Способ защиты резервуаров с легковоспламеняющимися и горючими жидкостями от взрыва и при пожаре, устройство для его осуществления

Изобретение относится к способам защиты от взрыва и при пожаре металлических резервуаров с легковоспламеняющимися и горючими жидкостями с плавающими крышами или без них, преимущественно вертикальных, а также к устройствам для их осуществления. Способ заключается в том, что из узла ввода сверху на внутреннюю стенку резервуара подают по меньшей мере две горизонтальные струи огнетушащего вещества - пены низкой кратности. Струи подают по стенке резервуара в одну сторону или одновременно по часовой и против часовой стрелки таким образом, чтобы оси струй не пересекались, при этом огнетушащее вещество подают с напором, обеспечивающим образование на стенке резервуара кольца из огнетушащего вещества. В качестве огнетушащего вещества используют пену низкой кратности или воду, а дополнительно к ним используют огнетушащий порошок, инертный газ, водяной пар; причем в резервуар подают один или одновременно несколько видов огнетушащих веществ. Способ осуществляют с помощью устройства с соответствующими узлом ввода огнетушащего вещества, с выходом в резервуар на одном конце и с крышкой на другом, и одним или более насадков для подачи огнетушащих веществ. Узел ввода выполнен в форме призмы с равнобедренной трапецией в основании, угол наклона боковых граней призмы, на которых закреплены насадки, выбран из условия направления струй по стенке резервуара. Узел ввода выполнен из материала с прочностными характеристиками, превышающими прочностные характеристики верхнего пояса резервуара, а крыша резервуара, крышка узла ввода и ее крепление к узлу выполнены из материала с разрушающими характеристиками ниже разрушающих характеристик стенок узла ввода и верхнего пояса резервуара. 2 н. и 6 з.п. ф-лы, 3 ил.

 

Изобретение относится к области пожаротушения, а именно к способам защиты от взрыва и при пожаре металлических резервуаров с легковоспламеняющимися и горючими жидкостями с плавающими крышами или без них, преимущественно вертикальных, а также к устройствам для их осуществления, и может быть использовано в нефтяной, химической, пищевой и других отраслях промышленности.

Известен способ тушения пожара в резервуарах с плавающей крышей (патент РФ №1248613 от 07.08.86), который заключается в подаче тушащего порошка сверху по всей окружности резервуара веерообразными струями, направленными вниз под определенным углом к горизонтальной плоскости. При выбросе порошка из распылителей в кольцевом зазоре образуется вращающийся газопорошковый поток, обеспечивающий равномерное выпадение порошка по всей защищаемой зоне.

Недостатком способа является то, что он не обеспечивает защиту резервуара в случае разрушения и затопления крыши. Способ неэффективен при тушении пожаров в резервуарах без плавающей крыши и не может применяться в резервуарах, не оборудованных стационарными кольцами орошения его стенок.

Известно устройство для тушения пожара в металлическом резервуаре (А.С. №1780772 от 15.12.92), содержащее узел подачи огнетушащего вещества с соплами, расположенными в центральной части узла. Узел подачи дополнительно содержит кумулятивный заряд с детонатором, установленные по периметру узла выключатели, подпружиненные электромагниты, щупы, установленные с возможностью взаимодействия со стенкой резервуара.

Недостатками устройства являются низкая эффективность защиты резервуара от разрушения, т.к. охлаждение стенок резервуара и тушение пожара осуществляется локально - в местах установки устройства.

Наиболее близким к предлагаемому способу является способ тушения пожара в резервуарах, при котором пену подают в резервуар сверху. Пену подают в виде, по меньшей мере, двух плоских веерообразных струй: одну из них подают на горючую жидкость в резервуаре, а другую - на внутреннюю стенку резервуара (патент РФ №2232041 от 10.07.04).

Признаком, являющимся общим с предлагаемым способом, является подачи из узла ввода сверху на внутреннюю стенку резервуара по меньшей мере 2-х струй огнетушащего вещества - пены низкой кратности.

Недостатком способа является низкая защищенность свободной стенки резервуара от разрушения, т.к. охлаждение стенок резервуара и тушение пожара осуществляется локально - в местах установки пенокамер.

Известно устройство для пожаротушения горючей жидкости в резервуаре (патент РФ №2232041 от 10.07.04). Устройство состоит из генератора низкократной пены и пенной емкости. Генератор пены выполнен в виде корпуса с соплом для подачи в корпус раствора пенообразователя и с отверстием для подвода в корпус воздуха. Сопло выполнено многоструйным. В корпусе генератора пены находится камера смешения, вход которой установлен напротив сопла, а выход соединен с пенной емкостью, имеющей выход для пены в резервуар в виде, по меньшей мере, двух щелеобразных отверстий с возможностью подачи плоской веерообразной струи одним из них на горючую жидкость в резервуаре, а другим - на внутреннюю стенку резервуара. Между выходом для пены из пенной емкости в резервуар и камерой смешения имеется герметизирующая мембрана, выполненная с возможностью разрушения при пожаротушении.

Признаки, общие с предлагаемым устройством, - узел ввода огнетушащего вещества с выходом в резервуар на одном конце и с крышкой на другом и насадок для подачи огнетушащего вещества.

Недостатком устройства является ненадежность конструкции, т.к. при взрыве паровоздушной смеси в резервуаре произойдет разрушение пенной емкости, что приведет к значительному увеличению промежутка времени между началом возгорания и ликвидацией пожара. Возникает опасность разрушения резервуара и, как следствие, разлива горючих продуктов на больших площадях, их возгорания, а также большая вероятность возникновения пожара в соседних резервуарах.

Известные способ и устройство обеспечивают защиту резервуара от разрушения только в том случае, если время тушения пожара не превышает 3-5 мин (времени наступления деформации свободных стенок и других несущих элементов резервуара), не обеспечивают защиту резервуара от разрушения в случае взрыва. Кроме того, известное устройство не защищено от избыточного давления взрывной волны.

Задача изобретения - защита резервуара от разрушения при взрыве, тушение пожара до наступления времени потери несущей способности его свободных бортов или за расчетный, экономически обоснованный промежуток времени, определяемый в соответствии с ГОСТ 12.01.04-95, СНиП 2.11.03-93 на стадии технико-экономического обоснования проекта.

Технический результат, который может быть получен, - защищенность от взрывной волны насадков подачи огнетушащих веществ, охлаждение стенки резервуара по всей его окружности, создание в зоне химической реакции горения среды, не поддерживающей горение.

Поставленная задача была решена за счет того, что в известном способе тушения пожара в резервуарах с легковоспламеняющимися и горючими жидкостями путем подачи из узла ввода сверху на внутреннюю стенку резервуара по меньшей мере двух струй огнетушащего вещества - пены низкой кратности, огнетушащее вещество подают горизонтальными струями по стенке резервуара в одну сторону или одновременно по часовой и против часовой стрелки таким образом, чтобы оси струй не пересекались. Огнетушащее вещество подают с напором, обеспечивающим образование на стенке резервуара кольца из огнетушащего вещества. В качестве огнетушащего вещества используют пену низкой кратности или воду, а дополнительно к ним в зависимости от вида хранимых в резервуаре жидкостей могут быть использованы огнетушащий порошок, инертный газ, водяной пар. Причем в резервуар одновременно подают один или несколько видов огнетушащих веществ.

Признаки предлагаемого способа, отличительные от признаков способа по прототипу: огнетушащее вещество подают горизонтальными струями по стенке резервуара в одну сторону или одновременно по часовой и против часовой стрелки таким образом, чтобы струи не пересекались, огнетушащее вещество подают с напором, обеспечивающим образование на стенке резервуара кольца из огнетушащего вещества, а в качестве огнетушащего вещества используют пену низкой кратности или воду; дополнительно в качестве огнетушащего вещества используют огнетушащий порошок, инертный газ, водяной пар; причем в резервуар одновременно подают один или несколько видов огнетушащих веществ.

Задача была решена также за счет того, что известное устройство для тушения пожара в резервуаре, содержащее узел ввода огнетушащего вещества с выходом в резервуар на одном конце и с крышкой на другом и насадок для подачи огнетушащего вещества, дополнительно содержит один или более насадков для подачи огнетушащих веществ. Насадки закреплены горизонтально на одной или двух сторонах узла ввода под углом, выбранным из условия направленности струй огнетушащих веществ по стенке резервуара, причем оси насадков, закрепленных на противоположных сторонах узла ввода, расположены в параллельных горизонтальных плоскостях. В качестве насадков для подачи огнетушащих веществ используют генераторы пены, насадки подачи пены, воды, огнетушащего порошка, инертного газа, водяного пара. Генераторы пены и пенные насадки размещены в корпусе с отверстием для подсоса воздуха. Устройство также дополнительно содержит один или более узлов ввода. Узел ввода выполнен в форме призмы с равнобедренной трапецией в основании, угол наклона боковых граней призмы, на которых закреплены насадки, выбран из условия направления струй по стенке резервуара. Узел ввода выполнен из материала с прочностными характеристиками, превышающими прочностные характеристики верхнего пояса резервуара, а крыша резервуара, крышка узла ввода и ее крепление к узлу выполнены из материала с разрушающими характеристиками ниже разрушающих характеристик стенок узла ввода и верхнего пояса резервуара.

Признаки предлагаемого устройства, отличительные от признаков устройства по прототипу, - устройство дополнительно содержит один или более насадков для подачи огнетушащих веществ, закрепленных горизонтально на одной или двух сторонах узла ввода под углом, выбранным из условия направленности струй огнетушащих веществ по стенке резервуара; оси насадков, закрепленных на противоположных сторонах узла ввода, расположены в параллельных горизонтальных плоскостях; в качестве насадков для подачи огнетушащих веществ используют генераторы пены, насадки подачи пены, воды, огнетушащего порошка, инертного газа, водяного пара; генераторы пены и пенные насадки размещены в корпусе с отверстием для подсоса воздуха; устройство также дополнительно содержит один или более узлов ввода; узел ввода выполнен в форме призмы с равнобедренной трапецией в основании, угол наклона боковых граней призмы, на которых закреплены насадки, выбран из условия направления струй по стенке резервуара; узел ввода выполнен из материала с прочностными характеристиками, превышающими прочностные характеристики верхнего пояса резервуара, а крыша резервуара, крышка узла ввода и ее крепление к узлу выполнены из материала с разрушающими характеристиками ниже разрушающих характеристик стенок узла ввода и верхнего пояса резервуара.

Направление не менее чем двух горизонтальных струй огнетушащих веществ по стенке резервуара в одну сторону или одновременно по часовой и против часовой стрелки таким образом, чтобы оси струй не пересекались в горизонтальной плоскости, с напором, обеспечивающим образование на стенке резервуара кольца из огнетушащего вещества, является наиболее эффективным использованием струй для целей защиты резервуара от разрушения при взрыве и тушения находящейся в нем горючей жидкости. При подаче в резервуар в качестве огнетушащего вещества пены она стекает по стенке резервуара, охлаждая ее, и распределяется по всей поверхности горючей жидкости, образуя слой пены и пленку, которые отражают лучистую энергию пламени и изолируют поступление горючих паров жидкости в зону горения. При подаче воды происходит охлаждение стенок резервуара и разбавление водорастворимых горючих жидкостей до концентрации, не поддерживающей горение. При подаче порошка, инертных газов, водяного пара в зоне химической реакции горения горючих жидкостей создается среда, не поддерживающая горение. Для тушения пожара всегда подается пена низкой кратности или вода. Для обеспечения расчетного времени тушения пожара в резервуар подают дополнительные огнетушащие вещества, которые выбирают на стадии проектирования исходя из их огнетушащих способностей и экономической целесообразности, а также с учетом конструктивных особенной резервуаров и других характеристик защищаемых объектов и поселений их дислокации. Таким образом, обеспечивается охлаждение стенки резервуара по всей его окружности и создание в зоне химической реакции горения среды, не поддерживающей горение.

Выполнение в устройстве насадок более одного обеспечивает сокращение времени начала охлаждения резервуара и тушения находящейся в нем горючей жидкости.

Выполнение в устройстве узлов ввода более одного также обеспечивает сокращение времени начала охлаждения резервуара и тушения находящейся в нем горючей жидкости, а также повышение надежности тушения в случае частичной деформации стенок резервуара.

Выполнение узла ввода из материала с прочностными характеристиками, превышающими прочностные характеристики верхнего пояса резервуара; изготовление крыши резервуара, крышки узла ввода и ее крепления к узлу из материала с разрушающими характеристиками ниже разрушающих характеристик стенок узла ввода и верхнего пояса резервуара обеспечивает свободное сбрасывание их в момент взрыва, в результате чего в резервуаре снижается избыточное давление. Это предотвращает возможные повреждения несущих конструкций резервуара и защищает от взрывной волны насадки подачи огнетушащих веществ.

На фиг.1 представлено предлагаемое устройство с одним генератором пены и 3-мя насадками, на фиг.2а, б, в - примеры схем расположения узлов ввода на резервуаре, на фиг.3а, б, в, г - примеры схем расположения насадков на узле ввода и распределения огнетушащих веществ по секторам окружности резервуара.

Устройство состоит из корпуса узла ввода 1, крышки 2, насадков 3 подачи огнетушащих веществ, закрепленных на узле ввода 1, и подводящих трубопроводов 4. Генераторы пены и пенные насадки 5 защищены от лучистого теплообмена корпусом 6 с отверстием 7 для подсоса воздуха к генератору пены или пенному насадку. В зависимости от заданных параметров времени тушения пожара и надежности системы пожарной защиты на одном узле ввода 1 может быть закреплено более одного насадка 3 подачи огнетушащего вещества (фиг.3а, б, в, г). При этом оси насадков 3, закрепленных на противоположных сторонах узла ввода 1, располагают в параллельных горизонтальных плоскостях, исключающих столкновение встречных струй. Корпус узла ввода 1 устройства может быть выполнен любой формы. Насадки 3 при этом должны быть закреплены на нем под таким углом, чтобы обеспечить направление струи пены по стенке резервуара. Более технологично выполнение корпуса узла ввода 1 в форме призмы с равнобедренной трапецией в основании. Угол наклона боковых граней призмы, на которых закреплены насадки, выбирают из условия направления струй по стенке резервуара. Насадки 3 в этом случае крепятся к боковым граням узла ввода 1 под прямым углом. Корпус узла ввода 1 выполнен сварным из листовой стали толщиной 5-6 мм и крепится к корпусу резервуара болтами диаметром не менее 14 мм через прокладку из негорючего материала. Крышка 2 узла ввода 1 и ее крепление к узлу должны быть выполнены из материала, обеспечивающего ее сбрасывание в момент взрыва (из материала, менее прочного, чем материал корпуса узла ввода). Например, крышка 2 может быть выполнена из листовой стали толщиной 1,5 мм и прикреплена к корпусу узла ввода 1 винтами через прокладку (для обеспечения герметичности). Крышка 2 изолирует паровоздушную среду резервуара от внешней среды, а при взрыве выполняет роль избыточного клапана, защищает резервуар от разрушения путем стравливания избыточного давления. Устройство оборудуется козырьком (не показан) для отражения лучистой энергии на случай пожара и защиты устройства от внешних осадков. Генераторы пены, пенные насадки и насадки подачи других огнетушащих средств дополнительно защищены от лучистого теплообмена теплоотражательным экраном (не показан), устанавливаемым над узлом ввода огнетушащих средств в резервуар.

Способ тушения пожара с использованием предлагаемого устройства осуществляется следующим образом.

Пожар в резервуаре начинается, как правило, с локального взрыва паровоздушной смеси. В момент взрыва крышка 2 узла ввода 1 отлетает или подрывается крыша резервуара, т.к. они выполнены из менее прочного материала, чем верхний пояс резервуара и узел ввода 1 огнетушащих средств (разрушение узла ввода возможно только после разрушения свободного борта резервуара, к которому последний крепится). В результате этого в резервуаре снижается избыточное давление, что предотвращает возможные повреждения несущих конструкций резервуара, узла ввода и насадков подачи в резервуар огнетушащих веществ.

При возникновении пожара от систем его обнаружения подается команда на пульты управления установкой пожаротушения резервуаров и пожарной охраны объекта, поселения. При этом от установок пожаротушения или пожарных автомобилей к насадкам 3 по подводящим трубопроводам 4 подается огнетушащее вещество - раствор пенообразователя, вода, порошок, инертный газ, водяной пар. Может подаваться одно или несколько видов огнетушащих веществ. Всегда подается пена низкой кратности или вода. Дополнительно к ним для достижения расчетного времени тушения пожара и снижения риска причинения вреда с учетом прогнозируемой, адекватной условиям объекта опасности развития ЧС могут подаваться огнетушащий порошок, инертный газ, водяной пар. Для тушения пожара предпочтительней использовать пену низкой кратности, т.к. она способствует наиболее эффективному охлаждению стенок резервуара и равномерному формированию огнетушащей пленки на поверхности горючей жидкости. Использование пены высокой кратности приведет к увеличению числа устройств и насадок.

При подаче огнетушащих веществ насадки 3 формируют струи, которые направляются горизонтально по стенке резервуара. Струи могут направляться одновременно по часовой и против часовой стрелок или только в одну сторону. Так как оси насадков 3, расположенных на противоположных сторонах узла ввода 1, находятся в параллельных горизонтальных плоскостях, встречные струи огнетушащих веществ не пересекаются.

Огнетушащее вещество подают стабильными дальнобойными струями, обеспечивающими создание «массированного потока» по всей окружности резервуара.

Каждый насадок (или струя огнетушащего вещества) имеет свой участок охлаждения и/или тушения (сектор окружности, площадь зеркала, объем зоны горения горючей жидкости) (фиг.3а, б, в, г). Количество участков (секторов) охлаждения и (или) тушения (количество насадок) определяется опасностью угрозы причинения вреда горючей жидкостью, характеристиками насадок (расходом и дальностью струи), типоразмерами резервуаров и временем тушения, определенным нормами или договором.

При размещении двух насадок на узле ввода (при одном узле ввода на резервуаре) и одного насадка на узле ввода (при 2-х узлах ввода) - каждая струя имеет участок охлаждения, равный не менее половины длины окружности (фиг.3а,б). При размещении двух генераторов пены на узле ввода (при 2-х узлах ввода) - не менее четверти длины окружности резервуара (фиг.3в). При размещении на узле ввода четырех генераторов пены (по два с каждой стороны) (при 2-х узлах ввода) - каждая струя имеет участок охлаждения, равный не менее 1/4 длины окружности резервуара (фиг.3г).

Необходимое количество узлов ввода, устанавливаемых на одном резервуаре, и насадков подачи огнетушащих веществ, устанавливаемых на одном узле ввода, определяют методом расчета на стадии технико-экономического обоснования проекта исходя из расчетного экономически обоснованного времени тушения пожара в соответствии с ГОСТ 12.1.004, СНиП 2.11.03-93, объема резервуара и интенсивности подачи огнетушащих веществ на охлаждение и тушение.

Пример. В соответствии со СНиП 2.11.03-93 нормативное время тушения пожара составляет 10 мин. Для тушения мазута в резервуаре 10 тыс.м³ в течение нормативного времени с нормативной интенсивностью охлаждения резервуара необходимо установить два узла ввода, с установкой на каждом по 2 генератора пены с насадками типа Master Stream M-I-NJ. Для получения пены подают раствор пленкообразующего пенообразователя типа UNISERAL AF 15-01 под давлением 5 атм. Дальность создаваемой насадком струи составляет более 40 м. Для сокращения времени тушения резервуара на случай пожара можно расширить перечень применяемых огнетушащих средств, увеличить число узлов ввода, число генераторов, насадков, параметры расхода, дальности струй подачи и другие. Предлагаемый способ тушения пожара обеспечивает высокую степень надежности защиты резервуара от разрушения за счет:

- снижения избыточного давления в резервуаре при взрыве;

- одновременного охлаждения стенки резервуара по всей его окружности и тушения горючей жидкости;

- охлаждения и тушения пожара за расчетное заранее заданное время с заданной надежностью.

Предлагаемый способ и устройство позволят:

- предотвратить определенный нормативами или договором риск причинения вреда населению, окружающей среде, животным и растениям на случай пожара;

- сократить затраты предприятий на ликвидацию последствий пожара;

- уменьшить сроки восстановления резервуаров для дальнейшего их использования;

- предотвратить развитие чрезвычайных ситуаций;

- обеспечить тушение любых легковоспламеняющихся и горючих жидкостей в резервуарах всех типоразмеров, с теплоизоляцией и без нее;

- сократить количество пожарной техники, используемой для тушения пожара, и численность личного состава аварийно-спасательных формирований и служб;

- уменьшить риски и время действия поражающих факторов на личный состав аварийно-спасательных служб, несущие конструкции резервуара и окружающую среду.

1. Способ защиты резервуаров с легковоспламеняющимися и горючими жидкостями от взрыва и при пожаре путем подачи из узла ввода сверху на внутреннюю стенку резервуара по меньшей мере двух струй огнетушащего вещества - пены низкой кратности, отличающийся тем, что огнетушащее вещество подают горизонтальными струями по стенке резервуара в одну сторону или одновременно по часовой и против часовой стрелке, таким образом, чтобы оси струй не пересекались, при этом огнетушащее вещество подают с напором, обеспечивающим образование на стенке резервуара кольца из огнетушащего вещества, причем в качестве огнетушащего вещества используют пену низкой кратности или воду.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве огнетушащего вещества дополнительно используют огнетушащий порошок, инертный газ, водяной пар.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что в резервуар подают один или одновременно несколько видов огнетушащих веществ.

4. Устройство для защиты резервуаров с легковоспламеняющимися и горючими жидкостями от взрыва и при пожаре, содержащее узел ввода огнетушащего вещества с выходом в резервуар на одном конце и с крышкой на другом и насадок для подачи огнетушащего вещества, отличающееся тем, что оно дополнительно содержит один или более насадков для подачи огнетушащих веществ, закрепленных горизонтально на одной или двух сторонах узла ввода под углом, выбранным из условия направленности струй огнетушащих веществ по стенке резервуара; оси насадков, закрепленных на противоположных сторонах узла ввода, расположены в параллельных горизонтальных плоскостях; узел ввода выполнен из материала с прочностными характеристиками, превышающими прочностные характеристики верхнего пояса резервуара, а крыша резервуара, крышка узла ввода и ее крепление к узлу выполнены из материала с разрушающими характеристиками ниже разрушающих характеристик стенок узла ввода и верхнего пояса резервуара.

5. Устройство по п.4,отличающееся тем, что в качестве насадков для подачи огнетушащих веществ используют генераторы пены, насадки подачи пены, воды, огнетушащего порошка, инертного газа, водяного пара.

6. Устройство по п.5, отличающееся тем, что генераторы пены и пенные насадки размещены в корпусе с отверстием для подсоса воздуха.

7. Устройство по п.4, отличающееся тем, что оно дополнительно содержит один или более узлов ввода.

8. Устройство по п.4, отличающееся тем, что узел ввода выполнен в форме призмы с равнобедренной трапецией в основании, угол наклона боковых граней призмы, на которых закреплены насадки, выбран из условия направления струй по стенке резервуара.