Контакты
Подписка
МЕНЮ
Контакты
Подписка

Анализ аварийных ситуаций на теплоэлектростанциях.Часть 2

Анализ аварийных ситуаций на теплоэлектростанциях.Часть 2

В рубрику "Пожарная безопасность" | К списку рубрик  |  К списку авторов  |  К списку публикаций

Анализ аварийных ситуаций на теплоэлектростанциях.Часть 21

На ТЭС все энергоблоки размещаются в одном здании (так называемая полиблочная компоновка). Однако, несмотря на удобство данного решения, с точки зрения пожарной безопасности оно несовершенно – при авариях имеется повышенная опасность распространения пожара, и как результат – выход из строя нескольких агрегатов ТЭС
Михаил Рукин
Член Комитета по безопасности Торгово-промышленной палаты РФ,
генеральный директор ГК "Эрвист"

С точки зрения пожарной опасности корпуса электростанций – это здания 1–2-й степени огнестойкости. Главный корпус включает в себя котельный цех, машинный зал, служебные помещения; здесь же находятся главный щит управления и распределительные устройства генераторного напряжения. Закрытые или открытые распределительные устройства высокого напряжения располагаются отдельно от главного корпуса.

Места возникновения пожаров

К основным составляющим объектов ТЭС, идентифицированных по предельному количеству опасных веществ в соответствии с Федеральным законом от 21.07.1997 № 116-ФЗ "О промышленной безопасности опасных производственных объектов" и определяющих риск поражающего воздействия на персонал, население и прилегающую территорию, относятся2:

  • система мазутоснабжения (мазутное хозяйство);
  • цех химводоочистки (ХВО) с баками химреагентов;
  • система маслоснабжения ТЭЦ.

За последние 30 лет в главных корпусах ТЭС произошло 30 крупных аварий с выходом из строя более одного энергоблока3. Причем в период с 1970 по 1980 г. имело место 3 таких события, с 1980 по 1990 и с 1990 по 2000 г. – 11, а с 2000 по 2010 г. – 5.


Причины аварий, связанных с выбросом масла в электростанциях

  • выход из строя фитинговых соединений – 50%;
  • ошибки операторов – 30%;
  • разрушение или ослабление из-за вибрации масляных трубопроводов – 6%;
  • аварии электрических компонентов – 6%4

Местами возникновения пожаров на ТЭЦ являются:

  • основные производственные помещения, цеха;
  • подсобные и вспомогательные помещения производств;
  • кабельные туннели и полуэтажи;
  • помещения котельной и другие вспомогательные устройства (рис. 1).


Согласно статистике, порядка 90% крупных аварий вызваны отказами в работе оборудования и сопровождаются пожаром, 10% являются следствием повреждений строительных конструкций. На долю аварий, произошедших в машинных отделениях, приходится 72% от общего их числа, в котельных отделениях – 23% и в кабельных туннелях – около 5%.5

Машинный зал

Место сосредоточения наибольшей пожарной нагрузки. Здесь имеются системы смазки генераторов, машинное масло; электроизоляция обмоток генераторов и другой электроаппаратуры и устройств. Пожары в машинных залах в основном связаны с нарушениями целостности систем смазки и регулирования турбоагрегатов, содержащих масло.

Маслосистемы

Для энергоблоков мощностью 300 МВт объем маслосистемы составляет 47 куб.м, а для блоков мощностью 800 МВт достигает 58 куб.м. Масло в системах находится под давлением: в системах смазки подшипников и уплотнений турбогенераторов – 0,3–0,4 МПа, в системах регулирования турбоагрегата – 4 МПа. Используется нефтяное турбинное масло с температурой воспламенения 180 °C. Маслосистемы располагаются в непосредственной близости к горячим поверхностям турбин и источникам искрообразования, и любое их повреждение может привести к пожару. При повреждении масляных систем смазки огонь быстро распространяется по всем площадкам, сборникам масла. Количество вышедшего наружу масла из систем управления и смазки турбины может достигать нескольких тонн. При повреждении трубопроводов систем смазки масло под высоким давлением выходит и образует горящий факел, который за непродолжительное время приводит к деформации и обрушению металлических ферм и металлоконструкций.


Существует три разновидности пожаров, вызванных выбросами масла.

  1. Аэрозольное возгорание – при выбросе масла с высоким давлением.
  2. Пожар пролива – горит масло, пролившееся на пол.
  3. Трехмерное горение пролитого масла – горение протечек масла из резервуаров, не находящихся под давлением, в направлении "вниз".

