1.1. Особенности возникновения и развития пожаров в резервуарах для хранения легковоспламеняющихся и горючих жидкостей

Для хранения нефти и нефтепродуктов во всем мире в настоящее время в основном применяются стальные вертикальные резервуары (РВС), которые представляют собой сложные металлические конструкции. Их преимуществами являются быстрота изготовления из стандартных элементов, простота обслуживания, возможность хранить значительные объемы жидкостей. Значительно реже применяются резервуары горизонтальные стальные (РГС) для хранения небольших объемов нефтепродуктов (не более 1000 м3, наиболее часто применяются резервуары объемом от 50 до 200 м3).

Конструктивно стальные вертикальные резервуары подразделяют на резервуары со стационарной крышей и с плавающей крышей. Резервуары со стационарной крышей в ряде случаев оборудуются понтоном для снижения потерь нефти или нефтепродукта от испарения.

Применяются также резервуары железобетонные, в основном для хранения темных нефтепродуктов, как правило, подземные или заглубленные в грунт.

Возникновение пожара в резервуаре (РВС) чаще всего, как показывает практика, начинается либо с взрыва паровоздушной смеси в объеме резервуара, не занятом жидкостью, либо с возникновения факельного горения в местах выхода из емкости в атмосферу паров хранимых в ней горючих жидкостей.

Источниками зажигания могут являться:

• удары молнии (грозовые разряды);

• разряды статического электричества;

• искры или брызги расплавленного металла, возникающие при производстве электро и газосварочных работ, а также при резке металлов газом или абразивными кругами (проведение ремонтных работ);

• фрикционные искры, образующиеся при ударах или трении металлических частей друг о друга;

• самовозгорание пирофорных отложений на стенках резервуаров;

• искры пусковой, регулирующей аппаратуры, электроприводов задвижек и другого оборудования.

Горение смеси с воздухом паров пожароопасных жидкостей происходит при концентрации их в определенном диапазоне (область пожаровзрывоопасных значений). Воспламенение выходящих из резервуара паров горючих жидкостей от внешних источников зажигания (например, разряд атмосферного электричества, механические искры и другие) может происходить на дыхательной арматуре, а также при выходе из трещин или отверстий, образующихся в результате коррозии или механических повреждений в крыше и стенках резервуаров, неплотностей в местах установки пенных камер.

На дальнейшее развитие пожара существенное влияние оказывает состав газовой среды в резервуаре, Состав газовой среды, а именно ее пожаровзрывоопасность, зависит от физико-химических свойств и показателей пожарной опасности хранимых жидкостей, конструктивных особенностей резервуаров, технологических режимов, проводимых операций, климатических и метеорологических условий. В зависимости от концентрации паров хранимых жидкостей в газовом объеме резервуара в области пожаровзрывоопасных значений скорость их сгорания может меняться в очень широких пределах (от нескольких сантиметров в секунду до сотен метров в секунду).

Резервуары со стационарной крышей.

Возможны несколько вариантов возникновения пожара в резервуаре со стационарной крышей.

Первый вариант, при котором концентрация паров горючей жидкости в газовом пространстве резервуара близка к стехиометрической и скорость горения их велика. В этом случае в результате воспламенения паровоздушной смеси в объеме резервуара не занятом горючей жидкостью происходит взрыв, в результате которого осуществляется отрыв и сброс крыши, горение нефтепродукта наблюдается по всей поверхности. Известны случаи отрыва днища резервуара с последующим розливом всей массы хранимой жидкости в обвалование и её горением.

Второй вариант, при котором силы взрыва недостаточно для сброса крыши и происходит её обрушение внутрь резервуара, что приводит к образованию «кармана». Горение происходит на открытой поверхности и в области «кармана».

Третий вариант, когда мощность взрыва относительно невелика, происходит частичный подрыв крыши. Образуются разрывы в области сварных швов, сквозь которые выходят продукты горения и поступает воздух из окружающего пространства. Горение происходит по сути в закрытом резервуаре.

Четвертый вариант, при котором концентрация паров пожароопасной жидкости в газовом пространстве резервуара превышает верхний концентрационный предел распространения пламени. В этом случае возникает факельное горение в местах выхода паров хранимой в резервуаре горючей жидкости. Факельное горение, возникающее в случае выхода газовой смеси из резервуара через трещины, подрывы крыши, отверстия, появившиеся в результате коррозии или механических повреждений, является значительно более опасным, чем на дыхательной арматуре.

Факельное горение на дыхательной арматуре характеризуется тем, что практически невозможен быстрый проскок пламени во внутреннее газовое пространство резервуара, но при длительном горении происходит прогрев как самой дыхательной арматуры (огнепреградителей), так и крыши резервуара вблизи нее с последующим разрушением их и переходом горения при определенных условиях внутрь резервуара.

Аналогичные условия начальной стадии пожара в резервуаре будут и при появлении источников зажигания, находящихся внутри резервуара, например, самовозгорание пирофорных отложений.

