Scientific journal

Modern problems of science and education

ISSN 2070-7428

"Перечень" ВАК

ИФ РИНЦ = 1,006

Особую пожарную опасность представляют предприятия нефтепродуктообеспечения. Пожары нефти и нефтепродуктов в резервуарах являются сложными и крупными, ликвидируются с большим трудом и наносят огромный ущерб. Проведенный анализ статистических данных аварий и пожаров на предприятиях данной специализации показал, что наиболее опасной является ситуация, которая имеет место при полном разрушении резервуаров, так как образовавшийся поток нефтепродуктов (волна прорыва) разрушает обвалование и выходит за его пределы, что приводит к катастрофическим последствиям
[4; 5; 7; 8]. Площадь разлива нефтепродуктов в этом случае может достигать нескольких сотен тысяч квадратных метров [3]. Такие происшествия приводят к масштабным финансовым потерям, загрязнению окружающей среды и к угрозе человеческой жизни.

Согласно статистическим данным, большинство аварий и пожаров при хранении, транспортировке, заправке, сливе и перекачке нефтепродуктов являются следствием ряда последовательных, взаимно связанных ошибочных действий людей, нарушения правил техники пожарной безопасности в процессе производства и недостатков в конструкции технологического оборудования. При этом лишь небольшое число аварий и пожаров зависит от случайности. В частности, до 67% аварий и пожаров, происшедших в различное время на предприятиях химической и нефтехимической промышленности в РФ и за пределами ее территории, было вызвано неисправностью используемого технологического оборудования, контрольно-измерительных приборов и систем автоматического управления. В то же время до 17% аварий и пожаров обусловлено отсутствием систем их предотвращения и противопожарной защиты. Исходя из выше сказанного, можно заключить, что до 84% взрывов и пожаров можно было предотвратить или не допустить [2].

Настоящее исследование проводится с целью модернизации автомобиля газо-водяного тушения (АГВТ) для последующего его применения как для предприятий гражданской авиации, так и для объектов добычи, транспортировки, переработки и хранения нефтепродуктов, расположенных на территории РФ.

Методы исследования, применяемые в настоящей работе, основаны на принципах анализа и синтеза патентно-информационных и литературных источников, опытно-конструкторских и научно-исследовательских разработок, связанных с автомобилями газо-водяного тушения.

Затруднения при тушении нефтепродуктов, газонефтяных фонтанов и воздушных судов в основном связаны с неопределенностью площади горения и наличием высоты пламени. Непосредственно для газонефтяных фонтанов пожарная нагрузка не поддается исчислению, так как под землей нефти может быть большое количество [1]. Ущерб от такого пожара считается очень просто, достаточно знать дебет (отдачу скважины) и умножить его на стоимость нефти, и получим то количество денег, которое сгорает в течение секунды.

В результате анализа существующих методов (рис. 1) [6] и средств тушения нефтепродуктов установлено, что самым действенным, наиболее приемлемым и экономически выгодным методом является тушение газо-водяной струей, так как основным фактором при тушении нефтепродуктов является срыв пламени. В то же время наиболее эффективным подходом к решению обозначенной проблемы является использование струи отработавших газов с мелкодиспергированной водой, направленной в очаг возгорания, для создания которой используются специализированные автомобили.

Рис. 1. Существующие средства и методы тушения нефтепродуктов.

Автомобили газового тушения, применяемые в РФ, подразделяются на автомобили газо-водяного и углекислотного тушения. Автомобили углекислотного тушения предназначены для тушения пожаров приборов электрооборудования, находящегося под напряжением, очагов горения в труднодоступных местах. Данные автомобили промышленностью России не выпускаются, а изготовляются в пожарных отрядах для использования в крупных городах. Автомобили газо-водяного тушения применяются для тушения нефтяных и газовых фонтанов, разлившихся нефтепродуктов, для охлаждения оборудования и металлоконструкций. Огнетушащим средством на автомобилях газо-водяного тушения является газо-водяная струя, состоящая из смеси отработавшего газа турбореактивного двигателя и распыленной до мелкодисперсного состояния воды (диаметр капель менее 0,1 мм). Источником отработавших газов служит установленный стационарно на автомобиле отработавший летный моторесурс и капитально отремонтированный турбореактивный двигатель (ТРД). Мелкодисперсная вода в струю отработавшего газа ТРД подается из лафетных стволов, закрепленных на ТРД, и образовавшаяся газо-водяная смесь направляется в очаг горения. Огнетушащий эффект газо-водяной струи заключается в срыве пламени за счет скорости выхлопных газов, понижении температуры в зоне горения и разбавлении горючих паров и газов [9], а распыленные капли воды, испаряясь, связывают кислород воздуха и не дают огню разгореться вновь. Для достижения необходимого давления и водоотдачи АГВТ обвязывают с одной или двумя пожарной насосной станцией.

Для рационального тушения пожаров автомобили газо-водяного тушения должны удовлетворять ряду требований:

1) базовое шасси должно быть высокой проходимости, так как автомобили данного вида используются в условиях бездорожья;

2) турбореактивный двигатель должен иметь большую тягу с достаточно большим количеством отработавших газов;

3) направление огнетушащей струи должно регулироваться в вертикальной или горизонтальной плоскостях;

4) конструкция автомобиля данного вида должна содержать устройства, обеспечивающие его устойчивость при работе ТРД [6].

Технические характеристики автомобилей газо-водяного тушения, применяемых в РФ, представлены в таблице 1.

Таблица 1

Технические характеристики автомобилей газо-водяного тушения

Анализ данных таблицы 1 показал, что в рассмотренных конструкциях АГВТ имеется следующий ряд недостатков:

1) отсутствует возможность поднятия на высоту площадки с установленным ТРД;

2) ограниченный сектор поворота;

3) повышенный расход топлива;

4) машина приспособлена только для тушения или газовых, или нефтяных фонтанов, бьющих под давлением, а тушение разлитого нефтепродукта невозможно;

5) недостаточная устойчивость базовых шасси автомобиля.

Для устранения выявленных недостатков необходимо реализовать модернизацию мобильной установки газо-водяного тушения. В качестве базовой была выбрана транспортная машина марки КамАЗ-4310. Использование машины данного вида позволяет существенно расширить сферу применения АГВТ, так как это позволяет применять предлагаемую машину как в местах с проложенным дорожным полотном, например аэропорт, так и в условиях бездорожья. Прототип подъемной площадки предлагаемой разработки взят из конструкции аэродромной универсальной противообледенительной машины (УПМ), используемой для удаления обледенения с поверхности воздушных судов. На подъемной площадке АГВТ размещено технологическое оборудование: бак для воды, авиационный двигатель М-701, бак для авиационного топлива объемом 1,6 м³, кабина управления и система подачи мелкодисперсной воды в струю отработавших газов. Подъемный механизм обеспечивает поднятие площадки совместно с технологическим оборудованием на высоту до 5,4 м. Схематичное изображение модернизированного автомобиля газо-водяного тушения представлено на рис. 2.

Рис. 2. Схематичное изображение модернизированного АГВТ:

1 - базовая транспортная машина марки КамАЗ-4310; 2 - подъемная площадка с авиационным двигателем М-701; 3 - рама крепления подъемной площадки к базовой транспортной машине.

В результате проведенной модернизации получена мобильная установка газо-водяного тушения, которая обладает повышенной проходимостью, маневренностью, позволяет производить тушение пожаров на высоте свыше 5 м. Угол поворота площадки с авиационным двигателем М-701 в горизонтальной плоскости из среднего положения составляет ±90±5°. Угол поворота сопла авиационного двигателя М-701 в вертикальной плоскости из среднего положения составляет ±45±2°.

Выполненные расчеты на статическую и динамическую устойчивость при максимальной высоте установки авиационного двигателя М-701 и пустом топливном баке в процессе тушения показали, что коэффициент устойчивости превышает допустимый в 8 раз. Данный запас устойчивости позволяет производить тушение во время движения АГВТ. Подача воды может осуществляться как из внутренних, так и из внешних источников, таких как автоцистерна, водопровод, резервуар, водоем. Продолжительность непрерывного процесса тушения, исходя из величины расхода топлива авиационного двигателя М-701, составляет 2 часа.

Заключение. В результате проведенной модернизации АГВТ обеспечивается поднятие площадки с установленным авиационным двигателем М-701 на высоту до 5,4 м, что увеличивает дальность газо-водяной струи, обеспечивает возможность ее применения как для объектов добычи, транспортировки, переработки и хранения нефтепродуктов, так и для предприятий гражданской авиации, расположенных на территории РФ. Полученная конструкция АГВТ обладает высокими динамическими качествами, улучшенными эргономическими характеристиками, показателями надежности, проходимостью в условиях бездорожья, способностью по прибытии к месту пожара на ходу подавать огнетушащие вещества. Это позволяет организовывать водяные атаки в кратчайший срок, что создает возможность для сокращения времени локализации очага пожара, так как продолжительность пожара увеличивает вероятность его распространения на соседние резервуары или объекты. Модернизированный АГВТ может также использоваться и для охлаждения водой горящих резервуаров, находящиеся на значительном расстоянии, что обеспечивает безопасность личного состава и условия для его безошибочных действий. Использование разработанной мобильной установки позволит спасательным службам России повысить скорость и эффективность тушения пожаров.

Рецензенты:

Петровский Э.А., д.т.н., профессор, заведующий кафедрой технологических машин и оборудования нефтегазового комплекса, ФГАОУ ВПО «Сибирский федеральный университет», г. Красноярск.

Минеев А.В., д.т.н., профессор, заведующий кафедрой бурения нефтяных и газовых скважин, ФГАОУ ВПО «Сибирский федеральный университет», г. Красноярск.