На ТЭС устанавливаются турбогенераторы с водородным и водородно-водяным (от 25 до 1200 МВт) охлаждением с избыточным давлением водорода в корпусе 0,05÷0,5 МПа. Присутствие взрывоопасного и горючего водорода в сочетании с горючим маслом при пожаре приводит к взрывам: разрушению маслопроводов и растеканию масла по площадкам, на соседние агрегаты, в кабельные туннели и полуэтажи.

Взрывоопасные среды могут образоваться в различных местах газомасляной системы генератора, а также в прилегающих узлах и отсеках при аварийных выбросах и утечках водорода. Возгорания возможны в любых местах, где произойдет утечка водорода из корпуса генератора и газомасляной системы. Пожары происходят при значительных утечках водорода, обычно связанных с полным или частичным разрушением генератора, или при значительных утечках масла. Горение водорода всегда сопровождается горением масла. Возгорание же масла снаружи генератора при целости последнего не приводит к возгоранию водорода6.

Котельный цех

Как правило, в котельном цехе имеется большое количество топлива. Аварии связаны с системой топливоподачи: взрывы отложений угольной пыли на элементах строительных конструкций или в бункерах угля, механические повреждения мазутопроводов, взрывы топлива в топке котла.

Пылеприготовительные отделения

Возможны взрывы угольной пыли. Для возникновения пожаровзрывоопасной обстановки достаточно выполнения условий так называемого пятиугольника взрыва (рис. 2).


При аварийной ситуации вследствие присутствия угольной пыли возможно возникновение трех типов событий.

1. Пожар-вспышка – сгорание облака предварительно перемешанной газопаровоздушной смеси без возникновения волн давления, опасных для людей и окружающих объектов.

2. Взрыв – процесс выделения энергии за короткий промежуток времени, связанный с мгновенным физико-химическим изменением состояния вещества, приводящим к возникновению скачка давления или ударной волны, сопровождающийся образованием сжатых газов или паров, способных производить работу.

3. Имплозия – мгновенное взрывообразное сжатие объема, в котором давление ниже наружного (взрыв, направленный внутрь, в противоположность направленному наружу). Специфика производства на ТЭС такова, что пожары-вспышки возникают чаще, чем взрывы. Угольная пыль является основным источником взрыва пыли в угольных электростанциях.


При этом сценарий аварии может включать в себя два взрыва: первичный и серию вторичных взрывов, которые распространяются по всему объекту (рис. 3).

Транспортеры (конвейеры)

Практически невозможно изготовить транспортер, имеющий ленту, безопасную в пожарном отношении. Трение угля при транспортировке приводит к оседанию угольной пыли на всех элементах. Возможен перегрев, загорание и обрыв резинотканевых лент горизонтальных и наклонных транспортеров при их пробуксовке, заклинивании, завалах, недостаточном натяжении лент ведомым барабаном, их растяжении до сверхдопустимых пределов и пр.

Мазутохранилища

В котельных цехах, где используется мазут (доставляется по мазутопроводам), давление достигает 30 кгс/кв.см, а температура превышает 120 °С. В аварийной ситуации мазут быстро растекается, а его пары воспламеняются. Как результат – в течение 10 минут металлические конструкции и каркасы котельных агрегатов деформируются.

В резервуарных парках мазутного хозяйства имеется несколько путей возникновения и развития аварий6:

  • взрывы в газовом пространстве резервуара;
  • пожары в резервуарах;
  • пожары разлития;
  • гидродинамическая волна прорыва при квазимгновенном раскрытии резервуара.

Основная опасность мазутохранилищ, приводящая к катастрофическим последствиям с большим материальным ущербом и гибелью людей, связана с возможностью полного разрушения резервуара и формированием гидродинамической волны прорыва. Процесс разрушения резервуара чрезвычайно быстрый, а ударная сила образовавшейся волны прорыва достаточно велика.

Кабельное хозяйство

Состоит из кабельных полуэтажей, туннелей, каналов и галерей. Количество силовых и контрольных кабелей, относящихся к одному крупному энергетическому блоку (300–600 МВт), достигает десятков тысяч (до 40 тыс.) общей протяженностью несколько сотен километров. По территории станций и подстанций потоки многочисленных кабелей прокладываются в кабельных каналах или лотках, которые по мере приближения к посту управления увеличиваются в сечении или даже переходят в кабельные туннели (для кабелей в количестве более 20–30). Для вертикальных прокладок кабельные туннели переходят в шахты тех же сечений.

Кабельные туннели

Горизонтальные и наклонные. Имеют сечение от 2х2 м. По длине разделяются несгораемыми перегородками и дверьми (с пределом огнестойкости не менее 0,75 ч) на отсеки; длина одного отсека кабельного туннеля не превышает 40 м (при расположении под зданием) или 100–150 м (за пределами зданий) – в соответствии с п. 4.71 СНиП II-58–75. В каждом отсеке имеется не менее двух люков, системы вентиляции и канализации.

