НИР. Отчет по научноисследовательской работе Разработка способов пожаротушения резервуаров
 Скачать 426.74 Kb.
|
|
Министерство образования и науки Российской Федерации Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Комсомольский-на-Амуре государственный университет» Институт компьютерного проектирования машиностроительных технологий и оборудования Кафедра«Машины и аппараты химических производств» ОТЧЕТ по научно-исследовательской работе Разработка способов пожаротушения резервуаров Студент группы 4МАб-1 Е. А. Писаная Руководитель проекта М. Ю. Сарилов 2017 2 Содержание Введение..........................................................................................................................3 Глава 1 Литературный обзор современного состояния вопроса................................4 1.1 Обзор технической литературы............................................................................4 1.2 Обзор по публикациям ......................................................................................... 10 1.3 Обзор по научным работам ................................................................................. 13 Глава 2 Патентные исследования ................................................................................ 16 2.2 Регламент патентного поиска ............................................................................. 19 2.3 Форма отчета о патентном поиске ...................................................................... 21 2.4 Анализ достоинств и недостатков найденных аналогов и прототипов .......... 33 Глава 3 Системы пенного пожаротушения РВС со стационарной крышей ........... 35 3.1Предлагаемый способ повышения эффективности пожаротушения резервуаров ................................................................................................................. 38 Заключение .................................................................................................................... 40 Список использованных источников .......................................................................... 41 3 Введение Актуальность темы В современном мире резервуары являются одними из важнейших оборудований для нынешней нефтедобычи, нефтепереработки и нефтехимии. Статистика показывает, что ежегодно в России происходит 5-7 пожаров в резервуарных парках. По зарубежным данным за 10 лет произошло 10-кратное возрастание стоимости , добываемого и хранимого в резервуарах , нефтепродукта, что при пожаре влечет за собой большие материальные потери, а иногда и гибель людей. Пожары в резервуарах, как правило, носят затяжной характер, а время тушения может составлять несколько суток. На тушение требуется , значительное количество сил и средств. Таким образом, на сегодняшний день проблема тушения резервуаров весьма серьезна, для этого нужно придумать самый быстрый способ ликвидации пожара. Цель работы Изучить различные способы пожаротушения резервуаров. Предложить собственный метод или устройство тушения резервуаров. Проанализировать и сравнить имеющиеся в нынешнее время способы с современными предложениями по данной тематике. Методы исследования Исследование выполнено с помощью теоретических методов. Теоретическое исследование выполнено на основе использования опыта, теории и накопленного экспериментального материала. Выводы сформулированы по результатам анализа литературы, патентов и интернет источников. Задачи исследования Произвести мониторинг литературных источников (книг, журналов, научных публикаций и интернет статей), определить основные направления данного вопроса и произвести патентный поиск с целью изучения новых способов противопожарного тушения резервуаров. 4 Глава 1 Литературный обзор современного состояния вопроса 1.1 Обзор технической литературы В учебнике ‹‹Резервуары для приема, хранения и отпуска нефтепродуктов››,авторами которого являются Ю.Н. Безбородов, В.Г. Шрам, Е.Г. Кравцова, С.И. Иванова, А.Л. Фельдман рассматриваются способы и устройства тушения пожара. Для тушения резервуара со стационарной крышей применяется применяется генератор пены средней кратности стационарный, представленный на рис. 1, он является частью автоматизированной стационарной системы тушения пожаров на вертикальных цилиндрических резервуарах с горючими и лег- ковоспламеняющимися жидкостями. Рисунок 1 - Генератор пены средней кратности стационарный Использование данного оборудования является обязательным в соответствии в соответствии с ПБ 03-605-03 длятушение резервуаров надслойным методом.Тушение пламени происходит плоской пленкообразующей струёй пены, которая поступает в резервуар через пенокамеры, находящиеся в верхнем поясе. Также пеногенераторы должны быть установлены таким образом, чтобы исключалось воздействие на них пламени и продуктов горения. 5 В резервуарах со стационарной крышей пена поступает на всю поверхность продукта. Эффективность воздушно-механической пены состоит в том, что она изолирует всю площадь жидкости от пламени, снижает скорость испарения, сокращает объём выделяемых горючих паров, охлаждает горящую жидкость. Для наземных вертикальных резервуаров со стационарной крышей допускается применять послойный способ пожаротушения пеной низкой кратности. В учебном пособии ‹‹Тактика тушения пожаров››,автором которого является В.В. Теребнев говорится о способах ликвидации горения жидкостей в резервуарах. Основным огнетушащим веществом для ликвидации горения жидкостей в резервуаре является пена низкой и средней кратности. Тушение пожара в резервуарном парке включает: • защиту горящих и соседних резервуаров от воздействия пламени и тепловых потоков струями воды; • ликвидацию горения жидкости в обваловании низкократной пленкообразующей пеной или пеной средней кратности; • непрерывное орошение запорной арматуры на технологическом трубопроводе; • ликвидацию горения в резервуаре. Основные способы подачи огнетушащих веществ в горящий резервуар: • подача низкократной пены на поверхность горящей жидкости через эластичный рукав, который защищает пену от непосредственного контакта с нефтепродуктом; • подача низкократной пены непосредственно в слой горючей жидкости (этот способ стал возможен после появления фторсодержащих пленкообразующих пенообразователей, пены из которых инертны к нефти и нефтепродуктам); • подача навесных струй низкократной и среднекратной пены на поверхность горящей жидкости. 6 Преимущество подслойного способа (рис. 2) перед традиционным, где пену подают сверху, заключается в защищенности пеногенераторов и пеновводов от взрыва паровоздушной смеси. Важно, что при реализации подслойного способа участники тушения пожара и техника находятся за обвалованием и меньше подвергаются непосредственной опасности от выброса или вскипания горящей нефти. 1 - задвижка; 2 - мембрана предохранительная; 3 - обратный клапан Рисунок 2 - Принципиальная схема подачи пены низкой кратности при ликвидации горения жидкости в резервуаре подслойным способом При ликвидации пожаров в резервуарах, оборудованных системой подслойного тушения, подача пены низкой кратности осуществляется непосредственно в слой нефтепродукта через пенопроводы системы пожаротушения, находящиеся в нижней части резервуара, с помощью передвижных МСП. Система подслойного тушения включает протяженную линию трубопроводов для подачи пенообразующего раствора к пеногенераторам и далее низкократной пены по пенопроводам через стенку резервуара внутрь, непосредственно в нефтепродукт через систему пенных насадков. Наиболее распространенным приемом подачи пены в резервуар является ее подача на горящую поверхность пожарными стволами, установками пожаротушения «Пурга», установленными на переносных пеноподъемниках, автоподъемниках, стационарными пенокамерами, а также из-за обвалования при помощи водяных «пушек» и мониторов (рис. 3). 7 Рисунок 3 - Принципиальная схема подачи пены средней кратности при тушении пожара в резервуаре Пену средней кратности следует получать с помощью пеногенераторов типа ГПС, а низкой кратности — с помощью стволов низкократной пены. При ликвидации горения горючих жидкостей в обваловании допускается применение пены низкой кратности, получаемой из синтетических пенообразователей общего и специального назначения. Нормативная интенсивность подачи раствора синтетического пенообразователя общего назначения должна составлять 0,15 л/(м2·с). Для ликвидации горения вязких и легкозастывающих жидкостей (мазут, масла и нефть) в резервуарах возможно применение распыленной воды для охлаждения поверхностного слоя горящей жидкости до температуры ниже их температуры вспышки. Необходимым условием ликвидации горения жидкостей распыленной водой является низкая среднеобъемная температура горючего (ниже температуры вспышки). Интенсивность подачи распыленной воды следует принимать 0,2 л/(м2·с). В ‹‹Руководство по тушению нефти и нефтепродуктов в резервуарах и резервуарных парках››, авторами которого являются И.Ф.Безродный, В.А. Меркулова, А.В. Шарикова, Е.Е. Кирюханцева, А.Ф. Шароварникова, В.П. Сучкова, С.С. Воеводы, Ю.М.Сверчкова, В.П. Молчанова, Ю.И. Панкова, А.Н.Гилетича, Ю.И. Дешевых, В.А. Колганова рассматривается огнетушащее действие пены средней и низкой кратности при подаче ее сверху и под слой горючего. 8 Огнетушащее действие воздушно-механической пены заключается в изоляции поверхности горючего от факела пламени, снижении вследствие этого скорости испарения жидкости и сокращении количества горючих паров, поступающих в зону горения, а также в охлаждении горящей жидкости. Роль каждого из этих факторов в процессе тушения изменяется в зависимости от свойств горящей жидкости, качества пены и способа ее подачи. При подаче пены одновременно происходит разрушение пены от факела пламени и нагретой поверхности горючего. Накапливающийся слой пены экранирует часть поверхности горючего от лучистого теплового потока пламени, уменьшает количество паров, поступающих в зону горения, снижает интенсивность горения. Одновременно выделяющийся из пены раствор пенообразователя охлаждает горючее. Кроме того, в процессе тушения в объеме горючего происходит конвективный тепломассообмен, в результате которого температура жидкости выравнивается по всему объему, за исключением "карманов", в которых тепломассообмен происходит независимо от основной массы жидкости. Для современных резервуаров типа РВС выравнивание температуры по всему объему горящей жидкости при нормативной интенсивности подачи раствора пенообразователя происходит в течение 15 мин тушения при подаче пены сверху и в течение 10 мин при подаче под слой горючего. Это время необходимо принимать в качестве расчетного при определении запаса пенообразователя для тушения нефти и нефтепродуктов воздушно-механической пеной. Нормативный запас пенообразователя согласно СНиП 2.11.03-93 следует принимать из условия обеспечения трехкратного расхода раствора пенообразователя на один пожар. Дальность растекания пены средней кратности по поверхности горючей жидкости обычно не превышает 25 м. При подаче пены в нижний пояс резервуара, непосредственно в слой горючей жидкости (подслойный способ тушения пожара), используются пены низкой кратности, которые получают из фторсодержащих пленкообразующих 9 пенообразователей. Применение фторсодержащих пенообразователей является необходимым условием, поскольку пена наих основе инертна к воздействию углеводородов в процессе длительного подъема пены на поверхность нефтепродукта. Применение пены, получаемой на основе обычных пенообразователей для подачи под слой горючей жидкости, недопустимо, так как при прохождении через слой горючей жидкости она насыщается парами углеводородов и теряет огнетушащую способность. Быстрой изоляции горящей поверхности пеной способствуют саморастекающаяся из пены водная пленка раствора пенообразователя, имеющая поверхностное натяжение ниже натяжения горючей жидкости, а также конвективные потоки, которые направлены от места выхода пены к стенкам резервуара. В результате конвективного тепломассообмена снижается температура жидкости в прогретом слое до среднеобьемной. Вместе с тем интенсивные восходящие потоки жидкости приводят к образованию на поверхности локальных участков горения, в которых скорость движения жидкости достигает максимальных значений. Эти участки, приподнятые над остальной поверхностью и называемые "бурунами", играют важную роль в процессе тушения. Чем выше "бурун", тем больше пены необходимо накопить для покрытия всей поверхности горящей жидкости. Для снижения высоты "буруна" пена подается через пенные насадки с минимальной скоростью. Пена, всплывающая на поверхность через слой горючего, способна обтекать затонувшие конструкции и растекаться по всей поверхности горючего. Значительное снижение интенсивности горения достигается через 90-120 с момента появления пены на поверхности. В это время наблюдаются отдельные очаги горения у разогретых металлических конструкций резервуара и в местах образования "бурунов". В дальнейшем, в течение 120-180 с происходит полное прекращение горения. 10 1.2 Обзор по публикациям В статье ‹‹Тушение нефтепродуктов и полярных жидкостей в резервуаре диоксидом углерода твердым››,авторами которой являются В.П. Назаров, М.В.Филипчик, Н.Н. Старков предлагается новый эффективный и экологически чистый способ тушения резервуаров диоксидом углерода твердым. Гранулы диоксида углерода твердого помещаются в резервуар с горящей жидкостью. Так как плотность твердой фазы диоксида углерода выше плотности жидкости, гранулы опускаются на дно резервуара. На поверхности гранул бурно протекает сублимация - возгонка, переход вещества из кристаллического состояния непосредственно в газообразное без химического изменения состава, происходит с поглощением теплоты. В результате этого процесса наблюдается активное поглощение тепла от нижнего слоя жидкости. Выделившийся газ устремляется к поверхности зеркала жидкости. В результате сильно развитого контакта по поверхности мельчайших пузырьков диоксида углерода с ГЖ, большой разности температур газа и жидкости и значительной теплоемкости СО 2 происходит активное поглощение тепла для нагревания газовых потоков до температуры жидкости. Помимо поглощения тепла от жидкости вследствие теплообмена бинарной системы "газ-жидкость" газовые потоки за счет силы трения вызывают турбулентные завихрения, создающие активное перемешивание слоев, что приводит к снижению температуры поверхностного слоя. Кроме того, в процессе сублимации с потерей массы отдельные гранулы поднимаются к поверхности. Это связано с образованием вокруг гранул постоянной газовой оболочки, которая создает подъемную силу. Происходит дополнительный тепломассоперенос, снижающий энергетический запас поверхностного слоя жидкости. Выделяющийся газ, проникая через границу среды "жидкость - атмосфера", скапливается над поверхностью зеркала жидкости. Происходят разбавление и охлаждение зоны горения. Вследствие действия всех описанных механизмов наступает потухание пламени. 11 В статье ‹‹Противопожарная защита резервуаров с дополнительной защитной стенкой››,авторами которой являются Е.И. Хиль, Д.Л.Бастриков, С.С. Воевода, А.Ф. Шароварников предложены решения по тушению пожара во внутреннем и межстенном пространствах. Основное затруднение в тушении пожара и защите РВС ЗС представляет межстенное пространство и охлаждение защитной стенки, так как при горении основного резервуара не исключена возможность выхода нефтепродукта в межстенное пространство с последующим его горением, что может привести к повреждению выносных пенокамер, предназначенных для тушения основного резервуара, и разрушение защитной стенки с последующим растеканием нефтепродукта в обвалование, что грозит воспламенением соседних резервуаров. По этой причине целесообразно предусматривать защиту межстенного пространства и охлаждение защитной стенки стационарными кольцами орошения, но, в отличии от основного резервуара, обеспечивать водоснабжение данных защитных устройств от передвижной пожарной техники по системе "сухотрубов". Для защиты межстенного пространства необходимо установить - две пенные камеры с максимальным расходом - 3,3 л/с. В статье ‹‹Система тушения пожаров в нефтехранилищах подслойной подачей пены››, авторами которой являются А.С. Мамонтов, А.С.Голик рассматриваются преимущества подслойного пожаротушения. Эффективность действия системы подслойного тушения сохраняется независимо от времени протекания пожара, поскольку пена поднимается на поверхность с ‹‹холодной›› жидкостью. Экспериментальные исследования процесса подъема пены на поверхность углеводорода позволили выявить особую эффективность системы подслойного тушения при защите резервуаров с понтонами. Только эта система позволяет в первые минуты обновить нефтепродукт в слое, непосредственно прилегающем к борту резервуара. В результате происходит охлаждение горящей жидкости и вынос в кольцевой зазор низкократной пленкообразующей пены. 12 Система подслойного тушения позволяет резко снизить температуру нефтепродукта независимо от диаметра защищаемого резервуара. Преимущества системы: обеспечивает оперативное тушение пожара за счет образования на поверхности горящей жидкости огнестойкой самозатягивающейся пленки из всплывших на поверхность мелких пузырьков пены, перекрывающих доступ кислорода в зону горения; эффективна при наличии изолированных пространств, которые могут образовываться при нарушении конфигурации стен, обрушении крыши, вспучивании понтона; активность тушащего действия системы подслойного пожаротушения не зависит от времени развития пожара, поскольку низкократная пена вводится в холодный нижний слой нефти в резервуаре. 13 1.3 Обзор по научным работам В диссертации ‹‹Тушение смесевых топлив в резервуарах подачей пены под слой горючего››, автором которой является кандидат технических наук Шароварников С.А.,были получены следующие выводы: 1. Выявлены основные закономерности тушения пламени смесевых топлив пенообразователями двух типов: фторсинтетическими пенообразователями без и с полимерными компонентами. При этом определяющим фактором стабилизации пен, является соотношение поверхностного натяжения пенообразующего раствора и смесевого топлива, а контактное разрушение пены проходит через стадию образования водно-спиртовой смеси в пенных каналах и потери поверхностной активности молекулами пенообразователя . 2. Показано, что увеличение концентрации спирта в смеси с углеводородом с 5% до 15% приводит к повышению критической и оптимальной интенсивности подачи пены в два-три раза, при этом удельный расход пены на тушение единицы поверхности возрастает с 2,5 кг/м 2 до 10 кг/м 2 3. Показано, что увеличение температуры смесевого топлива изменяет условия тушения. Возрастание температуры горючего до 40 ℃ ведет к увеличению оптимальной интенсивности подачи пены из фторсинтетических пенообразователей на 50-80%. 4. Предложен механизм формирования и разрушения изолирующих пленок, который включает диффузионное растворение - экстракцию спирта из смесевого топлива и формирование размытой межфазной границы, состоящей из смеси водного раствора со спиртом. Разрушение изолирующей пленки происходит из-за десорбции молекул пенообразователя с межфазной границы. Показано, что изолирующая эффективность пленок из фторсинтетических пенообразователей утрачивается при достижении концентрации спирта, в смеси с углеводородом, равной 10% об. 5. Выявлен механизм процесса тушения смесевых топлив пенообразователями с полимерным компонентом, в котором учитывается 14 двойственное действие полимерного компонента,который с одной стороны повышает термическую устойчивость пены, а с другой замедляет процесс растекания и ведет к накоплению избыточного слоя пены. 6. Разработаны рекомендации по проектированию системы подслойного тушения пожаров резервуаров со смесевыми автомобильными топливами,низкократной фторсодержащей пеной. В диссертации ‹‹Закономерности тушения пожаров нефтепродуктов в резервуарах подслойным способом в условиях интенсивного движения жидкости››, автором которой является кандидат технических наук Молчанов В.П., были получены следующие выводы: 1. Разработана модель процесса тушения пламени в резервуаре, в которой последовательно рассмотрены: ввод пены в слой горючего, движение пены и увлекаемой ею жидкости к поверхности, образование "буруна", формирование пенного слоя в условиях встречного движения нефтепродукта и частичное поглощение пены циркулирующими потоками горючего. 2. На основе предложенной модели показано, что по мере увеличения удельной скорости выгорания, используемого в эксперименте нефтепродукта, возрастает величина критической интенсивности подачи пены. Синхронно увеличиваются оптимальная интенсивность и удельный расход пенообразователя. Предложена методика определения величины оптимальной интенсивности подачи пены на основе комплекса, учитывающего положение экстремальных значений на кривых зависимости "удельные затраты" и "удельная скорость тушения" от интенсивности ввода пены. 3. На примере экспериментов с реальными резервуарами объемом 700 м 3 , 2000 м 3 и 5000 м 3 показано удовлетворительное совпадение времени тушения и удельного расхода пенообразователя с расчетными величинами, при этом в качестве базового варианта, по которому определяли имперические константы, характеризующие интенсивность циркуляции жидкости, использовали натурные эксперименты с РВС-5000. 15 4. Установлено, что оптимальное количество пенных насадков и их расположение в резервуаре зависит от размера резервуара: высоты и площади, удельной скорости выгорания нефтепродукта поверхностного натяжения пенообразующего раствора и кратности пены. Превышение или снижение количества пенных насадков относительно оптимального приведет к увеличению времени тушения и удельных затрат пенообразователя. В диссертации ‹‹Комбинированный способ тушения пожаров автомобильных бензинов европейского стандарта в наземных вертикальных стальных резервуарах››, автором которой является кандидат технических наук Бастриков Д.Л., были получены следующие выводы: 1. Определена эффективность изолирующей способности водных пленок фторсинтетических пенообразователей, позволяющая количественно оценить влияние концентрации спирта в бензине. Установлено, что при концентрации спирта в бензине до 5% время защитного действия водных пленок у различных пенообразователей практически не изменяется. При увеличении концентрации спирта более 15% скорость процесса разрушения пленок резко возрастает, а при большей концентрации спирта в бензине изолирующая эффективность пленок полностью утрачивается. 2. Установлено, что увеличение концентрации спирта в автомобильных бензинах с 5 до 15% приводит к повышению критической и оптимальной интенсивности подачи пены в 3-4 раза, при этом удельный расход пены на тушение единицы поверхности бензина в резервуаре возрастает с 2,5 до 16 кг/м 2 3. Разработана экспериментальная установка и методика проведения опытов по определению огнетушащей эффективности пенообразователей при тушении пожаров автомобильных бензинов в РВС комбинированным способом. Разработана номограмма для определения количественных режимов подачи пены комбинированным способом в резервуар. Установлено, что с увеличением концентрации спиртов в автомобильных бензинах от 5 до 15% соотношение количественного показателя подачи пены должно составлять 25-30% под слой нефтепродукта и 70-75% - на поверхность бензинов. 16 |