Hašení a snižování výparů amoniaku v průmyslových zařízeních

Pozhneftehim nabízí návrh, výrobu a dodávku hasicích systémů na bázi amoniaku s funkcí redukce výparů v případě náhodného úniku.

Požární a chemická nebezpečí amoniaku

Amoniak je binární anorganická chemická sloučenina dusíku a vodíku, která se při atmosférickém tlaku a teplotách nad -33,4 °C nachází v plynném stavu. Plynný amoniak je hořlavý plyn se měrným spalným teplem 18 688 kJ/kg. Nejsnadněji hořlavá směs amoniaku a vzduchu o stechiometrické koncentraci vyžaduje energii zapálení 680 mJ. Výbuchový tlak takové směsi je 580 kPa. Normální rychlost šíření plamene nepřesahuje při atmosférickém tlaku a teplotě okolního vzduchu 0,1 m/s. Mimo zónu zapálení směs amoniaku a vzduchu nehoří. Zkapalněný amoniak je polární kapalina, obtížně hořlavá látka, která hoří pouze tehdy, je-li nad jejím povrchem stálý zdroj zapálení s dostatečným výkonem. Při rozlití zkapalněný amoniak, který při atmosférickém tlaku dosáhne teploty -33,4 °C, vře s okamžitou tvorbou aerosolového oblaku, který se od zdroje ohně nezapálí. Amoniak se dobře rozpouští ve vodě s uvolňováním tepla, při zředění vodou zesiluje odpařování. Plynný amoniak je toxický, podle stupně vlivu na lidský organismus patří do 4. třídy nebezpečnosti. Podle fyziologického účinku na organismus patří do skupiny látek s dusivým a neurotropním účinkem, schopných při vdechnutí způsobit toxický plicní edém a těžké poškození nervové soustavy. Nestabilní nebezpečné chemické látky. Škodlivý účinek v atmosféře a na povrchu předmětů přetrvává jednu hodinu. Vzhledem k jejich toxickým vlastnostem a širokému použití jsou zkapalněný amoniak a chlor nejnebezpečnějšími chemickými látkami.

Typické objekty – sklady kapalného amoniaku:

• nádrže a tankoviště pro skladování kapalného amoniaku;
• nakládací a vykládací místa kapalného amoniaku a amoniakové vody, včetně nakládacích a vykládacích ramp pro železniční a silniční cisterny;
• kompresorové amoniakové chladicí jednotky a čerpadla;
• různé technologické instalace.

Předpisy pro požární a průmyslovou bezpečnost zařízení se skladováním a manipulací s amoniakem

• GOST R 12.3.047-2012 „Požární bezpečnost technologických procesů. Obecné požadavky. Metody kontroly“;
• „Doporučení pro hašení polárních kapalin v nádržích“, FGU VNIIPO, Moskva, 2007.
• VUP SNE 87 „Rezortní směrnice pro navrhování železničních nakládacích a vykládacích regálů pro hořlavé a zápalné kapaliny a zkapalněné uhlovodíkové plyny“;
• SP 155.13130.2017 „Sklady ropy a ropných produktů. Požadavky na požární bezpečnost“. Zároveň se tento regulační dokument v souladu s odstavcem 1.4 na tato zařízení nevztahuje.

Proto je nutné vypracovat Zvláštní technické podmínky (STC) pro projektování a výstavbu z hlediska zajištění požární bezpečnosti zařízení se skladováním a manipulací s amoniakem.

Při vývoji STU a projektové dokumentace se doporučuje uplatňovat technické požadavky a řešení pro stacionární hasicí a chladicí systémy v souladu s SP 155.13130 s přihlédnutím ke zvýšeným intenzitám v souladu s „Doporučeními pro hašení polárních kapalin v nádržích“, FGU VNIIPO, Moskva, 2007.

Automatické hasicí systémy pro kompresorové chladicí jednotky na čpavek, čerpací stanice produktů a další průmyslové budovy a prostory s cirkulací čpavku jsou zajištěny v souladu s požadavky SP 485.1311500.2020.

• Sklady kapalného amoniaku by měly být vybaveny prostředky k zabránění šíření oblaků amoniakového plynu v případě úniku (urychlené rozpouštění v rozptýlené vodě, použití vodních clon) a ke snížení rychlosti odpařování (zakrytí rozlitého místa oxidem uhličitým nebo pěnovými směsmi).
• Aby se eliminovaly následky možných nehod, musí být chladicí systémy vybaveny prostředky k potlačení odpařování a neutralizaci rozlitého kapalného amoniaku a systémy pro lokalizaci a rozptylování plynného amoniaku.

Koncept skupiny Pozhneftehim pro protipožární ochranu skladovacích a manipulačních zařízení amoniaku s využitím hasicích systémů a mobilních zařízení

Koncept skupiny Pozhneftehim pro protipožární ochranu skladovacích a manipulačních zařízení pro amoniak zahrnuje použití hasicích systémů a instalací se středně expanzivní pěnou, vodních clon a také mobilního zařízení s doplňkovou funkcí snižování odpařování v případě nouzového úniku amoniaku.

Předběžnou fází této koncepce byly výzkumné práce zaměřené na vývoj speciálního typu pěnidla pro hašení požárů, které je zároveň schopné účinně snižovat emise amoniakových výparů.

Výzkum na území jednoho z podniků – partnerů skupiny společností Pozhneftehim – ukázal, že použití „standardních“ pěnidel dle GOST R 50588-2012 k potlačení odpařování kapalného amoniaku je neúčinné. Pěna takových roztoků se rychle rozpadá a amoniak se zahřívá, což zvyšuje jeho odpařování.

V důsledku výzkumné a vývojové práce byl vyvinut speciální pěnivý prostředek „Aquafom S/AR“ pro krytí rozlitého kapalného amoniaku. Pěna na bázi tohoto pěnivého prostředku nejen účinně hasí požáry, ale také při aplikaci na povrch nehořícího amoniaku omezuje odpařování díky polymernímu ochrannému filmu, nerozkládá se na povrchu amoniaku po dobu nejméně 2 hodin a zajišťuje jeho tepelnou izolaci. Tento pěnivý prostředek byl testován ve výrobním závodě.

Aby se zabránilo šíření oblaků amoniaku v případě úniku a také aby se urychlilo jejich rozpouštění v rozptýlené vodě, navrhuje se použití vodních clon na bázi drenčerových postřikovačů NP I, II, III.

Zařízení pro hasicí systémy s amoniakem v průmyslových zařízeních

Systémy a instalace hasicích a protipožárních systémů lze spustit automaticky signálem z požárních hlásičů nebo analyzátorů plynů, nebo dálkově z velínu.

Hasicí systémy zahrnují standardní prvky používané pro konvenční průmyslová zařízení se skladováním a manipulací s hořlavými látkami.

OBJEDNEJTE SI TYPICKÉ ŘEŠENÍ

Vyberte si svůj hasicí systém

Propojovací jednotka požárního zařízení (FEU)

Univerzální požární filtr „Tower“ (PFU)

Kontejner s hasicím blokem „Vityaz“ (BK-PT)

Nádrž protipožárního dávkovače (BD)

Protipožární požární monitorovací komplex (LPK)

Univerzální pěnový generátor „Turbopen“ (UGP)

Komora z nízkoexpanzní pěny „Vega“ (KNP)

Požární trysky NP-I, NP-II pro vodní clony

Požární trysky NP-III pro vodní clony

Logické schéma hašení požáru a snižování odpařování nádrží s amoniakem je podobné hasicímu systému nádrží s hořlavými a zápalnými kapalinami.

V účinném hasicím systému nakládací/vykládací rampy čpavku s funkcí snižování odpařování se doporučuje použití univerzálních generátorů pěny typu UGP „Turbopen“ s oscilační funkcí. V ostatních ohledech je tento systém navržen podobně jako hasicí systém železniční nakládací/vykládací rampy.

Použití pěnových generátorů typu UGP Turbopen se doporučuje také pro hasicí zařízení v uzavřených budovách a stavbách (logické schéma je podobné hasicím systémům v průmyslových skladech se skladováním hořlavých a zápalných kapalin), jakož i pro otevřená technologická místa.

Návrhové prvky

Návrh automatických hasicích systémů pro budovy a prostory s cirkulací amoniaku se provádí v souladu s požadavky SP 485.1311500.2020. Mezi typické objekty ochrany patří kompresorové amoniakové chladicí jednotky, čerpací stanice produktů atd.

Hlavním rysem výpočtů hlavních parametrů těchto instalací během návrhu je stanovení standardní intenzity hašení požáru podle SP 485.13130, poté spotřeba roztoku pěnidla pro hašení a jeho porovnání s hodnotou požadované spotřeby pro vytvoření vrstvy pěny za účelem snížení odpařování, po kterém se provede výběr na základě nejvyšší hodnoty pro celou oblast nebo pro lokální zóny označené boky (nádoby a misky pro sběr rozlitého amoniaku), kde je možný únik amoniaku.

Zdůvodnění spotřeby roztoku pěnidla pro snížení odpařování a postup výpočtu

Aby se ověřila možnost použití různých pěn ke snížení odpařování, byla provedena série testů. Zkapalněný amoniak byl nalit do nádoby o výšce 0,3 m a rozměrech 0,3 x 0,3 x 0,1 m a rychlost odpařování byla stanovena a zaznamenána pomocí váhy. Poté byla po dobu 30 sekund přiváděna pěna se střední expanzí (expanze do 30), získaná pomocí speciálně vyvinutého pěnidla. Po dosažení horní úrovně nádoby byla dodávka pěny zastavena. Během počátečního období dodávky pěny (do 5 sekund) bylo pozorováno určité zvýšení odpařování, dokud se nevytvořila izolační vrstva pěny. Poté, co pěna dosáhla horní úrovně nádoby, byla zaznamenána absence par amoniaku nad nádobou. 10 minut po ukončení dodávky pěny bylo zaznamenáno zvýšení objemu pěny v důsledku odpařování amoniaku a ustálení konstantního objemu pěny. Podle měření hmotnosti amoniaku bylo zaznamenáno více než dvojnásobné snížení odpařování po dobu nejméně 2 hodin.

• odhadovaná výška vrstvy pěny není menší než 0,3 m;
• doba pro vytvoření izolační pěnové vrstvy není delší než 1 minuta;
• Zničení pěny při vystavení amoniakovým párám je nejméně 3.
• Doba provozu instalace pro vytvoření izolační pěnové vrstvy není delší než 1,5 minuty.

Stanovení požadované spotřeby roztoku pěnidla pro vytvoření izolační pěnové vrstvy se provádí v následujícím pořadí.

• S razl. – plocha rozlití rovnající se ploše místnosti nebo zóny oddělené stěnami, m2;
• 0,3 – požadovaná výška vrstvy pěny, m;
• K je koeficient destrukce pěny na povrchu amoniaku.

• 30 – násobnost pěny univerzálního generátoru typu UGP;
• 60 – doba plnění objemu, s.

Po stanovení spotřeby pěnidla pro vytvoření izolační pěnové vrstvy pro snížení odpařování amoniaku se tato spotřeba porovná se spotřebou pro hašení požáru. Poté se rozhodne o struktuře automatického hasicího systému.

Struktura a algoritmy práce

Automatický hasicí systém a automatizovaný systém pro vytváření izolační pěnové vrstvy jsou kombinované, ale algoritmy stanoví různé časy pro hašení a vytváření izolační pěnové vrstvy v případě úniku amoniaku.

Pro automatický hasicí systém a automatizovaný systém pro vytváření izolační pěnové vrstvy jsou k dispozici různé přívodní a distribuční potrubí s různými generátory pěny, ale napájené ze společného systému pro skladování a dávkování pěny.

V případě zón úniku amoniaku omezených boky jsou k dispozici další generátory pěny. V takovém případě je v případě úniku amoniaku zajištěno spuštění celého hasicího systému, ale s omezenou dobou provozu.

V případě zón úniku amoniaku omezených boky jsou pro automatický hasicí systém a automatizovanou instalaci pro vytvoření izolační vrstvy pěny k dispozici různá potrubí pro přívod a rozvod roztoku s různými generátory pěny, ale napájená ze společného systému pro skladování a dávkování pěny.
Rozptýlit oblaky amoniaku Používají se zavlažovací postřikovače typu NP-III, které tvoří vějířovitou vodní clonu. Spotřebu vody NP-III se doporučuje stanovit s ohledem na požadovanou výšku clony. Počet postřikovačů se stanoví s ohledem na požadovanou šířku clony.

V budovách a prostorách se sprinklerové postřikovače obvykle instalují podél okenních a dveřních otvorů, bran, technologických otvorů atd. Směr dodávky vody do clony je shora dolů. Pokud je nutné instalovat vodní clonu velké délky, například podél železničního nadjezdu nebo venkovní instalace, doporučuje se použít záplavové sprinklerové postřikovače typu NP-II. Doporučuje se vzdálenost mezi sprinklery maximálně 0,5 m, podobně jako v požadavcích na vodní clony námořních kotvišť (VSN 12-87). Průtok NP-II (faktor K) se určuje na základě požadované výšky clony.

Pokud je nutné instalovat vodní clonu značné výšky, je možné použít kombinovanou clonu se záplavovými postřikovači typu NP-III v úrovni terénu a záplavovými postřikovači typu NP-II ve druhé vrstvě clony.

Pro efektivní rozptýlení oblaků amoniaku musí být voda ve všech případech přiváděna zdola nahoru.

Pěnidlo pro hašení a snižování výparů amoniaku v průmyslových zařízeních

„Aquafom S/AR“ vyráběný skupinou Pozhneftehim s vlastnostmi uvedenými v tabulce je určen speciálně pro krytí úniků kapalného amoniaku a pro průmyslovou bezpečnost typických skladů kapalného amoniaku. Zároveň hasicí vlastnosti tohoto pěnidla splňují požadavky normy GOST R 50588-2012.

Zvláštní technické vlastnosti pěnivého činidla „Aquafom S/AR“ pro zakrývání rozlitého kapalného amoniaku, které je nutné zohlednit v konstrukčních řešeních i v dotaznících, jsou uvedeny v tabulce.

Název indikátoru	Koncentrát hasicí pěny „Aquafom S/AR“ používaný ke snížení úniku amoniaku	Testovací metoda
1. Stabilita pěny (zničení 50 % objemu) průměrné expanze na povrchu kapalného amoniaku za použití pitné vody při specifickém průtoku 7±0,55 l/m2, ne méně než min.	90	článek 5.13 TU 2481-30-72410778-2014 ve znění pozdějších předpisů. 1
2. Koeficient účinnosti snižování odpařování kapalného amoniaku středně expanzivní pěnou 30 minut po ukončení dodávky pěny	2	článek 5.14 TU 2481-30-72410778-2014 ve znění pozdějších předpisů. 1

Úplné charakteristiky pěnidla a údaje pro výpočet potřebného množství jsou k dispozici na vyžádání.

Více o použití pěnidla „Aquafom S/AR“ k zakrytí úniků amoniaku se dočtete v novinách společnosti „Pozhneftehim nabízí řešení pro bezpečnost skladů amoniaku“ ze dne 16.10.2017.