СПОСОБ ПРЕДУПРЕЖДЕНИЯ ПОЖАРА РАЗЛИТОЙ НЕФТИ И ГЕЛЕОБРАЗУЮЩАЯ КОМПОЗИЦИЯ Российский патент 1998 года по МПК A62C3/06 

Изобретение относится к предупреждению пожаров на пространственно протяженных объектах разлитой нефти или нефтепродуктов. При аварийных ситуациях, а также плановых ремонтах трубопроводов из трубы сливается нефть или в специально вырытые земляные амбары, или иногда в естественные ловушки (например, перекрытый плотиной овраг). В дальнейшем после проведения ремонтных работ нефть закачивают обратно в трубу. Время нахождения нефти в открытых амбарах может достигать несколько суток.

Известен способ тушения пожара воздушно-механической пеной путем подачи на горящую поверхность воздушно-механической пены низкой кратности и подачей на нее пены более высокой кратности. Обладая большей подвижностью, пена низкой кратности "транспортирует" менее подвижную, но более легкую пену высокой кратности, быстро распространяя ее по поверхности нефти и нефтепродуктов.

Недостатком данного способа является сложность технологического оформления процесса и недостаточно высокая стабильность пены (авт. св. N 592416, кл. A 62 C 3/02, 1978).

Известен способ тушения нефти и нефтепродуктов путем подачи пены на поверхность горючей жидкости. Перед подачей пены сливают подтоварную воду, которая образовалась в резервуаре в процессе хранения нефти или нефтепродуктов, а раствор пенообразователя, прошедшего через толщу горячей жидкости, подают вновь на пенообразование (авт. св. N 1797918, кл. A 62 C 3/02, 1993).

Недостатком данного способа является применение его только при тушении пожаров в резервуарах при наличии в них подтоварной воды.

Известна огнетушащая композиция следующего состава, мас.%:
Пенообразователь - 2-56
Галогенуглерод - 0,5-34
Неиногенное ПАВ (неонол) - 0,1-2,6
Вода - Остальное
Недостатком указанной композиции является низкая стабильность пены.

Наиболее близким техническим решением к предлагаемому выбран способ тушения и предупреждения пожаров на пространственно протяженных объектах (Пожарная защита объектов газоперерабатывающих нефтехимических производств, Всесоюзный научно-исследовательский институт противопожарной обороны. Сборник трудов, М., 1977, с. 67).

За ближайший аналог для гелеобразующей композиции выбрана гелеобразующая композиция на основе карбоксилметилцеллюлозы и воды (авт. св. N 421222, кл. A 62 C 3/06, 1977).

Недостатком способа и состава является невозможность использования их в случае предупреждения и тушения пожаров нефти или нефтепродуктов, разлитых на больших площадях, из-за низкой стойкости пены и ее слабой адгезионной способности к поверхности почвы.

В настоящий момент актуальной задачей является повышение эффективности предупреждения пожара при разливе нефти или нефтепродуктов на пространственно протяженных объектах.

Так, при сбросе в амбар легкой нефти или нефтепродуктов, особенно в летнее время, наблюдается интенсивное испарение нефти, приводящее к загазованности окружающей территории.

Это приводит к взрыво- и пожароопасной обстановке и, как показывает практика, часто происходит возгорание нефти с соответствующими экономическими, экологическими и другими последствиями.

Оперативно осуществленная герметизация поверхности разлитой нефти является залогом предотвращения испарения нефти и предупреждения пожара.

Поставленная задача решается следующим образом.

Путем смешивания ингредиентов получают гелеобразующую композицию, вспенивают ее и наносят на поверхность нефти, причем герметизирующую композицию наносят дискретно на участки поверхности нефти, примыкающие один к другому с шириной земли по всему периметру защищаемой поверхности разлитой нефти L, которую определяют из соотношения:

где
ρ - плотность воздуха,
V - скорость ветра,
h - высота слоя пенного покрытия (вспененного геля),
τ - предельное касательное напряжение сдвига пены.

Гелеобразующая композиция на основе карбоксилметилцеллюлозы и воды согласно изобретению дополнительно содержит МЛ-80, хлористый натрий, хромкалиевые квасцы и регулятор pH при следующем соотношении:
Карбоксилметилцеллюлоза - 0,3-2
МЛ-80 - 1-3
Хлористый натрий - 2-10
Хромкалиевые квасцы - 0,02-0,1
Регулятор pH - 0,05-0,15
Вода пресная - Остальное
В качестве регулятора pH используют щелочь (NaOH).

На фиг. 1 показана схема нанесения пеногелевого покрытия, на фиг. 2 - размещение пеногелевого покрытия.

Способ реализуется следующим образом.

Перечисленные выше ингредиенты смешиваются, приготовленный раствор вспенивается с таким расчетом, чтобы кратность пены (соотношение жидкой и газовой фаз) составляла величину (1 : 3) - (1 : 9). Приготовленная пена в период времени, пока не произошло сшивание полимера в пленках, обволакивающих газовые пузырьки, является подвижной и легко растекается по поверхности нефти. Процесс нанесения герметизирующего вспененного состава на нефть проводят дискретно и последовательно по участкам, примыкающим один к другому (фиг. 1 А ---> В ---> С). Этим достигается быстрота нанесения покрытия и взаимное сцепление пенного покрытия соседних участков. Для предотвращения возможного сдувания пены и оголения части поверхности нефти пенное покрытие наносят также и на землю по периметру защищаемой поверхности (фиг. 1).

Ширина полосы пены, наносимой на землю, определяется, исходя из равенства силы от ветровой нагрузки при сдувании пены и силы сопротивления, связанной с величиной предельного напряжения сдвига вспененного слоя.

Сила ветра, приложенная к торцевой площади пенного покрытия:

где
l и h - соответственно длина торцевой поверхности пенного покрытия и его толщина,
ρ - плотность воздуха,
V - скорость ветра.

Сила сопротивления перемешиванию слоя пенного покрытия:
F_п=τ•L•l ,
где
τ - предельное касательное напряжение сдвига пены,
L - ширина пенного покрытия земли по периметру защищаемой поверхности нефти.

Из равенства F_В = F_П следует:
.

Условием при котором пенное покрытие не будет сдвинуто от ветровой нагрузки, является:

Предложенный способ и состав отличаются от известных выбором ингредиентов пенообразующего состава, позволяющих создать пенное покрытие на поверхности нефти или нефтепродукта, причем каждый воздушный пузырек в пене заключен в герметичную оболочку из полимерного геля, являющегося вязкоупругой системой с вязкостью порядка тысяч пуаз. Такое пенное покрытие является непроницаемым для углеводородных газов, стойкость его на открытом воздухе достигает нескольких суток. Кроме того, способ нанесения пенного покрытия на поверхность разлитой нефти позволяет создать сплошное устойчивое покрытие всей поверхности нефти.

Были проведены лабораторные испытания различных составов, включенные в таблицу (номера составов 1, 3 и 4), которые показали хорошую стойкость пенного покрытия на их основе. Высота пенного покрытия была принята равной 10 см. Параметр "стойкость пены" характеризовался временем снижения высоты пенного покрытия в два раза без нарушения сплошности покрытия.

Пример осуществления способа.

Земляной амбар размером 5•20 м заполнен нефтью. Для предупреждения возможного возгорания нефти поверхность нефти была покрыта гелеобразующей пенной композицией (вспененным гелем).

Покрытие осуществлялось следующим образом.

В емкость объемом 3 м³ залили воду в количестве 2,4 м³ и растворили в ней 12 кг карбоксилметилцеллюлозы (КМЦ), 120 кг поваренной соли (NaCl), 48 кг пенообразователя (МЛ-80), 2,5 кг регулятора pH (NaOH) и 2 кг хромкалиевых квасцов (ХКК). Затем полученный раствор насосом прокачивали через эжектирующее устройство, на котором происходило смешивание пенообразующего раствора с воздухом.

Производительность установки по нанесению пены 1 м³/мин. Пена наносилась последовательно на 3 участка амбара, примыкающие к стороне амбара длиной 5 м. Толщина пенного покрова составила 10 см. Соотношение газовой и жидкой фаз в пене 4 : 1.

При нанесении пены на участки амбара она наносилась также и на землю по периметру амбара. Минимальная ширина пенного покрытия, нанесенного на землю, была определена по формуле:
,
где
ρ - плотность воздуха, ρ = 1,131 кг•с²/м⁴,
V - скорость ветра на момент проведения работ, V = 6 м/с,
h - высота пенного покрытия, h = 0,1 м,
τ - предельное касательное напряжение сдвига сформированной пены, определенное в лаборатории на ротационном вискозиметре Реотест, τ = 0,55 кг/м².

Полосу пены по периметру земляного амбара наносили шириной 0,5 м.

Общий объем приготовленной пены 12,6 м³. Время подачи пены на каждый из участков составляло порядка 4-5 мин, время растекания пены на участке составляло порядка 8 мин.

После проведения указанных выше работ было получено сплошное покрытие амбара, хорошо "сцепленное" с землей по всему его периметру. Испарения нефти из амбара, могущего привести к его возгоранию, не наблюдалось. Стойкость пенного покрытия сохранялась в течение 5 сут. Результаты экспериментов внесены в таблицу (состав N 2).

Изобретение относится к предупреждению пожара на пространственно протяженных объектах разлитой нефти или нефтепродуктов. При реализации способа смешивают ингредиенты гелеобразующей композиции, вспенивают и наносят ее на поверхность разлитой нефти, причем композицию наносят дискретно на участки, которые примыкают один к другому, а также захватывают по всему периметру защищаемой поверхности землю на ширину L, которую определяют по соотношению , где ρ - плотность воздуха, V - скорость ветра, h - высота пенного покрытия, τ - предельное касательное напряжение сдвига пены. В качестве композиции используют гель следующего состава, %: КМЦ 0,3-2, МЛ-80 1-3, NaCl 2-10, ХКК 0,02-0,1, NaOH 0,05-0,15, вода пресная - остальное, что обеспечивает предупреждение пожара разлитой нефти на больших территориях. 2 с.п.ф-лы, 2 ил., 1 табл.

1. Способ предупреждения пожара разлитой нефти, отличающийся тем, что путем смешивания ингредиентов получают гелеобразующую композицию, вспенивают ее и наносят на поверхность разлитой нефти, причем гелеобразующую композицию наносят дискретно на участки, примыкающие один к другому с шириной захвата земли по всему периметру защищаемой поверхности разлитой нефти L, которую определяют из соотношения

где ρ - плотность воздуха;
V - скорость ветра;
h - высота пенного покрытия;
τ - предельное касательное напряжение сдвига пены. 2. Гелеобразующая композиция на основе карбоксилметилцеллюлозы и воды, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит МЛ-80, хлористый натрий, хромкалиевые квасцы и регулятор pH при следующем соотношении ингредиентов, мас.%:
Карбоксилметилцеллюлоза - 0,3 - 2
МЛ-80 - 1 - 3
Хлористый натрий - 2 - 10
Хромкалиевые квасцы - 0,02 - 0,1
Регулятор pH - 0,05 - 0,15
Вода пресная - Остальноер