Разработка способа подачи огнетушащего вещества из модулей пожаротушения на объектах нефтегазового комплекса

Актуальность работы. Нефть — это не только топливо, но и сырье для получения многих химических веществ и материалов. Из неё вырабатывают более 2000 различных видов продукции — от материалов для шинного производства, пластмасс, синтетических веществ до искусственных белков.

Крылатыми стали слова Д. И. Менделеева о том, что сжигать нефть — это все равно, что растапливать печь ассигнациями. Наш современник американский ученый Р. Лэпп в одной из своих статей вторит ему: «Я считаю варварством сжигание уникального наследия Земли — углеводородов — в форме нефти и природного газа».

К сожалению, сегодня более 90% добытых нефти и газа сжигаются в промышленных топках и двигателях машин. Между тем, они являются ценным сырьем для переработки [44, 63, 64, 66].

Нефтегазовый комплекс — это огромная сложная технологическая структура, включающая в себя множество различных производств: добыча, транспортировка, хранение, переработка и т. д. К объектам нефтегазового комплекса России относятся: нефтяная и газовая промышленности.

В состав нефтяной промышленности России входят нефтедобывающие предприятия, нефтеперерабатывающие заводы и предприятия по транспортировке и сбыту нефти и нефтепродуктов. Газовая промышленность России включает в себя предприятия, осуществляющие геолого-разведочные работы, бурение разведочных и эксплуатационных скважин, добычу и транспортирование, подземные хранилища газа и другие объекты газовой инфраструктуры.

Развитие пожара в замкнутых объемах от момента возгорания, до его превращения в стихийное бедствие иногда происходит в течение нескольких минут (по статистическим данным это примерно 5−7 минут). Учитывая высокую пожарную опасность объектов нефтегазового комплекса, принятие действенных мер в это время может кардинально повлиять на развитие ситуации.

Практика показывает, что менее 10% пожаров на объектах нефтегазового комплекса тушатся на ранней стадии с применением многообразных средств и систем пожаротушения. Оставшаяся часть чрезвычайных ситуаций ликвидируется на поздних стадиях развития, что, в основном, приводит к:

— массовой гибели и получению большого количества травм не только персонала, но и сотрудников МЧС России (согласно статистическим данным в среднем порядка 80−100 человек ежегодно погибают и чуть больше получают ожоги и травмы);

— привлечению большого количества сил и средств;

— огромному экономическому ущербу предприятию и субъекту, в котором оно находится;

— ухудшению экологической обстановки, как на самом объекте, так и на близлежащих объектах [60, 61, 62].

Примерами таких чрезвычайных ситуаций, приведших к катастрофическим размерам, как в нашей стране, так и за рубежом являются:

— мощный взрыв и последующий сильный пожар на нефтезаводе британской компании British Petroleum в Техасе произошёл 24 марта 2005 года. По меньшей мере, 14 человек погибли и более 100 человек получили ранения;

— крупнейший пожар на нефтеперерабатывающем предприятии в подмосковном Ногинске случился 16 июня 2005 года. Предварительная версия от МЧС: причиной пожара стали 2 взрыва, причем первый в лаборатории, которая находилась на территории базы. Два человека погибло, а один доставлен в больницу в тяжелом состоянии. Кроме того, горевший объект находился в черте города рядом с жилым кварталом и роддомом. Спасатели эвакуировали около двухсот человек из больницы и больше 800 местных жителей — всех, кто в этот момент находился поблизости;

— произошло возгорание одного из восьми резервуаров нефтебазы ЗАО «АСПЭК-Нефтепродукт» Республики Удмуртия 28 сентября 2007 года. В момент возгорания резервуар был пуст, так как в нем проводились работы по очистке. Горели пары бензина. В результате пожара пострадали 6 человек, из них двое пожарных. Четверо пострадавших — сотрудники нефтебазыгоспитализированы в ожоговое отделение МУЗ 1 РКБ Ижевска. Причиной возгорания, по первой версии МЧС, стало нарушение правил безопасности во время очистки резервуара. По предварительным оценкам, ущерб от пожара составил 1,5 млн. рублей. Спасено материальных ценностей на 27 млн. рублей;

— крупный пожар на нефтебазе ОАО «Дагнефтепродукт» в г. Махачкала Республики Дагестан случился 28 марта 2008 года. На момент возгорания в резервуаре находилось 6 тысяч кубометров нефти. Несмотря на то, что горящие емкости разрушены, утечки нефтепродукта нет. В результате пожара пострадала женщина-оператор 29 лет. С ожогами четвертой степени ее доставили в республиканский ожоговый центр;

— пожар на нефтебазе «Брестоблнефтепродукт», находящейся в черте г. Бреста Беларуси произошел 05 апреля 2008 года. Около 180 тонн бензина сгорело, пожар тушили около 90 единиц техники. Эвакуация населения не проводилась, пострадавших в результате пожара нет;

— в г. Харькове Украина в результате пожара, который произошел.

29 июня 2008 года на территории нефтебазы ООО «Навта-Укрнефтепродукт», пострадали два человека. Как сообщили в Министерстве по вопросам чрезвычайных ситуаций, инцидент произошел во время перекачки топлива из одного резервуара в другой при помощи переносного насоса. Воспламенилось топливо, затем огонь перекинулся на травяной настил, охватив площадь в.

30 квадратных метров. Предварительная причина возгорания — нарушение техники безопасности при проведении работ;

— на нефтебазе ООО «Сириус», г. Благовещенск Амурской области 15 ноября 2008 года произошел взрыв, после чего загорелось помещение насосной станции для подогрева и перекачки мазута. В момент взрыва в помещении насосной станции находились два рабочих. Один из них погиб, другой доставлен в больницу с ожогами. На месте ЧП были задействованы пять пожарных автоцистерн, пять единиц специальной пожарной техники, 26 человек личного состава пожарных подразделений и девять спасателей;

— пожар на ЛПДС Конда ОАО «Сибнефтепровод», г. Югра Ханты-Мансийский автономный округ, произошел 22 августа 2009 года, в результате которого 3 человека погибло и сгорело около 60 тысяч тонн нефти, нанесен колоссальный материальный ущерб [44, 60, 64, 66, 104,110].

Пожары на таких предприятиях возникают в основном из-за не соблюдения требований пожарной безопасности. Нынешние требования пожарной безопасности изложены в огромном количестве в нормативно-правовых актах, что крайне затрудняет их использование специалистами. При этом многие из них плохо согласованы друг с другом или попросту устарели, другие не могут быть использованы в связи с тем, что рекомендуемые ими системы зашиты и средства тушения уже не производятся или не сертифицированы [38,39].

Отмечая актуальность данной работы, так же необходимо отметить, что экономический фактор немаловажен. Нефть очень дорогое полезное ископаемое, которое при этом ещё и постоянно дорожает, а в целом нефтяной бизнес является одним из наиболее прибыльных, настолько, что цены на нефть часто обусловлены внешнеполитической обстановкой. Ведущими потребителями нефти являются США, Япония и Западная Европа. Крупнейшими производителями нефти считаются Россия, США, Саудовская Аравия и Мексика. Около 63% мировых запасов сосредоточено на Среднем и Ближнем Востоке. Саудовская Аравия, Кувейт, Ирак, Объединенные Арабские Эмираты и Иран являются странами, где находятся крупнейшие доказанные извлекаемые запасы [45,105].

Учитывая вышесказанные факторы по применению и размещению нефтяных мировых запасов, ценовую политику по продаже нефти и проведенный анализ чрезвычайных ситуаций на объектах нефтегазового комплекса, можно сделать вывод о том, что промышленная и пожарная безопасности должны не только быть на высоком уровне, но и всё время повышать свой уровень и усовершенствоваться. В связи с этим проблема по обеспечению промышленной и пожарной безопасности является актуальным направлением развития науки в настоящее время.

Для ликвидации пожара в начальной стадии, локализации его с помощью огнетушащих средств, предназначены установки пожаротушения, применяющие различные огнетушащие составы.

