Новая парадигма эффективного тушения пожаров перегретой водой в жилом фонде и административных зданиях столицы с минимизацией ущерба от действия воды.
Анализ пожаров в автодорожных и железнодорожных тоннелях и эффективности мероприятий по обеспечению их пожарной безопасности позволяет сделать следующие выводы:
1. Пожары в тоннелях, как правило, сопровождаются интенсивным задымлением, которое не удается ликвидировать за счет стационарной системы вентиляции.
2. В результате аварии автомобиля перевозящего опасный груз или пожара внутри тоннеля могут образоваться пары или газы аварийно химически опасных веществ (АХОВ). Наличие АХОВ является причиной гибели или отравления людей, которые оказались во время пожара внутри тоннеля, и существенно осложняет работу пожарных по тушению пожара.
3. Пожар приводит к сильному повышению температуры внутри тоннеля, длительное воздействие высокой температуры вызывает обрушение конструкций.
4. Автотранспорт, оказавшийся внутри тоннеля в момент возникновения пожара, блокирует все полосы движения и практически исключает возможность продвижения пожарных машин к месту пожара. Но даже при наличии проезда движение пожарных машин внутри тоннеля невозможно из-за того, что двигатели автомобилей при сильном задымлении и высокой температуре глохнут.
5. Чаще всего пожар в автодорожных тоннелях является следствием ДТП. При ДТП автомобили, попавшие в аварию, практически блокируют все полосы движения, а запас топлива в баках поврежденных и блокированных в тоннеле автомобилей является источником интенсивного горения.
6. Во время пожара внутри тоннеля находится большое количество людей и автотранспорта, эвакуация которых до начала пожаротушения практически невозможна.
7. Приведенные выводы позволяют сформулировать требования к системе обеспечения пожарной безопасности городских автодорожных тоннелей. Кратко эти требования могут быть сведены к следующему:
8. Огнетушащие вещества системы пожаротушения должны быть безопасны для людей, которые находятся внутри тоннеля во время пожара.
9. Система пожаротушения должна обеспечивать эффективное осаждение дыма и АХОВ внутри тоннеля.
10. Система пожаротушения должна обеспечивать эффективное (быстрое) снижение температуры внутри тоннеля до уровня, который безопасен для находящихся в тоннеле людей и обеспечивает возможность продвижения пожарных к месту возникновения пожара.
11. Система пожаротушения должна обеспечивать подачу огнетушащих веществ в очаг пожара без заезда пожарной техники внутрь тоннеля.
12. Формулировка требований к системе пожарной безопасности городских автодорожных тоннелей позволяет провести анализ соответствия сформулированным требованиям современных систем пожаротушения. Современные системы пожаротушения используют водяные, пенные, порошковые, газовые и аэрозольные огнетушащие вещества.
Системы водяного пожаротушения наиболее часто применяются для ликвидации пожаров класса А и В поверхностным способом. Воду нельзя использовать для тушения веществ, которые интенсивно реагируют с ней, выделяя тепло или горючие, токсичные, коррозионно-активные газы. К таким веществам относятся некоторые металлы и металлоорганические соединения, карбиды и гидриды металлов, раскаленные уголь и железо. Спринклерные и дренчерные установки водяного пожаротушения практически неэффективны для тушения легковоспламеняющихся (ЛВЖ) и горючих жидкостей (ГЖ) с температурой вспышки менее 90°С. Следует учитывать, что при тушении нефти или нефтепродуктов водой возможно местное вскипание пролитой воды и, как следствие, разбрызгивание горящих веществ. Традиционные спринклерно-дренчерные установки пожаротушения имеют низкий коэффициент использования воды (не более 5%) при тушении пожара. Эти обстоятельства являются основным препятствием для использования спринклерных и дренчерных установок пожаротушения в автодорожных тоннелях.
В последнее десятилетие началось применение систем пожаротушения тонкораспыленной водой (ТРВ). Разработчики систем пожаротушения ТРВ достигли результатов по получению капель воды диаметром от 50 до 100 мкм, что позволяет применять данные установки для тушения пожаров классов А (твердых горючих материалов), В (горючих жидкостей) и С (горючих газов) в замкнутых и полузамкнутых объемах производственных и административных зданий. Системы пожаротушения ТРВ наиболее эффективны для тушения загораний водонерастворимых нефтепродуктов с температурой кипения ниже 100°С. Системы с ТРВ применяются для пожаротушения в помещениях по всей расчетной площади, если негерметичность защищаемого помещения не превышает 3%. В ряде случаев ТРВ способна осуществлять пожаротушение объемным способом.
