Комплексные решения пожаровзрывопредотвращения

Внедрениеи использование указанных технологий связано не только с огромными энергозатратами,но и требует разработки и применения новых конструкций резервуаров для изотермическогохранения криогенных горючих жидкостей единичным объемом хранения 200–260 тысяч кубическихметров и более (стоимость строительства таких резервуаров колеблется впромежутке от 130 до 250 миллионов долларов); новых компрессоров и запорно-регулирующейаппаратуры для их перекачки; новых специальных терминалов для сливоналивных операцийкриогенных горючих жидкостей (стоимость строительства одного такого терминала –около 800 миллионов долларов); создания новых крупнотоннажных морских судов длядальних перевозок изотермических горючих жидкостей объемом до 150–160 и даже до220 (!!!) тысяч кубометров, стоимостью около 250–300 миллионов долларов и более– а также решения многих других конструктивных и технологических проблем.

Суммарнаястоимость заказов на строительство морских изотермических метановозов южнокорейскимсудостроителям на 2013—2014 года превышает 10 миллиардов долларов США.

Зарешение энергетических проблем Европы, стран АТР и других регионов мира развернуласьжесткая экономическая и технологическая борьба между Россией и Америкой, стремящейсястать мировым экспортером СПГ благодаря успехам «сланцевой революции» в добыче нефтии газа. Вследствие этого почти все инженерные проблемы, связанные с реализациейпроектов в данной сфере, более или менее успешно решаются… Все, кроме обеспечениятребуемого уровня пожаровзрывобезопасности (ПВБ) всей совокупности объектов ТЭК,вовлеченных в выполнение этой грандиозной и очень многоплановой задачи государственнойважности. Трудности и недостатки существующих решений в сфере ПВБ этих объектовбыли рассмотрены нами более подробно в ряде публикаций 2013–2014 годов настраницах более 20–25 печатных работ.

Вданном тексте более подробно рассмотрены научные основы и практические рекомендациипо повышению ПВБ объектов ТЭК, связанных с крупнотоннажным оборотом изотермическихтоплив, при крупных авариях – например, при внезапном освобождении или проливе 1000и более кубометров криогенной горючей жидкости. Эти рекомендации основаны, главнымобразом, на разработке трех новых технологий:

–технологии взрыво– и пожаропредотвращения уже в ходе развития аварии методом купированиязеркала всей свободной поверхности криогенного горючего, замораживаемой в процессеподачи комбинированной воздушно-механической пеной;

–новой технологии тушения пожаров криогенных горючих жидкостей комбинированной воздушно-механическойпеной, замораживаемой в ходе тушения пожара;

–новой, пожаробезопасной и взрывобезопасной технологии контролируемого, управляемогосжигания газосодержащей воздушно-механической пены в регулируемом режиме утилизацииаварийной массы жидкого топлива, высвобожденного или пролитого в ходе развития аварии.

Указанныетехнологии обеспечения ПВБ при авариях на объектах ТЭК с многотоннажным оборотомСУГ или СПГ основаны на введении новых принципов доминирующего механизма купирующегои огнетушащего действия воздушно-механической пены (ВМП) при ее непосредственномконтакте с криогенными горючими жидкостями.

Первымпринципом обеспечения эффекта купирования зеркала свободной поверхности СУГ илиСПГ и тушения пожара этих горючих жидкостей является принцип опережения скоростироста толщины пенного слоя на поверхности горючих жидкостей осредненной скоростипотока паров горючего вверх, в зону горения.

Второймеханизм купирования паров горючего и тушения пожара криогенных горючих сводитсяк снижению концентрации горючего над поверхностью слоя пены до значения ниже НКПВ(или НКПР) – 5% объемных для СПГ и 1,8% объемных для СУГ – и состоит из трехслагаемых:

–создания многослойного теплоизолирующего покрывала над зеркалом горючей жидкостиот внешнего теплового потока к свободной поверхности криогенных горючих сверху (дляснижения интенсивности их испарения);

–создания трехслойного механического покрывала над поверхностью СУГ или СПГ, котороепрепятствует потоку паров горючего вверх, в зону горения, и приводит к резкому снижениюего интенсивности;

–значительного снижения интенсивности потока пара в зону горения путем сорбции, частичногопоглощения этого потока трехслойным покрывалом, создаваемым над зеркалом поверхностиСУГ или СПГ.

