Підлити газу до вогню

Газоподібний азот — один із найважливіших елементів у природі. Ним дихають (у повітрі його більше 3/4 від складу), ним живляться рослини, рідким азотом лікують і з його допомогою навіть пропонують досягти «кріогенного безсмертя».­­

В останні роки саме цей газ став найважливішим засобом пожежо­­­­гасіння, особливо у разі шахтних пожеж на глибинах у кілометр і більше. На жаль, досі нема кардинального рішення проблеми безпечного та високопродуктивного ведення таких гірничих робіт.­ Але в допомогу цій тяжкій праці прийшли мембранні азотні установки типу АМВП, створені за ­передовими українськими науково-технічними розробками.­

ГІГантська історія

У далекому соціалістичному 1976-му тільки одна наукова робота з Радянської України була визнана гідною Держпремії СРСР. Це стало справжньою нагородою для вчених Донбасу за розробку новітньої та ефективної рятувальної техніки для шахт усього Союзу й країн РЕВ. Мобільні генератори інертних газів (ГІГ) урятували від підземного полум’я не одну сотню шахтарів у Воркуті й Кузбасі, Остраві й Сілезії.

Створювачем ГІГів був видатний гірничий інженер і вчений Василь Павлович Рудченко, директор Центральної науково-дослідної лабораторії воєнізованих гірничорятувальних частин (ЦНДЛ ВГРЧ) Донбасу. Обійняв він цю посаду після багаторічного керівництва вугільними шахтами, трестами, комбінатами України.

Вивчивши способи ліквідації шахтних пожеж ще на комбінаті «Донецьк­вугілля», В.Рудченко прийшов до ідеї створення високопродуктивного генератора інертних газів. Це підтверджено авторським свідоцтвом СРСР №231502 (заявку подано 06.06.1966 р., пріоритет від 07.05.1969 р.), де він був одним із співавторів установки для одержання парогазової суміші під час гасіння підземних пожеж. Тим більше, що після полігонних тестів генератор ГІГ-1 успішно застосували на шахті «Олександр-Захід» тресту «Артемвугілля» в Горлівці. Пожежа виникла в похилому стовбурі шахти, тому генератор установили на поверхні, і парогазова суміш подавалася безпосередньо в стовбур. Одержали очікуваний результат: пожежу було погашено, обійшлося без жертв.

Завідувач лабораторії ЦНДЛ Михайло Колишенко­ запропонував сміливе технічне рішення: замість громіздкого й електронебезпечного вентилятора СВМ-6М ­застосувати турбореактивний авіадвигун для забезпечення автономності генератора.

Розмістити позапланове замовлення на дослідну партію генераторів удалося на запорізькому МКБ «Прогрес» (нині ДП «Івченко-Прогрес»). Завод виготовив і поставив в інститут частини для 13 генераторів ГІГ-4. Складання й випробування проводилися на полігоні інституту, а потім їх відправили загонам ВГРЧ у Воркуту, Кузбас, Донбас, Караганду, на Сахалін і Далекий Схід. Один ГІГ продали гірничорятівникам Чехословаччини.

Історія перша. Перший досвід використання генератора — гасіння пожеж у шахтах м. Острави (Чехія) і м. Кракова (Польща) 1974 року. Ліквідація аварій на шахтах Донбасу, Кузбасу, польської Сілезії та в Чехословаччині довела ефективність і надійність роботи генератора, застосуванню ГІГів дали зелене світло. Нічого подібного у світовій практиці тоді не було. У польській шахті «Липневий маніфест» із добовим видобутком 15000 т генератор безупинно відробив 68 годин. Загалом для ліквідації аварії треба було 96 годин роботи ГІГ.

Але потужності ГІГ-4 у 340 м3 азоту на хвилину було замало для використання в гірничих виробках із великим потоком свіжого повітряного струменя. Тому в Донбасі розробили й виготовили дослідну партію із двох агрегатів продуктивністю 1500 м3 на хвилину — ГІГ-1500 для гірничорятівників Донецька й  Воркути.

