Тушение пожаров на технологических установках предприятий химической, нефтехимической и нефтеперерабатывающей промышленности

«Тушение пожаров  на технологических установках предприятий  химической, нефтехимической и нефтеперерабатывающей промышленности»

СОДЕРЖАНИЕ

Введение 2

I. Особенности обстановки на пожаре 5

II. Организация и способы тушения 11

III. Способы и средства тушения 14

Список литературы 27

ВВЕДЕНИЕ

Проблемы пожарной безопасности объектов транспортировки и хранения нефти и нефтепродуктов продолжают оставаться одной из главных государственных задач. Действующая система нормирования требований пожарной безопасности резервуаров и резервуарных парков для хранения горючих жидкостей предполагает использование для тушения пожаров в резервуарах в основном воздушно-механической пены средней кратности.

Подача пены средней  кратности для тушения пожаров  горючих жидкостей в резервуарах, согласно действующим нормативным документам, должна осуществляться либо с помощью автоматических стационарных установок пожаротушения, либо с помощью пеноподьемников на базе автомобилей или гусеничной техники.

Одним из основных недостатков способа тушения пожаров горючих жидкостей в резервуарах воздушно-механической пеной средней кратности с помощью автоматических установок пожаротушения (АУП) является их быстрый выход из строя при возникновении пожара. Анализ тушения реальных пожаров в резервуарах и резервуарных парках показывает, что все пожары были потушены с помощью передвижной пожарной техники. При развившемся пожаре невозможно повторное использование основных элементов АУП из-за прогорания сеток пеногенераторов. В ряде случаев пенные камеры являлись источником пожара или способствовали его развитию. Кроме того, пенные камеры устанавливаются в верхнем поясе резервуара, что приводит к уменьшению полезного объема резервуара в процессе эксплуатации.

При использовании пеноподьемников для тушения пожаров в резервуарах их чаще всего приходится устанавливать внутри обвалования, что повышает опасность для личного состава пожарной охраны, занятого обслуживанием этой техники. Кроме того, для их въезда внутрь обвалования требуются специальные оборудованные проезды. Значительные габариты автомобилей или гусеничных средств не позволяют легко осуществлять маневр внутри обвалования, а в связи с этим пеноподъемники не всегда возможно установить в наиболее выгодных местах для подачи пенных средств на ликвидацию горения.

Более надежным и безопасным при использовании стационарных систем пожаротушения является подслойный способ тушения пожаров нефти и нефтепродуктов в резервуарах, который применяется в зарубежных промышленно развитых странах.

Тушение пожаров подачей иены под слой горючей жидкости возможно только при использовании специальных пенообразователей, обладающих инертностью к нефтепродуктам. К таким пенообразователям относятся фторсодержащие пенообразователи на синтетической или протеиновой основе, которые могут быть эффективно применены для подслойного тушения. Наибольшим спросом за рубежом в настоящее время пользуются фторсодержащие пленкообразующие пенообразователи на протеиновой основе, имеющие степень биологического разложения в природных условиях более 80% за короткое время.

Подача пены низкой кратности  может осуществляться непосредственно в слой нефтепродукта как стационарными автоматическими установками пожаротушения, так и от передвижной пожарной техники с помощью стационарных вводов пены в резервуар, оборудованных высоконапорными пеногенераторами.

Для тушения пожаров  горючих жидкостей путем подачи пены низкой кратности сверху, когда  подслойный способ подачи пены низкой кратности применять не следует  или нецелесообразно (полярные жидкости, жидкости с высокой температурой застывания - мазуты, высокопарафинистые нефти и другие), применяются специальные бессеточные пеногенераторы с пенокамерами, у которых узел образования пены находится снаружи резервуара, а пена в резервуар подается через пеносливы. Такие пеногенераторы малочувствительны к воздействию взрыва или факела пламени горящей в резервуаре жидкости.

