Документ описывает специфику обеспечения пожарной безопасности объектов производства, хранения и отгрузки сжиженного природного газа (СПГ), подчеркивая высокую опасность пожара и взрыва в аварийных ситуациях. Указываются примеры катастроф и оцениваются аварийные сценарии с расчетами поражающих факторов, что требует разработки специальных противопожарных мероприятий. В заключение отмечается необходимость крупных экспериментальных исследований для корректировки существующих методик оценки пожарного риска и повышения безопасности объектов СПГ.

1. КАРПОВ ВАДИМ ЛЕОНИДОВИЧ
(Главный научный сотрудник, д.т.н., ФГБУ ВНИИПО МЧС России)
СПЕЦИФИКА ОБЕСПЕЧЕНИЯ ПОЖАРНОЙ
БЕЗОПАСНОСТИ ОБЪЕКТОВ ПРОИЗВОДСТВА,
ХРАНЕНИЯ И ОТГРУЗКИ СПГ

2. Современные тенденции развития промышленности
характеризуются увеличением масштабов и расширением области
использования природного газа. Этот процесс, охвативший в
настоящее время все передовые индустриальные страны,
обусловлен, прежде всего, технологическими достоинствами
природного газа, рациональное использование которого, позволяет
получить значительный экономический эффект.
Однако наряду с очевидными преимуществами использования
природного газа, процессы его производства, хранения и отгрузки
связаны с чрезвычайно высокой опасностью пожара и взрыва при
аварийных ситуациях, особенно при использовании сжиженного
природного газа (СПГ). В настоящее время на заводах СПГ
используются крупномасштабны хранилища с единичным объемом
изотермических емкостей до 200 000 м3.
Столь большая концентрация СПГ, являющегося веществом с
повышенной пожаровзрывоопасностью, на относительно небольших
площадях хранилищ обуславливает серьезную проблему
обеспечения пожарной безопасности такого рода объектов.

3. Специфика пожарной опасности объектов
производства, хранения и отгрузки СПГ
Объекты производства и хранения СПГ характеризуются повышенной
пожаровзрывоопасностью. При аварийных разливах и выбросах СПГ
появляются дополнительные, по сравнению с легковоспламеняющимися и
горючими жидкостями, опасные факторы, такие как:
- быстрообразующиеся пожаровзрывоопасные облака,
распространяющиеся на большие расстояния;
- мощное испарение вплоть до образования Быстрого Фазового Перехода
при контакте СПГ с водой
- высокая среднеповерхностная плотность теплового излучения пламени
(для пожара пролива СПГ - до 220 кВт/м2, бензин – 60 кВт/м2, дизельное
топлтво - 40 кВт/м2 );
- высокотемпературный горящий факел, возникающий при истечении
паровой и (или) жидкостной фазы СПГ и т.п.
- низкие температуры, приводящие при определенных условиях к потере
прочности и функционального назначения материалов и конструкций
резервуаров и технологического оборудования и обморожению человека.

4. Аварии на производственных объектах
с пожарами и взрывами СПГ
 Одна из крупнейших аварий с СПГ, в результате которой
погибло 128 человек, около 400 получило ранения и было
разрушено более 90 зданий в радиусе 400 м от места
утечки, произошла 20.10.1944 в г. Кливленде (США). В
результате разрушения одного из резервуаров газового
завода произошел пролив около 1900 тонн СПГ. Над местом
выброса образовалось паровое облако, которое стало
двигаться по ветру вблизи поверхности земли, обволакивая
здания и распространяясь также по системам сточной
канализации. После этого последовал ряд взрывов
паровоздушной смеси в ограниченном пространстве как на
территории газового завода, так и в подвалах зданий и в
системе сточной канализации в радиусе 400 м.

