ПБ объектов СУГ. Обеспечение пожарной безопасности объектов хранения и переработки СУГ (сжиженных углеводородных газов). Рекомендации
МИНИСТЕРСТВО ВНУТРЕННИХ ДЕЛ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
Главное управление Государственной противопожарной службы
Всероссийский ордена "Знак Почета"
научно-исследовательский институт противопожарной обороны
ОБЕСПЕЧЕНИЕ ПОЖАРНОЙ
БЕЗОПАСНОСТИ ОБЪЕКТОВ ХРАНЕНИЯ И ПЕРЕРАБОТКИ СУГ
РЕКОМЕНДАЦИИ
УДК 614.842.61:66.076
Разработаны ВНИИПО МВД России, отделом пожарной охраны объектов ГУГПС МВД России и Центром стратегических исследований гражданской защиты МЧС России.
Внесены и подготовлены к утверждению отделом пожарной охраны объектов ГУГПС МВД России.
Утверждены главным государственным инспектором Российской Федерации по пожарному надзору письмом от 29.12.97 г. N 20/3.2/2802.
С утверждением настоящих рекомендаций "Временные рекомендации по тушению пожаров на объектах переработки и хранения сжиженных газов с помощью передвижной пожарной техники", утвержденные ГУПО МВД СССР 21.11.75 г., теряют силу.
Авторский коллектив:
В.П. Молчанов, А.Н. Гилетич, Ю.Н. Шебеко, И.Ф. Кимстач, И.Ф. Безродный, А.Н. Бородкин, Л.В. Гуринович, А.Н. Егоров, В.Г. Кузьмин, И.М. Смолин, В.А. Колосов, В.Л. Малкин, Е.В. Смирнов.
ВВЕДЕНИЕ
Рекомендации по обеспечению пожарной безопасности объектов хранения и переработки сжиженных углеводородных газов (СУГ) подготовлены на основе результатов научно-исследовательских работ, выполненных во Всероссийском научно-исследовательском институте противопожарной обороны (ВНИИПО) МВД России, изучения опыта ликвидации аварий с пожарами на указанных объектах, а также с учетом зарубежного опыта.
Рекомендации предназначены для использования в практической работе сотрудниками подразделений Государственной противопожарной службы (ГПС) МВД России.
Представленный материал может быть использован также персоналом, осуществляющим эксплуатацию предприятий, и организациями, разрабатывающими проектную документацию для вновь строящихся и реконструируемых объектов по хранению и переработке СУГ.
В рекомендациях изложены методы оценки пожаровзрывоопасности указанных объектов, мероприятия по обеспечению их пожарной безопасности, тактические приемы ликвидации аварий, сопровождающихся пожарами и взрывами.
1. ОСОБЕННОСТИ РАЗВИТИЯ ПОЖАРОВ НА ОБЪЕКТАХ ХРАНЕНИЯ И ПЕРЕРАБОТКИ СЖИЖЕННЫХ УГЛЕВОДОРОДНЫХ ГАЗОВ
Особенности развития пожаров на объектах с наличием сжиженных углеводородных газов определяются свойствами этих газов.
При разгерметизации оборудования и выходе СУГ 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 (скорости ветра, температуры 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, так как максимальная температура продукта ниже температуры самовоспламенения.
Пожары на объектах хранения и переработки сжиженных углеводородных газов 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 огневого шара.
Поскольку плотность паров большинства СУГ больше плотности воздуха, паровоздушные облака могут дрейфовать в приземном слое атмосферы на значительные расстояния. При загорании таких облаков может происходить их быстрое сгорание без взрыва в виде вспышки либо сгорание со взрывом с образованием волны сжатия.
Сгорание со 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 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 газом возможно их разрушение с образованием огневых шаров с большими радиусами смертельного поражения людей тепловым излучением.
При хранении сжиженных газов в изотермических наземных хранилищах большую опасность представляет возможное разрушение таких хранилищ. Образующаяся в этом случае гидродинамическая волна может разрушить обвалование или перехлестнуть через него с образованием проливов больших площадей. При испарении сжиженного газа из такого пролива образуются паровоздушные облака больших размеров. Горение таких проливов может приводить к возникновению пожаров на близлежащих объектах.
Одной из особенностей пожаров на объектах хранения и переработки сжиженных углеводородных газов является возможное цепное развитие пожара по принципу "домино".
Поскольку при пожарах на объектах хранения и переработки сжиженных углеводородных газов 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 СУГ 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;
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 оперативных планов тушения пожаров на объектах с наличием СУГ следует использовать методы количественной оценки параметров поражающих факторов аварий с пожарами и взрывами.
Методики по определению указанных факторов приведены в приложении к настоящим рекомендациям.
При рассмотрении физико-химических свойств и показателей взрывоопасности СУГ следует учитывать, что на практике, как правило, приходится иметь дело с двухфазной системой жидкость - газ (пар). Основные физико-химические свойства и пожаровзрывоопасные характеристики некоторых СУГ приведены в табл. 1.1. Возможно использование справочных данных [ 1 ].
Вместе с тем для оперативной оценки параметров опасных факторов пожара могут быть использованы приведенные в соответствующих разделах настоящих рекомендаций упрощенные зависимости и табличные данные.
Таблица 1.1
Физико-химические и пожаровзрывоопасные характеристики некоторых СУГ
|
СУГ |
Химическая брутто- формула |
Плотность жидкой фазы при 0 °С и 101,3 кПа, кг·м-3 (10-3) |
Плотность газовой фазы при 20 °С и 101,3 кПа, кг·м-3 |
Плотность газовой фазы по воздуху |
Темпе- ратура кипения при давлении 101,3 кПа, °С |
Теплоемкость жидкой фазы при 0 °С и давлении 101,3 кПа, кДж·кг-1·К-1 |
Удельная теплота испарения при температуре кипения, кДж·кг-1 |
Мини- мальная энергия зажигания, мДж |
Удельная низшая теплота сгорания, МДж·кг-1 |
Нормальная скорость горения, м·с-1 |
Нижний концентра- ционный предел, % (об.) |
Макси- мальное давление взрыва, кПа |
Температура самовос- пламенения, °С |
|
Этилен |
С2Н4 |
0,566 |
1,17 |
0,97 |
-103,7 |
2,415 |
483,0 |
0,12 |
47,54 |
0.74 |
2,7 |
830 |
435 |
|
Пропилен |
С3Н6 |
0,609 |
1,78 |
1,45 |
-47,7 |
2,43 |
437,5 |
0,24 |
46,0 |
0.51 |
2,4 |
650 |
455 |
|
Пропан |
С3Н8 |
0,528 |
1,87 |
1,45 |
-42,1 |
2,23 |
425,7 |
0,25 |
46,3 |
0.39 |
2,3 |
840 |
470 |
|
1,3-Бутадиен |
С4Н6 |
0,65 |
2,2 |
1,88 |
-4,5 |
2,15 |
448,6 |
0,19 |
60,0 |
0.55 |
2,0 |
<900 |
430 |
|
н-Бутилен |
С4Н8 |
0,646 |
2,33 |
1,94 |
-6,9 |
2,23 |
390,6 |
0,27 |
45,5 |
0.43 |
1,8 |
<900 |
324 |
|
Изобутилен |
С4Н8 |
0,646 |
2,33 |
1,93 |
-7,0 |
2,17 |
394,2 |
0,47 |
45,5 |
0.38 |
1,8 |
<900 |
465 |
|
н-Бутан |
С4Н10 |
0,601 |
2,5 |
2,07 |
-0,5 |
2,24 |
385,3 |
0,25 |
47,3 |
0.45 |
1,8 |
840 |
405 |
|
Изобутан |
С4Н10 |
0,582 |
2,5 |
2,07 |
-11,7 |
2,24 |
366,4 |
0,38 |
47,2 |
0.35 |
1,8 |
<900 |
462 |
|
н-Пентан |
C5H12 |
0,646 |
3,2 |
2,47 |
36,1 |
2,67 |
357,2 |
0,22 |
45,4 |
0.39 |
1,47 |
850 |
286 |
2. ОПЕРАТИВНО-ТАКТИЧЕСКИЕ ОСОБЕННОСТИ ОБЪЕКТОВ ХРАНЕНИЯ И ПЕРЕРАБОТКИ СУГ. ПЛАНИРОВОЧНЫЕ И КОНСТРУКТИВНЫЕ МЕРОПРИЯТИЯ, ОБЕСПЕЧИВАЮЩИЕ СОЗДАНИЕ УСЛОВИЙ ДЛЯ ТУШЕНИЯ ПОЖАРОВ
Объекты хранения и переработки СУГ, как правило, могут быть разделены на следующие основные части:
наружная технологическая установка;
компрессорные станции и насосные отделения;
продуктопроводы;
железнодорожные сливоналивные эстакады;
склады готовой продукции.
Основными системами, обеспечивающими условия для борьбы с пожарами, являются:
водяного орошения;
ограничения распространения паров СУГ;
порошкового пожаротушения;
пенного пожаротушения в обваловании;
аварийные факелы и свечи.
Имеется ряд нормативных документов, регламентирующих требования к объектам хранения и переработки СУГ [2 - 4]. Однако они относятся в основном к небольшим объектам с общим объемом хранения СУГ до 8000 м3 и вместимостью единичного резервуара до 600 м3 [2]. В то же время эксплуатируются крупномасштабные изотермические хранилища СУГ с вместимостью единичного резервуара до 50000 м3 и общим объемом хранения до 90000 м3. Нормативная база по противопожарному нормированию таких объектов разработана недостаточно. В настоящем разделе рассматриваются мероприятия, способствующие успешному тушению пожаров на изотермических резервуарах и касающиеся, в частности, устройства обвалования, конструкции резервуара и его технологической обвязки, факельной системы, размещения относительно других объектов, систем противопожарной защиты.
Материалы настоящего раздела могут быть использованы для разработки мероприятий по обеспечению пожарной безопасности наземных изотермических хранилищ до разработки соответствующих норм.
2.1. Устройство изотермического резервуара м его технологическая обвязка
Типичная схема наземного изотермического резервуара с соответствующей технологической обвязкой приведена на рис. 2.1.
Рис.2.1. Типичная принципиальная схема наземного изотермического резервуара СУГ:
1 - компрессорная на линии приема газа от поставщика; 2, 11 -блок охлаждения газа с системой холодоснабжения; 3 - блок осушки газа; 4 - блок сжижения; 5 - блок дросселирования и сепарации; 6 - изометрический резервуар; 7 - шахта с погружными насосами; 8 - блок испарителя; 9 - сепаратор; 10 - блок термостатирования; 12 - компрессорный блок :
Конструкция, применяемые материалы и качество изготовления резервуара должны исключать возникновение мест с опасной концентрацией напряжений как в исходном состоянии, так и после вывода резервуара на расчетный (по температуре и давлению) режим работы.
В качестве заполнителя межстенного пространства резервуара целесообразно применять песок перлитовый мелкий вспученный марок 75 или 100 с влажностью, коэффициентом уплотнения и коэффициентом теплопроводности, отвечающими требованиям технических условий. Допускается применение и других негорючих заполнителей, удовлетворяющих требованиям по указанным параметрам.
С целью исключить проникновение атмосферной влаги, а также контролировать герметичность внутренней емкости конструкция резервуара должна обеспечивать возможность продувки всего объема межстенного пространства осушенным азотом с подачей его в клапаны выпуска с контролем наличия паров СУГ. Кроме того, на случай пожара на оборудовании крыши резервуара следует предусмотреть возможность подачи азота в паровое пространство внутреннего корпуса резервуара.
Для двухстенного наземного металлического изотермического резервуара внешний корпус должен быть оборудован автоматическими разгрузочными клапанами или другими устройствами для регулирования в межстенном пространстве избыточного давления инертного газа (при колебаниях атмосферного давления и тепловом радиационном воздействии от внешнего пожара).
Для поддержания в межстенном пространстве избыточного давления инертного газа на одном уровне (как правило, 50 мм вод. ст.), при изменениях барометрического давления, температуры окружающей среды и других факторов следует предусматривать систему подачи азота с азотной станции со сбросом инертного газа в атмосферу через клапаны.
На выходе инертного газа из межстенного пространства устанавливаются газоанализаторы на наличие углеводородов в инертном газе.
Система текущей диагностики герметичности внутренней емкости хранилища должна быть спроектирована таким образом, чтобы обеспечивать не только оперативную регистрацию наличия углеводородов в среде азота, отбираемого на анализ из межстенного пространства, но и идентификацию места утечки.
Резервуар СУГ должен быть оборудован патрубками для прокачки через него азота (смены атмосферы) при вводе резервуара в эксплуатацию, а также при его остановках для профилактического осмотра и ремонта. Подача азота должна осуществляется по трубопроводу на днище внутренней емкости и через кольцевой раздаточный коллектор распределяться таким образом, чтобы в максимальной степени обеспечить равномерное вытеснение газа по всему сечению емкости. Отбор замещаемого газа (воздуха) должен производиться в верхней точке (части) покрытия.
Резервуар должен оборудоваться лестницами для доступа обслуживающего персонала на покрытие. Для соблюдения требований техники безопасности следует устанавливать ограждающие конструкции по всему периметру покрытия.
Защита резервуара от повышения давления относительно номинального (рабочего) значения должна осуществляться автоматически двумя независимыми разгрузочными системами: через закрытую систему газосброса на факел и через "свечу" непосредственно в атмосферу.
В значительной степени опасные факторы последствий аварии, взрыва и пожара будут снижены с вводом всех трубопроводов и устройством люков-лазов только через перекрытие резервуара (это уменьшает вероятность выхода из строя запорной арматуры, а также вероятность дополнительного выхода СУГ в случае пожара).
Технологические штуцеры и штуцеры для систем КИП и А рекомендуется, в целях удобства обслуживания, размещать в едином секторе на наружном перекрытии.
При расчете производительности средств поддержания и регулирования давления во внутренней емкости резервуара необходимо учитывать экстремальные внешние тепловые воздействия на конструкцию хранилища при пожарах разлитого СУГ, рассчитываемые по методикам приложения.
Предохранительные клапаны (рабочие и резервные) должны иметь соответствующие обозначения и устанавливаться в верхней части крыши.
Узлы управления предохранительными клапанами должны исключать возможность отключения одновременно рабочего и резервного клапанов.
Конструкция и размещение всех установленных на резервуарах предохранительных клапанов должны обеспечивать полное сохранение их работоспособности в условиях воздействия теплового излучения. В качестве возможного средства тепловой защиты предохранительных клапанов рекомендуется применять водяное орошение.
В целях предотвращения истечения СУГ при авариях, связанных с разрушением трубопроводов закачки-выдачи, а также возможности отключения резервуара от общих технологических коммуникаций и оперативного управления технологическими процессами на трубопроводах закачки-выдачи СУГ и паров следует устанавливать запорную арматуру - отсекающую и оперативного управления (сокращенно "оперативная арматура") - с приводом (пневмопривод, электропривод во взрывозащищенном исполнении), управляемую:
дистанционно из операторной (диспетчерской) - при нормальных режимах работы хранилища и при аварийных ситуациях;
автоматически - при авариях, связанных с разрывом трубопроводов (резкое падение давления или скоростного напора в трубопроводе), при неисправностях в сетях управления (пневматических, электрических), при пожаре в производственной зоне комплекса СУГ и на территории хранилища.
Оперативная арматура, кроме того, должна иметь дублирующее ручное управление.
Отсекающую арматуру следует устанавливать в непосредственной близости от резервуара. Оперативную арматуру следует располагать на специальной площадке, за пределами защитного ограждения, на расстоянии не менее 10 м от него.
Под площадками запорной арматуры следует устраивать поддон для сбора возможных утечек СУГ из фланцевых соединений арматуры и при аварийных проливах в узлах запорной арматуры. Размеры поддона должны приниматься на 1 м больше размера рабочей площадки в каждую сторону и высотой борта не менее 0,3 м. Следует предусматривать естественный сток СУГ из поддона в приямок-ловушку, с последующей откачкой стационарным или передвижным насосным оборудованием на регазификацию или на площадку налива.
Прокладка технологических трубопроводов к резервуару должна предусматриваться только по эстакаде с проницаемым настилом, выполненной из негорючих материалов с пределом огнестойкости несущих конструкций не менее 2 ч и стойких к криогенному воздействию СУГ.
Прокладка трубопроводов подачи воды, порошков, растворов пенообразователей по этим эстакадам не допускается.
На эстакаде должны быть предусмотрены огражденные проходы для доступа обслуживающего персонала к трубопроводам, арматуре и приборам.