Можливі сценарії розвитку пожеж в резервуарах для зберігання нафти і нафтопродуктів

01.04.2014

vladimir_borovikov.jpgВолодимир Боровиков
Провідний науковий співробітник,
к. т. н., старший науковий співробітник УкрНДІЦЗ МНС України
01011, Україна, м. Київ, вул. Рибальська, 18
Тел.: (044) 254 52 75
Факс: (044) 280 18 01
e-mail: foam2000@gmail.com

У попередньому номері журналу F+S йшлося про пожежну небезпеку вертикальних сталевих резервуарів різних конструкцій для зберігання нафти і нафтопродуктів. Сьогодні нам хотілося б розповісти про розвиток пожеж на таких об’єктах. Адже відомо, що пожежі в резервуарах супроводжуються значними матеріальними збитками, призводять до виходу з ладу обладнання нафтопереробних, нафтохімічних та інших підприємств, об’єктів транспортування і зберігання нафти і нафтопродуктів, та завдають великої шкоди довкіллю. У багатьох випадках пожежі в резервуарах поширюються за межі території об’єктів, де вони виникли, супроводжуються травмуванням і загибеллю людей, а також знищенням техніки, що злучається для їх гасіння.

rezervuar.jpg

Виникнення і розвиток пожеж в резервуарах

Пожежа в резервуарі з нафтою (нафтопродуктом) починається, як правило, з вибуху пароповітряної суміші, на перебіг процесу утворення якої всередині резервуарів суттєво впливають показники пожежної небезпеки та фізико-хімічні властивості нафти і нафтопродуктів, що зберігаються, а також конструкція резервуара, технологічний режим його експлуатації, кліматичні та метеорологічні умови. Осередки пожежі можуть виникнути на дихальній арматурі, пінних камерах, в обвалуванні резервуара внаслідок переливу продукту, що зберігається, або порушення герметичності резервуара, засувок, фланцевих з’єднань. Можливе також утворення локальних осередків пожежі на плаваючій покрівлі резервуара.rezervuar1.jpg

Особливості розвитку пожежі залежать від місця її виникнення, розмірів початкового осередку горіння, стійкості конструкцій резервуара, ефективності засобів протипожежного захисту та віддаленості пожежних підрозділів від резервуарного парку. Як відомо, вуглеводні мають вельми високу питому теплоту згоряння, у зв’язку з чим звичайно застосовувані будівельні конструкції в умовах горіння нафти (нафтопродукту) не можуть довго витримувати вплив полум’я без деформації та/або руйнування. Так, вільний борт стінки вертикального сталевого резервуара у разі відсутності охолодження втрачає свою несучу здатність протягом 3-5 хвилин після початку горіння, стають видимими деформації через прогрів конструкцій полум’ям. Через 10-15 хвилин впливу полум’я настає втрата несучої здатності маршових драбин, виходять з ладу вузли керування корінними засувками і хлопавками, настає розгерметизація фланцевих з’єднань, порушується цілісність конструкцій резервуара і має місце вихід нафти (нафтопродукту) в обвалування. У резервуарі з плаваючою покрівлею внаслідок теплового впливу локального осередку пожежі руйнується затвор, який забезпечує герметизацію. Повна втрата плавучості і затоплення покрівлі в умовах пожежі відбувається, як правило, протягом однієї години. У залізобетонному резервуарі внаслідок вибуху відбувається руйнування частини перекриття. Горіння на дільниці отвору, який утворився внаслідок цього, супроводжується обігрівом залізобетонних конструкцій. Через 20-30 хвилин можливе обрушення конструкцій резервуара і збільшення площі пожежі. Звідси мораль: щоб хоч якось зменшити масштаби надзвичайної ситуації у разі виникнення пожежі в резервуарі для зберігання нафти (нафтопродукту), потрібно насамперед вжити заходів щодо негайного ефективного охолодження конструкцій, які зазнають впливу полум’я.

