Подлить газа в огонь

Газообразный азот — один из важнейших элементов в природе. Им дышат (в воздухе его более 3/4 от состава), им питаются растения, жидким азотом лечат и с его помощью даже предлагают достичь «криогенного бессмертия».

В последние годы именно этот газ стал важнейшим средством пожаротушения, особенно при шахтных пожарах на глубинах в километр и более. Увы, до сих пор нет кардинального решения проблемы безопасного и высокопроизводительного ведения таких горных работ. Но в помощь этому тяжкому труду пришли мембранные азотные установки типа АМВП, созданные по передовым украинским научно-техническим разработкам.

ГИГантская история

В далеком социалистическом 1976-м только одна научная работа из Советской Украины была удостоена Гос­премии СССР. Это стало настоящей наградой для ученых Донбасса за разработку новейшей и эффективной спасательной техники для шахт всего Союза и стран СЭВ. Мобильные генераторы инертных газов (ГИГ) спасли от подземного пламени не одну сотню шахтерских жизней в Воркуте и Кузбассе, Остраве и Силезии.

«Отцом-создателем» ГИГов был видный горный инженер и ученый Василий Павлович Рудченко, директор Центральной научно-исследовательской лаборатории военизированных горноспасательных частей (ЦНИЛ ВГСЧ) Донбасса. Занял он эту должность после многолетнего руководства угольными шахтами, трестами, комбинатами Украины.

Изучив способы ликвидации шахтных пожаров еще на комбинате «Донецк­уголь», В.Рудченко пришел к идее создания высокопроизводительного генератора инертных газов. Это подтверждено авторским свидетельством СССР №231502 (заявка подана 06.06.1966 г., приоритет от 07.05.1969 г.), где он был в числе соавторов установки для получения парогазовой смеси при тушении подземных пожаров. Тем более, что после полигонных тестов генератор ГИГ-1 успешно применили на шахте «Александр-Запад» треста «Артемуголь» в Горловке. Пожар возник в наклонном стволе шахты, поэтому генератор установили на поверхности, и парогазовая смесь подавалась непосредственно в ствол. Получили ожидаемый результат: пожар был потушен, обошлось без жертв.

Заведующий лабораторией ЦНИЛ Михаил Колышенко предложил смелое техническое решение: вместо громоздкого и электроопасного вентилятора СВМ-6М применить турбореактивный авиадвигатель для обеспечения автономности генератора.

Разместить внеплановый заказ на опытную партию генераторов удалось на запорожском МКБ «Прогресс» (ныне ГП «Ивченко-Прогресс»). Завод изготовил и поставил в институт части для 13 генераторов ГИГ-4. Сборка и испытания проводились на полигоне института, а потом их отправили отрядам ВГСЧ в Воркуту, Кузбасс, Донбасс, Караганду, на Сахалин и Дальний Восток. Один ГИГ продали горноспасателям Чехословакии.

История первая. Первый опыт использования генератора — тушение пожаров в шахтах г. Остравы (Чехия) и г. Кракова (Польша) в 1974 году. Ликвидация аварий на шахтах Донбасса, Кузбасса, польской Силезии и в Чехо­словакии доказала эффективность и надежность работы генератора, применению ГИГов дали зеленый свет. Ничего подобного в мировой практике в то время не было. В польской шахте «Июльский манифест» с суточной добычей 15000 т генератор непрерывно отработал 68 часов. Всего для ликвидации аварии потребовалось 96 часов работы ГИГа.

Но мощности ГИГа-4 (340 м3 азота в минуту) было маловато для использования в горных выработках с большим потоком свежей воздушной струи. Поэтому в Донбассе разработали и изготовили опытную партию из двух агрегатов производительностью 1500 м3 в минуту — ГИГ-1500. Генераторы находились у горноспасателей Донецка и Воркуты.

После ликвидации аварии с помощью ГИГа-4 в Польше, лично убедившись в особой важности и реальности НИОКР по созданию ГИГ-1500 и высокой его эффективности, министр углепрома СССР Борис Федорович Братченко подал документы на соискание Госпремии СССР. Тогда в конкурсе принимали участие 92 работы, а прошла его только одна треть. Работа ВНИИГД под №19 была в одном списке с трудами Института атомной энергии им. И.В.Курчатова, ЛФТИ им. А.Ф.Иоффе АН СССР, МГУ. И она выдержала очень строгий научный отбор благодаря своей актуальности, смелости технических решений и мужеству ученых и горноспасателей, ее внедрявших.

Важность ее состояла в повышении без­опасности работы горноспасателей при локализации пожаров и предупреждении взрывов в шахтах. Актуальным также явилось предотвращение разрушения горных выработок при взрывах и резкое сокращение времени ликвидации аварий. В то время ничего подобного в мировой практике не было.

Поэтому на технические решения ГИГов были получены патенты в США и Великобритании. Донбасские агрегаты внедрялись, успешно использовались и до сих пор на вооружении у горноспасателей всех угольных бассейнов бывшего СССР. О мировом признании донбасской технологии говорит то, что такие генераторы стали изготавливать по украинскому техническому принципу и применять в Польше и Голландии. А потом из той же Польши возить к нам…

Вместо криотехники — мембрана

В индустриальных государствах мембранные азотные агрегаты почти полностью вытеснили иные способы получения технического азота в случаях, если не требуются большие его объемы и высокая чистота. На криогенных аппаратах можно получать газ чистотой до 99,9995%, но они гораздо сложнее, дороже и оправданы только при масштабном производстве.

Одним из наиболее перспективных способов предупреждения, локализации и тушения пожаров в шахтах является инертизация атмо­сферы аварийного участка, то есть искусственное снижение концентрации кислорода в атмо­сфере подземных выработок путем подачи в него инертного азота. Это решает важнейшие задачи при тушении подземного огня: сокращает время ликвидации аварии, предотвращает взрывы газовоздушной смеси на аварийном участке, ускоряет охлаждение очень горячей зоны до безопасного уровня, снижает до минимума или полностью прекращает горение.

Горноспасатели Украины имеют опыт применения азотной техники при ликвидации шахтных пожаров. В свое время на оснащении ВГСЧ МУП СССР были передвижные азотные установки ПЕГАС-100-20, АГУ-2м и другие. Но они использовали «криогенный» азот, получаемый по весьма энергоемкому и сложному методу. Из-за таких недостатков широкого применения (как и парогазовая инертизирующая техника) эти установки не нашли. Потому конкурентом тем технологиям получения азота стали мембранные техпроцессы.

Мембранное получение газообразного азота прямо на шахте осуществляется с помощью современных передвижных газоразделительных станций (ГРС и АКС), которые устанавливаются на поверхности и соединяются специально проложенным или технологическим шахтным трубопроводом с аварийным участком. Научно-практический инновационный фундамент этой технологии заложен в НПО «Респиратор», а в НИИГМ им. Н.Федорова при участии других украинских НИИ и промпредприятий создана мощная передвижная установка типа АМВП-15/0,7СУ1. Она выделяет из обычного воздуха азот, используемый для предупреждения, локализации и гашения подземных пожаров в шахтах, обеспечения безопасности ведения горных работ, а также для пожаровзрывобезопасных технологий в других отраслях производства.

Основные элементы установки — мембранные газоразделительные аппараты, образующие единый блок-батарею.

Как это работает

В основе мембранной технологии газоразделения лежит принцип перепада давления на мембране. «Быстрые» газы (пермиат), такие как кислород, углекислый газ и пары воды, быстро проникают через стенки волокон и под атмосферным давлением выводятся из модуля. Азот — газ «медленный», не проникает так быстро через мембрану. Он течет внутри волокон и выходит с их другого конца. Сопротивление снижает давление потока на 0,13 — 0,7 бара по сравнению с исходным потоком. Таким образом, воздух, проходя через половолоконную мембрану, разделяется на азот и пермиат.

Как отмечает глава правления ОАО «Автоматгормаш им. В.А.Антипова» Вяче­слав Курносов, «научные разработки, воплощенные в новых мембранных установках, уже активно применяются на шахтах, спасают людей и гасят пожары: эксплуатируются азотные установки АМВП, которые быстро ликвидируют подземные очаги возгорания, а также внутришахтные азотно-компрессорные холодильники АКС. Подземная технология производства газового азота позволит подавать его прямо в зону разрушения угольного массива, и это повысит безопасность и эффективность использования добычного ГШО».

Мембранные установки модельного ряда АМВП от крупной украинско-российской корпорации «Укрросметалл» (Сумы—Глухов—Орел) имеют значительное ценовое преимущество: по сравнению с жидким азотом — на 70%, с баллонным газом — на 90%.  Но самое главное — нет опасности при использовании больших сосудов под давлением или опасных криогенных жидкостей; нет и сложностей, связанных с поставками газа, так как он производится на месте. Кстати, «Укр­росметалл» имеет дочернее предприятие «Прометгаз» с офисами в Варшаве и Вроцлаве (Польша), поставляющее узлы и компоненты для новых азотно-мембранных винтовых компрессорных станций. Надежность комплектующих энергоагрегатов подтверждается международным сертификатом Lloyds Register of Shipping. Качество компрессорного и маслоочистительного оборудования находится под постоянным контролем Центра стандартизации, метрологии и сертификации (ПГЦСМС, Полтава).

История вторая. Первый опыт использования мембранной азотной установки появился у горноспасательных подразделений 10 лет назад. 19 августа 2001 года на шахте им. Засядько в 15-й западной лаве произошел взрыв, погибли 55 горняков. Пожар распространялся очень быстро, его невозможно было локализовать и активно тушить, по­этому возникла угроза выхода огня в общешахтные выработки. Тогда для инертизации пространства лавы решили применить азот. Для этого из Польши доставили и использовали лицензионную украинскую установку ГИГ-1500. В аварийную зону подали 122060 м3 азота. Благодаря инертизации 26 августа отряды ГВГСС приступили к разгазированию аварийного участка. В начале сентября крупнейшая шахта страны получила возможность отрабатывать подготовленные к добыче запасы угля.

По мнению первого заместителя директора по науке НИИ горноспасательного дела и пожарной безопасности доктора технических наук Петра Пашковского, анализировавшего пожары на шахтах им. Засядько, «Суходольская-Восточная» и «Краснолиманская», «важным перспективным методом применения азота является тушение экзогенных подземных пожаров на изолированных пожарных участках через изолирующие перемычки или с применением камер… Объем инертного газа, подаваемый в единицу времени за изоляционную перемычку на изолированный подземный пожар, должен обеспечить полное замещение общего расчетного истечения воздуха, попадающего к очагу горения».

Значит, у азота есть и широкая подземная антиаварийная дорога. Лишь бы как можно реже на эту дорогу выходить.  

Цитата в тему

Петр Капица, Нобелиат-1978 за получение жидкого кислорода:

«Вверх — вниз… Как всегда в науке…»