автореферат диссертации по безопасности жизнедеятельности человека, 05.26.03, диссертация на тему:Технология применения рукавных систем с пропускной способностью более 100 Л/С для тушения пожаров на объектах энергетики

ОЛЬХОВСКИЙ ИВАН АЛЕКСАНДРОВИЧ

ТЕХНОЛОГИЯ ПРИМЕНЕНИЯ РУКАВНЫХ СИСТЕМ С ПРОПУСКНОЙ СПОСОБНОСТЬЮ БОЛЕЕ 100 Л/С ДЛЯ ТУШЕНИЯ ПОЖАРОВ НА ОБЪЕКТАХ ЭНЕРГЕТИКИ

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

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

005557074

Москва-2014

005557074

ОЛЬХОВСКИЙ ИВАН АЛЕКСАНДРОВИЧ

ТЕХНОЛОГИЯ ПРИМЕНЕНИЯ РУКАВНЫХ СИСТЕМ С ПРОПУСКНОЙ СПОСОБНОСТЬЮ БОЛЕЕ 100 Л/С ДЛЯ ТУШЕНИЯ ПОЖАРОВ НА ОБЪЕКТАХ ЭНЕРГЕТИКИ

Специальность: 05.26.03 — Пожарная и промышленная безопасность (технические науки, отрасль энергетика)

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва —2014

Работа выполнена в федеральном государственном бюджетном учреждении высшего профессионального образования «Академия Государственной противопожарной службы МЧС России» на кафедре «Пожарная техника»

Научный руководитель: Алешков Михаил Владимирович

доктор технических наук, доцент

Официальные оппоненты: Губонина Зоя Ивановна

доктор технических наук, профессор, Институт инженерной экологии и химического машиностроения в составе Московского государственного

машиностроительного университета (МАМИ), профессор кафедры «Инженерной экологии и альтернативной энергетики»

Синельникова Елена Анатольевна

кандидат технических наук, Федеральное государственное бюджетное учреждение «Всероссийский ордена «Знак почета» научно-исследовательский институт противопожарной обороны», заместитель начальника отдела «Пожарно-спасательных машин и агрегатов» научно-исследовательского центра пожарной и спасательной техники (НИЦ ПиСТ)

Ведущая организация ОАО «Концерн РОСЭНЕРГОАТОМ»

Защита состоится 19 декабря 2014 г. в 14 часов 00 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 Государственной противопожарной службы МЧС России, а так же на сайте http://academygps.ru/uploads/files/lNGnlzIpo4x6Rc8NDqll.pdf

Автореферат разослан 24 октября 2014 г.

Ученый секретарь __/

диссертационного совета í Швырков Сергей Александрович

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ Актуальность темы исследования. Основным фактором, определяющим развитие общества, уровень его культуры и материальной обеспеченности, является энергетика. Анализ произошедших пожаров на объектах энергетики (ОЭ) показал, что они, практически всегда, влекут за собой масштабные негативные последствия (гибель людей, остановка производства, выбросы и загрязнение окружающей среды). Следует отметить, что для ликвидации чрезвычайных ситуаций на ОЭ требуется перекачивать большие объемы огнетушащих веществ (ОТВ) (таблица!).

Таблица 1 -Пожары и ЧС на объектах электроэнергетики

Объект Подача, л/с Общий объем ОТВ, м3 Количество и вид техники

АЭС Фукусима-1 250 900 000 8 насосных станций, строительные бетононасосы

Саяно-Шушенская ГЭС 425 277 000 4 насосных установки

Федеральный ядерный центр в г. Саров -300 = 150 000 42 единицы специальной техники

Волгодонская АЭС = 100 = 100 13 единиц специальной техники, строительный кран

Таким образом совершенствование технических средств и методов подачи ОТВ, повышение эффективности средств тушения на ОЭ является особенно актуальным. В связи с этим остро встает вопрос обоснования технологии применения рукавных систем большой пропускной способности, включающей в себя процесс прокладки рукавных линий, их работу, освобождение линии от остатков ОТВ и ее уборку.

Обзор технических возможностей пожарных подразделений показал, что начиная с серединыХХ века для тушения крупных пожаров применяются насосная станция на шасси ЗиЛ (подача насосной установки (НУ) до 100 л/с и рукавный автомобиль АР-2 (запас рукавов диаметром условного прохода (ДУ) 150 мм до 1900 м), конструкция которых не претерпела существенных изменений до настоящего времени. Однако, опыт тушения крупных пожаров, выявил необходимость в применении более мощных средств подачи ОТВ, разработка которых активно велась в последнем десятилетии (таблица 2).

