Техносферная безопасность / Problemi tekhnosfernoy bezopasnosti 2013

ладают в обычных условиях высоким пределом огнестойкости. Но при воздействии пожара кратковременное воздействие высоких температур не успевает вызвать значительное нагревание бетона и находящейся под защитным слоем арматуры. При этом значительно опаснее резкое охлаждение разогретого бетона холодной водой (при тушении пожара). Оно неизбежно вызывает образование трещин, разрушение защитного слоя и обнажение арматуры. При продолжающемся воздействии высоких температур бетон теряет свои прочностные свойства. Обычный бетон на портландцементе непригоден при эксплуатации выше 250 °С. Установлено, что при нагреве обычного бетона выше 250-300 °С происходит снижение прочности с разложением гидрата окиси кальция и разрушением цементного камня. При дальнейшем повышении температуры бетона его прочность существенно снижается. Это следует из экспериментальных и теоретических исследований НИИ Железобетона, ВНИИ противопожарной обороны МЧС России, МГСУ и материалов международных организации (СЕN) и строительству (CIB).

Вода, содержащаяся в бетоне, играет двоякую роль. Во-первых, при действии на бетон высоких температур в условиях пожара, вода, находящаяся в бетоне, испаряясь снижает скорость его прогрева, увеличивая тем самым предел огнестойкости. Вовторых, содержащаяся в бетоне вода, способствует взрывообразному разрушению бетона при интенсивном прогреве вследствие образования пара в порах бетона. Необходимым условием взрывообразного разрушения бетона является быстрое повышение температуры, например, при непосредственном воздействии пожара на конструкцию.

При пожарах и испытаниях конструкций из железобетона через 2030 мин после воздействия огня на конструкцию при наличии в ней воды бетон взрывообразно разрушается, откалываясь от обогреваемой поверхности кусками площадью до 200 см3 и толщиной 0,5-1,0 см. Такое разрушение происходит на всей обогреваемой поверхности; куски бетона отлетают на расстояние до 15 м, что приводит к уменьшению сечения конструкции и, как следствие, к потере несущей способности. Подобное происходит при влажности более 5 % и температуре 160-200 °С (эти условия способствуют максимальному давлению пара в порах). При влажности 3,5-5,0 % разрушение носит местный характер. При влажности менее 3 % взрывообразное разрушение бетона не наблюдается. Такой же эффект наблюдается при нагревании по растянутому по времени температурному режиму нагрева. Установлено, что вид заполнителя бетона не влияет на его разрушение.

Но перечисленные недостатки не относятся к системам тонкораспылённой воды, к каплям размером 150 микрон и менее. Капли подобного

10

размера обладают высокой проникающей и охлаждающей способностью. Поэтому водяной туман из подобных капель эффективно борется с пожарами при расходе около 0,03 л/с на один метр площади.

Анализируя возможные средства и способы пожаротушения в высотных зданиях, мы пришли к выводу о том, что единственно возможным

иэффективным способом подавления пожара является применение в начальной стадии пожара тонкораспылённой воды.

Попытки увеличения огнетушащей эффективности воды привели специалистов к идее использования воды в тонкораспылённом состоянии, подавления пламени мелкими каплями воды с размерами в несколько десятков микрон. Применение тонкораспылённой воды позволяет насытить зону горения водяными парами за считанные секунды и быстро подавить пламя. Вода в таком состоянии занимает промежуточное положение между жидкостью и газом и сочетает в себе преимущества как жидкостного, так

игазового тушения. Аэрозольное состояние воды достигается путём выброса воды под давлением через специальные, предназначенные для этой цели, оросители. При сравнении существующих в настоящее время средств тушения (газовых составов, огнетушащих порошков, водопенных композиций, аэрозольных составов) приходится признать, что вода это наиболее надёжный и безопасный способ пожаротушения. При этом он очень распространён: около 90 % всех пожаров ликвидируется с применением воды.

Разработка системы ликвидации пожара в высотном многоэтажном здании состоит из нескольких этапов:

разделение здания на противопожарные отсеки;

оценка свободно развивающегося пожара в отдельных отсеках с учётом величии пожарной нагрузки на этажах выделенных отсеков;

влияние тонкораспылённой воды на параметры пожара в отсеках высотного здания.

Результаты оценки первых двух этапов приведены в работе [1]. Высотное многофункциональное здание разделено по функциональному назначению на четыре горизонтальных отсека: первый подземный отсек – гараж авто, мототехники, второй отсек – торговые этажи, третий – офисные этажи, четвёртый – жилые помещения

При свободном развитии пожара в течение первых десяти минут его возникновения температура на этаже пожара достигает критической величины: от 800 °С (в гараже) до 960 °С (в торговом отсеке). Применение тонкораспылённой воды для тушения пожара (как показывает моделирование) позволяет не только остановить рост температуры (до 300 – 400 °С) и предотвратить дальнейшее развитие пожара.

11

Литература

1.Динь Конг Хонг, О.О. Ворогушин, А.Я. Корольченко. Динамика развития пожаров в высотных зданиях // Пожаровзрывобезопасность , 2012, т. 21, №12. С. 60-66.

2.Рекомендации по использованию программы FDS с применением программ PyroSim 2010-12 и SmokeView. – Екатеринбург: Ситис, 2011 – 176 с.

3.Кошмаров Ю.А. Прогнозирование опасных факторов пожара в помещении: Учебное пособие – М: Академия ГПС МВД России, 2000. – 118 с.

ДОЛГОСРОЧНАЯ ОЦЕНКА УГРОЗ ОТ ЛЕСНЫХ ПОЖАРОВ

Савинова В.И., Квашнина Г.А., Федянин В.И., Калач А.В.

Воронежский институт ГПС МЧС России

Предупреждение, прогнозирование лесных пожаров и борьба с ними экономически и экологически целесообразны. Достоверный прогноз распространения и развития лесного пожара позволяет оценить угрозу природной среде, объектам экономики и населённым пунктам, принять необходимые меры по предотвращению ущерба, спланировать работу противопожарных сил.

Разработкой и уточнением критериев, отражающих вероятность возникновения пожаров, человечество занимается на протяжении почти столетия.

Выделяют два вида оценок пожароопасности: краткосрочную и долгосрочную.

Краткосрочная оценка пожароопасности опирается на динамические факторы, описывающие возникновение пожара. Такой вид оценки позволяет организовать оперативную деятельность по обнаружению и тушению лесных пожаров, а также скорректировать решения согласно изменениям в уровне пожарного риска. Таким образом, краткосрочная оценка имеет основное практическое применение при организации действий пожарных.

Долгосрочная оценка пожароопасности имеет дело с пожарным риском, который не меняется во времени или меняется очень медленно. На практике такая пожароопасность определена факторами, которые являются статичными, по крайней мере в течение пожароопасного сезона. Примерами таких факторов могут быть тип леса, степень лесистостии территории,

12

топография или климатические условия. На практике такой вид оценки позволяет организовать деятельность по предупреждению лесных пожаров.

При определении долгосрочных показателей пожароопасности возможны несколько подходов: подход, основанный на экспертных оценках; статистический подход; имитационный подход.

Понятие экспертной оценки в основном представляет собой анализ параметров и выдачу рекомендаций экспертом.

Статистический подход основан на анализе данных о реальных пожарах, имевших место в прошлом, на анализе тенденций или на расчёте ежегодного среднего риска (средняя доля выгоревшей площади за год).

При использовании имитационного подхода обычно требуется определить контур пожара. При этом исходные условия редко точно известны. Могут быть известны такие данные, как период повторения пожара, условия погоды, продолжительность распространения пожара.

Успешность применения статистических моделей ограничена условиями, подобными тем, при которых происходили реальные пожары. Физические же модели универсальны, так как учитывают любые природные условия.

Существует большое количество методик, математических моделей, алгоритмов и компьютерных программ, предназначенных для получения прогноза динамики природного пожара [1-4].

Внастоящее время в США наиболее развитым программным продуктом, предназначенным для моделирования динамики контура пожара, его метрических и энергетических характеристик в реальных природных условиях, является геоинформационная система FARSITE, созданная на основании моделей.

Всистеме FARSITE используется полуэмпирическая модель низовых лесных пожаров Р. Ротермела (R. Rothermel) [2]. Она позволяет учесть распределение горючих материалов, изменение ландшафта и погодных условий, а также включает упрощенное описание верхового пожара, характер которого определяется на основании локальных оценок как «пассивный», «активный» или «независимый». Несмотря на такое широкое использование модели Ротермела, следует отметить её существенные недостатки. Оригинальная модель является одномерной, а результатом её применения является число - скорость распространения фронта пожара в направлении ветра. Модель вообще не отвечает на вопрос, какова скорость фронта пожара в направлениях флангов (перпендикулярно ветру) и против ветра. В разработанных позднее программных системах реализованы разные подходы, которые часто являются интуитивными и не содержат должных обоснований.

13

Значительный интерес представляет канадская методика прогнозирования лесной пожарной опасности. Данная методика построена с учетом анализа большого количества статистических данных и достаточно точно предсказывает пожарную опасность. Канадская система CFFDRS, которая состоит из двух основных модулей – Canadian Forest Fire Weather Index (FWI) System и Canadian Forest Fire Behavior Prediction (FBP) System. В рамках первой подсистемы FWI прогнозируется влагосодержание основных ЛГМ в зависимости от погодных условий, а в рамках FBP – поведение очага пожара для различных лесных фитоценозов.

Известны результаты региональной оптимизации параметров канадской прогнозной модели динамики природных пожаров CFFBPS применительно к условиям России. Оптимизация модели выполнена с использованием репрезентативной опорной выборки реальных пожаров, действовавших на территории России, фактическая информация о ежедневной динамике которых была получена по результатам обработки данных спутникового радиометра MODIS [3].

Из приведённого обзора существующих методов оценки пожарной опасности леса можно сделать вывод, что все существующие методы рассматривают пожароопасность как функцию от ограниченного количества факторов. Такие показатели не отражают влияния всего множества факторов на пожарную опасность и являются узконаправленными. Поэтому пожароопасность необходимо рассматривать как комплексный показатель, зависящий от множества факторов, которые формируют как её долгосрочную, так и краткосрочную составляющие.

Литература

1.Richard D. Stratton. Guidance on Spatial Wildland Fire Analysis: Models, Tools, and Techniques. General Technical Report RMRSGTR-183. – 2006. – 20 p.

2.Rothermel R. С. A Mathematical model for Predicting Fire Spread in Wildland Fuels. Forest Service. Res. Pap. INT-115. – 1972. – 43 p.

3.Региональная оптимизация параметров прогнозной модели природных пожаров и оперативное моделирование динамики их развития с использованием данных спутниковых наблюдений / С.А. Хвостиков [и др.]

//Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса. – 2012. – Т.9. – № 3. – С. 91-98.

4.Баровик Д.В., Таранчук В.Б. Состояние проблемы и результаты компьютерного прогнозирования распространения лесных пожаров // Вестник БГУ. Сер. 1. – 2011. – № 3. – С. 78-84.

14

ОБ ИСПОЛЬЗОВАНИИ АКУСТИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ РЕЧЕВЫХ ОПОВЕЩАТЕЛЕЙ СИСТЕМЫ ОПОВЕЩЕНИЯ И УПРАВЛЕНИЯ ЭВАКУАЦИЕЙ ЛЮДЕЙ ПРИ ПОЖАРЕ ДЛЯ РАСЧЕТА ПРЯМЫХ И ОТРАЖЕННЫХ

ЗВУКОВЫХ ПОЛЕЙ ПОМЕЩЕНИЙ

Епифанов Е.Н.

Воронежский институт ГПС МЧС России

Проектирование системы речевого оповещения и управления эвакуацией людей при пожаре вызывает у специалистов ряд трудностей, связанных с порядком проведения электроакустического расчета оптимально достаточного количества речевых оповещателей, необходимых для звучания помещений различного функционального назначения. Существующие методики имеют упрощенный вид и не всегда применимы по тем или иным причинам. Федеральным законом и нормативными документами к системе речевого оповещения предъявляется ряд требований [1-4]. Эти требования сводятся к одной цели – обеспечение разборчивости речевого сообщения и получение эвакуирующимися людьми достоверной информации при пожаре.

Речевые оповещатели системы оповещения и управления эвакуацией людей при пожаре (далее – СОУЭ) совместно с другими источниками шума участвуют в формировании звукового поля помещения. Для оценки разборчивости речевого сигнала в расчетной точке необходимо знать энергию прямого звука, а так же отраженную энергию ранних и поздних отражений, соотношение энергий полезной составляющей сигнала к фоновому шуму и т.д. То есть необходим подробный расчет звукового поля, в том числе и от речевых оповещателей СОУЭ.

Для расчета плотности звуковой энергии прямого звука используют известное выражение строительной акустики:

(1)

где Р – звуковая мощность источника; Ф – фактор направленности источника; r – расстояние от источника до расчетной точки; с – скорость звука в воздухе; – пространственный угол излучения источника. Расчет отраженного звука можно производить разнообразными методами геометрической и статистической акустики. Для расчета звукового поля оповещателя достаточно знать фактор направленности, пространственный угол излучения и уровень акустической мощности.

