Тушение пожаров на открытых технологических установках

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

Они обычно состоят из одноэтажных аппаратов, высота которых достигает 80-100 м, а объем до 2000 м³ (рис. 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, 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, т.к. это позволяет почти в два раза уменьшить количество огнетушащих средств на тушение по сравнению с нормативными. На рис. 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 розливы на значительных площадях.

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 розлитой);
• 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 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 пожарных автомобилей.

В качестве основных средств тушения применяются: воздушномеханическая пена (ВПМ), 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.

Расход нефтепродукта, вытекающего из аппарата и трубопроводов в виде струй, можно определить по длине пламени, их зависимости приведены в (табл. 1)

Таблица 1

Расход нефтепродукта, кг/с
Характер истечения нефтепродукта	Длина факела пламени, м
	2	3	5	10	15	20	25	30	35	40
Компактная струя	–	–	0,2	0,4	1	1,6	3	5	7,5	10
Распыленная струя	0,5	1	2	7,5	14	20	–	–	–	–

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 и разрыв аппаратов и трубопроводов. Наличие теплоизоляции технологического оборудования повышает его огнестойкость до 40-45 мин, изменение температуры металлической стойки аппарата показано на рис. 3.

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 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 пожара является составной частью плана ликвидации аварии и рассчитан на случай пожара.

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 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 БУПО, РТП и штаб должны решить ряд специфических задач, в частности:

• прекращение подачи нефтепродукта на аварийный участок и освобождение от него аппаратов, находящихся в зоне 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 конструкций, 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 аварии.

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 мероприятии, 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.

Для ликвидации пожара и защиты оборудования, как правило, применяются компактные и распыленные струи воды, а также ВМП различной кратности.

Защиту технологического оборудования организуют с момента прибытия первых пожарных 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 100°С.

Водяные завесы (табл. 2) 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.

Таблица 2

Характеристика распылителей
Тип распылителя	Эффективный угол подачи ствола, град.	Напор на насадке, м	Расход воды, л/с	Геометрические размеры водяных завес
				высота, м	площадь, м2
Турбинный НРТ-5	50	50	5	10	50
Турбинный НРТ-10	50	60	10	12	100
Турбинный НРТ-20	50	60	20	15	200
Щелевой РВ-12	–	60	12	8	100

Для тушения пожаров применяют компактные и распыленные струи воды, ВМП, 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 на поверхности земли, используют водяные струи, причем компактные струи – для смыва горящей жидкости, а распыленные – для тушения.

ВМП используют для тушения нефти и нефтепродуктов в технологических аппаратах насосных, лотках, канализации.

Подают ВМП 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 струёй необходимо интенсивно охлаждать водой аппараты, особенно их нижнюю часть.

Газоводяные струи можно применять в сочетании с ВМП и водой. Б 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 веществ от характера струи при тушении факелов (табл. 3).

Таблица 3

Удельный расход различных огнетушащих веществ, кг/кг
Вид струйного факела	Газоводяная струя	Порошок	Вода
Компактная струя сухого газа и жидкого нефтепродукта	7	4,4	21
Распыленная струя газа и жидкого нефтепродукта, а также компактная или распыленная струя сжиженного газа	15	3,8	–

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

При тушении факелов 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. Интенсивности подачи различных огнетушащих веществ на тушение открытых технологических установок приведены в Указаниях по тушению пожаров на открытых технологических установках по переработке горючих жидкостей и газов.

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

РТП 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 пожаровзрывоопасных концентраций на прилегающей территории. Для эффективной защиты технологических печей применяют установки пожаротушения, т.к. в этих случаях применение водяных и 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 ведения боевых действий по тушению пожаров на технологических установках РТП принимает меры по соблюдению правил техники 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 нефтепродуктов РТП должен вывести личный состав в безопасное место на расстояние не менее 100 м от горящей установки, здесь же должен быть сосредоточен резерв сил и средств.

Необходимо определить 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.

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