Авторы: М. Дэвис, Т. Хайдерманн, А. Гебель (Braunschweiger Flammenfilter GmbH).
Опубликовано в журнале Химическая техника №1/2016
По данным ВНИИПО, за последние 15 лет на предприятиях химической и нефтехимической промышленности возникло 3 266 пожаров. Важно отметить, что на производственных установках и сооружениях пожары чаще всего возникали из-за неисправности оборудования.
Цель компании Braunschweiger Flammenfilter GmbH – избежать чрезвычайных ситуаций и сохранить человеческие жизни. Цель данной статьи – обратить внимание на важность правильного выбора огнепреградителей, предоставить краткую техническую информацию для общего понимания процессов и ознакомить читателя с современными достижениями в этой области.
Для чего и почему используются огнепреградители?
Уже в середине XIX в. в горной промышленности была доказана эффективность защиты от возможных взрывов в местах скопления метана с помощью лампы Дэви.
С тех пор был разработан целый ряд решений для обеспечения безопасности современных нефтехимических и химических предприятий, работа которых связана с применением гораздо более опасных газов. Огнепреградители существуют для всех взрывоопасных газов вплоть до водорода и ацетилена. Кроме того, были разработаны эффективные решения для различных технологических процессов, связанных с повышенными температурой и давлением.
Огнепреградители всех видов и типов подлежат обязательному сертифицированию уполномоченным органом с прохождением испытаний согласно принятым нормам и стандартам. Такого рода уполномоченные органы на территории Российской федерации в данное время, к сожалению, отсутствуют, и не ВНИИПО, и не Санкт-Петербургский университет государственной противопожарной службы не готовы проводить соответствующие испытания.
Ответы на вопрос, почему используют огнепреградители, весьма просты:
- для защиты человеческих жизней;
- для защиты окружающей среды;
- для защиты объектов.
Проблемы, связанные с использованием огнепреградителей
Основная проблема огнепреградителей – это потеря давления из-за уменьшения площади сечения, а также в результате замерзания, загрязнения продукта и налипания продукта на элемент огнепреградителя. При этом на рынке существует много технических решений, позволяющих решить данную проблему или, по крайней мере, уменьшить отрицательные воздействия.
Другая проблема – это отсутствие опыта и понимания процесса взрыва и горения, что в итоге приводит к выбору неподходящего оборудования и соответственно к отсутствию безопасности.
Так, установка неподходящего коммуникационного огнепреградителя привела к проскоку пламени и возгоранию резервуара во время пожара на нефтяном терминале Конда ОАО «Сибнефтепровод» в 2009 г., что привело к гибели пожарных.
Процессы горения
Взрывоопасные смеси могут гореть по-разному. Влияние на процесс горения оказывают различные факторы, в том числе: химический состав смеси, волна давления, предварительное сжатие, геометрическая форма камеры сгорания, а также скорость распространения огня.
Согласно международным стандартам, для огнепреградителей различают следующие процессы горения:
- взрыв – внезапный процесс окисления или химического распада веществ со стремительным ростом температуры или давления, или с тем и другим одновременно (см. EN 1127-1);
Рис. 1. Атмосферная дефлаграция - дефлаграция – взрыв со скоростью распространения ниже звуковой (EN 1127-1). В зависимости от геометрической формы области горения существуют различные типы дефлаграции: атмосферная – взрыв в открытом пространстве без заметного роста давления (рис. 1); объемная – взрыв в закрытом пространстве, например в резервуаре (рис. 2);
Рис. 2. Объемная дефлаграция трубная (в трубах) – ускоренный взрыв в трубном пространстве, который распространяется вдоль оси трубы со скоростью распространения пламени, меньшей, чем скорость распространения звука (рис. 3);
Рис. 3. Развитие процесса горения:
1 – скорость фронта пламени; 2 – давление - стабильное горение – это равномерное горение на огнепреградителе или недалеко от него. При этом различают кратковременное горение (стабильное горение в течение определенного времени) и длительное горение (не ограниченное по времени стабильное горение), рис. 4;
Рис. 4. Длительное горение - детонация – взрыв, распространяющийся со сверхзвуковой скоростью и характеризующийся ударной волной (EN 1127-1). Различают стабильную и нестабильную детонацию (см. рис. 3). Детонация называется стабильной, если она распространяется с постоянной скоростью и давлением (скорость распространения пламени обычно составляет 1 600…2 000 м/с). Переход процесса горения от дефлаграции к стабильной детонации называется нестабильной детонацией.
Этот переход происходит в пространственно ограниченной области, в которой скорость фронта пламени непостоянна, а давление намного превышает значение давления при стабильной детонации. Примечание: пространственная область, в которой происходит переход, зависит от типа газовой смеси, ее давления и температуры, геометрии трубы и т.п. Область перехода необходимо определять отдельно для каждого конкретного случая.
Правильный выбор подходящего огнепреградителя
Огнепреградители должны быть испытаны и допущены к эксплуатации в соответствии с принципами их действия. Они делятся в зависимости от процесса горения и предусмотренного места их монтажа. Большое число видов и модификаций оборудования обусловлено многообразием условий применения. Специальные конструктивные элементы арматуры, такие, как трубные отводы ударной волны, ловители удара или динамические огнепреградители, обеспечивают наилучшие характеристики потока рабочей среды с минимальными потерями давления.
Для правильного выбора огнепреградителя нужно знать и правильно применять следующую информацию:
- группа взрывоопасности газовой смеси и стехиометрический ее состав;
- температурный режим эксплуатации;
- максимальное расчетное давление;
- место установки;
- монтажное положение;
- расстояние от источника возгорания;
- вероятность возгорания с незащищенной стороны;
- при трубном исполнении – геометрия трубопровода до и после огнепреградителя;
- необходимая пропускная способность;
- максимально допустимая потеря давления;
- особенности хранимого продукта (налипание, кристаллизация, агломерация и др.);
- особенности хранения продукта (например, флегматизация резервуара);
- коррозионная агрессивность газовой смеси;
- температура внешней среды.
Отсутствие информации или неправильное ее использование может привести к аварии! При сомнениях в правильности принятого решения или необходимости в консультации по теме огнепреградителей, компетентные сотрудники компании Braunschweiger Flammenfilter GmbH всегда готовы помочь.
Современный уровень развития
При заводе компании более 40 лет назад был создан испытательный полигон, позволяющий тестировать детонационно-стойкие огнепреградители диаметром до DУ = 1000 мм. Кроме того, компания владеет сертифицированной проточной установкой, позволяющей замерять потоки и потерю давления при реальных производственных условиях.
Стремление к лучшему, профессионализм и оснащение научно-исследовательского отдела позволяют гибко реагировать на потребности клиентов и в кратчайшие сроки решать новые технологические задачи, что, в свою очередь, приносит компании определенное преимущество на рынке .
На примере двух описанных далее типов оборудования показаны широко распространенные в практике решения, разработанные компанией.
Коммуникационный детонационно-стойкий огнепреградитель типа DR/ES-V углового исполнения, комбинированный с дыхательным клапаном на избыточное давление
Использование огнепреградителя данного типа (рис. 5) на газоуравнительной системе терминала Конда сохранило бы жизнь трех сотрудников пожарной службы, участвовавших в тушении пожара и погибших при взрыве резервуара №8.
Особые признаки и преимущества огнепреградителя:
- трубный предохранитель против детонации и клапан в одном приборе;
- высокая герметичность обусловливает уменьшение потери продукта и загрязнение окружающей среды (утечка в десятки раз ниже требований нормы ISO 28300);
- небольшое число пламяпреградительных элементов благодаря применению эффективного ловителя удара взрывной волны; потеря давления в несколько раз меньше обычного;
- полностью разборный элемент огнепреградителя;
- быстрая установка и демонтаж всего элемента пламяпреградителя PROTEGO®, а также отдельных пламяпреградительных кассет в обойме;
- для техобслуживания не нужно разъединять фланцы трубопровода;
- возможна чистка отдельных кассет огнепреградителя вплоть до чистки в ультразвуковой ванне с растворителем;
- недорогие запасные части
- широкий спектр применения при высоких рабочих температурах;
- гибко настраиваемое давление срабатывания клапана;
- срок эксплуатации огнепреградителя не ограничен, а сам огнепреградитель не требует периодического тестирования.
Морозостойкий совмещенный мембранный клапан, одновременно выполняющий функцию динамического огнепреградителя
Особые признаки и преимущества клапана (рис. 6):
- защищает оборудование от атмосферной дефлаграции и длительного горения на клапане;
- морозостойкая нагрузочная жидкость не разбавляется в ходе эксплуатации конденсатом и постоянно остается в клапане;
- наличие индикатора для наблюдения за нагрузочной жидкостью;
- гибко настраиваемое избыточное и вакуумное давление срабатывания;
- надежная работа клапана при намерзании и примерзании льда;
- высокая герметичность обусловливает уменьшение потери продукта и загрязнение окружающей среды;
- установочное давление очень близко к давлению полного открытия клапана, чем поддерживается оптимальное давление в системе;
- несложный эксплуатационный надзор и техническое обслуживание благодаря легкому открытию крышки;
- модульное строение облегчает быструю замену отдельных частей.
Все производимое компанией Braunschweiger Flammenfilter GmbH оборудование обладает сертификатами таможенного союза и допущено к использовано на территории Российской Федерации.
Для получения дополнительной информации или получения доступа к бесплатному ресурсу по расчету резервуаров и резервуарного оборудования, просим обращаться к вашему региональному менеджеру.