Тушение пожаров горючих  жидкостей в резервуарах или  их обвалованиях в зарубежных развитых странах с помощью передвижной пожарной техники производится чаще всего путем использования водопенных мониторов большой производительности, позволяющих подавать как компактные, так и распыленные струн воды или пены низкой кратности на значительные расстояния и высоту.

I. ОСОБЕННОСТИ ОБСТАНОВКИ НА ПОЖАРЕ.

Современные открытые технологические  установки по переработке углеводородных газов, нефтей и нефтепродуктов характеризуются большой производительностью и площадью застройки.

Рисунок 1. Общий  вид открытой технологической установки.

Они обычно состоят из одноэтажных аппаратов, высота которых достигает 80-100 м, а объем до 2000 м³ (рисунок 1). Технологические процессы в них проходят при высоких температурах и давлениях. За счет блочной системы компоновки достигается компактное размещение оборудования, уменьшение длины технологических коммуникаций.

Большая плотность застройки  и поэтажное размещение оборудования увеличивают удельные нагрузки горючих  веществ, повышают пожарную опасность, усложняют процесс тушения пожара.

Открытые технологические  установки, как правило, оборудуют стационарными системами тепловой защиты и тушения пожаров. Однако коммуникации трубопроводов, мелкие технологические аппараты и строительные конструкции ими обычно не защищаются. Кроме того, стационарные установки могут быть выведены из строя в результате температурных деформаций и взрывов технологического оборудования.

Анализ пожаров показывает, что каждый четвертый пожар сопровождается взрывом с последующим развитием горения на площади до 5000 м². Если пожар возникает без взрыва, то площадь пожара в большинстве случаев составляет 500 м², а максимальная площадь достигает 3000 м².

Пожары на открытых технологических  установках характеризуются большой  скоростью распространения горения, высокой тепловой радиацией пламени, возможностью возникновения взрывов, выброса и растекания горючих жидкостей и сжиженных газов на большие площади.

При розливе горючих  жидкостей на твердой поверхности  в виде пленки или слоя жидкость испаряется, и над ее поверхностью образуется паровоздушная зона, высота которой зависит от физико-химических свойств жидкости, ее температуры, скорости ветра и т. п. При воспламенении образуется факел значительных размеров, который создает угрозу соседним установкам.

Для снижения параметров факела могут применяться сыпучие негорючие материалы для засыпки поверхностного розлива жидкости.

Слой засыпки частично поглощает и отражает тепло, исключает  нагрев жидкости до кипения, поэтому  резко снижается количество паров, поступающих в зону горения.

Уровень снижения параметров пламени зависит от дисперсности элементов засыпки, толщины слоя, термической стойкости и др.

Анализ экспериментальных  данных показывает, что данный способ снижения параметров факела пламени может быть использован в практике эксплуатации открытых технологических установок, так как это позволяет почти в два раза уменьшить количество огнетушащих средств на тушение по сравнению с нормативными. На рисунке 2 приведены данные по высоте факела с использованием засыпки.

При авариях в аппаратах, работающих под избыточным давлением, горючие жидкости и газы вытекают в виде струй. При этом сжиженные углеводороды сгорают в факеле пламени полностью, а жидкие нефтепродукты сгорают частично, и образуют разливы на значительные площади.

Рисунок 2. Зависимость  высоты пламени от диаметра частиц засыпки.

Исходя из этого, по характеру горения  пожары можно разделить на следующие виды:

• горение паров жидкостей и газов в виде факелов;
• горение жидкостей с открытой поверхности (в емкостях или разлитой);
• горение движущейся жидкости (струи или растекающейся);
• взрывы паро-, или газовоздушной смеси;
• комбинация различных видов горения.

Увеличению площади  розлива и пожара может способствовать подаваемая на охлаждение технологического оборудования вода, по которой горящий нефтепродукт растекается по территории установки.

Пожары на технологических  установках по своему характеру являются сложными и продолжительными.

