1. Статьи
2. Решения систем безопасности
3. Противопожарная защита открытых промышленных установок: приоритет предотвращения возгораний

Анненков Антон Павлович
исполнительный директор «ГК Пожтехника»

Крупные пожары в отрасли нефтегазодобычи и переработки - шельфовые платформы, резервуары для хранения нефти или нефтепродуктов, технологическое оборудование нефтехимических заводов и т. п. - происходят в мире не так уж часто, три-пять раз в год. Но каждый такой случай становится катастрофой регионального масштаба. А с увеличением количества установок и предприятий по добыче и переработке углеводородного сырья, количество таких инцидентов будет только возрастать.

Любые инциденты, связанные с подобными пожарами, очень болезненно бьют как по репутации, так и по финансовому благосостоянию предприятий, а если пожар привел к человеческим жертвам, публичное реноме компании, допустившей у себя на предприятии такое чрезвычайное происшествие, будет подорвано на многие годы. Каждое такое происшествие активно освещается и обсуждается средствами массовой информации, подпитывая общественное давление на власти и требования ужесточить регулирование в сфере безопасности в нефтегазохимической промышленности.

Как правило, пожары на объектах промышленности приводят не только к значительному материальному ущербу, но и к серьезным последствиям для местной экосистемы, что в гораздо большей степени будоражит общественное мнение и власти региона.

Яркий пример - катастрофа на платформе Deepwater Horizon BP в Мексиканском заливе 20 апреля 2010 года, приведшая к человеческим жертвам и обширному разливу нефти по акватории залива. Последствия этого пожара и сейчас обсуждаются в мировой прессе, владелец платформы, компания BP, до сих пор выплачивает многомиллиардные штрафы, экосистеме Мексиканского залива нанесен колоссальный ущерб.

Недавнее происшествие - взрыв и пожар на заводе Уфанефтехим 16 июля 2016 года, приведшие к гибели восьми человек и остановке крупной технологической линии. Основной причиной возгорания названа разгерметизация аппарата воздушного охлаждения, в результате которой произошел взрыв газопродуктовой смеси.

В Румынии 22 августа 2016 года около 18.00 часов, на площадке НПЗ Petromidia, принадлежащего «КазМунайГаз Интренэш-нл», имел место инцидент в зоне установки вакуумного дистиллята. Во время проведения ремонтных работ по устранению утечки на трубопроводе установки вакуумного дистиллята произошел разлив дистиллята и последующее его возгорание. Ремонтные работы проводились в соответствии с установленным регламентом и применением специального устройства для изолирования трубы. Во время инцидента пострадали 4 работника, один из которых скончался от полученных травм.

В момент написания этих строк продолжается борьба с огнем на единственном в Никарагуа НПЗ в городе Пуэрто Сандино. Пожар начался 18 августа, произошло обширное возгорание емкости для хранения нефтепродуктов, через два дня загорелась и соседняя емкость, местные противопожарные службы пытаются по крайней мере локализовать пожар, власти эвакуируют население близлежащих районов.

ТУШИТЬ ИЛИ ПРЕДОТВРАТИТЬ ПОЖАР

Практически в каждом подобном случае тушение возгорания внешних установок (технологических, емкостей для хранения, продуктопроводов и т. п.) на практике представляет собой трудновыполнимую задачу в силу целого ряда причин. Крайне сложно спрогнозировать развитие реального пожара. Расчетные данные для проектирования установок пожаротушения не могут учитывать всех факторов. В их число входит уровень наполненности емкостей, наличие и плотность газоконденсатных смесей, погодные факторы - сила и направление ветра, интенсивность нагрева солнечными лучами. Один неучтенный фактор или их совокупность сводят к нулю все усилия по тушению подобных пожаров. Чаще всего очаг возгорания удается в лучшем случае лишь локализовать, а тушение становится возможным только после выгорания основной массы топлива.

