Наиболее опасной причиной воспламенения СГ является его утечка из грузовых емкостей и трубопроводов, а в аварийных случаях – вылив СГ. Появление утечек СГ наиболее вероятно при проведении погрузо-разгрузочных работ, так как при этом используется несколько километров трубопроводов, десятки единиц арматуры, создается повышенное давление в грузовой системе. Причиной утечек могут быть разрывы трубопроводов и гибких шлангов из-за несогласованности действий береговых и судовых операторов при пуске грузовых насосов и компрессоров, некачественное соединение фланцев, разгьрмегизация сальниковых уплотнений судовой арматуры, насосов, компрессоров и другого оборудования, неисправности береговых устройств и судовых систем, коррозионный износ трубопроводов, разрушение трубопроводов при повышенном давлении и т.п. При воспламенении утечек СГ необходимо в первую очередь остановить грузовые насосы и компрессоры, перекрыть с помощью дистанционной и ручной арматуры доступ СГ к месту утечки; закрыть все палубные и вентиляционные отверстая системы вентиляции для предупреждения загазованности судовых помещений, выключить системы вентиляции машинных помещений и надстройки.

Для тушения возникшего пожара следует использовать систему порошкового пожаротушения, позволяющую создать надежный тепловой экран, отделяющий вытекший СГ от окружающей бреды. Пожар СНГ и СПГ может быть взят под контроль и потушен“ путем создания плотного слоя пены на поверхности растекшегося СГ. Тушить СГ следует при небольшом очаге пожара, когда тушение не ведет к загазованности помещений с последующим воспламенением или взрывом. Если прекратить поступление газа к месту утечки сразу не Удается, то рекомендуется дать ему возможность гореть до тех пор, пока поток не будет перекрыт у источника. Как правило, не следует делать попыток тушить пожар, если это не приведет к прекращению поступления газа. В этом случае усилия аварийной партии следует направить на подачу мелкораспыленной воды для защиты людей, которые закрывают отсечные клапаны, разворачивают подготовку к атаке на огонь, а также на охлаждение компактными и распыленными струями воды куполов грузовых емкостей и окружающих горючих материалов с целью предупреждения их перегрева или защиты от воздействия открытым пламенем. Если же пожар потушен до окончания истечения газа, необходимо следить за предупреждением возгорания выходящего газа. Кроме того, средства пожаротушения не исключают вероятность загазованности судовых помещений, следовательно, после тушения пожара необходимо осуществлять меры по борьбе с загазованностью и повторным воспламенением газовоздушной смеси.

При возникновении пожара в загазованных закрытых помещениях необходимо отключить приток воздуха, перекрыть источник поступления воспламеняющейся газовоздушной смеси, ввести в действие стационарные или переносные средства пожаротушения. При необходимости смежные помещения следует охлаждать водой. После тушения такого пожара все горючие материалы смачиваются водой для предупреждения повторного возгорания, после чего помещение вентилируется, и с помощью систем газового анализа контролируется содержание газа и кислорода в помещении. Если пожар возникает в насосном или компрессорном помещениях, то следует изолировать источник горючей смеси, применить огнетушители или другие подсобные средства. При дальнейшем развитии пожара людей необходимо эвакуировать, помещения герметизировать и ввести в действие систему объемного пожаротушения. В случае воспламенения газовоздушной смеси в районе выпускного отверстия вентиляционной колонны (мачты), необходимо отключить системы вентиляции и газоотвода. После этого следует продуть колонну инертным газом и охладить ее вершину водой.

Газ, поступающий из мест утечек, будет гореть, не взрываясь, в следующих случаях:
— при скоплении воспламеняющейся газовоздушной смеси в количестве, недостаточном для взрыва;
— при воспламенении и скоротечном горении газа, предупреждающем взрыв;
— при истечении в неограниченное пространство, способствующее интенсивному рассеиванию газа.

Особой опасность при пожаре обладает газ, хранящийся в закрытой емкости. При наличии большого количества теплоты давление в грузовой емкости может повыситься настолько, что станет причиной утечки газа или разрыва емкости. Кроме того, при соприкосновении с огнем могут понизиться прочностные характеристики емкости, что также может привести к разрыву емкости. Непосредственное воздействие пламени на стенки грузозой емкости, находящиеся выше уровня жидкости, опаснее, чем соприкносновение огня с поверхностью емкости, которая контактирует с жидким грузом. Теплота, излучаемая пламенем в первом случае, поглощается самим металлом. Во втором случае преобладающая часть теплоты воспринимается сжиженным грузом, однако при этом также создается опасная ситуация, так как поглощение теплоты жидкостью приведет к повышению давления в емкости, хотя и не так быстро, как е первом случае. Сжатый давлением испарившийся газ обладает огромным запасом энергии, сдерживаемой емкостью. При разрыве емкости эта энергия высвобождается очень быстро и бурно. Газ вырывается наружу, а емкость или отдельные ее элементы разлетаются на куски.

