Причины горения нефти и способы тушения

В процессе  бурения нефтяных скважин, а также во время их  эксплуатации возможно возникновение открытого фонтанирования, которое нередко сопровождается пожаром, ликвидация которого весьма затратна как с материальной точки зрения, так и с точки зрения трудовых ресурсов. Горящая нефть представляет собой серьезную угрозу жизни людей и экологическому состоянию окружающее среды.

Возникновение открытых фонтанов, как правило, связано с грубыми технологическими нарушениями, допущенными в процессе проведения работ на скважине. Самый лучший способ борьбы с такими авариями – это предупреждение таких выбросов с целью предотвращения  их перехода в открытые фонтаны.

Основной причиной, по которой возникают открытые выбросы, является снижение противодавления на пласт, которое создается при бурении или в процессе ремонта скважины специально закачиваемой жидкостью. Ликвидируют  нефтяные проявления либо с помощью вымывания пластовых флюидов на поверхность, либо задавливанием их  обратно в продуктивный пласт посредством пробуренной скважины. И в том, и в другом случае скважину заполняют промывочной жидкостью, значение плотности которой и создает необходимое превышение давления в забое перед пластовым.

Горение нефти

Горящие нефтяные скважины. Кувейт, 1991 год

Горящие нефтяные скважины. Предварительные мероприятия

Горение нефти, сопровождающее открытый нефтяной фонтан, требует немедленной организации следующих  мероприятий:

  • прекращение любых работ в зоне фонтанирования;
  • выведение из неё всего персонала;
  • остановка всех  двигателей внутреннего сгорания;
  • отключение  всех осветительных и силовых линий электропередач;
  • следует немедленно затушить все топки технического и бытового назначения, расположенные поблизости от фонтана;
  • немедленный запрет курения и  производства любых работ, связанных с огнем;
  • запрет  движения на всех прилегающих к скважине дорогах путем выставления на них постов охраны или  запрещающих знаков;
  • принятие соответствующих мер для отключения всех находящихся поблизости производственных объектов (трансформаторных будок, станков-качалок, газораспределительных пунктов и так далее), расположение которых предполагает их возможное появление в загазованной зоне;
  • принятие мер по оповещению о произошедшем,  и по информированию руководства предприятия об уже предпринятых первичных мерах;
  • вызов на место аварии специальных подразделений военизированной службы, чья специализация – предупреждение возникновения и  ликвидация открытых нефтяных или газовых фонтанов, а также службы пожарной охраны и скорой медицинской помощи.

Для того, чтобы грамотно организовать оперативное управление процессом ликвидации открытого фонтанирования, специальным приказом необходимо создать штаб и назначить его руководителя. К работам возле открытого фонтана  допускаются только  тот персонал, который имеет соответствующую подготовку.

Перед тем, как начать выполнение каждого вида работ, необходимо провести инструктаж и сделать об этом запись в учетном журнале проведения инструктажа. Для ликвидации фонтана разрабатывается план проведения работ, в соответствии с которым и проводятся все ликвидационные мероприятия.

Перед тем, как приступить к выполнению плана ликвидации, необходимо  провести предварительный анализ воздушной среды на предмет наличия в ней ядовитых и взрывоопасных газов, таких, как углекислый газ и сероводород. Вокруг устья фонтанирующей скважины необходимо  устроить специальные канавы, обеспечивающие сток нефти, воды и промывочных жидкостей, а также амбар для приёма стекаемой  нефти. Также нужно установить  насосы и проложить трубы, чтобы обеспечить   перекачку нефти в герметично закрытую ёмкость.

Виды открытых фонтанов и пожаров на скважинах

Фонтаны, возникающие на газовых или нефтяных скважинах условно делятся на газовые,  нефтяные и газонефтяные.

Нефтяными фонтанами называются открытые фонтанирующие выбросы, происходящие на скважинах с большим (от полутора – двух тысяч тонн в сутки и больше)  дебитом нефти, при котором количество газа намного меньше (в сутки – 750 тысяч кубических метров). Принятой пропорцией  для такого расчета является такая: одна тонна  нефти приравнивается к одной тысячи кубометров газа.

Газонефтяные фонтаны возникают на скважинах с таким дебитом, при котором  содержание газа и нефти примерно равно (газа > 50 процентов от объема,  а нефти < 50 процентов).

Газовыми фонтанами являются фонтанирующие  скважины, дебит которых характеризуется  95-ти – 100 – процентным содержанием газа.

