Методика проведения экспериментального исследования тушения струйного горения газа автоматическими установками газопорошкового пожаротушения

Введение. В настоящее время в РФ активно осуществляется проектирование и строительство объектов обращения сжиженного природного газа (СПГ). Аварии на данных объектах, как правило, начинаются с разгерметизации оборудования, истечения и последующего возгорания горючих веществ. В результате воздействия опасных факторов пожара от первичной аварии возможно разрушение соседнего оборудования и каскадное развитие аварии. В основном, опубликованные работы, посвященные тушению СПГ, рассмат­ривают вопросы тушения или локализации пролива СПГ. Вопросы, связанные с тушением пожара горючих газов, истекающих под давлением, мало изучены.

Цель. Разработка методики проведения огневых испытаний при тушении струйного горения газа.

Задачи. Обзор результатов проведенных экспериментов со струйным истечением СПГ; анализ частоты возникновения утечек и их наиболее вероятный диаметр; определение параметров модельного очага струйного пожара; определение параметров испытательного стенда и порядка проведения огневых испытаний.

Аналитическая часть. Методика разработана на основе анализа статистических данных по авариям на нефтехимическом оборудовании. На основе данных по частоте разгерметизации технологического оборудования и наиболее вероятного эквивалентного диаметра аварийного отверстия определены параметры испытательного стенда для проведения испытаний по тушению струйного горения СПГ.

Выводы. Сделан обзор результатов проведенных экспериментов со струйным истечением СПГ, а также анализ частоты возникновения утечек и их наиболее вероятный диаметр. На основе данного анализа определены параметры испытательного стенда и предложен порядок проведения огневых испытаний. Раз­работана методика проведения испытаний при тушении струйного горения для определения огнетушащей эффективности модулей пожаротушения.

1. Raj P.K. LNG fires: A review of experimental results, models and hazard prediction challenges // Journal of Hazardous Materials. 2007. Vol. 140. Issue 3. Pp. 444–464. DOI: 10.1016/j.jhazmat.2006.10.029

2. Cleaver P., Johnson M., Ho B. A summary of some experimental data on LNG safety // Journal of Hazardous Materials. 2007. Vol. 140. Issue 3. Pp. 429–438. DOI: 10.1016/j.jhazmat.2006.10.047

3. Suardin J.A., Wang Y., Willson M., Mannan M. Field experiments on high expansion (HEX) foam application for controlling LNG pool fire // Journal of Hazardous Materials. 2009. Vol. 165. Issue 1–3. Pp. 612–622. DOI: 10.1016/j.jhazmat.2008.10.040

4. Yun G., Ng D., Mannan M.S. Key findings of liquefied natural gas pool fire outdoor tests with expansion foam application // Industrial & Engineering Chemistry Research. 2011. Vol. 50. Issue 4. Pp. 2359–2372. DOI: 10.1021/ie101365a

5. Yun G., Ng D., Mannan M.S. Key Observations of Liquefied Natural Gas Vapor Dispersion Field Test with Expansion Foam Application // Industrial & Engineering Chemistry Research. 2011. Vol. 50. Issue 3. Pp. 1504–1514. DOI: 10.1021/ie100822h

6. Zhang Z., Krishnan P., Jiao Z., Mannan M., Wang Q. Developing a CFD heat transfer model for applying high expansion foam in an LNG spill // Journal of Loss Prevention in the Process Industries. 2021. Vol. 71. P. 104456. DOI: 10.1016/j.jlp.2021.104456

7. Yang J., Li Y., Zhu J., Han H. Quantitative study of the factors of LNG liquid foam stability: Operating parameters and collection containers and time // Process Safety and Environmental Protection. 2018. Vol. 117. Pp. 223–231. DOI: 10.1016/j.psep.2018.05.005

8. Luketa-Hanlin A. A review of large-scale LNG spills: experiments and modeling // Journal of Hazardous Materials. 2006. Vol. 132. Issue 2. Pp. 119–140. DOI: 10.1016/j.jhazmat.2005.10.008

9. Zhang Q., Liang D., Wen J. Experimental study of flashing LNG jet fires following horizontal releases // Journal of Loss Prevention in the Process Industries. 2019. Vol. 57. Pp. 245–253. DOI: 10.1016/j.jlp.2018.12.007

10. Koopman R.P., Ermak D.L. Lessons learned from LNG safety research // Journal of Hazardous Materials. 2007. Vol. 140. Issue 3. Pp. 412–428. DOI: 10.1016/j.jhazmat.2006.10.042

11. Lu H., Delichatsios M.A., Li X., Liu S., Lv J., Hu L. Flame geometrical characteristics of downward sloping buoyant turbulent jet fires // Fuel. 2019. Vol. 257. P. 116112. DOI: 10.1016/j.proci.2020.06.227

12. Hu L., Wang Q., Delichatsios M.A., Tang F., Zhang X., Lu S. Flame height and lift-off of turbulent buoyant jet diffusion flames in a reduced pressure atmosphere // Fuel. 2013. Vol. 109. Pp. 234–240. DOI: 10.1016/j.fuel.2012.12.050

13. Zhang X., Hu L., Zhang X., Tang F., Jiang Y., Lin Y. Flame projection distance of horizontally oriented buoyant turbulent rectangular jet fires // Combustion and Flame. 2017. Vol. 176. Pp. 370–376. DOI: 10.1016/j.combustflame.2016.10.016

14. Bradley D., Gaskell P.H., Gu X., Palacios A. Jet flame heights, lift-off distances, and mean flame surface density for extensive ranges of fuels and flow rates // Combustion and Flame. 2016. Vol. 164. Pp. 400–409. DOI: 10.1016/j.combustflame.2015.09.009

15. Lowesmith B.J., Hankinson G. Large scale high pressure jet fires involving natural gas and natural gas/hydrogen mixtures // Process Safety and Environmental Protection. 2012. Vol. 90. Issue 2. Pp. 108–120. DOI: 10.1016/j.psep.2011.08.009

16. Gopalaswami N., Liu Y., Laboureur D.M., Zhang B., Mannan M.S. Experimental study on propane jet fire hazards: Comparison of main geometrical features with empirical models // Journal of Loss Prevention in the Process Industries. 2016. Vol. 41. Pp. 365–375. DOI: 10.1016/j.jlp.2016.02.003

17. Laboureur D.M., Gopalaswami N., Zhang B., Liu Y., Mannan M.S. Experimental study on propane jet fire hazards: Assessment of the main geometrical features of horizontal jet flames // Journal of Loss Prevention in the Process Industries. 2016. Vol. 41. Pp. 355–364. DOI: 10.1016/j.jlp.2016.02.013

18. Palacios A., Rengel B. Flame shapes and thermal flux of vertical hydrocarbon flames // Fuel. 2020. Vol. 276. P. 118046. DOI: 10.1016/j.fuel.2020.118046

19. Palacios A., García W., Rengel B. Flame shapes and thermal fluxes for an extensive range of horizontal jet flames // Fuel. 2020. Vol. 279. P. 118328. DOI: 10.1016/j.fuel.2020.118328

20. Gómez-Mares M., Luis Z., Joaquim C. Jet fires and the domino effect // Fire Safety Journal. 2008. Vol. 43. № 8. Pp. 583–588.

21. Casal J., Gómez-Mares M., Messineo M.A.M., Muñoz Messineo M.A. Jet fires: a “minor” fire hazard? // Chemical Engineering Transactions. 2012. Vol. 26. Pp. 13–20. DOI: 10.3303/CET1226003

22. Zwęgliński T. Conventional event tree analysis on emergency release of liquefied natural gas: 5 // International Journal of Environmental Research and Public Health. 2022. Vol. 19. Issue 5. P. 2961. DOI: 10.3390/ijerph19052961

23. Selvan R.T., Siddqui N.A. Risk assessment of natural gas gathering station & pipeline network // International Journal of Theoretical and Applied Mechanics. 2017. Vol. 12. Issue. 2. Pp. 227-242.

24. Fitzgerald G.A. Calculating facility siting study leak sizes-one size does not fit all // Process Safety Progress. 2016. Vol. 35. Issue 2. Pp. 176–178. DOI: 10.1002/prs.11764

25. Стенковой В.И., Селиверстов В.И., Молчадский И.С., Баратов А.Н. Газопорошковое тушение пожаров нефтепродуктов в резервуарах // Пожарная безопасность. 2011. № 1. С. 100–106. URL: https://www.elibrary.ru/item.asp?id=15608220