Из этого можно сделать не очень оптимистичный вывод - даже самые современные специализированные средства и системы пожаротушения в большинстве своем не обеспечивают гарантированного тушения при сохранении приемлемого уровня материальных потерь, связанных с возгоранием. Например, количество и стоимость пенообразователя, необходимого для тушения заполненного резервуара емкостью 100 м3, может значительно превысить стоимость сгоревшего содержимого такого резервуара, если не удалось успешно потушить возгорание в течение первого часа. А в случае взрыва технологического оборудования, как это произошло на предприятии Уфанефтехим, шансы выжить у людей минимальны.

Задача обеспечения успешной и надежной противопожарной защиты становится еще более актуальной с учетом тенденций развития современных технологий производства топлива. Одной из таких тенденций, набирающих обороты в США и в Европе, является производство различных видов углеводородного топлива с повышенным содержанием кислорода. Такое топливо более эффективно, но и более сложно и опасно в переработке.

В условиях недостатка надежных решений по активному пожаротушению решающую роль играют автоматические системы обнаружения и предотвращения возгораний и взрывов. Такие системы, как правило, значительно дешевле систем автоматического пожаротушения. И, что самое важное, они дают возможность и время для того чтобы обнаружить и остановить развитие процессов, способных привести к возгоранию или взрыву.

Диапазон технических средств и решений, применяемых для раннего обнаружения источников потенциального возгорания на открытых технологических площадках объектов нефтехимии, весьма широк, выбор оптимального набора зависит от специфики и конкретных условий производства.

Из наиболее часто применяемых современных технических средств стоит отметить извещатели пламени различного типа и конструкции, а также линейные тепловые пожарные извещатели. Остановимся только на пожарных извещателях, хотя технологические установки по переработке продуктов нефтехимии оснащены десятками различных датчиков, контролирующих параметры технологического процесса. Эти датчики также обеспечивают безопасность работы оборудования, но они не формируют сигнал «Пожар» и не относятся напрямую к системе пожарной сигнализации.

Из вышеупомянутых технических средств именно линейные тепловые пожарные извещатели можно отнести к оборудованию систем раннего обнаружения. Температурные пороги их срабатывания, как правило, соответствуют условиям, когда возгорание еще не началось. Линейный тепловой извещатель (в обиходе называемый также «термокабель») срабатывает в точке достижения пороговой температуры, формирует сигнал «Пожар» и при помощи интерфейсных модулей различного типа указывает точку или «адрес» срабатывания.

Современные извещатели пламени также являются весьма эффективным решением для защиты отрытых промышленных установок и резервуарных парков, но они срабатывают при появлении открытого пламени, то есть, когда возгорание уже произошло, и необходимо экстренно задействовать систему пожаротушения. Линейный тепловой извещатель срабатывает задолго до начала фазы открытого пламени и дает персоналу возможность с малыми затратами прервать негативный сценарий развития пожара.

ТЕХНОЛОГИЯ ЛИНЕЙНЫХ ТЕПЛОВЫХ ИЗВЕЩАТЕЛЕЙ

Задача и назначение любой системы пожарной сигнализации - выявить перегрев ДО ТОГО, как возникнет пожар или, по крайней мере, обнаружить небольшое, локальное возгорание, опять же ДО ТОГО, как у этого возгорания появится возможность для распространения. Для осуществления таких задач требуется нечто большее, чем предлагают стандартные методы обнаружения возгораний. Многим возгораниям предшествует фаза нагрева с выделением тепловой энергии, и поэтому технология линейного теплового извещателя является надежным методом раннего обнаружения источника потенциального пожара.

Технология определения термокабеля имеет несколько существенных преимуществ:

■ Малая инерционность при достижении пороговой температуры обеспечивает надежное и раннее срабатывание.

■ Высокая надежность заложена в свойствах материалов - вероятность, что что-то незапланированное произойдет со стальным проводником или с термочувствительным материалом, которым он покрыт, невелика.

■ Простота конструкции термокабеля определяет его низкую стоимость.

