Резервуары сжиженного углеводородного газа: скрытая угроза для городской застройки

Газовые АЗС и технологические объекты с резервуарами сжиженного углеводородного газа (СУГ) давно стали привычной частью городской инфраструктуры. Резервуар СУГ нередко располагается в непосредственной близости от жилых домов, торговых центров и дорог с интенсивным движением.

При штатной эксплуатации такие объекты считаются безопасными. Однако при возникновении пожара последствия аварии с резервуаром СУГ могут быть чрезвычайно масштабными и выходить далеко за пределы площадки размещения.

Содержание

Резервуары сжиженного углеводородного газа в городской и промышленной среде

Резервуары сжиженного углеводородного газа размещаются не только на газовых АЗС, но и в составе производственных предприятий и технологических установок с высокой плотностью оборудования. В таких условиях авария одного резервуара с высокой вероятностью приводит к эскалации аварийной ситуации.

Реальные примеры подтверждают масштаб угрозы: взрывы резервуаров с СУГ происходили в Волгограде в 2020 году и в Новосибирске в 2021 году. Эти события наглядно показывают, что последствия подобных аварий затрагивают окружающую застройку и инфраструктуру.

Взрывы резервуаров с СУГ в Волгограде в 2020 году (фото 1) и в Новосибирске в 2021 (фото 2). (Источник фото: https://scilead.ru/article/3973-otsenka-effektivnosti-protivopozharnoj-zashch)

Что происходит при пожаре резервуаров сжиженного углеводородного газа

Если резервуар с СУГ оказывается в зоне внешнего пожара и не имеет защиты от теплового воздействия, развивается опасная цепочка процессов:

Критической стадией является взрыв с образованием огненного шара (BLEVE). Именно этот сценарий определяет наибольшую опасность для людей и зданий.

Основные поражающие факторы огненного шара:

Тепловое излучение

Плотность теплового потока кратно превышает показатели обычного пожара. Даже на расстоянии сотен метров возможны ожоги, воспламенение материалов, повреждение фасадов и остекления. 

Воздействие теплового излучения длится недолго, но именно его интенсивность определяет тяжесть последствий.

Разлет фрагментов резервуара с СУГ

Оболочка резервуара хранения сжиженных углеводородных газов разрушается с образованием тяжелых металлических фрагментов, которые разлетаются на десятки и сотни метров, обладая высокой кинетической энергией. 

Именно они часто становятся причиной механических разрушений зданий и смертельных травм.

Ключевой вывод заключается в том, что последствия BLEVE — это не локальная авария, а серьезная угроза для окружающей застройки. Поэтому основная задача противопожарной защиты резервуаров для сжиженных углеводородных газов заключается не в тушении огненного шара, а в предотвращении условий, при которых он может возникнуть.

Как предотвратить взрыв резервуаров сжиженного углеводородного газа

Для снижения риска взрыва применяются два базовых инженерных подхода: водяное орошение и теплоизоляция. 

1. Защита резервуара с СУГ с помощью водяного орошения

Водяное орошение создает охлаждающий эффект, снижает температуру стенки резервуара с СУГ и предотвращает потерю прочности металла при внешнем пожаре. Требования к водяному охлаждению резервуаров с СУГ приведены в приложении М ГОСТ Р 12.3.047-2012. При этом существуют важные нюансы, не описанные в ГОСТ Р.

Как проходили испытания водяным орошением резервуаров с СУГ

Эксперименты по водяному орошению для противопожарной защиты резервуаров с СУГ были проведены и описаны в статье “Investigations of water spraying systems for LPG storage tanks by full scale fire tests”.

Испытания проводились на резервуаре РГС с пропаном объемом 4,85 м³ при полном огневом воздействии (Рисунок 1) и неполном огневом воздействии (Рисунок 2).

Сравнивались две принципиально разные схемы водяного орошения:

      

Измерялись температуры стенки и фланцев, температура среды и давление внутри резервуара, а также срабатывания предохранительного клапана. 

При прямом огневом воздействии (форсунки с горящим пропаном направлены на РГС) плотность теплового потока составила 55 кВт/м². При неполном огневом воздействии (т.е. при размещении форсунки с горящим пропаном вверх) плотность теплового потока снижалась до 12 кВт/м².

Результаты испытаний водяного орошения резервуаров с СУГ

2. Защита резервуара с СУГ от пожара с помощью теплоизоляции

Теплоизоляционная защита снижает теплоприток к корпусу резервуара с СУГ и увеличивает время до достижения критических условий, при которых возможен взрыв.

В 1988 году в Journal of Hazardous Materials была опубликована одна из самых наглядных и честных работ по пожарной опасности резервуаров с СУГ — статья Бернхарда Дросте и Вольфганга Шёна о натурных огневых испытаниях резервуаров с пропаном.

Исследование ценно тем, что это не расчеты и не лаборатория, а полномасштабные огневые испытания реальных резервуаров объемом 4,85 м³.

Испытания незащищенных резервуаров показали крайне низкий запас пожарной устойчивости:

• разрушение происходило через 7–12 минут после начала пожара;
• каждый случай заканчивался BLEVE — разрывом резервуара, огненным шаром и разлетом фрагментов;
• предохранительный клапан не способен компенсировать рост давления при интенсивном нагреве.

Разрушение вызывается одновременным ростом давления сжиженных углеводородных газов и падением прочности стенки, причем рост давления является доминирующим фактором. Даже при срабатывании клапана давление продолжает расти.

Как проходили испытания защиты теплоизоляцией резервуаров с СУГ

Емкость оснастили теплоизоляцией специальной конструкции и множеством термопар.

Резервуар разместили в противень, в котором имитировалось горение розлива пропана. Спустя 90 минут огневого испытания (см. рисунок 2), резервуар не взорвался (см. рисунок 3.)

Давление оставалось в допустимых пределах, максимальная температура стенки и жидкой фазы не превысила плюс 215 °C и плюс 60 °C соответственно (см. рисунок 4 график температуры газовой и жидкой фаз и давления ); арматура сохранила работоспособность.

Резервуары сжиженного углеводородного газа в условиях пожара представляют собой источник потенциально катастрофических последствий. Эффективная противопожарная защита должна быть направлена на предотвращение BLEVE и учитывать реальные условия размещения резервуаров с СУГ — как в городской, так и в промышленной среде.