Таблица 2 - Технические характеристики насосно-

зукавных комплексов (HPK)

Параметр HPK ПНС 110/АР-2 Поток Шквал Магистраль

Базовое шасси Камаз 43118 Камаз 6520 IVECO 6339 Урал 63701

Подача НУ, л/с 110 130 400 130

Напор при номинальной подаче, м 100 100 100 100

Запас рукавов различного диаметра, м/мм 600/80; 1400/150 1000/150 60/250 1600/300 600/80 600/150

Глубина забора, м 7 60 15 20

Появление пожарных автомобилей (ПА) с НУ высокой производительности потребовало обеспечения их пожарными напорными

рукавами (ПНР) и рукавной арматурой с соответствующей пропускной способностью. Важно отметить, что ПНР с ДУ 150, 200, 250 и 300 мм применяемые совместно с современными насосно-рукавными комплексами по своим параметрам превосходят требования ГОСТ Р 51049-2008 «Техника пожарная. Рукава пожарные напорные. Общие технические требования. Методы испытаний».

Из произведенного анализа можно сделать вывод, что наблюдается тенденция увеличения масштабов пожаров и аварий на ОЭ, для их ликвидации пожарно-спасательные и аварийные службы используют ПНР, технология применения которых не изучены. Для обоснования технологии применения рукавных систем важным является вопрос определения их гидравлических характеристик. Применяемые в настоящее время данные гидравлических характеристик (пропускная способность, потери напора) пожарных напорных рукавов были определены еще в 40-ых годах XX века. За прошедший период времени в области производства и эксплуатации рукавов произошли значительные изменения. Для создания внутреннего и наружного покрытия, а также пропитки применяются новые материалы, (каучук, полиуретаны, совилены и др.). Материалы при полимеризации и в процессе нанесения их на внутреннюю часть ПНР образую поверхности с различной шероховатостью, которая в свою очередь оказывает влияние на движение ОТВ по рукавам.

Работники противопожарных служб для расчета максимальных длин рукавных линий и необходимых напоров на насосах пользуются устаревшими данными, полученными на изделиях, которые в настоящее время не выпускаются и для работы не применяются. Изложенный материал позволяет говорить об актуальности вопроса обоснования технологии применения рукавных систем с пропускной способностью более 100 л/с для тушения пожаров на ОЭ.

Разработанность темы исследования. Большой вклад в исследование данной проблематики внесли специалисты работающие в разное время во ВНИИПО и Академии ГПС МЧС России. Все исследования, проводившиеся в рассматриваемой области, были направлены на изучения гидравлических параметров ПНР с ДУ до 80 мм. Для ПНР с ДУ 150, 200, 250 и 300 мм на сегодняшний день не существует научно-обоснованных данных их гидравлических характеристик. А также до сих пор исследователи в этой области не пришли к единому мнению по влиянию шероховатости на потери напора в ПНР.

Таким образом целью работы является обоснование технологии применения рукавных систем с пропускной способностью более 100 л/с для предупреждения и тушения пожаров на ОЭ за счет исследования гидравлических характеристик ПНР с ДУ от 150 до 300 мм и разработки способов удаления остатков огнетушащих веществ из рукавных линий.

Для достижения поставленной цели следует решить ряд задач:

1. Произвести анализ пожаров и ЧС произошедших на объектах энергетического комплекса по перекачке большого количества ОТВ.

2. На основе анализа научных работ разработать испытательный комплекс (ИК) и методику для измерения гидравлических характеристик в рукавных системах большой пропускной способности;

3. По результатам обработки экспериментальных данных получить расчетные зависимости для оценки потерь напора по длине рукавных линий;

4. Обосновать технологию применения рукавных систем с пропускной способностью более 100 л/с для предупреждения и тушения пожаров на ОЭ.

Объект исследования: процесс обеспечения подачи большого количества огнетушащих веществ на тушение пожаров.

Предмет исследования: гидравлические характеристики рукавных систем с пропускной способностью свыше 100 л/с, предназначенных для предупреждения и тушения пожаров на объектах энергетики.

Научная новизна работы заключается в следующем:

- разработан ИК для проведения исследований гидравлических характеристик рукавных систем с пропускной способностью до 575 л/с и оценена точность измерений;

- получены зависимости потерь напора, сопротивления и удельного сопротивления от расхода и параметров шероховатости внутренней поверхности ПНР с учетом условий работы рукавной линии в практически значимом диапазоне изменения определяющих параметров при тушении пожаров на ОЭ, для рукавов с ДУ 150,250 и 300 мм;

- получены значения шероховатости внутренней поверхности ПНР с ДУ 50, 65, 80, 150, 250 и 300 мм применяемых в России как отечественного, так и зарубежного производства;

- предложена технология применения рукавных систем с пропускной способностью более 100 л/с для тушения пожаров.

Теоретическая значимость исследования обоснована тем, что доказана применимость полученных математических моделей, позволяющих обосновать применение рукавных систем большой пропускной способности. Модель использована для оценки работоспособности рукавных систем с ДУ 200 и 250 мм при подачи ОТВ для тушения пожаров на ОЭ.

Практическая значимость работы заключается в следующем:

1. С применением разработанного испытательного комплекса получены величины потерь напора по длине рукавных линий с ДУ 150, 200, 250 и 300 мм.

2. С применением разработанного ИК получены величины местных сопротивлений в рукавных разветвлениях РЧ-300, РД-300 и обратном клапане с ДУ 300 мм.

3. Предложена технология применения рукавных систем большой пропускной способности применительно к различным объектам атомной энергетики.

4. Разработаны рекомендации по применению ПНР для подачи огнетушащих веществ при тушении пожаров на объектах атомной энергетики.

5. Предложен способ освобождения рукавных линий различного диаметра от остатков огнетушащих веществ после прекращения по ним подачи.

Методология и методы исследования. Основу теоретических исследований составляли методы математической статистики и метод экспертных оценок, метод математического моделирования. Моделирование и расчеты, связанные с определением потерь напора в рукавных линиях при прямолинейной прокладке подтверждены результатами натурных экспериментов.

На защиту выносятся следующие положения:

- результаты исследования гидравлических характеристик пожарных напорных рукавов с ДУ 150,200 и 300 мм;

- результаты исследования гидравлических характеристик рукавной арматуры с ДУ 150,200 и 300 мм;

- математическая зависимости для определения потерь напора по длине рукавной линии в зависимости от расхода, диаметра условного прохода и шероховатости внутренней поверхности;

- способ освобождения рукавных линий различного диаметра от остатков огнетушащих веществ после прекращения по ним подачи;

- результаты оценки работоспособности насосно-рукавных систем с пропускной способностью более 100 л/с для тушения пожаров и ликвидации аварийных ситуаций на ОЭ.

Информационной основой исследования являлись отечественные и зарубежные литературные, правовые и нормативные источники, описания крупных пожаров, произошедших в Российской Федерации с 2005 по 2011 гг., планы тушения пожаров, материалы НИР в области обеспечения подачи ОТВ при тушении и предотвращении пожаров на объектах ОЭ.

Достоверность и обоснованность основных результатов, выводов и рекомендации диссертации обусловлены применением современных методов и средств исследования. Экспериментальные исследования выполнены с применение измерительного оборудования, прошедшего поверку в аккредитованной лаборатории. Производилось сопоставление экспериментальных и расчетных данных, полученных с помощью модели для идентичных условий.

Материалы диссертации реализованы при:

- разработке опытного образца пожарно-спасательного автомобиля ПСА-С 6,0-40 (6339) в климатическом исполнении XJI (ОАО ВЗППСО,2011 г.);

- разработке опытного образца пожарной автоцистерны АЦ-С 8,0-70 (6339) в климатическом исполнении XJI (ОАО ВЗППСО, 2012 г.);

- выполнении научно-исследовательской работы по государственному контракту № 28/3.3-87/А9 от 16.08.2012 г. «Норматив ПСТ»;

- разработке «Методических рекомендациях по применению пожарных рукавов для подачи огнетушащих веществ при тушении пожаров на объектах атомной энергетики» (ОАО «Концерн Росэнергоатом», 2013 г.).

- выполнении научно-исследовательской работы «Обоснование метода оценки работоспособности насосно-рукавных систем в условиях природных явлений синоптического характера», п. 5.3-17/В1 Плана научно-технической

деятельности в МЧС России на 2011-2013 годы, утвержденного приказом МЧС России от 05.03.2011 №107.

- разработке практического пособии «Тактические приемы, схемы боевого развертывания и нормативы применения современных образцов пожарной и аварийно-спасательной техники »-M.: Академия ГПС МЧС России, 2013. -312 с.

- разработке технического задания на разработку комплекса для исследования особенностей движения воды по техническим средствам подачи при подаче от HPK высокой производительности.

- проведении полигонных испытаний автомобилей насосно-рукавных модульных АНРМ 130-1/150 (6520), АНРМ 200-1/150 (6520) и комплекса насосно-рукавного модульного КНРМ400-1,6/300 (6339) (ОООВелмаш-С, 2012-2014г.)

Апробация работы

Основные результаты работы были доложены на 4-ой Международной научн.-практ. конф. «Обеспечение комплексной безопасности при освоении северных территорий» (г. Санкт-Петербург, СПб Университет ГПС МЧС России, 2011 г.); VI Московской межвузовской научно-практической конференции «Студенческая наука» при Правительстве Москвы (Москва, МСЦ при правительстве г. Москвы, 2011 г.); 20-й Международной научн.-техн. конф. «Системы безопасности - 2011» (г. Москва, Академия ГПС МЧС России, 2011 г.); Международной научн.-практ. конф. «Пожаротушение: проблемы, технологии, инновации» (г. Москва, Академия ГПС МЧС России, 2012 г.); XXIV Международной научн.-практ. конф. «По проблемам пожарной безопасности, посвященная 75-летию создания института» (г. Балашиха, ВНИИПО МЧС России, 2012 г.).; П-й Международной научн.-практ. конф. «Пожаротушение: проблемы, технологии, инновации» (г. Москва, Академия ГПС МЧС России, 2013 г.); 1-й Международной научн.-практ. конф. «Развитие Северо-Арктического региона: проблемы и решения» (г. Архангельск, Северный (Арктический) Федеральный Университет им. М.В. Ломоносова, 2013 г.).