Газонефтяные и газовые открытые  фонтаны по своему дебиту условно делят на:

  • слабые, суточный дебит которых по  газовой составляющей меньше, чем 500 тысяч  кубометров;
  • средние – суточный дебит от 500 тысяч до 1-го миллиона кубометров;
  • мощные – суточный дебит – более миллиона кубометров газа.

Дебит газовых фонтанов и присутствие в них нефти внешне  ориентировочно можно определить по таким признакам:

  1. цвет пламени фонтана – светло-желтый;
  2. высота пламени варьируется:
  • для слабого фонтана – от 40-ка до 50-ти метров;
  • для среднего – от 50-ти до 70-ти;
  • для мощного – от 70-ти до 90 метров.
  • фонтанирование сопровождает сильный ревущий шум.

Газонефтяные фонтаны горят  пламенем оранжевого цвета и высота их факела больше, чем высота  газовых  фонтанов. Время от времени возникает черный дым.

Когда горит нефтяная скважина с нефтяным фонтаном, цвет пламени –  тоже оранжевый, но при горении нефти  выделяется значительное количество дыма черного цвета.

В зависимости от того, в каком состоянии находится устье скважины, а также от формы факела пожары фонтанов  газового и  газоконденсатного вида делятся на такие типы:

  • устье не повреждено и фонтанирование идет через обсадную колонну – фонтанная струя сохраняет целостность и направлена строго вверх;
  • если на устье присутствует буровое оборудование (например, роторная или другая установка), то  струя такого фонтана является раздробленной и направлена не только вверх, но и в стороны;
  • при пожаре на эксплуатационной скважине с фонтанной арматурой,  горение происходит как вертикальной, так  и горизонтальной струей;
  • если на эксплуатационной скважине с фонтанной арматурой есть неплотные фланцевые соединения, то горение выходящего через них газа выглядит как сплошное широкое пламя;

Способы тушения горящих нефтяных скважин и газовых фонтанов

Тушение нефти и нефтепродуктов при всех перечисленных выше видах  пожаров, с обязательной  предварительной очисткой прилегающей территории  от бурового и вспомогательного оборудования и с обязательным предварительным охлаждением, может производиться при помощи нескольких способов:

  1. тушение фонтанов слабого и среднего типа при пожарах первого вида, как правило, производится с помощью водяных струй, которые подаются из лафетных и  ручных стволов; при этом водяные струи  направляют в самое основание фонтана, а затем синхронно поднимают их вверх вдоль ствола факела до достижения полного отрыва пламени;
  2. при пожарах второго вида сначала с устья скважины убирают буровое оборудование, добиваясь строго вертикального направления факельного ствола; после этого тушение происходит так же, как в описанном выше случае;
  3. пожары третьего вида начинают тушить  только после того, как будет ликвидировано горение  боковой струи; в остальном методика – не меняется;
  4. в случае возникновения пожара четвертого вида его также начинают тушить подаваемой их лафетных и ручных стволов водой; если  раздробленность горящей струи не позволяет оторвать пламя, то в таких случаях  между пламенем и фонтанной арматурой создается не горящая зона газа протяженностью от четырех до пяти метров (если считать от устья скважины в горизонтальной плоскости), а затем  пламя отрывается либо при помощи взрыва специального заряда, либо с помощью специализированного автомобиля, предназначенного для  газоводяного тушения.

Взрывчатое вещество к устью скважины можно подавать одним из двух способов:

  • по перекинутому через блоки, которые подвешиваются на специальных опорных мачтах, стальному тросу;
  • по рельсовым путям, проложенным к устью, с помощью тележки с укосиной.

Выбор методики тушения производится с учетом мощности горящего фонтана  и конкретных сложившихся условий.

Горение нефти

Тушение нефтяной скважины с помощью воды

Горение нефти в резервуарах. Способы тушения

Основное  средство тушения пожаров, возникающих в резервуарных парках – это пена различной (низкой или средней) кратности, которая подается на поверхность горящей жидкости.

СНиП-ом 2.11.03-93 допускается использование способа  подслойной  подачи пены, а также иных средств и методик  тушения резервуарных пожаров, если они обоснованы с научно-технической точки зрения путем проведения практических экспериментов,  и прошли согласования в установленном порядке.

При тушении сырой нефти и продуктов её переработки применяются пенообразователи и пеногенераторы отечественного и импортного производства, которые прошли обязательную сертификацию и имеют  практические рекомендации, касающиеся их хранения и применения.

Причины возникновения пожаров в резервуарах

Возникновение в резервуаре пожара  зависит от следующих главных факторов:

  • присутствия источника огня;
  • свойств содержащегося в резервуаре  горючего продукта;
  • конструкции самого резервуара;
  • присутствия  взрывоопасных концентраций как внутри ёмкости, так и снаружи её.

