Вопрос № 2: Особенности развития пожаров

Пожары в резервуарах обычно начинаются с взрыва паровоздушной смеси в газовом пространстве резервуара и срыва крыши или вспышки "богатой" смеси без срыва крыши, но с нарушением целостности ее отдельных мест.

Сила взрыва зависит от величины паровоздушного пространства, заполненного смесью паров нефтепродукта с воздухом (низкий уровень жидкости).

В зависимости от силы взрыва в вертикальном металлическом резервуаре может наблюдаться обстановка:

- крыша срывается полностью, ее отбрасывает в сторону на расстояние 20-30 м. Жидкость горит на всей площади резервуара;

- крыша несколько приподнимается, отрывается полностью или частично, затем задержи­вается в полупогруженном состоянии в горящейжидкости;

- крыша деформируется и образует небольшие щели в местах крепления к стенке резервуара, а также в сварных швах самой крыши. В этом случае го­рят пары ЛВЖ над образованными щелями.

При пожаре в железобетонных заглубленных (подземных) резервуарах от взрыва происходит разрушение кровли, в которой образуются отверстия больших размеров, затем в процессе пожара может произойти обрушение по­крытий по всей площади резервуара из-за высокой температуры и невозможности охлаждения их несущих конструкций.

У цилиндрических горизонтальных, сферических резервуаров при взрыве чаще всего разрушается днище, в результате чего жидкость разливается на значительную площадь, создается угроза соседним резервуарам и сооружениям.

Состояние резервуаров и его оборудования после возникновения пожара определяет способ тушения и действий подразделений пожарной охраны.

Основными параметрами пожаров в резервуарных парках являются:

-площадь пожара,

-высота факела пламени,

-плотность теплового потока,

-скорость выгорания,

-скорость прогрева жидкости.

Горение ЛВЖ и ГЖ со свободной поверхности происходит сравнительно спокойно при высоте светящейся части пламени, равной 1,5Д резервуара.

При наличии ветра горение значительно усиливается, масса дыма и пламени отклоняется в сторону, тем самым усложняется обстановка на пожаре за счет увеличения вероятности распространения пожара на соседние резервуары и сооружения, ведет к потере ориентации, сковывает боевые действия подразделений (рис.).

 

Изменяется тепловой режим пожара за счет увеличения теплоотдачи к поверхности жидкости, стенки резервуара, контактируя с пламенем, нагреваются до более высокой температуры

Нагревание стенок, а отсюда и их деформация происходят неравномерно, особенно при наличии ветра. С подветренной стороны стенки деформируются значительно быстрее, чем с наветренной. Сильный нагрев и деформация стенок могут вызвать разрыв корпуса резервуара на отдельных участках и вытекание жидкости в обвалование.

За счет теплового излучения факела пламени, а также конвективного переноса теплараскаленными газами часто происходит воспламенение паров нефтепродуктов на соседних резервуарах, выходящих через дыхательную арматуру, замерные устройства и т.п.

Температура пламени зависит от вида нефтепродукта и практически не зависит от размеров факела и колеблется от 1000 до 1300 °С

Линейная скорость выгорания различных нефтепродуктов в зависимости от их физико-химических свойств находится в пределах от 6-30 см/час она практически не зависит от размеров резервуара или от площади горения, если эта площадь превышает 5 м²

При продолжающемся горении происходит прогрев массы жидкости вглубь. Этот прогрев происходит от излучения пламени на поверхность жидкости и затем в самой жидкости передачей тепла теплопроводностью и конвекцией.

 

 

I. Параметры пожаров нефтепродуктов
Наименование горючей жидкости	Скорость выгорания (м/ч)	Скорость прогрева (м/ч)
Бензин	0,3	0,1
Керосин	0,25	0,1
Газовый конденсат	0,3	0,3
Дизельное топливо из газового конденсата	0,25	0,15
Смесь нефти и газового конденсата	0,2	0,4
Дизельное топливо	0,2	0,08
Нефть	0,15	0,4
Мазут	0,1	0,3

Процесс горения нефтепродуктов в резервуарах металлических наземных и железобетонных подземных при полностью разрушенной крыше практически не отличается, например, линейная скорость выгорания v _л для нефти составляет 15 см/ч для обоих видов резервуаров, а скорость прогрева v _п в металлических резервуарах для нефти составляет 24-36 см/ч и в железобетонных 24-30 см/ч

Накопление тепла в поверхностном слое нефтепродукта в значительной степени влияет на процесс тушения. Высокая температура разрушает пену, увеличивает расход огнетушащих веществ и время тушения.