5. Аварии на производственных объектах
с пожарами и взрывами СПГ
 Катастрофическая авария произошла 19.11.1984 г. в
г. Сан-Хуан-Иксуатепек (Мексика) на крупном хранилище,
содержащем около 137 тыс. м3 СПГ. Инициирующим
событием явилась утечка сжиженного газа при обрыве
одного из трубопроводов. В результате истечения и
испарения жидкости образовалось облако паровоздушной
смеси размерами 200х150х2 м3. Через 5-10 мин после
начала аварии произошло воспламенение облака. После
этого момента сейсмографы зарегистрировали еще 8
взрывов других резервуаров газового хранилища. В
результате катастрофы погибло более 500 человек, около
200 тыс. человек осталось без крова.

6. АНАЛИЗ ВОЗМОЖНЫХ АВАРИЙНЫХ СИТУАЦИЙ
 Обеспечение пожарной безопасности объектов производства, хранения и
отгрузки СПГ должно базироваться на детальном анализе
пожаровзрывоопасности возможных аварийных ситуаций, при этом
прежде всего оцениваются процессы, определяющих динамику развития
аварии, а именно:
 - истечение паровой и (или) жидкостной фазы из технологических
систем в случае их повреждения или внезапного разрушения;
 - поведение СПГ при их разливе, динамика испарения и образования
паровых облаков;
 - рассеяние паровых облаков;
 - горение при струйном истечении и проливе СПГ;
 - взрывные превращения облаков топливо-воздушных смесей.
Следует отметить, что в настоящее время оценки опасности выполняеются
на основе эмпирических моделей, базирующихся на результатах
экспериментальных исследований, проведенных в 1970 - 1990 годах со
средними объемами СПГ.

7. Методы оценки поражающих факторов аварий с
пожарами и взрывами СПГ (Методика определения
расчетных величин пожарного риска на производственных объектах)
 Горение пролива
 Интенсивность теплового излучения q (кВт/м2) для пожара
пролива СПГ определяется по формуле:

 где - среднеповерхностная интенсивность теплового
излучения пламени, кВт/м2;
 - угловой коэффициент облученности;
  - коэффициент пропускания атмосферы.
 Вероятность поражения человека при аварии на
резервуаре 100 м3 50% - на 30 м
, qf FEq

8. Методы оценки поражающих факторов аварий с
пожарами и взрывами СПГ
 Огненный шар
 Интенсивность теплового излучения q(кВт/м2) для огненного
шара определяется по формуле
 Ef допускается принимать равной 350 кВт/м2.
 Значение Fq определяется по формуле:
 Вероятность поражения человека при аварии на
резервуаре 100 м3 50% - на 270 м; 99% - на 150 м
, qf FEq
 22
2
4 rH
D
F S
q



9. Методы оценки поражающих факторов аварий с
пожарами и взрывами СПГ
 Пожар-вспышка
 В случае образования паровоздушного облака и его
воспламенении реализуется так называемый пожар-вспышка, при
котором зона поражения высокотемпературными продуктами
сгорания RF определяется формулой:
 где
 для 100 м3 СПГ RF =200 м
33,0
8,7 







НКПРГ
Г
НКПР
С
m
R

НКПРF RR  2,1

10. Методы оценки поражающих факторов аварий с
пожарами и взрывами СПГ
 Параметры волны давления при сгорании
газопаровоздушных облаков
 Параметры воздушных волн давления (избыточное давление ΔР и
импульс фазы сжатия I+) в зависимости от расстояния от центра
облака рассчитываются по «Методике определения
расчетных величин пожарного риска на производственных
объектах»
 СПГ (метан) по степени своей чувствительности к
возбуждению взрывных процессов относится к классу 4 -
слабо чувствительные вещества

11. Методы оценки поражающих факторов аварий с
пожарами и взрывами СПГ
 Струйное горение (факел)
 При струйном истечении паровой и жидкой фазы СПГ возникает
опасность образования диффузионных факелов.
 Длина факела Lф (м) при струйном горении определяется по
формуле:
 где G - расход продукта, кг/с;
 K - эмпирический коэффициент, который при истечении паровой
фазы СПГ принимается равным 13,5 , при истечении жидкой фазы
СПГ равным 15. (при расходе 100 кг/с Lф = 95 м)
 поражение человека в горизонтальном факеле происходит в 30о-
ом секторе с радиусом, равным длине факела Lф (м) ;
4,0
КGLФ 

