автореферат диссертации по безопасности жизнедеятельности человека, 05.26.03, диссертация на тему:Совершенствование методов определения расчетных величин пожарного риска для производственных зданий и сооружений нефтегазовой отрасли

9 15-5/991

На правах рукописи

М'

Трунева Виктория Александровна

СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ МЕТОДОВ ОПРЕДЕЛЕНИЯ РАСЧЕТНЫХ ВЕЛИЧИН ПОЖАРНОГО РИСКА ДЛЯ ПРОИЗВОДСТВЕННЫХ ЗДАНИЙ И СООРУЖЕНИЙ НЕФТЕГАЗОВОЙ ОТРАСЛИ

Специальность: 05.26.03 - Пожарная и промышленная безопасность (нефтегазовая отрасль, технические науки)

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва-2015

На правах рукописи к

10 I■

г*

Трунева Виктория Александровна

СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ МЕТОДОВ ОПРЕДЕЛЕНИЯ РАСЧЕТНЫХ ВЕЛИЧИН ПОЖАРНОГО РИСКА ДЛЯ ПРОИЗВОДСТВЕННЫХ ЗДАНИЙ И СООРУЖЕНИЙ НЕФТЕГАЗОВОЙ ОТРАСЛИ

Специальность: 05.26.03 - Пожарная и промышленная безопасность (нефтегазовая отрасль, технические науки)

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва - 2015

Работа выполнена в ФГБУ «Всероссийский ордена «Знак Почета» научно-исследовательский институт противопожарной обороны МЧС России в отделе пожарной безопасности промышленных объектов, технологий и моделирования техногенных аварий

Научный руководитель: кандидат технических наук

Гордиенко Денис Михайлович

Официальные оппоненты: Навценя Владимир Юрьевич,

доктор технических наук, доцент, Московский государственный университет путей сообщения, профессор кафедры «Управление безопасностью в техносфере»

Демехин Феликс Владимирович, доктор технических наук, Санкт-Петербургский университет Государственной противопожарной службы МЧС России, профессор кафедры «Пожарная безопасность технологических процессов и производств»

Ведущая организация: ООО «Газпром газобезопасность»

Защита состоится «4» декабря 2015 г. в 15 часов 30 минут на заседании диссертационного совета Д 205.002.02 в Академии Государственной противопожарной службы МЧС России по адресу: 129366, Москва, ул. Б. Галушкина, 4.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Академии ГПС МЧС России и на сайте: http://academygps.ru/uploads/files/bHWkpk7HmyrnFkjwN3qXC.pdf

Автореферат разослан «06» октября 2015 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета —Сивенков Андрей Борисович

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы исследования.

Пожарный риск является одним из ключевых понятий Федерального закона от 22.07.2008г. № 123-ФЭ «Технический регламент о требованиях пожарной безопасности». Порядок проведения расчетов по оценке пожарного риска определяется Постановлением Правительства РФ от 31.03.2009 г. № 272 «О порядке проведения расчетов по оценке пожарного риска», согласно которому в 2009 г. была разработана и утверждена в установленном порядке «Методика определения расчетных величин пожарного риска на производственных объектах» (далее - Методика).

В настоящее время на объектах нефтегазовой отрасли осуществляется проектирование и строительство большого количества сложных и, зачастую, новых для нашей страны производственных зданий и сооружений, в которых осуществляются различные пожаровзрывоопасные технологические процессы. Пожарная опасность таких зданий и сооружений характеризуется возможностью реализации различных сценариев пожара, в том числе, и с участием веществ, при горении которых выделяются токсичные продукты.

Современные производственные установки, в том числе с использованием лицензионных зарубежных технологических процессов, представляют собой сложные комплексы, характеризующиеся высокой концентрацией оборудования и трубопроводов, значительными геометрическими размерами. При этом используются этажерки, представляющие собой многоярусные каркасные сооружения, предназначенные для размещения и обслуживания технологического оборудования и трубопроводов.

Степень разработанности темы исследования. Несмотря на большое количество отечественных и зарубежных исследований, связанных с вопросами оценки пожарного риска (Маршалл В., Pitersen С., Hurst N., Горский В.Г., Шебеко Ю.Н., Болодьян И.А., Шевчук А.П., Присадков В.И., Косачев А.А, Елохин А.Н., Черноплеков А.Н., Дешевых Ю.И., Гилетич А.Н., Швырков С.А., Гордиенко Д.М., Молчанов В.П., Брушлинский H.H., Пузач C.B., Холщевников В.В. и др.), многие вопросы, касающиеся данного исследования, остаются неохваченными.

Анализ ранее выполненных работ показал необходимость совершенствования методов оценки пожарного риска для зданий производственных объектов нефтегазовой отрасли с целью:

- повышения точности расчетных методов;

- обеспечения возможности учета более широкого перечня мероприятий по обеспечению пожарной безопасности;

- возможности более точного учета воздействия опасных факторов пожара (ОФП) на человека, реализующихся при различных сценариях развития пожара.

Таким образом, целью диссертационной работы является совершенствование методов определения расчетных величин пожарного риска для промышленных зданий и сооружений нефтегазовой отрасли, учитывающих специфику пожарной опасности современных промышленных объектов.

Достижение поставленной цели потребовало решение следующих задач:

- совершенствование подхода к определению расчетных величин пожарного риска для производственных зданий на основе использования метода логических деревьев событий и учета вероятностного характера блокирования эвакуационных путей;

- совершенствование методов оценки времени блокирования эвакуационных путей ОФП с использованием комплексных критериев воздействия их на человека;

- проведение анализа экспериментального исследования процесса эвакуации с технологической установки по определению скорости движения людей по различным участкам путей эвакуации на наружных установках.

