Пожарная безопасность нефтегазодобывающих арктических платформ

Предлагается новые исполнительные многоствольные модули (ММ) для автоматических систем быстрого тушения пожаров при авариях на нефтедобывающих платформах Арктики. Дальность — от 50 до 200 м. Масштабность — до тысяч м2 эффективного тушения. Можно расставить их практически в любых местах площадки платформы, а также эффективно использовать пожарные корабли и суда с палубными ММ. Система на площадке платформы и на пожарных судах на позициях около платформы работает по заданной, гибко регулируемой программе, исходя из места возникновения пожара и его текущих масштабов. Корректность предлагаемых решений подтверждается результатами успешных полигонных испытаний ММ, расставленных полукругом вокруг мощного пожара, сосредоточивших по нему свои залпы и потушивших его за 2-3 секунды с дистанции 150 м.

Анализ операций по защите нефтедобывающих морских платформ (НМП) за период не менее 50 лет с начала их эксплуатации разными странами показал низкую эффективность современных мощных, гидравлических мониторов подачи воды интенсивностью до 330-500 л/с для сбивания пламени нефтяных фонтанов. Работа совокупности струй воды, не сравнимых по суммарной площади с масштабом бурно развивающегося пожара, не обеспечивает эффективной теплозащиты дорогого оборудования платформы и приводит к катастрофам различных масштабов, вплоть до глобального, как это было на платформе Deep Water Horizon в Мексиканском заливе. Пожарные стволы извергают «водопады», но не обеспечивают своевременно и эффективно защиту сложных конструкций платформы. Причины — техническая сложность, большая инерционность — десятки секунд и минуты от включения гидросистем до достижения максимальной интенсивности подачи воды.

О недостатках пожарных гидросистем писали еще в 1980-х годах. Поэтому топливно-энергетический комплекс (ТЭК) Совмина СССР финансировал, вплоть до распада Союза, исследования по созданию принципиально новых систем подачи воды, пены, порошков. Одно из направлений — модули многоствольные (ММ) импульсного, направленного распыления — стационарные и возимые на прицепах, лафетах и шасси автомобилей. С начала 1980-х годов инициативно, а потом в рамках государственных военных и хозяйственных программ, впервые разрабатывался ряд распыляющих выстрелом или залпом многоствольных модулей на двухосных лафетах и полозьях. Эти ММ были созданы, изготовлены в большом количестве и достаточно хорошо испытаны на полигонах и в операциях по ликвидации различных последствий аварий и катастроф. Первый 4-ствольный модуль (ММ-4) успешно испытали на полигоне (под научным руководством В. Д. Захматова) в Высшей инженерно-технической школе МВД СССР в 1982 году.

В мае-июле 1986 года на опытных заводах Академии наук были изготовлены до 40 ММ-9, ММ-16, которые эффективно применялись в Чернобыльской зоне в составе быстро монтируемых АСП по пожарозащите трансформаторних станций, участков блоков №3-4. Позднее разработали еще более мощные по количеству 8-10-ствольных залпов ММ.

В 1989 году ММ-8, ММ-9, ММ-25 успешно применялись при многократных огнетушащих атаках с дистанции до 100 м по горящему кусту из 14 газонефтяных скважин на Нефтяных Камнях в Каспийском море. ММ на колесах ставились и крепились на широкой, кормовой палубе торпедолова, а затем на высокой палубе «финского» крана в ряд в соседних отсеках. Директрисы прицелов пакетов стволов имели определенный угол сходимости — чтобы вихри, образуемые соседними ММ, сходились на дистанции 80-100 м, что позволяло бы достичь наибольшей эффективности при сбитии мощного, турбулентного суммарного фонтана-факела пламени с дальности тушения, относительно безопасной по тепловому излучению. Залп из 40 стволов создавал мощный шквал, дальностью до 140 м, шириной фронта до 20 м, высотой до 5 м. Установки ставились на палубу «финского» крана и с дистанции 80-100 м многократно быстро и надежно сбивали пламя, обеспечивая десантирование рабочих для палубу платформы для перекрытия скважин и страхуя людей от повторного воспламенения. ММ работали синхронно с водяными стволами пожарных кораблей Каспийско-Волжской флотилии, значительно превосходя их сумму по дальности и масштабам огнетушащего шквала. В период до нескольких дней подготовки очередной огнетушащей атаки (ММ перезаряжались за час) ММ эффективно использовались для локализации розливов нефти с аварийной платформы путем масштабного распыления сорбентов — торфяной крошки по пленке розлива.