Публикации

По теме диссертации опубликовано 10 научных работ, в том числе три в рецензируемых научных изданиях, включенных в перечень ВАК России. Один патент на полезную модель.

Структура, объем работы и ее основные разделы

Диссертационная работа состоит из введения, трех глав, заключения, списка использованной литературы и приложений. Содержание работы изложено на 145 страницах машинописного текста, включает в себя 34 таблицы, 52 рисунка, список использованной литературы из 111 наименований и 5 приложений.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы диссертации, сформулированы цель и задачи исследования, проанализированы объект

и предмет исследования, показаны научная новизна работы и её практическая значимость, приводятся сведения, характеризующие апробацию работы, а также положения выносимые на защиту.

В первой главе представлены результаты анализа пожарной опасности объектов энергетики. Пожары на объектах энергетического комплекса, несомненно, представляют значительную угрозу, как жизни и здоровью населения, так и экономике страны. Был проведен статистический анализ пожаров на объектах энергетического комплекса России за последнее десятилетие показатели приведены в таблице 3 и на рисунке 1.

Таблица 3 - Количество пожаров на ОЭ в период с 2001 по 2011 г.г.

Годы Министерство атомной энергетики Министерство промышленности и энергетики РАО «ЕЭС России»

Кол-во пожаров Материальный ущерб, тыс. руб. Кол-во пожаров Материальный ущерб, тыс. руб. Кол-во пожаров Материальный ущерб, тыс. руб.

2001 75 203 219 957 228 22473

2002 57 358 366 3258 227 1253

2003 47 1585 236 3266 161 1832

2004 35 224 223 2946 153 3410

2005 38 621 175 3373 177 1854

2006 22 276 183 7916 197 4095

2007 17 47 91 2813 139 3444

2008 13 359 70 1077 114 599

2009 8 12225 88 2478 - -

2010 13 40 111 9840 - -

2011 10 152 64 1321 - -

140

2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010 2011

Год

Рисунок 1 - Материальный ущерб от одного пожара на объектах энергетического комплекса с 2001 по 2011 год

Из результатов анализа следует, что с уменьшением количества пожаров в несколько раз материальный ущерб имеет тенденцию к увеличению. Это подтверждается исследованиями академика Легасова В.А. "...Для сегодняшнего мира характерна тенденция: при уменьшении вероятности каждого отдельно взятого негативного события (будь то авиационная, железнодорожная или

морская катастрофа, разрушение плотины, химического производства либо ядерного объекта) масштабы последствий, если оно все же случается, как правило, заметно вырастают..."

Проведенный анализ наиболее значимых ЧС произошедших на ОЭ за последние годы, позволяет сделать вывод что при ликвидации каждой ЧС потребовалось задействовать большое количество различных технических средств для откачки воды (на примере Саяно-Шушенской ГЭС), или для охлаждения и тушения пожара (на примере АЭС Фукусима-1). Кроме этого стоить отметить, что для выполнения функции охлаждения активной зоны атомного реактора при разрыве главного циркуляционного трубопровода необходимо обеспечивать подачу 200 л/с водного раствора бора в реактор. Такая же подача необходима и для расхолаживания реактора. При наличии на рассматриваемых объектах мобильных технических средств с требуемой подачей ОТВ масштабы ЧС были бы значительно меньшими.

Совершенствование технических средств и методов подачи ОТВ, повышение эффективности средств тушения для ОЭ является особенно актуальным. Заводы производители пожарной техники за последние время выпустили несколько современных HPK с подачей НУ от 130 до 400 литров в секунду.

Главной особенностью новых образцов техники является возможность осуществлять забор воды из труднодоступных и необорудованных источников с глубины до 60 метров (рисунок 2).

Рисунок 2 - Схема забора воды для HPK "Поток" (АНРМ 130-1/150)

С появлением на отечественном рынке ПА высокой производительности, стал вопрос обеспечения их ПНР и рукавной арматурой с соответствующей пропускной способностью, технология применения которых не изучены.

Большой вклад в исследование данной проблематики внесли специалисты работающие в разное время во ВНИИПО и Академии ГПС МЧС России. Все исследования, проводившиеся в рассматриваемой области, были направлены на изучения гидравлических параметров ПНР с ДУ не более 80 мм, но анализ существующих технических средств и их насосно-рукавных систем позволяет сделать вывод, что при тушении крупных пожаров на объектах энергетического комплекса они малоэффективны.

Изложенный материал позволяет говорить о необходимости обоснования технологии применения рукавных систем с пропускной способностью более

100л/с для тушения и предупреждения пожаров на ОЭ за счет исследования гидравлических характеристик пожарных напорных рукавов с диаметром условного прохода от 150 до 300 мм и разработки способов удаления остатков огнетушащих веществ из рукавных линий.