На поверхности жидкости температура близка к температуре кипения, но у нефти температура поверхности медленно возрастает по мере выгорания легких фракций. Для большинства нефтепродуктов температура поверхности жидкости составляет более 100°С.

Наличие прогретого слоя наблюдается при длительном горении сырых нефтей и мазутов.

Основными явлениями, сопровождающими пожар в резервуарных парках, являются вскипание и выброс.

По характеру прогрева у поверхности все ЛВЖ-ГЖ можно разделить на две группы. Первая группа, у которой температура в слое почти не меняется (спирты, ацетон бензол, керосин, дизельное топливо и др.), а на поверхности горения устанавливается температура, близкая к температуре кипения. Вторая группа (сырая нефть, бензин, мазуты и др.) — при длительном горении у поверхности образуется кипящий слой.

Вскипание происходит когда (при отсутствии водяной подушки) вода имеется в виде эмульсии в самой горючей жидкости или Вскипание может произойти и в сухих нефтепродуктах, если будет производиться продолжительное время безрезультатное тушение водой или пеной, так как это вызовет увлажнение нефтепродукта.

При уменьшении вязкости верхнего слоя нефти капли воды опускаются вглубь и накапливаются там, где вязкость нефти еще велика. Одновременно капли воды нагреваются и закипают. Пары воды вспенивают нефть, которая переливается через борт и происходит вскипание (т. е. вскипание воды, содержащейся в нефти). Вскипание возникает раньше, чем выброс.

Опытами установлено, что если высота свободного борта превышает толщину прогретого слоя больше чем вдвое, жидкость не переливается через борт при условии содержания воды в нефти до 1%, тогда вскипание происходит через 45 - 60 мин. Вскипание увеличивает температуру пламени до 1500°С, высота пламени увеличивается в 2-3 раза, тепловой поток возрастает в несколько раз, за счет полного сгорания.

Выброс может произойти во время пожара в резервуаре, где под слоем жидкости находится вода (водяная подушка), т. е. в зависимости от условий хранения, где образуется прогретый слой жидкости; где температура прогретого слоя выше температуры кипения воды.

Выброс можно объяснить следующим образом, температура прогретого слоя нефти может достигать 300 °С. Этот слой, соприкасаясь с водой, нагревает ее до температуры значительно большей, чем температура кипения. При этом происходит бурное вскипание воды с выделением большого количества пара, который выбрасывает находящуюся над водой нефть за пределы резервуара.

Время выброса (т. е. время от начала пожара до выброса) можно определить, если известен уровень жидкости в резервуаре H, толщина слоя воды h, а также линейная скорость выгорания v _л и скорость прогрева v _п тогда получим время, ч, по формуле:

t_в = (H - h) / (v_л + v_п)

Ориентировочно вскипание можно определить по следующим признакам:

- происходит усиление горения, пламя становится ярче и выше;

- возникает характерный шум, вибрация стенок резервуара.

Основные меры борьбы с вскипанием и выбросом:

-ликвидация пожара до момента вскипания или выброса;

-дренирование (откачка) слоя воды из резервуара.

Как вывод можно отметить, что вскипание и выброс на пожарах в резервуарных парках представляют серьезную опасность для личного состава и техники, увеличивают размеры пожара, изменяют характер горения, вызывают необходимость перегруппировки сил и средств, введения резерва, изменения плана тушения и т.п.

Тушение пожара.

Для обеспечения условий успешного тушения пожаров в резервуарных парках хранения ЛВЖ и ГЖ в гарнизонах проводятся необходимые мероприятия:

- создание запасов на объектах и в гарнизонах необходимого количества пенообразующих средств, хранение нормативного запаса средств на нефтебазе (если в городе несколько нефтебаз, то пенообразующие средства могут храниться в другом месте, но доставка их должна быть обеспечена в течение часа):

- возможность быстрого сосредоточения необходимого количества сил и средств на пожар;

- совершенствование тактической выучки личного состава пожарных частей и порядка сбора начальствующего состава гарнизона;

- разработка планов тушения пожаров.

Для этих целей на каждой нефтебазе заранее разрабатывается план пожаротушения, расчет сил и средств проводят в двух вариантах. Первый вариант (нормативный) предусматривает тушение наибольшей площади резервуара, второй - тушение пожаров в усложненных условиях, т, е. в случае распространения пожара на другие резервуары. Для наземных металлических резервуаров этот вариант подразумевает горение всех резервуаров в обваловании (группы), для подземных - не менее одной трети резервуаров.