rezervuar2.jpgЗалежно від ряду чинників, які мали місце на початковій стадії пожежі (характер руйнування резервуара, площа розливу нафтопродуктів, маса продукту, що випарувався, тепловий режим пожежі тощо) можливий ланцюговий розвиток пожежі, внаслідок якого горіння поширюється на інші пожежонебезпечні об’єкти підприємства, у такому разі руйнівна дія пожежі посилюється багатократно, іноді в сотні разів. В умовах концентрації великих мас нафтопродуктів на обмеженому майданчику, близькості різних виробництв пожежа, поширюючись територією підприємства, створює реальну загрозу для інших промислових об’єктів, житлових кварталів, об’єктів транспорту тощо і може стати справжньою катастрофою.

Як вже відзначалося, пожежі в резервуарах для зберігання нафти і нафтопродуктів можуть виникати з різних причин і розвиватися за різними сценаріями. Розвиток подібних пожеж можна розділити на такі рівні:rezervuar3.jpg

  • «А» – виникнення і розвиток пожежі у межах одного резервуара без впливу на суміжні;
  • «Б» – поширення пожежі з одного резервуара на резервуарну групу;
  • «В» – розвиток пожежі з можливим руйнуванням суміжних резервуарів, будівель та споруд на території підприємства та за його межами, а також ураженням небезпечними чинниками пожежі персоналу підприємства та населення поблизьких районів.

Статистика показує, що за сценарієм «А» відбувається близько 78 %, за сценарієм «Б» – близько 15 %, за сценарієм «В» – близько 6 % від загальної кількості пожеж у резервуарних парках. Кожен з цих сценаріїв може характеризуватися декількома варіантами розвитку пожежі, проте через брак місця на сторінках журналу ми не можемо зупинятися на них. Для гасіння багатьох пожеж у резервуарних парках залучаються не тільки місцеві пожежні підрозділи та спеціальна техніка, але й підрозділи і техніка з сусідніх регіонів, окремі пожежі тривають 1-2 доби і більше.

Ускладнення, які виникають під час пожеж в резервуарах

Основними ускладненнями, які виникають під час пожеж в резервуарах з нафтою і нафтопродуктами і значною мірою перешкоджають їх гасінню, є утворення так званих «карманів», а також скипання і викиди нафти (нафтопродуктів) з резервуарів. «Псувати кров» пожежникам, залученим до гасіння пожежі в резервуарі (та, по великому рахунку, будь-якої іншої пожежі) можуть також низькі температури повітря.

«Карманами» називають закриті зони, в яких тепло- і масообмін відбуваються незалежно від основної маси нафти (нафтопродукту). «Кармани» можуть мати різну форму і утворюватись на стадії виникнення пожежі в результаті підриву стаціонарної покрівлі, який супроводжується її зависанням або частковим обрушенням всередину резервуара, або перекосу плаваючої покрівлі (понтону). «Кармани» можуть утворюватись також під час розвитку пожежі внаслідок низької стійкості вільних стінок резервуарів.

rezervuar4.jpgЯк свідчить аналіз статистичних даних, протягом 5-15 хвилин вільний борт резервуара втрачає свою несучу здатність і під впливом сили тяжіння деформується до рівня наливу нафтопродукту. У деяких випадках деформація борта відбувається нижче рівня наливу, і нафта (нафтопродукт) виходить в обвалування. Якщо резервуар споряджено плаваючою покрівлею або стаціонарну покрівлю підірвано внаслідок вибуху по всьому периметру або вона обрушилася всередину резервуара, то навіть за нормативної інтенсивності подавання води на охолодження ненавантажена стінка, як правило, поступово складається всередину резервуара.

За літературними даними, утворення «карманів» під час пожеж у резервуарах має місце аж у 60 % випадків. Успішне гасіння пожежі в них можливе лише за умови забезпечення подавання вогнегасних речовин (із забезпеченням інтенсивності подавання, що в декілька разів або навіть десятків разів перевищує значення, регламентоване нормативними документами) як на поверхню рідини в резервуарі, так і в зону «кармана», що являє собою надзвичайно складну задачу.

Пожежі в резервуарах для зберігання нафти і темних нафтопродуктів у багатьох випадках супроводжуються скипаннями і викидами. Викиди нафтопродуктів можуть статися після певного періоду спокійного розвитку пожежі в недостатньо заповненому резервуарі. Під час горіння у верхньому шарі утворюються важкі продукти розкладу нафтопродуктів, що опускаються донизу. Утворюється так звана теплова хвиля, яка в певний момент швидко опускається на дно резервуара, де вона стикається з шаром емульсії води і нафти. Вода миттєво перетворюється на водяну пару, відбувається збільшення її об’єму приблизно в 2000 разів, в результаті чого палаюча рідина може викидатися на висоту до 10 діаметрів резервуара. Про те, якими наслідками супроводжувалося падіння цієї маси на землю поблизу резервуара під час ряду реальних пожеж, не хочеться навіть писати.

Під час гасіння пожежі в резервуарі шляхом подавання піни на поверхню рідини, нагрітої вище 100 °С, може статися скипання з переливанням рідини, що горить, через борт, і поширення пожежі в межах обвалування або навіть за його межі. Скипання нафтопродуктів також може бути пов’язане з наявністю в нафті (нафтопродукті) води у вигляді дрібних краплин. За даними дослідників, під час скипання різко збільшується температура полум’я (приблизно до 1500 °С), а його висота і потужність теплового потоку збільшуються в 2-4 рази. Скипання може бути багаторазовим, що підтверджується реальними пожежами. Це явище значною мірою ускладнює дії пожежних підрозділів і в багатьох випадках призводить до «зривання» пінних атак. Якщо існує загроза викиду, то доводиться створювати другий рубіж захисту із встановленням пожежних автомобілів на віддалені джерела водопостачання і прокладанням резервних рукавних ліній з підключеними водяними стволами і стволами-генераторами піни.rezervuar5.jpg

Значні ускладнення виникають також під час гасіння пожеж в резервуарах за низьких температур повітря внаслідок замерзання води в пожежних рукавах, трубах, порушення роботи технічних засобів пожежогасіння і т. ін. Середня тривалість гасіння пожежі у резервуарі взимку значно більша, ніж в інші пори року.

Статистичні дані про пожежі у резервуарних парках

Повних статистичних даних про пожежі у резервуарах для зберігання нафти і нафтопродуктів, що сталися у світі, імовірно, не існує. Якщо за часів існування СРСР здійснювався відносно повий облік таких пожеж, що сталися на його території, то після розпаду «Імперії зла» мала місце суттєва дезорганізація в усіх галузях господарчої діяльності. Крім того, велика кількість підприємств, на яких існують резервуари, стали недержавними, і казати про наявність повної статистики пожеж, що сталися на них, не є можливим.

Згідно з літературними даними, у період з 1970 р. до 1994 р. на території колишнього СРСР зареєстровано 243 пожежі в резервуарах для зберігання нафти і нафтопродуктів, 78 з яких виникли в резервуарах з сирою нафтою. Статистика свідчить про такий розподіл пожеж: на об’єктах «Головтранснафти» – 9,7 %, на нафтопромислах – 14,2 %, на нафтопереробних заводах – 28,4 %, на розподільних нафтобазах – 47,7 %. В наземних резервуарах сталося 93,4 % пожеж, причому 32,1 % з них мали місце в резервуарах з сирою нафтою, 53,9 % – в резервуарах з бензином, 14,0 % – в резервуарах з іншими нафтопродуктами (мазут, гас тощо). Пожежі відбувалися в основному у вертикальних сталевих резервуарах (227 випадків), з них 198 випадків (87,2 %) припадають на резервуари з бензином та сирою нафтою. Зведеної інформації про пожежі в резервуарах, що сталися на колишній «шостій частині землі» пізніше, в доступній літературі не знайдено. Це зрозуміло: з відомих причин власники нафтовидобувних, нафтопереробних та інших підприємств не поспішають оприлюднювати інформацію про пожежі, що сталися на них.

