автореферат диссертации по безопасности жизнедеятельности человека, 05.26.03, диссертация на тему:Методика комплексной оценки эффективности огнетушителей

Кожевин Дмитрий Федорович

МЕТОДИКА КОМПЛЕКСНОЙ ОЦЕНКИ ЭФФЕКТИВНОСТИ ОГНЕТУШИТЕЛЕЙ

(применительно к пожароопасным производственным объектам нефтебаз)

05.26.03 - пожарная и промышленная безопасность (нефтегазовая отрасль)

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

2 3 АПР 2011

Санкт-Петербург - 2011

4844475

Работа выполнена в Санкт-Петербургском университете Государственной противопожарной службы МЧС России

Научный руководитель доктор технических наук, профессор,

заслуженный деятель науки РФ Поляков Александр Степанович Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор,

заслуженный работник высшей школы РФ Маслаков Михаил Дмитриевич; кандидат технических наук Загрядских Дмитрий Александрович Ведущая организация Санкт-Петербургский филиал

федерального государственного

учреждения «Всероссийский ордена «Знак почета» научно-исследовательский институт противопожарной обороны (ВНИИПО) МЧС России

Защита состоится 28 апреля 2011 г. в «_» часов на заседании совета по

защите докторских и кандидатских диссертаций Д 205.003.01 при Санкт-Петербургском университете ГПС МЧС России (196105, Санкт-Петербург, Московский проспект, дом 149).

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Санкт-Петербургского университета ГПС МЧС России (196105, Санкт-Петербург, Московский проспект, дом 149).

Автореферат разослан «_»_2011 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета O.A. Хорошилов

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Отечественная промышленность в настоящее время ежегодно производит порядка 2,3 миллионов огнетушителей 300 типоразмеров, отличающихся тактико-техническими характеристиками. Наибольшая доля из этого количества приходится на порошковые огнетушители. Федеральным законом от 22.07.2008 г. № 123-ФЭ и правилами ППБ 01-03 предусмотрена комплектация огнетушителями пожароопасных производственных объектов нефтебаз, обеспечивающих, согласно ВНТП 5-95, прием, хранение и отгрузку нефтепродуктов, однако четкие методические указания о нормах оснащения в ряде случаев в них отсутствуют. В этих условиях возникает нелегкая задача выбора лучших огнетушителей при минимуме затрат. Решать эту задачу при большом количестве единичных технических показателей, которыми характеризуются огнетушители и которые зачастую между собой находятся в противоречии, довольно трудно.

Чтобы отдать однозначное предпочтение какому-либо образцу огнетушителя, необходим единый и, желательно, единственный показатель, одновременно учитывающий все или большую часть технических параметров. Этот показатель должен быть документирован. Такие научно-методические документы в настоящее время отсутствуют.

Кроме того, опыт показывает, что существенным недостатком конструкции некоторых типов огнетушителей (особенно порошковых) является неполнота выхода огнетушащего вещества (ОТВ). Это возникает из-за несовершенства способа вытеснения, использующего сифонную трубку, при котором вытесняющий газ (или воздух) из корпуса огнетушителя прорывается сквозь толщу слоя ОТВ и уходит в атмосферу, не совершая полезной работы.

Недостаточная разработанность методического обеспечения в части выбора типа и количества огнетушителей, и несовершенство конструкции порошковых огнетушителей обусловили выбор направления настоящег

исследования.

О i

Цель исследования разработка методики комплексной оценки эффективности огнетушителей при оснащении ими пожароопасных производственных объектов нефтебаз.

Научная задача исследования теоретическое обоснование метода комплексной оценки эффективности огнетушителей на основе обобщения единичных технических параметров.

Объект исследования технические характеристики огнетушителей и методы их оценки.

Предмет исследования методика комплексной оценки технической эффективности огнетушителей при оснащении ими пожароопасных производственных объектов нефтебаз.

Методы исследования: аналогии, анализ размерностей, подобия, теория вероятностей, экспертные оценки и математическая статистика.

Научная новизна результатов заключается:

в разработке на основе я-теоремы структуры показателей эффективности огнетушителей, комплексно учитывающих их нормированные единичные технические параметры;

в формализации методики комплексной оценки эффективности огнетушителей при оснащении ими пожароопасных производственных объектов нефтебаз;

в разработке и результатах испытаний оригинальной конструкции физической модели порошкового огнетушителя, обеспечивающей повышенный выход ОТВ за счет содержания его в пористом сосуде.

Практическая значимость результатов заключена в повышении уровня пожарной безопасности пожароопасных производственных объектов нефтебаз на основе применения разработанной методики выбора огнетушителей и оригинальной конструкции порошковых огнетушителей с содержанием огнетушащего вещества в пористом сосуде.

Реализация работы. Результаты диссертационного исследования использованы:

-в учебном процессе Санкт-Петербургского университета ГПС МЧС России;

-в проектной работе ЗАО «НЕФТЕХИМПРОЕКТ» (Санкт-Петербург).

Основные положения, выносимые на защиту:

Структура комплексных показателей теплотехнической, конструктивной и общей (технической) эффективности огнетушителей.

Методика комплексной оценки эффективности огнетушителей при оснащении ими пожароопасных производственных объектов нефтебаз.

Конструкция и результаты испытаний физической модели порошковых огнетушителей с содержанием огнетушащего вещества в пористом сосуде.

Апробация результатов исследования. Основные положения диссертации доложены и обсуждены на научных конференциях и семинарах:

VIII Научно-практическая конференция Проблемы прогнозирования чрезвычайных ситуаций. 8-10 октября 2008 г., г. Москва; Всероссийский центр мониторинга и прогнозирования чрезвычайных ситуаций природного и техногенного характера МЧС России, центр «Антистихия»;

IV Международная научно-практическая конференция «Технические средства противодействия террористическим и криминальным взрывам» 21-23 октября 2008 г, Санкт-Петербург;

IV Всероссийская научно-практическая конференция «Проблемы обеспечения взрывобезопасности и противодействия терроризму». 21-22 апреля 2009 г, Санкт-Петербург;

III Всероссийская научно-техническая конференция «Безопасность критичных инфраструктур и территорий». Екатеринбург, 2009;

II Международная научно-практическая конференция «Сервис безопасности в России: опыт, проблемы, перспективы». 29-31 октября 2009 г., Санкт-Петербург;

XXI Международная научно-практическая конференция «Актуальные проблемы пожарной безопасности». 19-20 мая 2009 года, г. Балашиха Московской области, ФГУ ВНИИПО МЧС России;

Международная научно-практическая конференция «Деятельность правоохранительных органов и государственной противопожарной службы в современных условиях: проблемы и перспективы развития». 21-22 мая 2009 года, г. Иркутск, ФГОУ ВПО «Восточно-Сибирский институт Министерства внутренних дел Российской Федерации»;

III Научно-практическая конференция «Сервис безопасности при подготовке и проведении XXII зимних Олимпийских Игр в 2014 году в г. Сочи»: Санкт-Петербург, 2-3 декабря 2010 года.