Для тушения пожаров в резервуарных парках применяют:

- воду в виде распыленных струй;

- огнетушащие порошки и инертные газы;

- перемешиванием горючей жидкости,

- ВМП средней и низкой кратности.

Тушение распыленными струями воды

Применяется в основном темных нефтепродуктов с температурой вспышки больше 60 °С при выполнении следующих условий:

- дисперсность воды 0,1 - 0,5 м/к.

- одновременное перекрытие струей водывсей площади горения,

- интенсивность подачи не менее 0,2 л/м²с).

Тушение огнетушащими порошками (ПС и ПСБ) применяется для тушения различных ЛВЖ и ГЖ в резервуарах объемом не более 5 тыс. м³.

Для подачи порошков в основном применяют схему полустационарной подачи в резервуар, подключая к ней передвижные средства, автомобили порошкового тушения, или подают с помощью стволов через борт резервуара.

Перемешивание горючей жидкости

используется также в основном в полустационарных или стационарных системах тушения и может осуществляться с помощью струй воздухаили самого нефтепродукта. Сущность тушения заключается в том, что поверхностный слой горящей жидкости охлаждается за счет смешивания с нижними холодными слоями до температуры ниже температуры самовоспламенения. Способ перемешивания можно применять только для тушения жидкостей, у которых температура вспышки не менее чем на 5 °С выше температуры воздуха при вместимости резервуаров от 400 до 5000 тыс. м³.

ВМП средней и низкой кратности применяют в качестве основного средства тушения пожаров нефти и нефтепродуктов в резервуарах.

ВМП средней кратности является основным средством тушения ЛВЖ и ГЖ, низкой кратности допускается для тушения пожаров в резервуарах, оборудованных установками УППС (через слой горючего).

Нормативные интенсивности подачи средств для тушения ЛВЖ составляют: 0,08, а для ГЖ и нефтей 0,05 л/м²с). Более подробно перечень ЛВЖ и ГЖ и интенсивности подачи огнетушащих средств для их тушения приведены в таблицах.

 

Вид нефтепродукта	Нормативная интенсивность подачи раствора пенообразователя, л/(м2с)
Форэтол универсальный, подслойный	САМПО, ПО-6НП	ПО-3АИ, ТЭАС, ПО-3НП, ПО-6ТС
1. Нефть и нефтепродукты с Т всп = 28 °С и ниже, и ГЖ нагретые выше Т всп	0,05	0,08	0,08
2. Нефть и нефтепродукты с Т всп более 28 °С	0,05	0,05	0,05
3. Стабильный газовый конденсат	0,12	0,23	0,30
4. Бензин, керосин, дизельное топливо, полученное из газового конденсата	0,10	0,15	0,15

 

Нормативная интенсивность подачи пены низкой кратности для тушения пожаров нефтепродуктов в резервуарах
	Нормативная интенсивность подачи раствора пенообразователя, л / (м2 ·с)
Фторсинтетические пенообразователи Форэтол универсальный, подслойный	Фторсинтетические пенообразователи «Легкая вода», «Гидрол»	Фторпротеиновые пенообразователи «Петрофилм»
На поверхность	В слой	На поверхность	В слой	На поверхность	В слой
1. Бензин	0,08	0,12	0,08	0,10	0,08	0,10
2. Нефть и нефтепродукты с Т всп = 28 °С и ниже	0,08	0,10	0,08	0,10	0,08	0,10
3. Нефть и нефтепродукты с Т всп более 28 °С	0,06	0,08	0,05	0,06	0,06	0,08
4. Стабильный газовый конденсат	0,10	0,20	0,10	0,12	0,10	0,14

 

При расчете сил и средств нормативная интенсивность выбирается по таблицам с учетом времени свободного развития пожара.Под временем свободного развития пожара следует понимать время от момента начала пожара до подачи огнетушащего вещества.

Нормативную интенсивность раствора пенообразователя при подаче пены на поверхность горючей жидкости следует увеличивать в 1,5 раза при свободном развитии пожара от 3 до 6 часов, в 2 раза при продолжительности пожара от 6 до 10 часов и 2,5 раза при продолжительности пожара более 10 ч.

В настоящее время в практике работы пожарной охраны применяются в основном три приема подачи огнетушащих пен в резервуары.

-через слой горючего с помощью специального оборудования резервуара;

-через борт резервуара в виде навесной струи с помощью пенных стволов, пеносливов;

-подслойный способ.

