«Гибридная пена» для пожаровзрывопредотвращения на объектах нефтегазодобычи в Арктике

В последние 10-20 лет ведущими странами мира осуществляется интенсивное освоение территорий Арктической зоны – региона, расположенного севернее полярного круга. Данная территория является сферой экономических интересов восьми арктических стран, среди которых максимальную протяженность границ в Арктике имеет Россия.

Наиболее важными проблемами в обеспечении пожарной безопасности объектов Арктического бассейна, как морского, так и берегового базирования, являются проблемы пожаровзрывопредотвращения и экологические проблемы применения огнетушащих составов.

Известно, что в части профилактики аварий на объектах   обращения СУГ и СПГ комплекс нормативных  документов, мер и  способов предотвращения более или менее достаточен. Однако нормы и практические рекомендации по предотвращению взрыва в ходе развития аварии, по предотвращению возникновения пожара или его тушению   в  стадии  развития  аварии явно недостаточны, практически не  проверены, а иногда и опасны с точки зрения ухудшения аварийной  ситуации.

Это подтверждается целой серией крупных пожаров в нефтехранилищах и на заводах за последние 10-15 лет, которые не были потушены за нормативное время, как в Российской Федерации, так и за рубежом. При чем, как ни странно, именно на тех объектах, где в качестве огнетушащего вещества использовались хорошо разрекламированные средства тушения пожаров типа AFFF фирмы «3М», США.

Как в мире, так и в Российской Федерации имеется достаточно большое количество происшествий, свидетельствующих о том, что вероятность взрывов и пожаров на объектах  производства и транспортировки сжиженного природного и углеводородного газа чрезвычайно высокая. Расчеты, проведенные группой ученых ФГБУ «27 НЦ» МО РФ, подтверждают, что мощность взрыва паровоздушного облака при одномоментном истечении тысячи тонн сжиженного СПГ по воздушной ударной волне будет сопоставимо с мощностью взрыва ядерного оружия около 10 килотонн.

Анализ проектных решений при строительстве как мини-заводов, так и крупномасштабных заводов и предприятий по производству, хранению и транспортировке СУГ и СПГ у нас в стране и за рубежом, показывает на целый ряд недопустимых, на наш взгляд, решений по пожаровзрывопредотвращению и ликвидации последствий при аварийном истечении СУГ и СПГ.

В некоторых рекомендациях для ограничения распространения паров СУГ при его проливах и утечках по периметру обвалования предусматриваются паровые или водяные завесы. Ограничение распространения паров СУГ достигается путем их увлечения распыленными струями воды или водяного пара вверх и разбавления воздухом до  концентраций ниже НКПР. При этом, совершенно не учитываются ни  масштабы и площади возможных проливов, ни тот факт, что СУГ и его пары  практически не растворяются в воде, а теплота, подводимая к СУГ распыленной водой, а тем более, водяным паром, в 5-10 раз интенсифицируют, (ускоряют и усиливают) испарение СУГ при контакте с ними.

Несмотря на недопустимость применения воды для тушения пожаров розливов СУГ и СПГ, в проектах и рекомендациях все еще предусмотрены технологические приемы и способы ее применения. До настоящего времени на большинстве объектов ТЭК и даже на объектах СУГ и СПГ применяются пены на основе пленкообразующих пенообразователей, при этом эффективность тушения розливов продукта не доказана.

Проведенные в ООО НПО «СОПОТ» исследования и натурные огневые испытания в 2013-2015 гг. показали, что пены на основе пленкообразующих пенообразователей типа AFFF являются худшими при тушении пожаров СУГ и СПГ. Поэтому их использование нецелесообразно, в том числе из-за высокой токсичности.

Основной характер воздействия пенообразователей на окружающую среду – это загрязнение.

Как известно, степень загрязнения зависит от химического состава пенообразователя, а также строения молекул ПАВ.

По способности пенообразователей разлагаться под действием микрофлоры водоемов и почв, они подразделяются на биологически «мягкие» (биоразлагаемость более 80%) и биологически «жесткие» (биоразлагаемость менее 40%).

Согласно ГОСТ Р 50588-93, пенообразователи по биоразлагаемости ПАВ относятся к бысторазлагаемым, умеренно разлагаемым, медленно разлагаемым и чрезвычайно медленно разлагаемым.

Последние два класса являются наиболее вредными для окружающей среды. Поэтому их запрещается сбрасывать на биологически очистные сооружения без локальной очистки стволов физико-химическим методами.

Подробные исследования токсичности пенообразователей, выпускаемых фирмой «3М» (США), позволили установить, что фторсодержащие ПАВ, входящие в их состав даже не в значительных количествах, вызывают необратимые генные изменения у животных и человека.

Данные исследования были подтверждены докладом Комитета по рассмотрению стойких органических загрязнителей на втором совещании ООН по окружающей среде.

В докладе показано, что высокие концентрации фторсодержащих компонентов были обнаружены в организмах арктических животных, обитающих на большом удалении от антропогенных источников загрязнения. Содержание фторированных элементов зафиксировано в организмах рыб, рыбоядных птиц, а также в арктической биосреде. Высокие концентрации фторсодержащих элементов были обнаружены в печени белых медведей и песца в районе крайнего севера Канады, а также норки и белоголового орлана в США. Также доказано, что в организме хищных птиц (например, орлов) накапливаются более высокие концентрации фторсодержащих элементов.

Исследованиями, проведенными компанией «3М» (США), было установлено, что 50%-ое очищение тканей организма человека от фторсодержащих элементов составляет 152 дня. В то же время, самой же компанией был сделан вывод о чрезвычайно высокой стойкости фторсодержащих компонентов в организме. В частности, показано, что период полураспада фторсодержащих элементов превышает 41 год.

В ходе целого ряда экспериментов фторсодержащие компоненты исследовались на биоразложение.

Авторы многочисленных исследований наблюдали за аэробным биоразложением фторсодержащих в активированном канализационном осадке, культурах отложений и почвенных культурах. Ни в одном из этих исследований никаких признаков биоразложения зафиксировано не было.

Фторированные вещества уже более 10 лет назад были обнаружены в самых разнообразных местах Северного полушария, в частности на крайнем севере Канады, в Швеции, США и Нидерландах.

Попадание фторсодержащих веществ в окружающую среду исследователи связывают в первую очередь с использованием средств пенного пожаротушения на основе фторсодержащих компонентов.

Оценка опасных свойств фторированных пенообразователей показала, что присутствие и стойкость фторсодержащих элементов в окружающей среде, а также его чрезвычайно высокая токсичность и способность к аккумуляции в организме животных и человека дает основание для обеспокоенности ее воздействия на окружающую среду и здоровье человека.

Повальное увлечение фторсодержащими пенообразователями привело к перекосу и в области средств генерирования и подачи пен низкой и средней кратности. Большинство фирм ведущих стран мира в основном разрабатывали стволы, обеспечивающие получение пен низкой кратности на основе фторсодержащих пенообразователей.

Более глубокое детальное изучение показало, что существовавшее длительное время направление, связанное с применением фторсодержащих пенообразователей и стволов по генерированию пен на их основе, на сегодняшний день является делом бесперспективным, в частности, по причинам экологической безопасности.

Поэтому ведущим направлением исследований для ООО НПО «СОПОТ» стал поиск средств тушения с использованием нефторированных пенообразователей. Такая технология разработана, испытана и внедрена в практику пожаротушения в Российской Федерации более 25 лет назад.

На основе ранее проводимых работ, а также современных разработок выработана концепция противопожарной защиты особо взрывопожароопасных объектов с помощью применения комбинированных струй пен низкой и средней кратности с использованием российских экологически чистых пенообразователей и устройств по их доставке в зону горения большой мощности (производительности), дальнобойности, обеспечивающих защищаемую площадью вплоть до 15000 м2.

Данные исследования и разработки положены в основу создания нового типа стволов для получения так называемой «гибридной пены».

За последние 5-10 лет в ООО НПО «СОПОТ» проведена коренная модернизация установок комбинированного тушения пожаров с торговой маркой «Пурга», с помощью которой по запатентованной технологии получен новый вид воздушно-механической пены, отличающийся по своей структуре, вязкости, дисперсности, реологическим, тиксотропным  и другим свойствам от всех ранее известных пен на основе углеводородных пенообразователей.

Структура «гибридной пены» состоит из равномерно перемешанных пузырьков пены низкой кратности и пузырьков пены повышенной кратности с более утолщенными каналами Гиббса-Плато. Как оказалось, такая структура за счет смешения разнородных пузырьков пены позволяет сдерживать высокую температуру пламени без существенных разрушений объема самой пены. В данной ситуации проявляется эффект синергизма за счет одновременного воздействия нескольких факторов – охлаждения, разбавления парами воды зоны горения, теплопередачи (теплоизоляции), резкого снижения концентрации паров газа (топлива) в зоне горения вплоть до снижения скорости химической реакции и последующего уменьшения температуры пламени до температуры потухания. Этому способствует высокая дисперсность «гибридной пены».

Натурные огневые испытания стволов типа УКТП «Пурга», проведенные за последние 15-20 лет в ООО НПО «СОПОТ», и испытания модернизированных стволов для получения «гибридной пены» показали высокую эффективность пожаровзрывопредотвращения как легковоспламеняющихся и горючих жидкостей, так и розливов сжиженных природных и углеводородных газов. Наиболее показательными стали испытания, проведенные в августе 2019 года на полигоне НПЗ «Киришинефтеоргсинтез» (Ленинградская область, г. Кириши), где с помощью модернизированных стволов УКТП «Пурга-120», УКТП «Пурга-200», УКТП «Пурга-250», УКТП «Пурга-300» обеспечивалось тушение слоя топлива на площади 1250 м2.

Как показали результаты испытаний, применяемые для тушения пожара установки УКТП «Пурга» модернизированные, обеспечивают подачу «гибридной пены», которая способна наноситься мягко и плавно на поверхность горючего, при этом верхний слой горючего практически не перемешивается с пенным слоем.

Кратность полученной пены от установок УКТП «Пурга» составила порядка 20-40. Для тушения пожара использовался синтетический углеводородный экологически чистый пенообразователь типа ПО-6ТС российского производства. Дальность полученных струй «гибридной пены» составила более 100 м. Испытания показали, что «гибридная пена» обладает значительно большей огнетушащей эффективностью по сравнению с оборудованием, подающим отдельно пены низкой и средней кратности.

Присутствующие на испытаниях специалисты, в том числе представители известной фирмы из Великобритании LASTFIRE, занимающейся проблемами пожарной безопасности резервуаров для хранения нефтепродуктов, пришли к выводу, что оборудование для «гибридной пены» производства ООО НПО «СОПОТ» может стать эффективным вариантом для применения пенообразователей (пен) нового поколения, не содержащих фтор.

Преимущества «гибридной пены» проявляются при тушении объектов, на которых требуется высокая скорость  локализации горения, например, на вертолетных площадках. Именно здесь требуется проявление всех составляющих технологии пены – одновременное охлаждение горящих элементов и изоляция паров горящей жидкости от источников пожара.

Выводы

  • До настоящего времени нормативы, касающиеся предотвращения и тушения СУГ и СПГ, требуют совершенствования.
  • Огнетушащие пены на основе фторированных пенообразователей требуют замены, так как не только являются неэффективными при тушении пожаров СПГ, но и обладают высокой токсичностью для флоры и фауны Арктической зоны.
  • Введен новый термин «гибридная пена», относящийся к сложному явлению пожаротушения – технологии подавления пламенного горения одновременным воздействием на объект тушения струй пен различных по структуре и физическим свойствам.
  • Получаемая с помощью модернизированных стволов типа «Пурга» «гибридная пена» обеспечивает эффективное пожаротушение ЛВЖ и ГЖ, а также впервые взрывопожаропредотвращение крупных разливов СУГ и СПГ.

Г. Н. КУПРИН, канд. техн. наук, действительный член НАНПБ, генеральный директор ООО НПО «СОПОТ»

Читайте также: