Velykyi N. Development of a sub-surface fire suppression system using compressed air foam for steel vertical storage tanks

Українська версія

Thesis for the degree of Doctor of Philosophy (PhD)

State registration number

0825U002637

Applicant for

Specialization

  • 261 - Пожежна безпека

Specialized Academic Board

PhD 10063

Lviv State University of Life Safety

Essay

The dissertation addresses a pressing scientific and practical issue in the field of fire safety by developing a sub-layer fire suppression system for vertical steel tanks used for storing petroleum products (gasoline, diesel fuel) using compressed air foam (CAF). The research results can be applied to the operation of stationary sub-layer foam fire suppression systems in petroleum product tanks (gasoline, diesel fuel). Modeling in SolidWorks Flow Simulations showed that foam with an expansion ratio of 10 achieves faster surface coverage (310–410 seconds) compared to foam with an expansion ratio of 5 (482–598 seconds), reducing extinguishing time to 5–7 minutes at a pressure of 3–4 MPa. For the first time, the feasibility of using CAF for sub-layer suppression in vertical steel tanks with fuel, using general-purpose foam concentrates, was substantiated and experimentally validated in model fire scenarios. The necessity of a minimum 13% reserve tank volume due to fuel expansion during heating in a fire was also established for the first time. The minimum CAF delivery rate for sub-layer suppression was determined to be 0.08–0.09 L/s·m². A mathematical model built in SolidWorks Flow Simulations was refined to describe the behavior of CAF with varying expansion ratios, including tank wall heating, changes in fire surface temperature, fuel heating throughout the tank height, and foam delivery intensity. Theoretical and practical foundations of sub-layer tank fire suppression using CAF were further developed, establishing the relationship between fire suppression effectiveness, foam expansion ratio, and delivery pressure. The test setup for simulating tank fires and studying sub-layer suppression with various firefighting agents was also improved. Recommendations were provided to State Emergency Service of Ukraine units regarding the application of sub-layer tank fire suppression systems for flammable liquids. A patent application was submitted for the invention «Method of Sub-Layer Fire Suppression in Petroleum Product Tanks Using Compressed Air Foam.»

Research papers

1. Kovalyshyn, V., Velykyi, N., Kovalyshyn, V., Voitovych, T., & Sorochych, M. (2021). ЗАСОБИ ОТРИМАННЯ ТА ПЕРСПЕКТИВИ ЗАСТОСУВАННЯ КОМПРЕСІЙНОЇ ПІНИ. Пожежна безпека, 39, 94-104. https://doi.org/https://doi.org/10.32447/20786662.39.2021.11;

2. Velykyi, N., Kovalyshyn, V., Voitovych, T., & Pastukhov, P. (2023). ДОСЛІДЖЕННЯ СТІЙКОСТІ ТА КРАТНОСТІ КОМПРЕСІЙНОЇ ПІНИ. Пожежна безпека, 43, 34-40. https://doi.org/https://doi.org/10.32447/20786662.43.2023.05;

3. Kovalyshyn, V. V., Velykyi, N. R., Kovalyshyn, V. V., Lyn, A. S., Pastukhov, P. V., & Velykyi, A. Y. (2024). ДОСЛІДЖЕННЯ ПАРАМЕТРІВ КОМПРЕСІЙНОЇ ПІНИ ПРИ ПОДАВАННІ «ПІДШАРОВИМ» СПОСОБОМ. Пожежна безпека, 45, 10-17. https://doi.org/https://doi.org/10.32447/20786662.45.2024.02;

4. Ковалишин, В. В., & Великий, Н. Р. (2025). ДОСЛІДЖЕННЯ ПІДШАРОВОГО ГАСІННЯ ПОЖЕЖ КОМПРЕСІЙНОЮ ПІНОЮ В РЕЗЕРВУАРАХ З НАФТОПРОДУКТАМИ. Комунальне господарство міст, 1(189), 390–397. https://doi.org/10.33042/2522-1809-2025-1-189-390-397;

5. Ковалишин, В. В., Великий, Н. Р., Ковалишин, В. В., Войтович, Т. М., Бунь, Р. А., Новіцький, Я. М., & Фірман, В. М. (2024). Розроблення технології гасіння компресійною піною підшаровим способом резервуарів з нафтопродуктами. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 3(10 (129), 6–20. https://doi.org/10.15587/1729-4061.2024.305684;

6. Ковалишин В.В., Лозинський Р.Я., Войтович Т.М., Ковалишин Вол.В., Великий Н.Р. Розширення галузі застосування компресійної піни. Актуальні проблеми пожежної безпеки та запобігання надзвичайним ситуаціям в умовах сьогодення : зб. наук. праць Всеукраїнської науково-практичної конференції з міжнародною участю. Львів : ЛДУ БЖД, 2022. С. 372-374;

7. Великий Н.Р., Ковалишин Вол.В., Войтович Т.М., Ковалишин В.В. Розроблення безпечних методів гасіння резервуарів з використанням компресійної піни. Охорона праці : освіта і практика. Проблеми та перспективи розвитку охорони праці : зб. наук. праць ІІІ Всеукраїнської науково-практичної конференції викладачів та фахівців-практиків та ХІІІ Всеукраїнської науково-практичної конференції курсантів, студентів, аспірантів та ад’юнктів. Львів : ЛДУ БЖД, 2023. С. 159-161;

8. Великий Н.Р., Лозинський Р.Я., Ковалишин В.В. Дослідження витрат розчину піноутворювача при подаванні компресійної піни «підшаровим» способом. Проблеми та перспективи розвитку системи безпеки життєдіяльності : зб. наук. праць Міжнародної науково-практичної конференції молодих вчених, курсантів та студентів. Львів : ЛДУ БЖД, 2024. С. 158-160;

9. Великий Н.Р., Ковалишин В.В., Лозинський Р.Я., Ковалишин Вол.В. Вплив насадки «заспокоювача» на подачу компресійної піни. Актуальні проблеми пожежної безпеки та запобігання надзвичайним ситуаціям в умовах сьогодення : зб. тез доповідей Міжнародної науково-практичної конференції. 13 грудня 2024 р. Львів: ЛДУ БЖД, 2024. С. 161-163;

10. Великий Н.Р., Ковалишин В.В., Лин А.С., Пастухов П.В. Моделювання процесу подавання пінних струменів «підшаровим» способом в середовище прогрітого бензину. Актуальні проблеми пожежної безпеки та запобігання надзвичайним ситуаціям в умовах сьогодення : зб. тез доповідей Міжнародної науково-практичної конференції. 13 грудня 2024 р. Львів : ЛДУ БЖД, 2024. С. 17-19;

11. Великий Н.Р., Лозинський Р.Я., Лин А.С., Ковалишин В.В. Дослідження ефективності підшарового гасіння резервуарів із нафтопродуктами за допомогою компресійної піни в лабораторних умовах. Проблеми та перспективи розвитку системи безпеки життєдіяльності : зб. наук. праць ХХ Міжнародної науково-практичної конференції молодих вчених, курсантів та студентів. Львів : ЛДУ БЖД, 2025. С. 209-212;

12. Войтович Т.М., Великий Н.Р., Ковалишин В.В. Дослідження впливу інтенсивності та кратності компресійної піни на ефективність гасіння пожеж у резервуарах із нафтопродуктами. Проблеми та перспективи розвитку системи безпеки життєдіяльності : зб. наук. праць ХХ Міжнародної науково-практичної конференції молодих вчених, курсантів та студентів. Львів : ЛДУ БЖД, 2025. С. 257-259.

Files

Similar theses