Объектом исследования являлись методы определения расчетных величин пожарного риска для производственных зданий и сооружений нефтегазовой отрасли.

В качестве предмета исследования рассматривались закономерности движения персонала технологической установки по различным участкам путей, влияющие на скорость эвакуации, вероятностный характер времени блокирования эвакуационных путей, комплексное воздействие токсичных продуктов сгорания на человека, а также метод логических деревьев событий.

Научная новизна работы заключается в следующем:

1. Разработана усовершенствованная методика оценки пожарного риска для зданий производственных объектов, учитывающая различные сценарии развития пожара, эффективность технических решений по противопожарной защите, вероятностный характер эвакуации, а также комплексное воздействие ОФП на человека;

2. Получены новые экспериментальные данные по параметрам эвакуации персонала по этажерке технологической линии завода сжиженных природных газов (СПГ), а именно, скорости передвижения по горизонтальным участкам путей, наклонным и вертикальным лестницам;

3. Получены значения стандартного отклонения расчетного времени эвакуации людей;

4. Получены новые значения по величинам потенциального и индивидуального пожарного риска для высотных производственных зданий.

Теоретическая и практическая значимость работы:

- получены количественные значения скоростей эвакуации по вертикальным лестницам;

- использование полученного количественного значения стандартного отклонения расчетного времени эвакуации людей при определении вероятности эвакуации;

- предложен метод учета возможности потери строительными конструкциями несущей способности.

Методология и методы исследования. Моделирование динамики распространения ОФП в здании проводилось при помощи программ FDS (Fire Dynamic Simulator), реализующей вычислительную гидродинамическую модель тепломассопереноса при горении, и CFAST {Consolidated Fire Growth and Smoke Transport Model), реализующей двухзонную модель для расчета тепломассопереноса при пожаре. Расчеты времени эвакуации людей из зданий проводились при помощи упрощенной аналитической модели движения людского потока.

Положения, выносимые на защиту:

1. Результаты анализа экспериментального исследования процесса эвакуации персонала с технологической установки, а именно, по определению скорости движения людей по различным участкам путей эвакуации на наружных установках;

2. Комплекс предложений по совершенствованию методов определения расчетных величин пожарного риска для производственных объектов, включающий:

- метод логических деревьев событий;

- учет вероятностного характера времени блокирования эвакуационных путей ОФП;

- учет вероятностного характера потери строительными конструкциями несущей способности при определении вероятности эвакуации;

- учет комплексного воздействия токсичных продуктов сгорания на человека.

Степень достоверности полученных результатов и выводов, сформулированных в диссертации, подтверждается:

- использованием современных, поверенных измерительных приборов, обеспечивающих высокую точность измерения времени с относительной ошибкой не более 5%;

- внутренней непротиворечивостью полученных данных;

- положительными результатами внедрения.

Материалы диссертации реализованы при разработке:

- «Пособия по определению расчетных величин пожарного риска для производственных объектов»: ФГБУ ВНИИПО МЧС России, 2012 г.;

- проектных решений и мероприятий по обеспечению пожарной безопасности на производственном объекте «ГТЭС Щербинка мощностью 375 МВт и 433 Гкал/час.» по адресу: г. Москва, Коммунальная зона «Щербинка», район Южное-Бутово;

- проектных решений и мероприятий по обеспечению пожарной безопасности на объекте «Новый комплекс по производству олефинов ОАО

«Нижнекамскнефтехим» по адресу: Республика Татарстан, г. Нижнекамск, ОАО «Нижнекамскнефтехим»;

- проектных решений и мероприятий по обеспечению пожарной безопасности на объектах ООО «Татнефть -Пресскомпозит» по адресу: Республика Татарстан, г. Елабуга, территория промышленной площадки «Алабуга», ул. 22.1, к. 48/3.

Апробация результатов работы. Основные результаты работы были доложены на:

- XXIV Международной научно-практической конференции по проблемам пожарной безопасности, посвященной 75-летию создания ФГБУ ВНИИПО МЧС России (г. Балашиха, ФГБУ ВНИИПО МЧС России, 2012 г.);

-V Международном салоне «Комплексная безопасность - 2012» (г. Москва, Всероссийский выставочный центр, 2012 г.);

- IV экологической конференции ОАО «Газпром нефть» (г. Москва, 2013 г.);

- VIII Международном салоне «Комплексная безопасность - 2015» (г. Москва, Всероссийский выставочный центр, 2015 г.).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 10 научных работ.

Структура и объем диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы и двух приложений. Содержание работы изложено на 175 страницах машинописного текста, включает в себя 38 таблиц, 36 рисунков, список литературы из 109 наименований.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы исследования, сформулирована цель и определены соответствующие ей задачи работы, проанализированы объект и предмет исследования, показаны научная новизна работы и ее практическая значимость.

В первой главе «Состояние проблемы количественной оценки пожарного риска для производственных зданий и сооружений» представлен анализ отечественных и зарубежных научных публикаций, и нормативных документов по проблемам оценка пожарного риска.

Проведено сравнение принятых в настоящее время в России критериев предельно допустимого пожарного риска для производственных объектов с критериями, используемыми в других странах. Рассмотрены основные этапы количественной оценки пожарного риска для зданий, сооружений и применяемые при этом методы.

Количественная оценка риска сводится к выявлению возможных сценариев развития пожароопасной ситуации и определению последствий каждого сценария развития пожара. К настоящему времени разработан и с успехом применя-

ется аппарат анализа риска, включающий построение логических деревьев событий.

Для оценки риска на производственных объектах широкое применение нашли вероятностные методы. Проведенный анализ показывает, что к настоящему времени наиболее часто употребляемым методом для определения сценариев возникновения и развития пожаров при оценке пожарного риска является метод логических деревьев событий, однако действующая Методика не предполагает использование при оценке риска для производственных зданий подобных деревьев событий, но устанавливает необходимость рассмотрения различных сценариев пожаров.

Рассмотрены критерии блокирования эвакуационных путей ОФП. В настоящее время нормируются предельные значения ОФП, учитываемые независимо друг от друга. Однако современные данные показывают, что при одновременном поступлении продуктов горения в организм человека наблюдается сложный эффект совместного воздействия. Выделяется три типа воздействия: суммирование/аддитивность (конечный результат одновременного действия нескольких ядов равен сумме эффектов каждого из них), потенцирование/синергизм (конечный результат больше арифметической суммы отдельных эффектов) и антагонизм (снижение эффекта совместного действия ядов по сравнению с предполагаемой суммой отдельных эффектов). Учет совместного воздействия продуктов сгорания на человека может внести вклад в конечные величины потенциального и индивидуального риска.

Следует отметить, что в существующей Методике, в независимости от того, на сколько меньше сумма расчетного времени эвакуации и интервала времени от начала реализации сценария пожара до начала эвакуации времени блокирования эвакуационных путей опасными факторами пожара, вероятность успешной эвакуации будет равна 0,999. Однако, эти параметры являются случайными величинами и имеют вероятностный характер. Также следует учесть, что блокирование эвакуационных путей может произойти не только в следствии распространения ОФП, но также и при потери конструкциями целостности при пожаре.

Проведенный анализ показывает необходимость обработки и анализа экспериментальных данных, полученных ранее при проведении экспериментального исследования по эвакуации персонала с этажерки технологической линии завода СПГ для определения скорости движения людей по различным участкам путей эвакуации.

На основе проведенного в первой главе анализа производится выбор направления диссертационного исследования.

Во второй главе «Обработка и анализ результатов экспериментального исследования процесса эвакуации с этажерки технологической установки» представлены результаты анализа ранее проведенного экспериментального исследования по эвакуации персонала с этажерки технологической линии завода СПГ.

Целью эксперимента было определение скорости передвижения персонала в рабочих условиях, приближенных к реальным, по горизонтальным поверхностям, наклонным и вертикальным лестницам, а также исследование особенностей групповой эвакуации с одного из ярусов до земли.

Для получения достоверных результатов в испытаниях участвовали трое типичных для персонала завода СПГ, физически развитых сотрудника средних лет, допущенных к работе на технологических установках опасного производства. Время старта и финиша фиксировалось по показаниям двух секундомеров с погрешностью 1 с, после чего эти значения усреднялись. Эксперимент состоял из двух основных частей. В первой части исследовалась фактическая скорость эвакуации людей по различным типам путей. Вторая часть эксперимента заключалась в измерении времени эвакуации с ярусов до земли группы людей при условии блокирования ближайшего эвакуационного выхода на лестницу.

Схема этажерки представлена на рисунке 1, а результаты эксперимента представлены в таблицах 1-3.

Условные обозначения

- ЯруС "А"

- Ярус "В"

- Ярус "С1" ^^ - Ярус "С2"

- Ярус "Земля"

- Наклонная лестница

Выход с яруса на наклонную лестницу

- Вертикальная лестница

^ Выход с яруса на

вертикальную лестницу

Рисунок 1 - Схема этажерки завода СПГ

Таблица 1 - Результаты измерения скорости движения по прямолинейному горизонтальному участку_

Участник Длина участка, м Время движения, мин. Средняя скорость движения, м/мин Средняя скорость движения по ярусу, м/мин

№1 66 0,250 261 290±31

№2 0,200 330

№3 0,246 268

№1 125 0.098 351 350±18

№2 0,105 378

№3 0,093 335

№1 53 0,093 336 330±15

№2 0.095 342

№3 0,085 308

Таблица 2 - Результаты измерения скорости спуска по маршам наклонной

лестницы (без учета времени, затраченного на площадках

между лестничными пролетами)_

Число пролетов лестницы Высотная отметка яруса, м Участник Полное время спуска, мин. Время движения по маршам наклонной лестницы, мин. Вертикальная скорость спуска по маршам, м/мин Средняя вертикальная скорость спуска по маршам, м/мин Средняя скорость движения по маршу, м/мин

№1 0,622 0,488 66

10 32,35 №2 0,630 0,496 66 63±4 100±6

№3 0,725 0,558 58

№1 0,637 0,450 66

14 29,55 №2 0,635 0,448 66 63±4 100±6

№3 0,740 0,507 58

№1 0,313 0,247 71

5 17,5 №2 0,297 0,230 76 72±3 110±5

№3 0,335 0,252 69

Таблица 3 - Результаты измерения скорости спуска по вертикальным лестницам (без учета времени, затраченного на площадках между пролетами вертикальной лестницы) с яруса до земли____

Число пролетов лестницы Высотная отметка яруса, м Участник Полное время спуска, мин. Время движения по вертикальной лестнице, мин. Скорость спуска по вертикальной лестнице, м/мин Средняя скорость спуска по вертикальной лестнице, м/мин

8 34,75 №1 1,138 0,878 40 33±7

№2 1,315 1,008 35

№3 1,800 1,427 24

4 14,85 №1 0,538 0,392 38 34±5

№2 0,588 0,415 36

№3 0,755 0,542 27

4 14,85 №1 0,423 0,277 54 48±6

№2 0,465 0,292 51

№3 0,592 0,378 39

Как можно видеть из представленных данных, средняя скорость для разных ярусов менялась от 290 до 350 м/мин, что можно объяснить разной степенью загруженности ярусов технологическим оборудованием. Полученные значения средней скорости движения значительно превосходят максимальные значения скоростей эвакуации, предусмотренные Методикой. Это можно объяснить тем, что в эксперименте участвовал персонал завода, в состав которого допускаются только здоровые физически развитые люди, в то время как Методика устанавливает среднюю скорость для всех лиц, которые не относятся к маломобильным группам населения.