Резервуары со стационарной крышей оборудованные понтоном.

Возможные варианты развития пожара в резервуаре с понтоном определены на основе анализа пожаров, происшедших как в нашей стране, так и за рубежом, а также материалов научных исследований развития пожаров в резервуарах и резервуарных парках.

При возникновении пожара в резервуаре с понтоном возможны следующие варианты:

• с образованием взрывопожароопасной концентрации паров хранимой горючей жидкости снаружи резервуара при больших и малых «дыханиях» и появлением источника зажигания возникает пожар на дыхательных клапанах или в местах негерметичности соединения пенных камер с корпусом резервуара;

• с образованием взрывоопасных концентраций паров хранимой горючей жидкости в резервуаре, приводящим к наиболее часто встречающемуся на практике случаю, пожару в резервуаре;

• с разрушением резервуара и выходом горящего продукта в обвалование.

При возникновении факельного горения в зависимости от величины концентрации паровоздушной среды внутри резервуара возможны:

• устойчивое факельное горение;

• взрыв паровоздушной среды в резервуаре.

При таком пожаре необходима подача пены низкой кратности сверху в щелевой зазор и на поверхность понтона, что позволит предотвратить развитие пожара в резервуаре.

Пожар в самом резервуаре может иметь различный характер:

• горение нефти или нефтепродукта в щелевом зазоре между стенкой резервуара и понтоном. Для его тушения необходимо осуществлять подачу пены низкой кратности сверху непосредственно в щелевой зазор;

• горение в щелевом зазоре и скопившейся на поверхности понтона в процессе эксплуатации резервуара горючей жидкости. В этом случае пену необходимо подавать в щелевой зазор и на поверхность понтона;

• горение открытой поверхности нефти или нефтепродукта в резервуаре при затонувшем понтоне. Подача пены низкой кратности должна осуществляться сверху. Поток пены должен быть направлен на стенку резервуара для того, чтобы обеспечить плавное растекание пены по поверхности горючей жидкости;

• горение под понтоном (стойки понтона стоят на днище резервуара). В таком случае происходит быстрое прогорание уплотнения в щелевом зазоре. Кроме того под воздействием высокой температуры происходит разрушение понтона, вызванное температурными деформациями его конструкций, что приводит к образованию в ряде случаев закрытых зон, называемых «карманами». При таком развитии пожара тушение пеной, подаваемой сверху, как правило, не достигается. Поэтому необходимо дополнительно осуществить подачу пены в слой горючей жидкости, что может быть реализовано при подслойном способе тушения. Анализ статистики пожаров свидетельствует, что горение под понтоном происходит при недостатке кислорода, а площадь горения незначительно превышает площадь открытых проемов (щелевой зазор, открытые проемы на понтоне) и составляет не более 50% площади горизонтального сечения резервуара;

• пожар в резервуаре при перекосе понтона, зависании его, частичном разрушении, то есть когда также образуются «карманы». В этом случае подача пены на тушение резервуара должна производиться как сверху, так и под слой горючей жидкости;

• пожар в резервуаре при обрушении стационарной крыши внутрь резервуара. В этом случае неизбежно образование «карманов», понтон чаще всего перекошен обрушившимися конструкциями крыши. В этом случае подача пены на тушение резервуара должна производиться как сверху, так и под слой горючей жидкости.

При разрушении резервуара, как правило, системы пожаротушения выходят из строя. Характерно то, что процент таких пожаров незначителен, однако, для их тушения привлекалось большое количество сил и средств пожарной охраны, а продолжительность тушения составляла сутки и более. В этом случае стационарная система пожаротушения может быть использована для подачи пены в негорящие резервуары, которые подвергаются тепловому воздействию пожара. Наиболее эффективна в таких случаях пена, получаемая из фторированных пленкообразующих пенообразователей, которая может предотвращать возникновение пожара в течение нескольких часов.

Приведенные варианты возникновения и развития пожара позволяют выбрать наиболее оптимальный способ ликвидации горения в резервуарах со стационарной крышей оборудованных понтоном.

На основании вышеизложенного, подача пены низкой кратности в резервуары со стационарной крышей и с понтоном должна осуществляться как сверху, так и снизу в слой горючей жидкости. При этом площадь тушения при подаче пены сверху должна равняться горизонтальной площади резервуара, а при подаче снизу – 50% площади горизонтального сечения резервуара.

Резервуары с плавающей крышей.

Возможными вариантами возникновения и развития пожаров в резервуаре с плавающей крышей являются:

• горение возникает в зазоре между стенками резервуара и плавающей крышей. Факельное горение в резервуарах с плавающей крышей обычно возникает в местах повреждения герметизирующего затвора и неплотного прилегания герметизирующего затвора к стенкам резервуара. Горение выходящих паров хранимой жидкости приводит к прогоранию затвора и тепловому воздействию на металлоконструкции плавающей крыши. Это способствует появлению трещин в наиболее слабых местах, деформации конструкций резервуара и самой крыши, что в итоге приводит к потере плавучести крыши.