Во второй главе рассмотрены методики проведения экспериментов по определению гидравлических параметров рукавных систем применяемых в ходе своих исследований Нгуеном Ван Тху, Съцебурой Т, Яковчуком В.И., Хоанг Зань Бинем и С.П. Храмцовым.

Все рассмотренные методики и измерительные комплексы для оценки гидравлических характеристик рукавных систем применимы для определения гидравлических параметров ПНР с ДУ до 80 мм.

Для проведения экспериментов по определению гидравлических параметров технических средств подачи большого количества воды и водных растворов был разработан ИК, на который получен патент на полезную модель. В состав ИК входят следующие элементы, представленные на рисунке 3.

6 s

12

3 6 5

-rf^f-

/7' \

тг /

\ ----

X \ -СЗ-.; ехх-------

Н

ч ч ч

\ и х 13

Рисунок 3 - Измерительный комплекс для исследования гидравлических характеристик технических средств подачи больших объемов О ТВ

Пожарный автомобиль (1) устанавливается на ровной поверхности, собирается схема, соответствующая рисунку 3. Подготавливается регистратор (9) к работе (подключается питание, выбирается конфигурация измерений).

Затем через НУ подается ОТВ в рукавную линию (2), в которой установлены рукавные вставки (3) для измерительных приборов. Одна вставка (3) с расходомером (4) (рисунок 4) устанавливается в рукаве (2) рядом с насосной установкой (1). Следующая вставка (3) с датчиком температуры (5) и с датчиком избыточного давления (6) (рисунок 5) устанавливается на входе в испытываемый участок (7), и точно такая же - на его выходе перед разветвлением (8). Также, на каждой из вставок (3) с датчиками (5 и 6) имеются бобышки для подсоединения импульсных трубок (13), которые подсоединяются к датчику разности давления (12) (рисунок 6), определяющему разность давления воды в начале и в конце испытываемого участка. Каждый датчик (4, 5, 6 и 12) посредством компенсационного кабеля (10) связан

с соответствующим входом многоканального регистратора (9) выполненного с возможностью передачи информации на ЭВМ (11).

Представленный комплекс способен одновременно измерять параметры избыточного давления от 0 до 2,5 МПа, разности давлений от 0 до 2,5 МПа, расхода от 0,4 до 570 л/с и температуры от минус 50 до плюс 250°С при движении воды и водных растворов по техническим средствам подачи с сохранением данных на электронном носителе информации и выводом на экран монитора вторичного прибора.

Рисунок 4 - Рукавная вставка диаметром 300 и 150 мм с расходомером

Рисунок 5 - Вставка диаметром 300 и 150 мм с датчиками температуры и

избыточного давления

Рисунок 6 - Датчики разности давлений

Основными параметрами, характеризующими средства подачи больших объемов ОТВ, являются:

—потери напора по длине рукавных линий (затрачиваемые на преодоление гидравлического сопротивления при прохождении потока через рукава, разветвления, соединительные головки и стволы); — пропускная способность.

Результаты проведения экспериментов по оценке сопротивлений ПНР при прямолинейной прокладке представлены в таблице 4.

Таблица 4 — Величины пожарных рукавов при рабочих напорах_

Диаметр, мм Рукава прорезиненные сопротивление Sp одного рукава дайной 100 м

150 0,0013

200 0,0003

250 0,000068

300 0,000028

На основании анализа погрешности экспериментального определения величин сопротивления ПНР при рабочих напорах, можно заключить, что погрешность определения не превышает 2%.

Стоит отметить, что в ходе эксперимента были впервые определены с высокой точностью значения пропускной способности для пожарных напорных рукавов с ДУ 250 и 300 мм, а так же уточнены значения пропускной способности для рукавов с диаметром условного прохода 150 мм (таблица 5), считалось, что через рукав можно обеспечить подачу 92 л/с.

Таблица 5 — Пропускная способность рукавов различного диаметра

Источник данных Диаметр условного прохода рукава

50 мм 65 мм 80 мм 150 мм 250 мм 300 мм

Справочник РТП, л/с 10,2 17,1 23,3 - - -

Экспериментальные данные, л/с 13,9 22 29 202 215 430

Для практических рекомендаций по использованию технических средств подачи большого количества огнетушащих веществ были исследованы местные сопротивления рукавной арматуры.

Значение экспериментального коэффициента местного гидравлического сопротивления в разветвлениях РЧ-300 ^разветвления= 2,4.

Значение экспериментального коэффициента местного гидравлического сопротивления в обратном клапане ДУ 300 мм §обр.ююпан = 49,5.

До сегодняшнего дня не было изучено влияние величины шероховатости внутренней поверхности рукава полученной при статическом измерении (без давления) на потери напора. Шероховатость относится к микрогеометрии твёрдого тела и определяет его важнейшие эксплуатационные качества.

