کاربرد فوم در حفاظت از مجموعه مخازن سوختی در برابر حریق

آتش‌سوزی در مخازن سوخت در صنایع پتروشیمی یک امر رایج نیست. اما زمانی که رخ می‌دهد، پیامدهای ویرانگر و تبلیغات منفی برای آن صنعت بدنبال خواهد داشت. این مقاله سناریوهای کلی مواجهه با اینگونه آتش‌سوزیها را توصیف نموده  و فوم را به عنوان مناسب‌ترین عامل اطفای حریق برای این موارد به همراه تجهیزات آتش‌نشانی که بیشتر مورد استفاده قرار می‌گیرد، معرفی می‌نماید. در نهایت، این سوال مطرح می‌شود که آیا تجارب بدست آمده از حوادث رخ داده شده ،مورد توجه و بررسی نهادهای ذیربط قرار گرفته است یا خیر.

از نمونه‌های برجسته‌ی این حوادث می‌توان به آتش‌سوزی مخزن ITC در Deer Park ، تگزاس، در مارس 2019 و نیز آتش‌سوزی پالایشگاه در Baton Rouge ، لوئیزیانا، در فوریه 2020  در ایالات متحده آمریکا اشاره کرد.

متاسفانه اخبار حوادثی از این دست سریعتر به رسانه‌ها راه پیدا می‌کنند. این بدان معناست که دو مبحث حفاظت در برابر حریق و اطفای حریق در این مناطق باید مورد توجه جدی قرا گرفته تا از خسارات آینده جلوگیری گردد. سیستمهای حفاظت در برابر حریق در محیطهای خطرناکی نظیر صنایع نفت و گاز (حریقهای کلاس B ) به سیستمهای اطفای حریق منحصر بفردی نیاز دارند که سیستم فوم بهترین گزینه برای حریقهای ناشی از مایعات قابل اشتعال می‌باشد.همچنین استفاده از آب هم اهمیت بالایی در سرد کردن دیواره‌ی مخازن و فضای اطراف آنها دارد.

خوشبختانه اینگونه آتش‌سوزیهای وسیع به وفور رخ نمی‌دهند و مواردی از این دست معدود هستند اما وقتی که رخ می‌دهند اثرات جبران ناپذیری بر روی جان افراد، محیط زیست منطقه و تداوم عملکرد یک تجارت خواهد گذاشت.

اطفای حریق در مخازن سوختی تمام‌سطحی بسیار چالش برانگیز است و احتمال موفقیت در این امر تقریبا پایین می‌باشد. بسیاری از سازمانها و شرکتهای فعال در این صنعت از اینگونه حوادث درس نمی‌گیرند در حالی که برخی از این حوادث می‌تواند فاجعه بار باشد.

پیکربندی رایج مجموعه‌های مخازن سوخت

مخازن مورد استفاده معمولا بر اساس نوع سقف و قطر آنها طبقه‌بندی می‌شوند. این مخازن بر اساس سقفهای ثابت، شناور و یا سقفهای ثابت با کاور شناور از یکدیگر متمایز می‌شوند. مایعات قابل اشتعال عموما در مخازن با سقف یا کاور شناور ذخیره می‌شوند و از طرفی مایعات قابل انفجار در مخازن با سقف ثابت نگهداری می‌گردند.قطر این مخازن عموما بین 20 تا 80 متر است اگرچه که مخازنی با قطر 120 متر هم در برخی موارد مورد استفاده قرار می‌گیرند.ارتفاع این مخازن اغلب بین 10 تا 25 متر می‌باشد. این مقاله بر روی روشهای مقابله در برابر حریق در صنایع نفت و گاز و حفاظت از مخازن سوختی تمرکز خواهد داشت.

قوانین و الزامات

قوانین متنوعی در دنیا در خصوص حفاظت در برابر حریق وجود دارد.این مقاله به اصول اساسی استاندارد جهانی حفاظت در برابر حریق NFPA11 در خصوص سیستم اطفای‌حریق فوم می‌پردازد.

سناریوهای معمول در حوادث

آتش‌سوزی در مخازن سوخت در صنایع پتروشیمی در ابعاد مختلفی رخ می‌دهد و عواقب مختصر و در برخی موارد فاجعه باری بدنبال دارد.معمول‌ترین سناریوهای موجود به شرح زیر است:

آتش‌سوزی Rim-seal

این آتش سوزی در مخازن با پوشش شناور رخ می‌دهد و می‌توان آن را با استفاده از سیستمهای ثابت به محض اینکه تشخیص داده شد، اطفا نمود.یک آتش‌سوزی طولانی موجب آسیب جدی به مخزن و نشت مایعات درون آن می‌گردد و این امر ممکن است به یک آتش سوزی گسترده تبدیل شود. از بین رفتن آب‌بندی مخزن که باعث آزاد شدن حجم زیادی از مایع درون آن می‌شود، یا استفاده بیش از حد از مایع خاموش کننده، ممکن است منجر به فرورفتن پوشش شناور اطفا کننده و در نهایت وقوع یک آتش‌سوزی در تمام سطح شود.

احتراق بخارات

در صورت ذخیره‌سازی مایعات پتروشیمی قابل اشتعال، نشت بخارات آنها ممکن است باعث شعله‌وری توسط عوامل خارجی نظیر صاعقه گردد.

آتش سوزی در منطقه‌ی Dyke

مجموعه مخازن سوخت معمولاً توسط یک دیوار دایک محافظت می‌شوند یا در داخل یک حوضچه قرار می‌گیرند  تا در صورت نشت مایعات، در این محیط جمع‌آوری گردد. اگر روغن یا مایعات پتروشیمی به طور ناخواسته از مخزن نشت کند، ممکن است آتش بگیرد.در صورتی که این حریق سریع تشخیص داده شود، می‌تواند به راحتی و به سرعت توسط تجهیزات اطفا حریق سیار اطفا گردد.اما اگر کشف حریق سریع صورت نگیرد ممکن است منجر به گسترش حریق به سطح مخزن نیز گردد.

انفجار

در صورت وقوع انفجار در این مخازن، به طور معمول سیستمهای اطفا حریق ثابت و سیار اطراف آنها نیز آسیب خواهند دید. علاوه بر این ، انفجار، اغلب موجب گسترش و پرتاب مایعات مشتعل به مخازن مجاور و وقوع یک فاجعه می‌گردد.

درجه جوش Boilover

در صورتی که آتش‌سوزی به طول بیانجامد، و آب در پایین مخزن جمع شده باشد، حالت Boilover رخ می‌دهد.به دلیل افزایش دمای مایع داخل مخزن تا صدها درجه سانتیگراد، این آب ممکن است به طور ناگهانی تبخیر شود.بخار آب به شکل حباب تا بالای سطح مخزن بالا رفته و می‌ترکد. این امر موجب پخش شدن روغن روی سطح می گردد و با بزرگ شدن این سطح قابل اشتعال پدیده‌ی حباب آتشین ناگهانی بروز می‌نماید.

آتش سوزی تمام سطحی مخازن

گاهی ممکن است مایعات قابل اشتعال بر روی سقف شناور جمع شوند. در بدترین حالت حتی ممکن است به دلیل حجم بالای این مایعات بالا آمده، سقف شناور در این مایع غرق گردد. درصورتی که این سطح دچار حریق شود، این حریق به سرعت در کل سطح مخزن گسترده می‌شود.آتش‌سوزی در مخازن با سقف شناور را می‌توان با سیستمهای درون منطقه‌ی Dyke و یا سیستمهای سیار خارج از آن اطفا نمود. در مورد مخازن با سقف ثابت، فقط می ‌توان از سیستمهای خاموش‌کننده ثابت داخلی تا زمانی که سقف فرو بریزد، استفاده کرد.

ماده فوم به عنوان اطفا کننده

اثر مطلوب فوم بر اطفا حریق آتش سوزی های مایعات قابل اشتعال ثابت شده است. فوم اطفای حریق از آب، کنستانتره فوم و هوا تشکیل شده است.این کنستانتره فوم به میزان معینی با آب ترکیب می شود. تشکیل شود.بسته به کنستانتره‌ی فوم و میزان هوای ترکیب شده، انواع مختلفی از فوم برای توانایی انواع حریق تولید می‌شود. فوم یک لایه همگن از حباب‌های هوا را تشکیل می‌دهد، حجم ماده‌ای اطفا را افزایش می‌دهد و درنتیجه چگالی آن را کاهش می‌دهد. بر همین اساس و به لطف خصوصیات شیمیایی آن، بالش فوم ایجاد شده، نشت بخارات قابل اشتعال را می‌سازد و ترکیبی از هوا با مایع مشتعل را قطع می‌کند و مایع را سرد می‌نماید. پوشیده شده باشد، حریق می‌گردد. کنستانتره‌های فوم در نسبت‌های متفاوت تولید شده‌اند که رایج‌ترین آنها 1% و 3% می‌باشند. به عنوان یک قاعده‌ی کلی، یک کنستانتره‌ی فوم تنها زمانی می‌تواند یک ماده‌ی فومفا حریق کاربردی و پایدار را ایجاد کند که با نسبت معینی از آب اطفا حریق ترکیب شود و نه کمتر از آن. افزایش این میزان از حد معین ادامه یک فوم اطفا حریق پایدار و عملیاتی را می‌دهد با این حال کنستانتره‌ای فوم سریعتر مصرف می‌شود. کاهش گفته شده، باعث می شود که یک فوم ناقص شود که با انجام حریق را نمی توان انجام داد.

کنستانتره‌های فوم در سه گروه دسته‌بندی می‌شوند:

کنستانتره‌ی فوم پروتئینی

مهمترین گونه آنها، فوم فلوئوروپروتئین به فرم فیلم  (film-forming fluoro-protein foam)و فوم مقاوم الکل  به فرم فیلم (film-forming alcohol-resistant* fluoro-protein foam) هستند.

کنستانتره‌ی فوم مصنوعی

مهمترین آنها کنستانتره‌های فوم  film-forming و film-forming alcohol-resistant هستند.اکثر کنستانتره های فوم مصنوعی ،حاوی فلورین هستند که دارای ویژگیهای خاموش کنندگی خوبی می‌باشد. عمدتاً به دلایل زیست محیطی، کنسانتره‌های فوم مصنوعی بدون فلوئور به عنوان گروه سوم ساخته شده و در حال توسعه هستند. کنسانتره های فوم بدون فلوئور هنوز به طور کامل برای تمام سناریوهای آتش‌سوزی قابل پیش‌بینی به عنوان جایگزین مناسب برای کنسانتره‌های فوم مبتنی بر فلوئور موجود ثابت نشده‌اند. علاوه بر این، به دلیل خواص فیزیکی متفاوت آنها (تمام کنسانتره‌های فوم بدون فلوئور موجود، دارای ویسکوزیته و شبه پلاستیسیته بالاتری نسبت به کنسانتره‌های فوم حاوی فلوئور هستند)، تجهیزات تناسب بندی ترکیب لازم باید از نظر مناسب بودن آن بررسی شوند.

پس از آنکه فومهای مصنوعی در دهه 70 میلادی معرفی شدند، آزمایشهای متععدی انجام گرفت.یکی از مجموعه آزمایشهای صورت گرفته توسط کمپانی Shell در سال 1982 انجام گرفت که نشان داد اگر یک کنسانتره فوم مصنوعی خوب و مناسب استفاده شود، میتوان حریق را در 2 الی 4 دقیقه اطفا نمود.این مورد در خصوص هردو نوع پروتئینی و مصنوعی صادق بود. عملیات اطفا حریق در یک مخزن باز که مایع روغن داخل آن به مدت 30 دقیقه در حال سوختن بود و دمای سطح به حدود 800 تا 900 درجه سانتیگراد رسیده بود، انجام گرفت. شرایط اطفا حریق مناسب در این کاربردها به شرح زیر است:

• کنستانتره فوم مناسب
• تزریق کنستانتره‌ی فوم به میزان کافی
• میزان کافی تزریق آب
• عملکرد مناسب تجهیزات اطفا کننده در کمیت و کیفیت از لحاظ دسترسی سریع و آسان و جانمایی صحیح استراتژیک
• پرسنل آموزش دیده
• اجرای سریع یک سناریوی مناسب

* الکل ها با آب قابل ترکیب هستند که باعث از بین رفتن کف می‌شود. در کنسانتره های فوم مقاوم به الکل، با تشکیل یک لایه پلیمری از این امر جلوگیری می شود.

سیستمهای اطفا حریق

بسته به نوع مخزن و اندازه‌ی مجموعه مخازن، سیستمهای اطفا حریق به صورت متفاوتی باید طراحی گردند.یک مخزن با سقف ثابت باید دارای یک سیستم اطفا حریق ثابت باشد که بتواند فوم را زیر سقف تخلیه نماید.کاربرد سیستمهای سیار بیرونی تنها وقتی که سقف آسیب دیده باشد یا توسط حریق یا انفجار از بین رفته باشد، امکان پذیر است.در خصوص مخازن با سقف شناور ، فوم اطفا حریق را می‌توان با استفاده از سیستمهای ثابت یا سیار از بیرون به مخزن اعمال نمود.

سیستمهای اطفا حریق ثابت به طور معمول از اجزای مشابهی نظیر : fire pump, proportioner, supply tank تشکیل شده‌اند. با این حال، اینها باید به شکل متحرک در وسایل نقلیه یا تریلرها موجود باشند. علاوه بر این، معمولاً فقط از مانیتورهای آتش به عنوان دستگاه تخلیه استفاده می‌شود. خطوط لوله از شیلنگ ها و لوله‌های مکش تشکیل شده است.

در کنار موقعیت تاکتیکی نقاط تخلیه فوم، از جمله واحدهای سیار،کنستانتره‌ی فوم و نسبتهای آن در آب از مهمترین فاکتورها برای اطفا حریق موفق هستند. این مهم با مراجعه به NFPA11 با دقت بیشتری مورد بررسی قرار گرفته است.

کنستانتره‌ی فوم

هنگامی که کنستانتره‌ی فوم را در کانتینرهای مناسب نگهداری میکنیم، باید این اطمینان حاصل شود که این کانتینرها در فاصله‌ی مناسبی از محل تحت حفاظت قرار گرفته باشند و مقدار آن نیز به اندازه‌ای باشد که برگترین سطح موجود تحت حفاظت را پوشش دهد.

نرخ تناسب 1 و 3 درصد میزان مورد نیاز کنستانتره‌ی فوم را مشخص می‌کند.به طور کل، عدم ترکیب کنستانتره‌های فوم مختلف و یا کنستانتره‌هایی با درصد نسب متفاوت ، از اهمیت بالایی برخوردار است زیرا این موضوع منجر به تشکیل فوم اطفا حریق ناپایدار می‌گردد.در ادامه مثالی از محاسبه‌ی یک سیستم فوم بر اساس استاندارد NFPA11 ارائه میگردد:

سطح مخزن × میزان معین آب × درصد ترکیب کنستانتره ی فوم × حداقل زمان اطفا حریق در خواست شده

در مورد مخزن نفت خام با قطر 60 متر، استاندارد NFPA 11 استفاده از  6.5 liters/(min*m2) را برای زمان مهار حریق به مدت 65 دقیقه با استفاده از کنستانتره‌ی فوم 3 درصد توصیه نموده است. لذا با این مقادیر، برای حفاظت از این مخزن به حدود 36000 لیتر کنستانتره فوم و جریان آبی در حدود 18000 لیتر بر دقیقه نیاز است. NFPA 11 توصیه می‌کند که فوم بیشتری برای ناحیه دایک تقریباً به همان مقدار در نظر گرفته شود.علاوه بر این فاکتور ایمنی 2 برای جبران هدر رفت فوم در طی عملیات اطفا بدلیل عواملی مثل باد و ... ،باید درنظر گرفته شود.که با این اوصاف در نهایت به ذخیره‌ی 144000 لیتر کنستانتره‌ی فوم 3 درصد نیاز خواهد بود.اگر از فوم 1 درصد استفاده گردد، کل میزان مورد نیاز برای ذخیره سازی تنها 48000 لیتر خواهد بود که در نتیجه از مخزن کوچکتری نیز استفاده خواهد شد.انتخاب کنستانتره‌ی فوم و نسبت ترکیب آن براساس مایع قابل اشتعالی که باید حفاظت گردد تعیین می‌شود.

در قسمت دوم این مقاله به توصیف تکنولوژیهای تناسب کنستانتره فوم و سیستمهای اطفای سیار خواهیم پرداخت.