Приснижении концентрации горючего над поверхностью пенного покрывала до указанных вышечисленных значений для метана или пропан-бутановой смеси газовоздушная смесь надпенным слоем становится невоспламенимой и неспособной к распространению или поддержаниюпроцесса горения. Поэтому при реализации процесса купирования аварийная ситуациястановится пожаровзрывобезопасной, а при тушении пожара процесс горения над слоемпены прекращается. При этом, разрабатывая тактику тушения пожара и режим и параметрыподачи ВМП на процесс купирования, а тем более, процесс тушения пожара, необходимоучитывать 3–4 чрезвычайно существенных отличия механизмов горения и особенно доминирующегомеханизма тушения пожаров криогенных горючих жидкостей и пожаров ЛВЖ – ГЖ, болеепривычных и более известных практическим работникам. При тушении пожаров ЛВЖ, аособенно ГЖ, с применением ВМП доминирующим механизмом огнетушащего действия условносчитается процесс охлаждения поверхностного слоя ГЖ с температуры кипения (порядка120–200 С° и даже больше) почти до их температуры вспышки (порядка 40–60 С°). Этоохлаждение происходит главным образом за счет теплового взаимодействия «холодной»пены, особенно, стекающего из нее раствора пенообразователя (с температурой порядка10–15 С°), с поверхностью горючей жидкости. При этом идет процесс интенсивногоразрушения пены с интенсификацией процесса охлаждения горючей жидкости.

Совершеннопротивоположная картина теплового взаимодействия наблюдается при контакте ВМП споверхностью криогенных горючих жидкостей. «Горячая» воздушно-механическая пенаи стекающий из нее раствор пенообразователя при той же температуре 10–15 С° подводятдополнительное тепло к « холодным» криогенным горючим жидкостям (–42 С° при СУГи –162 С° при СПГ) и усиливают, интенсифицируют процесс их испарения в первые моментыконтакта. При этом за счет фазовых превращений на границе контакта – образованиятвердой ледяной подложки пористого льда толщиной 1–3 миллиметра из раствора пенообразователя,возникновения слоя сухой, твердой, замерзшей пены толщиной 5–10 сантиметров и охлажденияслоя жидкой пены толщиной 15–25 сантиметров над слоем затвердевшей пены – интенсивностьразрушения пены непрерывно снижается. Таким образом, пена становится более стойкой,а интенсивность испарения и проникновения паров горючего сквозь ее слой,напротив, резко снижается.

Эффект купирования или тушения пожараизотермических горючих жидкостей реализуется главным образом за счет соблюдениятребуемой (расчетной) интенсивности подачи пены на ликвидацию аварии и темпом иравномерностью ее нанесения на зеркало поверхности криогенной горючей жидкости.Расчет требуемой интенсивности подачи пены по удельному расходу раствора пенообразующейжидкости ведется по принципу обеспечения превосходства или равенства скорости ростатолщины пенного слоя на поверхности горючей жидкости и скорости трансфузии паровгорючего сквозь пенный слой. Следовательно, он зависит от режима и удельной массовойскорости испарения горючей жидкости m(кг/м2.в секунду), которая в зависимости оттипа аварии и обстоятельств аварийной ситуации изменяется с 0,111

Выбравнаиболее вероятные параметры срабатывания систем пожарной автоматики (включая предполагаемуюинерционность ее срабатывания), мы получили численные значения оптимальных интенсивностейподачи пенообразующих растворов на процесс купирования аварии и процесс тушенияпожара. Их значения колеблются в пределах от минимального, I

Представимпример расчета основных параметров технологии купирования поверхности и тушенияпожара СУГ или СПГ на площадях от F=500–600

Применениеэтих трех новых технологий существенного повышения ПВБ объектов ТЭК при крупныхавариях позволяет не только принципиально по-новому решить эту важную техническуюпроблему, но и найти положительное решение еще одной экономической задачи, поставленнойПрезидентом РФ Владимиром Путиным