Результаты измерения скорости спуска по маршам наклонной лестницы показывают, что средняя скорость движения человека по наклонным лестницам совпадает с величиной скорости спуска человека по эвакуационной лестнице в здании, из чего можно сделать вывод о том, что значения скорости, приведенные в Методике, являются несколько завышенными.

Средняя скорость спуска по вертикальной лестнице для разных участков пути составила от 33 до 48 м/мин, что в 1,5-2 раза меньше вертикальной скорости при спуске по наклонным лестницам. Можно заключить, что данный вид эвакуационных лестниц является существенно менее эффективным по сравнению с наклонными.

Второй этап эксперимента моделировал реальную ситуацию аварии, при которой ближайший эвакуационный путь заблокирован.

В первом испытании группа из двух участников (участники №2 и № 3) двигались 36 м по горизонтальному ярусу, затем спускались по вертикальной лестнице (высота 14,85 м, четыре пролета) на ярус и завершали спуск по наклонной лестнице (высота 17,5 м, пять пролетов). Экспериментально измеренное время эвакуации группы составило 73,2 с. Рассчитанное время эвакуации самого медленного участника составило 71,2 с. Отклонение расчетного и фактического времени эвакуации составило 2 с.

Во второй части эксперимента группа из трех участников должна была двигаться 119 м по ярусу до вертикальной лестницы, затем спуститься по вертикальной лестнице (высота 17,5 м, четыре пролета) на землю. Однако, при движении по ярусу группа пропустила нужный проход к вертикальной лестнице и, увидев заблокированный проход (велись строительно-монтажные работы), вынуждена была вернуться. В результате фактический пройденный группой путь по ярусу составил 215 м, вместо 119 м.

Экспериментально измеренное время эвакуации группы из трех человек составило 135 с, время движения по ярусу - 81,5 с. Скорость движения группы по горизонтальной поверхности яруса составила 160 м/мин, что значительно меньше средней скорости движения самого медленного участника (310 м/мин). Это объясняется неопределенностью маршрута и необходимостью принимать решение о пути движения. Анализ видеозаписи показал, что временной интервал в движении между участниками эксперимента составлял в среднем 4 с.

Полученные результаты указывают на ограниченность использования существующих методов оценки эвакуации для персонала, находящегося на наружных установках, так как традиционные методы не в полной мере учитывают зависимость от объемно-планировочных решений и организации путей эвакуации, а также нормальное распределение расчетного времени эвакуации.

В результате анализа проведенного эксперимента было получено значение стандартного отклонения расчетного времени эвакуации, позволяющее учесть его вероятностный характер.

В третьей главе «Предложения по совершенствованию методики определения индивидуального и социального пожарного риска для производственных зданий и сооружений нефтегазовой отрасли» приведены предложения по совершенствованию методики определения расчетных величин пожарного риска для производственных зданий и сооружений нефтегазовой отрасли. Как уже было отмечено, при рассмотрении пожаров в зданиях предлагается использование метода логических деревьев событий, в которых учтены характер развития пожара, эффективное срабатывание или отказ систем пожарной сигнализации, оповещения и управления эвакуацией (СОУЭ), напрямую влияющих на распространение ОФП по зданию и обеспечению возможности своевременной эвакуации людей.

Согласно Методике, величина индивидуального пожарного риска для работника т при его нахождении в здании объекта, обусловленная опасностью пожара, взрыва в здании, определяется по формуле:

(1)

где Р„ - величина потенциального риска в л-ом помещении здания, год"1; д„,„ - вероятность присутствия работника т в «-ом помещении (определяется исходя из времени нахождения человека в и-м помещении здания в течение года на основе решений по организации эксплуатации и технического обслуживания оборудования и зданий); Ы- число помещений в здании.

Учитывая необходимость рассмотрения различных сценариев возникновения и развития пожара в здании, величина потенциального риска /'„(год"1) в и-ом помещении здания определяется по формуле:

(2)

где J - число расчетных сценариев развития пожара в здании; Qj - частота реализации в течение года у'-го сценария пожара, год"1; - условная вероятность поражения человека при его нахождении в /7-ом помещении при реализации у'-го сценария пожара.

С учетом использования метода логических деревьев событий частота реализации в течении годау'-го сценария пожара определяется по формуле:

= (3)

*■=I

где - частота реализации в течение года /-го начального события, год"1; К, - число ключевых событий при развитии у'-го сценария пожара, связанного с возникновением /-ого начального события; - условная вероятность реализации к-то ключевого события.

Под ключевым событием понимается событие, реализация которого приводит к вариантности развития пожароопасных ситуаций (пожаров), то есть точка ветвления дерева событий.