Подача ВМП низкой кратности с помощью УППС через слой ГЖ

 

Для эффективной работы схемы подачи ВМП низкой кратности с помощью УППС через слой горючего необходимо соединить автонасосы или насосную станцию, открыть задвижку, закрыть отверстие на воздушно-пенном стволе и создать давление 0,2 МПа, когда капсула достигнет упора и рукав выйдет на поверхность, необходимо увеличить давление до 0,7 - 0,8 МПа, открыв отверстие на воздушно-пенном стволе, можно подавать огнетушащий состав и снизу в слой горючего без капсулы и рукава.

Пена при способе подачи через слой горючего, попадая на поверхность, меньше разрушается от воздействия высокой температуры, так как не проходит через зону пламени (сверху вниз), что имеет место в способе "через борт резервуара". Но этот способ требует специального оборудования на резервуаре, обеспечивающего следующие параметры: расход раствора 25 - 40 л/с и соответственно пенообразователя от 1,5 до 3 л/с для объема 5 тыс. м³.

Основными недостатками данного способа тушения являются:

- невозможность использования при горении в обваловании;

- разрушение, смятие пены во время движения по рукаву через слой горючего;

- ограничена возможность выбора позиции для подачи пены в зависимости от направления ветра, т. е. практически невозможно использовать оборудование с подветренной стороны.

 

Подача ВМП низкой кратности подслойным способом:

Подслойный способ подачи пены заключается в том, что пена подается непосредственно в слой горючей жидкости, через пенопроводы, находящиеся в нижней части резервуара, с помощью передвижной пожарной техники. Используя подслойный способ подачи (СПТ) пены личный состав пожарных подразделений и техника находятся за обвалованием, не подвергаются опасности от выброса или вскипания.

 

Подача ВМП средней кратностичерез борт резервуара в виде навесной струи с помощью пенных стволов, пеносливов:

Наиболее распространенным приемом подачи пены в резервуар является слив ее на горящую поверхность с помощью переносных пеноподьемников, автоподъемников и стационарных пенокамер.

Применение пеноподьемников, особенно на гусеничном ходу, значительно повышает эффективность использования этого приема.

На практике чаще всего прибегают к комбинированному приему, например, подачи через пенослив и струями, что позволяет более рационально распределять пену по поверхности жидкости.

Для снижения интенсивности разрушения пены при осуществлении любого из приемов необходимо интенсивное охлаждение стенок резервуаров, особенно в местах подачи пены. Для охлаждения горящего резервуара и соседних, подвергающихся воздействию пламени, безопасно применять стволы А и лафетные с насадками диаметром 28,32 мм.(примерный расчет стволов А

на охлаждение горящегоD/4, соседних D/20)

 

 

Несмотря на разнообразие приемов подачи пены, в практике встречается обстановка, когда ни один из приемов осуществить нельзя. Например, при деформации стенок металлического резервуара или частичном разрушении, обрушении и погружении кровли в жидкость с образованием "глухого" пространства.

В таких случаях для ввода пены в стенке резервуара прорезают отверстия на высоте 1 м от поверхности жидкости. Размеры отверстия должны быть несколько больше размеров пенослива, диаметра ствола, генератора.

Для подачи пены в железобетонные резервуары, кровля которых сохранилась, используют люки или снимают плиты покрытия с помощью тросов и лебедок. Если поверхность жидкости загромождена обрушившимися конструкциями, то в таких случаях для освобождения поверхности жидкости и обеспечения растекания по ней пены производят подкачку воды или нефтепродукта в резервуар с тем, чтобы поднять уровень жидкости и закрыть ею обрушившиеся конструкции кровли. Данным приемом следует пользоваться с осторожностью, чтобы не переполнять резервуары. Воду для повышения уровня нефтепродукта в резервуарах можно применять лишь для ЛВЖ, т.е. жидкостей, не дающих выбросов.

Наряду с приемами подачи большое значение в тушении имеет правильное определение места ввода пены в зону горения. Обычно пену вводят в местах, где тепловое воздействие на нее наименьшее и откуда она может беспрепятственно растекаться по поверхности горящей жидкости. Целесообразно вводить пену с одного- двух направлений мощными потоками, т. к. при этом она меньше разрушается, быстрее продвигается и лучше преодолевает препятствия. В резервуары пену вводят, как правило, с наветренной стороны.

Для эффективной работы схемы необходимо поддерживать перепады давлений на насосе и вставке, которые приведены в таблице.

 

Разность давления на вставке, Мпа
Показатель	Пеногенераторы
ГПС - 600	ГПС – 2000
Требуемый расход пенообразователя, л/с	0,36	0,72	1,08	1,44	1,2
Разность давлений пенообразователя и воды у вставки, МПа	0,02	0,08	0,17	0,33	0,2