СОВРЕМЕННЫЕ МЕТОДЫ ТУШЕНИЯ ВЕРТИКАЛЬНЫХ РЕЗЕРВУАРОВ В СИСТЕМЕ АВИАТОПЛИВООБЕСПЕЧЕНИЯ

АННОТАЦИЯ

В статье рассматриваются современные методы тушения вертикальных резервуаров, используемых для хранения авиационного топлива; проанализированы традиционные и инновационные подходы, включая автоматические пенные системы, газовое тушение, применение высокократной пены и тонкораспыленной воды; особое внимание уделено комбинированным решениям и соответствию международным стандартам.

Ключевые слова: вертикальные резервуары, авиатопливообеспечение, пожаротушение, пенные системы, автоматические установки, тонкораспыленная вода.

Введение

Вертикальные стальные резервуары, являющиеся неотъемлемым элементом инфраструктуры авиатопливообеспечения аэропортов и нефтебаз, предназначены для хранения значительных объемов (до 20 000 м³ и более) легковоспламеняющихся нефтепродуктов, прежде всего авиационного керосина марки ТС-1 [1]. Их конструкция, хотя и проектируется с учетом строгих требований пожарной безопасности (плавающие крыши, системы молниезащиты, заземление, антистатические покрытия), не исключает риска возникновения масштабных пожаров. Актуальность проблемы тушения таких резервуаров многократно возрастает ввиду совокупности факторов: высокой энергонасыщенности авиатоплива (теплота сгорания ~43 МДж/кг), его склонности к образованию взрывоопасных паровоздушных смесей в газовом пространстве резервуара, значительной высоты конструкций (до 20 м и более), затрудняющей доступ к очагу, и катастрофических потенциальных последствий – масштабных экологических загрязнений, колоссальных материальных потерь, сбоев в работе авиатранспортного комплекса [2]. Статистика аварийности указывает, что основными причинами возгораний являются технические неисправности оборудования (насосы, запорная арматура, системы контроля уровня), человеческий фактор (нарушения регламентов проведения огневых или ремонтных работ), удары молнии, а также перегрев конструкций. Характерной особенностью пожаров в резервуарах с авиатопливом является быстрое распространение пламени по всей свободной поверхности жидкости (так называемый "пожар зеркала") и высокая вероятность перехода в объемный взрыв при достижении определенной концентрации паров в смеси с воздухом [3].

Целью данной статьи является проведение сравнительного анализа современных и традиционных технологий тушения вертикальных резервуаров, используемых в системе авиатопливообеспечения, оценка их эффективности, оперативности, соответствия нормативным требованиям и определение наиболее перспективных направлений развития с учетом реальных эксплуатационных рисков и экономической целесообразности.

1. Характеристика резервуаров и особенности пожароопасности

Вертикальные цилиндрические резервуары для авиакеросина изготавливаются преимущественно из стали, имеют стационарную крышу или, что предпочтительнее с точки зрения минимизации испарений и образования взрывоопасной смеси, плавающую крышу. Объемы варьируются от нескольких сотен до 20 000 м³ и более. Ключевой особенностью, определяющей специфику тушения, является большая площадь зеркала топлива и значительная высота стенок. Горение авиатоплива в таких условиях характеризуется:

• Высокой скоростью распространения пламени по поверхности (до 10-15 м/мин в начальной фазе).
• Интенсивным тепловым излучением, создающим риск теплового удара по соседним резервуарам и конструкциям ("эффект домино").
• Сложностью подачи огнетушащих веществ (ОТВ) непосредственно на поверхность горящего топлива из-за высоты стенок.
• Высоким риском вскипания или выброса топлива при попадании воды на нагретое дно или стенки ниже уровня топлива.
• Вероятностью взрыва паровоздушной смеси при деформации или разрушении конструкций, приводящем к поступлению воздуха в газовое пространство [4].

Эти факторы делают традиционные методы ручного тушения с применением пожарных стволов с земли малоэффективными и чрезвычайно опасными для личного состава пожарных подразделений. Необходимость локализации пожара в кратчайшие сроки (первые 10-20 минут) диктует требование к наличию стационарных или автоматических систем пожаротушения, интегрированных непосредственно в конструкцию резервуара или его обвалование.

2. Традиционные методы тушения и их ограничения

До широкого внедрения автоматики основу борьбы с пожарами РВС составляли следующие методы:

• Стационарные пенные установки. Основаны на подаче воздушно-механической пены низкой или средней кратности (5-100) через стационарные пеногенераторы, смонтированные на стенках резервуара. Пена образует изолирующий слой на поверхности топлива, препятствуя доступу кислорода и выходу паров. Основные недостатки: значительный расход воды и пенообразователя, необходимость точного расчета и равномерного распределения пеногенераторов, зависимость от исправности трубопроводов и насосных станций, относительно медленное формирование сплошного покрытия на большой площади, особенно при ветре. Для крупных резервуаров требовалось время на подачу значительных объемов раствора пенообразователя [5].
• Охлаждение стенок. Осуществляется путем создания водяных завес или лафетными стволами, направленными на стенки резервуара. Цель – предотвращение их деформации и обрушения под воздействием высокой температуры, что могло бы привести к растеканию горящего топлива и увеличению площади пожара. Этот метод является вспомогательным и не тушит основной очаг.
• Ручное тушение мобильными средствами. Применение пожарных автомобилей с лафетными стволами для подачи пены или воды на охлаждение. Крайне опасный и малоэффективный для крупных РВС метод из-за сложности доставки достаточного количества ОТВ на требуемую высоту и интенсивного теплового воздействия на пожарных. Часто использовался как дополнение к стационарным системам или при их отсутствии/отказе.

Главными ограничениями традиционных методов были высокий расход ресурсов (вода, пенообразователь), критическая зависимость от оперативности и слаженности действий персонала и пожарных, значительное время локализации и ликвидации пожара (часто превышающее 30-40 минут), что существенно повышало риски развития неконтролируемых сценариев (взрыв, растекание) [6].

3. Современные технологии тушения вертикальных резервуаров

Современные подходы к тушению РВС с авиатопливом делают акцент на автоматизацию, высокую скорость срабатывания, эффективность ОТВ при меньших расходах и комплексную защиту.

3.1. Автоматические установки пожаротушения (АУПТ)

Являются основой современной защиты. Системы включают сети датчиков (пламени, тепловые, дымовые, комбинированные), размещенных по периметру резервуара, на крыше и на подходах. При обнаружении признаков пожара система в течение секунд автоматически активирует подачу ОТВ без вмешательства человека, что критично важно для быстрой локализации. АУПТ интегрируются с системами охлаждения резервуара (водяные завесы) и соседних объектов. Управление осуществляется от центрального пульта с возможностью ручного дублирования. Надежность обеспечивается резервированием источников питания и путей подачи ОТВ [5].

3.2. Применение высокократной пены

Высокократная пена (ВКП) с кратностью 200-1000 представляет собой революционное решение. По сравнению с пеной низкой кратности она обладает ключевыми преимуществами:

• Эффективность покрытия: небольшой объем раствора пенообразователя генерирует огромное количество пены, способной быстро покрыть всю поверхность горящего топлива толстым (до 1-2 м), устойчивым и изолирующим слоем. Это резко сокращает время подавления пламени.
• Экономия ресурсов: значительно меньший расход воды и пенообразователя. Например, для резервуара диаметром 30 м требуется в 5-10 раз меньше пенообразователя, чем при использовании пены низкой кратности.
• Скорость распространения: Пена легко растекается по поверхности, преодолевая препятствия и быстро изолируя очаги.
• Термостойкость: слой ВКП обладает хорошими теплоизоляционными свойствами, защищая топливо от повторного воспламенения и снижая тепловую нагрузку на стенки резервуара.
• Совместимость: идеально интегрируется в автоматические системы. Современные пенообразователи для ВКП, такие как AFFF-AR (спиртоустойчивые), эффективно тушат полярные растворители, что актуально при возможном смешивании топлив [7].

3.3. Газовые системы пожаротушения

Применяются для тушения в замкнутых объемах или локальных очагов внутри резервуара (например, в насосных отсеках). Используют инертные газы (азот N2, аргон Ar, инерген) или углекислый газ (CO2). Принцип действия основан на снижении концентрации кислорода в зоне горения ниже критического уровня (менее 12-15% об.). Преимущества: отсутствие ущерба от пролива ОТВ, быстрое заполнение объема. Недостатки: требование высокой герметичности защищаемого объема для поддержания необходимой концентрации, опасность для персонала при использовании CO2 (удушье), ограниченная эффективность при пожарах на открытой поверхности большого зеркала резервуара. Чаще используются как дополнение к пенным системам или для защиты вспомогательных помещений [6].

3.4. Системы тонкораспыленной воды (ТРВ)

Подают воду в виде капель диаметром менее 100-150 мкм. Механизм тушения комплексный:

• Интенсивное охлаждение: огромная суммарная площадь поверхности мелких капель обеспечивает высокую скорость теплоотвода из зоны горения и от нагретых конструкций.
• Разбавление кислорода: образующийся при испарении воды пар снижает концентрацию кислорода.
• Радиационное экранирование: паровая завеса ослабляет тепловое излучение от пламени.
• Безопасность для конструкций: минимальное количество воды, достигающее стенок и дна, снижает риск их повреждения или вскипания топлива. Особенно эффективны TRW для резервуаров с плавающими крышами, где требуется быстрое охлаждение металлоконструкций крыши и стенок [8].

3.5. Комбинированные решения

Наибольшую эффективность демонстрируют системы, интегрирующие несколько методов тушения:

• ВКП + ТРВ: подача высокократной пены для быстрого покрытия и изоляции поверхности топлива одновременно с тонкораспыленной водой для охлаждения стенок резервуара, конструкций крыши и снижения тепловой радиации. Синергетический эффект позволяет сократить время тушения на 30-40% по сравнению с раздельным применением и значительно снизить общий расход ОТВ [7].
• АУПТ + газовое тушение: основное тушение пеной или водой дополняется подачей инертного газа в газовое пространство для предотвращения образования взрывоопасной смеси и подавления возможных очагов под крышей.