В качестве начальных событий рассматриваются пожароопасные ситуации или пожары, возникающие в помещениях здания вследствие:

- поступления в окружающее пространство пожароопасных, пожаровзры-воопасных и/или взрывоопасных технологических сред;

- появления источника зажигания, способного инициировать пожар горючих веществ и материалов, обращающихся в помещении.

Условная вероятность поражения человека !„, при его нахождении в и-ом помещении при реализации у-го сценария пожара определяется по формуле:

где Е„1 - вероятность эвакуации людей, находящихся в и-ом помещении здания, по эвакуационным путям при реализации у'-го сценария пожара;

- вероятность выхода из здания людей, находящихся в /-ом помещении, через аварийные или иные выходы.

Время эвакуации людей из здания, а также время блокирования путей эвакуации ОФП являются случайными величинами, поэтому при определении условной вероятности эвакуации людей следует сравнивать распределения этих величин, а не два абсолютных значения.

Методика также не учитывает блокирование путей эвакуации вследствие нарушения целостности или обрушения строительных конструкций. Однако, вклад в величину пожарного риска, обусловленный возможностью блокирования путей эвакуации при нарушении целостности их ограждающих конструкций, может быть при определенных условиях (большое число людей в помещении и малое значение предела огнестойкости) значителен.

Исходя из вышесказанного, вероятность эвакуации можно определить по формуле:

где С,у - вероятность потери несущими конструкциями своей целостности, определяется по формуле:

(4)

(5)

(6)

где /*7? - предел огнестойкости несущих конструкций здания, который определяется на основе проектных решений, мин; /жвп, - эквивалентная продолжительность пожара соответствующая расчетному времени воздействия у'-го сценарии пожара при эвакуации людей из п-го помещения, мин; - стандартное отклонение предела огнестойкости несущих конструкций здания; оэквц - стандартное отклонение эквивалентной продолжительности у'-го сценария пожара.

0,8т,

6:т)

1'17

2"У

(8)

где т,-а„1 - время от начала реализации у'-го сценария пожара до блокирования эвакуационных путей из п-то помещения в результате распространения на них ОФП, имеющих предельно допустимые для людей значения (время блокирования эвакуационных путей из п-то помещения), мин.; - расчетное время эвакуации людей из п-то помещения при у'-ом сценарии пожара, мин.; ти э„у -интервал времени от начала реализации у'-го сценария пожара до начала эвакуации людей из п-то помещения, мин.; <т;„, - стандартное отклонение расчетного времени эвакуации людей из п-то помещения при у'-ом сценарии пожара; о2п] ~ стандартное отклонение времени гй,„, от начала реализацииу'-го сценария пожара до блокирования эвакуационных путей из «-го помещения в результате распространения на них ОФП, имеющих предельно допустимые для людей значения (время блокирования эвакуационных путей из п-то помещения).

Время тг,щ от начала реализации у'-го сценария пожара до блокирования эвакуационных путей из п-то помещения в результате распространения на них ОФП определяется путем выбора из полученных в результате расчетов значений критической продолжительности пожара минимального времени:

= ггап{4Р, }, (9)

где 1ТКР - критическая продолжительность пожара по условию блокирования эвакуационных путей в результате воздействия теплового излучения и/или повышенной температуры, мин.; /"пв - критическая продолжительность пожара по условию блокирования эвакуационных путей по потере видимости, мин.;

- критическая продолжительность пожара по условию блокирования эвакуационных путей в результате снижения концентрации кислорода, мин.; 1тКр - критическая продолжительность пожара по условию блокирования эвакуационных путей в результате повышения концентрации токсичных продуктов горения и термического разложения, мин.

В последние годы в мировой практике уделялось большое внимание усовершенствованию критериев воздействия на людей ОФП. Одним из наиболее современных нормативных документов, устанавливающих указанные критерии, является международный стандарт ISO 13571:2007. Life-threatening components of fire - Guidelines for the estimation of time available for escape using fire data (Опасность для жизни при пожаре. Руководящие указания по оценке времени, необходимого для эвакуации, учитывающие характеристики пожара). Согласно этому стандарту критическая продолжительность пожара ( t'KI, ) по тепловому потоку и повышенной температуре определяется по времени достижения на путях эвакуации эффективной тепловой дозой (Qfed) величины, равной 1.

Эффективная тепловая доза определяется по формуле:

где 1Ьа1] - допустимое время воздействия теплового излучения в течение промежутка времени Л/, мин.; /„,„,, - допустимое время воздействия повышенной температуры, мин.; д - интенсивность теплового потока, кВт/м2; Л1 - промежуток времени воздействия, мин.; I/, Ь - границы временного интервала, в течение которого рассматривается возможность эвакуации людей из помещения, мин.

Допускается критическую продолжительность пожара по тепловому потоку и повышенной температуре определять по достижению на путях эвакуации одного из следующих критических значений:

- интенсивности теплового потока 2,5 кВт/м";

- температуры воздуха 90°С (в случае, если в воздухе помещения содержание водяного пара менее 10 % (об.)).

Для помещений, в которых концентрация паров воды в воздухе составляет 10% (об.) и более, критическая продолжительность пожара по тепловому потоку и повышенной температуре определяется по достижению температуры воздуха на путях эвакуации 60°С.

Критическая продолжительность пожара по воздействию токсичных продуктов горения и термического разложения определяется по наименьшему из времен достижения эффективной дозой Х/.ЕГ) или эффективной концентрацией Хрес величины, равной 1. К токсичным продуктам горения, для которых рассчитывается величина Хрео, относят вещества, вызывающие потерю сознания, приводящие к летальному исходу в результате гипоксии, воздействующее на центральную нервную систему и/или сердечно сосудистую систему.

