

5600

1,52

1520

4080

82

16

45

450

9

6

3,3

2

3620

1,52

1520

2100

82

16

45

450

9

6

0,8

3

3620

1,52

1520

2100

82

16

45

450

9

6

4

Средняя скорость ветра, полученная инструментально за время ликвидации пожара, для всех трёх проводимых испытаний, изменялась в диапазоне от 0.8 м/сек до 1.4 м/сек. Во всех трёх испытаниях установка газового пожаротушения на базе МИЖУ  эффективно ликвидировала пожар в РВС.

В рамках проведения второго этапа экспериментальных исследований были существенно усложнены условия возникновения пожара в РВС: внутрь резервуара был введен постоянный источник воспламенения  нефтепродуктов; блокирована подача углекислоты снаружи резервуара; увеличено время свободного горения нефтепродуктов до 142 с.

Таблица 2. Данные результатов испытаний по тушению РВС (этап 2, время свободного горения – 142 сек.)

№ испытания

Масса выпуска СО2 (кг)

Объем трубопровода м3

Масса  СО2 в трубопроводе (кг)

Рабочая масса  СО2 (кг)

Длина магистрали (м)

Количество насадков (шт)

Время открытого состояния ЗПУ, с (сек)

Площадь отверстий насадка (мм2)

Массовый расход  СО2 (кг/сек)

Инерционность АУГП (сек)

Средняя скорость ветра за время тушения (м/сек)

1

3620

1,52

1520

2100

82

16

45

450

9

6

4,8

2

3620

1,52

1520

2100

82

16

45

450

9

6

3,3

3

3620

1,52

1520

2100

82

16

45

450

9

6

7,4

Анализ результатов визуального наблюдения и видеосъемок показал, что интервал времени от пуска МИЖУ до полной ликвидации горения нефтепродуктов в резервуаре составил не более 45 с. Средняя скорость ветра, полученная инструментально за время ликвидации пожара, для всех трёх испытаний проведённых в рамках второго этапа, изменялась от 4.8 м/сек до 7.4 м/сек.

Больший, чем в испытаниях первого этапа, интервал времени, который потребовался для ликвидации пожара, вызван увеличением времени сводного горения нефтепродуктов и наличием постоянного источника воспламенения внутри резервуара.

В соответствии с Программой экспериментальных исследований было проведено три испытания по применению МИЖУ-16/2.2. для тушения пожара  тушение железнодорожной цистерны (V = 60 м3) с разлившимися нефтепродуктами. 

Разлив нефтепродуктов имитировался установкой двух модельных очагов пожара в виде противней размером 800 мм  800 мм и высотой 150 мм с дизельным топливом под цистерной. Время свободного горения модельных очагов пожара составило 3 мин.

Интервал времени с момента начала выпуска углекислоты до полной  ликвидации горения модельных очагов пожара составил 29 с. Количество  израсходованной углекислоты во всех испытаниях было равно 610 кг,  удельный расход  углекислоты на тушение не превысил  значение 0,33 кг/м2с за время  35 с и 0,258 кг/м2 с. за время подачи СО2 равном 45 с.

Средняя скорость ветра, полученная инструментально для всех трёх испытаний по тушению СНЭ изменялась от 0.8 м/сек до 2.4 м/сек.

Проведённые испытания подтвердили, возможность реализации противопожарной защиты сливо-наливных эстакад посредством применения АУГП на базе МИЖУ.

По результатам натурных огневых испытаний, после обработки данных  для РВС получаем следующие значения неизвестных параметров входящих в выражение (2):

– повышающего коэффициента, учитывающего потери СО2 через верхнюю зону РВС, в том числе вследствие воздействия ветровой нагрузки, K2 = 1,1; 

– интенсивности подачи СО2  при тушении пожара на площади зеркала резервуара, Iтреб 1= 0,258 кг/м2 с;

– интенсивности подачи СО2  при тушении пожара на площади стенок (бортов) резервуара, Iтреб2  = 0,007 кг/м2 с ;

– требуемого  время тушения пожара (подачи СО2), = 45 с.

Все указанные величины получены на основе экспериментальных данных и впервые.

Для СНЭ, по результатам эксперимента получены следующие значения неизвестных параметров, входящих в выражения (3)–(4):

– интенсивности подачи СО2 при поверхностном тушении СНЭ, =0,365 кг/м2с;

– интенсивности подачи СО2 при локально-объемном тушении СНЭ, IVтреб = 0,106 кг/м3 с. 

– нормативного времени тушения (подачи СО2),= 20 с.

– коэффициента, учитывающего потери СО2 в пространстве гарантированной зоны тушения цистерн на СНЭ, K3 = 1,2.

