RU2429082C1

RU2429082C1 - Способ и устройство для тушения нефти и нефтепродуктов в резервуаре

Info

Publication number: RU2429082C1
Application number: RU2010106910/05A
Authority: RU
Inventors: Анатолий Николаевич Баратов (RU); Анатолий Николаевич Баратов; Валерий Леонидович Бахарев (RU); Валерий Леонидович Бахарев; Павел Геннадьевич Веретинский (RU); Павел Геннадьевич Веретинский; Дмитрий Дмитриевич Осьмаков (RU); Дмитрий Дмитриевич Осьмаков; Лев Владиславович Ржавский (RU); Лев Владиславович Ржавский; Владимир Иванович Селиверстов (RU); Владимир Иванович Селиверстов; Владимир Ильич Стенковой (RU); Владимир Ильич СТЕНКОВОЙ; Галина Владимировна Трубникова (RU); Галина Владимировна ТРУБНИКОВА
Original assignee: Владимир Иванович Селиверстов; Владимир Ильич СТЕНКОВОЙ
Priority date: 2010-02-24
Filing date: 2010-02-24
Publication date: 2011-09-20
Also published as: EP2540351B1; EP2540351A4; US20120312564A1; WO2011105926A8; WO2011105926A1; EP2540351A1; CN102791336A

Abstract

Изобретение относится к области противопожарной техники и предлагает способ и устройство для тушения нефти и нефтепродуктов, горючих (ПК) и легковоспламеняющихся жидкостей (ЛВЖ) в резервуарах вертикальных стальных (РВС) и резервуарах вертикальных стальных с фиксированной крышей и понтоном (РВСП). Способ тушения нефти и нефтепродуктов в резервуаре состоит в том, что подачу вышеуказанной огнетушащей смеси ведут из всплывающего на поверхность горящей жидкости поплавкового распылителя. Тушение пожара организуют в три этапа. Первый этап: устанавливают поплавковый распылитель, связанный трубопроводом через пускозапорное устройство с инжектором, под слой горючей жидкости на глубину не менее высоты распылителя или на поверхности указанной жидкости. Второй этап: после подачи сигнала от пожарного извещателя открывают пускозапорное устройство на инжекторе и ведут подачу вышеуказанной огнетушащей смеси через трубопровод и поплавковый распылитель под слой и/или на поверхность горючей жидкости компактными струями от центра к периферии параллельно горизонту. Третий этап: обеспечивают всплытие поплавкового распылителя над поверхностью горящей жидкости. Подачу огнетушащей смеси ведут с интенсивностью не менее 0.15 кгс/м2 с круговой разверткой струй. В устройстве-инжекторе для тушения нефти и нефтепродуктов в резервуаре выпускной трубопровод с наружной стороны резервуара через шарнир и пускозапорное устройство соединен с инжектором. С другой стороны выпускной трубопровод через шарнир-поплавок соединен с распылителем, выполненным с регулируемой плавучестью, обеспечивающей всплытие консоли «выпускной трубопр�

Description

Область техники

Изобретение относится к области противопожарной техники и предлагает способ и устройство для тушения нефти и нефтепродуктов, горючих (ГЖ) и легковоспламеняющихся жидкостей (ЛВЖ) в резервуарах вертикальных стальных (РВС) и резервуарах вертикальных стальных с фиксированной крышей и понтоном (РВСП).

Предшествующий уровень техники

Известен способ тушения горящих жидкостей, заключающийся в подаче в очаг пожара твердой двуокиси углерода в раздробленном виде с диаметром гранул 3-4 см. Гранулы подают под слой горящей жидкости компактными порциями (Авторское свидетельство СССР №1687266 от 30.10.91). К недостаткам способа тушения горящих жидкостей твердой двуокисью углерода относится затруднительная ее подача в горящий резервуар по сливо-наливным технологическим трубопроводам, большой расход на тушение очага (не менее 0.7 кг/м³) и ее хранение в изотермических резервуарах.

Известен также способ газопорошкового тушения из порошкового огнетушителя, предназначенного для локального тушения пожаров, который содержит баллон-пушку с огнетушащим порошком, газогенерирующую камеру с взрывчатым зарядом и пиропатроном, систему автоматического управления и контроля. Данный огнетушитель описан в рекомендациях ВНИИПО МВД РФ СССР, 1978 г., стр.12, 16, 30, рис.5 и 4. К недостаткам данного способа следует отнести:

- повышенный удельный вес устройства к весу его огнетушащего заряда;

- высокое давление (100 МПа) и высокая температура (1500-2000°С) в газогенерирующей камере;

- высокое давление (10 МПа) в корпусе огнетушителя;

- сложность использования данного способа тушения из-за высокой скорости истечения (до 250 м/с) огнетушащего состава и его повышенной опасности для обслуживающего персонала.