At, если q < 2,5 кВт/м2;

(10)

К токсичным продуктам, для которых рассчитывается величина XFEC, относят вещества, которые стимулируют нервные рецепторы в глазах, дыхательных путях, вызывая разную степень дискомфорта и боль наряду с возбуждением различных физиологических защитных реакций.

Эффективная доза рассчитывается по формуле:

" '' С

где С, - средняя концентрация /'-го токсичного продукта горения или термического разложения в выбранный отрезок времени At, мкл-л"'; Al- выбранный отрезок времени, мин.; (С-(): - удельная экспозиционная доза, которая может воспрепятствовать самостоятельной эвакуации находящихся в опасной зоне людей, мкл-мин-л"1.

Эффективная концентрация определяется по формуле:

Xfec=Lj, (12)

где <р, - средняя концентрация /'-го токсичного продукта горения и термического разложения, мкл-л"1; F, - концентрация /'-го токсичного продукта, при которой люди, находящиеся в зоне пожара, не могут предпринимать эффективные действия, направленные на спасение, мкл-л"1.

Допускается критическую продолжительность пожара по повышению на путях эвакуации концентрации токсичных продуктов горения и термического разложения определять по достижению на путях эвакуации критической концентрации каждого из токсичных продуктов горения с учетом их независимого действия (при их выделении при реализации рассматриваемого сценария): С02 - 0,09 кг-м'3 (* 52 570 мкл-л"'); СО - 1,16 10° кг-м'3 (« 1065 мклл"'); HCl - 23-10"6 кг-м"3 (* 16 мкл-л"'); HCN - 5,26-10"6 кг м"3 (« 5 мкл л"1); N02 - 4,48-10"5 кг-м'3 (« 25 мкл-л"'); НВг - 3,15-10" кг м"3 (« 100 мкл-л"1); Акролеин - 6,54-10'6 кг м'3 (* 3 мкл-л"'); HF - 3,89-10"5 кг м"3 (« 50 мкл-л"'); Формальдегид - 5,84-10"5 кгм"3 (~ 50 мкл-л'1); S02 - 3,74-10"5 кг м"3 (и 15 мкл л'1).

Критическая продолжительность пожара (t"f) по потере видимости определяется по времени достижения на путях эвакуации расстояния, критического по потере видимости. При этом целесообразно воспользоваться следующими значениями указанного критического расстояния:

-5м для всех сценариев пожара при площади помещения менее 100 м2;

-5м для сценариев развития пожара, связанных с успешным срабатыванием системы оповещения и управления эвакуацией 2-5 типа при площади помещения 100 м2 и более;

-10 м для всех сценариев пожара при площади помещения 100 м2 и более для зданий, оборудованных СОУЭ 1 типа;

-Юм для сценариев развития пожара, связанных с не успешным срабатыванием СОУЭ 2-5 типа при площади помещения 100 м" и более.

В четвертой главе «Апробирование предложений по совершенствованию методики определения расчетных величин пожарного риска. Применение методики, результаты и их обсуждение на примерах» были опробованы предложенные совершенствования методики определения расчетных величин пожарного риска на производственных объектах на примере расчета индивидуального пожарного риска для таких объектов, как цех производства гранулированной серы, высотное (100 м) производственное здание корпуса твердофазной поликонденсации полиэтилентерефталата и здания склада полиэтилена высокой плотности. Был проведен сравнительный анализ результатов расчета.

Данные объекты были выбраны в качестве примеров, позволяющих продемонстрировать влияние предлагаемых совершенствованных методов на величины потенциального риска: использование метода логических деревьев событий, учет вероятностного характера эвакуации, учет огнестойкости для уникальных зданий, имеющих продолжительные пути эвакуации, а также учет совместного влияния токсичных продуктов сгорания на человека, в том числе, не рассматриваемых в существующей Методике.

Па рисунке 2 приведен план здания цеха производства гранулированной серы. Основной пожарной нагрузкой здания является гранулированный продукт, при горении которого выделяются токсичные вещества, отличные от рассматриваемых в существующей Методике.

Г---^ 1 1 1 1 —-г-1—|— 1 1 —1 1

1 1 1 1 1 и 1_. . и И 1

1 1 I 1 I 1 ...... 1 1 1

1 - Г*--«-----:=а И

Рисунок 2 - План здания цеха производства гранулированной серы: 1 - помещение грануляции; 2 - электрощитовая; 3 - контроллерная; 4 - венткамера

Были рассмотрены сценарии возникновения пожара в каждом помещении. Расчет проводился с использованием зонной модели. Вклад в потенциальный риск определялся от каждого сценария пожара в каждом помещении. При расчете по предлагаемой Методике для определения расчетных сценариев был использован метод логических деревьев событий, учитывающий условные вероятности срабатывания технических средств по обеспечению пожарной безопасности (рисунок 3).

Рисунок 3 - Дерево событий развития пожара в здании

Время от начала реализации сценария до блокирования эвакуационных путей токсичными продуктами при горении серы определялось по достижению на путях эвакуации предельно допустимого значения концентрации БСЬ -15 мкл-л'1.

В таблице 4 приведено сравнение результатов расчета потенциального пожарного риска для помещений рассматриваемого здания.

Таблица 4

Наименование помещения Величина потенциального пожарного риска, год''

Расчет по Методике Расчет с учетом предлагаемых совершенствованных методов

Грануляция 1,110"' 3,610"

Электрощитовая 1,110"' 5,2-10"

Контроллерная 1,110"' 2,7-10-

Сравнение результатов расчета показывает, что использование метода логических деревьев событий, а также учет токсичных продуктов сгорания, не рассматриваемых в Методике, увеличивает значение потенциального риска на один порядок.