Чаще всего пожар в резервуаре в начинается взрывом паровоздушной смеси.

Образование таких взрывоопасных концентраций напрямую зависит от физико-химических свойств хранимого в ёмкости нефтепродукта, от конструкции ёмкости для хранения, от технологического режима её эксплуатации, а также от  климатических  условий и метеорологических факторов.

Взрыв внутри резервуара обычно вызывает подрыв (гораздо реже – срыв) крыши, после чего горение возникает на всей поверхности горючего жидкого продукта.

Даже в самом начале пожара такое горение  может давать мощное тепловое излучение в окружающую резервуар среду, а высота видимого пламени может доходить до одного-двух  диаметров горящей ёмкости.  Отклонение от вертикали горящего факела, если   скорость ветра составляет примерно  4 метра в секунду, может доходить до 60-ти – 70-ти градусов.

Кроме того, факел может образоваться на  дыхательной арматуре резервуара, местах присоединения к его стенкам пенных камер, на других отверстиях, на трещинах в стенке или крыше ёмкости, если концентрация нефтепродуктовых  паров внутри резервуара превышает ВКПРП – верхний концентрационный предел распространения пламени.

Если при горении факела образуется дым черного и пламя красного цвета,  это говорит о высокой концентрации горючих паров, что свидетельствует о незначительной опасности взрыва. Сине-зеленый факел без образования дыма – свидетельство того,  что концентрация горючих паров  в резервуаре приближается к области воспламенения, а это характерно для реальной  опасности взрыва.

При конструкции резервуара с плавающей крышей бывает, что  образуются  локальные очаги горения, располагающиеся  в зоне уплотняющего затвора и а местах  наибольшего скопления горючего продукта на поверхности плавающей крыши.

Пожары в зоне обвалования резервуаров обычно вызываются следующими причинами:

  1. переливом хранимого нефтепродукта;
  2. нарушением герметичности ёмкости, фланцевых соединений или  задвижек;
  3. наличием как на самом резервуаре, так и на его трубопроводной обвязке теплоизоляции, сильно пропитанной хранимым продуктом.

Дальнейшее течение возгорания  зависит от:

  • конкретного места его появления;
  • размера начального горящего очага;
  • устойчивости конкретной резервуарной конструкции;
  • климатических условий;
  • метеорологических факторов;
  • оперативности реагирования персонала;
  • эффективности работы противопожарных систем;
  • скорости прибытия подразделений пожарной службы.
Горение нефти

Горение нефти в резервуарном парке

Уровни резервуарных пожаров и их последствия

Пожары в резервуарном парке делятся на уровни:

  • уровень А (первый) – пожар возникает и развивается  в одном резервуаре и никак не влияет на соседние емкости;
  • уровень Б (второй) – пожар распространяется  в пределах одной резервуарной группы;
  • уровень В (третий) – пожар развивается с разрушением самого горящего резервуара и соседних с ним емкостей, с последующим  переходом на соседние резервуарные группы, а также за пределы парка  резервуаров.

В резервуарах, оборудованные плавающей крышей, под действием теплового излучения локального очага возгорания разрушается герметизирующий затвор, что на практике приводит к полной потере плавучести и затоплению крыши в течение одного часа.

Если уровень хранимого в резервуаре продукта низкий, а само горение протекает под плавающей крышей или понтоном, такой пожар тушить значительно сложнее, поскольку проникновение пены на горящую поверхность затрудняет  корпус плавающей крыши/понтона, а также остатки их герметизирующих затворов.

Взрыв в железобетонном резервуаре приводит к разрушению части его покрытия, горение в образовавшемся проеме приводит к нагреву  железобетонных конструкций. Это в течение двадцати минут – получаса может привести к их обрушению, что значительно увеличивает площадь пожара.

Скорость распространения пламени в зоне обвалования зависит от  скорости распространения пламени по разлившейся горючей жидкости.

Для нефтепродуктов с температурой ниже температуры вспышки она составляет  0,05 метра в секунду, а если температура продукта превышает температуру вспышки – то полметра в секунду и больше. 10-15 минут горения приводит к  потере маршевыми лестницами своей  несущей способности, к выходу из строя узлов,  управляющих хлопушами и задвижками, к нарушению герметичности  фланцевых соединений. Все это нарушает целостность резервуарной  конструкции, и риск взрыва значительно возрастает.

Одним из важнейших параметров, который влияет на развитие пожара в ёмкости, является тепловой режим резервуара.

В зависимости от конкретных  физико-химических характеристик хранимых горючих продуктов. характер распределения температур в их объеме может существенно различаться.  В процессе горения дизтоплива,  керосина и прочих подобных горючих нефтепродуктов температурные значения снижаются по экспоненте от температуры кипения, которая возникает на поверхности,  до температуры, при которой нефтепродукты хранились (в глубинных слоях жидкости). Кривая распределения таких температур с увеличением времени горения начинает постепенно меняться.

Горение сырой нефти, мазута, бензинов и некоторых разновидностей газовых конденсатов приводит к образованию прогретого до температуры кипения гомотермического слоя, толщина которого с течением времени увеличивается.

Скорости прогрева и выгорания  нефтепродуктов и сырой нефти также зависят от:

  • метеорологических условий (скорость ветра);
  • степени обводненности нефтепродукта;
  • степени обрушения крыши;
  • от того, как организовано охлаждение стенок емкости.

К примеру, усиление  ветра до скорости 8 – 10 метров в секунду увеличивает  скорость выгорания на 30 – 50 процентов. Мазут и нефть-сырец, в которых содержится эмульсионная вода, выгорают с еще большими скоростями.  Горение нефтепродуктов в резервуарных емкостях  могут  сопровождать вскипания и выбросы.

Вскипания  происходят из-за того, что в продуктах есть  взвешенная вода, которая начинает испаряться при нагреве до 100 градусах Цельсия, что приводит к  вспениванию горящего продукта. Такое вскипание может возникнуть примерно через час  горения, если взвешенной воды в горящей жидкости более 0,3 процента.

Кроме того, вскипание вполне может быть и в начале пенной атаки, если подача пены идет на поверхность нефтепродукта, температура кипения которого больше, чем 100 градусов. Для такого  процесса характерно  бурной горение вспенившегося нефтепродукта.

Если жидкость горит на верхнем уровне налива, вспенившаяся масса может перелиться через борт горящего резервуара, а это – серьезная  угроза персоналу, возрастание риска  деформации стенок ёмкости и опасность того, что огонь перекинется на соседние емкости или сооружения.

Тушение пожаров нефти и нефтепродуктов в резервуарах

Основное средство тушения нефтепродуктов и сырой нефти в резервуарах – воздушно-механическая пена с низкой и средней  кратностью. Основное тушащее свойство такой пены основано на изоляции поверхности продукта от пламени, вследствие чего снижается скорости его испарения, что, в свою очередь, приводит к сокращению концентрации в зоне горения возгораемых паров. Пена также охлаждать горящую жидкость.

Горение нефти

Каждый из перечисленных факторов работает по-разному, и зависит это от  свойств горящего нефтепродукта, качества применяемой  пены и способа, при помощи которого она подается.

В процессе  подачи пена разрушается под действием пламени и нагретой поверхности продукта. Накопление пенного слоя позволяет  экранировать  часть горящей поверхности от теплового потока факела, уменьшить парообразование,  а также уменьшает интенсивность процесса горения. Одновременно с этим раствор, который выделяется и пены, приводит  к охлаждению горящего продукта, точнее, к её выравниванию по всему объему.

В современных резервуарах (например, РВС) такое выравнивание при прописанной нормативами интенсивности подачи пены, происходит за 15 минут – если пеноподача идет сверху, и за 10 минут, если применяется подслойный метод подачи. По требованиям СНиП номер 2.11.03-93, запас пенообразователя должен соответствовать  трехкратному расходу пенораствора на один пожар.

Дальность растекания пенораствора по поверхности горящего продукта, при использовании пены со средней кратностью, как правило, не более 25-ти метров.

При подслойном методе  способ тушения резервуара применяются пены с низким значением кратности. Их получают из пленкообразующих  фторсодержащих пенообразователей.

Необходимость применения таких пенообразователей обусловлена тем,  что их пена  инертна к углеводородам, что позволяет ей длительное время подниматься на поверхность обрабатываемого нефтепродукта. Применение пены из обычных пенообразователей при использовании подслойного метода подачи запрещается, поскольку в  процессе своего прохождения через слои углеводородной жидкости происходит насыщение такой пены углеводородными парами, из-за чего она теряет свои  огнетушащие свойства.

Быстрая пеноизоляция горящей поверхности обусловлена растеканием из  пены водной пленки раствора, поверхностное натяжение которой меньше, чем в  горючей жидкости. Также скорости этого процесса способствуют конвективные потоки, направленные от места пеновыхода  к резервуарным стенкам.