В некоторых работах авторы утверждают что определив величину шероховатости внутренней поверхности пожарного рукава можно с достаточной точностью определять потери напора по длине. Представляло интерес получить математические зависимости для потерь напора и параметра шероховатости Ка.

Для этого во Всероссийском научно-исследовательском институте метрологической службы на установке высокой точности, измерялись параметры шероховатости.

Для построения математической модели зависимости величин потерь напора от независимых величин были введены следующие кодировки и обозначения:

XI = ДУ- диаметр пожарного напорного рукава [мм]; х2= - подача огнетушащих веществ [л/с];

х3 = 11а - величина среднего арифметического отклонения профиля внутренней поверхности рукава [мкм]; у = ЛИ — потери напора [м].

Применяя в качестве исходных данных результаты эксперимента и величины среднего арифметического отклонения профиля (табл.6), как наиболее значимых, искалась зависимости в виде полинома второй степени.

У= Ро + 01-Х1+ /?2'Х2+ 03-Х3+ 011-А + 022-4 +

+ /?з " х| + р12 ■ X! ■ Х2 + Р13 • хх • Х3 + /?23 ■ Х2 ■ х3 (3)

Таблица 6 - Среднее арифметическое отклонение профиля

Наименование Диаметр ё, мм Среднее арифметическое отклонение Яа, мкм

Напорные с двусторонним полимерным покрытием 250 12,0532

150 49,8897

150* 50,9936

В ходе математической обработки было построена три модели Линейная модель:

У= Ро + Ргх2+ р3х3 (4)

Неполная квадратичная модель:

У= Ро + Р1Х1+ р2-х2+ ръхг+р2х1+ р12х1Х2 (5)

Квадратичная модель:

у = Р 0+ р1 Х1 + р2х2+ р3-х3+ Р11Х1+ Р22-х1+Р3-4 +

+р12 ■х1 х2 + р13 Х1 х3 + р23 -.г2 дг3 (6)

Адекватность моделей проверялась при помощи критерия Фишера, который подтвердил их адекватность, т.к. естественный разброс величин потерь превышает разброс, относительно полученный при использовании моделей.

Все предложенные модели с достаточной точностью описывают процесс потерь напора по длине рукавных линий и как следствие для практических расчетов достаточно применять формулу линейной модели, как наиболее простую в применении и учитывающую все определяющие потери напора факторы.

В третьей главе обоснованы технологии применения рукавных систем с пропускной способности более 100 л/с для тушения и предупреждения пожаров на объектах атомной энергетики.

На российских АЭС действуют 33 ядерных реактора, 17 из которых водо-водяные (ВВЭР) в которых предусмотрены 3 независимых канала систем безопасности, каждый из которых может выполнить функции всей системы. Для выполнения функции охлаждения активной зоны предусмотрена система пассивного впрыска, которая при разрыве главного циркуляционного трубопровода обеспечивает подачу 200 л/с водного раствора бора в рекатор. Такая же подача необходима и для расхолаживания реактора.

Проведя анализ атомных электростанций, ядерных реакторов которые на них применяются, а также систем безопасности нами был проработан вопрос технологии применения рукавных систем большой пропускной способности для тушения пожаров и аварийного водообеспечения объектов атомной энергетики, в том числе и активной зоны самого реактора, посредством мобильных средств пожаротушения большой производительности.

С учетом требуемых расходов для нужд пожаротушения и аварийного водообеспечения были оценены расстояния до открытых естественных водоисточников близ атомных станций, данные сведены в таблицу 7

Таблица 7 — Расстояния до естественных водоисточников близ АЭС

Название АЭС Водоисточник Расстояние до водоисточника

Ленинградская Финский залив 750

Курская река Сейм 810

Балаковская река Волга 1000

Смоленская река Десна 570

Калининская озеро Удомля 820

Нововоронежская река Дон 790

Волгодонская Цимлянское водохранилище 690

Белоярская река Пышма 1050

Кольская озеро Иманда 1120

Билибинская водохранилище Б.Поннеурген 1300

В связи с тем что для водообеспечения атомных электростанций необходимо применять насосно-рукавные системы с подачей не менее 210 л/с, а с учетом работы системы необходимо иметь энергетический запас не менее 20 %, что составит = 250 л/с.

Произведя расчет можно определить, что с этой задачей может справиться 8-9 отделений на автоцистернах АЦ-40, 3 отделения на ПНС-110, 2 отделения на АНРМ 130-1/150 и ПАНРК 4/1,2-130(63701) или 1 отделение на КНРМ 400-1,6/300. Возможности пожарных подразделений на автоцистернах, автонасосах, насосных станциях (АНРМ 130-1/150 и ПАНРК 4/1,2-130 (63701) по своим тактико-техническим показателям и решаемым задачам схож с ПНС-110 и АР-2)и т.п. описаны в справочнике РТП, в связи с этим далее рассмотрим технологии применения рукавных систем на насосно-рукавных

комплексах КНРМ 400-1,6/300 (рисунок 7). В схемах приняты: ПНР магистральных линий с двусторонним полимерным покрытием ДУ 300 мм; напоры на насосах 100-140 м, а на стволах 60 м, при свободном изливе и работы в перекачку напор в конце рукавной линии 10-20 м.