Кабельные короба

Секционируются противопожарными перемычками из несгораемых материалов (огнестойкость не менее 0,75 ч). Расстояние между перемычками на горизонтальных участках в кабельных коробах – не более 30 м.

Основной причиной возникновения коротких замыканий в электрокабелях чаще всего является перенапряжение электросети, нарушение изоляции токопроводящих частей вследствие ее старения, механического повреждения в процессе монтажа и эксплуатации или воздействия влаги и агрессивных сред

Тепловое старение электроизоляционных материалов наиболее часто возникает из-за перегрузки электросетей токами, превышающими длительно допустимые для данного сечения кабеля.

Характеристики пожара в кабельных помещениях

  1. Высокая температура.
  2. Сильное задымление.
  3. Большая скорость распространения огня и дыма.
  4. Линейная скорость распространения огня по кабелям:
    • в горизонтальных кабельных туннелях – при снятом напряжении 0,15–0,3 м/мин; под напряжением 0,5–0,8 м/мин;
    • в кабельных полуэтажах – под напряжением 0,2–0,8 м/мин.
  5. Скорость роста температуры – в среднем 35–50 град./мин

Трансформаторы

Трансформаторы и выключатели распределительных устройств установлены на фундаменты, под которыми располагают маслоприемники, соединенные с аварийными емкостями. В каждом трансформаторе содержится до 100 тонн масла. При коротком замыкании в результате воздействия электрической дуги на трансформаторное масло происходит его разложение на горючие газы, как результат – взрывы: разрушение трансформаторов, растекание горящего масла. Пожары из помещений, где установлены трансформаторы, могут распространяться в кабельные каналы или туннели.

Оборудование российских систем энергетики в большой степени изношено – это является одним из важных факторов возможного возникновения пожаров. Вероятность выхода из строя трансформатора вследствие пожара растет с его возрастом.

Грамотное проектирование систем пожарной безопасности

Проблемы, связанные с взрывопожаробезопасностью, являются одними из самых актуальных для объектов электроэнергетики России. На примере ТЭС были проанализированы основные характеристики этих объектов, причины и ход возникновения аварийных ситуаций.

Для грамотного решения задач проектирования систем пожарной безопасности на ТЭС следует хорошо представлять себе особенности зон, в которых сосредоточена основная пожарная нагрузка:

  1. машинный зал;
  2. маслосистемы;
  3. котельный цех;
  4. пылеприготовительные отделения;
  5. транспортеры (конвейеры);
  6. мазутохранилища;
  7. кабельное хозяйство;
  8. трансформаторы.

Особенно важны рассмотренные проблемы для теплоэлектростанций, использующих природное топливо – уголь. Масштабы его применения постоянно растут, и не только в России, но и во всем мире.

В третьей части статьи обратимся к наработкам отечественных предприятий отрасли безопасности, которые позволяют организовать повседневную работу противопожарной защиты ТЭС.

___________________________________________
1 Журнал "Системы безопасности" № 6/2015: www.secuteck.ru/imag/ss-6-2015/110.
2 Козлитин А.М., Попов А.И., Козлитин П.А. Анализ риска аварий с формированием гидродинамической волны прорыва на мазутных резервуарах ТЭЦ. Безопасность труда в промышленности. 2003. № 1. С. 26–32.
3 Белов В.В., Пергаменщик Б.К. Крупные аварии на ТЭС и их влияние на компоновочные решения главных корпусов. Вестник МГСУ. 2013. № 4. С. 61–69.
4 Dr. Robert Peltier. Preventing and Mitigating Oil Fires in Power Plants. Power Magazine, March 28, 2012. http://www.powermag.com/preventing-and-mitigating-oil-fires-in-power-plants/?pagenum=2.
5 Источник: компания MS Risk Services Limited.
6 О.С. Голоднова. Проблема взрывопожаробезопасности в машинном зале электростанции, где установлены турбогенераторы с водородным охлаждением. Безопасность электроэнергетики. http://ensafe.ru/index.php?option=com_content&view=article&id=14&Itemid=19.

Опубликовано: Журнал "Системы безопасности" #2, 2016
Посещений: 6339


  Автор
Рукин М. В.

Рукин М. В.

Генеральный директор компании "ЭРВИСТ технологии безопасности"

Всего статей:  23

В рубрику "Пожарная безопасность" | К списку рубрик  |  К списку авторов  |  К списку публикаций