Известен способ тушения пожара по патенту РФ №2129031 от 18.08.92 г., заключающийся в подаче на горящую поверхность твердотопливного аэрозолеобразующего вещества в виде пеногранул или пеношашек с удельным весом 800 кг/м³, покрытых гидроизолирующим составом, причем температура воспламенения состава 120-140°С. Согласно изобретению подачу состава ведут вручную (забрасывают мешочки с пеногранулами на горящую поверхность резервуара с нефтью) либо подают по шлангу из автомобиля. Данный способ, по нашему мнению, практически нереализуем из-за очень высокой опасности подачи твердотопливной или пиротехнической композиции с вышеуказанными параметрами на поверхность горящего резервуара, тем более с поверхностью горения 375 м². Диаметр резервуара РВС-5000 составляет 21.8 м, а площадь горения - 375 м². Высота пламени при пожаре составляет 1-2 диаметра. Так, если высота пламени равна диаметру, т.е. 21.8 м, то объем пламени составит 8000 м³. Согласно описанию 24 кг пеногранул диаметром 8-10 мм и плотностью 600 кг/м³ закроют всего 1% площади горящей поверхности, а создаваемая концентрация аэрозоля (при условии коэффициента использования состава, равного единице) составит 24000 г: 8000 м³=3 г/м³, в то время как авторы приводят С_туш=63 г/м³.

Если учесть, как пишут авторы, что объем выделившихся газов в 1600 раз больше объема пеношашек, то объем продуктов сгорания составит 64 м³, что составит 0.8% от объема пламени. Таких огнетушащих веществ с огнетушащей концентрацией 3 г/м³ или 0.8% по объему или 24 кг: 375 м²=0.064 кг/м² до настоящего времени не найдено, поэтому этот способ тушения физически нереализуем.

Известен также способ тушения пожаров в резервуарах по патенту РФ №2096053 А62С 2/00 от 05.08.94 г., сущность которого заключается в сжигании твердотопливной композиции (ТТК) и подаче газоаэрозольной смеси к горящей поверхности снизу вверх в охлажденном состоянии, причем охлаждение ведут в 2 этапа. На первом этапе продукты сгорания твердотопливной композиции охлаждаются в трубопроводе, куда поступает вода или водный раствор солей. На втором этапе оставшаяся (нерастворившаяся, неосевшая и несконденсировавшаяся в трубопроводе) часть газоаэрозольной смеси (ГАС) барботируется через слой горючей или легковоспламеняющейся жидкости к поверхности горения. Удельный расход огнетушащего вещества относительно горящей поверхности составил 0.2 кг/м² при площади горения 1 м², объеме ЛВЖ 0.75 м³ и высоте столба ЛВЖ 0.75 м.

Основным недостатком данного способа является повышенная огнеопасность (применение пирофорных ТТК на объектах повышенной пожароопасности), термический пиролиз нефти и нефтепродуктов продуктами горения, а также относительно высокий расход огнетушащего состава при барботировании ГАС в натурных РВС (резервуарах вертикальных стальных). Так, например, наиболее часто используемые в Российской Федерации РВС-5000 объемом 5000 м³ имеют диаметр зеркала 22.8 м и высоту столба хранящейся жидкости 11.92 м. Поверхность зеркала составляет 408 м². Отсюда для равномерного распределения ГАС по зеркалу РВС-5000 в натурных условиях к дополнительно описанным в патенте мероприятиям необходимо использовать трубную развертку для барботирования ГАС, причем диаметр d₀ отверстий барботера определяется по формуле:

где σ_ж - коэффициент поверхностного натяжения горючей жидкости;

ρ_г - плотность газообразных продуктов сгорания;

Н - высота столба жидкости над барботером;

P_a - атмосферное давление;

g - ускорение земного тяготения;

а расстояние L между центрами отверстий барботера находится из соотношения:

(см. Я.Е.Гегузин). Пузыри. - М., 1985 г.)

По экспериментальным данным (И.В.Белов, Е.В.Проколов. Скорость движения и формы воздушных пузырей в воде //ПМТФ, №3, 1968) скорость всплытия пузырей составляет в среднем u_пуз≈0.23 м/с при d_пуз≥2 мм. Расчеты показывают, что оптимальный диаметр отверстий барботера равен d₀=3 мм, а расстояние между отверстиями L=9 мм (см. патент РФ №2126702 А62С 3/06).

Таким образом, для эффекта тушения пожара в РВС-5000 необходим барботер с 50000 отверстий.

