Виникнення та розвиток пожежі в резервуарі залежить від таких факторів: наявності вибухонебезпечних концентрацій парів нафти (нафтопродуктів) всередині і зовні резервуара, наявності джерела запалювання, властивостей горючої рідини, що зберігається, конструктивних особливостей резервуара. Коротка характеристика резервуарів і резервуарних парків представлена в додатку 4.
Пожежа в резервуарі в більшості випадків починається з вибуху пароповітряної суміші, що утворюється під покрівлею резервуара. На можливість виникнення вибухонебезпечних концентрацій всередині резервуарів суттєво впливають фізико-хімічні властивості нафти та нафтопродуктів, що в них зберігаються, конструкція резервуара, технологічні режими експлуатації, а також кліматичні і метеорологічні умови. Вибух у резервуарі зі стаціонарною покрівлею призводить до підриву (рідше до зриву) покрівлі з наступним горінням на всій поверхні горючої рідини. При цьому, навіть на початковій стадії, горіння нафти та нафтопродуктів у резервуарі може супроводжуватися потужним тепловим випромінюванням у навколишнє середовище, а висота полум’я складати 1-2 діаметри резервуара, що горить. Відхилення факела полум’я від вертикальної вісі при швидкості вітру близько 4 м/с може досягати 60-70 градусів.
Факельне горіння може виникнути на дихальній арматурі, в місцях з’єднання пінних камер зі стінками резервуара, інших отворах або тріщинах у покрівлі, або стінках резервуара при концентрації парів нафтопродукту в резервуарі вище ВКМПП.
Якщо при факельному горінні спостерігається чорний дим і червоне полум’я, це свідчить про високу концентрацію парів пального в об’ємі резервуара, у такому випадку імовірність вибуху невелика. Синьо-зелене факельне горіння без димоутворення свідчить про те, що концентрація парів продукту в резервуарі близька до області займання, і існує реальна загроза вибуху.
На резервуарах з плаваючою покрівлею на початку розвитку пожежі можуть утворюватися локальні осередки горіння в зоні ущільнюючого затвору і в місцях накопичення горючої рідини на поверхні плаваючої покрівлі. Внаслідок теплового впливу локального осередку горіння відбувається руйнування герметичного затвору, а повна втрата плавучої здатності та затоплення покрівлі в реальних умовах може статися приблизно через одну годину.
У разі зберігання нафти та нафтопродуктів в умовах низьких температур та за умов деформації стінок резервуара може статися “зависання” понтону або плаваючої покрівлі під час відкачування продукту з резервуара, що може призвести до їх падіння з утворенням фрикційних іскор, які можуть спричинити виникнення пожежі.
Умовами для виникнення пожежі в обвалуванні резервуарів є: перелив продукту, що зберігається, порушення герметичності резервуара, засувок, фланцевих з’єднань, технологічних трубопроводів, наявність просоченої нафтопродуктом теплоізоляції на трубопроводах і резервуарах.
Подальший розвиток пожежі залежить від місця її виникнення, розмірів початкового осередку горіння, стійкості конструкції резервуара, кліматичних і метеорологічних умов, оперативності дій та кваліфікації персоналу об’єкту, роботи систем протипожежного захисту, часу прибуття пожежних підрозділів.
Як свідчать результати аналізу пожеж і аварій, що відбулися як в нашій країні, так і за кордоном, а також матеріали наукових досліджень, пожежі в резервуарах і резервуарних парках можуть розвиватися за такими варіантами (рис. 1.1).
Пожежі поділяються на такі рівні:
перший (А) – виникнення та розвиток пожежі в одному резервуарі без впливу на інші;
другий (Б) – розповсюдження пожежі в межах однієї групи;
третій (В) – розвиток пожежі з можливим руйнуванням резервуара, що горить, і резервуарів, що знаходяться поряд з ним, переходом його на сусідні групи резервуарів і за межі резервуарного парку.
Рисунок 1.1 – Схема можливих сценаріїв розвитку пожежі в резервуарному парку
______________________________
Примітка. Схему розроблено спеціалістами ВНДІПО МНС Росії.
За умови назначеної висоти шару нафтопродукту в резервуарах типу “ПП” та “СПП”, коли горіння відбувається під понтоном чи плаваючою покрівлею, умови гасіння пожежі ускладнюються. Потраплянню піни на вільну поверхню нафтопродукту перешкоджають корпус понтону (плаваючої покрівлі) і елементи герметичного затвору.
В залізобетонному резервуарі внаслідок вибуху відбувається руйнування частини покриття. Горіння на ділянці отвору, що утворився, супроводжується обігріванням залізобетонних конструкцій покриття. Через 20-30 хв може статися обвалення покрівлі та стін резервуара і збільшення площі пожежі.
Розвиток пожежі в обвалуванні характеризується швидкістю поширення полум’я поверхнею розлитого нафтопродукту, яка складає близько 0,05 м/с для рідин, що нагріті до температури, яка нижча за температуру їх спалаху, і перевищує 0,5 м/с для рідин, що нагріті до температури, яка вища за температуру їх спалаху. Після 10-15 хв впливу полум’я відбувається втрата несучої здатності маршових сходів, вихід з ладу вузлів керування корінними засувками і хлопавками, розгерметизація фланцевих з’єднань технологічних трубопроводів, порушення цілісності конструкцій резервуара, може статися вибух у резервуарі.
Одним з найбільш важливих параметрів, що характеризує розвиток пожежі в резервуарі, є тепловий режим пожежі. В залежності від фізико-хімічних властивостей горючих рідин, характер розподілу температур в об’ємі рідини може бути різним. Під час горіння гасу, дизельного пального, індивідуальних рідин значення температури експоненціально знижується від температури кипіння на поверхні до температури зберігання в глибинному шарі. Характер кривої розподілення температури горючої рідини змінюється зі збільшенням тривалості горіння.
Під час горіння мазуту, нафти, деяких видів газового конденсату і бензину в пальному утворюється гомотермічний шар, висота якого збільшується з плином часу.
Лінійні швидкості вигоряння та прогрівання нафти та нафтопродуктів багато в чому залежать від швидкості вітру, вмісту води в продукті, характеру руйнування покрівлі, організації охолодження стінок резервуара. Значення швидкостей вигоряння та прогрівання горючих рідин, під час горіння яких утворюється гомотермічний шар з температурою вищою за 100 0С, які слід приймати для проведення розрахунків, наведено в табл. 1.1.
Із збільшенням швидкості вітру до 8-10 м/с швидкість вигоряння горючої рідини збільшується на 30-50%. Сира нафта і мазут, що містять емульговану воду, можуть вигоряти з більшою швидкістю порівняно з вказаною в таблиці 1.1.
Таблиця 1.1 – Лінійна швидкість вигоряння та прогрівання деяких вуглеводневих рідин
| Найменування горючої рідини | Лінійна швидкість вигоряння, м/год. | Лінійна швидкість прогріву пального, м/год. |
| Бензин Гас Газовий конденсат Дизельне пальне із газового конденсату Суміш нафти і газового конденсату Дизельне пальне Нафта Мазут | До 0,30 До 0,25 До 0,30 До 0,25 До 0,20 До 0,20 До 0,15 До 0,10 | До 0,10 До 0,10 До 0,30 До 0,15 До 0,40 До 0,08 До 0,40 До 0,30 |
Накопичення теплової енергії в пальному призводить до значного збільшення витрат пінних засобів на гасіння. Крім цього, збільшення часу вільного розвитку пожежі збільшує небезпеку її розповсюдження на сусідні резервуари, сприяє виникненню факторів, що ускладнюють гасіння, утворює небезпеку спінювання та викиду.
Спінювання горючої рідини відбувається внаслідок присутності в шарі нафти (нафтопродукту) емульгованої води, яка при прогріванні горючої рідини вище 1000С випаровується та спричиняє спінювання нафти чи нафтопродукту. Спінювання може відбутися приблизно через 60 хв після початку горіння при вмісті вологи в нафті (нафтопродукті) більше 0,3%. Спінювання також може статися в початковий період пінної атаки при подаванні піни на поверхню горючої рідини, температура якої перевищує 1000С. Цей процес характеризується інтенсивним горінням спіненої маси продукту, збільшенням висоти полум’я в 2-3 рази і температури полум’я до 15000С.
Під час горіння рідини на верхньому рівні наливу може статися перелив спіненої маси через борт резервуара, що створює загрозу людям, збільшує небезпеку деформації стінок резервуара, що горить, і переходу вогню на сусідні резервуари та споруди.
Викид нафти та темних нафтопродуктів з резервуара, що горить, відбувається тоді, коли гомотермічний шар горючої рідини досягає поверхні шару донної (підтоварної) води. Шар прогрітої горючої рідини під час контакту з водою нагріває її до температури значно більшої, ніж температура кипіння. Внаслідок цього відбувається інтенсивне закипання води з виділенням великої кількості водяної пари, яка викидає горючу рідину, що знаходиться над нею, за межі резервуара.
Зазвичай викиду передують зовнішні ознаки – посилення горіння, зміна кольору полум’я, посилення шуму під час горіння, можуть також спостерігатися окремі потріскування (хлопки), вібрація верхніх поясів стінки резервуара. Як правило, викид має пульсуючий характер, причому інтенсивність його, тобто збільшення висоти і об’єму полум’я, зростає в самому процесі викиду. Товщина шару донної води, як правило, на потужність викиду не впливає. Приблизний час від початку пожежі до очікуваного моменту початку викиду визначається за формулою:
Т = (H - h) / (W + u + V), (1.1)
де Т – час від початку пожежі до очікуваного моменту початку викиду, год.;
Н – початкова висота шару горючої рідини в резервуарі, м;
h – висота шару донної води, м;
W – лінійна швидкість прогрівання горючої рідини, м/год. (табл. 1.1);
u – лінійна швидкість вигоряння горючої рідини, м/год. (табл. 1.1);
V – лінійна швидкість зниження рівня внаслідок відкачування, м/год. (якщо відкачування не робиться, то V =0).
У разі затоплення плаваючої покрівлі або понтону за значення Н слід брати висоту шару продукту тільки над покрівлею або понтоном (рис. 1.2).
 |
Рисунок 1.2 – Визначення висоти продукту для розрахунків часу викиду
Під час пожежі в резервуарі можливе утворення "карманів", наявність яких значно ускладнює процес гасіння. "Кармани" можуть бути різної форми та площі і утворюються як на стадії виникнення пожежі внаслідок перекосу понтону, плаваючої покрівлі, часткового обрушення стаціонарної покрівлі, так і в процесі розвитку пожежі внаслідок деформації стінок.
Стійкість резервуара, що горить, залежить від організації дій щодо його охолодження. У разі відсутності охолодження резервуара, що горить, протягом 5-15 хв стінка резервуара деформується до рівня наливу горючої рідини.
Додаток 2
до Інструкції щодо гасіння
пожеж у резервуарах із нафтою
та нафтопродуктами