Далее приведен расчет потенциального риска для здания производства полимерных продуктов. На рисунке 4 приведена схема этажа здания.

Рисунок 4 - Схема этажа здания на промежуточной отметке: 1 — производственное помещение; 2 - лестничная клетка; 3 - входной тамбур;

4 - лифт; 5 - коридор; 6 - эвакуационная лестница; 7 - санузел;

8 - вспомогательное помещение

Производственное здание имеет высоту от планировочной отметки до кровли 100 м. Основными пожароопасными веществами, обращающимися в здании, являются гранулированный полимерный продукт и даутерм, который используется в качестве высокотемпературного органического теплоносителя (ВОТ). Одной из особенностей рассматриваемого здания является многосветное пространство, обусловленное наличием оборудования, проходящего через несколько этажей, вследствие чего для расчета ОФП был применен полевой метод. Условная вероятность успешной эвакуации людей определялась с учетом предела огнестойкости несущих конструкций здания. Был произведен расчет для значений предела огнестойкости несущих конструкций здания Я = 120 мин. и Я = 45 мин.

В таблице 5 приведен перечень возможных сценариев пожара для рассматриваемого здания на промежуточной отметке 83,0 м.

Таблица 5_

№ сценария Наименование помещения Пожароопасные ситуации (пожары)

1 Производственное помещение (поз. 1) Пожар полиэтилена

2 Производственное помещение (поз. 1) Пролив ВОТ и его горение

3 Вспомогательное помещение (поз. 8) Пожар электрокабелей

В таблице 6 приведено сравнение результатов расчета потенциального пожарного риска для рассмотренных помещений.

Таблица 6__

Наименование помещения Величина потенциального пожарного риска, год"1

Расчет по Методике Расчет с учетом предлагаемых совершенствованных методов при Я = 120 Расчет с учетом предлагаемых совершенствованных методов при Л = 45

Производственное помещение 7,0-10"6 1,2-10"7 2,0-10"6

Сравнение результатов расчета показывает, что учет огнестойкости влияет на величину потенциального риска. При снижении предела огнестойкости со значения Я = 120 мин. до Л = 45 мин., величина потенциального риска увеличивается на один порядок.

Далее приведен пример определения величины потенциального риска для здания склада полиэтилена высокой плотности (рисунок 5).

- 1--г -----^----1----1—|----1----Х^'^'Х---->---- —-Т----1—.....4—1----н—Р-—+—4----

—+---

1ШТ 1 1II1 мм ----4----(_ ::— 1 - Г

- "Г" "Г" "Г "Г —Г ■ Г - 1 - -Г" Т" -+- -"Г -

-гткт—г—г)----1---------------1----1----"I----1----1-----(------

^шгт^ -ТГ 1 ! „ : Г Ч -1 - 1— }

б. ±у

Рисунок 5 - Схема здания склада готовой продукции: 1 - склад готовой продукции; 2 - помещение переключающих устройств;

3 - комната трансформаторов; 4 - хранилище деревянных поддонов;

5 - хранилище вспомогательных материалов; б - офисная часть, состоящая из 24 помещений

Здание имеет помещение для хранения готовой продукции, ряд вспомогательных помещений, а также офисные помещения, расположенные на двух этажах, сообщающиеся с помещением хранения.

В таблице 7 приведен перечень возможных сценариев для рассматриваемого здания склада готовой продукции, а в таблице 8 - сравнение результатов расчета потенциального пожарного риска для помещения склада готовой продукции.

Таблица 7

№ сценария Наименование помещения Пожароопасные ситуации (пожары)

1 Склад готовой продукции (поз. I) Пожар полиэтилена

2 Помещение переключающих устройств (поз. 2) Пожар электрокабелей

3 Комната трансофрматоров (поз. 3) Пожар электрокабелей

4 Хранилище деревянных поддонов (поз. 4) Пожар древесины

5 Хранилище вспомогательных материалов (поз. 5) Пожар электрокабелей

Таблица 8

Наименование помещения Величина потенциального пожарного риска, год"'

Расчет по Методике Расчет с учетом предлагаемых совершенствованных методов

Склад готовой продукции 2,9-10"4 1,5-10''

Сравнение результатов расчета показывает, что учет огнестойкости и вероятностного характера эвакуации для рассматриваемого здания влияет на величину потенциального риска, уменьшая ее на три порядка.

Выполненные расчеты показывают, что результаты, полученные при вычислении по имеющейся Методике, в некоторой степени расходятся с результатами, полученными при вычислении по предлагаемым совершенствованным подходам. Это связано с тем, что существующие методы оценки пожарного риска в недостаточной степени учитывают специфику пожарной опасности ряда промышленных предприятий. Таким образом целесообразно использование усовершенствованных критериев поражения человека ОФП и метода логических деревьев событий с учетом возможности как эффективного срабатывания, так и неэффективного срабатывания различных систем противопожарной защиты. Следует отметить также важность учета эффективности различных типов СОУЭ при определении времени начала эвакуации.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

1. На основе анализа состояния вопроса количественной оценки пожарного риска для производственных зданий и сооружений выявлен ряд расхождений в подходах к определению условной вероятности поражения человека опасными факторами пожара в зданиях (помещениях) в действующей Методике с подходами, установленными в международных стандартах, и показана необходимость более детального рассмотрения и учета международных стандартов, руководств и опубликованных работ в указанной области, а также влияния различных противопожарных мероприятий.