Разрывы емкостей для перевозки сжиженных воспламеняющихся газов при пожаре нередки. Такой тип разрушения называется взрывом расширяющихся,паров кипящей жидкости. Разрушению, как правило, подвергается верхняя часть емкости, соприкасающаяся со сжатыми парами груза. Мощность взрыва в основном зависит от ко-личества испаряющегося СГ и массы конструктивных элементов гру. зовой емкости. Большинство взрывов происходит при заполнении емкости СГ от половины примерно до трех четвертей ее высоты Емкость небольшого объема и без изоляции может взорваться при нагревании буквально через несколько минут, а большая грузовая емкость – лишь через несколько часбв.

Неизолированную грузовую емкость можно защитить от взрыва, подавая воду и создавая водяную пленку на верхней части емкости, где содержатся пары. Охлаждение корпусных конструкций емкости предупреждает быстрое нарастание давления паров СГ, но не исключает появления взрыва, особенно если пламя воздействует непосредственно на стенки емкости. Для предотвращения взрывов сжатых газов грузовые емкости снабжаются предохранительными клапанами и плавкими элементами, расположенными вблизи предохранительных клапанов и плавящимися при температуре 98-104 °С. Повышение давления в грузовой емкости вызывает открытие предохранительного клапана и сброс избыточного давления в систему газоотвода. При понижении давления в емкости до безопасного уровня пружинное устройство закрывает предохранительный клапан. Плавкий элемент заглушает отверстие, расположенное обычно в верхней части грузовой емкости. Теплота, возникающая при пожаре, расплавляет этот элемент при температуре 98-104 °С и дает возможность газу выходить через отверстие, предупреждая тем самым образование давления в грузовой емкости, способного привести к взрыву. Газ будет выходить до тех пор, пока емкость не опустошится. Однако и в этом случае вероятность возникновения взрыва не исключена. Во-первых, предохранительные устройства могут не сработать в случае их неисправности, а во-вторых, при чрезмерно быстром нарастании давления в грузовой емкости пропускная способность предохранительных устройств может не обеспечить скорости выпуска газа, необходимой для предотвращения взрыва.

При утечке СГ в 3-10% случаев на газовозах происходят взрывы паров груза. Их процент резко увеличивается при авариях газовозов. На газовозах для перевозки СНГ примерно 25% аварий приводит к взрывам, а на судах для перевозки СПГ эта цифра возрастает до 47%. Последствия взрывов ларов СГ часто весьма трагичны, о чем свидетельствует катастрофа на заводе по сжижению ПГ в Кливленде (см. параграф 4.4). Потушить горящий СГ при выливе его в большом количестве практически очень сложно, поэтому иногда целесообразно, перекрыв источник его вытекания, перевести р в режим контролируемого выгорания. Примером успешной борьбы с пожаром при выливе СПГ после взрыва может служить следующий случай.

Готовый к отходу из порта Кельн лихтер-газовоз «Хемгаз – 10», имея на борту 720 т СГ (бутадиена), перемещался с помощью буксира-толкача. Судно имело два машинных помещения (носовое и кормовое) и шесть вкладных грузовых цилиндрических цистерн. Машинные помещения были отделены от грузовых трюмов коффердамами. При запуске двигателя в носовом машинном помещении произошел взрыв. Первоначально предполагалось, что причиной взрыва явилось проникновение газа из грузовых цистерн в машинное помещение и его возгорание при запуске дизеля. Позднее было установлено, что взрывом были разрушены трубопроводы, обслуживающие две носовый грузовые цистерны, из которых поступала мощная струя газа. Цистерны же оставались целыми.

С самого начала в борьбе с пожаром приняли участие две портовые команды, имеющие два пожарных ствола, подсоединенных к береговым гидрантам, пожарные машины добровольных пожарных команд, небольшой пожарный катер 2 с одним лафетным стволом и машины профессиональной пожарной охраны. Несколько поздней к ним присоединился большой пожарный катер с пятью лафетными» стволами на борту общей производительностью 720 м3/ч. Через 40 мин после взрыва работало пожарных стволов общей производительностью 1500 м3/ч. Вся масса подаваемой воды расходовалась только на охлаждение грузовых цистерн и корпусных конструкций. Зона горения составила достаточно большую область. Для тушения вылившегося СГ и ограничения его растекания по поверхности воды была подана пена, покрывшая значительную площадь акватории. Оторвать пламя от струи вырывающегося газа не удалось, но через 3 ч интенсивность горения за счет снижения давления газа несколько уменьшилась. Это позволило отсоединить от лихтера-газовоза оставшийся неповрежденным буксир-толкач и отвести в безопасное место. Не пострадал от пожара и лихтер-газовоз «Хемгаз-6», стоявший у противоположной причальном стенки. Было принято правильное решение: пожар

Пожарные и специалисты-химики получили доступ на судно для контроля температуры и давления в неповрежденных грузовых цистернах и для установки на грузовых и газоотводных трубопроводах этих цистерн заглушек. В качестве мер безопасности обе носовые цистерны и обслуживающие их трубопроводы были заполнены азотом, что позволило вытеснить из них остатки горящего газа и сократить время выгорания. Наддув цистерн азотом до давления, превышающего атмосферное, позволил предотвратить проникновение в них воздуха и образование сзрывоопасных смесей. После пожара все еще находящееся на плаву судно отвели к месту разгрузки.

Для обеспечения пожаро- и взрывобезопаснос-ти судов-газовозов важным является поведение СГ При их утечке и разливе. Вопрос этот еще недостаточно изучен, что сказывается на противоречивости некоторых заключении, сделанных в основном на базе экспериментальных и теоретических исследований, а также на результатах, полученных из опыта эксплуатации судов-газовозов.

Утечки газа носят различный характер в закрытых помещениях и в открытых пространствах. В закрытых помещениях утечка газа вызывает загазованность, способную достигать взрывоопасной концентрации за время от нескольких секунд до нескольких минут даже при работающей приточно-вытяжной вентиляции. В открытых пространствах утечка газа сопровождается образованием газового облака Интенсивность образования газового облака зависит от размера и формы отверстия истечения газа, давления газа, его фазового состояния, плотности газа, скорости газовоза и ветра, курсовых углов и других факторов. Ввиду значительно большей плотности паров углеводородных газов чем у воздуха образующееся при их утечке стелющееся облако имеет высоту, не превышающую нескольких метров, а ширину и длину, достигающую нескольких сотен метров. По некоторым данным, считается, что газовое облако может быть опасно на расстоянии до 100 миль от судна, а его длина по направлению ветра с приемлемой точностью определяется зависимостью.

Рис. 1. Схема расстановки сил и средств при тушении пожара на лихтере-газовозе «Хемгаз-10»

Для исследования поведения СПГ при утечке компания «Шелл» провела эксперименты, в которых газ выбрасывался через специальные сопла. При выбросе за кормой судна на поверхности моря образовывалось густое белое облако, которое не приближалось к судну ближе чем на 60 м и рассеивалось в зависимости от внешних условий и интенсивности выброса за 10-20 мин. При этом образований в виде снега или льда не наблюдалось. Было сделано заключение, что при выбросе (утечке) интенсивностью 1200 мэ/ч, ветре скоростью 2,5 м/с с курсовых углов 30-60° обеспечивается полная безопасность для судна.

Большой интерес для безопасности газовозов представляет характер явлений при массовом разливе СГ в. аварийных ситуациях. Так, при попадании большого количества СПГ в воду наблюдается необычный эффект, который в одних источниках называют кипением, а в других – беспламенным взрывом. Беспламенный взрыв сопровождается серией маленьких хлопков. Предполагается, что эти хлопки вызваны быстрым испарением и расширением тонкого слоя перегретого СПГ на поверхности раздела. При этом компоненты СПГ имеют разные температуры кипения и из-за разной интенсивности испарения взрывы происходят не одновременно, а последовательными сериями. Важной особенностью разлива СПГ является, с одной стороны, сильное охлаждение окружающей среды, а с другой -интенсивное испарение СПГ. Следует отметить, что регазификация при разливе значительно опаснее, чем декомпрессия при утечке СПГ. Достаточно сказать, что при разливе СПГ 1 кг нержавеющей стали, охлаждаясь на 1 °С при контакте с СПГ при температуре – 161,5 °С, вызывает образование 0,6 м3 газа, приведенного к нормальным условиям (0 °С и 101,3 кПа). На поверхности воды явление конвекции обеспечивает относительно постоянную температуру воды и поток тепла на контактной поверхности с СПГ. В воде образуются наросты льда, а над поверхностью воды – газовое облако, распространяющееся на значительные площади. Существует мнение, что облако СПГ может растянуться на расстояние от 5 до 12 миль, а примерно на Половине этого расстояния вероятно возникновение воспламенения. При этом наблюдается явление «обратной вспышки», согласно которому пламя по облаку возвращается к судну. Испарившийся при разливе СПГ в смеси с воздухом может воспламениться при любых концентрациях газа по объему в диапазоне от 4,9 до 15%. Минимальная темпертура воспламенения (мгновенная темпертура самовозгорания в закрытом объеме ) состаляет 540 °С. Горение легко начинается при контакте с открытым огнем, труднее – при контакте с искрой. Сопри-косковние с горячей точкой нагревает лишь небольшой объем газовоздушной смеси и требует для возгорания высоких температур.

Испарение СПГ приводит к образованию невидимого облака холодного газа (с первоначальной температурой около – 160 °С), более плотного, чем окружающий воздух (относительная плотность облака холодного газа по воздуху р = 1,39). По мере растворения холодного газа в воздухе плотность смеси уменьшается. Пары воды, находящиеся во влажном воздухе, конденсируются и кристаллизируются, передавая свое тепло газу, облегчая его и делая облако газовоздушной смеси видимым. Видимость облака вблизи источника испарения тем заметнее, чем больше расход холодного газа и выше влажность воздуха. Максимальная длина облака наблюдается в тихую погоду, а с увеличением силы ветра за счет турбулентнсго перемешивания она уменьшается. Выполненные за последние годы исследования изменения относительной плотности смеси холодного газа с воздухом в зависимости от концентрации метана, относительной влажности воздуха и его температуры показали, что при относительной влажности свыше 55% концентрация метана на видимой границе облака газовоздушной смеси менее 4,9 %.“ Это означает, что газовоздушная смесь взрывоопасной концентрации полностью содержится в границах видимого облака. Таким образом, чисто визуальное наблюдение облака позволяет оценить границу газоопасной зоны.

