Углеводородный режим пожара — новый вызов для средств огнезащиты

Аварийные процессы горения и взрыва нефтяных газов, нефти и нефтепродуктов могут быть сведены к некоторой общей модели: разгерметизация емкости, содержащей взрывопожароопасное вещество (грузовой танк танкера, трубопровод, транспортная цистерна или резервуар хранения), испарение или растекание жидких веществ по поверхности (вода, грунт, асфальт), формирование газопаровоздушной смеси, оценка значений поражающих факторов и их изменения с расстоянием, определение наносимого ущерба в форме вероятности поражения или разрушения.

Важное значение имеют оценки изменения во времени площади розлива нефти или нефтепродуктов при различных условиях растекания. Принятые сегодня методики не всегда учитывают влияние на процесс растекания нефтепродуктов их испарения и выгорания, что приводит к неоправданно завышенным оценкам масштаба наносимого ущерба [1].

РАЗЛИЧНЫЕ СЦЕНАРИИ
На рис. 1 приведены варианты развития аварийных ситуаций при первичной переработке нефти. Как видно из схемы развития событий, как правило, возникают условия, при которых превалирующими последствиями являются пожары или взрывы паровоздушных смесей, воздействующих на людей, соседние объекты и окружающую природную среду. В нижней части каждого изменения состояния системы приведены типовые значения соответствующих вероятностей. Данная модель развития аварийного процесса может быть использована в качестве базовой при рассмотрении конкретного объекта и составлении методики оценки ожидаемого ущерба.

Рисунок 1. Пример «дерева событий» (фрагмент) при аварии на установки первичной переработки нефти, связанного с разрушением дегидратора ДГ-1 (90 т нефти, t -10ºC, P< 1 МПа)

Масштабы ущерба, наносимого при пожарах в резервуарных парках хранения или при перевалке нефтепродуктов существенно возрастают в случае реализации «эффекта домино», когда авария и пожар одного резервуара провоцируют аварию и пожар на соседнем резервуаре и т.д. Также третья часть аварий с разрушением резервуаров хранения нефтепродуктов сопровождается разливом нефтепродуктов за пределы резервуарных парков [1, 2].

Классическим отображением аварии на складе нефтепродуктов является авария на складе «Каратаево» Тюменской области (1990 год). В результате разряда атмосферного электричества в резервуаре вместимостью 20 тысяч кубических метров произошел взрыв, который привел к смещению крыши резервуара, выходу горящей нефти в каре обвалования и быстрому распространению пожара на всю группу из аналогичных резервуаров. Общая площадь пожара составила 32 тысячи квадратных метров.

ОЦЕНКА ПОСЛЕДСТВИЙ
Согласно [1], алгоритм комплексной оценки последствий пожара разлития или резервуара хранения нефтепродуктов сводится к следующему.

При пожаре разлития нефтепродуктов:
рассчитывается радиус растекания на заданный момент времени;
определяется мощность тепловой эмиссии пламени горящего нефтепродукта с учетом задымления;
для заданного расстояния рассчитывается плотность теплового потока, действующего на рассматриваемый объект;
по данным о времени облучения, безопасным и поражающим значениям плотности теплового потока определяются параметры действующего теплового потока;
вычисляется вероятность поражения рассматриваемого объекта в заданных условиях теплового воздействия.

При решении задачи о воздействии пожара в резервуарах хранения нефтепродуктов алгоритм отличается от изложенного выше только в части определения мощности тепловой эмиссии пламени и учета влияния на эту величину диаметра резервуара [1].

ВЗРЫВООПАСНЫЕ ОБЪЕКТЫ
Основным видом материкового транспорта нефти и нефтепродуктов являются нефтепроводы – комплексы сооружений для транспортировки нефти и нефтепродуктов от места добычи (производства) к пунктам потребления или перевалки на водный или железнодорожный (автомобильный) транспорт. Второе место по общему объему транспортируемых нефти и нефтепродуктов занимает водный транспорт, и наиболее распространенным видом морского транспорта нефти и нефтепродуктов является танкер.

Наибольшая опасность образования взрывоопасных смесей внутри танкера возникает в период разгрузочных операций, когда при понижении уровня жидкости в танк засасывается воздух и перемешивается с парами нефтепродукта. Поскольку пары нефтепродуктов тяжелее воздуха, они способны растекаться по помещениям танкера, по местности (при стоянке танкера у пирса) и воспламеняться на больших площадях.

Строительные конструкции (преимущественно стальные) резервуаров, оборудования, зданий и сооружений, а также конструкции танкеров и морских сооружений при аварии, сопровождающейся пожаром и взрывом, подвергаются высокотемпературному воздействию, обусловленному количеством и типом пожарной нагрузки. Среднеповерхностная температура пламени большинства нефтепродуктов достигает 1000ºС. В связи с этим вышеуказанные конструкции должны обладать повышенным сопротивлением к особым нагрузкам – огнестойкостью, обусловленным горением углеводородного топлива.

Рисунок 2. Графики зависимости «температура-время»

НОРМАТИВНЫЙ АСПЕКТ
В международном масштабе совершенствованием и унификацией методологии испытаний строительных конструкций на огнестойкость занимается Технический комитет 92 «Пожарная безопасность» Международной организации по стандартизации (ИСО). В рамках этого комитета и на основании широкого международного сотрудничества был разработан стандарт на метод испытания строительных конструкций на огнестойкость ИСО 834-75 Fire resistance tests Elements of buildinq constructions. «Испытания на огнестойкость. Строительные конструкции» (в актуализированной редакции – ISO 834-1:1999), который является методологической основой для проведения таких испытаний.

В основу российских стандартов по огнестойкости включены положения международного стандарта ИСО 834-75.

Испытания строительных конструкций на огнестойкость проводятся в соответствии с ГОСТ 30247.0-94, который частично представляет собой аутентичный текст ИСО 834-75 и регламентирует общие требования к методам испытаний на огнестойкость строительных конструкций и элементов инженерных систем при стандартных условиях теплового воздействия и применяется для определения пределов огнестойкости. Данный стандарт является основополагающим по отношению к стандартам на методы испытаний на огнестойкость конкретных типов конструкций.

Рисунок 3. Восточное побережье Мексики, порт Veracruz. Танкер Veracruz.
Сварочные работы в области грузовых танков с бензином.

ПРЕДЕЛЫ ОГНЕСТОЙКОСТИ
При установлении пределов огнестойкости конструкций в целях определения возможности их применения в соответствии с противопожарными требованиями нормативных документов (в том числе при сертификации) следует применять методы, установленные данным стандартом. Согласно ГОСТ 30247.0, предельное состояние конструкции по огнестойкости – состояние конструкции, при которой она утрачивает способность сохранять одну из своих противопожарных функций:

— потеря несущей способности вследствие обрушения конструкции или возникновения предельных деформаций (R);
— потеря целостности в результате образования в конструкциях сквозных трещин или отверстий, через которые на необогреваемую поверхность проникают продукты горения или пламя (Е);
— потеря теплоизолирующей способности вследствие повышения температуры на необогреваемой поверхности конструкции до предельных для данной конструкции значений (I).

Дополнительные предельные состояния конструкций и критерии их наступления при необходимости устанавливаются в стандартах на испытания конкретных конструкций.

При определении ряда параметров огнестойкости зданий и сооружений возникает необходимость выбора температурного режима, который при огневых испытаниях позволил бы сравнивать поведение различных испытуемых объектов в условиях, максимально приближенных к условиям реального пожара.

СТАНДАРТЫ И ТЕРМИНОЛОГИЯ
В системе европейской и американской стандартизации в области огневых испытаний для материалов и конструкций регламентируются следующие температурные режимы: «стандартный», наружный, медленно развивающийся (тлеющий) и углеводородный режим (на самом деле, все данные режимы являются «стандартными», поскольку, собственно, приводятся в стандартах по классификациям и методам испытаний. «Стандартным» также называют режим целлюлозного горения и режим согласно международной конвенции SOLAS («SOLAS – кривая») и морскому стандарту ИМО А.754. Правильно было бы применять термин «режим целлюлозного горения»). Кстати, в проекте изменения к ГОСТ 30247.0 в 2015 году также введены различные температурные режимы пожара и их буквенные обозначения: НС – углеводородная кривая, Е – наружная кривая, S – тлеющая кривая.

Испытания на огнестойкость конструкций для морских сооружений используются как в режиме SOLAS (резолюция IMO A517) (так называемый «стандартный температурный режим», целлюлозный режим горения), так и углеводородный режим пожара (H – кривая) для островных сооружений и плавучих платформ. Как правило, большинство руководств на нефтяных платформах разработаны согласно стандартам IMO. Согласно [4], интумесцентные покрытия могут применяться для достижения параметра «Н», однако они должны обладать низкими значениями распространения пламени, дымообразования и тепловыделения, также необходимо провести дополнительную оценку токсичности выделяемых продуктов горения.

Таблица 1. Технические характеристики по пределам огнестойкости для некоторых видов и марок огнезащитных покрытий в условиях углеводородного режима пожара.
Примечание: армирование «+» — присутствует; числитель — толщина слоя, знаменатель — расход на кв. м.

ОТЕЧЕСТВЕННЫЙ ГОСТ
С 1 июня 2015 года в России действует ГОСТ Р ЕН 1363-2-2014 «Конструкции строительные. Испытания на огнестойкость. Часть 2. Альтернативные и дополнительные методы». Целью разработки данного стандарта является гармонизация подхода к выбору температурных режимов для объектов нефтегазового комплекса (НГК) и предприятий химической промышленности [5, 6].

Стандарт действует в сочетании с европейским EN 1363-1 (что показывает его преждевременность, поскольку EN 1363-1 не гармонизирован), и содержит детальные сведения о трех альтернативных температурных режимах, учитывающих реальные условия пожара: углеводородного температурного режима; наружного температурного режима и медленно развивающегося (тлеющего) температурного режима (рис. 4); содержит описание испытаний строительных конструкций, подвергнувшихся огневому воздействию на удар, а также способы измерения теплового потока и пояснения, в каких случаях целесообразно проводить данные испытания (измерения). Кривая углеводородного режима пожара резко возрастает до 1000 °С в 7,5 минут, достигает 1100 °С после 30 минут и остается постоянной до 120 минут.

То есть ГОСТ Р EN 1363-2 формализует альтернативные температурные режимы, учитывающие реальные условия пожара, при помощи которых можно создать данные температурные режимы в огневой камере печи при испытаниях строительных конструкций на огнестойкость.

Алгоритм и методика проведений испытаний для режимов пожара в стандарте отсутствуют, в связи с чем необходимо его доработать; требования к оборудованию приводятся в ссылочном стандарте EN 1363-3, который также не гармонизирован. Печь для испытаний по конструктивным решениям и применяемым материалам (например, обычный шамотный кирпич не следует использовать) отличается от решений для испытаний при целлюлозном режиме пожара.

ВЫВОДЫ
Требования в нормативных документах нефтяной и газовой промышленности, в ведомственных документах корпораций «Транснефть» и «Газпром» в настоящее время к строительным конструкциям не представлены с учетом воздействия углеводородного режима пожара. В целом, в отечественной литературе используется стандартный температурный режим для строительных конструкций нефтегазовых объектов [3].

Таким образом, углеводородный режим пожара существует отдельно от норм и требований к конструкциям и средствам огнезащиты для конструкций нефтегазового комплекса.

В таблице 1 приводятся данные с официальных сайтов компаний, указавших как можно более полные данные для выпускаемых покрытий, испытанных на огнестойкость при углеводородном температурном режиме. Испытания проводились по различным нормативным документам ASTM E1529-06, NORSOK M501, ISO TR834-3 и BS476. На сайтах не приводятся данные по приведенным толщинам металла и типам конструкций, для которых проводились испытания. При таких условиях, тем не менее, конкурирующие продукты практически близки по показателям огнестойкости.

Таким образом, при отсутствии требований и норм в Российской федерации для пределов огнестойкости конструкций в условиях углеводородного пожара, производители в добровольном порядке проводят испытания выпускаемых средств огнезащиты согласно методикам, приводимым в различных иностранных нормативных документах. Другими словами, сертификат с показателем НС – дополнительное конкурентное преимущество, на самом деле не особенно важное для конечного потребителя, поскольку, как правило, не известно, где будет применяться покрытие и действительно ли данная конструкция будет подвергнута именно углеводородному пожару. Необходимо дифференцирование объектов по режиму пожара на объектах НГК, поскольку это приведет к существенной экономии средств огнезащиты, и еще более экономично провести оценку последствий пожара разлития или резервуара хранения нефтепродуктов, произведя соответствующий расчет риска возникновения аварии, и обосновать температурное воздействие на те или иные конструкции сооружения. Импортные огнезащитные покрытия, сертифицированные в зарубежных органах по сертификации по зарубежным стандартам, применяются в РФ, поскольку для большинства объектов НГК разрабатываются Специальные Технические условия, куда разработчиками и вводятся требования применить то или иное покрытие. Например, в СТО 0048-2005 (актуализация 2017 года) «Резервуары вертикальные цилиндрические стальные для хранения жидких продуктов. Правила проектирования» прямо указывается, что «при проектировании резервуаров, предназначенных для эксплуатации в России, допускается использование зарубежных стандартов вместе с разработкой специальных технических условий».

Сейчас ПАО «Газпром» разрабатывает отраслевой стандарт с проектным названием «Огнезащита. Основные требования к огнезащитным покрытиям конструкций зданий, сооружений и наружным установок», в котором будет введена методика для испытания конструкций в условиях углеводородного режима пожара. Требованиями федеральных законов «О техническом регулировании» и «О стандартизации в Российской Федерации» определено, что стандарты организации могут применяться для целей повышения уровня безопасности, обеспечения конкурентоспособности. Сегодня законодательно определены цели, установлены принципы стандартизации, более высокие требования безопасности возможно установить ведомственными стандартами [7], которые в законодательном порядке целесообразно подвергнуть экспертизе специалистов профильных технических комитетов Росстандарта: ТК 23 «Нефтяная и газовая промышленность», ТК 274 «Пожарная безопасность», ТК 144 «Строительные материалы (изделия) и конструкции» и др.

Литература:
1. Яковлев В.В. Нефть. Газ. Последствия аварийных ситуаций. Монография. – СПб.: СПбГПУ. – 2003. – 420 с
2. Гимранов Ф.М. Прогнозирование сценариев развития аварий на нефтехимических производствах. Вестник Казанского технологического университета: № 5. – Казань: Изд-во Казан. Гос.технол.ун-та, 2010. – 301 с.
3. Ф.М. Мустафин, Л.И. Быков, В.Н. Мохов и др. Строительные конструкции нефтегазовых объектов. – СПб.: ООО «Недра», 2008. – 780 с.
4. ABS Rules for building and classing facilities on offshore installations january 2014. Доступно по адресу: https://ww2.eagle.org/content/dam/eagle/rules-and-guides/archives/offshore/63_facilitiesonoffshoreinstallations_2014/fac_rules_e-feb14.pdf
5. Гравит М.В. Гармонизация российских и европейских нормативных документов, регламентирующих методы испытаний на огнестойкость строительных конструкций с использованием средств огнезащиты // Пожаровзрывобезопасность, том.23, 2014. № 5. С.38 – 46.
6. Хасанов И. Р., Гравит М. В., Косачев А.А., Пехотиков А. В., Павлов В. В. Гармонизация европейских и российских нормативных документов, устанавливающих общие требования к методам испытаний на огнестойкость строительных конструкций и применению температурных режимов, учитывающих реальные условия пожара // Пожаровзрывобезопасность. — 2014. — Т. 23, № 3. С. 49 – 57.
7. Экспертная оценка. Игорь Абрамов о рынке огнезащиты // Безопасность зданий и сооружений, № 1, май 2017. С.212 – 216.

М. В. Гравит, к. т. н., доцент кафедры «Строительство уникальных зданий и сооружений» ФГАОУ ВО СПбПУ, член-корр. НАНПБ

Смотрите также

В Австралии будут выпускать огнезащитные покрытия на основе графена

Компания First Graphite построит первое в Австралии коммерческое производство графена ежегодной мощностью 90 тысяч тонн. …

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

Ваше имя

Ваш e-mail

Контактный телефон