Ш1)

'КНРМ

ь —н

Г|| Iй

п и-

<8>

ьипыош, л ъпк-т

Рисунок 7— Схемы развертывания от КНРМ при подаче воды и пены

Исходя из полученных данных, можно сделать вывод, что подразделения вооруженные насосно-рукавными комплексами, в составе которых применяются рукава с ДУ 250-300 мм, способны обеспечить требуемую подачу для ликвидации пожаров и аварийного водообеспеченияна всех, эксплуатируемых на сегодняшний день, АЭС.

Кроме этого в третей главе предложены методы удаления воды из рукавных линий для ее повторного применения. Технология подачи воды на тушение пожара включает ряд элементов. Все они хорошо известны. Однако до настоящего времени не исследован вопрос по освобождению рукавных линий от остатков огнетушащих веществ после тушения пожара. Обычно она сливается из рукавов по месту прокладки рукавных линий. При этом огнетушащие вещества загрязняет территорию или помещения, в которых проложены рукавные линии (например, машинные залы электростанций заводов и т.д.).Поэтому становится важным, прежде всего, оценить количество воды, заполняющее рукавные линии.

В настоящее время в ГПС применяются рукава различных диаметров. Объем огнетушащих веществ, находящихся в них, приводится в таблице 8.

Наименование Размерность Показатели

Диаметр ПНР мм 50 65 80 150 200 300

Объем ОВ л 40 70 90 350 600 1400

Среднее число пожаров в период с 2007 по 2011 гг. можно принять равным 170000, а объем пролитых ОТВ при сборке рукавных линий составил около 140000 м3.Удаление воды из рукавных линий превращается в проблему во всех случаях применения рукавов большого диаметра. В настоящее время для тушения пожаров на объектах энергетики, нефтехимии и т.д. применяются ПНР диаметром 150 мм и рекомендуются ПНР диаметром 200 и даже 300 мм.

Зачастую технологические процессы ОЭ не предусматривают остановку при пожаре, т.е. ликвидация горения осуществляется непосредственно при работающей установке. В таких случаях излишнепролитые огнетушащие вещества могут привести к остановке процесса и спровоцировать увеличение масштабов ЧС. Чтобы избежать подобной ситуации, рекомендуется удалять остатки ОТВ из рукавной линии обратно в цистерну ПА.

Представляло практический интерес изучение возможности осуществлять откачку воды из рукавных линий насосами пожарного автомобиля. С этой целью были поставлены две серии опытов на центробежных пожарных насосах комбинированных (рисунок 8).

1 -№-30 или НЦПК-40/100-4/400; 2,5,7,10,11,12,15(а, б, в),17 - задвижка;

3 - водосборник рукавный ВС-125; 4 - напорно-всасывающий рукав;

6,13 - напорная соединительная головка; 8 - вакуумный насос; 9- цистерна;

14 - напорный рукав Ь=4м; 15 - разветвление РТ-80;

16 - напорный рукав (п=2, ДУ=80мм); 17- перекрывной ствол.

Исследование удаления воды из рукавных линий осуществлялось на автоцистернах с насосами N№30 фирмы «Розенбауэр»и комбинированного насоса ЦНПК-40/100-4/400. В обоих случаях рукавная линия прокладывалась на земле и состояла из трех напорных рукавов ДУ 80 мм. Опыты проводились

в различных величинах частот валов насосов. Кроме частоты вращения валов насосов фиксировалось время удаления воды из рукавной линии, объемом 270 л (три ПНР диаметром 80 мм). Полученные результаты представлены в таблице 9. Продолжительность удаления воды производились также в условиях, когда не перекрывался кран 13. Полученные результаты (по времени удаления воды) оказались сопоставимыми с результатами, когда ствол перекрывался. Средние значения времени удаления воды в этом случае указаны в знаменателе.

Таблица 9 - Удаление воды центробежными насосами

Частота Продолжительность Количество Продолжительность

вращения вала удаления воды удаляемой воды, Q удаления 1400 л,

насоса, п, об/мин top. С л/с л/мин t, мин

Насос NH-30

1080 74; 71; 76; 79; 69 73,8/73,8 3,65 219,5 6,4

1500 83; 85; 87; 86; 90 85,2/85,3 3,16 190 7,36

2000 95; 100; 91; 89; 99 94,8/95,8 2,8 171 8,18

Насос НЦПК-40/100-4/400

930 70; 73; 75; 69; 77 73,8 3,65 219,5 6,4

1300 83; 85; 87; 86; 90 85,2/85,3 3,16 190 7,36

2000 89; 95; 94; 97; 92 93,3 2,89 173,6 9,77

На основании выполненного исследования была показана принципиальная схема использования пожарного насоса для удаления воды из рукавной линии, а также возможность освобождать рукавные линии от остатков ОТВ при различных скоростях вращения вала пожарного насоса.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

1. На основании анализа тушения пожаров и ликвидации аварийных ситуаций на объектах энергетики установлено следующее:

Во-первых, не смотря на уменьшение количества пожаров на таких объектах, имеет тенденцию рост материального ущерба от них.