Потери огнетушащего аэрозоля в трубопроводах и на охладителях составляют до 50% соответственно (В.В.Агафонов, Н.П.Копылов. Установки аэрозольного пожаротушения. М., 1999, 302 с.). В результате в натурных условиях реальный расход составляет 0.8 кг/м², при этом время подачи ГАС на поверхность горящей жидкости с учетом времени работы генератора огнетушащего аэрозоля (ГОА) составит не менее 2 минут.

Известен способ тушения пожара в резервуарах легковоспламеняющимися (ЛВЖ) и горючими жидкостями (ГЖ) по патенту РФ №2241508. Тушение в данном способе осуществляется путем подачи огнетушащей газодисперсной смеси (ГДС) в зону горения снизу вверх, а огнетушащую ГДС образуют путем подачи под давлением не менее 2 МПа газообразного и/или сжиженного газового флегматизатора, и/или газообразного и/или сжиженного гомогенного ингибитора горения, и/или углеводородофобного поверхностно-активного вещества (ПАВ) в емкость с порошкообразным или жидким гетерогенным ингибитором горения, имеющую клапан, обеспечивающий выпуск ГДС при достижении давления в емкости не ниже 0,42 кПа через перфорированный распылитель или через несколько распылителей, обеспечивающих распыление ГДС на 180° с расходом не менее 1 кгс в направлении, параллельном поверхности горящей жидкости, и в верхнюю полусферу над поверхностью вышеуказанной жидкости с интенсивностью, обеспечивающей создание концентрации ГДС в центре объема пламени над зеркалом горящей поверхности не менее 0,09 кг/м³, причем соотношение масс между газовой и дисперсной фазами огнетушащей смеси находится в пределах от 0,2:1 до 15:1. В качестве газовой составляющей используют инертный газ (например, CO₂, N₂, Ar или их смесь) и/или озононеразрушающий галогеноуглеводород, а в качестве гетерогенного ингибитора горения используют огнетушащий порошковый состав на основе карбонатов и/или хлоридов, и/или фосфатов щелочного, и/или щелочноземельного металла, и/или аммония или туманообразующий раствор ортофосфорной кислоты.

Подачу ГДС ведут одновременно из генераторов, плавающих на поверхности жидкости, находящейся в резервуаре, и расположенных как по периметру резервуара, так и в его центре, причем результирующий вектор горизонтального распыла периферийных генераторов направлен к центру, а центральных - к периферии, результирующий вектор распыла периферийных генераторов в верхнюю полусферу направлен к центру объема пламени, центрально расположенных генераторов - от центра зеркала горящей поверхности к периферии под углом 90° к вышеуказанному вектору.

Основной недостаток этого способа - взрывонеустойчивость, т.е. при взрыве паров ЛВЖ, ГЖ происходит демонтаж плавающих на поверхности жидкости в РВС устройств и их выброс вне резервуара.

Известен способ (патент RU 2355450 С2) тушения легковоспламеняющихся и горючих жидкостей в резервуарах с фиксированной крышей или с фиксированной крышей и понтоном или в резервуарах с плавающей крышей путем подачи огнетушащей газодисперсной смеси из пожаротушащего модульного устройства или блока устройств, установленных вне резервуара или на плавающей крыше, отличающийся тем, что газодисперсную огнетушащую смесь образуют в два этапа:

первый - в емкости в форкамере с дисперсным гетерогенным химическим ингибитором горения путем подачи под давлением не менее 2.5 МПа не менее одной пятой части газообразного и/или сжиженного ингибитора горения или смеси газообразного и/или сжиженного флегматизатора с метил-, этил-, пропилкарбинолом или их смесью и/или 5-20% раствором йода или йодида щелочного металла или аммония или их смеси в вышеназванных растворителях-карбонолах, причем впуск в форкамеру газообразных и/или сжиженных компонентов смеси производят из баллона или системы баллонов или газогенератора с пускозапорными устройствами по сигналу от извещателя или вручную через трубчатый аэратор, установленный внутри форкамеры, соединенной через выпускной клапан со вторичной разгонно-смесительной камерой и открывающимся при давлении не менее 0.9МПа, где формируют окончательно газодисперсную смесь при соотношении газовой и дисперсной фазы в пределах от 0.35:1 до 100:1, причем отношение газовых и сжиженных флегматизаторов берут в соотношении, обеспечивающем давление в газобаллонной системе не менее 4МПа при температуре -50°С;

второй - из разгонно-смесительной камеры через трубопровод газодисперсную смесь подают в сопловой блок, имеющий запорный клапан, вскрывающий сопловой блок, при этом последний выполнен со сверхзвуковым конфузором с соотношением длины сопла к его диаметру, обеспечивающим давление на срезе сопла не менее 0.1 МПа и массовый расход не менее 15 кгс, при этом в качестве газообразного и/или сжиженного флегматизатора используют диоксид углерода и/или фторуглероды или шестифтористую серу, в качестве газообразных и/или сжиженных гомогенных ингибиторов используют бром- и/или йодгалоген-углеводороды, в качестве газовых флегматизаторов используют азот или аргон, а в качестве гетерогенного ингибитора используют огнетушащие порошки на основе хлоридов, сульфатов, фосфатов или карбонатов щелочного, щелочноземельного металла или аммония или их смесь.