Размеры пожара зависят  от условий растекания нефтепродукта и степени разрушения и деформации оборудования от воздействия пламени. Если в момент аварии нефтепродукт воспламеняется, то площадь пожара зависит от количества вытекающего продукта, гидродинамических свойств потока жидкости, рельефа местности, скорости выгорания.

Развитию пожара способствует также то, что отдельные блоки, например, ректификационные и газофракционирующие колонны, технологические печи, теплообменники, конденсаторы, холодильники, отстойники технологически связаны между собой разветвленной сетью коммуникаций трубопроводов, и горение на одном блоке может вызвать аварийную ситуацию на других.

Особенно опасны вакуумные  аппараты, где при нарушении герметичности могут образоваться взрывоопасные концентрации паро-, газовоздушных смесей внутри аппаратов.

Тушение пожаров на технологических  установках представляет значительные трудности и требует от личного состава пожарных подразделений высокой тактической и психологической подготовки.

Опыт тушения пожаров  за последние 10-15 лет показывает, что  боевые действия пожарных подразделений  при тушении таких пожаров направлены на обеспечение тепловой защиты оборудования, локализацию и ликвидацию пожара, обеспечение условий для успешной ликвидации аварии.

Во многих случаях  для ликвидации пожаров привлекаются более 20 основных и специальных автомобилей.

В качестве основных средств  тушения применяются: воздушно-механическая пена, водяные струи, водяной пар, огнетушащие порошки, газоводяные струи.

При авариях на открытых технологических установках горючие  газы и пары нагретого нефтепродукта  могут образовать загазованные зоны, величина которых зависит от расхода продукта и скорости ветра.

На успешные боевые действия подразделений большое влияние  оказывает величина тепловых потоков. Незащищенные металлические аппараты, трубопроводы и конструкции нагреваются до высоких температур в течение 10-15 мин, а предохранительные клапаны не успевают стравливать развившееся в них давление. В результате происходит деформация я разрыв аппаратов и трубопроводов. Наличие теплоизоляции технологического оборудования повышает его огнестойкость до 40-45 мин, изменение температуры металлической стойки аппарата показано на рисунке 3.

Рисунок 3. Нагрев поверхности  металлических стенок аппарата при  воздействии на него факела пламени:

1 – температура стенки без орошения; 2 – охлаждение стенки при орошении распыленной струей интенсивностью 0,2 л/(м²*с); 3 – температура стенки при охлаждении 6eз предварительного нагрева.

II. Организация и способы тушения.

Одним из важных условий  успешной ликвидации пожаров на открытых технологических установках является постоянное взаимодействие пожарных подразделений со службами объекта, участвующими в тушении пожара и ликвидации аварии. Одним из мероприятий, обеспечивающих взаимодействие различных служб, является разработка плана ликвидации аварий и планов тушения пожаров.

План ликвидации аварии состоит из перечня мероприятий на том или ином участке, узле или установке с указанием конкретных действий дежурного персонала; списков бригад и распределения обязанностей среди инженерно-технического персонала, списков лиц, учреждений и организаций, которых оповещают об аварии, состояние систем пожаротушения, связи и сигнализации и других аварийных систем.

Планы ликвидации аварий составляют на каждую установку, блок или площадку.

Планы по тушению пожаров  согласовываются с мероприятиями  плана ликвидации аварии, т.е. план тушения пожаров является, как бы продолжением плана ликвидации аварии и рассчитан на развившийся сложный пожар.

В планах пожаротушения  особое внимание уделяется разработке мероприятий по взаимодействию подразделений пожарной охраны со службами объекта и руководителем ликвидации аварии, а также разработке мероприятий по предотвращению взрывов, растекания горючих жидкостей и загазованности территории.

Для обеспечения четкого  взаимодействия подразделений и  выполнения мероприятий по ликвидации пожара руководитель тушения пожара в состав оперативного штаба включает представителей администрации и специалистов объекта.