Как правило, пожар возникает из-за перекоса или зависания плавающей крыши, способствующего появлению открытых участков хранимой жидкости, повреждению герметизирующего затвора и возникновению механического искрения при трении металлических элементов плавающей крыши о направляющие.

Перекос или зависание плавающей крыши чаще всего происходит вследствие их заклинивания, происходящего по различным причинам, или примерзания уплотняющего затвора, а также возможны и другие причины.

Для его тушения необходимо осуществлять подачу пены низкой кратности сверху непосредственно в щелевой зазор;

• горение происходит по всей поверхности зеркала жидкости в резервуаре (затопление плавающей крыши). Подача пены низкой кратности должна осуществляться сверху. Поток пены должен быть направлен по возможности на стенку резервуара для того, чтобы обеспечить плавное растекание пены по поверхности горючей жидкости;

• горение происходит под плавающей крышей — (плавающая крыша зависла и находится выше уровня горючей жидкости). В таком случае происходит быстрое прогорание уплотнения в щелевом зазоре. Кроме того, под воздействием высокой температуры происходит разрушение плавающей крыши, вызванное температурными деформациями ее конструкций, что приводит к образованию в ряде случаев закрытых зон, называемых «карманами». При таком развитии пожара тушение пеной, подаваемой сверху, как правило, не достигается. Поэтому необходимо дополнительно осуществить подачу пены в слой горючей жидкости, что может быть реализовано при подслойном способе тушения. Горение под плавающей крышей происходит при недостатке кислорода, а площадь горения незначительно превышает площадь открытых проемов (щелевой зазор, открытые проемы на плавающей крыше) и составляет не более 50% площади горизонтального сечения резервуара;

• горение при перекосе плавающей крыши, когда часть ее затоплена, а часть расположена над уровнем горючей жидкости. В этом случае, как правило, возможно образование «карманов», а поэтому требуется осуществлять подачу пены для тушения пожара как сверху, так и в слой горючей жидкости.

Приведенные варианты возникновения и развития пожара позволяют выбрать наиболее оптимальный способ ликвидации горения в резервуарах с плавающей крышей.

На основании вышеизложенного, подача пены низкой кратности в резервуары с плавающей крышей должна осуществляться как сверху, так и снизу в слой горючей жидкости. При этом площадь тушения при подаче пены сверху автоматическими установками пожаротушения должна равняться площади зазора между стенками резервуара и плавающей крышей (тушение в зазоре), при тушении сверху (при затонувшей плавающей крыше) — всей горизонтальной площади резервуара, а при подаче снизу – 50% площади горизонтального сечения резервуара (комбинированный способ подачи пены низкой кратности).

Кроме конструктивных особенностей резервуара при выборе способа подачи пены низкой кратности следует учитывать физико-химические свойства хранимых горючих жидкостей.

Подслойный способ тушения нефтей и нефтепродуктов в резервуарах не следует применять для тушения вязких жидкостей, а также тех, которые имеют относительно высокую температуру застывания или загустевания. Это связано прежде всего с тем, что при подаче пены трудно продавить слой вязкой жидкости, особенно через пенопроводы, которые имеют довольно значительную протяженность. Подслойный способ тушения неприменим для тушения полярных жидкостей, при контакте с которыми происходит интенсивное разрушение пены. В этом случае следует применять подачу пены низкой кратности сверху с использованием стационарно установленных пеногенераторов с пенокамерами (пеносливами) специальных конструкций. Разработанные в последние годы такие пенокамеры в меньшей степени подвержены воздействию давления взрыва паров горючих жидкостей, которые хранятся в резервуарах. Пеногенератор, применяемый в этих устройствах, устанавливается с наружной стороны резервуара и на него практически не оказывает никакого влияния тепловое излучение факела пламени пожара в нем.

Для подачи пены низкой кратности в зазоры между стенкой резервуара и плавающей крышей в мировой практике используются стационарные пеногенераторы с пеносливами специальной конструкции, которые находятся ниже верхнего края стенки резервуара и поэтому обеспечивают устойчивую работу в различных ситуациях, они защищены от воздействия тепловых потоков факела пламени пожара в резервуаре.

При использовании подслойного способа подачи пены низкой кратности в резервуар следует учитывать влияние слоя подтоварной воды. Пена низкой кратности, получаемая на любой основе, включая и фторированные пленкообразующие пенообразователи, хорошо растворяется в воде. Поэтому при прохождении через слой воды она частично растворяется в нем. Экспериментальные исследования эффективности тушения пожаров нефти и нефтепродуктов, показали, что при высоте слоя подтоварной воды до 3 метров его влияние можно не учитывать. При большей высоте слоя подтоварной воды требуется увеличивать интенсивность подачи раствора пенообразователя.