Публикации. По теме диссертации опубликовано 9 печатных работ, из них одна - в издании по перечню ВАК.

Объем и структура диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, общих выводов и рекомендаций, перечня использованных источников и трех приложений. Общий объем работы 120 страниц, в т.ч. 35 рисунков и 30 таблиц.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснованы выбор темы диссертации, ее актуальность, цели, задачи, объект и предмет исследования, приведены методы исследования, отражены научная новизна и положения, выносимые на защиту, а также -сведения об апробации и реализации результатов диссертационного исследования, выполненного в соответствии со структурой, приведенной на рисунке 1.

Методика комплексной оценки эффективности огнетушителей

(применительно к пожароопасным производственным объектам нефтебаз)

I

1. Состояние вопроса, обоснование цели и задач исследования

1.1 Применение огнетушителей на пожароопасных производственных объектах нефтебаз

1.2 Современные конструкции огнетушителей

1.3 Анализ нормативных, методических и технических документов, регламентирующих проектирование и применение огнетушителей

1.4 Обоснование цели и постановка задач исследования

2. Теоретические основы комплексной оценки эффективности огнетушителей

2.1 Моделирование эффективной площади распыла ОТВ

2.2 Выбор методов оценки эффективности огнетушителей

2.3 Обоснование структуры комплексных показателей эффективности огнетушителей

2.4 Обоснование направления совершенствования конструкции огнетушителей

3. Комплексная оценка и пути повышения эффективности огнетушителей

3.1 Комплексная оценка эффективности огнетушителей

3.2 Определение достаточности огнетушителей на объектах защиты

3.3 Оценка эффективности разработанной конструкции огнетушителя

4. Разработка методики комплексной оценки эффективности огнетушителей

4.1 Обоснование структуры и содержания методики

4.2 Алгоритм расчета и оценки эффективности огнетушителей

4.3 Методика комплексной оценки эффективности огнетушителей

Общие выводы и рекомендации по внедрению результатов исследования

Рисунок 1- Структура диссертационного исследования

В первой главе «Состояние вопроса, обоснование цели и задач исследования» представлены результаты анализа отечественного и зарубежного опыта применения огнетушителей и оценки их эффективности. Они показали, что для тушения пожаров класса «В» (пожары горючих жидкостей или плавящихся твердых веществ) широко применяются порошковые и углекислотные огнетушители. В связи с этим в диссертации рассмотрены только эти два типа огнетушителей. Оснащение огнетушителями пожароопасных производственных объектов отечественных нефтебаз регламентировано нормативными документами: ППБ 01-03, ВППБ 01-03-96, ВППБ 01-01-94, РД 153.-34.0-03.301-00. В результате анализа этих документов выявлено расхождение в нормах комплектации пожароопасных производственных объектов нефтебаз огнетушителями. В частности, перечень огнетушителей - неоднозначен, различается по типам и количеству.

В части методического обеспечения выявлено, что в настоящее время не существует методик, позволяющих проводить комплексную оценку эффективности огнетушителей. Из ранее выполненных исследований рассмотрена работа В.В. Пивоварова (ВИПТШ, 1988 г.), в которой разработана оригинальная модель тушения очага пожара. В ней принято, что тушение достигается при формировании над поверхностью горения слоя с содержанием огнетушащего состава, соответствующим флегматизирующей (огнетушащей) концентрации. На основании экспертного опроса, в качестве главных показателей огнетушителей им выбраны огнетушащая способность и себестоимость изготовления.

Интегральный показатель, полученный В.В. Пивоваровым на основе регрессионного анализа, не раскрывает сути процесса тушения, а только отражает отношение единичного параметра (огнетушащей способности) к цене огнетушителя, при этом огнетушащая способность, в свою очередь, определяется экспериментально. Поэтому данная модель не пригодна для оценки эффективности вновь разрабатываемых огнетушителей.

Исходя из изложенных обстоятельств, необходимо разработать методику оценки эффективности огнетушителей, в которой будут учтены основные технические параметры огнетушителей, что позволит предсказывать огнетушащую способность проектируемых огнетушителей.

Во второй главе «Теоретические основы комплексной оценки эффективности огнетушителей» обоснована структура безразмерных комплексов эффективности и раскрыта их физическая сущность на основе метода анализа размерности. Безразмерные комплексы сформированы из единичных показателей, объединенных в три группы. Первая группа включает те из них, которые определяют теплофизическую сущность процесса горения и тушения. Во вторую группу входят показатели, определяющие конструктивные особенности огнетушителя. К третьей группе отнесены показатели, практически одинаковые для всех огнетушителей (срок службы, энергия и усилие воздействия на органы управления огнетушителя и др.), которые жестко регламентированы нормативными документами. Первые две группы показателей по отношению к третьей являются автомодельными, поэтому третья группа показателей здесь не рассмотрена. Анализ состава основных единичных показателей эффективности отечественных и зарубежных образцов огнетушителей показал, что все их многообразие может быть сведено к основным техническим параметрам, отраженным в таблице 1.

Таблица 1 - Величины, влияющие на процессы горения и тушения

Обозначения, наименование, единицы измерения

№ Теплотехнические характеристики № Конструктивные характеристики

1 Сф - флегматизирующая концентрация ОТВ; ГСф1 = кг/м3. 1 М - масса огнетушителя без заряда; [М] = кг.

2 Q - низшая теплота сгорания пожарной яагрузки; |Х21=Дж/кг 2 с1 - диаметр поперечного сечения огнетушителя; [с!] = м.

3 S-площадь пожара [S1 =м"\ 3 11 - высота огнетушителя; [Ь] = м.

4 q - теплопоглощение ОТВ; ^]=Дж/кг 4 Р - давление в огнетушителе; [Р1 = Па

5 F- эквивалентная площадь распыла ОТВ при нормальных условиях; [F]=m2. 5 - дальность подачи огнетушащего вещества (длина струи); [Ь]= м.

6 и гор - масса горючего вещества; [шГ0П]=кг. 6 1 - длительность полного истечения ОТВ; [т]=с.

7 пмр - масса ОТВ; |m lap] =кг.

Методом анализа размерностей образованы комплексные показатели:

5_

(2.1)

(2.2)

к

к я-б-яг7 М-Ь-с1-(т)

-2

Первый из них (л;, ) отражает теплотехническую сущность тушения, второй (як) - конструктивные особенности огнетушителя.

Числитель комплекса щ характеризует количество теплоты, отнимаемое огнетушащим веществом, знаменатель - количество теплоты, выделяемой горящей жидкостью.

Числитель комплекса лк отражает энергию, затраченную на полет огнетушащего вещества в очаг пожара, знаменатель - энергию, сэкономленную в связи с отсутствием необходимости доставки огнетушителя непосредственно к очагу пожара.

Из комплексов и лк методом мультипликативной свертки

сформирован обобщенный комплекс лр - рейтинговый показатель эффективности огнетушителя:

Числитель этого показателя отражает эффект тушения пожара, а знаменатель содержит показатели, не способствующие этому. Комплекс яр может быть применен для сравнения не только порошковых и углекислотных, но и для водяных и аэрозольных огнетушителей, так как он одновременно учитывает разбавляющий и охлаждающий механизмы тушения.

т'-Ч-Р-Р-?

(2.3)

СМор-^-О, -мш-х

Сформированные зависимости (2.1) - (2.3) использованы для комплексной оценки и определения путей повышения эффективности огнетушителей.

В третьей главе «Комплексная оценка и пути повышения эффективности огнетушителей» содержатся решения по практической реализации разработанных теоретических результатов.

Представлены результаты сравнительного анализа около 300 типоразмеров огнетушителей по величине комплексных показателей, из которых следует, что наиболее эффективны порошковые огнетушители. Вместе с тем, как следует из таблицы 2, возможны случаи, когда у разных типоразмеров огнетушителей показатели одинаковые или близкие (номера 1, 6, 10), и по ним нельзя однозначно заключить о преимуществах сравниваемых образцов.

Таблица 2 - Показатели эффективности огнетушителей ОУ-2 и ОП-2

Нормируемая Показатель

№ п/п Типоразмер площадь пожара, м2 (модельный очаг пожара) Цена, руб теплотехнический, Яг конструктивный, Лк-107 рейтинговый, яр-107

1 215 0,99 1,00 0,99

2 246 0,89 1,68 1,50

3 241 1,07 0,88 0,94

4 210 0,52 2,67 1,39

5 211 0.91 1,09 0,99

6 ОП-2 0,66 (21В) 330 0,99 0,95 0,95

7 220 0,83 3,25 2,69

8 280 0,99 1,13 1,13

9 241 1,07 4,87 5,19

10 230 0,99 0,71 0,71

11 199 0,73 0,78 0,57

12 229 0,55 2,13 1,17

13 0,66(21 В) 708 0,60 2,99 1,79

14 0,41(13В) 661 0,29 0,61 0,18

15 ОУ-2 661 0,29 2,78 0,81

16 550 2,83 0,60 1,69

17 0,66 (21В) 538 0,60 1,87 1,12

18 590 0,60 1,49 0,89

В этом случае решение принимается с учетом стоимости огнетушителей, на основе диаграмм Парето (рисунок 2).

Пр/пср

3.50

3.00 2.50 2.00 1.50

0,00

.9 |

( 1

А | в

1

♦ 7 ! ! 1

с 2 ' ---1 - ♦12« 8 { ♦ * 3 ♦ 1П Т ►16 17 ♦18 «.15........ 3 о"

♦ 1Г | 1 ♦ 14

0.00

2.00

С/С,

" _СР|

Рисунок 2 - Сравнение эффективности огнетушителей ОП-2 и ОУ-2 по

рейтинговому показателю и цене: л - рейтинговый показатель ¡-го

р

огнетушителя; я - среднее значение рейтинговых показателей огнетушителей; С - цена ¡-го огнетушителя; С - среднее значение цены огнетушителей

1 ср

(Номера огнетушителей соответствуют номерам в таблице 2)

Согласно методу Парето, оптимальный огнетушитель имеет минимальную цену и наибольший эффект (зона «А» на диаграмме). Таким образом, наиболее эффективными являются огнетушители ОП-2 (зона «А», точки 9,7, 2,4).

Задача определения достаточности огнетушителей на объекте защиты решена вероятностным методом в соответствии со структурой системы показателей противопожарной защиты объекта (рисунок 3).

Рисунок 3 - Структура системы показателей противопожарной защиты объекта

Фактическое значение величины индивидуального пожарного риска на объекте в конкретно рассматриваемом случае будет определяться сочетанием всех представленных на рисунке 3 вероятностей.

При дальнейшем рассмотрении вопроса некоторые вероятности (Рь Р3,Р5, Р7) можно не учитывать, поскольку они для всех типов огнетушителей -одинаковы. Таким образом, для любого объекта защиты характерными будут только вероятности (Р2) и (Р4), при этом сущность вероятности (Р4) вытекает из зависимости:

В

P*=J, (3-1)

где Р - фактическая площадь тушения одним огнетушителем г-го типа

(м2);

Б - площадь возможного пожара (м2), принимаемая равной площади разлива пожароопасных жидкостей по полу помещения.

Тогда вероятность, характеризующую недостаточность ОТВ для тушения пожара в огнетушителе ¡-того типа (С?^), можно представить следующим образом:

<24, К!-^). (3.2)

При наличии на объекте защиты п огнетушителей, вероятность, обобщенно характеризующая недостаточность ОТВ в этих огнетушителях (или неспособность их потушить пожар), будет равна:

&1=а-|г- (з.з)

Или с учетом зависимости (3.1):

е42=а-ру. (з.4)

Связь между вероятностью достаточности ОТВ, содержащегося в некотором количестве п огнетушителей, и допустимым уровнем достоверности события тушения (Рд), можно представить в следующем виде:

^а-лг (з-5)

Для удобства анализа величина (Ра) представлена в виде:

Рд=а-Ю~ь, (3.6)

где а, Ъ- постоянные коэффициенты, величины которых принимают по таблице 3.

Таблица 3- Зависимость значений коэффициентов а и Ь от величины доверительной вероятности

Рд=0,95 Ра =0,97 Р* =0,99

а=5; Ь=2 а=3; Ъ=2 а=1; Ъ=2

Величина (Рд) является переменной и должна приниматься в зависимости от степени важности решаемой задачи (таблица 3), но в любом случае она не может быть менее 0,95(с позиций современной метрологии, всякое событие, наблюдаемое с меньшей величиной, не считают достоверным).

Из совместного решения уравнений (3.5) и (3.6) необходимое количество (пх) огнетушителей (по условию достаточности содержащегося в них количества ОТВ) равно:

\gg-b

Формула (3.7) является универсальной для любых типоразмеров огнетушителей, т.к. не зависит от типа огнетушителя, а определяется только заданной величиной вероятности наблюдаемого события.

Если объекты защиты комплектуют разными типоразмерами огнетушителей, то их оптимальное количество определяют по зависимостям метода линейного программирования:

■ • , (3-8>

2, С, ■«,--> Ш1П

(=1

где С,- цена огнетушителя ¡-того типоразмера, руб. Предложенные методы комплексной оценки эффективности огнетушителей, являются необходимым нововведением в методологию обеспечения пожарной безопасности.

Задача совершенствования конструкции огнетушителей решена путем увеличения выхода порошка при тушении пожара. Конструкция порошкового огнетушителя (получено положительное решение о выдаче патента на полезную модель, регистрационный номер 2010145418/12 от 28.10.2010 года, РОСПАТЕНТ) обеспечивает полноту выхода порошка за счет содержания его в сосуде, оболочка которого выполнена из пористого материала.

Сущность конструктивного изменения состоит в придании сифонной трубке функции пористого сосуда, что позволяет:

уменьшить слёживаемость порошка за счет исключения контакта с внутренней поверхностью корпуса;

избежать непроизводительных потерь вытесняющего газа ввиду невозможности образования воронки около входа сифонной трубки.

Рисунок 4 - Конструкция огнетушителя: 1- корпус; 2- сосуд из пористого материала для хранения ОТВ; 3-клапанная коробка; 4- перекрывное устройство; 5-обратный клапан.

Результаты испытания модели предложенной конструкции показали (таблица 4), что она способна обеспечить 99% опорожнение ОТВ (в

зависимости от плотности и гранулометрического состава порошка), тогда как у серийных образов остаток ОТВ достигает 30%.

Таблица 4- Результаты испытаний модели огнетушителя

№ Насыпная плотность Давление, Масса заряда Остаток порошка

опыта порошка, кг/м3 Па105 порошка, 10"3 кг Масса, 10"3кг %

1 5 20,71 0,12 0,56

2 23,46 0,04 0,17

3 4 21,73 0,16 0,74

4 1269 23,56 0,1 0,40

5 3 22,62 0,4 1,75

6 23,46 0,1 0,40

7 2 20,91 1,23 5,86

8 23,31 0,91 3,90

Выход огнетушащего вещества из модельного огнетушителя при давлении в корпусе выше 3 атмосфер (для вещества насыпной плотностью 1269 кг/м3) составляет 99%, что указывает на возможность снижения рабочего давления в корпусе почти в 2 раза. Следует ожидать, что на реальных образцах этот факт будет сопровождаться снижением массы корпуса, повышением уровня безопасности оператора, пользующегося огнетушителем, и улучшением эргономических характеристик огнетушителей.

В четвертой главе «Разработка методики комплексной оценки эффективности огнетушителей для пожароопасных производственных объектов нефтебаз» содержатся решения по практической реализации теоретических закономерностей (формулы 2.1-2.3), разработанных для определения эффективности огнетушителей при комплектовании ими пожароопасных производственных объектов нефтебаз.

В основу методики положен разработанный алгоритм расчета и оценки эффективности огнетушителей (рисунок 5).

Комментарии к алгоритму на рисунке 5.

Комментарий № 1 включает следующие сведения в соответствии с таблицей 1.

Комментарий № 2 включает аналитические зависимости, необходимые для расчета величин площади разлива жидкости и эквивалентной площади распыла:

Площадь разлива горючего вещества:

(4.1)

Масса горючего вещества:

(4.2)

Эффективная площадь распыла порошка равна:

45-/3-(з + л/5)-д 14416-я'2 • р

V

(4.3)

Комментарий № 3 содержит аналитические зависимости (2.1-2.3). Комментарий № 4 содержит аналитические зависимости (3.1-3.4). Комментарий № 5 содержит аналитическую зависимость для расчета эффективности огнетушителей по диаграмме-Парето.

Рисунок 5 - Алгоритм расчета комплексной оценки эффективности огнетушителей.

Выполнение расчетов по представленному алгоритму осуществлено в среде Mathcad и на объектно-ориентированном языке программирования Visual Basic. Приведен пример пользования методикой.

В заключении излагаются итоги работы. Перечисляются полученные научные результаты, приводятся сведения о внедрении и практическом использовании полученных результатов.

Общие выводы и рекомендации по внедрению результатов исследования.

На основе анализа и обобщения изложенных материалов сделаны следующие выводы и практические предложения в свете решаемой научной задачи:

1. Комплексные показатели эффективности огнетушителей сформированы на основе общепризнанных методов анализа размерностей и свертки единичных технических параметров, из чего следует универсальность и достоинство их в смысле адаптации ко всем существующим и проектируемым огнетушителям, работающим по механизмам охлаждения и разбавления зоны пламенного горения.

2. Разработанная методика комплексной оценки эффективности огнетушителей, применяемых на пожароопасных производственных объектах нефтебаз, содержащая аналитические зависимости и алгоритмы, позволяет оценить достаточность уровня обеспечения пожарной безопасности по величине заданной доверительной вероятности.

3. Результаты испытания новой конструкции порошкового огнетушителя, позволяющей существенно максимизировать выход огнетушащего вещества в процессе тушения, являются основанием для развития этого вида индивидуальных средств пожаротушения.

4. Результаты исследования, полученные на углекислотных и порошковых огнетушителях, могут быть распространены на другие виды огнетушителей, работающих по механизму охлаждения ингибирования и флегматизации горючей среды, и на иные промышленные объекты, так как комплексы

эффективности содержат единичные параметры, характерные для любого пожара и типа огнетушителя (кроме воздушно-пенных и химически пенных типов).

Основные положения диссертации опубликованы в следующих работах:

В ведущих рецензируемых научных журналах и зданиях, рекомендованных ВАК Министерства образования и науки РФ

1 Кожевин Д.Ф., Поляков A.C., Иванов А.Н. О роли и месте переносных огнетушителей в современной системе пожарной безопасности объектов // Проблемы управления рисками в техносфере. № 3 [15], 2010 г. 0,4/0,2 п.л.

Публикации во всероссийских, региональных и ведомственных научных журналах и изданиях:

2 Кожевин Д.Ф., Поляков A.C., Иванов А.Н. Комплексная оценка эффективности защиты огнетушителями автотранспортных средств для углеводородных топлив и сжиженных газов // Безопасность критичных инфраструктур и территорий: материалы III Всероссийской научно-технической конференции, Екатеринбург: УрО РАН 2009 г. 0,4/0,2 п.л.

3 Кожевин Д.Ф., Иванов А.Н., Мороз H.A., Поляков A.C. Сужение методами аналогий и анализа размерностей неопределенностей экспертных оценок при исследовании свойств технических объектов // Актуальные проблемы пожарной безопасности: материалы XXI Международной научно-практической конференции. Москва, 2009 г. 0,4/0,2 п.л.

4 Кожевин Д.Ф., Поляков A.C., Иванов А.Н. Энергетическая сущность метода комплексной оценки качества огнетушителей // Проблемы обеспечения взрывобезопасности и противодействия терроризму: материалы IV Всероссийской научно-практической конференции (апрель 2009 г, Санкт-Петербург) -СПб., 2009. 0,4/0,2 п.л.

5 Кожевин Д.Ф., Поляков A.C., Иванов А.Н. Сравнительный анализ характеристик огнетушителей для комплектования автомобильных средств транспортировки сжиженных углеводородных газов // Сервис безопасности в

России: опыт, проблемы, перспективы: материалы II Международной научно-практической конференции. Том И, Санкт-Петербург,29-31 октября 2009 года. Санкт-Петербургский университет ГПС МЧС России, 2009 г. 0,4/0,2 п.л.

6 Кожевин Д.Ф., Поляков A.C., Иванов А.Н. Теоретические предпосылки к выбору огнетушителей для тушения жидких горючих веществ и материалов // Проблемы прогнозирования чрезвычайных ситуаций: материалы VIII Научно-практической конференции, Санкт-Петербург. 8-10 октября 2008г. Доклады и выступления,- С-Пб: УГПС МЧС России, 2009 г. 0,4/0,2 п.л.

7 Кожевин Д.Ф., Поляков A.C., Иванов А.Н. Оценка защищенности огнетушителями автоцистерн, транспортирующих нефтепродукты и сжиженные углеводородные газы // Вопросы оборонной техники. Серия 16. Технические средства противодействия терроризму.- М.: НТЦ «Информтехника». - 2010. Вып. 1-2. 0,4/0,2 п.л.

8 Кожевин Д.Ф., Поляков A.C., Иванов А.Н. Комплектование огнетушителями насосных станций нефтегазовой отрасли промышленности // Актуальные проблемы защиты и безопасности: материалы тринадцатой Всероссийской научно-практической конференции РАРАН, Санкт-Петербург. (5-8 апреля 2010 г.). 0,4/0,2 п.л.

9 Кожевин Д.Ф., Поляков A.C. Оснащение огнетушителями зданий различных классов функциональной пожарной опасности Олимпийских объектов «Сочи-2014» // Сервис безопасности при подготовке и проведении XXII зимних Олимпийских Игр в 2014 году в г. Сочи: материалы III научно-практической конференции, Санкт-Петербург, 2-3 декабря 2010 года, том II. -СПб.: Санкт-Петербург университет ГПС МЧС России, 2010 г. 0,4/0,2 п.л.

Подписано в печать Формат 60x84 1/16

Печать цифровая Объем 1,4 п.л. Тираж 100 экз.

Отпечатано в Санкт-Петербургском университете ГПС МЧС России 196105, Санкт-Петербург, Московский проспект, д. 149 22

Введение.

Глава 1 Состояние вопроса, обоснование цели и задач исследования.

1.1 Применение огнетушителей на пожароопасных производственных объектах нефтебаз.

1.2 Современные конструкции огнетушителей.

1.3 Анализ нормативных, методических и технических документов, регламентирующих проектирование и применение огнетушителей.

1.4 Обоснование цели и постановка задач исследования.

Глава 2 Теоретические основы комплексной оценки эффективности огнетушителей.

2.1 Моделирование эффективной площади распыла ОТВ.

2.2 Выбор методов оценки эффективности огнетушителей.

2.3 Обоснование структуры комплексных показателей эффективности огнетушителей.

2.4 Обоснование направления совершенствования конструкции огнетушителей.

Выводы по главе.

Глава 3 Комплексная оценка и пути повышения эффективности огнетушителей.

3.1 Комплексная оценка эффективности огнетушителей.

3.2 Определение достаточности огнетушителей на объектах защиты.

3.3 Оценка эффективности разработанной конструкции огнетушителя.

Выводы по главе:.

Глава 4 Разработка методики комплексной оценки эффективности огнетушителей.

4.1 Обоснование структуры и содержания методики.

4.2 Алгоритм расчета оценки эффективности огнетушителей.

4.3 Методика комплексной оценки эффективности огнетушителей.

Выводы по главе:.

Практическая актуальность темы определена требованиями Федерального закона от 28 июля 2008 года № 12Э-ФЗ "Технический регламент о требованиях пожарной безопасности» и «Правила пожарной безопасности в Российской Федерации» ППБ 01-03, которыми предусмотрено обязательное обеспечение пожароопасных объектов нефтебаз огнетушителями.

Отечественная промышленность в настоящее время производит порядка 2,3 миллиона огнетушителей в год [2], отличающихся принципом действия, ценой и тактико-техническими характеристиками. Наибольшая доля из этого количества приходится на порошковые огнетушители.

Пожароопасные производственные объекты нефтебаз, обеспечивающих прием, хранение и отгрузку нефтепродуктов, комплектуются огнетушителями согласно [2- 8], однако четкие методические указания о нормах оснащения в ряде случаев отсутствуют. В этих условиях возникает нелегкая задача выбора лучших огнетушителей при минимуме затрат. Решать эту задачу при большом количестве единичных технических показателей, которыми характеризуются огнетушители и которые зачастую между собой находятся в противоречии, очень трудно.

Чтобы отдать однозначное предпочтение какому-либо образцу огнетушителя, необходим единый и, желательно, единственный показатель, который бы одновременно учитывал все или большую часть технических параметров. Такие научно-методические документы в настоящее время отсутствуют, что свидетельствует о научной актуальности рассматриваемого вопроса.

Кроме того, опыт показывает, что существенным недостатком конструкции некоторых типов огнетушителей (особенно порошковых) является неполнота выхода огнетушащего вещества (ОТВ). Это возникает из-за несовершенства способа вытеснения, использующего сифонную трубку, при котором вытесняющий газ (или воздух) из корпуса огнетушителя прорывается сквозь толщу слоя ОТВ, и уходит в атмосферу, не совершая полезной работы.

Недостаточная разработанность методического обеспечения в части выбора типа и количества огнетушителей и несовершенство конструкции порошковых огнетушителей обусловили выбор направления настоящего исследования.

Цель исследования - разработка методики комплексной оценки эффективности огнетушителей при оснащении ими пожароопасных производственных объектов нефтебаз.

Научная задача исследования - теоретическое обоснование метода комплексной оценки эффективности огнетушителей на основе обобщения единичных технических параметров.

Объект исследования - технические характеристики огнетушителей и методы их оценки.

Предмет исследования — методика комплексной оценки технической эффективности огнетушителей при оснащении ими пожароопасных производственных объектов нефтебаз.

Методы исследования: аналогии, анализ размерностей, подобия, теория вероятностей, экспертные оценки и математическая статистика.

На защиту выносятся: структура комплексных показателей теплотехнической, конструктивной и общей (технической) эффективности огнетушителей; методика комплексной оценки эффективности огнетушителей при оснащении ими пожароопасных производственных объектов нефтебаз; конструкция и результаты испытаний физической модели порошковых огнетушителей с содержанием огнетушащего вещества в пористом сосуде.

Научная новизна результатов заключена: в разработке структуры показателей эффективности огнетушителей на основе я-теоремы, комплексно учитывающих их нормированные единичные технические параметры; в формализации методики комплексной оценки эффективности огнетушителей при оснащении ими пожароопасных производственных объектов нефтебаз; в разработке и результатах испытаний оригинальной конструкции физической модели порошкового огнетушителя, обеспечивающей повышенный выход ОТВ за счет содержания его в пористом сосуде.

Практическая значимость результатов заключена в повышении уровня пожарной безопасности пожароопасных производственных объектов нефтебаз на основе применения разработанной методики выбора огнетушителей и оригинальной конструкции порошковых огнетушителей с содержанием огнетушащего вещества в пористом сосуде.

Реализация работы. Результаты диссертационного исследования использованы:

-в учебном процессе Санкт-Петербургского университета ГПС МЧС России;

-в проектной работе ЗАО «НЕФТЕХИМПРОЕКТ» (Санкт-Петербург).

Апробация результатов исследования. Основные положения диссертации доложены и обсуждены на научных конференциях и семинарах:

VIII Научно-практическая конференция Проблемы прогнозирования чрезвычайных ситуаций. 8-10 октября 2008 г., г. Москва; Всероссийский центр мониторинга и . прогнозирования чрезвычайных ситуаций природного и техногенного характера МЧС России, центр «Антистихия»;

IV Международная научно-практическая конференция «Технические средства противодействия террористическим и криминальным: взрывам» 21-23 октября 2008 г, Санкт-Петербург;

IV Всероссийская? научно-практическая конференция; «Проблемы обеспечения; взрывобезопаености и противодействия, терроризму». 21-22 апреля 2009 г, Санкт-Петербург;

III Всероссийская научно-техническая конференция «Безопасность критичных инфраструктур и территорий». Екатеринбург, 2009;

II Международная научно-практическая конференция «Сервис безопасности в России: опыт, проблемы, перспективы». 29-31 октября 2009 г., Санкт-Петербург; •

XXI Международная; научно-практическая- конференция «Актуальные проблемы пожарной безопасности». 19-20 мая 2009 года, г. Балашиха Московской области, ФГУ ВНИИПО МЧС России;

Международная научно-практическая конференция «Деятельность правоохранительных органов и государственной противопожарной службы в современных условиях: проблемы и перспективы развития»: 21-22 мая 2009 года, г. Иркутск, ФГОУ ВПО «Восточно-Сибирский институт Министерства внутренних дел Российской Федерации»;

III Научно-практическая конференция «Сервис безопасности при подготовке и проведении XXII зимних Олимпийских Игр в 2014 году в г. Сочи»: Санкт-Петербург, 2-3 декабря 2010 года.

Публикации. По: теме диссертации опубликовано 9 печатных работ, из них одна - в издании по перечню ВАК.

Объем и структура диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, общих выводов и рекомендаций, перечня использованных источников и трех приложений. Общий объем работы 120 страниц, в т.ч. 35 рисунков и 30 таблиц.

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ И ПРЕДЛОЖЕНИЯ

На основе анализа и обобщения изложенных материалов сделаны следующие выводы и практические предложения в свете решаемой научной задачи:

1. Комплексные показатели эффективности огнетушителей сформированы на основе общепризнанных методов аналогии и анализа размерностей, из чего следует универсальность и достоинство их в смысле адаптации ко всем существующим и проектируемым огнетушителям, работающим по механизмам охлаждения и разбавления зоны пламенного горения.

2. Разработанное научно-методическое обеспечение, содержащее аналитические зависимости и алгоритмы, позволяет оценить эффективность обеспечения огнетушителями пожароопасных производственных объектов нефтебаз при заданном уровне доверительной вероятности.

3. Разработанная конструкция порошкового огнетушителя, позволяющая максимизировать выход огнетушащего вещества, является перспективной для развития этого вида индивидуальных средств пожаротушения.

1. Федеральный закон от 22 июля 2008 года № 123-ФЭ. Технический регламент о требованиях пожарной безопасности.

2. Маркетинговое исследование «Российский рынок огнетушителей и систем пожарной безопасности в 2006-2009 гг. и прогноз на 2010-2012 гг./BusinesStat/ Москва, 2009.

3. ПТТБ 01-03. Правила пожарной безопасности в Российской Федерации.

4. ВНТП 5-95. Нормы технологического проектирования предприятий по обеспечению нефтепродуктами (нефтебаз).

5. ВППБ 01-04-98. Правила пожарной безопасности для предприятий и организаций газовой промышленности.

6. ВППБ 01-03-96. Правила пожарной безопасности для предприятий АК "Транснефтепродукт".

7. ВППБ 01-01-94. Правила пожарной безопасности при эксплуатации предприятий нефтепродуктообеспечения.

8. РД 153.-34.0-03.301-00. Правила пожарной безопасности для энергетических предприятий.

9. ПБ 09-560-03. Правила промышленной безопасности нефтебаз и складов нефтепродуктов.

10. НПБ 111-98. Автозаправочные станции. Требования норм пожарной безопасности.

И. СНиП 2.11.03-93. Склады нефти и нефтепродуктов. Противопожарные нормы.

12. ПБ 09-540-03. Общие правила взрывобезопасности для взрывопожароопасных химических, нефтехимических, нефтеперерабатывающих производств.

13. Национальная справочно-информационная служба в области пожарной безопасности, №2 (38), 2009г.

14. Occupational Safety and Health Standards. http://www.osha.gov/pls/oshaweb/owadisp.showdocument. Дата последнего посещения 1.03.2011 года.

15. BS5306-3:2009; - Commissioning and Maintenance о Г Portable Extinguishers http://anderstore.com/library/. Дата последнего посещения 1.03.2011 года.

16. NBE-CP1/96: NORMA BASICA DE LA EDIFICACION. CONDICIONES DE PROTECCION CONTRA INCENDIOS EN LOS EDIFICIOS/ http://www20.gencat.cat/docs/Joventut/Documents/Arxiu/Lleure. Дата последнего посещения 1.03 .2011 года.

17. NORMA NFPA 10 EXTINTORES POTATELES CONTRA: INCENDIOS http ://www.laseguridad. ws/consej o/consej o/html/memorias/memoriacompleme ntariascongreso40/archivos/cursillo/3.1. Дата последнего посещения 1,03.2011 года.

18. http://www.europages.coin.ru. Дата последнего посещения 1.03;2011 года.

19. Сумцов А.С. Пожарная профилактика в сельском хозяйстве: Издательство министерства коммунального хозяйства РСФСР, 1955.-194 с.

20. Алексеев П.П., Бубырь Н.Ф. Кащеев Н.Б. Машины и аппараты пожаротушения: Высшая школа МВД СССР, 1972. - 528с.

21. Пожарно-техническое вооружение: Учебник для пожарно-технических училищ/ М.Д. Безбородько, П.П. Алексеев, А.Ф. Иванов и др.-2-е изд., перераб. и доп.-М.:Стройиздат, 1981.-379 с .ил.

22. Пожарно-техническое вооружение: Учебник для пожарно-технических у^шлищ/ В.В. Белоусов, В.К. Кожевников, Я.А. Соломоник и др.-М.:, 1974.-261 с .ил.

23. Пожарная техника: Учебник для пожарно-технических училищ. В 2 ч. Ч. 1. Пожарно-техническое оборудование / М;Д. Безбородько, П.П. Алексеев, А.Ф. Иванов и др. -М.:Стройиздат, 1988.-408 с .ил.

24. Пожарная техника: Каталог-справочник / Н.М. Дзикас, Н.Д. Шебеко, А.С. Кисель и др.- М.:ЦНИИТЭстроймаш, 1974.-670 с .ил.

25. Пожарно-техническое вооружение: Учебно-практическое пособие для пожарно-технических училищ/ В.К. Петров, -М.:, 1973.-158 с .ил.

26. Эксплуатация огнетушителей: Учебно-практическое пособие /А.И. Бондар.-Спб., 1999.42 с.

27. НПБ 155-02. Техника пожарная. Огнетушители. Порядок постановки огнетушителей на производство и проведения сертификационных испытаний.

28. Пивоваров В.В. Разработка тактико-технических показателей и оценка эффективности огнетушителей. Автореф. канд. дисс. ВИПТШ МВД СССР. М.: 1988.

29. Исавин Н.В. Средства порошкового пожаротушения, М. Стройиздат, 1983, с.156

30. http://www.freepatentsonlme.com/y2002/0023967. Дата последнего посещения 1.03.2011 года.

31. Патент БИ 1245318.Порошковый огнетушитель. http://wwwl.fips.rii/wps/portal/. Дата последнего посещения 1.03.2011.

32. Патент 1Ш 2026698. Порошковый огнетушитель. http://wwwl.fips.ru/wps/portal/. Дата последнего посещения 1.03.2011.

33. Патент ив 3858659. Порошковый огнетушитель. http://www.freepatentsonline.com/y2002/0023967. Дата последнего посещения 1.03.2011.

34. Патент ив 2043129. Порошковый огнетушитель. http://www.freepatentsonline.com/y2002/0023967. Дата последнего посещения 1.03.2011.

35. Патенти$2002/0023967. Порошковый огнетушитель. http://www.freepatentsonline.com/ у2002/0023967. Дата последнего посещения 1.03.2011.

36. ГОСТ Р 51057-2001. Техника пожарная. Огнетушители переносные. Общие технические требования. Методы испытаний.

37. Hl 1Ь 155-02. Техника пожарная. Огнетушители. Порядок постановки огнетушителей на производство и проведения сертификационных испытаний.

38. НПБ 166-97. Пожарная техника. Огнетушители. Требования к эксплуатации.

39. РМГ 29-99.ГСИ. Метрология. Основные термины и определения.

40. A.B. Матюшин, Ю.А. Матюшин. Методика расчета количества переносных огнетушителей, необходимого для защиты помещения здания (сооружения) от пожара. «Пожарная безопасность»№1 , Москва 2003., 52-60с.

41. Методика определения расчетных величин пожарного риска на производственных объектах (Утверждена Приказом МЧС России от 10 июля 2009г № 404).

42. Марков В.Ф., Маскаева JI.H., Миронов М.П., Пазникова С.Н. Физико-химические основы развития и тушения пожаров: Учебное пособие для курсантов, студентов и слушателей образовательных учреждений МЧС России / Под ред. В.Ф. Маркова. - Екатеринбург: УрО РАН. 2008. - 255 с.

43. В.Р.Малинин, В.И. Климкин, C.B. Аникеев, Е.Г.Коробейникова, Н.Г.Винокурова, Н.Ю.Кожевникова, А.А.Мельник, В.А.Родионов. Теория горения и взрыва. Учебник для вузов МЧС России по специальности 280104.65 — пожарная безопасность /Под. ред. проф. B.C. Артамонова/. СПб.: Санкт-Петербургский университет ГПС МЧС России, 2007. - 293 с.

44. Журнал пожарное дело И.М. Абдурагимов «Всегда ли автоматика эффективнее оперативных служб пожарной охраны»

45. Математико-статистические методы экспертных оценок.-2-е изд., перераб. и доп.-М.:Статистика, 1980.-263с., ил.

46. Абчук В.А. и др. Справочник по исследованию операций. М.: Воениздат, 1979.

47. Нечеткие множества и теория возможностей: Последние достижения. Под редакцией P.P. Ягера. - М.: Радио и связь, 1986.

48. Штовба С.Д. Введение в теорию нечетких множеств и нечеткую логику. II Всероссийская конференция пользователей MATLAB, 25-26 мая 2004 года.

49. Саати Т. Принятия решений. Метод анализа иерархий. М.: Радио и связь, 1989.

50. Бриджмен П. Анализ размерностей - Ижевск: НИЦ «Регулярная и хаотическая динамика». 2001.

51. Седов Л.И. Методы подобия и размерности в механике. - М.: Наука, 1967.

52. Математическая энциклопедия. — М.: Советская энциклопедия. И. М. Виноградов. 1977—1985.

53. ГОСТ 8.417-81. ЕДИНИЦЫ ФИЗИЧЕСКИХ ВЕЛИЧИН.

54. Ногин В.Д. Логическое обоснование принципа Эджворта-Парето// ЖВМиМФ, 2002, 7, 951-957.

55. Подиновский В.В., Ногин В.Д. Парето - оптимальные решения многокритериальных задач. М., Наука, 1982.

56. Поликовский В.И., Перельман Р.Г. Воронкообразование в жидкости с открытой поверхностью. М-Л Госэнергоиздат. 1959г. 191с.

57. Идельчик И. Е. И29 Справочник по гидравлическим сопротивлениям/Под ред. М. О. Штейнберга.— 3-е изд., перераб. и доп.— М.: Машиностроение, 1992.— 672 с: ил.

58. Вентцель Е.С. Теория вероятностей. — М.: Высшая школа, 1999. -576 с.

59. Ахтямов, A.M. Теория вероятностей. - М.: Физматлит, 2009.

60. Колмогоров, А. Н. Основные понятия теории вероятностей, М.: Наука, 1974.

61. Волевич Л.Р., Гиндикин С.Г. Обобщенные функции и уравнения в свертках. М.: Физматлит, 1994.

62. Волков В.А. Элементы линейного программирования. М.: Просвещение. 1975.141 с.

63. Томас X. Кормен и др. Глава 29. Линейное программирование // Алгоритмы: построение и анализ = INTRODUCTION ТО ALGORITHMS. — 2-е изд. — М.: «Вильяме», 2006. — С. 1296. — ISBN 5-8459-0857-4.

64. Акулич И.Л. Глава 1. Задачи линейного программирования, Глава 2. Специальные задачи линейного программирования // Математическое программирование в примерах и задачах. — М.: Высшая школа, 1986. — 319 с. — ISBN 5-06-002663-9.

65. Расследование пожаров: Учебник /Под редакцией Г.Н. Кирилова, М.А. Галишева, С. А. Кондратьева СПб.: Санкт-Петербургский университет Государственной противопожарной службы МЧС России, 2007.

66. Европейское соглашение о международной дорожной перевозке опасных грузов. ДОПОГ.

67. ГОСТ 21561-76. Автоцистерны для транспортирования сжиженных углеводородных газов на давление до 1,8 МПа.

68. ГОСТ Р 50913-96*. Автомобильные транспортные средства для транспортирования и заправки нефтепродуктов Типы, параметры и общие технические требования.

69. http://www.kamaz.ru. Дата последнего посещения 1.03.2011.

70. Пособие по применению НПБ 105-95 "Определение категорий помещений и зданий по взрывопожарной и пожарной опасности" при рассмотрении проектно-сметной документации / Шебеко Ю.Н., Смолин И.М., Молчадский И.С. и др. - М.: ВНИИПО, 1998. - 119 с.

71. Митропольский А.К. Техника статистических вычислений. Главная редакция физико-математической литературы изд-ва «Наука». М., 1971 год., 576 стр. с ил.

72. Орлов А.И. Прикладная статистика. Учебник.— М.: Экзамен, 2006.— 671 с.

73. РМГ 29-99. Рекомендации по межгосударственной сертификации. Основные термины и определения.

74. ГОСТ Р 50.2.038-2004. Измерения прямые однократные. Оценивание погрешностей и неопределённости результата измерений.

75. Назаров Н. Г. Метрология. Основные понятия и математические модели.— М.: Высшая школа, 2002.— 348 с.

76. Новицкий П. В., Зограф И. А. Оценка погрешностей результатов измерений. Издательство "Энергоатомиздат", Ленинград, 1991.

Заключение

Практическая значимость результатов заключена в повышении уровня пожарной безопасности пожароопасных производственных объектов нефтебаз на основе,применения разработанной методики выбора огнетушителей и оригинальной конструкции порошковых огнетушителей с содержанием огнетушащего вещества в пористом сосуде.

Научная новизна результатов диссертационного исследования заключена: в разработке структуры показателей эффективности огнетушителей на основе л-теоремы, комплексно учитывающих их нормированные единичные технические параметры; в формализации методики комплексной оценки эффективности огнетушителей при оснащении ими пожароопасных производственных объектов нефтебаз; в разработке и результатах испытаний оригинальной конструкции физической модели порошкового огнетушителя, обеспечивающей повышенный выход ОТВ за счет содержания его в пористом сосуде.