Во вторых, рассмотрены наиболее значимые случаи пожаров и аварийных ситуаций, показывают необходимость перекачки большого количества огнетушащих веществ для тушения или их удаления.

Из чего следует необходимость обоснования технологии применения рукавных систем большой пропускной способности.

2. Разработан измерительный комплекс и методика для экспериментального исследования гидравлических характеристик технических средств подачи воды и водных растворов от передвижной пожарной техники с пропускной способностью более 100 л/с.

3.Применяя разработанный измерительный комплекс, были исследованы рукавные системы с пропускной способностью более 100 л/с. Определены гидравлические характеристики насосно-рукавных систем.

4. Исследованы параметры шероховатости напорных рукавов диаметром 150 мм и более.

5. Найдены математические зависимости для определения потерь напора по длине рукавной линии с учетом условий её работы в практически значимом диапазоне изменения расхода.

6. Проведено обоснование технологии применения рукавных систем с пропускной способностью более 100 л/с для тушения пожаров и ликвидации аварий на объектах энергетики. Разработаны рекомендации по применению пожарных рукавов на объектах атомной энергетики.

7. Обоснованы способы освобождения рукавной линии от остатков огнетушащих веществ после прекращения подачи по ней.

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

1. Ольховский, И.А. Пожарная техника для ликвидации пожаров и аварий на объектах энергетики / М. В. Алешков, И.А. ОльховскиЩи др.] // Энергосбережение и водоподготовка. - 2012. - № 2 (76). - С. 69 - 72.

2. Ольховский, И.А. Технические средства обеспечения подачи огнетушащих веществ для ликвидации чрезвычайных ситуаций на объектах энергетики / М.В. Алешков, И.А. Ольховский [и др.] // Научный журнал "Пожары и ЧС: предотвращение, ликвидация". - 2012. - № 2.

3. Ольховский, И.А. Утилизация воды из напорных рукавных линий после тушения пожаров/ М.Д. Безбородько, И.А. Ольховский [и др.] // Научный журнал "Пожары и ЧС: предотвращение, ликвидация". -2013. - № 2. - С. 4 - 10

Остальные публикации по теме диссертации:

4. Патент на полезную модель «Испытательный комплекс» № 2013127204/12 от 17.06.2013

5. Ольховский, И.А. Технические средства обеспечения работоспособности пожарных подразделений при тушении пожаров на объектах энергетики в холодных климатических районах / М. В. Алешков, И.А. Ольховский // Материалы IV Международной науч.-практ. конференции "Сервис безопасности в России: опыт, проблемы, перспективы. Обеспечение комплексной безопасности при освоении северных территорий" Санкт-Петербург, 17 ноября 2011 г.

6. Ольховский, И.А. Работоспособность магистральных рукавных линий при ликвидации ЧС на объектах энергетики в условиях низких температур окружающей среды / М.В. Алешков, И.А. Ольховский // Сборник тезисов VI Московской межвузовской науч.-практ. конференции «Студенческая наука» секция «Актуальные проблемы обеспечения пожарной безопасности». - 2012г.

7. Ольховский, И.А. Инновационные технологии пожаротушения на объектах энергетики при экстремальных метеорологических условиях/ И.А. Ольховский // Материалы международной научно-практической конференция "Пожаротушение: проблемы, технологии, инновации" М.: Академия ГПС МЧС России. - 2012. - С.328

8. Ольховский, И.А. Современные насосно-рукавные системы используемые для ликвидации чрезвычайных ситуаций на объектах энергетики /И.А. Ольховский // Материалы международной научно-практической

конференции молодых ученых и специалистов «Проблемы техносферной безопасности-2012». - М.: Академия ГПС МЧС России. - 2012. - с.66-68

9. Ольховский, И.А. Технические средства обеспечения подачи огнетушащих веществ для ликвидации чрезвычайных ситуаций на объектах энергетики / И.А. Ольховский, М.В. Алешков // Корпоративное издание "Подъемные машины". - 2013. - № 10. - с. 31-41

10. Ольховский, И.А. Инновационные технологии пожаротушения на объектах энергетики при экстремальных метеорологических условиях / И.А. Ольховский, М.В. Алешков // материалы международной научно-практической конференция «Пожаротушение: проблемы, технологии, инновации». -2012.

Подписано в печать 14.10.2014. Формат 60x84/1/16. Печать офсетная. Усл. печ. л. 1,0. Тираж 100 экз. Заказ № 321

Академия ГПС МЧС России. 129366, г. Москва, ул. Б. Галушкина, 4

19