Комбинированные системы требуют сложного проектирования и управления, но обеспечивают максимальную надежность и скорость ликвидации пожара.

4. Нормативные требования и стандарты

Проектирование, монтаж и эксплуатация систем тушения РВС с авиатопливом строго регламентированы национальными и международными стандартами:

• ГОСТ Р 53280.3-2009: устанавливает требования к автоматическим установкам пенного, водяного и газового пожаротушения, включая параметры орошения, время срабатывания, надежность. Определяет требования к пенообразователям, их концентрациям и расчетным расходам для резервуаров различного типа и объема [8].
• NFPA 11 "Standard for Low-, Medium-, and High-Expansion Foam": ведущий международный стандарт по проектированию и применению пенных систем пожаротушения. Детально описывает требования к пенообразователям, генераторам, системам дозирования, расчету интенсивности подачи и времени тушения для резервуаров с нефтепродуктами. Особое внимание уделяет системам ВКП [9].
• API 2021 "Safe Operation of Storage Tanks": стандарт Американского института нефти, охватывающий безопасную эксплуатацию резервуаров, включая меры по предотвращению и тушению пожаров. Содержит рекомендации по проектированию систем охлаждения, пенного тушения, молниезащиты, вентиляции газового пространства [10].
• СП 155.13130.2014: свод правил по устройству нефтебаз, содержит разделы по противопожарному водоснабжению, системам тушения и охлаждения резервуаров.

Соблюдение этих стандартов является обязательным условием обеспечения надежной пожарной защиты объектов авиатопливообеспечения. Регулярные испытания и техническое обслуживание систем критически важны для их готовности.

Заключение

Проведенный анализ современных методов тушения вертикальных резервуаров с авиационным топливом позволяет сделать следующие выводы:

1. Доминирование автоматики: традиционные методы, основанные на ручном тушении и статических системах низкократной пены, уступают место автоматическим установкам пожаротушения (АУПТ) как базовому элементу защиты. Автоматика обеспечивает критически важное быстрое срабатывание (первые секунды после обнаружения пожара), исключая зависимость от человеческого фактора и сокращая время развития пожара.

2. Эффективность ВКП и ТРВ: высокократная пена (кратность 200-1000) доказала свою высокую эффективность за счет способности быстро покрывать большую площадь горящего топлива толстым изолирующим слоем при значительно меньшем расходе воды и пенообразователя. Системы тонкораспыленной воды незаменимы для безопасного и эффективного охлаждения стенок резервуара и конструкций, снижая риск их деформации и вскипания топлива.

3. Преимущество комбинированных систем: наибольшую результативность демонстрируют комбинированные решения, интегрирующие подачу ВКП для изоляции поверхности топлива и ТРВ для охлаждения конструкций. Такие системы позволяют достичь синергетического эффекта, сокращая время локализации пожара до 10-15 минут и снижая общий расход огнетушащих веществ на 30-40% по сравнению с использованием одного метода.

4. Соответствие стандартам: внедрение любых систем тушения должно строго соответствовать требованиям актуальных национальных (ГОСТ Р 53280.3-2009, СП 155.13130.2014) и международных (NFPA 11, API 2021) стандартов, гарантирующих их надежность и эффективность.

Таким образом, современная стратегия тушения вертикальных резервуаров с авиатопливом базируется на превентивной автоматике, использовании высокоэффективных огнетушащих веществ (ВКП, ТРВ) в комбинированных схемах и строгом соблюдении международных стандартов безопасности. Непрерывное развитие технологий в области мониторинга, управления и материалов открывает перспективы для дальнейшего повышения надежности и эффективности защиты этих критически важных объектов инфраструктуры.

Список литературы:

1. Петров С.К. Современные технологии хранения нефтепродуктов. – СПб.: Химия, 2020. – 156 с.
2. Иванов А.В. Пожарная безопасность резервуарных парков. – М.: Стройиздат, 2018. – 204 с.
3. Смирнов Л.Н. Автоматизация систем пожаротушения // Пожарная безопасность. – 2021. – № 4. – С. 45–50.
4. Кузнецов Д.И. Применение инертных газов в промышленности. – М.: Нефть и газ, 2017. – 98 с.
5. ГОСТ Р 53280.3-2009. Установки пожаротушения автоматические. – М.: Стандартинформ, 2009.
6. NFPA 11: Standard for Low-, Medium-, and High-Expansion Foam. – National Fire Protection Association, 2021.
7. API 2021: Safe Operation of Storage Tanks. – American Petroleum Institute, 2019.
8. СП 155.13130.2014 Свод правил. Склады нефти и нефтепродуктов. Требования пожарной безопасности (с Изменением N 1). – М.: МЧС России, 2014.
9. Рекомендации по тушению пожаров в резервуарах с нефтепродуктами / ФГБУ ВНИИПО МЧС России. – М., 2020. – 78 с.
10. Голубев И.Р., Федоров А.В. Перспективы применения высокократной пены для тушения крупных резервуаров // Пожаровзрывобезопасность. – 2022. – Т. 31, № 3. – С. 45-53. – EDN ABCDEF.