В 1990 году выпущена опытно-промышленная партия 32 гусеничных бронированных пожарных машин «Импульс-3М» с 50-ствольными башенными модулями на шасси Т-62 (рис. 1). До сих пор успешно работают в объектовых, пожарных частях Украины шесть машин и вдвое больше в России. Для «Импульса-3М» наиболее мощным является залп из 10 стволов, способный за 1-2 секунды сбить пламя на площади от 500 до 1100 м2. Без перезаряжания машина осуществляет 5 таких залпов. Экспериментально установлены предельные дальности тушения до 50 м по розливам нефтепродуктов, до 100 м газового фонтана дебитом до 1х106м3 и давлением до 140 атм. Полигонное и практическое применение позволило также определить примерную вероятность тушения фонтана: с дистанции 25 м — 100%, 50 м — до 80%, 75 м — до 60%, 100 м — до 40%. Слитный залп из двух установок «Импульс-3М» по 10 стволов каждая обеспечивает 100%-е тушение газового фонтана дебитом до 2,5х106м3 давлением до 200 атм с дистанции 50-75 м и 60%-е с дистанции 100 м.

Убедительно преимущества импульсного тушения были продемонстрированы в Черниговской области (Украина). Тушилась высокодебитная газовая скважина 1,5х106м3 давлением до150 атм, состоящая из трех струй газа — вертикальной и двух горизонтальных, направленных в диаметрально противоположные стороны. Длина факелов пламени составляла 15-20 м, а диаметр — до 2,5 м. Сначала скважину с дистанций от 15 до 30 м безуспешно тушили две пожарные машины с насосами и лафетными стволами. За 15 мин. интенсивной работы было подано свыше 220 т воды, но наблюдалось только кратковременное тушение не более одной газовой струи, и то лишь если по ней сосредоточивали воздействие все стволы. После переноса струй воды на другую газовую струю, потушенная быстро повторно воспламенялась.

На втором этапе машины «КамАЗ» заменила порошково-пневматическая пожарная машина АП-5 с 5,5 т огнетушащего порошка и лафетным стволом интенсивности подачи до 50 л/с и дальностью тушения до 20 м. Она выбросила весь запас порошка с максимальной интенсивностью подачи за 2 мин с одновременно работающими переносными лафетными стволами (120 л/с воды суммарно), однако вообще не была потушена ни одна струя даже временно.

Затем на смену АП-5 вступила в действие АГВТ-150 — газо-водяная машина с газотурбинными, авиационными двигателями, распыляющими до 90 л/с воды в виде мощного газо-водяного потока диаметром до 5 м, дальностью тушения до 30 м. При этом достигалось, как и в первом случае, временное тушение только одной струи и лишь непосредственно при воздействии на горящую поверхность.

Последняя удачная атака была осуществлена ГБПМ «Импульс-3М» с дистанции 40 м всего лишь одним залпом из 10 стволов, распылившим 200 кг ОП — в виде мощного газопылевого вихря диаметром до 5 м, потушившего прямым воздействием за 1 сек две горизонтальные струи и через 3-4 сек вертикальную струю за счет эффекта эжекции газопорошкового облака, образовавшегося после тушения двух горизонтальных струй (рис. 1). Во втором и третьем экспериментах все три газовые скважины были потушены одним залпом с прицелом, измененным по вертикали. В четвертом первый залп потушил горизонтальные скважины, а второй — через 10 сек вертикальную. Во всех случаях повторных воспламенений не было.

Позднее проводилась серия экспериментов тушения 3-струйной скважины залпами по 10 стволов с дистанции 50 м с изменением углов горизонтального и вертикального наведения. В четырех случаях было достигнуто полное тушение, два залпа загасили вертикальный фонтан, два залпа загасили по два горизонтальных фонтана, один залп загасил один горизонтальный фонтан. Эти эксперименты позволили определить оптимальные параметры подготовки залпов: взаимную расстановку стволов, горизонтальное и вертикальное их наведение при тушении горящего фонтана, расположенного на открытой поверхности.

«Импульс-3М» прост, надежен, всепогоден при температурах от –500С до +500С. Дальность тушения одного залпа из 10 стволов, распыляющего 250 кг огнетушащего порошка, — до 110 м, площадь тушения серией 5залпов по 10 стволов — до 3000 м2, без перезаряжания. ММ-50 не имеет близких аналогов в мире по эффективности, скорости, безопасности работы на производствах и складах взрывчатых веществ, в токсичных, радиоактивных зонах, когда очень важны быстрота, точность, снижение расходов специальных и защитных составов, использование экологически чистых, природных материалов — грунт, грязь, песок, пыль.

В настоящее время на дежурстве в пожарных, объектовых частях находятся 6 машин на Украине и 4 в России, в том числе на НПЗ и АЭС.

Опыт конструирования, производства и эксплуатации «Импульса-3М» дает достаточные данные для возможности и эффективности монтажа ММ на пожарных кораблях и морских нефтедобывающих платформах (МНП).

Модули — первая в мире техника, обеспечивающая универсальный распыл различных огнетушащих агентов (ОА) — жидкостей, гелей, порошков и природных материалов — пыли и песка, пригодных для сбивания пламени. ММ впервые обеспечили ряд важных преимуществ: комбинированное тушение, гибко управляемое по виду, масштабу и мошности воздействия; минимальные расходы ОА, не приносящие ущерба конструкциям платформы и оборудованию; практически одновременное, эффективное воздействие на всю горящую поверхность палубы платформы, оборудования и полное сбивание объема пламени; большая дальность и точность действия по заданным площадям; компактность и отсутствие цистерн для ОА, насосов, трубопроводов; безопасность для персонала. Их совокупность позволяет предложить множество вариантов размещения ММ на МНП так, чтобы не мешать работе основного оборудования.

Алгоритмы программ для порядка срабатывания линий и групп ММ составлены при изучении закономерностей горения на защищаемых объектах, динамики возможных вариантов развития пожара в зависимости от ряда факторов: технологических режимов; вариантов отключения магистральных сырьевых и энергетических линий, отдельных аппаратов, вентиляции и пр. Это особенно актуально при создании серии последовательных залпов для теплозащиты и охлаждения нефтедобывающих вышек, насосов, конструкций.

Применение ММ даст возможность обеспечить эффективную защиту нефтедобывающих платформ. ММ обеспечивают соответствие времен принятия решений, их выполнения, контроля и корректировки последующих воздействий. ММ стоят на одном качественном уровне с датчиками, аналоговыми и командными блоками современных АСП и поэтому смогут тушить поджоги и быстроразвивающиеся пожары на платформах. Универсальность АСП обеспечивается за счет различной компоновки ММ на МНП и выбора алгоритмов их залпового срабатывания.

ММ технически просто и недорого могут создавать 2-3-кратное перекрытие огнетушащими потоками особо опасных участков палубы платформы. Это убедительно было показано на испытаниях в Китае. Сочетание автономной работы, высокой огнетушащей эффективности, гибкость управления и легко технически достигаемая многократность воздействия на опасный участок создает беспрецендентные возможности по новому качеству защиты морских нефтедобывающих платформ, газовых и химических объектов.

В. Д. ЗАХМАТОВ, д-р техн. наук;
В. А. ОНОВ, канд. техн. наук;
С. А. ТУРСЕНЕВ, канд. техн. наук;
В. А. БУЛАТОВ.
Санкт-Петербургский университет ГПС МЧС РФ

Читайте также: