автореферат диссертации по безопасности жизнедеятельности человека, 05.26.03, диссертация на тему:Метод гибкой оценки пожарной опасности аккумуляторных помещений

ВВЕДЕНИЕ.

Глава 1. АНАЛИЗ ВОЗМОЖНОСТЕЙ ГИБКОЙ ОЦЕНКИ ПОЖАРНОЙ ОПАСНОСТИ АККУМУЛЯТОРНЫХ ПОМЕЩЕНИЙ.

1.1. Особенности газовыделения современных герметизированных аккумуляторов.

1.2. Недостаточность существующих экспериментальных данных по распределению газов для адекватной оценки пожарной опасности аккумуляторных помещений.

1.3. Возможности математического моделирования для описания распределения водорода при малой скорости его поступления в объем.

1.4. Цели и задачи работы.

Глава 2. ОБЪЕКТЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ.

2.1. Экспериментальное моделирование газовыделения герметизированных аккумуляторов в аккумуляторных помещениях.

2.2. Экспериментальное моделирование газовыделения герметизированных аккумуляторов в шкафах с электротехническим оборудованием.

2.3. Выбор реальных объектов с установленными герметизированными аккумуляторами.

Глава 3. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ОЦЕНКА РАСПРЕДЕЛЕНИЯ ВОДОРОДА, ВЫДЕЛЯЕМОГО ГЕРМЕТИЗИРОВАННЫМИ АККУМУЛЯТОРАМИ В ПОМЕЩЕНИЯХ И ОБОРУДОВАНИИ.

3.1. Особенности распределения водорода в условно герметичном помещении при разной скорости подачи газа.

3.2. Влияние негерметичности на распределение водорода в помещении.

3.3. Изменение концентрационного поля в аккумуляторной в зависимости от температурных условий.

3.4. Газовыделение аккумуляторов в шкафах с электротехническим оборудованием.

Глава 4. СОЗДАНИЕ РАСЧЕТНОЙ МОДЕЛИ ОЦЕНКИ ПОЖАРНОЙ

ОПАСНОСТИ АККУМУЛЯТОРНЫХ ПОМЕЩЕНИЙ.

4.1. Эмпирическая формула для расчета среднеобъемной концентрации водорода в помещении.

4.2. Вывод формулы для расчета максимальной концентрации водорода.

4.3. Вывод формулы для расчета среднеобъемной концентрации водорода.

4.4. Адаптация полученных расчетных зависимостей для оценки распределения водорода в аккумуляторных.

Глава 5. МЕТОД ГИБКОЙ ОЦЕНКИ ПОЖАРНОЙ ОПАСНОСТИ

АККУМУЛЯТОРНЫХ ПОМЕЩЕНИЙ.

5.1. Категорирование аккумуляторных помещений по взрывопожарной и пожарной опасности.

5.2. Расчетная оценка ситуации в помещениях и оборудовании с герметизированными аккумуляторами.

5.3. Рекомендации по обеспечению пожаровзрывобезопасности помещений и оборудования с герметизированными аккумуляторами.

5.4. Возможные направления дальнейших исследований.

ВЫВОДЫ.

Бесперебойное обеспечение объектов различного назначения электроэнергией связано с использованием стационарных кислотных аккумуляторных батарей. Функционирование свинцово-кислотных аккумуляторов сопровождается образованием и выделением водорода, что и обуславливает, главным образом, их пожаровзрывоопасность. В настоящее время на территории России все более широкое применение в качестве альтернативного или аварийного источника электроэнергии получают герметизированные аккумуляторы с рекомбинацией водорода. Их преимущество обусловлено высокой степенью пожаровзрывобезопасности, вследствие малого газовыделения, обеспечиваемого рекомбинацией более 95% выделяемого внутри элемента водорода [18-46, 106]. Данное свойство аккумуляторов этого типа дало возможность существенно расширить область применения аккумуляторов. В частности, возможным стало встраивать герметизированные аккумуляторы в силовое оборудование и устанавливать в помещениях, в которых находятся люди.

Вместе с тем в данной диссертационной работе показано, что применение существующих нормативных документов [19,20] для оценки пожаровзрывоопасности помещений с герметизированными аккумуляторами приводит к неоправданному завышению категории аккумуляторных по взрывопожарной опасности, и, как следствие, неоправданно жестким мерам по обеспечению их взрывопожарной безопасности. Во многом это происходит потому, что в существующих нормах рассматриваются аварийные ситуации разгерметизации оборудования с мгновенным поступлением большого количества газа в помещение большого объема. В случае же с герметизированными аккумуляторами быстрое поступление большого объема водорода в помещение невозможно, но горючий газ постоянно поступает в помещение с малой скоростью.

Необходимость адаптации существующих нормативных документов для более адекватной оценки ситуации в аккумуляторных помещениях с герметизированными аккумуляторами и, как следствие, поиск путей снижения неоправданных затрат на обеспечение пожаровзрывобезопасности таких объектов обусловливает актуальность данной диссертационной работы. Соответственно, целью настоящей работы является разработка для аккумуляторных помещений метода гибкой оценки пожарной опасности помещений с применением герметизированных аккумуляторных батарей с рекомбинацией газа.

Проведенный анализ литературных данных показал, что необходимо экспериментальное изучение реальных физических процессов, протекающих в помещениях и оборудовании при штатном режиме эксплуатации герметизированных аккумуляторов с рекомбинацией газа.

Объектом исследования являются процессы распространения водорода в помещении и оборудовании при малой скорости поступления газа (до 0,01 м3/ч), практическое применение знания их основных закономерностей для решения задачи обеспечения пожарной безопасности аккумуляторных помещений.

Для достижения поставленной цели решаются следующие задачи.

1. Создание экспериментальной методики определения концентрации водорода в аккумуляторных при малых скоростях его поступления в помещение при различных условиях, таких как параметры помещения, оборудования и характеристики герметизированных аккумуляторных батарей.

2. Исследование процессов формирования полей концентраций водорода при его малой скорости поступления в замкнутый объем различного размера при изменяющейся негерметичности помещения и оборудования. Выявление особенностей влияния этих параметров на распределение водорода по замкнутому объему.

3. Исследование распространения водорода в помещении и оборудовании при различных температурных условиях при малой скорости поступления газа.

4. Разработка расчетного метода гибкой оценки пожарной опасности аккумуляторных помещений и оборудования.

Диссертация состоит из введения, пяти глав, выводов, списка литературы и приложений.

выводы

1. На основании полученных экспериментальных данных показано, что на л распределение водорода при малых скоростях его поступления ^<0,01 м /ч) существенное влияние оказывает негерметичность помещения. Доказано существование соотношения между скоростью поступления водорода в помещение и площадью негерметичности помещения.

2. Получена формула для расчета среднеобъемной концентрации водорода в относительно герметичном помещении, в которой величина среднеобъемной концентрации водорода зависит от скорости и времени поступления водорода в относительно герметичное помещение, а также от скорости выноса водорода в смежные с помещением объемы.

3. Показано, что зависимость максимальной концентрации водорода в помещении от скорости поступления горючего газа имеет характер подобный характеру зависимости среднеобъемной концентрации водорода от скорости поступления газа. В тоже время, максимальная концентрация водорода, в отличие от среднеобъемной, довольно слабо зависит от перепада температур в помещении и смежными с ним объемами.

4. Получена эмпирическая формула, позволяющая описать изменение максимальной концентрации водорода в помещении объемом, приближенном к объему аккумуляторного помещения, с различной степенью негерметичности в зависимости от времени, скорости подачи газа, объема помещения, площади поверхности помещения и площади открытых проемов.

5. Разработан метод оценки пожарной опасности аккумуляторных помещений, который позволяет гибко оценивать категорию аккумуляторного помещения по взрывопожарной опасности, а также опасность возникновения взрывоопасных концентраций водорода в оборудовании с установленными в нем герметизированными аккумуляторами. При этом учитываются следующие параметры:

- объем и интенсивность газовыделения в штатном режиме эксплуатации герметизированных аккумуляторов с рекомбинацией водорода;

- степень негерметичности помещения аккумуляторной;

- переменный коэффициент, учитывающий участие водорода во взрыве при расчете давления взрыва газовоздушных смесей, рассчитываемый для каждого конкретного случая.

6. Разработаны рекомендации для обеспечения пожаровзрывобезопасности помещений и оборудования с герметизированными аккумуляторами.

1. ГОСТ 825-73. Аккумуляторы свинцовые для стационарных установок.

2. Аккумуляторные батареи (эксплуатация, техническое обслуживание и ремонт). Изд. 2-е, испр. и доп. М., 1970. - 196 с.

3. Северный А.Э., Пучин Е.А., Мельников А.А. Использование, хранение и ремонт аккумуляторных батарей. -М.: ГОСНИТИ, 1991. 112 с.

4. Шестопалов С.К. Увеличение срока службы аккумуляторных батарей. М., 1998. - 64 с.

5. Фурсов С.П. Как зарядить аккумулятор. Кишинев, 1984. - 176 с.

6. Деордиев С.С. Аккумуляторы и уход за ними. Киев, 1985. - 136 с.

7. Аккумуляторы, элементы и батареи / Под ред. В.Г. Сазонова. М., 1965. - 216 с.

8. Источники вторичного электропитания. М., 1983

9. Вакуленко В.М., Белое В.А. Источники питания аппаратуры ТСО и связи. Ч. 1. Гальванические элементы и аккумуляторы. М., 1985. 272 с.

10. Ю.Романов В.В., Хашев Ю.М. Химические источники тока. М.: Советское радио, 1986.-382 с.11 .Дульцев B.C. Источники электрической энергии на автомобилях. Караганда, 1981

11. Хрюкин Н.С. Вентиляция и отопление аккумуляторных помещений. М.: Энергия, 1979. 120 с.

12. ХЪ.Дасоян M.JI. Химические источники тока. Справочное пособие. Л.: Энергия. -1969. 588 с.

13. Скорик В.И. Техническое обслуживание и ремонт аккумуляторных батарей. М., 1990.-21 с.

14. Дасоян М.А., Курзуков Н.И., Тютрюмов О.С., Ягнятинский В.М. Стартерные аккумуляторные батареи: Устройство, эксплуатация, ремонт. М., 1991. - 255 с.1 б.Швалев Е.Б., Олексик Н.Ф. Прогрессивные способы зарядки аккумуляторов. Л., 1977

15. Пожаровзрывоопасность веществ и материалов и средства их тушения: Справ, в 2-х книгах / А.Н. Баратов, А.Я. Корольченко и др.- М.; Химия, 1990.

16. ГОСТ 12.2.007.12-88. Источники тока химические. Требования безопасности.

17. НПБ 105-95. Определение категорий помещение и зданий по взрывопожарной и пожарной опасности.

18. ПУЭ-86. Правила устройства электроустановок.

19. СНиП 2.04.05-91*. Отопление, вентиляция и кондиционирование.

20. Веселое А.И. Противопожарное обследование электроустановок. М., 1957. -126 с.

21. СНиП 21-01-97*. Пожарная безопасность зданий и сооружений.

22. Техническое описание, инструкция по монтажу и эксплуатации. Аккумуляторы свинцовые типа ESPACE RG, HI, EG (DPZV). М.: фирма "Ольдам Франс", 1996. - 13 с.

23. ESPACE HI RANGE APPOROVAL TESTS following BS 6290 Standart-End. 1987. Test related to the material and components (PAGE 1/1) OLDHAM FRANCE S.A.

24. Герметичные необслуживаемые стационарные аккумуляторы типа EG (DPZV) / Технические условия. М.: Минсвязи России, 1996. - 20 с.

25. Стационарные свинцовые аккумуляторы типа OPzS, LTC-ZTC и HLT-HZT / Технические условия. фирма "Ольдам Франс" - 21 с.

26. Технические требования на свинцовые стационарные аккумуляторы, применяемые в устройствах питания проводной и радиосвязи / Минсвязи РФ. М., 1995. 12 с.

27. Battery system installation, operation and maintenance programme for 24-180 amper hour capacity Valve Regulated Lead Acid (VRLA) battery system. Johnson controls systems LTD. Speciality battery division. - May 1995. - P. 18.

28. Герметичная промышленная батарея HAGEN OPzV. HAGEN Batterie AG. -May 1997 - P. 6.

29. Maintenance free sealed lead accumulators. HAGEN drysafe. - HAGEN Batterie AG. - May 1997 - P. 6.

30. Герметичные батареи для стационарных установок HAGEN dc plus. HAGEN Batterie AG. - May 1997 - P. 6.

31. Батарея HAGEN drysafe compact telecom dct. HAGEN Batterie AG. - May 1997 -P. 6.

32. Герметичные батареи для стационарных установок HAGEN HDL. HAGEN Batterie AG. - April 1998 - P. 6.

33. Герметичные батареи для стационарных установок HDP. HAGEN Batterie AG.- April 1998 P. 6.

34. Необслуживаемые батареи для стационарных установок. HAGEN drysafe compact (OGiV). HAGEN Batterie AG. - April 1999 - P. 6.

35. Standby Batterie OPzS ISO 9001. tubular plate ranges for reliable energy from 50 to 12.000 Ah. Germanos Group of Companies.

36. Sunlight creating energy SPB AGM VRLA Batteries. Germanos GROUP of Companies. - P. 6.

37. Sunlight creating energy SPA AGM VRLA Batteries. Germanos GROUP of Companies. - P. 8.

38. Sunlight creating energy SVT AGM VRLA Batteries. Germanos GROUP of Companies. - P. 10.

39. Certificate Gassing OPzV acc. to IEC 896/2 (EN 60896-2).- HAGEN Batterie AG. -2001 lp.

40. Certificate Gassing OGjV acc. to IEC 896/2 (EN 60896-2).- HAGEN Batterie AG. -2000 lp.

41. Certificate Gassing HÄGEN drysafe compact (dc plus, dct) acc. to IEC 896/2 (EN 60896-2). HAGEN Batterie AG. -2001 - lp.

42. Certificate Gassing HÄGEN drysafe longlufe (HDL) acc. to IEC 896/2 (EN 60896-2).- HAGEN Batterie AG. -2001 lp.

43. Certificate Gassing HÄGEN drysafe power (HDP) acc. to IEC 896/2 (EN 60896-2). -HAGEN Batterie AG. -2000 lp.

44. Certificate Gassing HÄGEN drysafe (HDS, HPS) acc. to IEC 896/2 (EN 60896-2). -HAGEN Batterie AG. -2001 lp.

45. Заключение о пожаровзрывобезопасности применения герметичных стационарных свинцовых аккумуляторов с рекомбинацией газа POWERSAFE VA, VB, VJ, VF, VH фирмы "Cloride Industrial Batteries Ltd". M.: ВНИИПО, 1999 - 9 с.

46. Заключение о пожаровзрывобезопасности применения герметичных стационарных свинцово-кислотных аккумуляторов с рекомбинацией газа типа SAFHIR. М.: ВНИИПО, 1999 - 8 с.

47. Заключение о пожаровзрывобезопасности применения герметичныхстационарных свинцовых аккумуляторов с рекомбинацией газа типа ESPACE RG, HI и EG (OPzV) фирмы "OLDHAM FRANCE S.A". M.: ВНИИПО, 1997 -7 с.

48. Заключение о пожаровзрывобезопасности герметизированных аккумуляторов с рекомбинацией газа типа OPzV VbV фирмы "VHB Industriebatterien GmbH". -M.: ВНИИПО, 1998 8 с.

49. Заключение о пожаровзрывобезопасности стационарных свинцовых аккумуляторов типа GroE, OPzV. Ogi, Ogi bloc фирмы "HOPPECKE Batterien". -M.: ВНИИПО, 1998-9 с.

50. Заключение о пожаровзрывобезопасности стационарных свинцовых аккумуляторов типа DRYFIT OGiV; DRYFIT А400; DRYFIT А500; DRYFIT А600 OPzV; DRYFIT А700 фирмы "Sonnenschein". M.: ВНИИПО, 1998 - 9 с.

51. Заключение о пожаровзрывобезопасности стационарных свинцовых аккумуляторов типа GFM; GFMD производства ООО "Харбинский аккумуляторный завод "Гуан Юй". М.: ВНИИПО, 2000 -12 с.

52. Заключение о пожаровзрывобезопасности герметичных стационарных свинцовых аккумуляторов с рекомбинацией газа типа "PowerSafe", "SuperSafe", "DATASAFE" "SBS", "OPzV", "VbV" фирмы "Hawker". M.: ВНИИПО, 20017 с.

53. Заключение о пожаровзрывобезопасности герметичных стационарных свинцовых аккумуляторов с рекомбинацией газа фирмы "HAGEB Batterie AG" "Hawker". M.: ВНИИПО, 2001- 8 с.

54. ГОСТ 27570.0-87. (МЭК 335-1-76). Безопасность бытовых и аналогичных электрических приборов. Общие требования и методы испытаний.

55. Стационарные свинцово-кислотные аккумуляторы с рекомбинацией газа ESPACE FTR. фирма "Ольдам Франс", 2000. - 1 с.

56. Стационарные свинцово-кислотные аккумуляторы с рекомбинацией газа ESPACE RG. фирма "Ольдам Франс", 2000. - 1 с.

57. Стационарные свинцово-кислотные аккумуляторы с рекомбинацией газа ESPACE HI. фирма "Ольдам Франс", 2000. - 1 с.

58. ГОСТ 12.1.004-99. Пожарная безопасность.61 .Макеев В.И., Монахов В. Т., Плешаков В.Ф. Определение объема взрывоопаснойсмеси газов при категорировании производств // Жури. ВХО им. Д.И. Менделеева. 1982. Т. 27. № 1 с. 81-84.

59. Образование локальных скоплений горючих газов в помещениях / А.Н. Баратов, Смолин И.М., Вогман Л.П., Ермаков Е.С. II Пожарная профилактика. Сб. науч. трудов. М.: ВНИИПО, 1986. - с. 64-67.

60. Вогман Л.П., Смолин ИМ. Методика исследования полей концентраций горючих газов и паров. Пожарная профилактика. Сборник научных трудов. М.: ВНИИПО, 1983,- с. 152-158.

61. Макеев В.И., Плешаков В.Ф., Чугуев А.П. Формирование и горение водородовоздушных смесей в процессах испарения жидкого водорода в атмосферу. ФГВ, 1981. Т. 17. № 5 - с. 14-21.

62. Кондрашков Ю.А., Крнвенко О.В. Механизм горения водорода при его испарения с открытой поверхности. Процессы горения и проблемы тушения пожаров. Материалы III Всесоюзной науч.- практ. конференции. Ч. 1. - М.: ВНИИПО, 1973 - с. 68-76.

63. Распределение водорода в системе связанных производственных помещений / О. Я. Еременко, М.А. Будаев, Ю.Н. Шебеко, В.Д. Келлер // Обеспечение пожарной безопасности объектов защиты: сборник науч. трудов. М., ВНИИПО МВД СССР, 1989 - с.30-37.

64. Макеев В.И., Плешаков В.Ф. К оценке потенциальной опасности проливов жидкого водорода в помещении // Пожарная профилактика. Сб. науч. трудов, вып. 13. М.: ВНИИПО, 1977 - с. 3-15.

65. Взрывопожароопасность жидкого водорода / В.И. Макеев, В.Ф. Плешаков, А.П. Чугуев, Ю.А. Кондрашков II Пожарная наука и техника. Сб. науч. трудов. М.: ВНИИПО, 1977.-с. 119-138.

66. Макеев В.И., Плешаков В.Ф., Чугуев А.П. Формирование и горение водородно-воздушных смесей в процессах испарения жидкого водорода в атмосферу / ФГВ, 1981. Т. 17. №5-с. 14.

67. Экспериментальное исследование заполнения помещения бромхладоновыми составами / Г.Е. Готшевич, А.П. Чугуев, В.И. Макеев, Ю.Н. Чернушкан, В.Г. Кулаков, B.C. Сердюк II Пожарная техника и тушение пожаров. Сб. трудов. Вып. 17., 1978 - с. 143-148.

68. Ш.Орлов В.Я. Условия образования взрывоопасных паровоздушных смесей в зданиях больших объемов. Дисс. . к.т.н.- М.: МИСИ.

69. Никитин А.Г. Обоснование нормативных требований защиты от воздействия образования взрывоопасных паровоздушных смесей в объеме производственных помещений. Дисс. . к.т.н.- М.: МИСИ.

70. Смолин И.М. Закономерности формирования локальных скоплений горючих газов и паров при их аварийном поступлении в производственные помещения. -Дисс. . к.т.н., М., 1986.

71. Расчет коэффициента участия газа или пара во взрыве / А.Н. Баратов, А.Я. Корольченко, Ю.Н. Шебеко, О.Я. Еременко И Химическая промышленность. 1987. № 5. с. 272-275.

72. ВНТП 05-97. Определение категорий помещений и зданий предприятий и объектов железнодорожного транспорта по взрывопожарной и пожарной опасности.

73. ГОСТ 12.1.044-89 ССБТ. Пожаровзрывоопасность веществ и материалов. Номенклатура показателей и методы их определения.

74. Общая информация об аккумуляторах POWERSAFE. Chloride Industrial

75. Batteries Ltd, АО "Атлас Интернэшнл", 12 с.

76. Общие сведения об аккумуляторах типа SAPHIR. C.F.E.C.-STEC06 6 с.

77. Термогазодинамика пожаров в помещениях / В.М. Астапенко, Ю.А. Кошмаров, И.С. Молчадскгш, А.Н. Шевляков. М.: Стройиздат, 1988 - 448 с.

78. Алексеев М.В. Основы пожарной профилактики в технологических процессах производств. М., 1972 - 340 с.

79. Баратов А.Н., Пчелинцев В.А. Совершенствование системы категорирования помещений и зданий по взрывопожарной и пожарной опасности // Материалы науч.-практич. конф. "Современные технологии в строительстве. Образование, наука, практика". М., 2001 - с. 72

80. Черкасов В.Н. Классификация и области применения электроустановок в пожаровзрывоопасных зонах. М., 2001

81. Обеспечение пожаро- и взрывобезопасности путем применения сжигателя водорода на основе гидрофобизированных катализаторов / А.В. Трунев, С.Г. Цариченко, Ю.Н. Шебеко, В.Д. Келлер // Химическая промышленность, 1992. № 1-е. 53-55

82. Обеспечение пожаровзрывобезопасности термокаталитического сжигания водорода путем применения огнепреградителей / А.В. Трунев, Ю.Н. Шебеко, С.Г. Цариченко, А.А. Зайцев,В.Д. Келлер // Химическая промышленность. 1993. № 6 с. 45-48

83. Трунев А.В., Шебеко Ю.Н., Цариченко С.Г. Обеспечение водородной пожаровзрывобезопасности производственных помещений путем применения пламенного сжигателя водорода // Пожаровзрывобезопасность. 1994. т. 3. № 1 -с. 35-41

84. Отчет № 47-10 о научно-исследовательской работе "Проведение исследований и разработка рекомендаций по обеспечению взрывобезопасности контура охлаждения СУЗ реактора РБМК". М.: ВНИИПО, 1991 54 с.

85. Голубцов С. Глобальное отопление // Деньги. 2003. №4 (407). - С. 49-52.

86. Смелков Г.И., Пехотиков В.А. Химические источники тока. Требования пожаровзрывобезопасности // Пожарная безопасность. № 2. 1999. С. 48-56

87. Курзуков Н., Ягнятинскгш В. Автомобильные аккумуляторы. Секреты выбора и применения. М., 2001 64 с.