Известен способ тушения ГЖ в резервуаре по патенту RU 2355450 С2. К недостаткам этого способа-аналога следует отнести затруднения его применения ввиду того, что распылитель находится над поверхностью ГЖ и в момент взрывного горения происходит его демонтаж.

Известен способ тушения пожара в резервуаре путем подачи газодисперсной огнетушащей смеси в зону горения жидкости из плавающего в центре указанного устройства (патент RU 2258549 от 03.02.2004), который выбран нами за прототип.

Недостатком способа-прототипа, так же как и способа-аналога, является взрывонеустойчивость.

Известно устройство для тушения нефти в резервуарах, содержащее газопорошковый инжектор и/или газожидкостный инжектор (пеногенератор), нагнетающий в систему кольцевых и радиальных трубопроводов через пускозапорное устройство ОТВ. Трубопроводы расположены в нефти горизонтально дну резервуара и соединены с системой вертикальных труб, в верхней части которых, выступающей над поверхностью нефти, расположены сопловые распылители, обеспечивающие при пожаре подачу огнетушащего вещества (ОТВ) над горящей поверхностью ГЖ (Патент США №5573068, МКИ А62С 3/06 от 12.11.1996 г.). Данное устройство выбрано за прототип.

К недостаткам устройства-прототипа можно отнести следующее.

1. Высокая металлоемкость устройства. Возьмем к примеру резервуар РВС-5000, имеющий диаметр "зеркала" нефти 22.8 м и высоту столба 11.92 м. Согласно описанию патента-прототипа количество кольцевых трубопроводов определяется как

, т.е. в нашем случае количество кольцевых трубопроводов будет

, т.е. 3 кольцевых трубопровода, причем наибольший по радиусу отстоит от внутренней стенки РВС не менее чем на 1 м, т.е. максимальный диаметр кольца составит ≈21 м, средний ≈14 м, а внутренний диаметр ≈7 м. Все три кольца соединены как минимум шестью пересекающимися радиальными трубами, т.е. еще 6 труб по 21 м. На пересечениях кольцевых и радиальных труб установлены вертикальные сливные трубы высотой ≈11 м. Это еще 13 труб длиной по 11 м. Таким образом, общая длина трубопроводов составит: L=πД₁+πД₂+πД₃+Д₁+13·11 м=66 м + 44 м + 22 м + 126 м + 143 м = 401 м. Внутренний диаметр трубопровода для пенного тушения составляет 200 мм, для порошкового 50 мм. Вес пенного стального трубопровода при толщине стенки 5 мм составит 9.6 т, для порошковой системы тушения при толщине стенки 3 мм вес только трубопровода составит 1.5 т.

2. Сопловые распылители жестко закреплены над самым верхним уровнем жидкости на высоте 0.15-0.3 м. Высота же столба ГЖ может быть 11.5 м в РВС-5000, т.е. по мере расходования ГЖ или ЛВЖ, находящихся в резервуаре, условия тушения будут различными, т.к. подать струю на горящую поверхность с высоты 11.5 м гораздо сложнее как из-за потери кинетической энергии струи, так и за счет преодоления встречного потока испаряющейся ГЖ и/или продуктов сгорания этой жидкости.

3. При пожарах в РВС с фиксированной или плавающей крышей практически всегда происходит объемное горение паров, находящихся в РВС, и, как правило, демонтаж жесткой крыши и автоматических установок пожаротушения, установленных в верхней части РВС (см. Шароварников И.Ф., Молчанов В.П. и др. Тушение пожаров нефти и нефтепродуктов. - М.: Калан, 2002, с. - 437).

4. К существенным недостаткам устройства-прототипа следует также отнести высокий удельный расход ОТВ при его подаче в зону пожара сверху (см. А.Н.Баратов, Е.М.Иванов. Пожаротушение на предприятиях химической и нефтехимической промышленности. - М.: Химия, 1979, с. 368, а также предыдущий источник: А.Ф.Шароварников, В.П.Молчанов и др. Тушение пожаров нефти и нефтепродуктов. - М.: Калан, 2002, с. 437). Расход огнетушащего вещества на основе бикарбоната натрия и порошка на основе фосфатов аммония составляет согласно данным из вышеперечисленных источников от 1.5 до 4.5 кг/м², а для пены - от 1.4 до 2.6 кг/м².

Раскрытие изобретения

Задачей настоящего изобретения является создание способа и устройства, устойчивых к взрыву паров нефти и нефтепродуктов в резервуарах и обеспечивающих повышение эффективности тушения пожаров в резервуарах за счет уменьшения времени тушения и снижения металлоемкости конструкции устройства.

Поставленная задача решается при реализации заявляемого способа и устройства для тушения ГЖ в резервуарах с фиксированной крышей, а именно путем подачи газодисперсной или газовой огнетушащей смеси из пожаротушащего модульного устройства-инжектора, находящегося вне резервуара, через ПЗУ, выпускной трубопровод и распылитель в зону пожара из всплывающего на поверхность горящей жидкости поплавкового распылителя, причем тушение ведут в три этапа:

первый - устанавливают вышеназванный поплавковый распылитель под слоем ниже уровня жидкости на глубину не менее высоты распылителя, причем длину трубопровода определяют из соотношения:

,

где

L_тр - длина трубопровода, соединяющего инжектор с поплавковым распылителем (длина трубопровода от места ввода в резервуар до места соединения с поплавковым распылителем), м;

R_p - радиус резервуара, м;

Н_гж - максимальная высота налива горючей жидкости в резервуаре, м;

Н_инж - высота ввода выпускного трубопровода из инжектора в резервуар, м;

Н_расп - высота распылителя, м;

второй - после подачи сигнала от пожарного извещателя открывают пускозапорное устройство на инжекторе и ведут подачу из инжектора в выпускной трубопровод или систему трубопроводов и в поплавковый распылитель, причем из последнего подачу газодисперсной или газовой огнетушащей смеси ведут в пограничный слой жидкости параллельно указанному слою для его охлаждения, а 0.05-0.2 части огнетушащей смеси распыляют через сопла под углом к поверхности горящей в резервуаре жидкости для создания подъемной силы, обеспечивающей положительную плавучесть сборки «выпускной трубопровод - поплавковый распылитель»,

третий - обеспечивают всплытие поплавкового распылителя над горящей поверхностью на высоту 0.01-0.05 диаметра резервуара, при этом подачу газовой или газодисперсной смеси ведут компактными струями от центра к периферии с разверткой на 360° с интенсивностью не менее 0.15 кгс/м², причем количество струй определяют из выражения:

где n - количество струй, α - угол расхождения струи.

Для резервуаров диаметром Ǿ>21 м можно использовать выражение

при этом высота распылителя над поверхностью ГЖ h≤(0.003-0.05) диаметра резервуара.

В качестве газодисперсной огнетушащей смеси используют состав, включающий высокодисперсную добавку, целевую добавку для текучести, кремнийорганический гидрофобизатор, основной порошкообразный ингибитор горения, газообразный и/или сжиженный флегматизатор или смесь флегматизатора и жидкого ингибитора, где в качестве газообразного и/или сжиженного флегматизатора используют диоксид углерода, или смесь диоксида углерода и азота или воздуха в соотношении от 9:1 до 4:1, или смесь диоксида углерода с алкилкарбинолом в соотношении от 99:1 до 90:10, или смесь диоксида углерода и азота или воздуха с алкилкарбинолом в соотношении: 80-100:5-20:0.5-5, а в качестве жидкого ингибитора горения используют 5% раствор йода или 5-20% раствор смеси йода с йодидом щелочного металла или аммония в алкилкарбиноле, при этом соотношение в смеси флегматизатор:жидкий ингибитор находится в пределах от 100:1 до 100:30, при этом диоксид углерода модифицирован диметилкетоном от 100:1 до 10:1 при следующих соотношениях компонентов, мас.%:

высокодисперсная добавка	0.2-2.8
целевая добавка для текучести	4.6-25
кремнийорганический гидрофобизатор	0.1-0.7
основной порошкообразный ингибитор горения	15-85

флегматизатор или смесь флегматизатора и жидкого ингибитора - остальное, а в качестве газовой огнетушащей смеси используют огнетушащий состав, включающий сжатые газы-пропелленты: азот, аргон, инерген или их смесь с воздухом и сжиженные газы: диоксид углерода, гексафторид серы, хладоны или их смесь при следующем соотношении сжатых и сжиженных газов, мас.%:

сжатые газы	6.6-60
сжиженные газы	остальное

Устройство-инжектор для тушения нефти и нефтепродуктов, горючих и легковоспламеняющихся жидкостей в резервуаре, находящееся вне резервуара, содержит емкости с огнетушащим порошковым составом (ОПС) и источником газа-флегматизатора и обеспечивает подачу порошка через пускозапорное устройство, выходной трубопровод или систему трубопроводов с распылителем внутрь резервуара в зону пожара и отличается тем, что выпускной трубопровод с наружной стороны резервуара через шарнир и пуско-запорное устройство соединен с инжектором, а с другой стороны через шарнир, поплавок - с распылителем, выполненным с регулируемой плавучестью, обеспечивающей всплытие системы «выпускной трубопровод-поплавок-распылитель» во время тушения и размещение распылителя над горящей поверхностью на высоте 0.01-0.05 диаметра резервуара, при этом распылитель имеет не менее одного яруса сопловых отверстий, расположенных в горизонтальной плоскости с разверткой на 360°.

Сопловые отверстия распылителя выполнены в виде диффузоров, причем 80-95% из них расположены в горизонтальной плоскости, а 5-20% под углом 45-90° к последней (для РВС с диаметром менее 21 м допускается использовать углы 3-90°), при этом общее количество диффузорных сопел выбирается из соотношения:

где n - количество диффузоров,

α - угол диффузора.

Для резервуаров диаметром более 21 м допускается использовать распылитель с количеством сопел, определяемым выражением

Пускозапорное устройство выполнено с электрическим, и/или пневматическим, и/или ручным запуском в обычном или взрывном исполнении.

Физическая суть изобретения

По данным работы авторов В.В.Померанцева, К.М.Арефьева, Д.Б.Ахмедова и др. «Основы практической теории горения». Учебное пособие для студентов ВУЗ. Л.: «Энергия», 1973 г., с.262, утверждается нижеследующее:

1. Жидкое топливо всегда сгорает в паровой фазе.

2. Тепло, подводимое от пламени к поверхности жидкости затрачивается на прогрев жидкости в пограничном слое, ее испарение и нагрев паров.

3. Практически можно принять, что температура поверхности горящей жидкости равна температуре кипения этой жидкости.

4. Существует очень сильная зависимость давления насыщенных паров нефти и нефтепродуктов от температуры. Небольшое уменьшение температуры поверхности горючей жидкости приводит к существенному уменьшению давления насыщенных паров.

5. Основное тепловыделение при горении горючей жидкости происходит в светящейся зоне (пламени).

6. Прогрев жидкости происходит за счет радиационного тепла (излучения), приходящего из верхних слоев пламени, причем сила излучения согласно закону Стефана-Больцмана прямо пропорциональна температуре в четвертой степени: I_факела≈σТ⁴ вт/ср.

Из вышеприведенного следует, что для эффективного прекращения горения нефти и нефтепродуктов необходимы следующие действия:

1. Уменьшить температуру поверхности горения жидкости.

2. Понизить давление паров нефти и нефтепродуктов.

3. Изолировать (уменьшить) тепловыделения из зоны горения (пламени) в прогретую зону.

Все эти действия обеспечиваются при применении предлагаемого способа тушения с применением вышеописанного устройства.

А именно: 1) подача охлажденной газодисперсной смеси (жидкий СО₂+ огнетушащий порошок) в пограничный слой и под слой жидкости значительно уменьшает температуру прогретого слоя,

2) уменьшение теплового излучения от пламени к поверхности нефти и нефтепродуктов за счет создания аэрозольного облака между граничным слоем жидкости и светящейся зоной пламени. Ослабление излучения подчиняется закону Бугера-Ламберта-Бэра:

где

Ф_прош - тепловой поток, прошедший через слой аэрозоля, вт/стер,

Ф₀ - тепловой поток излучения пламени, вт/стер,

е - основание натурального алгоритма,

ε - показатель ослабления излучения, м²/г,

с - концентрация аэрозоля в слое, г/м³,

l - толщина аэрозольного слоя, м.

Для примера посчитаем кратность ослабления теплового излучения в диапазоне 0.8-14 мкм электромагнитного спектра излучения при пожаре на РВС-5000 при применении метода аэрозольной защиты (АЗ). Диаметр РВС-5000 равен 21.1 м; площадь «зеркала» нефти равна 356 м². Ставим вокруг РВС 6 модулей МПП «BiZone-100» (по 2 штуки на каждый пенослив КНП-5). Общее количество порошка на фосфатной основе составит 480 кг. Время выпуска газодисперсной смеси из модулей ≈6 секунд. Считаем, что за 1 секунду «покрываем» аэрозолем с толщиной слоя 1 м всю площадь РВС (S=356 м²). Тогда концентрация порошка в аэрозольной завесе составит:

Показатель ослабления ε_0.8-14 в ИК-диапазоне 0.8-14 мкм для порошка моноаммонийфосфата ориентировочно 0.05-0.1 м²/г в зависимости от его дисперсности.

Возьмем среднее значение показателя ослабления ε_0.8-14=0.075 м²/г. Отсюда, преобразуя выражение (1), получим:

где ε_0.8-14 - показатель ослабления электромагнитного излучения (ЭМИ) в диапазоне 0.8-14 мкм, м²/г,

с - объемная массовая концентрация аэрозоля, г/м,

l - толщина аэрозольной завесы на трассе визирования, м.

