Пожнефтехим о проектировании установок водяного орошения с дренчерными оросителями ОРК и НРО

С 31 мая по 3 июня 2023 года в рамках салона «Комплексная безопасность» МЧС России прошла XXXV Международная научно-практическая конференция «Актуальные проблемы пожарной безопасности». На ней руководитель НИОКР Пожнефтехим к.т.н. Юрий Потеряев представил доклад «Актуальные вопросы проектирования установок водяного орошения на объектах нефтяной, нефтегазовой и нефтехимической промышленности».

Эксперт рассказал о применении дренчерных оросителей нового поколения НРО и ОРК производства Пожнефтехим в составе современных установок пожаротушения и / или водяного орошения объектов с ЛВЖ, ГЖ, СУГ и СПГ. Данная продукция разработана в рамках стратегии импортозамещения ГК «Пожнефтехим».

Водяное орошение резервуаров, аппаратов и оборудования с горючими жидкостями и газами, трубопроводов и несущих металлоконструкций крайне важно для противопожарной защиты нефтегазовых объектов. Благодаря именно водяному орошению и охлаждению конструкций возможна быстрая локализация и ликвидация пожаров системами пенного пожаротушения на объектах.

Установки водяного орошения выполняют несколько важных функций.

Во-первых, это сохранение прочностных характеристик металлоконструкций. Без охлаждения в условиях пожара могут произойти их необратимые деформации, потеря несущей способности и обрушения. Кроме того, избыточные температуры могут вызвать разрушение аппаратов и оборудования под давлением.

Во-вторых, данные установки необходимы для нераспространения огня на соседние пожароопасные объекты, особенно резервуары с хранением ЛВЖ и ГЖ. Водяное охлаждение удаляет с металлоконструкций тепло, полученное радиацией от огня на близко расположенном объекте.

Кроме того, водяное орошение повышает эффективность установок пенного пожаротушения. Так, в резервуаре с нефтепродуктом РВС-20000 за время свободного горения в 180 секунд температура борта превышает 1000 °С. При этом температура нефтепродукта не превышает температуру кипения и может быть в пределах 100-150 °С. При подаче пены, пламенное горение прекращается относительно быстро в тех областях горения, где отсутствуют металлоконструкции. В областях контакта пены с разогретыми металлоконструкциями, последние вследствие высокой температуры и теплоемкости, разрушают пену, интенсивно испаряют нефтепродукт и создают зону устойчивого горения. Этот эффект наблюдается при испытаниях по ГОСТ Р 50588-2012 (см. фото).

Фрагмент испытания по ГОСТ Р 50588-2012. По периметру противня пена вспучена и через нее пробиваются языки пламени.

Требования к установкам водяного орошения содержатся в ряде нормативных документов – национальных стандартов и сводов правил Российской Федерации:

• ГОСТ Р 12.3.047-2012 «Система стандартов безопасности труда. Пожарная безопасность технологических процессов. Общие требования. Методы контроля»;
• ГОСТ Р 59580-2021 «Орошение водяное технологического оборудования и конструкций. Требования пожарной безопасности»;
• СП 92.13330.2012 «Склады сухих минеральных удобрений и химических средств защиты растений»;
• СП 155.13130.2014 «Склады нефти и нефтепродуктов. Требования пожарной безопасности»;
• СП 162.1330610.2014 «Требования безопасности при производстве, хранении, транспортировании и использовании жидкого водорода»;
• СП 240.1311500.2015 «Хранилища сжиженного природного газа. Требования пожарной безопасности»; 
• СП 326.1311500.2017 «Объекты малотоннажного производства и потребления сжиженного газа. Требования пожарной безопасности».

В вышеуказанных документах содержатся общие проектные требования к установкам водяного орошения, такие как время инерционности, интенсивность и продолжительность орошения. Однако нет методик проектирования, выбора и размещения оросителей на объектах нефтяной, нефтегазовой и нефтехимической промышленности, таких как:

• вертикальные и горизонтальные стальные резервуары;
• сферические резервуары под давлением для сжатых и сжиженных газов и жидкостей под давлением;
• колонные аппараты;
• изотермические резервуары для сжиженного природного газа;
• технологическое оборудование;
• трубопроводные аппараты;
• конвейерные ленты;
• трансформаторы и многое другое.

Пожнефтехим, специализированная компания в области противопожарной защиты промышленных объектов, провела собственные НИОКР с целью разработки эффективных и удобных в проектировании дренчерных оросителей ОРК и НРО для основных пожароопасных промышленных объектов. В 2023 году была завершена сертификации данной продукции на соответствие требованиям ТР ЕАЭС 043/2017 – Технического регламента Евразийского экономического союза «О требованиях к средствам обеспечения пожарной безопасности и пожаротушения».

ДРЕНЧЕРНЫЙ ОРОСИТЕЛЬ СПЕЦИАЛЬНОГО НАЗНАЧЕНИЯ ОРК

Патент ФСИП № 199388 от 31.08.2020, ГОСТ Р 51043-2002,

ТУ 28.99.39-054-72410778-2020,

ТР ЕАЭС 043/2017 №ЕАЭС RU C-RU.ЧС13.В.00427/22

Оросители ОРК предназначены для установок водяного орошения (охлаждения) вертикальных стальных резервуаров и колонных аппаратов.

НАСАДОК РАВНОМЕРНОГО ОРОШЕНИЯ (НРО), ОРОСИТЕЛЬ ДРЕНЧЕРНЫЙ СПЕЦИАЛЬНОГО НАЗНАЧЕНИЯ

ТУ 28.99.39-062-72410778-2022,

ТР ЕАЭС 043/2017 № ЕАЭС RU C-RU.ЧС13.В.00714/23

Оросители НРО предназначены для установок водяного орошения (охлаждения) шаровых и горизонтальных стальных резервуаров, а также различного технологического оборудования и конструкций.

Дренчерные оросители специального назначения ОРК и НРО – это эффективное и обоснованное решение с точки зрения комплексности при подборе, проектировании, изготовлении, поставке и эксплуатации. Отличительные характеристики ОРК и НРО: 

• гарантированная длина веера и факела подачи струи вне зависимости от направления подачи ОТВ;
• возможность применения любого значения Кпр. из указанных диапазонов;
• широкий типоряд значений углов факела или веера в зависимости от проектных потребностей и т.д.

В помощь техническим специалистам Пожнефтехим разработал методику расчета и подбора параметров, которая обеспечивает максимальное соответствие требуемых расчетных и фактических расходов воды для экономии средств на закупку насосных агрегатов, трубопроводов и другого оборудования.

Данные исследований свидетельствуют, что для эффективного удаления и отражения до 95% тепловой энергии необходимо создать равномерную водяную пленку толщиной 1 мм. Следовательно, важна равномерность орошения. За рубежом проводились испытания¹: емкость с СУГ подвергали воздействию струйного горения пропана из 20 форсунок. В экспериментах обеспечивали или орошение сверху, или равномерное орошение по всей площади. В первом случае стенки разогрелись до 400 °C за несколько минут. Во втором случае, температура не превышала 110 °C в течение 90 минут. При этом, интенсивность равномерного орошения была в 2,5 раза меньше, чем в орошении только сверху.

Преимущество насадков равномерного орошения НРО производства Пожнефтехим перед иными высокоскоростными оросителями заключается в том, что гарантируется равномерность орошения в любом пространственном положении (не только сверху вниз), сохранение угла распыла и длины эпюры, а также направление орошения при ветре, при соблюдении расстояния от оросителя до орошаемой поверхности 1-1,5 м (менее 3 м).

Дренчерный ороситель ОРК для резервуаров и колонных аппаратов, как и НРО, имеет гарантированную форму и длину струи в условиях ветровых нагрузок. При этом основные технические параметры (рабочее давление, производительность, угол распыла, угол наклона относительного горизонта при вертикальном расположении оросителя) могут задаваться заказчиком из диапазона, указанного производителем.

Система водяного орошения сферического резервуара с использованием дренчерных оросителей, насадков равномерного орошения НРО производства Пожнефтехим (карта орошения, вид сбоку)	Система водяного орошения колонного аппарата с использованием дренчерных оросителей ОРК производства Пожнефтехим (карта орошения, вид сверху)

При проектировании установки водяного орошения на трехмерной модели размещаются оросители с необходимым углом распыла исходя из условия орошения всех металлических элементов. Далее, с учетом норм интенсивности, для каждого оросителя рассчитывается необходимый коэффициент производительности из предлагаемого диапазона.

Дренчерные оросители ОРК и НРО с гибкими техническими характеристиками необходимы для сферических, горизонтальных или изотермических резервуаров, технологического оборудования и трубопроводных эстакад, где выбор параметров оросителей определяется геометрическими характеристиками и особенностями конструкции защищаемых объектов. На рисунках ниже схематически представлены примеры расположения насадков для данных объектов.

Вопрос эффективности водяного охлаждения в контексте противопожарной защиты промышленных объектов с хранением и обращением ЛВЖ, ГЖ, СУГ и СПГ заслуживает внимания экспертов и проектных организаций. Поэтому в настоящее время Пожнефтехим готовит стандарт организации СТО, который будет полезен для решения практических вопросов в области проектирования и расчетов основных параметров установок водяного орошения.

Ранее Пожнефтехим разработал и зарегистрировал в МЧС России Стандарт организации ВНПБ 128-22, СТО 100511503-УПС-ВА «ВЕРТОДРОМЫ. Стационарные автоматические установки пожаротушения. Нормы и правила проектирования», который позволяет конкретизировать нормы и правила проектирования систем пожаротушения с применением средств подачи ОТВ производства Пожнефтехим.

¹ B. Droste and W. Schoen. Investigations of water spraying systems for LPG storage tanks by full scale fire tests Journal of hazardous materials, Volume 20, December 1988, Pages 73-82 https://doi.org/10.1016/0304-3894(88)87007-9