Введение к работе
Актуальность проблемы. В настоящее время в России ежегодно добывается свыше 300 млн. т нефти. Отечественный нефтегазовый комплекс не только определяет состояние экономики страны и возможности её развития, но и представляет собой наибольшую пожарную опасность в стране. Поэтому перед нефтегазовыми компаниями возникает сложная и многоплановая задача по обеспечению пожарной безопасности своих предприятий. Наиболее крупные и сложные для тушения пожары возникают в резервуарных парках, где на ограниченной территории находится значительное количество углеводородного сырья и нефтепродуктов. Противопожарная защита резервуарных парков традиционно решается посредством использования пены средней кратности.
Результаты анализа статистики пожаров в резервуарах с нефтью и нефтепродуктами, свидетельствуют о низкой эффективности существующих систем водопенного пожаротушения.
Стационарные автоматические установки водопенного пожаротушения с применением пены средней кратности не обеспечивают тушение пожара в резервуарах с нефтью и нефтепродуктами в начальной стадии, так как установленные на них генераторы пены:
– повреждались взрывом топливовоздушной смеси, как правило, предшествовавшему пожару;
– выходили из строя из-за пожара в обваловании.
Получивший в последние годы широкое применение, способ подачи пены под слой горючей жидкости, не всегда практически реализуем, и не может применяться для противопожарной защиты резервуаров для тяжёлых нефтей и вязких нефтепродуктов.
Использование огнетушащих газов может обеспечить тушение всех видов нефти и нефтепродуктов и существенно повысить быстродействие автоматических установок пожаротушения. Однако до настоящего времени вопросы проектирования и применения установок газового пожаротушения для защиты резервуаров с нефтью и нефтепродуктами, а также иных открыто расположенных сооружений, в достаточной мере не исследованы.
В восьмидесятых годах прошлого века уже делались попытки применять системы газового пожаротушения для тушения пожаров в кольцевом зазоре вертикальных резервуаров с плавающей крышей. Применение огнетушащих газов может обеспечить тушение всех видов нефти и нефтепродуктов и существенно повысить быстродействие автоматических установок пожаротушения. Однако в настоящее время имеются единичные опубликованные работы по применению двуокиси углерода для тушения пожаров резервуаров с нефтью и нефтепродуктами. Они позволяют сделать лишь общий вывод о принципиальной возможности создания установок газового пожаротушения на основе двуокиси углерода для противопожарной защиты объектов резервуарных парков хранения нефти и нефтепродуктов.
Все это делает особо актуальной научную задачу разработки методов и норм проектирования эффективных, в том числе и по экономическим критериям, установок газового пожаротушения на основе двуокиси углерода, обеспечивающих тушение пожара в резервуарных парках хранения нефти и нефтепродуктов в начальной стадии его развития.
Таким образом, цель диссертационного исследования состоит в повышении эффективности и надёжности установок пожаротушения, предназначенных для противопожарной защиты резервуарных парков хранения нефти и нефтепродуктов.
Объектом исследования являются резервуарные парки хранения нефти и нефтепродуктов, а также применяемые для их защиты установки и системы пожаротушения.
Предметом исследования являются процессы горения нефти и нефтепродуктов в условиях пожара в резервуарном парке и применения для его тушения двуокиси углерода, а также методы расчёта параметров автоматических установок газового пожаротушения.
Исходя из сформулированной общей научной задачи и поставленной цели исследования, в диссертационной работе решены следующие частные задачи:
1. Выполнен анализ эффективности защиты резервуарных парков предприятий переработки, транспортировки и хранения нефти и нефтепродуктов с помощью существующих автоматических систем пожаротушения различного типа. Определены факторы ограничивающие возможность применения для защиты указанных объектов автоматических установок газового пожаротушения на основе модуля, изотермического для жидкой углекислоты (далее по тексту АУГП на основе МИЖУ).
2. Исследован механизм тушения горючих жидкостей с помощью двуокиси углерода для условий пожара в резервуарах вертикальных стальных (далее по тексту РВС) и на сливо-наливных эстакадах (СНЭ). Обоснованы возможные способы газового пожаротушения с применением двуокиси углерода для РВС и СНЭ.