Установки пожаротушения, используемые на объектах нефтегазового комплекса, по конструктивному устройству подразделяются на агрегатные и модульные.

Проведенный сравнительный анализ существующих модульных установок пожаротушения, используемых в замкнутых объемах, выявил ряд недостатков, наиболее существенными из которых, на наш взгляд, являются: небольшая интенсивность подачи огнетушащих веществ (ОТВ), увеличенная металлоемкость установок, за счет повышенного давления в дежурном состоянии (в несколько раз больше атмосферного) и кроме того некоторые модульные установки пожаротушения имеют внешний пусковой баллон, что снижает надежность срабатывания. Так же можно отметить, что все рассматриваемые модульные установки пожаротушения имеют систему запуска, которая подвержена выходу из строя во время пожара и требуют постоянного технического обслуживания.

Все вышесказанное уменьшает надежность работы данных систем в случае возникновения пожара, что и показывает практика.

Исходя из этого, актуальность диссертационного исследования заключается в необходимости усовершенствования способа подачи ОТВ в существующих или вновь разрабатываемых модулях пожаротушения на объектах нефтегазового комплекса.

Одним из путей решения проблемы является разработка способа подачи огнетушащего вещества (ОТВ) в существующих или вновь разрабатываемых модулях пожаротушения на объектах нефтегазового комплекса.

Цель диссертационной работы — разработка способа подачи ОТВ в замкнутый объем из модулей пожаротушения на объектах нефтегазового комплекса.

В диссертационном исследовании решена актуальная научная задача, заключающаяся в проведении теоретических и экспериментальных исследований в области определения закономерности влияния основных параметров модуля пожаротушения, позволяющих определять физико-технические характеристики вытеснения огнетушащего вещества и выработке рекомендаций по применению предлагаемого способа подачи ОТВ в модулях пожаротушения на объектах нефтегазового комплекса.

Для достижения цели решены следующие задачи:

— проведен сравнительный анализ модульных установок пожаротушения и физико-химических свойств водопитателей;

— разработан способ подачи ОТВ для тушения очагов пожара класса «В» в замкнутых объемах;

— создан лабораторный стенд с модулем пожаротушения и проведены испытания по исследованию физико-технических характеристик вытеснения ОТВ;

— разработана математическая модель прогноза времени тушения очагов пожара класса «В» в замкнутых объемах модулем пожаротушения;

— разработаны рекомендации по применению предлагаемого способа подачи ОТВ в модулях пожаротушения.

Объект исследования — модульные установки пожаротушения.

Предмет исследования — способ подачи ОТВ для тушения замкнутых объемов с увеличенной интенсивностью из модулей пожаротушения.

Методы исследования. Решение поставленных задач осуществлялось сравнительным анализом модульных установок пожаротушения и физико-химических свойств водопитателей, проведением натурных экспериментов методами крутого восхождения, математической статистики и регрессионного анализа.

Научная новизна полученных результатов заключена в следующем:

— разработаны лабораторные стенды с модулями пожаротушения для предлагаемого способа подачи ОТВ на тушение пожаров класса «В» распыленной водой;

— выявлены закономерности влияния основных параметров модуля пожаротушения на интенсивность подачи ОТВ;

— на основе экспериментальных данных получена регрессионная модель, позволяющая прогнозировать время тушения пожаров класса «В» в замкнутых объемах модулем пожаротушения;

— предложен и апробирован способ подачи ОТВ из модуля пожаротушения.

Практическая значимость. На основе полученных результатов даны рекомендации по применению способа подачи ОТВ в замкнутых объемах объектов нефтегазового комплекса.

Увеличена интенсивность подачи ОТВ и уменьшена металлоемкость модуля пожаротушения.

Разработанная математическая модель прогноза времени тушения пожаров класса «В» позволяет применять данный способ подачи ОТВ из модулей пожаротушения в замкнутый объем на объектах нефтегазового комплекса.

Достоверность изложенных в диссертации результатов и выводов подтверждена значительным объемом экспериментальных исследований, обработкой результатов экспериментов с использованием математических методов, согласованностью полученных результатов с известными данными других исследований, достаточной апробацией научных результатов.