Після ліквідації аварії за допомогою ГІГ-4 у Польщі, особисто переконавшись у особливій важливості й реальності НДДКР зі створення ГІГ-1500 і високій його ефективності, міністр вуглепрому СРСР Борис Федорович Братченко подав документи на здобуття Держпремії СРСР. Тоді в конкурсі брали участь 92 роботи, а пройшла його тільки третина. Робота ВНДІГД під №19 була в одному списку із працями Інституту атомної енергії ім. І.В.Курчатова, ЛФТІ ім. А.Ф.Іоффе АН СРСР, МДУ. І вона витримала дуже жорсткий науковий відбір завдяки своїй актуальності, сміливості технічних рішень і мужності вчених і гірничорятівників, які її впроваджували.

Важливість її полягала в підвищенні безпеки роботи гірничорятівників під час локалізації пожеж і попередження вибухів у шахтах. Актуальним також було запобігання руйнуванню гірничих виробок під час вибухів і різке скорочення часу ліквідації аварій. Тоді нічого подібного у світовій практиці не було.

Тому на технічні рішення ГІГів було отримано патенти в США та Великій Британії. Донбаські агрегати впроваджувалися, успішно використовувалися й досі на озброєнні в гірничо­рятівників усіх вугільних басейнів колишнього СРСР. Про світове визнання донбаської технології свідчить те, що такі генератори почали виготовляти за українським технічним принципом і застосовувати в Польщі та Голландії. А потім з тієї ж Польщі возити до нас…

Замість кріотехніки — мембрана

В індустріальних державах мембранні азотні агрегати майже цілком поступилися іншим способам одержання технічного азоту тоді, коли не були потрібні більші його обсяги й висока чистота. На кріогенних апаратах можна одержувати газ чистотою до 99,9995%, але вони набагато складніші, дорожчі й виправдані тільки під час масштабного виробництва.

Одним із найперспективніших способів попередження, локалізації та гасіння пожеж у шахтах є інертизація атмосфери аварійної ділянки, тобто штучне зниження концентрації кисню в атмосфері підземних виробок шляхом подачі в неї інертного азоту. Це розв’язує найважливіші завдання  гасіння підземного вогню: скорочує час ліквідації аварії, запобігає вибухам газоповітряної суміші на аварійній ділянці, прискорює охолодження дуже гарячої зони до безпечного рівня, мінімізує або зовсім припиняє горіння.

Гірничорятівники України мають досвід застосування азотної техніки в ліквідації шахтних пожеж. Свого часу на оснащенні ВГРЧ МВП СРСР були пересувні азотні установки ПЕГАС-100-20, АГУ-2м та інші. Але вони використовували «кріогенний» азот, одержуваний за досить енергоємним і складним методом. Через такі недоліки широкого застосування (як і парогазова інертизувальна техніка) ці установки не мали. Тому конкурентом тим технологіям одержання азоту стали мембранні техпроцеси.

Мембранне одержання ­газо-подібного азоту безпосередньо на шахті здійснюється за допомогою сучасних пересувних газороздільних станцій (ГРС і АКС), які встановлюються на поверхні й з’єднуються спеціально прокладеним або технологічним шахтним трубопроводом з аварійною ділянкою. Науково-практичний інноваційний фундамент цієї технології закладений у НВО «Респіратор», а в НДІГМ ім. М.Федорова за участю інших українських НДІ й промпідприємств створена потужна пересувна установка типу АМВП-15/0,7СУ1. Вона виділяє зі звичайного повітря азот, використовуваний для попередження, локалізації й гасіння підземних пожеж у шахтах, убезпечення ведення гірничих робіт, а ­також для пожежовибухобезпечних технологій в інших галузях виробництва.

Основні елементи установки — мембранні газороздільні апарати, що утворюють єдиний блок-батарею.