Горение внутри смеси метана с воздухом в свободной атмосфере распространяется теплопроводностью и диффузией (движением) свободных радикалов (атомов или химических соединений с неспаренным электроном) в зависимости от состава смеси со скоростью от 5 до 15 м/с. Это явление медленной дефлаграции (сгорания дотла, то есть без остатка) не вызывает существенного повышения давления, благодаря чему взрыва не происходит, как это случилось бы в закрытом объеме. Однако некоторые исследователи высказывают предположение, что внутри газового облака больших размеров, перемещающегося в свободном пространстве, теоретически в определенных условиях могла бы произойти детонация, то есть распространение пламени ударной волной, сжимающей адиабатически (без подвода и отвода тепла) последовательные слои газа. Такой случай мсг иметь место, если бы возгорание инициировалось источником ударной волны большой мощности. Но эта гипотеза до сих пор не получила практиеского подтверждения. Были сделаны попытки спровоцировать это явление с помощью тринитротолуола а смесях объемом в несколько сот кубометров, но результатов они не дали.

Таким образом, в открытом воздушном пространстве взрыв смеси метана с воздухом исключается, а возможен лишь пожар, сопровождающийся мощным тепловым излучением. Эксперименты, проведенные с пожарами разлившегося СПГ на площади менее 200 м2, показали, что величина теплового излучения составляет в среднем 150 кВт/м2 и локально дс 250 кВт/м2. Для больших пожаров эти значения, вероятно, постоянны. Начиная с определенной площади разлива СПГ, пламя перестает стелиться над поверхностью, как полагают, из-за нехватки воздуха. Эксперименты с пожаром СПГ на площади 1000 м2, проведенные летом 1987 г. обществом Таз де Франс», показали наличие большого количества сажи, что является признаком неполного сгорания. Выделяемое СПГ тепло рассеивается излучением и конвекцией. Оценка теплозого излучения в зависимости от расстояния позволяет оценить опасные зоны воздействия для людей, горючих материалов и т.п.

Пожарную опасность СГ в соответствии с системой, принятой ВНИИ ПО, оценивают следующие показатели: концентрационные пределы воспламенения в воздухе, температура самовоспламенения; взрывоопасиость и давление взрыва, минимальная энергия воспламенения, минимальное взрывоопасное содержание кислорода, нормальная скорость горения. Оценим влияние некоторых показателей на пожарную опасность СГ

Концентрационный предел воспламенения. Перевозка СГ сопровождается образованием газовоздушных смесей с содержанием горючей составляющей от долей процента до 100%. Однако пожароопасной смесь является лишь в пределах определенных концентраций. Минимальная концентрация горючего вещества с воздухом, при которой возможны воспламенение газовоздушной смеси от источника зажигания и распространение пламени на весь объем горючей смеси, Называется нижним пределом воспламенения (НПВ), а максимальная концентрация, при которой смесь еще способна воспламениться – верхним пределом воспламенения (ВПВ). Диапазон между НПВ и ВПВ является областью воспламенения горючего вещества в воздухе. Так как распространение горения газов происходит с высокой скоростью, имеет взрывной характер и приводит к резкому возрастанию давления, рассмотренные пределы воспламенения являются одновременно и пределами взрываемости.

Газовоздушная смесь на НПВ характеризуется избытком воздуха (в два и более раз), наименьшей скоростью распространения пламени, низкой температурой горения (до 1300 °С) и незначительным давлением взрыва (порядка 0,3 МПа). Концентрация горючего газа в газовоздушной смеси ниже НПВ не вызывает воспламенения даже от мощного источника воспламенения. Это так называемая область безопасных концентраций газа. При горении на ВПВ продукты горения не достигают максимально возможной температуры, так как часть телла затрачивается на нагрев не участвующего в реакции горючего газа. Давление взрыва здесь составляет около 0,3 – 0,4 МПа. Концентрации горючих газов в смеси с воздухом выше ВПВ являются пожароопасными. Внутри области воспламенения скорость горения и давление взрыва имеют наибольшие значения при концентрации газа несколько выше стехиометрической (стехиометрия – учение о количественных соотношениях между массами вешеств, вступающих в реакцию). Область воспламенения газов в воздухе определяется при атмосферном давлении. Она может изменяться в зависимости от температуры, давления, наличия примесей и других факторов. Пожароопасностъ газовоздушных смесей повышается в связи с тем, что для воспламенения достаточно иметь опасную концентрацию в какой-либо ограниченной части смеси, в которой появился источник воспламенения. Концентрация компонентов в смеси обычно выражается в процентах: объемных, массовых или молярных.

Чем ниже НПВ газов и больше область воспламенения, тем выше пожаробезопасность. Отсюда пожаробезопасностъ по концентра-ИХ0ННЬ1М пределам воспламенения для смесей газов определяется Ц основном двумя параметрами: НПВ и диапазоном области воспламенения 8= ВПВ – НПВ. С ростом НПЗ и уменьшением 8 пожаро-опасность газов линейно уменьшается. Для некоторых газов значения НПВ, ВПВ и 8 приведены в табл.18. Из таблицы видно, что наибольшая пожароопасность по НПВ у пентана и бутадиена, а наименьшая – у аммиака. По диапазону огнеопасных концентраций наибольшую опасность имеет этилен {8 = 33,3%), а наименьшую – пен-тан (8 = 6,4%).

По концентрационным показателям СНГ, представляющие в основном смесь алканов (до пентана) в разных соотношениях, более пожароопасны, чем СПГ, но менее, чем бензин, относящийся к лег-ковоспламеняемым жидкостям. Применяя формулу Ле-Шателье, можно по составу компонентов вычислить концентрационные пределы воспламенения любого конкретного СНГ. Примерно 90-93 % пожа-роопасности СНГ создаются низкими значениями НПВ. Содержание в составе СНГ некоторых алкенов (этилен) в качестве примесей увеличивает диапазон огнеопасных концентраций 8 за счет увеличения ВПВ и повышает пожароопасность СНГ в целом. Значительно менее пожароопасны СПГ, состоящие в основном из метана. Как и у СНГ, основную опасность СПГ создает низкое значение НПВ (около 87%). СНГ и СПГ гораздо безопаснее при транспортировке, чем аммиак. По рассматриваемым концентрационным признакам он в 4 раза менее опасен, чем СПГ, и в 5,5 раз безопаснее СНГ. При этом основная доля его пожароопасности связана с относительно большим диапазоном огнеопасных концентраций (8 = 13%).

На значения концентрационных пределов воспламенения в реальных условиях оказывают влияние мощность источника зажигания, турбулентность, присутствие инертных газов, температура, начальное давление смеси и др. Например, экспериментально установлено, что среди компонентов СНГ минимальная мощность источника воспламенения у пропана, поэтому опасность воспламенения СНГ пропорциональна содержанию в его составе пропана.

Как показывают экспериментальные исследования, усиление турбулентности сужает концентрационные пределы воспламенения, вероятно, из-за интенсивного разбавления зоны горения холодной несгоревшей смесью и из-за отвода тепла из зоны за счет турбулентного тепломассолеренсса. Разбавление газовоздушной смеси инертными газами способствует сближению и даже совмещению концентрационных пределов воспламенения. Инертные газы замещают часть кислорода в смеси. Присутствие инертных газов способствует незначительному увеличению НПВ и резкому уменьшению ВПВ, что объясняется избытком кислорода и малой концентрацией горючего газа на НПВ, а на ВПВ – наоборот. Эффективность инертных газов определяется тепловыми характеристиками: теплопроводностью и теплоемкостью. При одной и той же теплопроводности, чем больше теплоемкость, тем выше эффективность инертного газа. При увеличении температуры газовоздушной смеси диапазон пожароопасных концентраций линейно расширяется. Концентрационные пределы воспламеняемости зависят также от начального давления смеси. НПВ и ВПВ сходятся с понижением давления, а при минимальном его значении для данной смеси полностью совмещаются, и восплэменение становится невозможным.

Температура самовоспламенения. Как-правило, химическая реакция горения газовоздушной смеси, состоящей из горючих газов и кислорода воздуха, при достаточно низких значениях температуры не происходит. Она может возникнуть лишь при нагреве смеси до определенной температуры. Нагрев газозоздущной смеси до температуры, превышающей температуру внешней средЫ, приводит к теплоотдаче в окружающую среду. Если тепловыделение q2 , при котором газовоздушная смесь начнет саморазогреваться, составляющие ее компоненты станут вступать в химическую реакцию окисления с дополнительным выделением теп ла, и произойдет самовоспламенение смеси. Начальным условием является равенство g, = q„. Температура, соответствующая тепловому равновесию, называется температурой самовоспламенения. Самовоспламенение представляет собой процесс активации химической реакции окисления до перехода ее в Реакцию горения, а температура самовоспламенения является наименьшей температурой смеси, при которой происходит резкое увеличение скорости экзотермических реакций, способствующих возникновению пламенного горения.

В отличие от самовоспламенения воспламенением называется возникновение пламенного горения в результате воздействия источника зажигания. В основе процессов самовоспламенения и воспламенения лежат общие явления самоускорения реакции окисления. Однако здесь имеются и различия. Самовоспламенение возникает сразу во всем обьеме горючей смеси, а для воспламенения обычно достаточно зажечь холодную смесь высокотемпературным источником лишь в части объема. Ускорение реакции окисления при воспламенении происходит при более высокой температуре, чем при самовоспламенении. Воспламенение распространяется на весь объем горючей смеси с определенной скоростью самопроизвольно.

В табл.18 приведены значения температуры самовоспламенения tc для некоторых газов. Из таблицы видно, что с точки зрения самовоспламенения наименее пожароопасен аммиак (tc = 650 °С). Внутри гомологического ряда предельных углеводородов (от метана до бутана) температура воспламенения понижается, а пожароопасность газов возрастает. У непредельных углеводородов (от этилена до бутилена) складывается подобная же ситуация. Можно отметить, что с увеличением количества углеродных атомов в молекуле углеводорода снижается не только температура самовоспламенения, а увеличиваются также вязкость и плотность СГ, уменьшаются давление насыщенных паров и скрытая теплота парообразования, повышается температура кипения при атмосферном давлении.

В любом случае для самовозгорания и воспламенения газа необходимо иметь в наличии кислород воздуха требуемой концентрации. При нормальной эксплуатации газозозов, включая погрузо-разгрузочные операции, транспортировку, замену грузов, перевозимые СГ должны быть изолированы от кислорода воздуха. Образование газовоздушных смесей пожаро- и взрывоопасных концентраций возможно лишь при утечках СГ, нарушениях технологических требований, дегазации атмосферным воздухом и авариях.

Минимальная энергия воспламенения. Источниками воспламенения газовоздушной смеси могут быть саморазогревание, экзотермические реакции, последствия механического происхождения, электрическая дуга и др.

Одной из наиболее опасных и до сих пор мало изученных причин пожаров и взрывов на наливных судах всех типов является разряд статического электричества в горючей среде. Опасность воспламенения горючих смесей от разряда статического электричества весьма возрастает в связи со сложностью контроля, профилактики и прогнозирования образования электростатических полей в эксплуатационных условиях судов, практической невозможностью установления в большинстве случаев истинной картины пожара или взрыва из-за тяжелых последствий. Например, только в декабре 1969 г. произошли взрывы и пожары на трех супертанкерах: английских «Марпесса» и «Мактра» дедвейтом по 207 тыс.т и норвежском «Конг Хаакон VII» дедвейтом 228 тыс.т. В результате «Марпесса» затонула. На «Конг Хаакон VII» при взрыве были вырваны верхняя палуба над грузовыми танками № 3-5 и обшивка правого борта (на некоторых участках почти до ватерлинии). Одна из переборок сместилась в корму на четыре шпации. Ремонт «Мактры» длился более года и составил 80% первоначальной строительной стоимости.

Статическим электричеством называются возникновение к различные проявления электрических зарядов на поверхности диэлектриков (твердых, жидких и газообразных веществ, плохо проводящих электрический ток). Любое динамическое взаимодействие диэлектриков (смещение, течение по трубам, плескание о стенки грузовых емкостей и т.п.) приводит к электризации. При этом контактирующие поверхности диэлектриков представляют собой двойной электрический слой разноименных зарядов толщиной 10А (А – ангстрем, 1А = 1-10 ,0 м), а иначе – конденсатор с малым расстоянием между обкладками. Основной причиной электризации для газовозов является трение потока жидкости с низкой электропроводностью о внутреннюю поверхность трубопровода при перекачке СГ в емкости. В результате разности химических потенциалов жидкости (СГ) и твердого тела (трубопровода) на границе их раздела образуется двойной электрический слой. На стенках трубопровода адсорбируются ионы одного знака, а ионы противоположного знака сносятся потоком жидкости и накапливаются в емкости для хранения СГ. Электризация возрастает при увеличении скорости потока (турбулиза-Нии) и площади контакта. Чем больше шероховатость стенок трубопровода, чем несовершеннее конструкции составляющих его элементов, тем выше электризация потока за счет турбулизации течения. С увеличением количества жидкости в емкости возрастает заряд статического электричества, который постепенно всплывает, и вспышка может произойти через некоторый период времени после начала заполнения емкости.

Причиной воспламенения жидкостей, газов, горючих смесей может служить искровой разряд с заряженного диэлектрика, разряд с заряженного незаземленного оборудования, разряд с человека на заземленный предмет. Следует заметить, что искровой заряд статическою электричества с человека представляет значительную опасность воспламенения горючей смеси. При частом контакте с заряженным оборудованием или материалами, при ходьбе в сухих помещениях в обуви по полу с хорошими изоляционными свойствами, тело человека, являющееся хорошим проводником, способно накапливать заряды статического электричества. В таких случаях разность потенциалов между телом человека и окружающими металлическими предметами достигает десятков тысяч вольт.

Для воспламенения от статического электричества необходимы следующие условия:
— наличие источника статических зарядов;
— концентрация зарядов на контактирующих поверхностях;
— присутствие воспламеняющихся газовоздушных смесей;
— достаточная для воспламенения данной среды энергия электрического разряда.

В любом случае для предупреждения взрыва или пожара от статического электричества необходимо исключить хотя бы одно из приведенных условий. Опасность воспламенения газовоздушной смеси искрой любого происхождения может возникнуть только при смешивании перевозимого газа с атмосферным воздухом и при концентрации горючего газа в этой смеси в диапазоне от НПВ до ВПВ, поэтому необходимо прежде всего обеспечить предупреждение возникновения этих условий. Самым распространенным способом снижения электризации и предотвращения возникновения электрических разрядов является заземление оборудования, в результате которого разность потенциалов становится равной нулю. Можно резко увеличить электропроводность жидких грузов путем введения в них антистатических присадок (алеата хрома, нафтената хрома и др,). Присадки, вводимые всего тысячными и десятитысячными долями процента, позволяют на несколько порядков понизить удельное электрическое сопротивление и при этом не оказывают влияния на физико-химические свойства жидких грузов.

Для предупреждения возникновения опасности образования и ряда статического электричества на судах-газовозах следует or-Р ничить подачу груза в начальный период погрузки, исключить разбрызгивание груза за счет ударного воздействия струи путем использования перфорированных труб на выходе из грузового трубопровода в емкость. Перед погрузкой СГ следу-ет проверить отсутствие воздуха в береговых и судовых трубопроводах, проконтролировать наличие и исправность заземляющих устройств при соединении береговых и судовых трубопроводов, надежность электрического контакта в районах соединения трубопроводов, соответствие наконечников заземляющих кабелей клеммам заземления.

Определенный интерес для судов-газовозов представляет возможность воспламенения горючей смеси не только электрическими искрами, но и искрами, возникающими при трении или ударе. Воспламеняющая способность искры зависит от температуры, теплозапаса и периода действия. При трении стали о сталь образуются искры с энергией, способной воспламенить газовоздушные смеси, минимальная энергия воспламенения которых (WVJ равна 0,06 мДж и ниже. Это водород, ацетилен, водяной и коксовый газы, сероуглерод и некоторые другие. Искры, образующиеся при трении алюминия и его сплавов с покрытой ржавчиной поверхностью стали, обладают энергией, достаточной для воспламенения любых горючих газовых смесей. Искрообразование при ударе зависит от свйоств металла, скорости соударения тел, удельной энергии удара (энергии, затрачиваемой при ударе и отнесенной к единице площади контакта соударяющихся тел).

Но аммиак может быстро достигать взрывоопасных концентраций при испарении в замкнутом объеме, что весьма важно при аварийных ситуациях судов-газовозов. Наименьшую энергию воспламенения имеют этилен (W . = 0,095 мДж) и бутадиен (IV^ = 0,125 мДж). Пожароопасность грузов по значени-ям W^ повышается при наличии в газовоздушной смеси примесей в виде непредельных углеводородов. Знание значений Wmin для конкретных газовоздушных смесей позволяет разработать соответствующие меры по обеспечению пожаробезопасное при перевозке СГ.

Нормальная скорость горения. Развитие невозмущаемого пламени произвольной формы в каждой точке фронта по нормали к его поверхности принято называть нормальным горением. Тогда скорость перемещения пламени по неподвижной горючей среде вдоль нормали к его поверхности является нормальной скоростью горения vh. Эта величина определяет минимально возможную скорость развития пламени при плоской форме фронта. Она может выражаться в линейных (см/с) или объемных (смг/см2 с) единицах, что в последнем случае определяет объемную скорость сгорания горючей смеси на единицу поверхности пламени. Величина нормальной скорости горения зависит от химической природы реагирующих веществ, концентрации газа в газовоздушной смеси, начальной температуры и давления смеси, присутствия инертного газа.

Так как в реальных условиях горение происходит не в плоском фронте пламени, а в обстановке интенсивной турбулизации, когда вихревое перемешивание отдельных объемов газа значительно увеличивает поверхность пламени, то и скорость его распространения практически всегда больше величины ин. В то же время скорость горения в реальных условиях, как правило, тем выше, чем больше величина нормальной скорости горения, поэтому vh. является одной из основных характеристик, оценивающих пожароопасность газовоздушной среды.

Скорость выгорания СГ. Горение СГ возможно только после фазового перехода жидкости в газообразное состояние. Процесс образовния пожаро- и взрывоопасных газовоздушных смесей опредляется особенностью фазового перехода, поверхностью и интенсивностью испарения распространением смеси в случае утечки или аварийного разлива СГ. Одним из параметров для оценки пожаро- и взрывоопасности СГ является скорость выгорания, зависящая в основном от интенсивности испарения. В первый период после разлива СГ интенсивность испарения максимальная. Она зависит от способа хранения СГ в грузовой емкости при транспортировке. Например, для аммиака при транспортировке под давлением интенсивность испарения в этот период примерно 100 раз выше, чем при глубоком охлаждении.

Скорость выгорания СГ зависит от толщины слоя жидкости, площади поверхности, начальной температуры, скорости ветра и других факторов. Расчет скорости выгорания СГ осуществляется на основании уравнения теплового баланса с учетом той особенности СГ, что температура всей массы жидкости в емкости равна температуре кипения при атмосферном давлении.

Минимальное взрывоопасное содержание кислорода. Возможность образования взрывоопасных смесей груза существует практически на всех этапах эксплуатации судов-газовозов, Для предупреждения этого используются различныефлег-матизаторы: физические (инертные газы) и химические (ингибиторы). Исходя из соображений технического и экономического характера в качестве инертного газа используется в основном азот. Согласно техническим требованиям содержание кислорода в жидком азоте допускается до 4%. Испарение азота сопровождается обогащением его кислородом. При небольшом остаточном количестве жидкого азота концентрация кислорода в нем может дойти до 60%. В то же время азотно-кислорсдная смесь с содержанием кислорода 30% и более в контакте с органическими веществами становится взрывчатой.

В случае установившегося горения инертные газы понижают температуру горения. Однако основная роль инертных газов в предупреждении взрывов заключается в том, что инертные газы влияют на концентрационные пределы взрываемости. Если увеличивается содержание инертного газа в смеси, то уменьшается диапазон между ВПВ и НПВ. При определенном содержании инертного газа К , равном критическому (К^-К^), значения ВПВ и НПВ совпадают. Диапазон взрывоопасных концентраций для смесей с присутствием кислорода и азота сокращается в основном путем быстрого уменьшения ВПВ, а НПВ зависит от концентрации азота незначительно. Если концентрация инертного газа больше значения , то при любом соотношении содержаний горючего газа и окислителя возгорание смеси исключено.

С другой стороны, трехкомпонентная смесь горючего газа, кислорода воздуха и инертного газа не взорвется при любом соотношении горячего и инертного газов, если концентрация кислорода в этой смеси будет меньше значения KQ, при котором НПВ и ВПВ равны.

Взрывоопасность и давление взрыв а. Как уже указывалось, в реальных условиях процесс горения происходит в турбулентном режиме, что приводит к значительному увеличению поверхности пламени и интенсивности горения. В зависимости от скорости распространения пламени при дефлаграционном (недетонационном) горении различают «медленное» горение или просто горение и взрыв. Взрыв подразумевает очень быстрое освобождение большого количества энергии з ограниченном объеме за короткий промежуток времени. Взрыв приводит к образованию сильно нагретого газа с очень высоким давлением, который при расширении оказывает механическое воздействие (давление, разрушение) на окружающие тела. Взрыв газов происходит за счет освобождения химической энергии. Чтобы химическая реакция происходила в виде взрыва, необходимо обеспечить четыре условия: значительную эк-зотермичность процесса, большую скорость, образование газообразных продуктов, способность к самораспространению.

Детонация определяет совокупность мощной ударной волны с последующим за ней фронтом химического превращения взрывчатого вещества. Встреча ударной волны с препятствием создает отраженную волну и еще более сильно сжимает газ. Давление в отраженной волне примерно на порядок превышает давление в падающей волне. Отражение ударной волны у преграды ведет к чрезвычайно высокому, но кратковременному росту давления, способного вызвать значительные разрушения, определяемые не максимальным давлением, а суммарным импульсом. Поэтому детонационное горение отличается от дефлаграционного тем, что в нем каждый последующий слой газа нагревается не путем теплопроводности, а за счет быстрого сжатия, достаточного для того, чтобы довести реагирующую среду до адиабатического (без получения и без отдачи тепла) воспламенения.

Детонационное горение имеет ряд особенностей. Скорость детонаций постоянна, она превышает скорость звука в данной среде и практически не зависит от давления и начальной температуры. Скорость детонационной волны представляет собой физико-химичес-кую константу вещества, а давление волны определяется химической природой горючей смеси и начальным давлением и не зависит от формы, объема и герметичности емкости. Наибольший интерес в условиях реального пожара представляет самопроизвольный переход нормального горения в детонационное. Еще совсем недавно считалось, что детонировать могут только быстрогорящие смеси водорода и непредельных углеводородов с кислородом или воздухом, а также смеси предельных углеводородов с кислородом. Однако ряд аварий и катастроф, произошедших за последние два десятилетия на береговых газовых установках и трубопроводах, дает основание утверждать, что детонировать могут все горючие газы в смеси с воздухом, но сам процесс перехода нормального горения в детонационное изучен пока недостаточно. Общепризнанно, что наиболее опасными для возникновения детонации являются погрузо-разгрузочные системы, представляющие собой протяженные трубопроводные магистрали, имеющие в своем составе несовершенные, с точки зрения гидравлики, конструкции трубопроводных элементов и технологического оборудования.

Опыт эксплуатации судов-газозозов, береговых терминалов, заводов по сжижению газов позволяет сделать следующие выводы:
— горение газовых смесей в больших объемах всегда способно перейти в детонационное горение:
— наиболее опасны с точки зрения возникновения детонации береговые и судовые трубопроводы погрузо-разгрузочного комплекса;
— по своим последствиям и по мощности взрыва детонация газовоздушной смеси сопоставима со взрывом такого взрывчатого вещества, как тринитротолуол.

Учитывая повышенную пожаро- взрывоопасность перевозимых на судах-газовозах грузов, при их проектировании предусматривается целый комплекс; мероприятий, направленных на предупреждение, а также на активную ликвидацию пожаров и взрывов, к которым относятся:
— ограничение по использованию горючих материалов;
— эффективная вентиляция помещений грузосодержащей зоны, насосных и компрессорных помещений, ПУГО и других;
— противохимическая вентиляция загазованных помещений;
— использование системы газового анализа;
— инертизация грузовых емкостей и трубопроводов;
— конструктивная противопожарная защита судна;
— системы обнаружения пожара и пожарной сигнализации;
— высокоэффективные стационарные системы пожаротушения;
— переносные и стационарные огнетушители;
— пожаробезопасное исполнение механизмов, оборудования, установок и устройств, одобренных Морским Регистром судоходства;
— установка трапов оптимальных размеров;
— наличие средств эвакуации людей.