■ Простота обслуживания. Линейные тепловые извещатели применяются по всему миру вот уже более 50 лет как основное средство раннего обнаружения возгораний на объектах добычи и переработки углеводородного сырья, предприятиях химии и металлургии, в кабельных каналах, на угольных конвейерах, градирнях, складах и многих других промышленных объектах разного назначения.

В большинстве случаев термокабель оказывается практически единственным реально «рабочим» решением для защиты технологических установок, находящихся на открытых площадках. Защитная оболочка термокабеля позволяет применять его в условиях жесткого ультрафиолетового излучения, в химически агрессивных средах и в температурных диапазонах от -68° С и до пороговой температуры срабатывания, которая обеспечивается специальным составом термочувствительного покрытия проводников термокабеля. Нередки случаи, когда линейный тепловой пожарный извещатель применяют для контроля перегрева технологических емкостей или установок. Перегрев ряда химических соединений в ходе процесса переработки может привести не только к нарушению условий технологического процесса, но и к катастрофическим последствиям, таким как взрыв и/или пожар. Установка линии термокабеля непосредственно на поверхность установки или емкости позволяет при малых затратах эффективно контролировать заданный технологией температурный режим, и в случае его срабатывания, замедлить или прервать технологический процесс либо инициировать запуск системы охлаждения. В этом случае линейный тепловой пожарный извещатель становится уже частью АСУТП и не отдает сигналы в общую систему пожарной сигнализации.

Для увеличения скорости обнаружения перегрева необходимо обеспечить максимально возможный уровень теплопередачи от потенциального источника возгорания до термочувствительного покрытия термокабеля. Источники многих пожаров самой разной природы могут быть обнаружены задолго до того, как пожар перейдет в фазу открытого огня. Очевидным преимуществом термокабеля является возможность установить его в непосредственной близости или в прямом контакте с поверхностью защищаемого технологического оборудования.

Классический линейный тепловой пожарный извещатель имеет много преимуществ - во-первых, его можно применять там, где точечные пожарные извещатели просто не смогут нормально функционировать из-за жестких внешних условий, таких, как повышенная влажность, запыленность, экстремально низкая температура или ее перепады, химически агрессивная среда, повышенный фон электромагнитного излучения. Есть даже варианты защитной оболочки, способной выдерживать постоянное трение в течение всего срока эксплуатации. Такими оболочками снабжен термокабель, контролирующий перегрев подшипников угольных конвейеров и устанавливаемый непосредственно на вращающуюся поверхность ролика.

При износе или поломке подшипника трение внутри него резко увеличивается и начинается перегрев, который после нескольких часов непрерывного трения может перерасти в возгорание. Присутствие угля и высокая концентрация угольной пыли делают риск возникновения пожара и даже взрыва чрезвычайно высоким. В мировой угольной отрасти зафиксировано немало случаев, когда башни угольных конвейеров сгорали за считанные минуты - именно из-за перегрева подшипников конвейера.