Як це працює

В основу мембранної технології газорозділення покладено принцип перепаду тиску на мембрані. «Швидкі» гази (перміат), такі як кисень, вуглекислий газ і водна пара, швидко проходять крізь стінки волокон і під атмо­сферним тиском виводяться з модуля. Азот — газ «повільний», не проходить так швидко через мембрану. Він тече усередині волокон і виходить із їхнього іншого кінця. Опір знижує тиск потоку на 0,13 — 0,7 барів у порівнянні з вихідним потоком. Таким чином, повітря, проходячи через порожнистоволоконну мембрану, розділяється на азот і перміат.

Як відзначає голова правління ВАТ «Автоматгірмаш ім. В.Антипова» В’ячеслав Курносов, «наукові розробки, втілені в нових мембранних установках, уже активно застосовуються на шахтах, рятують людей і гасять пожежі: експлуатуються азотні установки АМВП, які швидко ліквідують підземні вогнища загоряння, а також внутрішньошахт­ні азотно-компресорні холодильники АКС. Підземна технологія виробництва газового азоту дозволить подавати його безпосередньо в зону руйнування вугільного масиву, і це підвищить безпеку та ефективність використання добувного ГШО».

Мембранні установки модельного ряду АМВП від великої українсько-російської корпорації «Укрросметал» (Суми—Глухів—Орел) мають значну цінову перевагу: у порівнянні з рідким азотом — на 70%, із балонним газом — на 90%. Але найголовніше — немає небезпеки під час використання великих посудин під тиском або небезпечних кріогенних рідин; нема й проблем, пов’язаних із поставками газу, бо він виробляється на місці. До речі, «Укрросметал» має дочірнє підприємство «Прометгаз» з офісами у Варшаві й Вроцлаві (Польща), що поставляє вузли та компоненти для нових азотно-мембранних гвинтових компресорних станцій. Надійність комплектувальних енергоагрегатів підтверджується міжнародним сертифікатом Lloyds Register of Shipping. Якість компресорного та маслоочисного обладнання постійно контролюється Центром стандартизації, метрології та сертифікації (ПДЦСМС, Полтава).

Історія друга. Перший досвід використання мембранної азотної установки одержали гірничорятувальні підрозділи 10 років тому. 19 серпня 2001 року на шахті ім. Засядька в 15-й західній лаві стався вибух, загинули 55 гірників. Пожежа поширювалася дуже швидко, її неможливо було локалізувати й активно гасити, тому виникла небезпека виходу вогню в загальношахт­ні виробки. Тоді для інертизації простору лави вирішили застосувати азот. Для цього з Польщі доставили й використали ліцензійну українську установку ГІГ-1500. В аварійну зону подали 122060 м3 азоту. Завдяки інертизації 26 серпня загони ДВГРС почали розгазування аварійної ділянки. На початку вересня найбільша шахта країни одержала можливість відпрацьовувати підготовлені до видобутку запаси вугілля.

На думку першого заступника директора з науки НДІ гірничорятувальної справи й пожежної безпеки України доктора технічних наук Петра ­Пашковського, який аналізував пожежі­ на шахтах ім.Засядька, «Суходільська-Східна» і «Краснолиманська», «важливим перспективним методом застосування азоту є гасіння екзогенних підземних пожеж на ізольованих пожежних ділянках через ізолювальні перемички або із застосуванням камер… Обсяг інертного газу, що подається в одиницю часу за ізоляційну перемичку на ізольовану підземну пожежу, має забезпечити повне заміщення загального розрахункового витікання повітря, що потрапляє до вогнища горіння».

Отже, в азоту є й широка підземна антиаварійна дорога. Аби тільки якомога рідше на цю дорогу виходити.

Цитата в тему

Петро Капіца, Нобеліат-1978 за одержання рідкого кисню:

«Угору — вниз… Як завжди в науці…»