В продолжение цикла публикаций, посвященных объектам производства сжиженного природного газа, в данной статье расскажем о пожарной опасности хранилищ сжиженного природного газа. Как известно, пожары на объектах производства сжиженного природного газа отличаются сложностью их тушения и зачастую причиняют крупный материальный ущерб. Основной причиной аварий емкостей, содержащих сжиженные газы, является потеря герметичности. Резервуары, содержащие природный газ (метан) в жидком виде, представляют наибольшую опасность.
Технология хранения и перемещения веществ устанавливается исходя из свойств этого вещества в диапазоне температур окружающей среды. Для понимания пожарной опасности сжиженного природного газа (далее — СПГ) при его хранении нужно знать понятие «критическая температура».
Критическая температура — это температура, свыше которой невозможно сжижение газа ни при каких давлениях. Для метана критическая температура составляет -82,5 °C. Температуры такого порядка не встречаются на обитаемых материках и были зафиксированы только в Антарктиде.
СПГ относится к категории веществ, критическая температура которых всегда ниже температуры окружающей среды. В жидком состоянии такие вещества называют криогенными жидкостями. Самой «известной», кроме СПГ, криогенной жидкостью является жидкий азот.
Для криогенных жидкостей технология хранения и перемещения основывается на применении высококачественной термоизоляции. СПГ хранятся в изотермических хранилищах при атмосферном либо пониженном давлении. Такой способ требует постоянного захолаживания резервуара. Также одним из способов уменьшения подвода тепла в хранилище СПГ является увеличение его объема до порядка 200–260 тыс. куб. м. Но несмотря на принимаемые меры к ограничению подвода тепла, часть криогенной жидкости все же переходит в газообразное состояние (так называемый отпарной газ) и отводится из хранилища для дальнейшей утилизации на факеле или использования в качестве топливного газа. Для случая резкого неконтролируемого повышения температуры резервуары СПГ оборудуются предохранительными клапанами сброса газа в атмосферу. Такие клапаны рекомендуется оборудовать установками пожаротушения.
Пожарная опасность хранилищ СПГ в случае их разгерметизации напрямую зависит от величины утечки.
При частичном разрушении резервуара или трубопровода происходит истечение сжиженного газа под давлением и последующее «мгновенное» испарение в окружающее пространство определенной его части. Так образуется «первичное» облако взрывоопасной газовоздушной смеси. Оставшаяся часть жидкости растекается по поверхности обвалования и испаряется, образуя «вторичное» облако взрывоопасной газовоздушной смеси. Для разлившейся жидкости характерны два периода: нестационарного и стационарного испарения.
Период нестационарного испарения обусловлен немедленным закипанием криогенной жидкости за счет подвода тепла из поддона и окружающего воздуха. В этот период происходит снижение интенсивности испарения за счет охлаждения поддона (обвалования). По мере замерзания поддона подвод тепла от него практически прекращается. В последующем подвод тепла осуществляется только от окружающего воздуха, является постоянным, что приводит к стационарной фазе кипения. Интенсивность испарения при этом уменьшается до 10 раз. Продолжительность стационарного периода в зависимости от количества разлившегося вещества и внешних условий может достигать суток и более.
Значительные нарушения целостности или квазимгновенные разрушения резервуаров приводят к взрывному вскипанию жидкости (за счет значительного подвода тепла) с последующим резким повышением давления и полным разрушением резервуара с возможностью образования такого сценария аварийной ситуации, как «огненный шар».
В завершение необходимо отметить, что пожарная опасность хранилищ СПГ также обусловлена так называемым парадоксом пожарного, когда негорящий СПГ опаснее горящего. При горении проливов СПГ опасность локализована на определенной территории, в то время как при свободном испарении СПГ облако образующейся газовоздушной смеси может вызвать неконтролируемый взрыв в произвольном, часто гораздо более опасном месте.