Решение по тушению пожара РТП принимает после консультации и согласования их с руководством и специалистами объекта, а боевые действия подразделений осуществляет во взаимодействии с техническими службами объекта.

Для обеспечения техники  безопасности РТП назначает ответственных  лиц из числа начальствующего  состава пожарной охраны и специалистов объекта.

Кроме общих задач, определенных Боевым уставом пожарной охраны, РТП и штаб должны решить ряд специфических задач, в частности:

• прекращение подачи нефтепродукта на аварийный участок и освобождение от него аппаратов, находящихся в зоне пожара;
• определение зоны возможной загазованности и мер ее защиты;
• порядок использования автоматических систем тушения и защиты, обеспечение сброса пожарных расходов воды и смываемого нефтепродукта в канализацию и т. п.

При тушении пожаров на технологических  установках особое значение имеют действия первых прибывших подразделений, задачей которых является обеспечение условий для прекращения истечения горючих жидкостей, их паров или газа. Дальнейшие боевые действия строятся в зависимости от вида горения и опасности для других аппаратов и установок. Если горение происходит в виде факела, то решающим направлением будет защита аппаратов и конструк-ций, подвергающихся действию пламени. Если горит вытекающая из аппаратов или трубопроводов жидкость, то основными действиями будут ограничение площади растекания и защита аппаратов от взрыва.

Боевые действия пожарных подразделений  по тушению пожаров на установках можно условно разделить на три этапа: локализацию пожара, тушение пожара, обеспечение условий для успешной ликвидации аварий.

Локализация пожара достигается путем прекращения поступления нефтепродукта на аварийный участок, ограничения площади розлива горящей жидкости, проведение защиты технологического оборудования от теплового воздействия, а также проведения других мероприятий, обеспечивающих контролируемое выгорание нефтепродукта.

Боевые действия по тушению, т.е. ликвидацию горения осуществляют, когда обеспечены условия, исключающие возможность  повторного воспламенения паров или газов.

В зависимости от обстановки в отдельных  случаях РТП может принять  решение о ликвидации горения при возможном образовании взрывоопасных зон после прекращения горения.

До прекращения горения РТП  должен определить зону возможной загазованности. После ликвидации горения боевые действия направляются на защиту технологического оборудования, смыв разлитого нефтепродукта, т. е. обеспечение ликвидации аварии в целом.

III. Способы и средства тушения.

Для ликвидации пожара и  защиты оборудования, как правило, применяются компактные и распыленные струи воды, а также воздушно-механическая пена различной кратности.

Защиту технологического оборудования организуют с момента прибытия первых подразделений и продолжают в периоды локализации и ликвидации пожара. Для этого используют автоматические средства защиты и огнетушащие средства, подаваемые передвижной пожарной техникой.

Защита от воздействия  тепла осуществляется путем орошения факела пламени распыленной водой, охлаждения поверхности оборудования водой или пеной, а также путем устройства водяных завес.

Орошая факел, необходимо добиваться, чтобы эффективная часть распыленной струи, т. е. половина или более ее длины, приходилась на основной участок факела пламени.

При охлаждении технологического оборудования необходимо обеспечивать орошение всей поверхности горящих и половины поверхности соседних аппаратов и установок.

Необходимость орошения соседних аппаратов определяется расстоянием  до фронта пламени.

Основным критерием  для определения границ безопасной зоны для технологического оборудования принята плотность теплового потока 12,5 кВт/м², которая вызывает нагрев «стенок» до температуры не более 100⁰С.

Водяные завесы являются эффективным средством защиты оборудования при пожаре, например, если установить стволы-распылители с насадками  турбинного или щелевого типа на расстоянии 1,5–2,0 м от фронта пламени, то плотность теплового потока снижается втрое.

Характеристика распылителей:

Для тушения пожаров  применяют компактные и распыленные  струи воды, воздушно-механическую пену, газоводяные струи и порошковые составы.

Компактные струи воды используют в основном для тушения  факелов жидкостей или сухих  газов. При этом на высоте до 12–15 м  тушение производится ручными пожарными стволами, а на высоте до 30 м – лафетными. Если горение на высоте более 30 м, то стволы целесообразно подавать с помощью автолестниц, автоподъемников или с соседних сооружений.

Для тушения горючих  жидкостей, разлитых па поверхности  земли, используют водяные струи, причем компактные струи – для смыва горящей жидкости, а распыленные – для тушения.

Воздушно-механическую пену используют для тушения нефти  и нефтепродуктов в технологических аппаратах насосных, лотках, канализации.Подают воздушно-механическую пену поэтапно по мере сосредоточения на пожаре расчетного количества сил и средств. Пенные струи можно использовать в комбинации с водяными, при этом для тушения вертикальных поверхностей используют водяные струи, для разлитого нефтепродукта – пенные.

Для тушения технологических установок  применяют газоводяные струи, подаваемые от АГВТ, предварительно рассмотрев эти вопросы со специалистами. Для начала тушения газоводяной струей необходимо интенсивно охлаждать водой аппараты, особенно их нижнюю часть.

Газоводяные струи можно  применять в сочетании с воздушно-механической пеной и водой, В этих случаях разлитый нефтепродукт тушат пеной или смывают водой, а струйное факельное горение тушат газоводяными струями. Тушить газоводяными струями разлитый нефтепродукт нецелесообразно из-за возможного разброса горящей жидкости.

Экспериментальным путем  установлена зависимость удельного расхода различных огнетушащих средств от характера струи при тушении факелов.

Порошковые составы  могут применяться для тушения  как струйных факелов, так и для разлитого нефтепродукта.

При тушении факела порошковую струю подают в место истечения продукта и постоянно перемещают ее по оси факела до полного срыва пламени.

При тушении разлитого  нефтепродукта порошковую струю  подают с ближнего края разлива с  последующим охватом всей площади горения.

Совместное применение порошковых и водяных струй одновременно не рекомендуется.

По требованиям норм противопожарной защиты технологические  установки оборудуют стационарными системами защиты от теплового воздействия и тушения пожаров: стационарными лафетными стволами, установками водяного орошения для защиты от теплового воздействия колонных аппаратов, установками тушения пенами или паром.

Руководитель тушения  пожара должен принять все меры по введению в действие стационарных систем, если они не были введены до прибытия пожарных подразделений.

Через стационарные лафетные стволы типа ПЛС-20С, ПЛС-40С, ПЛС-60С, подключенные к пожарному водопроводу, можно подавать как воду, так и пену, при этом напор на насадке составляет 50–70 м, а радиус компактной части струи 35–40 м. Лафетные стволы устанавливают вдоль монтажных проездов на специальных вышках на отметке 6–12 м, или на крышах зданий на расстоянии не менее 10 м от защищаемых аппаратов и сооружений.

Стволы используют для  защиты от воздействия тепла аппаратов, трубопроводов и строительных конструкций, для смыва разлитого нефтепродукта, а также для тушения факельного горения на установках.

Установки защиты от воздействия тепла  колонных аппаратов выполняют в виде водяных колец с перфорированными отверстиями или с оросителями дренчерного типа.

Интенсивность подачи воды на орошение защищаемой поверхности составляет 0,1 л/(м²*с).

Все типы установок пожаротушения  служат для ликвидации локальных  очагов горения на площадках и  этажерках, в сырьевых и продуктовых  насосных, канализационных колодцах, лотках и технологических печах, а также для создания паровых завес вокруг блоков печей при образовании паровзрывоопасных концентраций на прилегающей территории. Для эффективной защиты технологических печей применяют установки пожаротушения, так как в этих случаях применение водяных или пенных струй нецелесообразно из-за опасности деформации конструкций. Интенсивность подачи пара для паровой завесы составляет 0,03 кг/(м²*с). Пенные установки рассчитаны из условия интенсивности подачи раствора 0,12 л/(м²*с).

В ходе подготовки и введения боевых действий по тушению пожаров на технологических установках руководитель тушения пожаров принимает меры по соблюдению правил по технике безопасности, разрабатываемые совместно со специалистами объекта.

В целях безопасности личный состав должен использовать укрытия, тепловые экраны, теплоотражательные и теплозащитные костюмы, индивидуальные средства защиты. При угрозе взрыва или обрушения, внезапного розлива или выброса нефтепродукта РТП должен вынести личный состав в безопасное место на расстояние не менее 100 м от горящей установки, здесь же должен быть сосредоточен резерв сил и средств.

Необходимо определять и контролировать границы загазованности с помощью специальных служб объекта, а также избегать размещения боевых позиций напротив ретурбентов печей, торцевых стенок горизонтальных аппаратов, головок теплообменников люков и фланцевых соединений аварийных аппаратов.

Экспериментально установлено, что работа личного состава в  боевой одежде без теплозащитного снаряжения допускается в зоне, где плотность тепловых потоков не более 4 кВт/м².

Принципиальные схемы  расстановки сил и средств  при пожаре на технологических установках приведены на рисунке 4.

Рисунок 4. Схема расстановки сил  и средств при тушении открытой технологической установки

III. Тушение пожаров в резервуарах и резервуарных парках.

Организация тушения  нефти и нефтепродуктов в резервуарах  и резервуарных парках основана на оценке возможных вариантов возникновения и развития пожара. Пожары в резервуарах характеризуются сложными процессами развития, как правило, носят затяжной характер и требуют привлечения большого количества сил и средств для их ликвидации.

Основным средством  тушения пожаров в резервуарах  является пена средней и низкой кратности, подаваемая на поверхность горючей жидкости. Вместе с тем СНиП 2.11.03-93 г. «Склады нефти и нефтепродуктов. Противопожарные нормы» допускает применение подслойного способа подачи пены, а также других способов и средств тушения пожаров в резервуарах, обоснованных результатами научно-исследовательских работ и согласованных в установленном порядке. Для тушения нефти и нефтепродуктов применяются отечественные и зарубежные пеногенераторы и пенообразователи, прошедшие сертификацию и имеющие рекомендации по их применению и хранению.

ВОЗНИКНОВЕНИЕ И РАЗВИТИЕ ПОЖАРОВ В РЕЗЕРВУАРАХ И РЕЗЕРВУАРНЫХ ПАРКАХ.

Возникновение пожара в  резервуаре зависит от следующих  факторов: наличия источника зажигания, свойств горючей жидкости, конструктивных особенностей резервуара, наличия взрывоопасных концентраций внутри и снаружи резервуара. Пожар в резервуаре в большинстве случаев начинается со взрыва паровоздушной смеси. На образование взрывоопасных концентраций внутри резервуаров оказывают существенное влияние физико-химические свойства хранимых нефти и нефтепродуктов, конструкция резервуара, технологические режимы эксплуатации, а также климатические и метеорологические условия. Взрыв в резервуаре приводит к подрыву (реже срыву) крыши с последующим горением на всей поверхности горючей жидкости. При этом, даже в начальной стадии, горение нефти и нефтепродуктов в резервуаре может сопровождаться мощным тепловым излучением в окружающую среду, а высота светящейся части пламени составлять 1-2 диаметра горящего резервуара. Отклонение факела пламени от вертикальной оси при скорости ветра около 4 м/с составляет 60-70⁰.

Факельное горение может  возникнуть на дыхательной арматуре, местах соединения пенных камер со стенками резервуара, других отверстиях или трещинах в крыше или стенке резервуара при концентрации паров нефтепродукта в резервуаре выше верхнего концентрационного предела распространения пламени (ВКПРП).