12. Вычисление опасных факторов пожара для различных
сценариев его развития
Горение пролива СПГ внутри ограждения
1 – объем резервуара 8 м3; 2 – 50 м3; 3 – 100 м3. q (кВт/м2)
0 20 40 60 80 100
R
0
20
40
60
80
100
120
140
q
1
2
3

13. Вычисление опасных факторов пожара для различных
сценариев его развития
Огненный шар при квазимгновенном разрушении резервуара:
1 – объем резервуара 8 м3; 2 – 50 м3; 3 – 100 м3. q (кВт/м2)
0 40 80 120 160 200 240 280 320
R
0
10
20
30
40
50
60
70
80
q
1
2
3

14. Вычисление опасных факторов пожара для различных
сценариев его развития
Дефлаграционное сгорание облака
1 – объем резервуара 8 м3; 2 – 50 м3; 3 – 100 м3 dP (кПа)
0 40 80 120 160 200 240 280 320
R
0
2
4
6
8
10
12
14
16
18
dP
1
2
3

15. Результаты расчета потенциального риска
Зависимости потенциального риска Р(а) от расстояния от оси резервура R (м)
1 – объем резервуара 50 м3; 2 – 63 м3; 3 – 100 м3
0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200
R
1E-8
1E-7
1E-6
1E-5
P(a)
1
2
3

16. Анализ результатов оценок пожарного риска при авариях на
объектах производства, хранения и отгрузки СПГ
 - наиболее существенный вклад в распределение
ПР на территории объектов и в селитебной зоне
дают аварийные ситуации, приводящие к
образованию огненного шара, а также пожару-
вспышке или взрыву газопаровоздушных облаков
большой протяженности;
 -для снижения расстояний, на которых
реализуются нормативные значения ПР,
необходима разработка специальных
противопожарных мероприятий, направленных на
повышение пожарной безопасности объекта.

17. СПОСОБЫ ПОВЫШЕНИЯ ПОЖАРНОЙ БЕЗОПАСНОСТИ
ОБЪЕКТОВ ПРОИЗВОДСТВА, ХРАНЕНИЯ И ОТГРУЗКИ СПГ
 Тепловая защита
 Водяное орошение
 Защитные водяные завеса
 Защитные экраны
 Системы безопасного дренажа
 Специальные защитные устройства
 Использование двухоболочечных резервуаров

18. Тепловая защита

19. Тепловая защита

20. Защитные водяные завеса


21. Теплозащитные экраны нового поколения

22. Испытания теплозащитных экранов нового поколения
Тепловые потоки с интенсивностью 220 кВт/м2 снижены за экраном до 5 кВт/м2

23. Определение пожаробезопасных режимов дренажа газа
 Эксперименты с дренажем «холодного» газа подтвердили теоретический
вывод о том, что размеры пожароопасной зоны при турбулентном
(высокоскоростном) дренаже газа, не зависят от направления газосброса (от
горизонтального до вертикального) и не увеличиваются во времени

24. Определение пожаробезопасных режимов дренажа газа
 Эксперименты со сбросом жидкой фазы (СПГ) показали, что при
вертикальном и, особенно, наклонном или горизонтальном дренаже
образуются пожароопасные зоны существенной протяженности.

25. Специальные защитные устройства

26. Оценка эффективности защитных устройств
(Сравнение расчетных значений риска Р(а))
0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200
R
1E-8
1E-7
1E-6
1E-5
P(a)
1
2
3
3*
2*
1, 2, 3– резервуары 50 м3; 63 м3 и 100 м3 без защиты
2*, 3* - резервуары 63 м3 и 100 м3 со специальными защитными
устройствами или двухоболочечные резервуары

27. ВЫВОДЫ
 Объекты производства, хранения и отгрузки СПГ характеризуются
высокой опасностью пожара и взрыва при аварийных ситуациях.
 На основании теоретических и экспериментальных исследований
разработаны методики расчета основных опасных факторов и определения
расчетных величин пожарного риска.
 Анализ результатов оценок пожарного риска при авариях на объектах
производства, хранения и отгрузки СПГ позволил определить целый ряд
способов повышения пожарной безопасности объектов производства,
хранения и отгрузки СПГ (Тепловая защита, Водяное орошение, Защитные
водяные завеса, Защитные экраны, Системы безопасного дренажа,
Специальные защитные устройства)
 Разработаны технические решения и проведены полигонные испытания,
подтвердившие высокую эффективность названных способов для мало и
среднетоннажных объектов.

