Методическое пособие по выбору средств и способов локализации и ликвидации пожаров с участием горящего сжиженного природного газа. – М.: ВНИИПО, 2023

МЕТОДИЧЕСКОЕ ПОСОБИЕ

ПО ВЫБОРУ СРЕДСТВ И СПОСОБОВ ЛОКАЛИЗАЦИИ И ЛИКВИДАЦИИ ПОЖАРОВ С УЧАСТИЕМ ГОРЯЩЕГО СЖИЖЕННОГО ПРИРОДНОГО ГАЗА

Москва 2023

Методическое пособие по выбору средств и способов локализации и ликвидации пожаров с участием горящего сжиженного природного газа. – М.: ВНИИПО, 2023. –67 с.

В Методическом пособии приведена оперативно-тактическая характеристика объектов хранения и переработки сжиженного природного газа, изложены основные тактические приемы и способы, направленные на локализацию и ликвидацию аварий и пожаров на объектах хранения и переработки СПГ, а также мероприятия по охране труда личного состава пожарной охраны и аварийно-спасательных формирований при ведении боевых действий по тушению пожаров с участием горящего и не горящего сжиженного природного газа.

Методическое пособие предназначено для применения оперативными должностными лицами пожарной охраны, личным составом подразделений пожарной охраны при осуществлении оперативно-служебной деятельности, а также должностными лицами аварийно-спасательных формирований.

© ГУПО МЧС России, 2023

© ФГБУ ВНИИПО МЧС России, 2023

СОДЕРЖАНИЕ

Термины и определения…………………………………………....... 4

Обозначения и сокращения…………………………………………. 6

Введение……………………………………………………………….. 7

1. Оперативно-тактические особенности объектов производства и хранения СПГ………………………………………………………. 9

2. Особенности развития аварий и пожаров на объектах производства, хранения и транспортировки СПГ………………... 22

2.1. Основные физико-химические свойства и пожаровзрывоопасные характеристики СПГ……………………………………….………... 22

2.2. Общая характеристика возможных сценариев пожароопасных аварий и пожаров……………………………………………………. 25

2.3. Распространение паров СПГ в атмосфере в виде газового облака и их сгорание при аварийных утечках………………………………………………………………… 27

3. Основные тактические приемы, направленные на локализацию и ликвидацию пожаров на объектах хранения и переработки СПГ…………………………………………………………….……… 35

3.1. Пожарно-технические средства и способы ликвидации пожара СПГ, методы предотвращения его возгорания и локализации аварийных ситуаций при хранении, транспортировке и эксплуатации объектов с СПГ……………………………………… 39

3.1.1. Регазификация газовых облаков и снижение тепловых потоков от горения проливов СПГ………………………………………….…… 40

3.1.2. Основные приемы и способы ликвидации факельного горения сжиженного газа……………………………………..………………. 44

3.1.3. Основные приемы и способы ликвидации пожаров связанных с проливом СПГ………………………..………………………………. 47

4. Общие требования охраны труда при локализации и ликвидации пожаров (аварий), связанных с СПГ……………………..…………. 48

Приложение 1. Справочная информация…………………………… 55

Приложение 2. Конструктивные особенности изотермических резервуаров для хранения СПГ…………………………..………… 58

Литература……………………………….………………………….. 65

ТЕРМИНЫ И ОПРЕДЕЛЕНИЯВ настоящем методическом пособии применяют следующие термины с соответствующими определениями.

Аварийная ситуация – возникновение условий, способных привести к аварии.

Авария – разрушение сооружений и/или технических устройств, применяемых на опасном производственном объекте, неконтролируемый взрыв и/или выброс опасных веществ.

Быстрый фазовый переход – это мгновенное (взрывное) испарение сжиженного природного газа при смешении с водой, сопровождающееся увеличением объема (примерно в 600 раз) и возникновением разрушающего фронта сверхдавления.

П р и м е ч а н и е — Быстрый фазовый переход (БФП) является исключительно физическим явлением и не сопровождается химической реакцией или горением.

Газосброс – организованный выход природного газа или паров СПГ из технологического оборудования в окружающую среду.

Криогенный насос – насос для повышения давления и нагнетания криогенной жидкости.

Объект – совокупность технологического оборудования, зданий, сооружений, инженерных систем, размещенных на определенной площадке.

Объект потребления СПГ – объект, предназначенный для приема и хранения СПГ с последующим его использованием и/или распределением в сжиженном и/или регазифицированном виде.

Объект производства СПГ – объект, предназначенный для производства, хранения и отгрузки СПГ потребителю.

Огненный шар – крупномасштабное диффузионное пламя сгорающей массы топлива или парового облака, поднимающееся над поверхностью земли.

Ограждение – естественный барьер, образованный рельефом местности, или искусственное сооружение, ограничивающее участок территории, в пределах которого размещается емкостное оборудование с легковоспламеняющимися и горючими жидкостями, сжиженными углеводородными газами, предназначенное для предотвращения растекания жидкости за пределы этого участка.

Отпарной газ – газ, образующийся при производстве, хранении и транспортировании сжиженного природного газа.

П р и м е ч а н и е — КПГ получают на АГНКС из природного газа, транспортируемого по магистральным или распределительным газопроводам, путем осушки и компримирования, а также на КриоАЗС из регазифицированного сжиженного природного газа.

Природный (горючий) газ – газообразная смесь, добытая из всех видов месторождений (залежей) углеводородного сырья, состоящая преимущественно из метана и содержащая более тяжелые углеводороды, азот, диоксид углерода, водяные пары, серосодержащие соединения, инертные газы, а также следовые количества других компонентов.

Регазификация СПГ – процесс преобразования СПГ из жидкого состояния в газообразное.

Сжиженные углеводородные газы – углеводороды, находящиеся в газообразном состоянии при нормальных значениях температуры и давления, но легко переходящие в жидкое состояние при небольшом избыточном давлении при нормальной температуре, например пропан и бутаны.

Сжиженный природный газ – криогенная жидкость без цвета и запаха, состоящая в основном из метана, которая может содержать небольшие количества этана, пропана, бутана, азота и других компонентов, присутствующих в природном газе.

ОБОЗНАЧЕНИЯ И СОКРАЩЕНИЯ

В настоящем пособии применены следующие сокращения и обозначения:

АГНКС – автомобильная газонаполнительная компрессорная станция;

АЗС – автомобильная заправочная станция;

АЛ – пожарная автолестница;

АП – автомобиль порошкового тушения;

АСФ – аварийно – спасательное формирование;

БОП – боевая одежда пожарного;

БФП – быстрый фазовый переход;

ВНИИПО – Всероссийский научно-исследовательский институт противопожарной обороны;

ВРПВЖ (BLEVE) – взрыв расширяющихся паров вскипающей жидкости;

ГХК – газификаторы холодные криогенные;

ДВК – довзрывоопасная концентрация;

ИР – изотермический резервуар;

КПГ – компримированный природный газ;

КриоАЗС – криогенная автозаправочная станция;

РТП – руководитель тушения пожара;

СЗО – специальная защитная одежда;

СЗО ИТ – изолирующая специальная защитная одежда;

СЗО ПТВ – специальная одежда для защиты от повышенных тепловых воздействий;

СИЗ – средства индивидуальной защиты;

СПГ – сжиженный природный газ;

СУГ – сжиженные углеводородные газы;

ФНП СПГ – федеральные нормы и правила в области промышленной безопасности «Правила безопасности объектов СПГ».

ВВЕДЕНИЕ

Методическое пособие по выбору средств и способов локализации и ликвидации пожаров с участием горящего СПГ подготовлено на основе результатов научно-исследовательских работ, выполненных во ВНИИПО МЧС России, изучения опыта ликвидации аварий с пожарами на указанных объектах, а также с учетом зарубежного опыта.

Актуальность данного методического пособия обусловлена развитием рынка малотоннажного сжиженного природного газа и газомоторного топлива в Российской Федерации, строительством заводов, заправочных станций в непосредственной близости от объектов гражданского строительства, жилых домов населенных пунктов, что в свою очередь ведет к увеличению потенциальных рисков при возникновении пожароопасной ситуации. Увеличение рисков обусловлено дополнительными, по сравнению с легковоспламеняющимися и горючими жидкостями (ЛВЖ и ГЖ), опасностями СПГ такими как: быстрообразующиеся пожаровзрывоопасные облака, распространяющиеся на большие расстояния, способные, кроме того, вызвать удушье человека; высокая среднеповерхностная плотность теплового излучения пламени (для пожара пролива СПГ – до 220 кВтм2); высокотемпературный горящий факел, возникающий при истечении паровой и (или) жидкостной фазы СПГ; несоблюдение баланса тепло- и массообмена при хранении, приеме и выдаче СПГ, которое может привести к частичному или полному разрушению внутреннего резервуара и внешней оболочки и, как следствие, к катастрофической аварии; низкие температуры, приводящие при определенных условиях к потере прочности и функциональной устойчивости конструкций резервуаров и технологического оборудования, что может привести к увеличению масштабов аварии; низкие температуры при аварийных выбросах, способные вызвать обморожение и гибель человека.

Пособие разработано на основе проведенных дополнительных исследований, направленные на получение экспериментальных данных о возможности и эффективности применении огнетушащих веществ при локализации и ликвидации пожаров с участием горящего СПГ.

В результате исследований определены основные виды огнетушащих веществ, способы их подачи, а также перечень огнетушащих веществ, применение которых может привести к эскалации пожароопасной ситуации, нанесению вреда жизни и здоровью участников тушения.

Методическое пособие следует применять с учетом нормативных правовых документов в области пожаротушения, фактической оперативно-тактической и пожарно-технической характеристики объекта защиты, и складывающейся оперативно-тактической обстановки на пожаре.

В методическом пособии изложены:

оперативно-тактические особенности объектов производства и хранения сжиженного природного газа;

особенности развития аварий и пожаров, связанных с горением сжиженного природного газа;

основные опасности, связанные с распространением взрыво-пожароопасных облаков;

физико-химические свойства и пожаровзрывоопасные характеристики СПГ;

основные тактические приемы локализации и ликвидации аварий и пожаров, сопровождающихся пожарами и взрывами;

требования охраны труда при локализации и ликвидации пожаров (аварий), связанных с СПГ.

1. ОПЕРАТИВНО-ТАКТИЧЕСКИЕ ОСОБЕННОСТИ ОБЪЕКТОВ ПРОИЗВОДСТВА И ХРАНЕНИЯ СПГ

Объекты хранения и переработки сжиженного природного газа, относятся к пожаровзрывоопасными объектами, где даже незначительные инциденты могут привести к аварийным ситуациям, с последующими взрывами паровоздушных облаков, выбросами паровой и жидкостной фаз, разливами и горением сжиженного газа.

