Развитие пожара.

Дальнейшее развитие пожара зависит от места его возникновения, размеров начального очага горения, устойчивости конструкций резервуара, климатических и метеорологических условий, оперативности действий персонала объекта, работы систем противопожарной защиты, времени прибытия пожарных подразделений.

Пожары подразделяются на следующие уровни:

первый (А) - возникновение и развитие пожара в одном резервуаре без влияния на соседние;

второй (Б) - распространение пожара в пределах одной группы;

третий (В) - развитие пожара с возможным разрушением горящего и соседних с ним резервуаров, переходом его на соседние группы резервуаров и за пределы резервуарного парка.

Основным условием горения в резервуарах со стационарной крышей является доступ воздуха к поверхности горючей жидкости после воспламенения смеси ее паров с воздухом. При воспламенении газовой горючей смеси внутри резервуара в результате ее сгорания происходит быстрый рост температуры и повышение давления.

Рост давления обусловливается термическим расширением газовой атмосферы и определяется прежде всего скоростью горения паров нефтепродукта.

Скорость нарастания давления при горении (взрыве) паров горючих жидкостей, а также максимальное давление их взрыва определяют расчетными методами. Для большинства известных горючих жидкостей максимальное давление взрыва и максимальная скорость нарастания давления приводятся в специальной литературе. (Баратов А.Н., Корольченко А.Я., Кравчук Г.Н. и др. Пожаровзрывоопасность веществ и материалов и средства их тушения: Справ. изд. в 2 книгах -М.: Химия, 1990. кн.1 - 496 с., кн.2 - 384 с. и Годжело М.Г. Расчет площади легкосбрасываемых конструкций для зданий и сооружений взрывоопасных производств -М.: Стройиздат, 1981. - 49 с.)

Для расчета давления, приводящего к разрушению резервуара, сбросу или подрыву крыши могут быть использованы методики, приведенные в литературе (Определение площади разгерметизации технологического оборудования с газопаровоздушными смесями: (Методические рекомендации), - М.: ВНИИПО, 1987. - 24 с. и Феодосьев В.И. Сопротивление материалов -М.: Наука, 1970. -544с.)

В связи с тем, что эти расчеты довольно громоздки и достаточно хорошо известны, в данной работе они не приводятся.

В том случае, когда давление, возникающее в резервуаре недостаточно для сброса крыши, в результате деформации элементов конструкций резервуаров происходит частичный разрыв сварных швов, в первую очередь наиболее слабых, которыми являются швы между стенками резервуара и крыши, приводящие либо к увеличению сечения проемов, через которые в резервуар поступает воздух и происходит утечка (отвод) паров хранимой жидкости и продуктов горения, либо к частичному обрушению крыши внутрь резервуара.

При возникновении факельного горения выходящих из резервуара паров хранимых в них горючих жидкостей через отверстия (подрывы, трещины и др.) в крыше или стенках емкости, происходит прогрев металлоконструкций возле места горения от факела пламени.

Скорость прогрева металлоконструкций определяется условиями подвода и отвода тепла. Подвод тепла от факела пламени определяется тепловым потоком от теплового излучения факела пламени и теплом подводимым в результате действия конвективных потоков горячих продуктов горения.

В связи с тем, что обычно факел пламени под действием ветра всегда отклонен от вертикального положения, поток горячих продуктов омывает на определенном участке металлоконструкций возле отверстий, через которые происходит их выход. Поэтому на этом участке необходимо учитывать действие не только теплового излучения, но и конвективный перенос тепла.

Развитие пожара зависит от места возникновения горения, размеров начального очага горения, устойчивости конструкций резервуара, наличия и использования средств автоматической противопожарной защиты, времени свободного горения резервуаров до начала активных действий по тушению пожара.

При возникновении горения нефти и нефтепродуктов на свободной поверхности пламя быстро распространяется по зеркалу жидкости. Так для резервуара емкостью 10000 м³, диаметром 34 метра при поджигании жидкости у борта время распространения пламени на всю поверхность горючей жидкости по литературным данным составляет примерно одну минуту.

Горение нефти и нефтепродуктов на свободной поверхности при неограниченном доступе воздуха в условиях естественной конвекции происходит сравнительно спокойно. Высота светящейся части факела пламени может оставлять от 1 до 2 диаметров резервуаров в зависимости от вида горящей жидкости.

Воздействие высокой температуры факела пламени (для горючих жидкостей она составляет 1100-1300^оС) приводит, в случае обрушения крыши к ее деформации, а также к деформации стенок горящего резервуара и образованию "карманов".

В реальных пожарах через 15-20 минут после начала пожара свободный борт металлического резервуара разогревался до температуры красного каления и деформировался, если его не охлаждали.

В начальной стадии пожара в результате взрыва паро-воздушной смеси, обрушения крыши резервуара часто повреждаются элементы обвязки резервуара (трубопроводы, задвижки и т.п.), при этом могут возникать дополнительные очаги горения внутри обвалования. При пожарах в резервуарных парках нефтеперерабатывающих и нефтехимических предприятий повреждение обвязки резервуаров является иногда первопричиной образования облака взрывоопасной смеси значительных объемов.

В резервуарах с плавающей крышей тепловое воздействие факела пламени приводит к разрушению герметизирующего затвора, деформации конструкций плавающей крыши, разрыву сварных швов, при этом нефтепродукт начинает поступать на поверхность и во внутренние полости крыши, образуются новые очаги горения.

Примерно через 1 час после появления первых очагов горения крыша теряет плавучие свойства и тонет, а горение принимает вид, характерный для вертикальных металлических резервуаров без понтона и плавающей крыши. При понижении уровня нефтепродукта в резервуаре с понтоном или плавающей крышей, если понтон или крыша находятся на опорных стойках, а под ними образуется паро-воздушный объем, пламя может распространяться и под днище понтона (плавающей крыши).

При длительном горении нефть и нефтепродукты, особенно темные, прогреваются вглубь. Прогрев жидкости происходит в результате выкипания легких фракций из многокомпонентной жидкости, а также теплопроводности и возникающих вследствие различной температуры жидкости у стенок резервуара и в его центре конвективных потоков. Образуется так называемый гомотермический слой, температура которого практически постоянна по его толщине и близка к температуре кипения жидкости. Возникновение достаточно большого гомотермического слоя при горении нефти и нефтепродуктов содержащих в своем составе влагу или подтоварную воду может привести к явлениям вскипания и выброса горящей жидкости.

Вскипание связано с наличием мелких капель воды в массе нефтепродуктов, а также с попаданием воды на нагретый слой жидкости при тушении. При вскипании образуется слой вспенившейся массы горючего, в четыре-пять раз превышающей объем нагретой жидкости. Вскипание характеризуется бурным горением вспенившейся массы горючего, при этом резко увеличивается температура (до 1500^оС) и высота пламени (в два и более раз больше обычного), тепловой поток от факела пламени увеличивается в 10-17 раз. Вскипание не происходит, если обводнение нефтепродукта не превышает 0,3%, а при обводнении выше 20% вспенившаяся масса не горит. Ориентировочное время вскипания при обводнении нефтепродукта на 0,6% - через 60 мин, а при обводнении на 0,9% - через 50 мин.

Наиболее опасно вскипание при высоте свободного борта до 1-1,5 метра. В этом случае даже при малой интенсивности вскипания горящая жидкость будет переливаться через стенки резервуара, что создаст угрозу людям, увеличивает опасность деформации резервуара и перехода огня на другие резервуары.

Выброс нефтей и нефтепродуктов на практике встречается довольно редко и возможен лишь при горении нефтей и темных нефтепродуктов с высокой температурой кипения. Однако, при этом из резервуара могут быть выброшены тысячи тонн нефтепродуктов на расстояние свыше восьми диаметров емкости, а площадь, покрываемая горящей жидкостью, может составлять несколько тысяч квадратных метров.

Согласно современным представлениям, выброс нефти или нефтепродукта происходит в том случае, когда образовавшийся при горении прогретый (гомотермический) слой жидкости с температурой более 150^оС достигает слоя водяной подушки (донной воды) или если плотность гомотермического слоя превышает плотность основной массы жидкости. В этом случае возможно внезапное погружение высоконагретой массы гомотермического слоя с последующим его контактом с нефтью (нефтепродуктом). Спровоцировать возможность погружения гомотермического слоя может начало проведения технологической операции откачки на горящем резервуаре.

При этом вода прогревается, значительная часть ее переходит в пар, который и выбрасывает горящую жидкость из резервуара. После первого выброса нагретый до высокой температуры слой нефтепродукта вновь соприкасается с водой и происходит новый, часто более интенсивный выброс.

Продолжительность выброса обычно бывает обычно бывает в пределах от 7 до 13 с. Начало выброса сопровождается значительным шумом вследствие бурного кипения воды и деформации стенок резервуара.

Вскипание и перелив горящей жидкости через борт резервуара, равно как и выброс, способствуют быстрому развитию пожара, усиливают его тепловое воздействие вследствие увеличения площади горения.