2. В результате анализа экспериментальных исследований процесса эвакуации с этажерки технологической установки получены новые данные по скорости движения по различным эвакуационным путям с этажерки, в том числе в условиях, имитирующих эвакуацию персонала в случае пожара.

3. Показана необходимость использования метода логических деревьев событий при рассмотрении различных сценариев пожара в помещениях (зданиях), совершенствование подходов к учету влияния мероприятий по противопожарной защите, учет вероятностного характера времени эвакуации и время от начала пожара до блокирования эвакуационных путей в результате распространения на них опасных факторов пожара, а так же целесообразность перехода к использованию критериев поражения человека опасными факторами пожара, основанных на современных международных стандартах.

4. Предложена новая методика оценки пожарного риска для зданий (помещений), в которых обращаются горючие газы, легковоспламеняющиеся и горючие жидкости, отличающаяся тем, что в ней:

- введен метод логических деревьев событий при рассмотрении различных сценариев пожара в зданиях (помещениях);

- усовершенствованы подходы к учету влияния мероприятий по противопожарной защите;

- предлагается использование усовершенствованных критериев поражения человека опасными факторами пожара;

- применен учет вероятностного характера времени эвакуации и время от начала пожара до блокирования эвакуационных путей в результате распространения на них опасных факторов пожара.

5. Проведена оценка риска для производственных объектов, в которых обращаются вещества, при горении которых выделяются токсичные продукты горения, отличные от рассматриваемых в существующей методике, а также для уникальных производственных объектов, таких, как цех производства гранулированной серы, производственное здание корпуса твердофазной поликонденсации полиэтилентерефталата высотой более 100 м и здания склада полиэтилена высокой плотности.

6. Результаты работы нашли практическое применение при разработке «Пособия по определению расчетных величин пожарного риска для производственных объектов», а также проектных решений и мероприятий по обеспечению пожарной безопасности «ГТЭС Щербинка мощностью 375 МВт и 433 Гкал/час.», «Нового комплекса по производству олефинов ОАО «Нижне-камскнефтехим», ряда объектов ООО «Татнефть -Пресскомпозит».

Основные положения диссертации опубликованы в следующих периодических изданиях из перечня ВАК:

1. Шебеко, Ю.Н. Расчет социального пожарного риска для производственных объектов [Текст] / Ю.Н. Шебеко [и др.] // Пожарная безопасность. - 2011. -№ 4. -С. 94-96.

2. Шебеко, Ю.Н. Особенности расчета индивидуального пожарного риска для производственных зданий химической промышленности (на примере цеха производства гранулированной серы) [Текст] / Ю.Н. Шебеко [и др.] // Пожарная безопасность. - 2012. -№ 3. - С. 71-76.

3. Гордиенко, Д.М. Критерии предельно допустимого пожарного риска для производственных объектов [Текст] / Д.М. Гордиенко [и др.] // Пожарная безопасность. - 2012. - № 4. - С. 94-101.

4. Гордиенко, Д.М. Оценка пожарного риска для уникальных производственных зданий [Текст] / Д.М. Гордиенко[и др.] // Пожарная безопасность. -2014. -№ 2. -С. 83-93.

5. Трунева, В.А. Совершенствование методов определения расчетного времени блокирования эвакуационных путей опасными факторами пожара [Электронный ресурс] / В.А. Трунева // Технологии техносферной безопасности. - 2015. - Вып. 1 (59). - 10 с. - Режим доступа: http://ipb.mos.ru/ttb/2015-1/2015-l.html.

Остальные публикации по теме диссертации:

6. Шебеко, Ю.Н. Совершенствование подходов к определению расчетных величин пожарного риска для зданий производственных объектов [Текст] / Ю.Н. Шебеко [и др.] // Материалы XXIV Международной научн.-практ. конф.: Актуальные проблемы пожарной безопасности. - М.: ВНИИПО. - 2012. - С. 25.

7. Шебеко, Ю.Н. Критерии предельно допустимого пожарного риска для производственных объектов [Текст] / Ю.Н. Шебеко [и др.] // Материалы XXIV Международной научн.-практ. конф.: Актуальные проблемы пожарной безопасности. - М.: ВНИИПО. - 2012. - С. 73-75.

8. Шебеко, Ю.Н. Особенности определения расчетных величин индивидуального пожарного риска для зданий химической промышленности на примере цеха производства гранулированной серы [Текст] / Ю.Н. Шебеко [и др.] // Материалы XXIV Международной научн.-практ. конф.: Актуальные проблемы пожарной безопасности. - М.: ВНИИПО. - 2012. - С. 75-77.

9. Gordienko, D.M. Fire Risk Assessment for Main Pipelines Transportation of Oil and Gas / D.M. Gordienko [et all.] // Proceedings of the Seventh International Seminar on Fire and Explosion Hazards (ISFEH7). - University of Bergen, 2013. -P. 183-189.

10. Гордиенко, Д.М. Совершенствование методов расчета пожарного риска для производственных зданий [Текст] / Д.М. Гордиенко[и др.] // Материалы XXVIIMeждyнapoднoй научн.-практ. конф.: Актуальные проблемы пожарной безопасности. - М.: ВНИИПО. - 2015. - С. 277-287.

Подписано в печать 22.09.2015 г. Формат 60x84/1/16. Печать офсетная. Усл. печ. л. 1,0. Тираж 100 экз. Заказ №326. Типография ФГБУ ВНИИПО МЧС России мкр. ВНИИПО, д. 12, г. Балашиха, Московская обл. 143903

15-10955

2015671142

2015671142