28. ВЫВОДЫ
 Необходимо отметить, что существующие в настоящее время методики
оценка опасности разработаны на основе эмпирических моделей,
базирующихся на результатах экспериментальных исследований, проведенных
со средними объемами СПГ и позволяют с достаточно высокой степенью
достоверности оценивать опасные факторы пожара для малотоннажных и
среднетоннажных объектов СПГ.
 По мнению ученых большинства стран современные методики при
моделировании последствий различных аварий на крупных производственных
объектах сжижения, хранения и отгрузки СПГ могут иметь серьезные
расхождения с реальностью , что может приводить, с одной стороны, к
экономически неоправданным и ненужным ограничениям, а с другой – к
серьезным упущениям в отношении реальной опасности.
 В связи с этим крайне актуальными являются крупномасштабные
экспериментальные исследования, которые позволят получить научно-
обоснованные данные , необходимые для совершенствования расчетных
методик , способов и методов повышения пожарной безопасности и
нормативных документов.

29. Наиболее крупные испытания СПГ
 Испытания в таких объемах были оправданы т.к в нормативных
документах (ВНТП 51-1-88), действовавших в России до 2015 года, был
установлен максимальный допустимый объем хранения СПГ в
наземных изотермических резервуарах 8000 м3 при единичной емкости
резервуара не более 600 м3 и явно недостаточны для 200 000 м3
Явление Имеющиеся экспериментальные
испытания
Разлив и динамика
испарения и образования
парогазовыхвых облаков
Фалькон: 66 м3
ВНИИПО: Выброс 4500 м3 КПГ
Другие кампании: от 1 до 30 м3
Пожары
пролива СПГ
ВНИИПО (на суше): Пролив диаметром 40 м
Монтуар (на суше): Пролив диаметром 35 м
Сандиа Лаб (на воде): Пролив диаметром до 56 м
Быстрый фазовый
переход
Лорьян: расход 50 м3/час
Фалькон: 51 m3

30. Реализация новых крупномасштабных испытаний позволит сократить
существующую реальную диспропорцию между результатами ранее
выполненных исследований и уровнем современных опасностей.

Экспериментальные
исследования,
выполненные
до настоящего времени
Размер зоны воздействия
Объем СПГ (м3)
Расширение
зоны воздействия
с 300 м до 3 км
Увеличение объема
сжиженного природного газа
для экспериментальных
исследований
с 50 м3 до 2000 м3

31. Максимальные сценарии, которые необходимо
реализовать в экспериментах
Опасные явления
Характеристики
максимальных
имеющихся испытаний
Максимальные
сценарии, которые
необходимо
реализовать в
экспериментах
Испарение и дисперсия
слоя СПГ
Расход 202 кг/с
в течение 131 с (66 м3)
Расход от 1000 до 1800
кг/с
в течение 600 или 1800 с
(от 1300 до )
Пожары слоя СПГ
Слой диаметром
на суше 35 м
Диаметр слоя до 200 м
(на суше и на воде)

32. ВЫВОДЫ
 Крупномасштабные экспериментальные иссле-
дования позволят получить научно-обоснованные
данные, необходимые для совершенствования
расчетных методик, разработки новых способов и
методов повышения пожарной безопасности и
совершенствования нормативной базы обеспечения
промышленной и пожарной безопасности опасных
производственных объектов по производству
хранению и отгрузке СПГ.
 Реализация программы исследований позволит
обеспечить мировое лидерство в области
экспериментальных исследований СПГ.
 .