Интенсивно восходящие жидкостные потоки вызывают образование на поверхности продукта локальных очагов  горения, скорость движения горючего в которых  максимальна. Эти участки приподнимаются над остальной площадью поверхности и называются “бурунами”. Чем больше высота  “буруна” – тем больше пены понадобится для  покрытия всей горящей поверхности. В связи с этим, чтобы максимально снизить  высоту “буруна”, пену подают через специальные  насадки с минимально возможной скоростью.

Интенсивность горения значительно снижается спустя полтора – два часа после того, как пена появится на поверхности. Отдельные очаги пожара могут наблюдаться возле разогретых металлических резервуарных  конструкций и в  “бурунах”. Полное прекращение горения происходит спустя еще два-три часа.

После того, как пеноподача прекращается, и пожар потушен, на всей площади поверхности  продукта образуется устойчивый слой пены, толщина которого составляет около 10-ти сантиметров. Этот слой еще в течение двух-трех часов  защищает жидкость от повторного возгорания.

В воде, которая используется  при  приготовлении пенообразующего раствора,  не должно быть никаких примесей нефтепродуктов. Российские нормативы запрещают использовать для приготовления таких растворов для  систем подслойного пожаротушения  воду, жесткость которой превышает  30 миллиграмм на литр. Оборотную воду для пенообразующих растворов использовать также запрещено.

Другие способы тушения резервуарных нефтяных пожаров

Для тушения пожаров в ёмкостях с легкозастывающими и вязкими нефтепродуктами (к примеру, сырая вязкая нефть, масла и мазуты) допускается применять для охлаждения горящей поверхности до температуры, которая ниже температуры их вспышки,  распыленную воду.

Необходимое и обязательное  условие тушения с помощью распыленной воды –  низкое значение  среднеобьемной температуры продукта, не превышающее температуру его вспышки.  Интенсивность такой водоподачи должна быть 0,2 литра на квадратный метр в секунду.

При тушении проливов в зоне обвалования и  пространстве между сваями, расположенными под резервуаром, а также при тушении локальных очагов пожара на фланцевых соединениях, задвижках и в зазоре между плавающей крышей и стенкой резервуара допустимо применять  огнетушащие порошки.

Интенсивность их подачи должна быть 0,3 килограмма на квадратный метр в секунду – для сырой нефти и продуктов её переработки, и 0,5 килограмма на квадратный метр в секунду –  для газовых конденсатов.

Горение нефти

Горение нефтепродуктов на Москве-реке

Основное огнетушащее свойство таких порошков основано на  ингибировании пламени. Следует помнить, что порошковые составы не могут охлаждать нефтепродукты, поэтому возможно повторное их воспламенение.

Чтобы избежать этого, целесообразно применение  комбинированных методов тушения, а именно:

  • основной процесс тушения идет с помощью пены, а отдельные очаги дотушиваются порошками;
  • основной процесс тушения небольших очагов возгорания проводится порошками, а затем подается пена для профилактики повторного возгорания продукта.

Интенсивность подачи тушащих веществ при использовании методов комбинированного пожаротушения должна быть такой же, как рекомендовано  при индивидуальном применении таких веществ.

Стоит сказать, что комбинированные методы пожаротушения – это дополнительные затраты трудовых и материальных ресурсов. Поэтому их применение целесообразно только в тех случаях,  когда тушение пожара с помощью какого-либо одного способа не представляется возможным.

Оцените статью: 1 Звезда2 Звезды3 Звезды4 Звезды5 Звезд
Загрузка...
Комментарии
    05.02.2018 - 17:13

    Вопрос: Служил в Советской Армии много годов тому назад. Мальчишками ещё были — 19-20 лет. Были у нас на объекте электробензогенераторы и, соответственно, запасы бензина. Опять же по глупости для дурацкого эксперимента наливали полную консервную банку и кидали туда непогашенный окурки и недогоревшие спички. «Пшик», и все, никакого возгорания. Как это объяснить с научной точки зрения.

    Максим Ответить
    22.05.2018 - 00:44

    Большинство нефтепродуктов так просто не горят. Воспламеняемы и опасны – пары нефтепродуктов, которые могут послужить причиной взрыва.

    Та же ситуация с бытовым газом – в чистом виде он не горит, но горит смесь газа и воздуха. Поэтому пламя кухонной плиты не проникает в газопровод и не распространяется дальше до соседних квартир, домов, станций.

Добавить комментарий

Этот сайт использует Akismet для борьбы со спамом. Узнайте как обрабатываются ваши данные комментариев.

Наверх!