15

Оповещатели СОУЭ как сложные акустические приборы имеют большое количество характеристик (энергетических, частотных, пространственных) [5], которые применительно к строительно-акустическим задачам или избыточны или не согласуются с традиционно используемыми параметрами источников шума. ГОСТ [5] определяет порядок измерения акустической мощности громкоговорителей, однако в технической документации на оповещатели СОУЭ эти значение указываются редко. В технических описаниях оповещателей СОУЭ чаще всего используют часть параметров – уровень звукового давления по оси громкоговорителя на расстоянии 1 метр, а так же индекс направленности, амплитудно-частотная характеристика и другие параметры, не имеющие отношение к расчету прямого и отраженного звука.

Проведенные исследования позволили записать выражения для расчета акустических параметров звуковых оповещателей, как источников шума в помещениях. Например, пространственный угол излучения можно выразить через коэффициент осевой концентрации, встречающийся в технической документации на оповещатели, или посредством интегрирования показателя направленности. Акустическая мощность определяется на основе обработки показателя направленности и уровня звукового давления на заданном расстоянии от оповещателя вдоль рабочей оси. В качестве примера выполнены расчеты акустических характеристик потолочного оповещателя SS-TF-218 на основе его паспортных данных.

Проведенные исследования показали, что параметр Ω является пространственным углом излучения только для ненаправленных источников шума Ф=1. Источники звука с явно выраженной направленности, например оповещатели, имеют параметр Ω меньше пространственного угла излучения. Следует отметить, что расхождение между названием параметра Ω и его физической сущностью может приводить к ошибкам в расчетах.

Проведение дальнейших исследований позволит на основе паспортных данных речевых оповещателей, используемых в системах оповещения и управления эвакуацией людей при пожаре, получить их акустические характеристики как источников прямого и отраженного звука и использовать их для детального расчета параметров звуковых полей помещений.

Литература

1.Федеральный закон от 22.07.2008 г. № 123-ФЗ «Технический регламент о требованиях пожарной безопасности». - Новосибирск: Сиб. ун-т,

2008.

2.СП 3.13130.2009. Системы противопожарной защиты. Система оповещения и управления эвакуацией людей при пожаре. Требования пожарной безопасности. – М.: ФГУ ВНИИПО МЧС России, 2009.

16

3.ГОСТ Р 53325-2009. Технические средства пожарной автоматики. Общие технические требования. Методы испытаний. – М.: Стандартин-

форм, 2009.

4.СП 133.13330.2012. Сети проводного радиовещания и оповещения

взданиях и сооружениях. Нормы проектирования. – М.: Минрегион Рос-

сии, 2012.

5.ГОСТ 16122-87. Громкоговорители. Методы измерения электро-

акустических параметров. – М.: Изд-во стандартов, 1988.

ПРОВЕДЕНИЕ ИССЛЕДОВАНИЙ ПО ОЦЕНКЕ И УПРАВЛЕНИЮ РИСКАМИ ПОЖАРООПАСНЫХ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ В НЕФТЕГАЗОВОЙ ОТРАСЛИ

РЕСПУБЛИКИ КАЗАХСТАН

Кокушев О.К. (Казахстан)

Научно-исследовательский институт пожарной безопасности и гражданской обороны МЧС Республики Казахстан

Научно-исследовательским институтом пожарной безопасности и гражданской обороны ведется работа по теме «Проведение исследований по оценке и управлению рисками пожароопасных технологических процессов в нефтегазовой отрасли Республики Казахстан» (далее – НГО). Срок завершения исследовательских работ намечен на 2013 год.

Актуальность темы исследований обусловлена необходимостью анализа теоретических основ и комплексного многоаспектного исследования практической реализации прогнозирования обстановки при пожаре нефти и нефтепродуктов. Проведение таких работ на всех потенциально опасных объектах диктуется необходимостью повышения уровня обеспечения пожарной безопасности населения и объектов хозяйствования.

В настоящее время на основе обработки результатов крупномасштабных экспериментальных огневых исследований, впервые разработана математическая модель пожара розлива нефтепродуктов в условиях воздействия на него внешних факторов. Установлена существенная неоднородность пространственного распределения характеристик пламени. Определено, что многие параметры окружающей среды (направление и скорость ветра, температура и относительная влажность воздуха, атмосферное давление) оказывают на величину плотности теплового потока излучения пламени, падающего на объекты, заметное влияние. Выявлено, что существующие методики, используемые для прогнозирования масштабов термического воздействия пожара розлива, не учитывают ряд характеристик

17

(неоднородность распределения параметров пламени по его высоте, явления, связанные с выгоранием жидкостей сложного состава, формы розлива и факела). В связи с чем, результаты, полученные с использованием разных методик, заметно различаются.

На основе этой модели была разработана компьютерная программа расчета, направленная на прогнозирование пожарной опасности горения розлива жидких углеводородов.

Разработанный программный продукт представляет собой обработчик возможных сценариев и ситуаций на различных пожароопасных объектах. Причем, сценарии, описывающие отдельные стадии развития аварийных процессов, создаются как результат изучения процессов горения и их моделирования, что позволяет ограниченным числом моделей описывать возможные пожароопасные ситуации и проводить соответствующие расчеты по определению интенсивности падающего теплового потока и безопасных расстояний, с учетом факторов, влияющих на развитие пожара.

Исследования показали возможность решения задачи оперативного прогнозирования обстановки при пожарах на объектах нефтегазового комплекса, в частности определение плотности падающего теплового потока, безопасных расстояний от очага пожара до «объекта риска», динамики развития опасных факторов пожара, на основе методов и моделей искусственного интеллекта, ситуационного моделирования. В основу программы для компьютера кладется алгоритм решения данной задачи.

Практическая значимость работы заключается в том, что разработанная математическая модель, программное обеспечение, результаты вычислительных и экспериментальных исследований совместно с практическими рекомендациями позволяют: определять интенсивность тепловых потоков пожаров розлива нефтепродуктов на соседние объекты, обосновывать выбор средств для их защиты, определять противопожарные расстояния, прогнозировать пожароопасные ситуации на объектах нефтегазовой отрасли.

Достоверность полученных выводов обусловлена использованием современных методов и средств математического моделирования, основанных на фундаментальных уравнениях, а также удовлетворительным согласованием полученных расчетных результатов и имеющихся экспериментальных данных. Обоснованность научных положений, выводов и рекомендаций, сформулированных в научно-исследовательской работе, подтверждена положительным опытом внедрения ее результатов.

Проведение дальнейших исследований позволит внести существенные изменения в методологию оценки и управления пожарными рисками

18

на объектах нефтегазовой отрасли, внести соответствующие дополнения в нормативные документы в области пожарной безопасности.

Литература

1.Молчанов В.П., Сучков В.П. Варианты развития пожара в хранилищах нефтепродуктов // Пожарное дело. — 1994. № 11. - С. 40-44.

2.Джумагалиев Р.М Закономерности распределения тепловых потоков при пожаре в резервуарном парке // дис. к.т.н.: Высшая инженерная пожарно-техническая школа МВД РФ -Москва,1992. - с. 207

3.Сучков В.П., Джумагалиев Р.М. Принципы обеспечения живуче-

сти технологических аппаратов условиях пожара. // Сб. научн. тр. ВИПТШ,1989. - С. 8-13.

СПОСОБЫ ОГНЕЗАЩИТЫ ФЛАНЦЕВЫХ СОЕДИНЕНИЙ РЕЗЕРВУАРОВ

С НЕФТЕПРОДУКТАМИ

Рубцов Д.Н., Шалымов М.С.

Академия Государственной противопожарной службы МЧС России

Огнезащита технологических систем играет важную роль в обеспечении пожарной безопасности производственных объектов связанных с обращением пожаровзрывоопасных веществ и материалов. Система «ре- зервуар-нефтепродукт» является классическим примером такой системы.

Огнезащите могут подвергаться несущие конструкции технологических аппаратов, например колонны этажерок или «юбки» колонных аппаратов и опор резервуаров с сжиженным углеводородным газом, а также обечайки емкостных аппаратов [1]. Однако не менее важно подвергать огнезащите и разъёмные соединения.

Одним из распространённых видов разъёмных соединений являются фланцевые соединения (ФС). Особенностью их пожарной опасности является то, что при попадании в очаг пожара они за незначительный промежуток времени теряют свою огнестойкость, из-за чего в очаг пожара поступают дополнительные порции горючих веществ.

Проблема огнестойкости ФС и их поведение в условиях пожара нефтепродуктов изучалась в ранее проведённых работах [1, 2]. Результаты этих работ подтверждают необходимость огнезащиты ФС технологических систем с нефтью и нефтепродуктами.

19