Недавно решена одна из проблем использования трмокабеля - его чувствительность к механическим повреждениям. Они могут возникнуть либо по причине неквалифицированного монтажа, например, превышение максимального угла сгиба, либо монтажа с увеличенным шагом крепления. Критично и пряме механическое воздействие - передавливание термокабеля, которое вызывает разрушение термочувствительной оболочки и замыкания стальных проводников. Такое замыкание формирует сигнал «Пожар», который будет являться ложным. Для исключения этих факторов в 2015 году был разработан и запущен в серийное производство новый тип линейного теплового пожарного извещателя - с подтвержденной температурой срабатывания. При расплавлении или разрушении термочувствительной оболочки происходит замыкание двух проводников, как и в «классическом» исполнении, но при этом, в точке контакта происходит еще и измерение реальной температуры. Если температура в точке срабатывания соответствует или превышает пороговую температуру срабатывания термокабеля, например, 68° С - значит это реальный пожар, и соответствующий сигнал выдается в систему пожарной сигнализации. Если же температура ниже, то формируется сигнал «Неисправность», указывающий на то, что произошло механическое пере-давливание проводников. Таким образом, к «классическому» набору характеристик термокабеля добавляется еще одна, чрезвычайно важная и полезная, - это способность различать штатные и ложные срабатывания. Такая функция становится особенно востребованной, если на систему пожарной сигнализации в качестве побудительного элемента возложена задача запуска системы автоматического пожаротушения. Как и у «классического» термокабеля, у нового линейного теплового из-вещателя с подтвержденной температурой срабатывания реализована возможность через интерфейсный модуль определять точку срабатывания с точностью до метра. Измерение реальной температуры в точке срабатывания стало возможным за счет применения специальных сплавов, поддерживающих термопару. Для нового типа термокабеля разработан также специальный интерфейсный модуль, который по набору функций является, по сути, мини-станцией пожарной сигнализации на один шлейф. Для применения во взрывоопасных зонах необходимо присоединить термокабель к интерфейсному модулю через барьер искоробезопасности.

Использование термокабеля для защиты кабельных каналов - это практически оптимальное по соотношению «цена-качество» решение на сегодняшний день. Помещения или траншеи, в которых прокладываются кабельные каналы, не отапливаются, в них нередко присутствует повышенная влажность, перепады температуры, запыленность и другие неблагоприятные факторы. Ни один точечный пожарный извещатель не способен нормально эксплуатироваться в подобных условиях, хотя в нашей практике мы не раз встречались с такими «системами», утратившими работоспособность всего через несколько месяцев после запуска.

ЗАЩИТА РЕЗЕРВУАРОВ

Одной из наиболее сложных задач по-прежнему является организация комплексной противопожарной защиты резервуаров для хранения нефти и нефтепродуктов - как с фиксированными, так и с «плавающими» крышками. Задача усложняется, когда речь идет о защите не одной емкости, а резервуарного парка. Если не брать в расчет умышленный поджог и пресловутый «человеческий фактор», проявляющийся в виде различных нарушений техники безопасности и технологии, то причин для возгорания в резервуаре может быть две - нагрев до температуры воспламенения и искра. К этому могут привести самые разные причины: короткое замыкание электрических проводов и перегрев электрооборудования, электрическое искрение, сопутствующее короткому замыканию, значительное повышение температуры при перегреве электрооборудования. Возгорание разлитой нефти может произойти от искры при схлестывании электропроводов, в самом резервуаре от искры короткого замыкания при обрыве кабеля подогревателя. Также возможно возгорание изоляционных материалов из-за короткого замыкания в результате пробоя или перекрытия изоляции. Частой причиной пожаров также является попадание молнии при недостаточном контакте в местах присоединения токоведущих частей.

Линейный тепловой извещатель с оболочкой, устойчивой к агрессивным средам, устанавливается в непосредственной близости от края «плавающей» крышки, либо по всей окружности в верхней части резервуаров с фиксированной крышкой. На выходе из пожарной зоны шлейф термокабеля через изолированную клемму соединяется с сигнальным кабелем и далее, через барьеры искробезопасности и интерфейсные модули, соединяется со станцией пожарной сигнализации. В случае с подвижной «плавающей» крышкой применяется система со специальным сигнальным кабелем в форме пружины, способной обеспечить эластичное соединение по всей высоте хода крышки резервуара. Подобное решение является промышленным стандартом для защиты резервуарных парков ведущих нефтяных компаний мира.

ВЫБОР ПРИЕМНО-КОНТРОЛЬНЫХ ПРИБОРОВ

Приемно-контрольные приборы, предназначенные для мониторинга состояния линейного теплового кабеля, должны иметь конфигурацию, позволяющую эффективно контролировать все резервуары парка. Причем необходимо контролировать не только состояние термокабеля, но и управлять шлейфами электромагнитных пусковых устройств (соленоидов) селекторных клапанов, приводами водяных задвижек, клапанами дозаторов пенного концентрата, контролировать состояние реле потоков и выдавать сигналы системе голосового оповещения об эвакуации.

Проектируя конфигурацию таких приборов, особое внимание необходимо уделять фактору максимально допустимого сопротивления, которое способна принять контрольная панель. Необходимо произвести расчеты сопротивления всех подсоединяемых элементов - и линии пожарной сигнализации с термокабелем, и сигнальных кабелей, и протяженных интерфейсных кабелей. В большинстве стандартных станций пожарной сигнализации не обеспечивается возможность увеличенного сопротивления длинных шлейфов, поэтому для промышленного применения, в особенности, для защиты взрывоопасных зон следует выбирать приборы,специально разработанные и сертифицированные именно под промышленное применение. Такие приборы должны содержать следующие необходимые компоненты: диодные барьеры искрозащиты и пусковые цепи, а логика управления должна быть построена с таким учетом специальной конфигурации «железа», чтобы не вызвать внутренние ошибки работы. Большие распределенные системы, применяемые, например, для защиты резервуарных парков могут включать в себя опцию дублирования информации о состоянии, например, в центральном диспетчерском пункте. В этом случае локальные станции пожарной сигнализации и управления пожаротушением располагаются в помещениях установки клапанов, контролирующих отдельные функции системы, а информация об их состоянии передается через шлейфы обмена данными через локальные станции на центральную, а также в систему голосового оповещения об эвакуации. Условно, системы пожарной сигнализации на таких объектах можно разделить на три уровня.

Система первого уровня позволяет определить перегрев на определенном участке контролируемой зоны и просто передать сигнал на центральную станцию пожарной сигнализации. Далее требуется решение персонала о ручном запуске системы пожаротушения. И несмотря на некоторую потерю времени, такая система все-таки обеспечивает возможность раннего обнаружения перегрева.

Системы второго уровня предназначены и для автоматического определения перегрева или возгорания, и для автоматического запуска системы пожаротушения той емкости, из которой поступил сигнал «Пожар». Запускаются одновременно привод селекторного клапана, привод водяной задвижки и привод клапана дозатора пенного концентрата для немедленной подачи водопенной смеси. Если на соседних емкостях система затем тоже обнаружит возгорание и выдаст сигналы «Пожар», то для запуска приводов задвижек и электромагнитных клапанов по другим направлениям потребуется участие оператора, и такой пуск будет произведен в ручном режиме. Системы второго уровня дают преимущество выбора тушения резервуара, подвергающегося наибольшему риску возгорания от соседнего, где начался пожар и идет интенсивное выделение тепла.

Системы третьего уровня комбинируют функции и автоматического, и ручного запуска пожаротушения для любой комбинации резервуаров и обеспечивают более точный контроль за развитием ситуации.

В заключение следует отметить, что в последние годы многие предприятия по переработке углеводородов провели значительные изменения в подходе к управлению пожарными рисками. Изменения и новые требования на глобальном рынке, а также стремительно нарастающая в мире озабоченность проблемами экологии оказывают прямое материальное влияние на то, как будут справляться с этими рисками в будущем. Дополнительные ограничения в ресурсах также оказывают на это влияние, сдвигая фокус к новым требованиям и новым стандартам безопасности. Обеспечение надежной и безопасной работы промышленного оборудования находится на первых строках в списке приоритетов. Негативные последствия для окружающей среды, к которым привели недавние громкие катастрофы с пожарами и неконтролируемыми разливами нефти и нефтепродуктов, вызывают очень серьезную озабоченность. Общие финансовые потери от всего одного сгоревшего резервуара не идут ни в какое сравнение с затратами на установку даже самой современной системы раннего обнаружения перегрева и возгорания на таком резервуаре. Установка такой системы - это еще и инвестиция, доход от которой, если его правильно рассчитать, будет на удивление высоким.

Информация и фото с https://algoritm.org/arch/arch.php?id=83&a=2018