Пожарная безопасность резервуарных парков хранения нефти и нефтепродуктов

Противопожарная защитa объектов нефтяной промышленности является одной из важнейших государственных задач, направленных на обеспечение высокого уровня их пожарной безопасности. Предприятия хранения нефти и нефтепродуктов, в частности резервуарные парки, всегда были и остаются объектами повышенной пожарной опасности, так как на их сравнительно небольшой территории сосредоточен большой суммарный объём легковоспламеняющихся и горючих жидкостей. Поэтому пожары в резервуарных парках специалисты относят к наиболее тяжелым и сложным в процессе организации их тушения. Они часто носят затяжной характер, приводят к травмам, а иногда к гибели людей, наносят большой материальный ущерб и ведут к серьезным экологическим последствиям.

Несмотря на осуществление предприятиями нефтяной промышленности обширного комплекса мер по предотвращению пожаров проблемы защиты резервуарных парков остаются актуальными, что подтверждает анализ статистических данных о пожарах.

Так, по данным источника [1] только за последние 20 лет в резервуарных парках России зарегистрировано свыше 240 пожаров, причем основную массу представляют пожары на резервуарах типа РВС (78%). В зависимости от частоты и места возникновения пожары на резервуарах распределились следующим образом: распределительные нефтебазы — 48,3%, нефтеперекачивающие станции — 27,7%, нефтепромыслы — 14%, нефтепроводы — 10%.

В зависимости от вида хранимых продуктов пожары происходили в резервуарах с бензином в 53,8%, в резервуарах с сырой нефтью в 32,4%, а на долю резервуаров с другими нефтепродуктами 13,8% от общего числа пожаров.

Анализ приведенной статистики показывает, что на частоту возникновения пожаров влияют функциональное назначение объекта (место возникновения), тип резервуара и вид хранимой жидкости.

Основными причинами пожаров являются: огневые и ремонтные работы 23,5%, искры электроустановок 11,7%, удары молний и вторичные проявления атмосферного электричества 9,2%, разряды статистического электричества 9,7%, иные источники (самовозгорание, поджог, открытое пламя и пр.) 45,9% [2].

Пожар на резервуаре может возникнуть на дыхательной арматуре, пенных камерах, в обваловании резервуара вследствие перелива хранимых нефтепродуктов или при нарушениях герметичности резервуаров, задвижек, фланцевых соединений, а также в виде локальных очагов на плавающей крыше в районе уплотняющего затвора при его разгерметизации.

На динамику развития пожара в резервуарном парке оказывают влияние место его возникновения, размеры начального очага горения, устойчивость конструкции резервуара при пожаре, а также удаленность пожарных подразделений от резервуарного парка.

Резервуарный парк, как объект защиты, должен иметь систему обеспечения пожарной безопасности, которая включает в себя систему предотвращения пожара, систему противопожарной защиты и комплекс организационно-технических мероприятий по обеспечению пожарной безопасности [3].

Анализ происшедших пожаров в резервуарных парках показывает, что проблемы, связанные с использованием на практике системы противопожарной защиты объектов резервуарного хранения нефти и нефтепродуктов, до настоящего времени остаются не решенными. Важное место в этой системе занимают автоматические установки пожаротушения, на которые по оценкам специалистов приходится до 20% от общих затрат на резервуарные парки. Однако в нашей стране пока не зарегистрировано ни одного случая тушения пожара в резервуарах с их помощью. В зарубежных публикациях также нет каких-либо сведений об успешном применении пожарной автоматики хотя бы в целях рекламы фирмы — производителя этих установок. Причин здесь несколько, но одной из основных является выход из строя автоматической системы пожаротушения вследствие взрыва паровоздушной среды в резервуаре, а статистика показывает, что пожары в резервуарах начинаются, как правило, со взрыва среды в резервуаре.

После взрыва происходит вскрытие резервуара, крыша взрывной волной отбрасывается в каре резервуара, а иногда (чаще в резервуарах большой емкости) происходит ее частичное или полное затопление в резервуаре. При этом появляются условия для устойчивого горения по всей свободной поверхности жидкости. Затяжные пожары в резервуарах большой емкости часто сопровождаются вскипанием и выбросом горящей жидкости, характеризуются высоким теплоизлучением пламени и, как следствие, большой скоростью распространения огня в резервуарном парке от одного резервуара к другому по классической схеме «домино». Поэтому ликвидация пожаров в резервуарных парках требует большого напряжения с привлечением значительных сил и средств, сопряжена с большими рисками для жизни, а иногда и с гибелью участников тушения пожара.

Примером такого пожара, который развивался по схеме «домино», сопровождался детонацией с полным разрушением резервуара, вскипанием и выбросом горящей нефти, является крупный пожар, который произошел 22.08.2009 г. в резервуарном парке линейной производственно-диспетчерской станции (ЛПДС) хранения нефти «Конда» Тюменской области [4]. Пожар начался во время грозы со взрыва в газовом пространстве одного из резервуаров типа РВС-20000. В результате распространения пламени по трубопроводу газовой обвязки произошел детонационный взрыв паровоздушной смеси в соседнем резервуаре с полным его разрушением и разлетом осколков на расстояние до 400 метров и выходом горящей нефти за пределы территории резервуарного парка.

От воздействия взрывной волны в сочетании с мощным тепловым потоком горящей волны прорыва нефти погибло трое пожарных, четверо получили травмы различной степени тяжести. Огнем была уничтожена пожарная техника. Материальный ущерб от пожара превысил 1,5 млрд. руб.

В настоящей статье для обеспечения пожарной безопасности резервуарного хранения нефти и нефтепродуктов предлагается использовать систему предотвращения пожара и комплекс организационно-технических мероприятий путем обоснования выбора наиболее взрывобезопасного типа резервуара.

На практике наиболее распространенными являются три типа вертикальных резервуаров: резервуар без понтона типа РВС, резервуар с понтоном типа РВСП и резервуар с плавающей крышей типа РВСПК. В соответствии с ГОСТ 1510-84 [5] бензины и нефти рекомендуется хранить в резервуарах с плавающей крышей или с понтоном, или в резервуарах типа РВС, оборудованных газовой обвязкой в зависимости от условий эксплуатации резервуаров. До­пускается хранить бензины и нефти в резервуарах без понтонов и газовой обвязки до их капи­тального ремонта, а также на предприятиях длительного хранения. Вместе с тем, авиационные бензины не допускается хранить в резервуарах с плавающей крышей.

При использовании системы предотвращения пожара в резервуарах решающее значение имеет вопрос предупреждения образования горючей паровоздушной концентрации внутри аппаратов и за их пределами.

Обеспечить предупреждение образования горючей среды (концентрации) в резервуаре типа РВС практически невозможно, так как в нем могут выполняться одновременно оба условия, необходимые для образования взрывоопасной концентрации. Во-первых, в резервуарах такого типа всегда имеется свободный объем паровоздушного пространства (первое условие опасности). Во-вторых, если хранимая жидкость в резервуаре нагрета не ниже ее температуры вспышки (второе условие опасности), то при неподвижном уровне жидкости или его подъеме (операция закачки), концентрация в аппарате близка к концентрации насыщенного пара и поэтому она лежит выше верхнего концентрационного предела распространения пламени, то есть является негорючей (характерно для нефти и бензина). Однако при опорожнении (операция откачки) таких аппаратов состояние насыщения газового пространства парами жидкости нарушается за счет поступления через дыха­тельную арматуру дополнительного количества воздуха. Концентрация при этом уменьшается, и она может, в зависимости от объема сливаемой жидкости, войти в область воспламенения со стороны верхнего предела распространения пламени, то есть стать взрывоопасной.

Опасность применения резервуаров типа РВС связана также с возможностью образования зон взрывоопасных концентраций снаружи аппаратов, то есть на территории резервуарного парка. Такая опасность возникает при выполнении операции закачки, когда внутри аппарата имеется паровоздушная смесь с концентрацией не ниже нижнего концентрационного предела распространения пламени. Такая смесь, вытесняемая через дыхательную арматуру в атмосферу, образует в резервуарном парке зону взрывоопасной концентрации, размеры которой зависят, главным образом, от уровня концентрации вытесняемой смеси, молекулярной массы паров жидкости и наличия или отсутствия ветра.

Резервуары со стационарной крышей и понтоном типа РВСП при хранении в них огнеопасных жидкостей являются менее опасными по сравнению с резервуарами типа РВС в плане возможности образования взрывоопасной концентрации внутри аппаратов и снаружи в связи с наличием внутри резервуара понтона, который плавает на поверхности жидкости и полностью закрывает зеркало испарения. Поэтому концентрация паров в надпонтонном пространстве на стадии простоя (уровень жидкости неподвижен) и на стадии заполнения (уровень поднимается), для многих нефтепродуктов, за исключением нефтей и бензинов, как правило, ниже нижнего концентрационного предела распространения пламени (НКПРП). Вытеснение через дыхательный клапан такой негорючей смеси при заполнении резервуара также исключает возможность образования в резервуарном парке зон взрывоопасных концентраций.

Однако практика применения этих резервуаров показывают, что в надпонтонном пространстве образование взрывоопасной концентрации даже при их нормальной регламентной работе возможно. Во-первых, это связано с малой величиной НКПРП (у нефтей и бензинов она составляет около 1,0 % об.), а во-вторых, с достаточно большой поверхностью испарения в виде жидкой пленки, которая образуется в результате смачивания внутренних стенок резервуара, когда уровень жидкости снижается при проведении операции откачки. Понятно, что величина площади зависит от объема сливаемой жидкости и чаще всего этого количества жидкости оказывается достаточным для образования в замкнутом надпонтонном пространстве взрывоопасной концентрации.

Опасность образования взрывоопасной концентрации в надпонтонном пространстве значительно возрастает при нарушении герметичности уплотняющего затвора, когда через него на стадии закачки резервуара возможно выдавливание жидкости и ее растекание на поверхности понтона.

Более безопасным, по сравнению с резервуарами типа РВС и РВСП, в плане возможности образования взрывоопасной концентрации внутри аппарата и снаружи, является резервуар с плавающей крышей типа РВСПК (Рис.1), в котором нет стационарной крыши и понтона, а поэтому нет свободного объема и замкнутого надпонтонного пространства.

Плавающая крыша, как и понтон, полностью закрывает поверхность испарения жидкости по всей площади поперечного сечения резервуара и при изменении уровня поднимается и опускается вместе с жидкостью. Такая конструкция полностью исключает «большие» и «малые дыхания» и, следовательно, опасность образования в резервуаре, над плавающей крышей, и на территории резервуарного парка устойчивых зон взрывоопасных концентраций. Жидкая пленка, образующаяся на внутренних стенках резервуара при снижении уровня продукта в период слива, может в результате испарения в безветренную погоду кратковременно образовать над плавающей крышей незначительную по объему локальную зону взрывоопасной концентрации, но пары ее способны относительно быстро рассеиваться в открытой атмосфере.

Таким образом, резервуары с плавающей крышей являются более взрывопожаробезопасными по сравнению с резервуарами типа РВС и РВСП. Их применяют для хранения нефти и нефтепродуктов с целью сокращения потерь от испарения хранимых жидкостей, что обеспечивает не только экономическую, но и пожарную и экологическую безопасность. Кроме того, в резервуарах типа РВСПК верхние пояса стенок и сама плавающая крыша значительно меньше подвержены коррозии, что также снижает вероятность их повреждения и, следовательно, повышает уровень их пожарной безопасности.

Недостатком резервуаров с плавающей крышей является возможность перекоса и заклинивания крыши вследствие образования в зимний период на ее поверхности неравномерного слоя снежного покрова. Однако нормативные документы учитывают эту опасность, ограничивая область

Рисунок 1. Принципиальная схема резервуара типа РВСПК: 1 — стенка; 2 — днище; 3 — ветровое кольцо; 4 — плавающая крыша; 5 — уплотняющий затвор с погодозащитным козырьком; 6 — катучая лестница.

применения этих резервуаров: их применяют в районах с нормативной снеговой нагрузкой до 1,5 кПа (около 153 кг/м²) [6]. Плавучесть крыши обеспечивается наличием изолированных отсеков, пустотелых герметичных коробов, собранных из отдельных элементов. Для предотвращения заклинивания плавающих крыш диаметр их металлического диска на 100-400 мм меньше диаметра резервуара. Оставшееся свободное кольцевое пространство герметизируется с помощью уплотняющих затворов различных конструкций. Кроме того, для исключения вращения крыши вокруг своей оси, в резервуаре устанавливают вертикальные направляющие из труб, которые одновременно предупреждают перекос и заклинивание крыши и служат для размещения устройства измерения уровня и отбора проб нефти.

Для ограничения опускания плавающей крыши и фиксации ее в крайнем нижнем положении с опорой на днище резервуара снизу к ней крепятся стационарные опорные стойки, расположенные равномерно по всей ее поверхности. При этом для исключения появления в крыше опасных механических напряжений и вызванных ими повреждений в момент касания стоек с днищем (оно имеет уклон от центра резервуара) неравномерная высота стоек обеспечивает горизонтальность плавающей крыши в нижнем крайнем положении.

Для предупреждения опасных последствий в случае полного разрушения резервуара вокруг него устраивают ограждение в виде железобетонной стенки с волноотражающим (отбойным) козырьком [7]. Такое ограждение в настоящее время являются одним из наиболее эффективных технических решений, способных предотвратить в резервуарном парке катастрофические последствия подобной гидродинамической аварии с возможностью ее дальнейшего развития по схеме «домино» и выходом горящей волны прорыва за пределы резервуарного парка.

Высота ограждающей стенки рассчитывается на гидродинамическое воздействие, оказываемое волной прорыва жидкости, образующейся при полном разрушении резервуара. Важную роль в обеспечении устойчивости ограждения играет установленный на ее верхней части отбойный козырек, который монтируется под углом к горизонту для ослабления гидродинамического удара набегающей волны прорыва и отбрасывания потока жидкости назад, в каре резервуара, что предотвращает ее перехлест через обвалование.

Таким образом, из приведенного выше анализа можно сделать вывод о том, что с учетом специфических условий возникновения и развития пожара в резервуарном парке хранения нефти и нефтепродуктов для повышения уровня его пожарной безопасности более эффективной, по сравнению с системой противопожарной защиты, является система предотвращения пожара, использование которой обеспечивается путем замены резервуаров типа РВС на резервуары в плавающей крышей типа РВСПК.

Литература

1. Пожары на нефтегазовых предприятиях в России в 2019-2022 годах/ Российское информационное агентство //https://ria.ru/20220322/pozhary-1779428872.html.

2. Петрова Н.В. Анализ практики экспертного исследования пожаров на объектах хранения нефти и нефтепродуктов / Петрова Н.В.; Чешко И.Д.; Галишев М.А. // Научно-аналитический журнал «Вестник Санкт-Петербургского университета Государственной противопожарной службы МЧС России», 2016, № 7, c. 40.

3. Федеральный закон Российской Федерации от 22 июля 2008г № 123—ФЗ «Технический регламент о требованиях пожарной безопасности».

4. Волков О.М. Версия «домино» на пожаре группы резервуаров РВС-20000 на линейной производственно-диспетчерской станции «Конда» Интернет-журнал «Технологии техносферной безопасности» (http://ipb.mos.ru/ttb).Выпуск № 3 (49), 2013 г.

5. ГОСТ 1510-84 Нефть и нефтепродукты. Маркировка, упаковка, транспортирование и хранение. (дата актуализации: 01.01.2021).

6. СП 20.13330.2016 Нагрузки и воздействия. Актуализированная редакция СНиП 2.01.07-85* (с Изменениями N 1, 2, 3, 4).

7. ГОСТ Р 53324-2009. Ограждения резервуаров. Требования пожарной безопасности.