Руслан Маркленович Джумагалиев,
к.т.н., профессор, начальник отдела СНИЦ ПБ и ГО МЧС РК

Ирина Анатольевна Васина,
инженер ГККП «Служба спасения г.Алматы»

    Казахстан в своем социально-экономическом развитии большое значение уделяет развитию областей промышленности связанной с добычей и переработкой нефти. В связи с увеличением объемов хранения нефти и нефтепродуктов, опасность современных технологических процессов в нефтяной и нефтеперерабатывающей промышленности непрерывно возрастает. Доля нефти и газа среди первичных энергетических источников возросла до 70%. На рисунке 1 показана динамика мировой добычи углеводородного топлива на конец прошлого тысячелетия.

Энергонасыщенность современных объектов стала колоссальной: типовой нефтеперерабатывающий завод мощностью 10-15 млн. т/год сосредотачивает на своей площадке от 300 до 500 тыс. тонн углеводородного топлива, энергетическое содержание которого эквивалентно 3-5 мегатоннам тротила. Растут единичные мощности технологических аппаратов, количества находящихся в них опасных жидкостей.
Не смотря на осуществления обширного комплекса мероприятий по предупреждению пожаров на объектах нефтегазового комплекса, периодически общество потрясает информация о таких чрезвычайных ситуациях. Потому что, пожары, происходящие на объектах связанных с хранением, транспортировкой, переработкой углеводородного сырья наносят большой социально экономический и экологический ущерб, нередко влекут за собой травматизм и гибель людей.
Одной из самых больших катастроф на хранилище сжиженного нефтяного газа компании «Памекс», в пригороде мексиканской столицы Мехико произошла в ноябре 1984 года. Погибло 554 человека, свыше 3000 получили ожоги и травмы. 350 тысяч человек было эвакуировано из опасной зоны. Во время пополнения запасов сжиженного нефтяного газа произошла утечка газа. Газовое облако быстро распространилось над территорией хранилища и за его пределами, достигнув ближайших жилых домов. Причину его воспламенения установить не удалось. Последовали сильные взрывы. Обломки металлов и целые цистерны разлетались на расстояние 1000-2000 метров, разрушая дома, убивая и калеча людей.
При взрыве газовоздушного облака на железнодорожном перегоне в Башкирии 1989 году в катастрофу попали два пассажирских состава. В результате взрыва и пожара углеводородов, истекавших из поврежденного газопровода, погибло и пострадало от ожогов более 1000 человек, оказавшихся непосредственно в зоне горения.
Имели место пожары, связанные с горением углеводородов и в Казахстане.
Так, на пример, в феврале 1988 года в резервуарном парке Чимкентского НПЗ произошел пожар РВС-5000 м3 с ловушечным нефтепродуктом. В результате пожара образовался гомотермический слой, что привело к выбросу горящей нефти из резервуара. Погиб старший лейтенант внутренней службы Алпысбаев Б. (посмертно награжден орденом «Красной звезды»). Семь сотрудников противопожарной службы, участвующих в процессе тушения пожара, получили травмы различной степени тяжести.
В городе Алматы в 1997 г. на территории фирмы «Астана-Контракт» в результате аварии железнодорожной цистерны с бензином произошел разлив на большую площадь. От искры выхлопной трубы автомобиля спонтанно произошло воспламенение разлившегося топлива. В зоне горения оказались люди и автотехника. В результате 2 человека погибли, 5 человек получили телесные повреждения, сгорело несколько автомобилей.
20 мая 1989 г. в районе маневрового парка товарной станции Алма-Ата II из-за грубого нарушения порядка маневровых работ произошло столкновение двух составов. В результате оказалось пробито днище одной из цистерн. Площадь пробоины составляла около 120 см2.
Из пробоины немедленно началось истечение сжиженной смеси пропана и бутана. Через 3-5 минут после начала истечения произошло воспламенение газо-воздушного облака, причиной которого, по-видимому, явились искры из выхлопного коллектора работающего двигателя паровоза.
После вспышки образовался мощный факел, который накрыл соседнюю цистерну. Через 18-20 минут после начала горения одна цистерна взорвалась, несмотря на то, что прибывшие за несколько минут до этого пожарные решили подать воду на охлаждение поверхности цистерны. В результате взрыва образовался «огненный шар» – крупномасштабное диффузионное облако сжиженного газа.
«Огненный шар» поднялся над землей. За несколько секунд своего существования он мощным тепловым излучением вызвал поражение людей и многочисленные загорания в радиусе 180 м. Получили ожоги различной степени около 200 человек, имелись человеческие жертвы. Такое большое число пострадавших объясняется тем, что население микрорайона пришло посмотреть на пожар. При этом основная масса людей находилась в 70-80 метрах от цистерны. В результате аварии полностью сгорели 13 частных домов с надворными постройками, которые были расположены в 40-70 метрах от места аварии. Сгорели 2 локомотива, 3 вагона с мебелью, имели место загорания на складе деревянной тары. Отлетевшие осколки разорвавшейся цистерны поразили близлежащее промышленное здание, построенное из железобетонных конструкций.
Приведем последний пример. 9 марта 2007 года произошел пожар нефтегазовой скважины № 8 на месторождении «Кенлык». Подрядчик этого ТОО – компания АО «Сырдарьямунай» бурила нефтегазовую скважину проектной глубиной 1550 метров. Когда забой дошел до отметки 1502 метра, произошло поглощение бурового раствора, перешедшее в открытый фонтан. Трудность заключалась в том, что необходимо было расчистить устье горящей скважины. Ликвидировать горящее пламя удалось только после того, как прибыла мощная пожарная техника из Атырау. 17-го же начались работы по глушению скважины, к утру 18 марта фонтан полностью потушен. К счастью жертв и пострадавших не было.
Поэтому одним из направлений противопожарной защиты данного рода объектов является нормирование безопасных расстояний.
Нормированию противопожарных разрывов в резервуарных парках посвящено большое количество исследований. Первые работы в этой области выполнены в начале 70-х годов Б.И. Грушевским и А.Х-С. Измаиловым. В основу разработанного метода обоснования величины противопожарных разрывов положена классическая теория теплообмена излучением. Счи- тается, что конвективной составляющей теплового воздействия можно пренебречь. Доля тепловой энергии, передаваемой конвекцией в условиях штиля, составляет в среднем около 1 %.
С точки зрения безопасности наиболее важным параметром пожаров на резервуарах с горючими жидкостями является тепловое излучение от пламени на близкорасположенное технологическое оборудование.
Излучательная способность (тепловая мощность) пламени открытого пожара представляет собой количество энергии, выходящей за единицу времени с единицы поверхности «лепестка» пламени в форме радиационного теплообмена. Поэтому эта величина зависит от расположения элементарной площадки на внешней поверхности области термохимической реакции (зоны горения), динамики самого процесса, внешних гидродинамических воз- действий на пламя и ряда других явлений.
Пламя жидких углеводородов относится к типу диффузионных, в которых скорость процесса сгорания определяется в основном факторами гидродинамического порядка, то есть сильно зависит от интенсивности воздушных потоков к пламени. На рисунке 2 представлена фотография реального пожара нефтяного резервуара.
В практическом приложении термин «излучательная способность» означает некоторую усредненную по всей поверхности оболочки пламени величину излучения, выходящего через единичную площадку не реальной сложной поверхности, а некоторого его геометрического приближения
В пределах противопожарных разрывов между резервуарами или между горящим резервуаром и рядом расположенными зданиями и сооружениями необходимо использовать модель поверхностно-объемного излучателя.
В модели поверхностно-объемного излучателя считается, что источником энергообразования является весь объем реагирующих газов, в котором одновременно протекают процессы излучения и поглощения, а внешний радиационный теплообмен происходит с поверхности геометрического приближения, причем исследователи данной проблемы не были единодушны в выборе геометрической фигуры источника излучения. В виде таких фигур принимался цилиндр, конус или сфера. При этом ранее моделирование пожара осуществлялось при допущении, что горение происходит в условиях штиля. Позже зарубежными ученными были получены достаточно сложные формулы для определения коэффициента облученности при ветре, но и они имели ограниченную область применения.
Авторами на основе законов Стефана-Больцмана и Ламберта, а также на основе натурных огневых крупномасштабных огневых опытов проводимых в апреле 1989 в Алматы была разработана методика определения плотности падающего теплового потока от факела горящего нефтепродукта при условиях ветрового воздействия для любых соотношения «пламя-объект».
Кроме того, были получены формулы, для определения высоты факела открыто горящего нефтепродукта, в зависимости от типа топлива, диаметра резервуара и скорости ветра. Получена формула для определения формы факела в зависимости от скорости ветра. Впервые было получено зависимость для определения среднеповерхностной и локальной плотности излучения факела в зависимости от типа топлива, диаметра очага пожара и направления ветра.
На рисунке 3 показан пожар нефтепродукта при воздействии ветра, где видно, что при этом происходит некоторое опускание пламени ниже кромки резервуара, нами был веден термин «угол перелива пламени» и получена формула по его определению. Эти данные учтены в методике определения плотности падающего теплового потока от факела горящего нефтепродукта при условиях ветрового воздействия для любого соотношения «пламя-объект». Кроме того знания о величине «угла перелива пламени» имеет большое значение для проектирования колец орошения (охлаждения) резервуара при пожаре.
При пожаре в резервуарном парке, объектами, тепловое воздействие на которые может вызвать осложнение обстановки, являются рядом расположенные резервуары, здания и сооружения, люди.
Результаты проведенных исследований были внедрены в следующих нормативных документах:
- СНиП 2.11.03-93 «Склады нефти и нефтепродуктов. Нормы проектирования»;
- Рекомендации по тушению пожаров нефти и нефтепродуктов в резервуарах. Москва: ВНИИПО МВД СССР, 1991. - 48 с.;
- Рекомендации по определению безопасных тепловых зон при тушении пожаров в резервуарных парках. Утв. УПО МВД Казахской ССР 12.03.90. г. Алма-Ата, 1990.- 9с.
- Рекомендации по тушению пожаров ЛВЖ и ГЖ в резервуарных парках на объектах народного хозяйства Узбекской ССР. Утв. УПО Узбекской ССР. 30.09.90 г. Ташкент, 1990.
- Рекомендации по обеспечению безопаснос-ти обслуживающего персонала при пожаре в резервуарном парке Алма-Ата: Казнефтепродукт 1992. – 26 с.
Приведенная выше методика являлась основой при проведении следующих тем научно-исследовательских работ:
- Разработка технического решения противопожарной защиты на базе хранения ГСМ но 3200 м3 ТОО «Гелиос» в г Атырау;
- Провести исследование и подготовить заключение о соответствии проекта НПС «Атырау» РВСПК 20000 м 3 № 13 Западного филиала АО «Казтрансойл» требованием пожарной безопасности;
- Провести исследование и подготовить заключение по обеспечению безопасности людей и противопожарной защищенности склада ГСМ ТОО «БатысМунайГаз» в поселке Доссор Атырауской области;
- Провести исследование и подготовить заключение по проектной документации спирто-хранилища и сливо-наливных устройств биэтанола (определение радиуса поражения людей от теплового воздействия пожара) ТОО «БМ», Жамбыльская область.
- Провести исследование и подготовить заключение на соответствие требованиям пожаро-взрывобезопасности технологического процесса пункта промывки железнодорожных цистерн ТОО «АК-Жайык-7» в г.Атырау.
По данной тематике авторами подготовлено около 25 трудов нормативного, научно-технического и методического характера, а также разработана компьютерная программа для решения стандартных задач по определению теплового воздействия при горении жидких углеводородов со свободной поверхности. Следует отметить, что разработанная методика позволяет определить безопасные расстояния не только при горении жидких углеводородов, но и при пожарах типа «огненный шар» и нефтяных фонтанов. Кроме того, используя эту программу, представляется возможным исследовать закономерности распределения тепловых потоков и при других крупных открытых пожарах.
Авторы с благодарностью рассмотрят все замечания по данной работе и предложения по дальнейшему развитию актуальной проблемы обеспечения пожарной безопасности объектов нефтегазового комплекса Республики Казахстан.
 

Все замечания и предложения просим направлять по электронной почте на адрес: Ruslan_djum@mail.ru