Производство СПГ основано на производственно-сбытовой цепочке, включающей производство, хранение, транспортировку, регазификацию и потребление представлено на рисунке 1, которое разделено на несколько технологических операций представленных на рисунке 2.

Первая технологическая операция в комплексе по сжижению природного газа состоит из очистки сырьевого газа путем удаления примесей, например, воды, кислых газов (углекислого газа и сернистого газа) и ртути.

Вторая технологическая операция – это удаление тяжелых углеводородов или легкого конденсата в газофракционной установке.

В последней технологической операции газ, который теперь представляет собой преимущественно метан, поступает в основной поток газа через криогенные теплообменники, где он сжижается путем охлаждения приблизительно до минус 160 °C.

После сжижения СПГ поставляется в заводское хранилище СПГ, из которого осуществляется отгрузка газа. Из хранилища СПГ газ отгружается в криоцистерны или танк-контейнеры для отгрузки потребителю.

Рисунок 1 – Схема производственно-сбытовой цепи СПГ

Рисунок 2 – Принципиальная схема производства СПГ

В зависимости от производительности установок сжижения и специфики потребителей объекты СПГ подразделяются условно на крупнотоннажную, среднетоннажную и малотоннажную представленных на рисунках 3, 4 и 5. Масштаб производства во многом определяет назначение, размещение и размеры производственных установок, технологические процесс подготовки и сжижения газа, средства транспортировки СПГ, размещение и размер установок регазификации.

Рисунок 3 – Крупнотоннажный завод СПГ мощностью 16,5 млн. тонн в год

Рисунок 4 – Среднетоннажный завод СПГ мощностью 660 тыс. тонн в год

Рисунок 5 – Малотоннажный завод СПГ мощностью 40 тыс. тонн в год.

Экспортные поставки газа обычно обеспечиваются крупнотоннажнымпроизводством СПГ, а для удовлетворения спроса на внутреннем рынке часто достаточно малотоннажного производства. Выделяют также среднетоннажные проекты, которые согласно [1] занимают промежуточное положение и могут быть интегрированы как в производственные цепочки крупно тоннажного производства, так и выступать в качестве поставщика для малотоннажных потребителей.

Отрасль малотоннажного производства СПГ в России позволяет обеспечить потребителей газомоторным топливом, а также обеспечить автономную газификацию объектов (жилые поселки, малые и средние производственные предприятия и т.п.).

Одной из отличительных особенностей объектов малотоннажного производства от объектов крупнотоннажного является наличие непосредственно на объекте пунктов реализации производимой продукции. В состав объекта могут входить, как площадки слива-налива СПГ из резервуаров в криогенные передвижные автогазозаправщики, так и криогенный топливозаправочный пункт для заправки транспортных средств СПГ.

В российских нормативных документах нет понятий крупно- и среднетоннажного производства СПГ, примерные значения мощностей производств можно найти лишь в различной литературе. Так, заводы с объемом производства до 1-2 млн.тонн/год считаются среднетоннажными, более производительные – крупнотоннажными. Только [2] устанавливает граничное значение малотонажного производства СПГ в 10 тонн/час, что оценивается примерно, как 82 тыс. тонн/год. При этом количество СПГ на объекте, не должно превышать 200 тонн, при единичном объеме криогенного резервуара, не превышающем 260 м3.

Кроме документа [2] для малотоннажного производства СПГ существует свод правил [3], который устанавливает требования пожарной безопасности при проектировании, строительстве и реконструкции действующих объектов малотоннажного производства и потребления СПГ.

Нормирование крупнотоннажного производства и потребления СПГ в РФ представлено следующими документами:

общие требования безопасности для объектов крупотонажного производства и потребления СПГ при производстве, хранении и перекачке СПГ устанавливаются документом [4];

федеральные нормы и правила в области промышленной безопасности «Правила безопасности объектов сжиженного природного газа» [5].

Для хранилищ СПГ, в которых СПГ содержится в надземных двухоболочечных резервуарах с полной герметизацией, разработаны требования пожарной безопасности [6].

Существуют различные конструктивно-технологические схемы хранения СПГ – полуизотермическое и изотермическое хранение.

Согласно [3] к криогенным относятся резервуары, предназначенные для накопления, хранения под избыточным давлением, транспортировки и выдачи потребителю криогенной жидкости (полуизотермическое хранение). Согласно источника [7] к изотермическим относятся резервуары для хранения больших объемов СПГ при температуре кипения и давлении близком к атмосферному, состоящие из концентрически расположенных внутреннего и наружного стальных корпусов, классификация которых, представлена на рисунке 6.

Общей характеристикой резервуаров для хранения СПГ является способность хранить газ при температуре на уровне минус (165 -162) °C.

Рисунок 6 – Классификация стационарных хранилищ СПГ

Все виды резервуаров для хранения СПГ представляют собой двойные контейнеры, где внутренняя часть находится в контакте с СПГ и выполняется из хладостойкой стали, наружная оболочка может, выполняется из углеродистой стали. Пространство между оболочками заполняется изоляционными материалами.

Размер стационарных емкостей для хранения СПГ, предлагаемых на рынке, сильно дифференцирован в зависимости от области применения.

Стационарные СПГ резервуары эксплуатируются в составе систем:

сжижения природного газа;

хранилищ СПГ;

резервуаров хранения и выдачи СПГ в составе АЗС СПГ;

систем автономного и резервного теплоэнергообеспечения с использованием СПГ.

Согласно документа [8] полуизотермическое хранение осуществляется в двухоболочечных резервуарах СПГ и резервуарах СПГ в кожухе, которые имеют существенное различие по конструктивному исполнению, а именно:

двухоболочечный резервуар для хранения СПГ оборудован термоизоляционным кожухом, предназначенный для обеспечения вакуумной изоляции и обеспечивающий при разгерметизации рабочего (внутреннего) сосуда удержание в межстенном пространстве жидкой фазы СПГ и контролируемый сброс паров СПГ в атмосферу из указанного пространства через сбросную трубу (трубы) технологической системы АЗС;

резервуар СПГ в кожухе оборудован термоизоляционным кожухом, предназначенный для обеспечения вакуумной изоляции и обеспечивающим при разгерметизации рабочего (внутреннего) сосуда истечение СПГ непосредственно в ограждение резервуара только через специально предназначенное для этого устройство, установленное на кожухе.

Криогенные резервуары могут быть установлены в технологической линии по сжижению газа, в системах АЗС СПГ или в системах резервного энергообеспечения. Криогенные резервуары могут иметь как горизонтальное, так и вертикальное исполнение изображенных на рисунке 7.

а) б)

Рисунок 7 – Резервуары для хранения небольших объемов СПГ в

а) вертикальном и б) горизонтальном исполнении

Конструкции выполняются двустенными с экранно-вакуумной или порошково-вакуумной изоляцией. Объем таких резервуаров составляет от 3 до 350 м3, рабочее давление 0,2-3,7 МПа.

Изотермические резервуары для хранения сжиженных газов при температуре кипения и давлении, близком к атмосферному, классифицируют по объему хранимого продукта, по количеству контуров сдерживания аварийного разлива хранимого продукта (преград для свободного разлива жидкого продукта) и по конструктивному исполнению крыши внутреннего корпуса.

В качестве примера на рисунок 8 изображены вертикальные цилиндрические изотермические резервуары.

Рисунок 8 – Вертикальные цилиндрические изотермические резервуары

По объему (вместимости) хранимого продукта изотермические резервуары подразделяют на три основных типа:

малотоннажные – объем продукта менее 5000 м;

среднетоннажные – объем продукта от 5000 м, но менее 60000 м;

крупнотоннажные – от 60000 м и выше.

По количеству контуров сдерживания возможного аварийного разлива продукта изотермические резервуары подразделяют на три основных типа:

«одинарного сдерживания», включает:

внутренний силовой корпус, рассчитанный на сдерживание гидростатического давления жидкости;

наружный герметичный корпус, рассчитанный на сдерживание избыточного давления газа над жидкостью, но не рассчитанный на аварийный разлив продукта;

«двойного сдерживания», включает:

силовой корпус;

открытую защитную ограждающую стенку (или закрытую навесом от попадания атмосферных осадков), рассчитанную на сдерживание аварийного разлива продукта по территории предприятия;

«полного сдерживания», включает два силовых корпуса, концентрически расположенных один в другом, каждый из которых предназначен для сдерживания гидростатического давления жидкости:

наружный корпус герметичен и рассчитан на сдерживание давления газа;

внутренний корпус может быть, как герметичным, т.е. иметь собственную герметичную стационарную крышу, так и негерметичным и изготавливаться с паропроницаемой подвесной крышей, закрепленной на подвесках к крыше наружного корпуса изотермического резервуара.

Изотермические резервуары по конструктивному исполнению крыши внутреннего корпуса подразделяют на два основных типа:

с купольной самонесущей герметичной крышей внутреннего корпуса;

с подвесной паропроницаемой крышей внутреннего корпуса.

Конструктивные особенности изотермических резервуаров для хранения СПГ изложены в приложении 2 настоящего методического пособия.

Объекты СПГ представляют собой многочисленный комплекс производств, отличающихся высокой степенью механизации и автоматизации, непрерывным циклом работы и большой взаимосвязью различных технологических установок.

Технологические процессы на подобных объектах проходят при различных температурах и высоких давлениях. За счет блочной системы компоновки достигается компактное размещение оборудования, уменьшение длины технологических коммуникаций.

Производственные здания, открытые технологические установки и вспомогательные сооружения размещают на территории предприятия по зонам: производственная, хранения СПГ, выдачи СПГ, газосброса, заправки транспортных средств, служебная, вспомогательная и т.п. Административно-бытовые здания располагают в предзаводской зоне.

Большая плотность застройки и поэтажное размещение оборудования увеличивают удельные нагрузки горючих веществ, повышают пожарную опасность, усложняют процесс тушения пожара.

Открытые технологические установки, как правило, оборудуют стационарными системами тепловой защиты и тушения пожаров. Однако коммуникации трубопроводов, мелкие технологические аппараты и строительные конструкции ими обычно не защищаются. Кроме того, стационарные установки могут быть выведены из строя в результате температурных деформаций и взрывов технологического оборудования.

Способ размещения технологического оборудования СПГ исключает возможность растекания проливов (при разгерметизации оборудования) за пределы площадок, на которых оно установлено. Указанные площадки оборудуют дренажными системами, параметры которых обеспечивают пожаробезопасный аварийный слив всего содержимого указанного оборудования.

Для сбора аварийных проливов на площадках предусматривается выполненные из бетона бассейны-накопители.

В местах возможных проливов на поверхность площадки предусматривается отвод утечек СПГ в сборники аварийных проливов по перехватывающим каналам.

Бассейны – накопители и перехватывающие каналы площадок размещения оборудования с СПГ оснащаются покрытием из негорючего теплоизолирующего материала, предназначенного для снижения интенсивности испарения СПГ.

Пожары на объектах производства и хранения СПГ характеризуются большой скоростью распространения горения, высокой тепловой радиацией пламени, возможностью возникновения взрывов, выброса и растекания горючих жидкостей и сжиженных газов на большие площади.

Развитию пожара способствует также то, что отдельные блоки, например, блок подготовки, компрессорный блок, блок охлаждения, блок сжижения, система хранения СПГ, система транспортирования, система газификации технологически связаны между собой разветвленной сетью коммуникаций трубопроводов, и горение на одном блоке может вызвать аварийную ситуацию на других.

Для тушения пожаров на объектах СПГ предусматривается противопожарный водопровод, резервуары с достаточным запасом воды, штатные первичные средства пожаротушения.

На объектах производства и отпуска СПГ имеется активная пожарная защита оборудования, которая способна при возникновении пламени немедленно прекратить поступление продукта к очагу пожара и его локализовать при возникновении.

Одной из особенностей пожаров на объектах хранения и переработки СПГ является возможное цепное развитие пожара по принципу «домино».

2. ОСОБЕННОСТИ РАЗВИТИЯ АВАРИЙ И ПОЖАРОВ НА ОБЪЕКТАХ ПРОИЗВОДСТВА, ХРАНЕНИЯ И ТРАНСПОРТИРОВКИ СПГ

Аварийные ситуации на объектах СПГ имеют ряд характерных особенностей, которые в значительной степени обусловлены физико-химическими и пожаровзрывоопасными свойствами компонентов СПГ, а именно:

быстрообразующиеся пожаровзрывоопасные облака, распространяющиеся на большие расстояния, способные, кроме того, вызвать отравление или удушье человека;

высокая среднеповерхностная плотность теплового излучения пламени (для пожара пролива СПГ – до 220 кВтм2);

высокотемпературный горящий факел, возникающий при истечении паровой и (или) жидкостной фазы СПГ;

несоблюдение баланса тепло- и массообмена при хранении, приеме и выдаче СПГ, которое может привести к частичному или полному разрушению внутреннего резервуара и внешней оболочки и, как следствие, к катастрофической аварии;

низкие температуры, приводящие при определенных условиях к потере прочности и функционального назначения материалов и конструкций резервуаров и технологического оборудования, что может привести к увеличению масштабов аварии;

низкие температуры при аварийных выбросах, способные вызвать обморожение и гибель человека.

2.1. Основные физико-химические свойства и пожаровзрывоопасные характеристики СПГ

Потенциальная опасность при обращении с СПГ главным образомобусловлена тремя его важными свойствами:

СПГ – криогенная жидкость. При атмосферном давлении, в зависимости от состава, СПГ кипит при температуре приблизительно минус 160 °С. При этой температуре пары СПГ имеют большую плотность, чем окружающий воздух;

небольшие объемы жидкости превращаются в большие объемы газа. Из одного объема СПГ образуется 600 объемов газа;

природный газ, как и другие газообразные углеводороды, является легковоспламеняющимся веществом. В условиях окружающей среды концентрационные пределы воспламенения смеси паров СПГ с воздухом составляют приблизительно от 5 % до 15 % по объему газа. При накапливании газа в замкнутом пространстве воспламенение может привести к детонации и ударной волне вследствие избыточного давления.

Общие характеристики СПГ изложены в ГОСТ [9].

При рассмотрении физико-химических свойств и показателей взрывоопасности СПГ следует учитывать, что на практике, как правило, приходится иметь дело с двухфазной системой «жидкость – газ (пар)». Основные физико-химические свойства и пожаровзрывоопасные характеристики СПГ приведены в таблицах 1 и 2.

Примеры состава различных образцов (партий) СПГ приведены в таблице 3.

Таблица 1 – Физико-химические свойства компонентов природного газа

Параметр Компоненты

Метан Этан Пропан н-Бутан

1 2 3 4 5

Химическая формула СН4 С2Н6 С3Н8 С4Н10

Молекулярная масса М, кг/моль 16,04 30,07 44,1 58,12

Плотность газовой фазы, го при Р0=101,3 кПа и Т0= 20 0С, кг/м3 0,668 1,263 1,872 2,519

Плотность жидкой фазы, ж, кг/м3 427,2 546 710,9 635

Удельная газовая постоянная R, Дж/ (кг . К) 518 271 188,5 140

Температура критическая, Ткр , 0С - 82,2 32,3 96,8 152,0

Давление критическое Ркр, МПа 4,63 5,03 4,25 3,75

Теплоемкость газа Ср

при Т= 0 0С, кДж/(кг . град) 2,25 1,65 1,55 1,60

Температура кипения, Ткип при Р0=101,3 кПа , 0С - 161,6 - 88,6 -42,1 - 0,5

Теплоемкость жидкой фазы Сж, кДж/(кг. град) 3,46

3,01 2,23

2,24

Показатель адиабаты газа при Р0=101,3 кПа и Т0= 0 0С 1,31 1,20 1,14 1,1

Скрытая теплота испарения Нv при Р0= 101,3 кПа, кДж/кг 512,4 487,2 428,4 390,6

Динамическая вязкость газа

. 10-7 (Н . с)/м2 103 84,6 73,6 62,9

Динамическая вязкость жидкости . 10-6 (Н . с)/м2 66,64 162,7 135,2 210,8

Кинематическая вязкость газа

. 10-6 м2 /с 14,71 6,45 3,82 2,55

Таблица 2 – Показатели пожаровзрывоопасности компонентов природного газа

Параметр Компоненты

Метан Этан Пропан н-Бутан

1 2 3 4 5

Химическая формула CH4 C2H6 C3H8 C4H10

Концентрационные пределы распространения пламени, % об. 5,28 – 14,1 2,9 – 15,0 2,3 – 9,4 1,8 – 9,1

Стехиометрическая концентрация, % об. 9,48 5,70 4,03 3,13

Нормальная скорость распространения пламени, м/с 0,338 0,476 0,390 0,450

Минимальная энергия зажигания, мДж 0,28 0,24 0,25 0,25

Температура самовоспламенения, 0С 537 515 470 405

Низшая теплота сгорания, МДж/кг 49,90 47,42 46,80 47,33

Низшая теплота сгорания жидкой фазы, ГДж/кг 21,9 22,6 24,8 28,1

Минимальное взрывоопасное содержание кислорода, % об.

Разбавитель СО2

Разбавитель N2 11,0

11,0 13,8

11,3 14,9

12,0 14,9

12,0

Минимальная флегматизирующая концентрация, % об.

СО2

N2

Н2О (пар) 24

37

29 34

46 32

45 29

41

Минимальный безопасный экспериментальный зазор, мм 2,1 0,91 2,8 -

Максимальное давление взрыва, кПа 706 675 843 843

Максимальная скорость нарастания давления при взрыве, МПа/с 18 17,2 24,8 Температура пламени, 0С 2045 2110 Доля тепловой энергии излучения 0,2 – 0,5 0,2 – 0,5 Концентрационные пределы детонации в смеси с воздухом, % об. 6,3 – 14,0 2,9 – 12,2 2,6 – 7,4 2,0 – 6,2

Минимальная критическая масса ВВ для инициирования детонации, Мкр, кг ТНТ ≥ 22 0,04 0,155 Критический размер облака для перехода от дефлаграции к детонации в свободном пространстве, Lпред, м 5000 3500 Таблица 3 – Примеры состава различных образцов (партий) СПГ [8]

Свойства при температуре кипения при нормальном давлении СПГ 1 СПГ 2 СПГ 3

Молярная доля, %:

N2 0,13 1,79 0,36

CH4 99,8 93,90 87,20

C2H6 0,07 3,26 8,61

C3H8 - 0,69 2,74

изо-C4H10 - 0,12 0,42

н-C4H10 - 0,15 0,65

C5H12 - 0,09 0,02

Молекулярная масса, кг/моль 16,07 17,07 18,52

Температура кипения, °С -161,9 -166,5 -161,3

Плотность, кг/м3 422 448,8 468,7

Объем газа, получаемый из 1 м3 СПГ при 0 °С и 101,35 кПа, м3/м3 588 590 568

Объем газа, получаемый из 1 т СПГ при 0,0 °С и 101,325 кПа, м3/103 кг 1392 1314 1211

Массовая скрытая теплота парообразования, КДж/кг 525,6 679,5 675,5

Высшая теплота сгорания, МДж/м3 37,75 38,76 42,59

2.2. Общая характеристика возможных сценариев аварий и пожаров

При разгерметизации оборудования и выходе СПГ в атмосферу вследствие высокой скорости испарения могут образовываться паровоздушные облака больших размеров, зависящих от количества мгновенно вышедшего газа или скорости истечения, а также климатических условий (атмосферного давления, скорости ветра, температуры и влажности воздуха).

Наиболее вероятной причиной аварийного истечения продукта является нарушение герметичности оборудования в результате несоблюдения технологического процесса и неисправности противоаварийных систем и устройств. Воспламенение происходит, как правило, от постороннего источника зажигания, так как максимальная температура продукта ниже температуры самовоспламенения.

Пожары на объектах хранения и переработки сжиженного природного газа характеризуются возможностью проявления в различном сочетании следующих опасных сценариев:

теплового воздействия «пожара-вспышки»;

воздействия волны сжатия взрыва;

теплового воздействия струйного факела горящего газа;

теплового воздействия пламени при горении пролива;

теплового воздействия огненного шара.

В случае утечки жидкого метана в атмосферу тот закипает и постепенно переходит в газообразное состояние. В результате конденсации образуется хорошо видимый белый туман. СПГ сначала распространяется поземле, так как при температуре ниже минус 135 °C он тяжелее воздуха. Постепенно СПГ нагревается, что приводит к уменьшению его плотности. При загорании таких облаков может происходить их быстрое сгорание без взрыва в виде вспышки либо сгорание с взрывом с образованием волны сжатия.

Сгорание с взрывом с образованием волны сжатия может произойти, когда паровоздушным облаком охвачены загроможденные участки территории (полузамкнутые объемы, технологическое оборудование с высокой плотностью размещения, лесные массивы), а также при попадании в облако открытых длинных труб, полостей, каверн.

При разгерметизации технологического оборудования, в котором сжиженный газ находится под давлением, образуются паровоздушные струи, загорание которых приводит к образованию веерных струйных факелов, а также струйных факелов, близких к осесимметричным. Воздействие таких факелов, имеющих зачастую большую длину, на оборудование приводит к его повреждению и вовлечению в горение все большего и большего количества газа.

При тепловом воздействии струйного факела или горящего пролива на резервуары со сжиженным природным газом, возможно, их разрушение с образованием огненных шаров с большими радиусами смертельного поражения людей тепловым излучением. В момент взрыва может возникнуть реактивное поведение самого резервуара, т.е. перемещение резервуара на значительное расстояние с высокой скоростью. Реализация данного сценария возможно в случае отказа дыхательной арматуры резервуара.

2.3. Распространение паров СПГ в атмосфере в виде газового облака и их сгорание при аварийных утечках

Основной составляющей СПГ является метан, который имеет меньшую молярную массу и плотность, чем воздух. В процессе растекания и испарения СПГ в свободной атмосфере в зависимости от количества жидкости и условий пролива могут формироваться различные типы взрывоопасных облаков. При мгновенном проливе небольших количеств (десятки литров) жидкости на неограниченную поверхность за счет быстрого испарения образуются облака почти сферической формы, которые, поднимаясь под действием сил плавучести, рассеиваются в атмосфере. Пролив больших количеств жидкости (сотни и тысячи литров) приводит к образованию облаков полусферической формы, обладающих в первые моменты времени отрицательной плавучестью за счет низких температур смеси, с последующей трансформацией в грибовидные облака.

После разлива СПГ образуется «туман», вызванный конденсацией водяного пара в окружающем воздухе. Возможность наблюдения «тумана» изображенного на рисунке 9 (днем и при отсутствии естественного природного тумана) важна для определения направления перемещения облака испарившегося СПГ.

Рисунок 9 – Видимая часть испарившегося СПГ

При мгновенных проливах СПГ на ограниченную площадь (например, в обвалование, бассейн – накопитель) облако приобретает форму струи (усеченного конуса с основанием равным площади испарения и с углом раствора 15-25°), поднимающуюся вверх и рассеивающуюся в атмосфере. При наличии ветра образуется шлейф пожароопасного облака.

В процессе смешивания паров с воздухом за счет диффузии, сил плавучести, турбулентности атмосферы, ветрового воздействия и т.п. состав облака по горючему меняется от переобогащенного до допредельного, проходя через область воспламенения и взрыва. Условия формирования облака, а также задержка воспламенения с момента начала выброса или пролива являются важнейшими факторами, определяющими развитие аварийной ситуации. Если воспламенение происходит немедленно, то формируется горящий газовый факел или пожар пролива. В случае задержки воспламенения, когда успевает сформироваться большое газовоздушное облако, может произойти взрывное сгорание топливно-воздушной смести с образованием ударных волн.

В случае аварийного пролива СПГ с постоянным расходом, когда СПГ остается внутри обвалования и постепенно заполняет его, по направлению ветра образуется пожаровзрывоопасное облако в виде «хвоста». Обычно через 3-5 мин после начала аварии скорость испарения определяется в основном не теплоподводом от грунта, а обдуванием ветром «зеркала» пролива, и процесс образования облака становится стационарным. При этом важным параметром является длина пожароопасного облака и масса горючего газа, которая в нем находится.

В таблице 4 приведены значения по определению длины опасного облака в случае выброса СПГ из трубы с постоянным расходом.

При аварийном проливе СПГ и формировании пожаровзрывоопасного облака в окружающем пространстве определяющим параметром процесса является скорость испарения жидкости с поверхности разлития. В частности, при проливе в пределах обвалования скорость испарения определяет интенсивность поступления горючего газа в атмосферу, что, в свою очередь, определяет размеры облака, массу газа, способную к взрыву, и время существования потенциальной опасности взрыва. При проливе жидкости на неограниченную поверхность размеры зон разлития, а, следовательно, и масштабы и последствия возможного взрыва и пожара также в основном определяются скоростью испарения.

Таблица 4 – Расчетные значения длины облака, распространяющегося по направлению ветра*

Расход газа,

кг/с Длина зоны, м, при скорости ветра, м/с

0,5 1,0 5,0 10,0

0,5 67 47,4 21,2 15

1 94,9 67,1 30,0 21,2

2 134,2 94,9 42,4 30,0

3 164,3 116,2 52,0 36,7

4 189,7 134,2 60,0 42,4

5 212,1 150,0 67,1 47,4

6 232,4 164,3 73,5 52,0

7 251,0 177,5 79,4 56,1

8 268,3 189,7 84,9 60,0

9 284,6 201,2 90,0 63,6

10 300,00 212,1 94,9 67,1

11 314,6 222,5 99,5 70,4

12 328,6 232,4 103,9 73,5

13 342,1 241,9 108,2 76,5

14 355,0 251,0 112,2 79,4

15 367,4 259,8 116,2 82,2

16 379,5 268,3 120,0 84,9

17 391,1 276,6 123,7 87,5

18 402,5 284,6 127,3 90,0

19 413,5 292,4 130,8 92,5

20 424,3 300,0 134,2 94,9

* - расчет произведен на основании формулы, полученной в результате анализа экспериментальных данных [10-12]

Скорость испарения криогенных жидкостей зависит от суммарного теплового потока, подводимого к жидкости от подстилающей поверхности, конвекцией из окружающей атмосферы, а также радиацией (солнечной или от пламени пожара). Указанные тепловые потоки определяются характером поверхности испарения (грунт, бетон, вода и т.д.), ее качеством (проницаемость, влажность), а также состоянием атмосферы (ветер, турбулентность и пр.).

При проливе жидкого метана на твердую поверхность при нормальных условиях разность температур в начальный момент достигает Т = - 92 оС. При такой разности температур поверхность по отношению к жидкости является «раскаленной». В этот момент к жидкости направлен значительный поток тепла (до 100 кВт/м2) и она практически мгновенно закипает.

Максимальная массовая скорость испарения СПГ достигается в начальный момент касания жидкости с подстилающей поверхностью и не зависит от её типа.

Влияние ветра на интенсивность испарения жидкого метана сказывается на более поздних стадиях процесса, когда разность температур между поверхностью пролива и жидкостью становится равной 4-5 градусов и менее. В этот момент тепловой поток к жидкости резко падает и существенным становится поток тепла от окружающей атмосферы.

При проливе жидких криогенных веществ на твердую горизонтальную неограниченную поверхность растекание жидкостей происходит под действием силы тяжести. По мере увеличения площади разлития толщина слоя жидкости уменьшается, и в некоторый момент времени сплошной слой под действием сил поверхностного натяжения распадается на сфероиды и капли различного размера, которые продолжают движение в первоначальном направлении до полного испарения.

Когда пролив происходит на поверхности воды, конвекция в воде настолько интенсивна, что скорость испарения, отнесенная к площади поверхности, остается постоянной. Площадь пролива СПГ будет продолжать увеличиваться до тех пор, пока скорость испарения жидкости не станет равна скорости притока жидкости, прибывающей в результате утечки.

При проливе СПГ небольшие объемы жидкости превращаются в значительные объемы газа, при этом из одного объема жидкости в условиях окружающей среды образуется приблизительно 600 объемов газа.

В таблице 5 приведены значения скорости испарения СПГ с поверхностей разных материалов [9].

Таблица 5 – Скорость испарения СПГ с единицы поверхности

Материал Скорость испарения СПГ с единицы поверхности через 60 с, кг/(м2 ч) Скорость испарения СПГ для >60 с, кг/(м2×с)

Щебень 480 0,13

Мокрый песок 240 0,07

Сухой песок 195 0,05

Вода 600 0,17

Обычный (стандартный) бетон 130 0,04

Легкий коллоидный бетон 65 0,02

Типичные сценарии развития аварийных ситуаций с криогенными топливами, как правило, содержат цепочку последовательных событий и процессов: разрушение или повреждение технологического оборудования (резервуар, трубопровод и т.д.), пролив, растекание и испарение жидкости, образование паровоздушного облака. Поскольку воспламенение горючего может произойти на любом этапе аварии, то количество сценариев ее развития достаточно велико, и масштабы последствий могут отличаться весьма существенно.

Вместе с тем на основе анализа приведенных сведений можно представить общую модель постадийного развития аварии и методов защиты. Каждой стадии соответствуют основные методы локализации аварии.

В таблице 6 представлены применяемые и рекомендуемые методы и средства локализации и предотвращения развития аварии для каждой из стадий ее развития, связанной с выходом СПГ в окружающее пространство.

Таблица 6 – Методы предотвращения развития аварий

№ стадии Стадия развития

аварии Применяемые и рекомендуемые методы и

средства локализации и предотвращения

развития аварии

1 2 3

1 Разрушение оболочки элемента системы от внутреннего взрыва, превышения давления от внешних источников энергии (компрессоров, насосов, теплоносителей), снижение прочности элементов системы. Быстродействующий сброс парогазовых сред на сжигание или в закрытую систему. Быстродействующие автоматические устройства отключения от внешних источников энергии.

2 Истечение горючих продуктов в атмосферу. Рациональное секционирование технологической линии на блоки. Быстродействующие средства блокирования аварийного участка системы.

3 Образование пролива и испарение сжиженного газа. Устройство обвалования или ограждающей стенки, секционирования площади обвалования на ячейки. Покрытие площади возможного пролива материалами с низкой теплопроводностью.

4 Воздействие теплового излучения от факела или пожара пролива на технологическое оборудование. Обеспечение безопасных минимальных расстояний. Водяное орошение технологического оборудования.

5 Распространение горючих парогазовых сред в объеме помещения. Эвакуация парогазовых сред из помещения (применение аварийной вентиляции дифференцированно). Устранение внешних источников воспламенения. Легкосбрасываемые конструкции зданий. Флегматизация горючих сред.

6 Распространение горючих парогазовых сред на открытой территории. Водяные, паровые и газовые преграды. Ограждающие устройства (дифференцированно)1. Контролируемый поджиг2.

7 Воспламенение парогазовой смеси от внешних источников (постоянного или случайного). Блокирующие устройства, предупреждающие проникновение парогазовой среды к источнику воспламенения. Удаление на безопасное расстояние источников открытого пламени от мест возможного выброса парогазовых сред.

Примечание:

1 - Для ограничения загазованности при испарении сжиженных газов возможно использование обычных стенок, при перетекании через которые концентрация горючего снижается в несколько раз.

2 - Одним из эффективных способов снижения последствий взрыва газовоздушных облаков является преднамеренное зажигание облака с помощью дежурных факелов, установленных на определенных, заранее рассчитанных расстояниях от центра возможного пролива жидкости, и перевод таким образом процесса взрыва газовой смеси в обычное диффузионное горение жидкости, контроль над которым легко осуществляется.

Поскольку при авариях и пожарах на объектах хранения, переработки и транспортировки СПГ могут появляться различные опасные факторы, то для РТП очень важно правильно прогнозировать развитие пожара с учетом принимаемых мер по его локализации и ликвидации.

В целях предупреждения развития пожара и его ликвидации необходимо исходить из следующего:

при невозможности прекращения поступления СПГ в открытое пространство требуется обеспечить его контролируемое выгорание;

все действия по локализации пожара должны быть направлены на предупреждение его развития и воздействия опасных факторов пожара на личный состав и пожарную технику.

РТП должен своевременно оценить возможность появления опасных факторов, которые могут угрожать здоровью или жизни личного состава, и обеспечить своевременную эвакуацию в безопасную зону.

С этой целью для разработки планов тушения пожаров на объекты с наличием СПГ следует использовать методы количественной оценки параметров поражающих факторов аварий с пожарами и взрывами [13].

3. ОСНОВНЫЕ ТАКТИЧЕСКИЕ ПРИЕМЫ, НАПРАВЛЕННЫЕ НА ЛОКАЛИЗАЦИЮ И ЛИКВИДАЦИЮ ПОЖАРОВ НА ОБЪЕКТАХ ХРАНЕНИЯ И ПЕРЕРАБОТКИ СПГ

Тушение пожаров на объектах производства, хранения и транспортировки СПГ представляет значительные трудности и требует от личного состава пожарной охраны и аварийно-спасательных формирований высокой тактической и психологической подготовки.

Боевые действия пожарных подразделений и АСФ должны быть направлены на обеспечение тепловой защиты технологического оборудования, локализацию и ликвидацию пожара, обеспечение необходимых условий для успешной ликвидации аварий.

По прибытии подразделений пожарной охраны и АСФ к месту вызова (аварии или возникшего пожара) при проведении разведки необходимо установить:

наличие на месте аварии КЧС (штаба по ликвидации аварии) и принятые меры по локализации аварии и защите людей;

взаимодействие с представителями объекта через дежурно-диспетчерскую службу;

количество и местонахождение людей в зоне аварии, пути их эвакуации;

характер повреждения аварийного и соседних резервуаров, технологических коммуникаций и опасность дальнейшего развития аварии;

объем аварийного аппарата или резервуара, вид и форму истекающего продукта, наличие угрозы взрывов и отравлений, способы защиты личного состава;

пути и скорость распространения выходящего из аварийных резервуаров и коммуникаций не горящего газа для определения зоны загазованности и степени опасности;

состояние противопожарного водоснабжения, возможность его использования для обеспечения бесперебойной работы лафетных стволов;

работоспособность стационарной системы орошения;

наличие и состояние обвалования, вероятность угрозы смежным сооружениям в случае разрушения аварийной емкости и полного выхода продукта, пути возможного растекания.

Первоочередной задачей РТП является локализация горения СПГ и создание безопасных условий для выгорания продукта. Для этого необходимо:

принять неотложные меры по прекращению подачи продукта в аварийный участок, перекрытию подводящих к нему трубопроводов, а также по сливу или перекачке продукта из аварийной емкости в резервные. Решение о необходимости последнего мероприятия РТП принимает только после консультации с техническим персоналом объекта;

обеспечить бесперебойную подачу огнетушащих веществ в зону горения для снижения теплового излучения, а также работу стационарных систем тепловой защиты соседних резервуаров и сооружений, уделяя особое внимание защите запорной арматуры и фланцевых соединений;

использовать теплоотражательные костюмы и водяные завесы для защиты ствольщиков и пожарной техники от теплового излучения;

перекрыть на месте аварии проезд всех видов транспорта, прекратить все работы с применением открытого огня для предотвращения взрыва газовоздушных смесей;

при загорании пролитого на поверхность земли СПГ рекомендуется дать возможность ему гореть под контролем, принимая меры к перекрытию доступа газа к очагу пожара. После прекращения доступа природного газа к очагу пожара следует приступить к ликвидации возможного повторного пожара имеющимися средствами пожаротушения;

в случае крупных аварий, когда невозможно прекратить доступ газа к очагу возникшего пожара, нецелесообразно производить тушение горящего природного газа. В этом случае необходимо защищать окружающие объекты от непосредственного воздействия очага горения (тепловое излучение, распространение горения) водяным орошением;

тушение горящего пролива СПГ следует проводить только тогда, когда горение может привести к каскадному развитию аварии, при этом должны быть приняты меры к контролю и борьбе с загазованностью (мобильные датчики ДВК, защитные водяные завесы и т.п.). Наиболее эффективны для тушения пожаров проливов СПГ порошковые средства пожаротушения;

для локализации и ликвидации небольших загораний СПГ, а также пожаров в начальной стадии развития могут быть использованы передвижные и переносные порошковые огнетушители;

обесточить электрооборудование или перевести его в аварийный режим,

организовать постоянное наблюдение за обстановкой в местах возможной разгерметизации технологического оборудования с выбросом СПГ, а также на путях возможного перемещения газовоздушного облака.

Использование воды для тушения пожаров проливов СПГ не допускается, поскольку поступление воды усиливает интенсивность испарения разлившегося СПГ (за счет подвода тепла) и, как следствие, интенсивность его горения рисунок 10. А также при тушении вода, попавшая на поверхность СПГ, быстро охлаждается и, замерзая, образует ледяную корку. Температура льда гораздо выше температуры СПГ и процесс их испарения продолжается, но уже под образовавшейся ледяной коркой. Давление подо льдом возрастает и в результате происходит «ледяной» взрыв, последствия которого труднопредсказуемы и очень опасны для пожарных рисунок 11.

а) б)

Рисунок 10 – Горение пролива СПГ площадью 16 м2: а) до подачи воды; б) после подачи воды

Рисунок 11 – «Ледяной» взрыв

После обеспечения мер безопасности, исключающих образование зон взрывоопасных концентраций паров продукта с воздухом и повторное воспламенение, при создании критической обстановки, способной привести к катастрофе или стихийному развитию пожара, а также после выяснения вида и количества имеющихся на объекте огнетушащих средств (возможность их доставки с других объектов) РТП, консультируясь со службами и специалистами объекта, принимает решение о целесообразности и возможности полной ликвидации горения.

При тушении пожаров СПГ наряду с противопожарным водопроводом необходимо предусматривать использование всех ближайших искусственных и природных водоемов, водопровода ближайших объектов и жилых кварталов. Для подачи воды задействуются пожарные автонасосные станции и рукавные автомобили. Одновременно решается вопрос отвода воды, которая может скапливаться в зоне пожара.

3.1. Пожарно-технические средства и способы ликвидации пожара СПГ, методы предотвращения его возгорания и локализации аварийных ситуаций при хранении, транспортировке и эксплуатации объектов с СПГ

Для локализации и ликвидации пожаров связанных с горением СПГ могут быть использованы следующие огнетушащие вещества: порошки, газообразный и жидкий азот, газообразная и жидкая двуокись углерода, инертные газы (Не, Аr, Кr), хладоны, воздушно-механическая пена высокой кратности. Также не исключено применение комбинированных составов из этих веществ.

На данный момент единственными известными агентами, которые способны полностью тушить пожары СПГ, являются огнетушащие порошки.

Огнетушащие порошки, являются наиболее эффективными при пожарах природного газа высокой интенсивности. Они имеют дополнительное преимущество в том, что является эффективным огнетушащим веществом при тушении пожаров класса А (твердые горючие материалы).

Перечень эффективных огнетушащих веществ для ликвидации различных видов горения СПГ представлен в таблице 1 приложения 1 настоящего методического пособия.

3.1.1. Регазификация газовых облаков и снижение тепловых потоков от горения проливов СПГ

Для предотвращения распространения газовых облаков образующихся при аварийных выбросах СПГ и защиты от теплового излучения очага пожара необходимо применять водяные завесы создаваемые с помощью веерных распылителей (например РВА), ручные и лафетные стволы, воздушно-механическую пену высокой кратности.

При взаимодействии защитных водяных завес с парогазовоздушным облаком сжиженного газа имеет место сложный многофакторный механизм рассеивания:

разбавление парогазовой смеси воздухом, захватываемым водяными струями;

изменение направления движения облака потоком захватываемого воздуха и струями воды и перемещение его на высоту, превышающую вертикальные размеры завесы;

нагрев парового облака.

Действие первого механизма заключается в перемешивании захваченного струями воды воздуха с парами сжиженного газа и последующем разбавлении последних до безопасной концентраций. При этом объемная скорость захвата воздуха водяными струями должна значительно превосходить объемную скорость притока парогазовой смеси. Струи воды, выбрасываемые с высокой скоростью, способны захватить большое количество окружающего воздуха (до нескольких кубических метров на один литр выбрасываемой воды).

Для рассеивания облаков СПГ необходимо применять завесы, направленные вверх, в силу того, что холодные пары СПГ нагреваются при взаимодействии с воздухом и приобретают положительную плавучесть.

Защитные завесы, созданные с помощью веерных распылителей, обеспечивают рассеивание газовоздушных облаков до пожаровзрывобезопасных концентраций при проливе и интенсивном испарении СПГ при объемной скорости притока парогазовой смеси на завесу до 1-2 м3/с, что соответствует аварийному проливу с интенсивностью 5-10 л/с.

Эффективный размер завесы, создаваемой одним распылителем, т.е. размер области, в которой происходит интенсивный захват окружающего воздуха и рассеивание паровоздушного облака, составляет:

высота завесы 6-7 м;

ширина водяной завесы 12-14 м;

площадь 50-70 м2;

толщина 1 м, по 0,5 м с каждой стороны завесы.

При работе распылителей давление непосредственно перед форсунками должно быть не менее 0,6 МПа.

Водяные завесы наряду с эффективным рассеиванием облаков горючих газов обладают защитным экранирующим эффектом, рассекают газовое облако, не позволяя пламени пройти сквозь завесу.

На рисунке 12 представлены фотографии иллюстрирующие эксперименты по определению защитных свойств водяной завесы при горении пролива СПГ.

Рисунок 12 – Эксперименты по определению защитных свойств

водяной завесы при горении пролива СПГ

Механизм снижения теплового излучения водяными завесами основан на частичном отражении и поглощении каплями и струями воды тепловой радиации горящего факела. Основной задачей защитных экранов является создание благоприятных условий путем снижения интенсивности высокой тепловой радиации пламени сжиженных газов до допустимых величин (для экипированного пожарного – 4,2 кВт/м2). Интенсивность теплового излучения за завесой снижаться в 3-4 раза.

При возникновении опасности распространения пожаровзрывоопасного газовоздушного облака в защищаемом направлении осуществляется подача воды на распылители и устанавливается защитная водяная завеса, которая обеспечивает рассеивание газовоздушного облака до безопасных концентраций по всей ширине завесы, а в случаях, когда размеры облака меньше завесы, полностью рассеивает пожаровзрывоопасное облако. Защитная завеса должна работать до полного испарения пролитого СПГ.

Если при ликвидации аварии требуется защитить большую зону, необходимо использовать несколько распылителей, размещенных оптимальным способом.

На рисунке 13 представлена схема оптимального размещения распылителей на площадке.

Рисунок 13 – Схема размещения распыливающих устройств, для создания водяных завес значительной протяженности

L – расстояние между распылителями; Н – расстояние между завесами

При создании водяных завес значительной протяженности расстояние между распылителями L не должно превышать эффективной ширины водяной завесы (12 м). Расстояние между завесами H должно примерно соответствовать ее эффективной толщине (1 м).

Применение компактных и распыленных водяных струй ручных и лафетных стволов обеспечивают рассеивание газовоздушных облаков до пожаровзрывобезопасных концентраций при проливе и интенсивном испарении СПГ.

На рисунке 14 представлен способ подачи водяных струй лафетных стволов перекрестным способом.

Рисунок 14 – Регазификация газового облака при помощи распыленных водяных струй лафетных стволов перекрестным способом

Покрытие проливов СПГ пеной высокой кратности существенно снижает скорость испарения данного продукта, не приводя к заметному нагреву жидкой фазы. При этом происходит нагрев паров СПГ, проходящих через слой пены, обеспечивая их положительную плавучесть, а также снижается интенсивность теплообмена окружающего воздуха и жидкой фазы, снижая скорость испарения и размер взрывоопасной зоны.

Для снижения теплового излучения пожара пролива СПГ необходимо применять пену высокой кратности (кратностью 300-500), с помощью которой нельзя ликвидировать горение, но можно снизить скорость выгорания. При этом можно снизить тепловой поток от пламени до 90% (снижение происходит в течении 1-2 минут после начала подачи пены).

При использовании высокократной пены необходимо учитывать ряд недостатков:

пена быстро прогорает;

расстояние свободного перемещения пены по суше практически ограничено 25 м от генератора;

пена быстро разрушается при разливе СПГ;

разрушение пены ускоряется наличием осадков;

потери пены могут быть очень высокими при ветрах свыше 7 м/с.

Эффективность применения пены в значительной степени зависит от толщины пенного покрытия, дренаж воды приводит к тому, что слой пены со временем разрушается. Поэтому требуется регулярное пополнение пены, чтобы бассейн с СПГ был заполнен и чтобы на поверхности оставалась свежая пена.

3.1.2. Основные приемы и способы ликвидации факельного горения сжиженного газа

Пожары под давлением СПГ любого значения обычно приводят к образованию проливов топлива в непосредственной близости от места аварии.

Огнетушащий порошок является наиболее эффективным огнетушащим веществом для пожаров под давлением СПГ.

В целях снижения теплового воздействия факела пламени рекомендуется подавать в него распыленные струи воды, получаемые с помощью лафетных стволов.

Сжиженный газ может истекать в паровой, жидкой и парожидкостной фазах, каждая из которых имеет свою температуру горения. Поэтому характер истечения газа можно определить по цвету и виду пламени:

в паровой и жидкой фазе газ сгорает светло-желтым пламенем, с большой скоростью истечения с характерным свистящим шумом;

в парожидкостной фазе горение происходит с периодически меняющейся высотой пламени.

Размеры и форма факела определяются характером повреждения. Отверстия круглой формы формируют компактную конусообразную струю, а из трещин и щелей формируется распыленная плоская струя, отверстий круговой формы – компактные струи, из щелевых отверстий – распыленные струи. Длина пламени в зависимости от расхода продукта на аварийном участке может быть рассчитана по методике [13]. Для оперативной оценки расхода СПГ по длине пламени РТП может использовать данные, приведенные в таблице 7.

Таблица 7 – Зависимость длины пламени от расхода газа

Вид струи Расход СПГ, кг/с, при длине факела пламени, м

(диаметр отверстия истечения 20 мм.)

2 3 5 10 15 20 25 30 35 40 50 55

Компактная (расчет по жидкой фазе) - - 0,1 0,36 1,0 2,0 2,53 5,56** 8,3** 11,9** 20,35** 25,72**

**- при давлении 1,6 МПа

Примечание. Поперечный размер зоны загазованности (перпендикулярно направлению ветра) может быть принят равным 30 % от длины зоны загазованности.

Для тушения факела с высоким расходом газа необходимо использовать автомобили порошкового или комбинированного тушения, с применением следующей тактики тушения.

Тушение факела проводится наиболее эффективной частью струи (для ручного ствола 4-5 м, лафетного – 13-16 м), с наветренной стороны, т.к. боковой ветер сокращает длину струи, снося ее в сторону. Полный охват факела порошковым облаком необязателен. Струя порошка подается на отверстие, откуда истекает газ, и постепенно перемещается по направлению факела до его полного отрыва. Тушение обеспечивается, если сечение струи порошка превышает сечение средней части факела. Факел, направленный вверх, характеризуется более сложным условием тушения по сравнению с факелом, направленным вниз или по горизонтали. Подача порошка на тушение наклонных струй газа может производиться с противоположной стороны истечения, но при этом необходимо учитывать направление и силу ветра. Наибольший эффект тушения пламени достигается при одновременной работе двух ручных или лафетных стволов с оптимальным углом в плане 50-60°. Тушение на высоте до 12 м производится ручными стволами, до 30 м – лафетными, на еще большую высоту стволы подаются с помощью лестниц или подъемников. На практике себя хорошо зарекомендовало тушение с использованием АП и АЛ. На АЛ вместо стационарного лафетного ствола крепится щелевой распылитель. Данный способ значительно безопаснее и эффективнее, чем подача через лафетный ствол.

Если горящий факел перед тушением орошается распыленными струями воды, то при подаче порошка орошение прекращается, а струи направляются в сторону, чтобы не допустить соприкосновения воды с порошком. После окончания тушения одновременно с отъездом автомобиля порошкового тушения орошение аварийного участка возобновляется для охлаждения оборудования, конструкций, а также для ликвидации остаточных очагов горения и тления твердых материалов.

Объекты хранения, переработки и транспортировки СПГ в обязательном порядке комплектуются первичными средствами тушения. В основном это порошковые огнетушители ОП-10, ОП-50 и ОП-100. Порошковые огнетушители могут обеспечить ликвидацию горения при истечении СПГ с расходами и площадями пролива, указанными в таблице 2 приложения 1.

3.1.3. Основные приемы и способы ликвидации пожаров связанных с проливом СПГ.

Тушение пролива СПГ производят огнетушащим порошком с наветренной стороны, начиная подачу порошка на ближний край пролива с расстояния для ручных стволов 4-5 м, лафетных 13-16 м. Порошок должен распыляться над поверхностью, исключая возможность перемешивания жидкой фазы. Перемешивание жидкой фазы с огнетушащим порошком приведет к увеличению испарения вместо тушения пожара. Для достижения тушения СПГ вся площадь горения должна покрываться одновременно. Кроме того, должны быть приняты меры по охлаждению любой поверхности, которая может послужить источником повторного воспламенения. Рекомендуется иметь полный резерв порошка для тушения пожара в случае повторного воспламенения.

Наличие препятствий (технологическое оборудование, трубопроводы и т.д.) в месте пролива СПГ чрезвычайно важно, поскольку сухой химикат не может погасить пламя, которое по существу защищено от потока огнетушащего вещества. В этом случае необходимо применить один из способов ликвидации горения:

обеспечить достаточное количество «сухих точек» применения огнетушащего порошка, чтобы исключить возможность того, что любое пламя будет защищено от препятствий;

использовать пену высокой кратности, чтобы контролировать пожар разлива путем рассеивания паров и снижения тепловой радиации, после чего желательно погасить оставшееся пламя огнетушащим порошком.

Использование пены низкой кратности для пожаротушения на пожарах в бассейне СПГ исключается, поскольку скорость, с которой вода сливается из пены, обычно достаточно высока, чтобы усугубить пожар за счет увеличения скорости испарения СПГ.

Слишком быстрая подача огнетушащего порошка к очагу пожара пролива СПГ может нежелательно интенсифицировать горение, которое изображено на рисунке 15.

Рисунок 15 – Подача порошка в пролив СПГ с начальной высокой интенсивностью.

4. ОБЩИЕ ТРЕБОВАНИЯ ОХРАНЫ ТРУДА ПРИ ЛОКАЛИЗАЦИИ И ЛИКВИДАЦИИ ПОЖАРОВ (АВАРИЙ), СВЯЗАННЫХ С СПГ

При пожарах СПГ реализуются опасные факторы пожара, одним из основных является тепловой поток высокой интенсивности, который воздействует на технологические установки, здания, технику, людей. Требуется обеспечить защиту персонала, технологического оборудования и других объектов от поражения, в первую очередь тепловым излучением.

РТП, штаб пожаротушения и лицо, назначенное ответственным за технику безопасности, должны совместно с техническим персоналом объекта принять все возможные меры к сбросу («стравливанию») давления в емкостях и технологическом оборудовании, оказавшихся в зоне теплового воздействия, обеспечению безопасного освобождения их от продукта, выполнению других мер, предусмотренных планом ликвидации аварии и оперативным планам пожаротушения.

Главным при проведении данных работ является обеспечение безопасности личного состава подразделений пожарной охраны:

от теплового излучения пламени;

от отравления токсичными газами и продуктами горения органов дыхания и кожного покрова при внезапном выбросе газа;

от криогенной среды СПГ (пролив, истечение под давлением, газообразное состояние);

от шума, возникающего при факельном горении СПГ.

Тепловой поток зависит от температуры пламени, вида струи фонтана, от компонентного состава горящего вещества, расстояния до факела пламени, расположения пламени над уровнем земли, направления и скорости ветра. Он может быть рассчитан по методикам [13], приведенным в приложении. Для оперативной оценки допускается использование данных таблицы 8.

Таблица 8 – Плотность теплового потока, кВт·м-2, при горении пролива СПГ***

Площадь горения, м2 Расстояние от фронта пламени, м

2 5 10 15 20

1 26,5 9,0 3,0 1,4 0,8

2 35,4 13,7 4,9 2,4 1,4

3 41,3 17,1 6,5 3,3 1,9

5 49,3 22,4 9,1 4,8 2,9

7 54,9 26,3 11,3 6,0 3,7

10 61,0 30,9 14,0 7,8 4,8

15 68,04 36,6 17,8 10,2 6,5

20 73,0 41,0 20,8 12,2 7,9

100 90,3 62,0 39,0 26,8 19,3

150 95,5 68,5 45,2 32,2 23,9

*** – расчет произведен согласно [13] при скорости ветра 0 м/с, температуре окружающей среды +20 °С.

Комплексная защита может быть обеспечена только с использованием набора различных видов СЗО, а также средств защиты рук, ног, головы, органов дыхания, используемых в комплекте СЗО. На сегодняшний день с учетом требований охраны труда, задач, стоящих перед пожарной охраной в подразделениях используется специальная защитная одежда, которую по степени защиты (прежде всего тепловой), условиям эксплуатации, техническим параметрам, оперативно-тактическому назначению можно разделить на три вида:

боевая одежда пожарных (БОП);

специальная одежда для защиты от повышенных тепловых воздействий (СЗО ПТВ);

изолирующая специальная защитная одежда (СЗО ИТ).

Требуемая защита и допустимое время пребывания людей в зоне тепловой радиации для сравнения приведены в таблице 9 [14].

Таблица 9 – Характеристики воздействия теплового потока

Плотность теплового потока, кВт·м2 Допустимое время пребывания, мин Требуемая защита людей Степень теплового воздействия на незащищенную кожу человека

3,0 Не ограничивается Без защиты Болевые ощущения отсутствуют

4,2 Не ограничивается В боевой одежде и касках с защитным стеклом Непереносимые болевые ощущения через 20 с

7,0 5 В боевой одежде и касках с защитным стеклом Непереносимые болевые ощущения, возникающие мгновенно

8,5 5 В боевой одежде, смоченной водой, и касках с защитным стеклом Ожоги через 20 с

10,5 5 То же, но под защитой распыленных струй воды или водяных завес Мгновенные ожоги

14,0 5 В теплоотражательных костюмах под защитой водяных струй или завес Мгновенные ожоги

85,0 1 То же, но со средствами индивидуальной защиты Мгновенные ожоги

Комплект теплоотражательный для пожарных (ТОК) обеспечивает защиту от воздействия ИК-излучения поверхностной плотностью до 18 кВт/м2 и температуры окружающей среды до 200 °С в течение 8 мин. В таблице 10 указаны временные показатели работы.

Таблица 10 – Допустимая продолжительность работы в ТОК

Интенсивность теплового потока, кВт/м2 Продолжительность работы, мин

7 16

10,5 12

14 8

18 6

Для кратковременных работ в зоне с интенсивностью теплового излучения, указанной в таблице 10, следует применять теплоотражательные комплекты (ТОК), пока не будет достигнута возможность пребывания людей в зоне высоких температур в течение 1-1,5 ч. Для бесперебойной работы целесообразно разбить личный состав на несколько групп с поочередной заменой их в зоне высоких температур.

Вводить людей в такую зону сначала следует на 10-15 мин.

После отдыха время пребывания в ней увеличивается по графику, представленному в таблице 11.

Таблица 11 – Рекомендуемое время отдыха в зависимости от продолжительности работы

Продолжительность работы, мин Продолжительность отдыха, мин

15 10

30 15

45 20

60 30

75 40

90 60

Работающих людей в непосредственной близости от открытого огня, охлаждает группа ствольщиков, которая находится дальше от очага пожара на длину струи, их в свою очередь, при необходимости, орошает другая группа ствольщиков, т.е. осуществляется эшелонированная защита.

Помимо средств индивидуальной защиты широко используются средства коллективной защиты – теплоотражательные экраны [15], ширмы и т.п., которые обеспечивают защиту людей и технику от воздействия тепловых потоков и которые позволяют проводить работы вблизи очага пожара.

Для защиты органов дыхания личного состава при работе в зоне пожара, а также в местах возможного скопления газообразных веществ и продуктов их горения применяются изолирующие дыхательные аппараты.

РТП обеспечивается соблюдение правил охраны труда.

Низкие температуры при аварийных выбросах СПГ способные вызвать обморожение и гибель человека.

Примечание: Следует помнить, что хотя при нормальной температуре природный газ-метан легче воздуха, жидкий природный газ первоначально тяжелее воздуха и в случае утечек заполняет углубления, каналы, колодцы и др. пониженные места. Первым признаком утечки СПГ является обмерзание места утечки и конденсация влаги в воздухе, создающая видимый туман.

СПГ обладает только удушающим эффектом. Нормальное содержание кислорода в воздухе составляет 20,9 % об.., при содержание углеводородных газов 10% и более, они оказывает удушающее воздействие. Окружающая среда, содержащая менее 18 % об. кислорода, оказывает потенциально удушающее воздействие. При высоких концентрациях природного газа может наблюдаться тошнота или головокружение из-за недостатка кислорода. При выходе из зоны с пониженным содержанием кислорода симптомы удушья быстро исчезают. Содержание кислорода и углеводородов в воздухе рабочей зоны, где возможны утечки природного газа, должно постоянно контролироваться. Даже при условии, что содержание кислорода в воздухе рабочей зоны достаточно для нормального дыхания, перед проведением работ следует определять и содержание взрывоопасных компонентов. При работах во взрывоопасных зонах следует использовать инструменты, оборудование только во взрывозащищенном исполнении.

Воздействие низких температур на организм человека приводит к тяжелым последствиям, если личный состав, работающий с СПГ, не защищен соответствующим образом. Попадание жидкого СПГ на открытые участки кожи вызывает образование волдырей, похожих на ожоги. Пары газа, образующиеся из СПГ, также имеют очень низкую температуру и могут привести ожогам. Слизистые поверхности глаз и органов дыхания, могут быть повреждены даже при кратковременном воздействии холодного пара, который не повреждает кожу лица и рук. Не следует касаться незащищенными частями тела не теплоизолированных трубопроводов или емкостей, содержащих СПГ, так как холодный металл прилипает к коже, которая повреждается при попытке отрыва от поверхности металла. Воздействие холодных паров и газов на организм человека вызывает обморожение. Локальная боль, как правило, является признаком обморожения, но иногда боль не ощущается. Длительное дыхание в чрезвычайно холодной окружающей среде приводит к повреждению легких. Кратковременное воздействие холода может привести к затрудненному дыханию. Опасность переохлаждения возникает даже при температуре до 10 °С. Лица, пострадавшие от переохлаждения, должны быть выведены из холодной зоны и быстро согреты в теплой ванне при температуре от 40 °С до 42 °С. В этих случаях не следует использовать для согревания сухое тепло.

При работе с СПГ для защиты глаз и органов дыхания следует использовать изолирующие аппараты. При работе с криогенными жидкостями или охлажденными парами следует применять кожаные перчатки соответствующие [16]. Перчатки должны надеваться и сниматься достаточно легко, чтобы их можно было быстро снять при попадании криогенной жидкости. Даже при использовании перчаток все процедуры с оборудованием, содержащим СПГ, должны проводиться только в течение короткого промежутка времени.

При работе с СПГ рекомендовано надевать СЗО без карманов или манжет. Перед использованием в закрытом пространстве одежда, на которую попала криогенная жидкость или охлажденные пары, должна быть проветрена на открытом воздухе вдали от источника воспламенения. Пожарные, работающие с СПГ, должны знать, что защитная одежда обеспечивает защиту только от случайных брызг, поэтому следует избегать контакта с СПГ (нахождение в проливе криогенной жидкости).

Вся экипировка личного состава должна соответствовать стандартам [16-19].

При работе с криогенными горючими жидкостями рекомендовано использовать средства индивидуальной защиты из антистатической ткани.

Приложение 1

СПРАВОЧНАЯ ИНФОРМАЦИЯ

Таблица 1 – Эффективные вещества для тушения пожаров СПГ

Тип пожара Огнетушащие вещества Приемы подачи

Факельное горение асимметричных струй Распыленные струи воды Орошение факела пламени эффективной частью струи (0,5-0,75 длины струи) для локализации горения

Хладоны Подача на основание пламени и перемещение по оси истечения

Порошковые составы Подается на отверстие и перемешается по направлению факела до полного его отрыва

Факельное горение веерообразных струй Распыленные струи воды Орошение факела пламени эффективной частью струи (0,5-0,75 длины струи) для локализации горения

Хладоны В место истечения веерной струи

Порошковые составы Подаются в основание истечения и перемещаются по направлению факела до его полного отрыва. Оптимальный угол в плане между порошковыми струями 50-60°

Горение пролива Воздушно-механическая пена высокой кратности Изоляция всей поверхности пролива

Порошковые составы Порошок должен распыляться над поверхностью пролива, исключая возможность перемешивания жидкой фазы, обеспечив достаточное количество «сухих точек» применения огнетушащего порошка, чтобы исключить возможность того, что пламя будет защищено от препятствий (технологическое оборудование, трубопроводы и т.д.) поскольку сухой химикат не может погасить пламя, которое по существу защищено от потока огнетушащего вещества. Рекомендуется иметь полный резерв порошка для тушения пожара в случае повторного воспламенения

Воздушно-механическая пена высокой кратности + порошковые составы Комбинированный способ. Подача пены высокой кратности, чтобы контролировать пожар пролива путем рассеивания паров и снижения тепловой радиации, после чего ликвидировать оставшееся пламя огнетушащим порошком.

Таблица 2 – Параметры области применения порошковых огнетушителей при тушении СПГ****

Марка огнетушителя Расход струи газа, кг/с Площадь пролива, м2

чистого под щебнем

ОП-10 До 0,4 до 2,5 до 6

ОП-100 До 1,2 до 7,5 до 18

**** - не подтвержденные данные, необходимо исследовать

Высота пламени при горении разлившегося сжиженного газа на уплотненной подстилающей поверхности, в 2-2,5 раза больше среднего диаметра площади горения.

Скорость выгорания пролива СПГ

Таблица 3 – Среднеповерхностная плотность теплового излучения пламени в зависимости от диаметра очага и удельная массовая скорость выгорания [12]

Топливо Ef, кВт/м2, при d, м m,

кг/(м2 с)

10 20 30 40 50 СПГ 220 180 150 130 120 0,08

Примечание: для диаметров очага менее 10 м или более 50 м следует принимать Ef такой же, как и для очагов диаметром 10 м и 50 м соответственно.

Приложение 2

КОНСТРУКТИВНЫЕ ОСОБЕННОСТИ ИЗОТЕРМИЧЕСКИХ РЕЗЕРВУАРОВ ДЛЯ ХРАНЕНИЯ СПГ

Низкотемпературное хранение СПГ осуществляют в подземных, заглубленных и надземных изотермических резервуарах (рисунок 1), конструкции которых принципиально отличаются от конструкций, широко применяемых резервуаров для хранения нефти и нефтепродуктов с использованием хладостойких материалов и наличием теплоизоляции.

Рисунок 1 – Варианты расположения изотермических резервуаров

Все типы ИР для хранения СПГ могут иметь два вида конструкций крыш:

самонесущая (купольная) крыша,

подвесная плоская крыша.

Подвесная крыша крепится к стропилам стационарной наружной крыши с помощью подвесок.

Согласно вышеуказанным характеристикам и ГОСТ Р 58027-2017 [19]изотермические резервуары для хранения СПГ классифицируются на:

одинарный изотермический резервуар,

двойной изотермический резервуар,

двухоболочечный изотермический резервуар,

мембранный изотермический резервуар.

Одинарный изотермический резервуар

Одинарный резервуар состоит лишь из одного (первичного) контейнера для хранения жидкого продукта, который представляет собой устойчивый цилиндрический резервуар из хладостойкой стали (рисунок 2). Наружная оболочка одинарного резервуара не способна удерживать продукт, а предназначена только для защиты изоляции от атмосферных воздействий.

Рисунок 2 – Примеры резервуаров с одинарной оболочкой:

1 – первичный контейнер (стальной), 3 – изоляция дна, 4 – фундамент, 5 – система обогрева фундамента, 6 – гибкое изоляционное уплотнение, 7 – подвесное перекрытие (изолированное), 8 – крыша (стальная), 9 – наружная изоляция оболочки, 10 – наружная водо- и пароиэоляция, 11 – засыпная изоляция, 12 – наружная стальная оболочка (неспособная удерживать жидкость), 13 – защитная дамба.

Так как только внутренняя оболочка одинарного резервуара может выдержать гидростатическое давление СПГ, то в случае ее повреждения продукт вытечет наружу. Для удержания возможных разливов СПГ одинарный резервуар окружается защитной дамбой.

Двустенный резервуар

Двустенный резервуар состоит из непроницаемого для жидкости и паров первичного контейнера, представляющего собой одинарный стальной или бетонный резервуар, заключенный внутри открытого сверху, но непроницаемого для жидкости вторичного контейнера. Вторичный контейнер проектируется таким образом, чтобы полностью удерживать жидкое содержимое первичного контейнера в случае его протекания (рисунок 3).

Рисунок 3 – Примеры двойных резервуаров:

1 – первичный контейнер (стальной), 2 – вторичный контейнер (стальной или бетонный), 3 – изоляция дна, 4 – фундамент, 5 – система обогрева фундамента, 6 – гибкое изоляционное уплотнение; 7 – подвесное перекрытие (изолированное), 8 – крыша (стальная), 9 – наружная изоляция, 10 – наружная водо- и пароизоляция, 11 – засыпная изоляция; 12 – внешняя оболочка (неспособная удерживать жидкость), 13 – покрытие (дождевой щит).

Вторичный контейнер открыт сверху и соответственно, не способенудерживать пары продукта. Пространство между первичным и вторичнымконтейнером может накрываться «дождевым щитом» для предупрежденияпопадания дождевой воды, снега, грязи и т. п.

Двухоболочечный резервуар СПГ

Двухоболочечный резервуар закрытого типа состоит из первичного (внутреннего) и вторичного (внешнего) контейнеров, которые вместе образуют единый резервуар-хранилище (рисунок 4).

Рисунок 4 – Примеры двухоболочечных резервуаров:

1 – первичный контейнер (стальной), 2 – вторичный контейнер (стальной), 3 – изоляция дна, 4 – фундамент, 5 – система обогрева фундамента, 6 – гибкое изоляционное уплотнение, 7 – подвесное перекрытие (изолированное), 8 – крыша (стальная), 9 – засыпная, изоляция, 10 – железобетонная крыша, 11 – внешний резервуар из предварительно напряженного железобетона (вторичный контейнер), 12 – изоляция внутри внешнего резервуара из предварительно напряженного железобетона

Внутренняя емкость может быть открытой сверху или иметь подвесную крышу для удержания паров продукта.

Внешняя емкость может быть выполнена как свободностоящий стальной или железобетонный резервуар, оснащенный купольной крышей и рассчитанный на комбинированное выполнение следующих функций.

При стандартной эксплуатации резервуара - заключать в себе термоизоляцию первичного контейнера и в случае первичного контейнера с открытым верхом служить в качестве первичной паровой герметизации резервуара.

В случае разгерметизации первичного контейнера вторичный долженполностью удерживать продукт и сохранять паронепроницаемость конструкции.

Допускается контролируемый выброс паров в атмосферу системой сброса давления.

Межстенное пространство между первичным и вторичным контейнерами не должно превышать 2,0 м.

Мембранный изотермический резервуар

Мембранный резервуар состоит из тонколистового стального первичного контейнера (мембраны) с термоизоляцией и железобетонного резервуара, образующих вместе единую составную конструкцию, которая обеспечивает хранение жидкости (рисунок 5).

Рисунок 5 – Пример мембранного резервуара:

1 – первичный контейнер (мембрана), 2 – вторичный контейнер (железобетонный), 3 – изоляция дна, 4 – фундамент, 5 – система обогрева фундамента, 6 – гибкое изоляционное уплотнение, 7 – подвесное перекрытие (изолированное), 8 – железобетонная крыша, 9 – изоляция внутри внешнего резервуара из предварительно напряженного железобетона.

Первичный контейнер (мембрана), контактирующий с СПГ, представляет собой оболочку, состоящую из гофрированных в двух взаимно перпендикулярных направлениях листов нержавеющей стали толщиной не менее 1,2 мм. Ортогональные гофры компенсируют температурные деформации, что делает мембрану нечувствительной к тепловым нагрузкам. Мембранная оболочка крепится на внутреннюю сторону внешней железобетонной оболочки через слой изоляции. Все гидростатические нагрузки с мембраны передаются через изоляцию на железобетонный резервуар.

Пары удерживаются крышей резервуара, которая может иметь такую же составную конструкцию или представлять собой газонепроницаемую купольную крышу с изоляцией на висячей крыше.

Разновидностью наземных изотермических резервуаров являются металлические вертикальные цилиндрические резервуары, заглубленные частично или полностью в грунт. Конструктивно такие резервуары принципиально не отличаются от наземных мембранных резервуаров (рисунок 6).

Крыши заглубленных и подземных резервуаров могут быть двух типов:

подвесная платформа рисунок 6 (а),

купольная крыша с внутренней изоляцией рисунок 6 (б).

Рисунок 6 – Примеры заглубленного (а) и подземного (б) резервуаров:

1 – железобетонная крыша, 2 – стальная крыша, 3 – подвесная платформа, 4 – теплоизоляция из стекловаты, 5 – твердая полиуретановая изоляция, 6 – мембрана из нержавеющей стали, 7 – железобетонная стенка, 8 – железобетонная шпунтовая стенка, 9 – боковой подогреватель, 10 – железобетонное дно, 11 – основание из гравия, 12 – подогреватель основания, 13 – изоляция крыши, 14 – мембрана крыши.

Аналогично наземным мембранным изотермическими резервуарами гофрированная мембрана заглубленного резервуара обеспечивает хранение продукта и компенсацию температурных напряжений, а изоляция из жесткого пенополиуретана ограничивает проникновение тепла снаружи и передает внутренние напряжения с мембраны на внешнюю железобетонную плиту.

Корпус подземных резервуаров подвергается внешнему воздействиюгрунта и воды, поэтому железобетон, имеющий высокий предел прочности на сжатие, является идеальным материалом.

Для ограничения промерзания грунта вокруг данного резервуара встраивается контур с горячей водой.

Подземное расположение резервуара сокращает интенсивность теплопритоков из атмосферы. Все типы заглубленных и подземных резервуаров обладают высоким уровнем безопасности. Подземные резервуары более устойчивы к сейсмическим колебаниям, что делает их более безопасными в районах, подверженных землетрясениям. В случае аварийной разгерметизации резервуара, весь СПГ останется ниже уровня земли.

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ

ГОСТ Р 56835-2015 Газ природный сжиженный. Газ отпарной производства газа природного сжиженного. Определение компонентного состава методом газовой хроматографии. –Введ. 2015-12-23. №2195-ст. –М.: Изд-во Стандартинформ, 2016. –19 с.

ГОСТ Р 55892-2013 Объекты малотоннажного производства и потребления сжиженного природного газа. Общие технические требования. – Введ. 2013-12-17. № 2278-ст. –М.: Изд-во Стандартинформ, 2014. –43 с.

СП 326.13130.2017 Объекты малотоннажного производства и потребления сжиженного природного газа. –Введ. 2017-12-27. № 597. –М.: Изд-во Стандартинформ, 2018. –24 с.

ГОСТ Р 56352-2015 Нефтяная и газовая промышленность. Производство, хранение и перекачка сжиженного природного газа. Общие требования безопасности. –Введ. 2015-02-12 № 81-ст –М.: Изд-во Стандартинформ, 2015. –25 с.

Приказ от 11 декабря 2020 года № 521 «Об утверждении федеральных норм и правил в области промышленной безопасности «Правила безопасности объектов сжиженного природного газа».

СП 240.1311500.2015 Хранилища сжиженного природного газа. Требования пожарной безопасности. –Введ. 2015-08-20 № 452. –М.: Изд-во ФГБУ ВНИИПО МЧС России, 2015. –23 с.

СП 495.1325800.2020 Резервуары изотермические для хранения сниженных газов. Правила проектирования. – Введ. 2022-12-30 №916 – М.:, 2020. –320 с.

СП 156.13130.2014 Станции автомобильные заправочные. Требования пожарной безопасности. –Введ. 2014-05-05 № 221. –М.: 2014. –47 с.

ГОСТ Р 57431-2017 (ИСО 16903:2015) Газ природный сжиженный. Общие характеристики. –Введ. 2017-03-30 № 219-ст. –М.: Изд-во Стандартинформ, 2017. –15 с.

Puttock J.S., G.W. Blackmore D.R. Field eхperiment on dense gas dispersion // J of Hazardous Materials. – 1982. – Vol.6. – P.13-41.

Ermak D.L., Goldwire H.C., Hogan W.J. Results of 40 m3 LNG spills onto water// Heavy gas and Risk Assesment - II.-P.163-179.

Puttock J.S., Colenbrander G.W.,Blackmore D.R. Maplin Souds Eхperiments1980: Dispersion results from continous releases of refrigerated liquid propan. // Heavy gas and Risk assesment - II.-P.147-1162.

Методика определения расчётных величин пожарного риска на производственных объектах (утверждена приказом МЧС России от 10 июля 2009 № 404. –М.: 5-е издание, исправлено, ЗАО НТЦ ПБ, 2016.

Повзик Я.С. Справочник: –М.: ЗАО «СПЕЦТЕХНИКА», 2000. –361 с.

ГОСТ Р 59440-2021 Техника пожарная. Экраны теплозащитные стационарные. Общие технические требования. Методы испытаний. –Введ. 2021-04-21 № 254-ст. –М.: Изд-во Стандартинформ, 2021. –28 с.

ГОСТ Р 53264-2019 Техника пожарная. Одежда пожарного специальная защитная. Общие технические требования. Методы испытаний. –Введ. 2019-09-27 № 807-ст. –М.: Изд-во Стандартинформ, 2019. –45 с.

ГОСТ Р 53265-2019 Техника пожарная. Средства индивидуальной защиты ног пожарного. Общие технические требования. Методы испытаний. –Введ. 2019-09-18 № 706-ст. –М.: Изд-во Стандартинформ, 2019. –18 с.

ГОСТ Р 53255-2019 Техника пожарная. Аппараты дыхательные со сжатым воздухом с открытым циклом дыхания. Общие технические требования. Методы испытаний. –Введ. 2019-09-18 № 704-ст. –М.: Изд-во Стандартинформ, 2019. –44 с.

ГОСТ Р 53269-2019 Техника пожарная. Каски пожарные. Общие технические требования. Методы испытаний. –Введ. 2019-09-19 № 722-ст. –М.: Изд-во Стандартинформ, 2019. – 23с.