3. По результатам натурных огневых испытаний по тушению пожара в РВС и СНЭ с помощью АУГП на основе МИЖУ:
– подтверждена принципиальная возможность ликвидации пожара в начальной стадии предложенными в работе способами газового пожаротушения в условиях частичного разрушения РВС и негативного влияния ветровой нагрузки (унос огнетушащего состава);
– определены значения интенсивности и времени подачи двуокиси углерода АУГП на базе МИЖУ, обеспечивающие ликвидацию пожара в начальной стадии.
4. Разработаны рекомендации по проектированию АУГП на базе МИЖУ для противопожарной защиты РВС различного типа (с понтоном, стационарной и плавающей крышей), а так же железнодорожных и автомобильных сливо-наливных эстакад для нефти и нефтепродуктов.
Методы исследования. При разработке основных положений диссертационной работы использовались методы теории горения и тушения горючих жидкостей, определения параметров тепломассообмена. Для подтверждения теоретических положений проведены экспериментальные исследования в виде натурных полномасштабных огневых испытаний.
Ha защиту выносятся следующие основные научные результаты:
1. Уточненная методика расчёта массы СО2 для АУГП на базе МИЖУ.
2. Предложенный в работе общеповерхностный способ газового пожаротушения для РВС.
3. Экспериментальные данные, полученные по результатам огневых полномасштабных испытаний АУГП на базе МИЖУ по тушению пожара в РВС-2000 и на полномасштабной модели сливо-наливной эстакады.
Научная новизна работы заключается в следующем:
1. Предложена уточнённая методика расчёта массы СО2 для АУГП на базе МИЖУ, которая, в отличие от известных методик, рекомендуемых нормативными документами, учитывает условия тушения пожара в РВС и СНЭ, в том числе отрицательное влияние ветровой нагрузки (унос огнетушащего вещества).
2. Предложен общеповерхностный способ газового пожаротушения для РВС, в соответствии с которым в отличие от рекомендуемого нормативными документами способа тушения по объёму, расчет требуемой массы двуокиси углерода необходимо осуществлять исходя из площади горения равной площади зеркала горючей жидкости в резервуаре и площади «сухой поверхности» стенок (бортов) резервуара.
3. Экспериментально определены значения:
– интенсивности и времени подачи СО2, требуемые для тушения пожара РВС с нефтью или нефтепродуктами и СНЭ.
– повышающих коэффициентов, необходимых для учёта негативного влияния ветровой нагрузки при расчёте массы двуокиси углерода требуемой для тушения пожара.
Теоретическая и практическая значимость исследования. Предложения, выводы и рекомендации, содержащиеся в диссертации, могут быть использованы при дальнейшем исследовании вопросов применения установок газового пожаротушения на базе МИЖУ для защиты открыто расположенных объектов нефтегазового комплекса.
Практическая значимость диссертации заключается в том, что полученные в ней выводы и предложения обобщены в виде Рекомендаций по проектированию АУГП на базе МИЖУ для защиты РВС и СНЭ. Они являются универсальными и охватывают весь круг вопросов необходимых для разработки, в составе проектной документации специальных технических условий (СТУ) по применению указанных установок газового пожаротушения для противопожарной защиты открыто расположенных объектов резервуарных парков хранения нефти и нефтепродуктов.
Достоверность результатов, научных положений, выводов и рекомендаций, содержащихся в данном исследовании, подтверждается:
– непротиворечивостью полученных в работе результатов известным результатам, полученным в ходе аналогичных исследований в данной предметной области;
– корректным использованием при постановке и решении задач диссертационного исследования методов теории горения и физико-химических основ тушения пожара;
– верификацией теоретических положений и выводов диссертационной работы по результатам экспериментальных исследований;
– широким обсуждением и апробацией полученных результатов.
Результаты диссертации внедрены в производственную деятельность проектных институтов и специализированных научно-производственных организаций, осуществляющих проектирование объектов нефтегазового комплекса: ООО «Балтморпроект» и ЗАО «СНПЦ Пожоборонпром».
Обоснованность основных научных результатов обеспечена их опубликованием в 4 печатных трудах, в том числе в 2-х изданиях по перечню ВАК, апробацией на 4-х отраслевых научно-практических конференциях.
Структура и объём диссертации. Диссертационная работа состоит из введения четырёх глав, заключения, библиографического списка, включающего 89 наименований и одного приложения. Работа изложена на 140 страницах машинописного текста, содержит 8 таблиц, 30 рисунков.