Подставив вышеуказанные значения параметров в выражение (2), получим

Изобретение осуществляют следующим образом.

Смещение порошкообразных компонентов и получение сухого порошкообразного ингибитора горения проводят на оборудовании и по технологии, принятой в производстве огнетушащих порошков. Полученный сухой ингибитор горения с помощью зарядной станции типа PSM снаряжается в порошковую емкость (баллон), а флегматизирующий газ-пропеллент, сжиженный ингибитор и модификатор сжиженного флегматизатора с помощью зарядной станции ЗСА снаряжается в емкость - источник газа предлагаемого устройства.

При работе вышеназванного устройства происходит смешение дисперсной и газовой составляющих с образованием газодисперсной огнетушащей смеси, инжектируемой в зону горения согласно прилагаемому изобретению.

В табл.1-22 представлены примеры составов для снаряжения устройств по предлагаемому изобретению и результаты их испытаний по тушению нефти и нефтепродуктов с помощью предлагаемого способа и устройства на модельном очаге 233В.

Способ осуществляют следующим образом. Устанавливают снаружи резервуара РВС, или РВСПК, или РВСП рядом с входным патрубком резервуара газодисперсный пожаротушащий модуль (типа «BiZone-100»). «BiZone-100»-инжектор соединяют через пускозапорное устройство с помощью гибкого (шарнирного или др.) трубопровода с поплавковым распылителем под слой горючей жидкости в резервуаре согласно п.1 формулы изобретения. Далее, согласно формуле изобретения после подачи сигнала от извещателя открывают пускозапорное устройство и через выпускной трубопровод и распылитель организуют тушение в два приема, сначала подача ОТВ под слой горючей жидкости, а потом над горящей жидкостью или под понтон или плавающую крышу.

Краткое описание фигур чертежей

На чертеже фиг.1 изображено устройство для тушения нефти и нефтепродуктов в РВС с фиксированной крышей без понтона в дежурном режиме, на фиг.2 - то же устройство в рабочем режиме (во время тушения пожара); На фиг.3 представлено устройство для тушения нефти и нефтепродуктов в РВС с фиксированной крышей и понтоном в дежурном режиме; на фиг.4 - то же устройство в рабочем режиме, фиг.5 - круговой распылитель с поплавком, фиг.6 - внешний вид шарнирного соединения, фиг.7 - схематическое устройство шарнира. На фиг.1, 2, 3, 4 указаны позиции, где 1 - модуль-инжектор газодисперсной смеси, 2 - пуско-запорное устройство, 3 - шарниры, 4 - корпус РВС, 5 - выпускной трубопровод, 6 - нефть или нефтепродукты, 7 - круговой распылитель, 8 - поплавок распылителя, 9 - фиксированная крыша, 10 - поплавковый понтон, 11 - понтонный поплавок.

Лучший вариант осуществления изобретения

Устройство для тушения нефти и нефтепродуктов 6 в резервуарах вертикальных стальных (РВС) с фиксированной крышей 9 и в РВС с понтоном 10 (РВСП) согласно предлагаемому способу работает следующим образом.

При возникновении пожара сигнал от датчика пожарной сигнализации поступает на контрольно-пусковое устройство системы пожаротушения, откуда в виде электрического или пневматического сигнала поступает на пускозапорное устройство (ПЗУ) 2, находящееся на баллоне с флегматизирующим газом-пропеллентом инжекторного модуля 1, после чего газ-флегматизатор поступает в емкость с дисперсным химическим ингибитором и, проходя через него, образует огнетушащую газодисперсную смесь с рецептурой, представленной в табл.1-22, которая через выпускной трубопровод 5 и шарнирные соединения 3 поступает в круговой распылитель 7, откуда газодисперсная смесь под слоем 6, распространяясь параллельно ему, его охлаждает и ингибирует, а часть (5-20%) газодисперсной смеси, истекающей из распылителя с интенсивностью не менее 0.15 кгс/м² создают положительную плавучесть поплавку 8, вследствие чего обеспечивается подъем консоли «круговой распылитель-шарнир-выпускной трубопровод» и, наконец, всплытие кругового распылителя, подающего огнетушащую газодисперсную смесь на горящую поверхность 6 или под понтон 10 с поплавками 11.

Промышленная полезность

Как видно из вышеприведенных данных и результатов испытаний, представленных в табл.1-22, предлагаемые способ и устройство выгодно отличаются от способа-прототипа и устройства-прототипа:

- по эффективному времени тушения в 1,3-50 раз;

- по снижению удельного расхода металлоконструкции в 1,1-14 раз.

При этом предлагаемый способ и устройство обеспечивают новое положительное качество - устойчивость к взрыву паров нефти и нефтепродуктов горючих и легковоспламеняющихся жидкостей.

Claims

1. Способ тушения нефти и нефтепродуктов в резервуаре путем подачи газодисперсной огнетушащей смеси из пожаротушащего устройства-инжектора, находящегося вне резервуара, через пускозапорное устройство, выпускной трубопровод и распылитель в зону пожара, отличающийся тем, что подачу газодисперсной огнетушащей смеси ведут из всплывающего на поверхность горящей жидкости поплавкового распылителя, при этом тушение пожара организуют в три этапа:
первый - устанавливают поплавковый распылитель, гибко связанный трубопроводом через пускозапорное устройство с инжектором под слой горючей жидкости на глубину не менее высоты распылителя при длине трубопровода, определяемого соотношением:

,
где L_тp - длина трубопровода, м;
R_p - радиус резервуара, м;
Н_гж - максимальная высота налива горючей жидкости в резервуаре, м;
Н_инж - высота ввода выпускного трубопровода из инжектора в резервуар, м;
Н_расп - высота распылителя, м;
второй - после подачи сигнала от пожарного извещателя открывают пускозапорное устройство на инжекторе и ведут подачу газодисперсной огнетушащей смеси через трубопровод и поплавковый распылитель под слой горючей жидкости компактными струями от центра к периферии параллельно горизонту с разверткой на 360°, а 0,05-0,2 части вышеуказанной газодисперсной смеси направляют под углом 45-90° к поверхности жидкости;
третий - обеспечивают всплытие поплавкового распылителя над поверхностью горящей жидкости на высоту 0,01-0,05 диаметра резервуара, при этом подачу газодисперсной огнетушащей смеси ведут с интенсивностью не менее 0,15 кг/см² с круговой разверткой струй, причем количество последних определяют из выражения

,
где n - количество струй;
α - угол расхождения струи.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве газодисперсной огнетушащей смеси используют огнетушащий дисперсный состав, включающий высокодисперсную добавку, целевую добавку для текучести, кремнийорганический гидрофобизатор, основной порошкообразный ингибитор горения и газообразный и/или сжиженный флегматизатор или смесь флегматизатора и жидкого ингибитора, где в качестве газообразного и/или сжиженного флегматизатора используют диоксид углерода, или смесь диоксида углерода и азота или воздуха в соотношении от 9:1 до 4:1, или смесь диоксида углерода с алкилкарбинолом в соотношении от 99:1 до 90:10, или смесь диоксида углерода и азота или воздуха с алкилкарбинолом в соотношении: 80-100:5-20:0.5-5, а в качестве жидкого ингибитора горения используют 5%-ный раствор йода или 5-20%-ный раствор смеси йода с йодидом щелочного металла или аммония в алкилкарбиноле, при этом соотношение в смеси флегматизатор:жидкий ингибитор находится в пределах от 100:1 до 100:30, при этом диоксид углерода модифицирован диметилкетоном от 100:1 до 10:1 при следующих соотношениях компонентов, мас.%
высокодисперсная добавка 0,2-2,8 целевая добавка для текучести 4,6-25 кремнийорганический гидрофобизатор 0,1-0,7 основной порошкообразный ингибитор горения 15-85 флегматизатор или смесь флегматизатора и жидкого ингибитора остальное

3. Устройство-инжектор для тушения нефти и нефтепродуктов в резервуаре, находящееся вне резервуара, содержащее емкости с огнетушащим веществом и/или источником газа-флегматизатора, обеспечивающим инжекцию указанного вещества или газа-флегматизатора через пускозапорное устройство, выходной трубопровод с распылителем внутрь резервуара в зону пожара, отличающееся тем, что выпускной трубопровод с наружной стороны резервуара через шарнир и пускозапорное устройство соединен с инжектором, а с другой стороны через шарнир, поплавок - с распылителем, выполненным с регулируемой плавучестью, обеспечивающей всплытие консоли «выпускной трубопровод-поплавок-распылитель» во время тушения и размещение распылителя над горящей поверхностью на высоте 0,01-0,05 диаметра резервуара, при этом распылитель имеет не менее одного яруса сопловых отверстий, расположенных в горизонтальной плоскости с разверткой на 360°.

4. Устройство по п.3, отличающееся тем, что сопловые отверстия выполнены в виде диффузоров, причем 80-95% из них расположены в горизонтальной плоскости, а 5-20% под углом 45-90° к последней, при этом общее количество диффузорных сопел выбирается из соотношения:

,
где n - количество диффузоров;
α - угол диффузора.

5. Устройство по пп.3 и 4, отличающееся тем, что пускозапорное устройство выполнено с электрическим, и/или пневматическим, и/или ручным запуском в обычном или взрывном исполнении, а выпускной трубопровод выполнен гибким.