За результатами аналізу відомих літературних джерел можна зробити висновок, що в період з 1985 р. до 1995 р. пожежі в резервуарах значно почастішали порівняно з періодом 1974-1984 р. р. Однією з причин цього був незадовільний технічний стан резервуарів. Згідно з літературними даними, 7 % аварійних ситуацій, що виникають під час експлуатації резервуарів, є наслідком конструктивних недоробок, а 50 % – наслідком дефектів під час монтажу і виготовлення конструкцій резервуарів. Чинні норми, які встановлюють вимоги до конструкцій резервуарів, багато спеціалістів вважають застарілими.

Пожежі, під час яких полум’я поширюється на групу, що складається з двох або більшої кількості резервуарів, називають груповими. Статистика свідчить, що груповою стає майже кожна четверта пожежа, яка розпочинається в резервуарі для зберігання нафти (нафтопродукту). Причинами цього бувають загазованість території або поширення полум’я на групу резервуарів внаслідок аварійного розтікання палаючої рідини із зруйнованого (такого, на якому стався вибух) резервуара під час скипання або викиду нафти (нафтопродукту).

Пару слів про гасіння пожеж в резервуарах

Згідно з літературними даними, більше половини пожеж в резервуарах для зберігання нафти і нафтопродуктів було погашено протягом менше ніж 2 год. Гасіння більш ніж третини пожеж потребувало доставки додаткової кількості води, оскільки її запас в резервуарних парках, згідно з нормами, розраховано лише на 6 годин гасіння пожежі. Кожна четверта пожежа набувала затяжного характеру і закінчувалася у більшості випадків повним вигорянням нафти (нафтопродукту). Нагадаємо, що прецедентів гасіння пожеж в резервуарах для зберігання нафти і нафтопродуктів стаціонарними системами пожежогасіння, призначеними для подавання піни середньої кратності на поверхню рідини, в доступній літературі не описано. Про те, як можна гасити такі пожежі, а також ефективність різних способів їх гасіння, ми сподіваємось розповісти іншим разом.

Що робити?

Зниження кількості пожеж в резервуарах для зберігання нафти і нафтопродуктів можна досягти шляхом посилення вимог щодо забезпечення пожежної безпеки під час їх експлуатації, ремонту і технічного обслуговування (і, звичайно, їх виконання). На нашу думку, потребують перегляду нормативні документи, які регламентують вимоги щодо будівництва резервуарів та їх захисту від блискавки, періодичності та порядку очищення, ремонту резервуарів, вимірювання рівню наливу рідини, відбирання проб тощо. Багатьох пожеж могло не бути, якби на територію резервуарного парку не потрапили сторонні особи, які здійснили підпали.

Один із напрямків зменшення пожежної небезпеки резервуарів для зберігання нафти і нафтопродуктів – це збільшення протипожежних розривів між резервуарами, резервуарами і небезпечними об’єктами, а також зниження рівня загазованості під час проведення різних технологічних операцій. Однак збільшення території резервуарних парків на сьогоднішній день є проблематичним. Інший напрямок – покращання сепарації нафти від газу, робота резервуарів з нерухомим та малорухомим рівнем наливу рідин, змішування та вимірювання витрат рідин в потоці, будівництво та експлуатація резервуарів з плаваючою покрівлею та понтоном, застосування газовирівнювальних систем та ін.

Удосконалення потребують і системи протипожежного захисту резервуарів, призначені для подавання вогнегасних речовин на гасіння пожежі та охолодження стінок резервуарів. Зокрема, у розвинених зарубіжних країнах для гасіння пожеж широко застосовується піна низької кратності, генерована з робочих розчинів піноутворювачів спеціального призначення. Застосування таких піноутворювачів начебто забезпечує прийнятну ефективність гасіння нафти (нафтопродуктів) у резервуарах. Але розповідь про це є предметом окремого «оповідання». 


Тематика:  Пожарная безопасность
Автор:  f+s
Источник:  http://security-info.com.ua/

Возврат к списку


Материалы по теме: