آتش مخزن‌های نفت خام با یک تصمیم بودجه‌ای و عملیاتی روبه‌رو است، چراکه با توجه به تشدید و بویل‌اور (تعریف NFPA از بویل‌اور در انتهای مقاله بخوانید) به حفاظت در مقابل آتش و واکنش اضطراری اپراتورها و صاحبان ذخیره‌سازی مخازن مربوط می‌شود. ماهیت فاجعه‌بار بویل‌اور می‌تواند منجر به از دست دادن امکانات، مرگ‌ومیر، وقفه در کسب‌وکار و تاثیرات محیطی شود.
اگرچه اخیرا خبرهایی از موفقیت در خاموش کردن آتش مخزن‌های بزرگ (مخزن گازوئیل به قطر 270) از سوی تیم عملیات ویژه به گوش رسیده است، باوجودآن این صنعت حوادث بیشتری نسبت به موفقیت‌ها داشته است و درنتیجه آتش‌هایی این‌گونه، هم تعداد قابل‌توجهی از پرسنل و هم مقادیر قابل‌توجهی از محصولات ازدست‌رفته‌اند. به‌عنوان‌مثال در بونسفیلد، جیپور، سنگاپور، پورتوریکو و همین اواخر در برزیل شاهد این امر بودیم.
هنگام برنامه‌ریزی برای پتانسیل آتش مخزن نفت خام، گزینه‌های مختلفی وجود دارد که راهنمایی محافظت در مقابل آتش و واکنش سریع و اضطراری را پیش روی اپراتورها و صاحبان تجهیزات قرار می‌دهد.
تصویر: نمونه ای از سیستمFixed Foam Suppression
کدها و استانداردهای تجویزی اطلاعات بسیار خوب و مفیدی را در اختیار اپراتورها و دارندگان تجهیزات قرار می‌دهد، باوجود آن این کدها و استانداردها فاکتورهای مهم مخصوص به محل که در تصمیم‌گیری در خصوص نحوه محافظت از تجهیزات نفت خام بسیار تعیین‌کننده هستند را در نظر نمی‌گیرند.
این فاکتورها شامل خطرات در محل (ساختمان‌هایی که دارای سکنه هستند، دیگر فرآیندها و …) و خطرات خارج از محل (امکانات مجاور، اجتماع و …) موقعیت سایت، روابط اجتماعی، تداوم اشتغال، فقدان در حوزه اقتصاد، ریسک‌پذیری و تأثیرات محیطی را شامل می‌شود، هرچند که تنها به این موارد محدود نمی‌شود.
از همه مهم‌تر، کدهای تجویزی فاکتورهای شناخته‌شده تعیین‌کننده که برای استراتژی حفاظت از تجهیزات ذخایر نفت خام حیاتی است، مانند سطوح گرمایشی ساطع‌شده از سطح کامل آتش مخزن (به مخزن‌های مجاور، ساختمان‌ها و مناطق دیگر) محدودیت‌ها و توانایی‌های تیم ویژه در مواقع اضطراری و زمان بویل‌اوور، را در برنمی‌گیرد.
با توجه به این حقیقت که استانداردها و کدهای تجویزشده برای ایجاد یک استراتژی جامع حفاظت از تجهیزات ذخیره‌سازی نفت خام به وجود آمده‌اند، بهترین رویکرد عملکرد بر پایه ضوابط و یا بر پایه ریسک است.
هنگام آغاز فرآیند تشخیص بهترین استراتژی برای محافظت از تجهیزات ذخایر نفت خام سه گزینه اساسی وجود دارد:
1. حفاظت منفعل: هیچ فعالیت آتش‌نشانی و سوزاندن سوخت ذخیره‌شده بدون مداخله مجاز نیست.
2. دفاعی: قرار گرفتن در معرض سرما (مخزن‌ها، تجهیزات پروسه، ساختارها و …) برای جلوگیری از تشدید و فرصت دادن به مخزن‌ها برای سوختن.
3. تهاجمی: تلاش در خاموش کردن آتش از طریق سیستم‌های حفاظت در مقابل آتش ثابت و یا تجهیزات متحرک.
بر اساس پتانسیل تشدید و بویل‌اوور، اینکه به یک مخزن اجازه سوختن بدهید به‌ویژه درزمانی که پرسنل، تجهیزات و دیگر دارایی‌ها تحت تأثیر قرار می‌گیرند به‌هیچ‌عنوان قابل‌قبول نیست.
پدیده بویل‌اوور به محدوده‌ای از علم آتش مربوط می‌شود که به‌طورکلی به‌خوبی درک نشده است. مکانیسم ویژه‌ای که منجر به تئوری‌پردازی شد و در دسته‌بندی‌های کوچک قرار گرفت، باوجودآن تمام نشانه‌ها حاکی از آن است که این پدیده به‌خوبی درک نشده است.
خطرناک‌ترین اتفاق زمانی رخ می‌دهد که نفت خام مشتعل به دلیل تبخیر فاز دوم با چگالی بالاتر اما نقطه جوشی پایین‌تر از سوخت (به‌ویژه آب) از مخزن سرریز می‌کند. فاز دوم معمولا متشکل از آب موجود که به دلیل اثرات تراکم، حفاری، حمل‌ونقل و یا حتی ترکیبات طبیعی با نفت خام در مخزن است. با توجه به چگالی بالاتر، آب در کف مخزن می‌ماند، جایی که در اغلب موارد صنعتی امکان خارج کردنش وجود ندارد. در طول زمان آتش مایع زیر سطح سوخت گرم می‌شود تا جاییکه حرارت آن از نقطه‌جوش آب نیز بیشتر می‌شود و این لایه گرم شده درحالی‌که سطح‌رویی در حال خاموش شدن است پایین‌تر می‌رود.
اگر این منطقه گرم به فاز آب برسد، آب شروع به تبخیر می‌کند و سوخت با شدت از مخزن خارج می‌شود، چراکه در مدت‌زمانی که آب به بخار تبدیل می‌شود به‌شدت انبساط حجمی رخ می‌دهد.
خروج نفت خام از مخزن زمانی که سطح تمام سطح مخزن در آتش می‌سوزد، همان‌گونه که در شکل زیر نشان داده می‌شود به سه دسته تقسیم می‌شود:
تصویر: Enhanced Burning
«سلاپ‌اوور» همان «فورت‌اووری» است که درنتیجه فعالیت‌های آتش‌نشانی به‌صورت ناپیوسته در گوشه‌ای در بالای مخزن اتفاق می‌افتد.
فورت‌اوور وقتی رخ می‌دهد که مواد مشتعل با چگالی پایین مدام کف می‌کند و اغلب به اثرات «رول‌اوور» که در احتمالا زمان پر کردن مخزن رخ‌داده است مربوط می‌شود.
خطرناک‌ترین شکل تشدید در آتش بویل‌اوور است. در این مورد تشکیل گوی آتشین مشاهده‌شده است. ساطع شدن گرمای شدید ماشین‌آلات کارخانه و ماموران آتش‌نشانی را درخطر بسیار بزرگی قرار می‌دهد. در فرآیند بویل‌اوور ممکن است که مایع به‌اندازه ده برابر قطر مخزن (تاکنون مطالعاتی در مورد عمق مخزن انجام‌نشده است) پرتاب شود و موجب اشتعال دیگر مواد شده و درنتیجه نیروی تیم ویژه به مخاطره می‌افتد؛ بنابراین بویل‌اوور موقعیتی است که باید از آن اجتناب شود و یا حداقل آن را در تمامی زمینه‌ها به کمترین مقیاس خود رساند، چراکه بویل‌اوور می‌تواند به‌سرعت آتش را تشدید کند و آن را به یک فاجعه‌ای تبدیل کند که دیگر این فاجعه قابل مدیریت نباشد.
مکانیسمی که منجر به بویل‌اوور می‌شود به‌خوبی درک نشده است، باوجودآن باید توجه شود که طیف وسیعی از شرایط تحت تاثیر بویل‌اوور قرار می‌گیرد. علاوه بر این حتی کمترین مقدار آبی که توسط ماموران آتش‌نشانی به کار می‌رود می‌تواند در مدت کوتاهی منجر به بویل‌اوور شود و پمپاژ روبه پایین نیز ممکن است به شرایط بویل‌اوور دامن زند، همچنین دمای هوا و دیگر فاکتورها نیز در بویل‌اوور نقش دارند. دیده‌شده است که موج گرما تقریبا یک تا سه فیت در هر ساعت پایین می‌رود، بنابراین با توجه به عمق سوخت بویل‌اوور می‌تواند در مدت کوتاهی- در حدود چهار تا پنج ساعت- برای یک مخزن پر اتفاق افتد.
تصویر: 2-D Radiant Heat Affected Zones
فرونشاندن آتش مخزن ذخیره مشکل پیچیده‌ای است که نیازمند منابع قابل‌توجهی (آب، فوم، دستگاه‌های انتقال) است و همچنین دپارتمان آتش و نیروهای عملیات ویژه نیزباید به‌خوبی آموزش‌دیده باشند.
برای فهم کامل اثرات بالقوه آتش‌سوزی در یک مخزن پر، اولین گام این است که تشعشعات گرمایی تجهیزات را تجزیه‌وتحلیل کنیم. تجزیه‌وتحلیل تشعشعات، تشعشعات گرمایی را موردتوجه قرار می‌دهد که از آتش کامل سطح مخزن و تاثیر آن روی تانک‌های مجاور، تجهیزات، ساختمان‌ها و ساختارها ساطع می‌شود. این آنالیز هم در مرحله 2-D با استفاده از داده‌های تجربی (اطلاعات محیطی مانند مسیر و سرعت باد و موانع در این آنالیز به‌حساب نمی‌آیند) و هم در مرحله 3-D با استفاده از یک ابزار مدل کامپیوتری آتش مانند شبیه‌ساز دینامیک آتش (FDS) که اطلاعات محیطی و همچنین موانع به‌حساب می‌آیند اجرا می‌شود.
برای فهم کامل اثرات بالقوه آتش‌سوزی در یک مخزن پر، اولین گام این است که تشعشعات گرمایی تجهیزات را تجزیه‌وتحلیل کنیم. تجزیه‌وتحلیل تشعشعات، تشعشعات گرمایی را موردتوجه قرار می‌دهد که از آتش کامل سطح مخزن و تاثیر آن روی تانک‌های مجاور، تجهیزات، ساختمان‌ها و ساختارها ساطع می‌شود. این آنالیز هم در مرحله 2-D با استفاده از داده‌های تجربی (اطلاعات محیطی مانند مسیر و سرعت باد و موانع در این آنالیز به‌حساب نمی‌آیند) و هم در مرحله 3-D با استفاده از یک ابزار مدل کامپیوتری آتش مانند شبیه‌ساز دینامیک آتش (FDS) که اطلاعات محیطی و همچنین موانع به‌حساب می‌آیند اجرا می‌شود.
تجزیه‌وتحلیل گرما بیشترین فاصله تعادل (منطقه‌ای که تحت تاثیر قرارگرفته است) سطوح تشعشع بحرانی مخزن‌های ذخیره نفت خام را مشخص می‌کند. سطوح شار حرارتی 4.7KW/m2 است، بیشترین میزان تشعشع حرارتی بحرانی که پرسنل در پوشش پایگاه در معرض آن قرار گرفتند 12-19 KW/m2 بوده است. بیشترین میزان تشعشع حرارتی در تانکرهای مجاور، درست جایی که به سرما نیاز دارد، بین یک تا سه ساعت (بسته به شار حرارتی دقیق) و 19-35 KW/m2 است، در معرض بیشترین تشعشع حرارتی قرار گرفتن نیازمند خنک‌سازی فوری است.
تصویر: 3-D Radiant Heat Affected Zones
نتایج مدل حرارت تابشی برای تعین میعانات با درجه حرارت بالا و فوم تغلیظ شده که هر دو برای خاموش کردن آتش مخزن مشتعل به کار می‌روند و همچنین خنک کردن (حافظت از دیگر تانکرهایی که در معرض سرایت آتش هستند) مخزن‌های مجاور (و دیگر ساختارها و تجهیزات قابل‌اجرا) استفاده می‌شود.
وقتی‌که در بدترین شرایط میعانات با درجه حرارت بالا و فوم فشرده محاسبه می‌شود چندین گزینه با توجه نوع سیستم‌های حفاظت در مقابل آتش در دست خواهد بود، سیستم‌های استاندارد صنعت شامل موارد زیر است:
ش سیستم فوم ثابت از یک مخزن فوم فشرده و یا یک مخزن اتمسفری و یک ابزار نقل‌وانتقال فوم که در بالای مخزن تعبیه‌شده است استفاده می‌کند.
• سیستم‌های فوم نیمه ثابت از دستگاه‌ها و ماشین‌آلات متحرک برای تزریق فوم به دستگاه‌های نقل و انتقالی که در بالای مخزن تعبیه‌شده است استفاده می‌کند
• در ابزاردستی و یا سیار مانند مونیتورهای میعانت با درجه حرارت بالا و ظرفیت زیاد،
• سیستم‌های فرونشانی هیبریدی از یک ابزار نقل‌وانتقال فوم برای به‌کارگیری در دیواره مخازن و همچنین یک جریان فوم در وسط مخزن (معمولا در مخازنی با قطر بالا، بیش از 200) استفاده می‌شود.
اغلب رویکرد طراحی سیستم‌های محافظت در مقابل آتش برای ترمینال‌های ذخیره‌سازی نفت خام به‌گونه‌ای است که بدون درک احتمال بروز بویل‌اوور و قابلیت‌های عکس‌العمل سریع و به‌موقع درمکان معیارهای تعین شده از طرف NFPA11 (از نظر گرمای تابشی) اعمال شود. محافظت مبتنی بر پایه ریسک در مقابل آتش یک رویکرد عالی است که متغیرهای خاص سایت و مدل‌سازی خطر را در نظر می‌گیرد.
در آتش‌هایی که در مقیاس کامل در مخزن رخ می‌دهد به بیش از 100 نفر نیاز است تا نیروی موردنیاز برای مبارزه با آتش فراهم شود. آتش مخزن می‌تواند شرایط آب و هوایی خاص خود را درجایی که بالا رفتن دما بسیار مهم است ایجاد کند و عملکرد واقعی دستگاه‌های نقل‌وانتقال، به‌ویژه در سرعت‌هایی با جریان بالا و زمانی که دستگاه‌ها سفارشی ساخته می‌شوند، ناشناخته است. این مسائل فنی بر پیچیدگی مسائل می‌افزاید و نیازمند آن است که برای اطمینان از عملکرد، پیش از نصب تجهیزات و سیستم‌ها کار مهندسی لازم و کافی انجام شود و در زمان مناسب در محل نصب شود.
برای اطلاعات بیشتر به سایت www.orcusfireandrisk.com مراجعه کنید.
تعریف NFPA از بویل‌اور:
1- وقتی آتش روغن خاصی، مانند نفت، در یک مخزن سرباز مدت طولانی تحت کنترل است و به‌یک‌باره با خروج آن روغن و یا نفت مشتعل از کوره برشدت آن افزوده می‌شود.
2- خاموش کردن آتش نیمه محصور نفت و یا محصولات پتروشیمی که به خاطر اختلاف چگالی آب با این فراورده‌ها، آب به زیر رفته و آتش نفت و دیگر فرآورده‌ها مشتعل‌تر می‌شود و شرایط خطرناک و بسیار بدی را به وجود می‌آورد.
نویسنده: Marcelo D’Amico، منبع: orcusfireandrisk.com، مترجم:سمیه دژ
نظرات کاربران