В четвёртой главе диссертационной работы рассматриваются вопросы практического применения и проектирования АУГП на базе МИЖУ-СО2  для противопожарной защиты объектов хранения нефти и нефтепродуктов. Основным документом, устанавливающим требования пожарной безопасности к складам нефти и нефтепродуктов, является СНиП 2.11.03-93 «Склады нефти и нефтепродуктов. Противопожарные нормы». Им допускается применение вместо пенного пожаротушения других средств и способов  пожаротушения на основе рекомендаций научно-исследовательских и проектных организаций, согласованных и утверждённых в установленном порядке. Данное положение  в соответствии с действующим российским законодательством означает требование по обязательной разработке и утверждению специальных технических условий (СТУ) на  применение установок газового пожаротушения на базе МИЖУ, в составе проектов строительства или реконструкции резервуарных парков, сливоналивных эстакад.

Нормативные требования к автоматическим установкам газового пожаротушения содержатся в разделе 7 свода правил: СП 5.13130.2009. «Системы противопожарной защиты. Установки пожарной сигнализации и пожаротушения автоматические. Нормы и правила проектирования». Данным документом устанавливается:

– возможность применения автоматических газовых установок пожаротушения только для помещений различного назначения и пожарной  опасности и не предусматривается их использование для противопожарной защиты открыто расположенных объектов, в том числе РВС и СНЭ;

– только два способа тушения пожара автоматическими установками газового пожаротушения, объёмный и локальный по объёму. Как это показано в предыдущих разделах диссертационного исследования применение  установок газового пожаротушения на базе МИЖУ, для защиты РВС и СНЭ  дополнительно предполагает общеповерхностный способ тушения.

Кроме этого, СП 5.13130.2009 содержит два важных, необходимых для проектирования систем газового пожаротушения приложения:

– методика расчёта массы газового пожаротушащего вещества для установок газового пожаротушения (приложение Е);

– методика гидравлического расчёта установок углекислотного пожаротушения низкого давления (приложение Ж). Необходимо отметить, что указанные методики устанавливают нормативные требования к времени и интенсивности подачи газообразного пожаротушащего вещества, только применительно к помещениям различного назначения и пожарной опасности.

В предыдущих главах диссертационной работы приведено теоретическое и экспериментальное обоснование целесообразности и возможности отступлений от действующих норм применения и проектирования систем газового пожаротушения. Вместе с тем подготовка СТУ предполагает наличие в нём  конкретных требований, устанавливаемых данным документом ко всей совокупности проектных решений по применению установок газового пожаротушения на базе МИЖУ для противопожарной защиты РВС и СНЭ. Для этих целей в диссертации были разработаны Рекомендации по проектированию систем газового пожаротушения с использованием МИЖУ. Они являются универсальными и позволяют производить обоснование типа применяемого оборудования и требуемого количества двуокиси углерода для защиты резервуаров вертикальных стальных, объемом до 20000 м3, а также автомобильных и железнодорожных сливоналивных эстакад.

В заключение диссертации сформулированы основные выводы и предложения по результатам исследования с указанием возможных областей их применения.

Основные результаты работы

В диссертационной работе получены следующие основные теоретические и практические результаты:

1. Разработана методика расчёта основных параметров АУГП на базе МИЖУ, предназначенных для противопожарной защиты РВС и СНЭ. 

2. Разработаны Рекомендации по проектированию АУГП на базе МИЖУ для противопожарной защиты РВС и СНЭ. Они являются универсальными, применимы для РВС объёмом хранения до 20 000 т нефти (нефтепродуктов), охватывают весь круг вопросов разработки, в составе проектной документации  специальных технических условий по применению указанных установок газового пожаротушения. 

3. Проведены полномасштабные огневые испытания, подтвердившие эффективность применения АУГП на базе МИЖУ для тушения в начальной стадии  пожара РВС и СНЭ. 

Основные опубликованные работы по теме диссертации:

1. Шарапов С.В., Боблак В.А. Применение жидкой двуокиси углерода для тушения пожаров в резервуарных парках хранения нефти и нефтепродуктов. //Проблемы управления рисками в техносфере (научно-аналитический журнал). № 2, 2012 г.

2. Шарапов С.В., Боблак В.А. Экспериментальные исследования по применению жидкой двуокиси углерода для тушения пожаров врезервуарных парков хранения нефти и нефтепродуктов.// Научно-аналитический журнал «Вестник Санкт-Петербургского университета ГПС МЧС России». № 1, 2012 г.

3. Боблак В.А., Волобуев А.Н. и др. Установление критериев оценки заключений экспертизы промышленной безопасности при их регистрации в органах Ростехнадзора и использование результатов экспертизы в надзорной деятельности. // Безопасность труда ипромышленная безопасность. № 11, 2007 г., стр. 13–19.

4. Боблак В.А., Волобуев А.Н. и др. Оформление, согласование мероприятий и утверждение условий в процессе экспертизы промышленной безопасности. // Безопасность труда и промышленная безопасность, 2009, № 9, стр. 3–9.

Подписано в печать 23.04.2012                     Формат 6084 1/16

Печать цифровая                         Объем 1,5 п.л.         Тираж 100 экз.

Отпечатано в Санкт-Петербургском университете ГПС МЧС России

196105, Санкт-Петербург, Московский пр., д. 149.






© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.