Основные результаты, выносимые на защиту:

— способ подачи огнетушащего вещества с повышенной интенсивностью в замкнутый объем из модулей пожаротушения;

— математическая модель, позволяющая прогнозировать время тушения очагов пожара класса «В» в замкнутых объемах модулем пожаротушения;

— конструкция и технология использования лабораторных стендов с модулями пожаротушения для предлагаемого способа подачи огнетушащего вещества.

Апробация работы. Результаты диссертационного исследования были доложены на следующих научных конференциях и семинарах:

— V Всероссийской научно-практической конференции «Проблемы обеспечения взрывобезопасности и противодействия терроризму» (Санкт-Петербург, 2010 г.);

— III Международной научно-практической конференции «Сервис безопасности в России: опыт, проблемы, перспективы» (Санкт-Петербург, 2010 г.);

— VI Международной научно-практической конференции «Чрезвычайные ситуации: предупреждение и ликвидация» (Беларусь, Минск, 2011 г.);

— VI Всероссийской научно-практической конференции «Проблемы обеспечения взрывобезопасности и противодействия терроризму» (Санкт-Петербург, 2011 г.);

— Научно-практической конференции «Молодые ученые о системе обеспечения безопасности в условиях природных и техногенных чрезвычайных ситуациях в первой половине XXI века» (Санкт-Петербург 2011 г.);

— IV Международной научно-практической конференции «Сервис безопасности в России: опыт, проблемы, перспективы» (Санкт-Петербург, 2011 г.);

— VI Всероссийской научно-практической конференции «Актуальные проблемы обеспечения безопасности в Российской Федерации» (Екатеринбург, 2012 г.).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 9 печатных работ:

— 2 статьи в ведущих рецензируемых научных журналах и изданиях, рекомендованных ВАК Министерства образования и науки РФ;

— 7 публикаций в научных журналах и трудах международных, всероссийских, региональных и ведомственных конференций.

Объем публикаций-3,1 п.л.

Структура работы. Диссертация состоит из введения, трех глав, заключения, библиографического списка. Работа содержит 114 страниц текста, 11 таблиц, 22 рисунка, 110 наименований литературных источников.

Общие выводы по диссертации.

1. Проведен сравнительный анализ модульных установок пожаротушения в замкнутых объемах, в которых выявлен ряд недостатков таких как: небольшая интенсивность подачи огнетушащих веществ (ОТВ), увеличенная металлоемкость установок за счет повышенного давления в дежурном состоянии (в несколько раз больше атмосферного), наличие внешнего пускового баллона, что снижает надежность срабатывания, значительные материальные затраты при восстановлении после срабатывания, зависимость от внешних источников водои энергоснабжения, сложное техническое обслуживание, высокая стоимость системы, необходимость капитальных вложений в строительство специальных инженерных сооружений. Так же проведен сравнительный анализ физико-химических свойств водопитателей для использования в модуле пожаротушения. Отбор водопитателя происходил по ряду критериев: не растворимый или мало растворимый в воде, имеющий низкую температуру кипения, но не ниже + 25 °C и, по возможности, не разрушающий озоновый слой Земли.

2. Разработан способ подачи огнетушащего вещества для тушения очагов пожара класса «В» в замкнутых объемах.

3. Разработан лабораторный стенд с макетом модуля пожаротушения и проведены экспериментальные исследования физико-технических характеристик вытеснения огнетушащего вещества. Проведенные исследования показали, что при использовании смеси фреон 141В: вода (1:95) в модуле пожаротушения интенсивность подачи ОТВ для тушения очагов пожара класса «В» значительно выше (примерно на 25−30%) чем у составов гексан: вода (1:95) и пентан: вода (1:95). Определены основные характеристики модуля пожаротушения.

4. Разработана математическая модель, позволяющая прогнозировать время тушения очагов пожара класса «В» в замкнутых объемах модуля пожаротушения.

5. Разработаны рекомендации по применению способа подачи ОТВ.