Существующие технические средства противопожарной защиты обладают высокой инерционность, что для нефтегазодобывающих платформ на арктическом шельфе является недопустимым. Рассмотрены средства пассивной и активной противопожарной защиты, обладающие минимальной инерционностью.
Взрывы и пожары на нефтегазодобывающих платформах являются наиболее частыми аварийными ситуациями, приводящими к гибели персонала, потере технологического оборудования и перерастанию инцидента в масштабную катастрофу. Скоротечность и развитие эскалации техногенных чрезвычайных ситуаций на платформе обусловлена плотным размещением на ограниченной площади добывающего, энергетического, технологического и вспомогательного оборудования, присутствием горючих газов и жидкостей. Наиболее известной и значимой экологической катастрофой планетарного масштаба является авария платформы Deepwater Horizon на месторождении Макондо в Мексиканском заливе в 2010 году. Развитие катастрофы началось с аварии, вызванной взрывом и последующим пожаром. В результате разрушения оборудования сырая нефть из скважины поступала на протяжении 152 дней в воды залива и далее распространялась по поверхности и в толще, перемещаясь, в том числе, в Атлантический океан (рис. 1). По мнению ученых, розлив нефти повлиял на климатообразующее течение Гольфстрим и усилил колебание «маятника» изменения климата на планете. Различные алифатические и ароматические соединения остаются в виде отложений на дне Мексиканского залива. А некоторые биомаркеры с месторождения находят в телах морских существ [1].
Хрупкая экологическая система Арктики требует ответственного подхода к созданию технологий добычи нефти и газ на шельфе. Устойчивость функционирования добывающих платформ зависит, в том числе, от эффективных мер противопожарной защиты. Имеющиеся технологии, широко применяемые в теплых широтах, а также в Северном, Норвежском и Охотском морях не во всем применимы ввиду особых климатических условий арктического шельфа и удаленности от инфраструктуры.
Наиболее эффективной в обеспечении безопасности мерой для сложных технических систем, таких как, например, нефтегазодобывающая платформа, является совместное применение пассивных средств и активных систем противопожарной защиты, а также минимизация участия человека в автоматизации технологического процесса.
Большинство производственных помещений на платформе содержат технологическое оборудование с обращающимися горючими газами и легковоспламеняющимися жидкостями. Соответственно, такие помещения относятся к взрывоопасным. При этом ввиду высокой плотности компоновки и размещения оборудования в плане и по высоте без внешних ограждающих конструкций применение традиционных средств противовзрывной защиты, таких как легкосбрасываемые конструкции, не представляется возможным. Для исключения возникновения взрыва в помещениях необходимо предусматривать его заполнение газом-флегматизатором. Наиболее распространенным газом-флегматизатором является азот. При этом азот всегда имеется в достаточном количестве на любом нефтехимическом опасном производственном объекте, т.к. он широко применяется для текущего и планового ремонта и обслуживания оборудования.
Исключение возможности возникновения взрыва газопаровоздушных смесей достигается за счет снижения концентрации кислорода в помещения и вытеснении его газом-флегматизатором. Установлено, что достаточно понизить концентрацию кислорода в помещении до 16–17% в дежурном режиме работы оборудования. Также установки, генерирующие газы-флегматизаторы, могут быть использованы как традиционное средство газового пожаротушения как для уже указанных взрывоопасных помещений, так и для других пожароопасных помещений. Для этого необходимо понизить концентрацию кислорода до 10–11 % путем подачи в помещения азота.
При этом установлено медицинскими исследованиями [2], что если в дежурном режиме в помещении содержится 16–17 % кислорода, то это допускает присутствие обслуживающего персонала на время не более 4 часов. Такая концентрация кислорода соответствует значениям на высоте примерно 3500–4000 м над уровнем моря. Высокая степень автоматизации технологических процессов должна обеспечить минимизацию присутствия персонала во взрывоопасных помещениях.
В качестве пассивных средств противопожарной защиты в помещениях и на открытых технологических площадках с обращением горючих и легковоспламеняющихся жидкостей необходимо применять средства ограничения распространения горения по поверхности, в качестве которых может выступать специальная конструкция полов. В практике иностранных компаний применяются пламегасящие покрытия полов, выполненные в виде дренажных каналов (рис. 2). Отвод горючей жидкости предусматривается в аварийную емкость. Сам канал заполнен металлическими волокнами, обеспечивающими ограничение распространения пламени по поверхности и использующими принцип, основанный на таком показателе пожарной опасности, как безопасный максимальный экспериментальный зазор. Стандартом CAP 437 «Standards for offshore helicopter landing areas» установлено требование применения дренажных каналов на вертолетных площадках. Однако применение такой конструкции полов на открытых площадках для нефтегазодобывающих платформ на арктическом шельфе вызывает сомнения из-за возможности обледенения каналов. Также нет ясности в длительности сохранения свойств огнепреграждения волокон с течением времени ввиду загрязнения и слёживания.
В отечественной практике разработаны покрытия полов в виде устройств самотушения и предотвращения загораний горючих жидкостей УСП-01Ф (СКБ «Тензор») (рис. 3). Устройство представляет собой металлические соты-каналы, где длина канала значительно превышает их диаметр. При попадании жидкости в каналы происходит нарушение естественной конвекции и нарушение процесса диффузионного горения [3]. Также структура полов исключает разбрызгивание при падении на поверхность. Разлившуюся жидкость необходимо отводить в аварийную емкость.
Результативность тушения пожаров напрямую зависит от способов доставки огнетушащих веществ на поверхность горения. Большинство современных технологий пожаротушения имеют низкий коэффициент эффективности использования огнетушащих веществ, лишь малая их часть попадает в очаг пожара и влияет на прекращение горения. В результате на тушение пожара затрачивается гораздо больше ресурсов, чем требуется. Кроме того, известные системы тушения пожаров обладают большой инерционностью. Проходит значительное время от момента фиксации возгорания до непосредственной работы средств тушения и подачи огнетушащих веществ в очаг пожара.
Тушение пожаров может быть выполнено устройствами, работа которых основана на высвобождении энергии порохов и передачи этой энергии огнетушащим веществам с целью перемещения их к очагу пожара. Исходя из свойств фактически квазимгновенного выпуска огнетушащих веществ, от момента активации средств тушения до попадания их в очаг, и при этом получение высокодиспергированных частиц огнетушащих веществ на подходе к очагу пожара, средства тушения получили название «установки залпового распыления огнетушащих веществ». При выбросе огнетушащего вещества из ствола установки формируется гетерогенная система, состоящая из диспергированных твердых частиц или капель жидкости, обладающих необходимой кинетической энергией. Поток, насыщенный каплями жидкости, ближе всего к природному явлению – шквалу, поток, насыщенный твердыми частицами, ближе всего к вихрю.
Данная технология была предложена проф. Захматовым В.Д. (рис. 4) [4, 5]. Выпуск огнетушащего вещества осуществляется по команде от устройств обнаружения пламени. Время выпуска огнетушащего вещества и его распыл в помещении составляет менее 1 секунды.
В качестве рабочего тела для распыления могут быть использованы любые твердые и жидкие огнетушащие вещества – порошковые составы, вода со смачивателями или добавками. При тушении пожара возможно комбинировать последовательно залпы при помощи различных модулей. Гибкость регулирования параметров тушения обеспечивалась за счет варьирования количества одновременно или последовательно выстреливаемых зарядов. Например, при горении розлива жидкости по поверхности газопорошковым вихрем сбить пламя, после этого газоводяным шквалом охладить поверхность, затем пенным шквалом изолировать зеркало.