Высокая эффективность систем пожаротушения ТРВ обеспечивается: доступностью, универсальностью и малой стоимостью огнетушащего вещества (вода с добавками) при тушении пожаров различных классов (А, В и С); малым удельным расходом огнетушащего вещества (удельный расход воды не более 2л/м2, спринклерная система - до 450л/м2); высокой степенью использования огнетушащего состава в процессе тушения, что позволяет значительно снизить время работы установки пожаротушения (для пожаров класса А до 1 мин, для пожаров класса В до 20-30 сек); высокой дымоосаждающей способностью; экологической чистотой огнетушащего вещества; безопасностью огнетушащего вещества для человека.
ТРВ, как правило, получают в результате повышения давления воды (в отдельных случаях до нескольких сотен атмосфер) перед распылителем (по терминологии НПБ 80-99 - перед насадком), а также воздействием в распылителях на воду ультразвуковых колебаний от автономного генератора или использованием специальных акустических распылителей (в последних применяется вода и сжатый газ, чаще азот).
Однако использование систем пожаротушения ТРВ в городских автодорожных тоннелях сложно осуществить по следующим причинам.
1. Для успешной работы системы пожаротушения ТРВ внутри тоннеля необходимо создать замкнутые объемы, что сложно осуществить. Даже при применении секционирования тоннеля на замкнутые объемы за счет опускающихся при пожаре перегородок нет гарантии, что под опускающейся перегородкой не окажется автотранспортное средство (АТС) с максимально разрешенной высотой кузова, контейнера или перевозимого груза. Кроме того, при секционировании тоннеля опускающимися перегородками возникает постоянная опасность ложного срабатывания системы опускания перегородок и, как следствие, ДТП в тоннеле.
2. Распылители систем пожаротушения ТРВ представляют собой сложные, как правило, металлические конструкции, которые имеют очень малые площади сечений проточных частей. Такие распылители подвержены частому засорению, требуют тщательной очистки подаваемой через них воды и совершенно не приспособлены для установки внутри тоннеля. Внутри тоннеля распылители будут подвержены интенсивной коррозии из-за суточных и сезонных колебаний температуры и влажности, а также из-за коррозионной активности выхлопных газов двигателей АТС.
3. Для работы системы пожаротушения ТРВ потребуется или прокладка трубопровода высокого давления, или системы из двух трубопроводов (первой - для воды, второй – для сжатого газа). Ультразвуковые распылители, как правило, требуют точной настройки, весьма “капризны” и могут работать только при стабильных внешних условиях.
Системы пенного пожаротушения используют в основном в химической и нефтехимическая
промышленность" href="/text/category/himicheskaya_i_neftehimicheskaya_promishlennostmz/" rel="bookmark">нефтехимической промышленности для тушения загораний легковоспламеняющихся и горючих жидкостей, в резервуарах горючих веществ и нефтепродуктов, расположенных как внутри, так и вне зданий, а также авиационных ангаров, складов растворителей и спиртов. По своей огнетушащей способности системы пенного пожаротушения обладают явным преимуществом перед системами водяного пожаротушения. Однако при их использовании возникает угроза для жизни людей, которые оказались внутри тоннеля во время пожара. Кроме того, для экстренного проведения аварийно-спасательных работ после применения пены потребуется ее осаждение. Остальные недостатки систем пенного пожаротушения схожи с недостатками водяных систем. Системы пенного пожаротушения требуют также дополнительных материальных и организационных затрат для хранения, проверок и замены пенообразователей.
Системы газового пожаротушения являются эффективными и в ряде случаев единственными средствами ликвидации пожаров. Они практически не наносят ущерба защищаемому объекту, поэтому их используют для защиты вычислительных центров и телефонных узлов, библиотек, архивов, музеев, банков, складов. В качестве огнетушащего вещества в данных системах используются различные типы газов - хладонов. Используемые ранее хладоны признаны экологически опасными вследствие воздействия на озоновый слой Земли. Поэтому их производство практически прекращено, и на смену им разрабатываются озонобезопасные газы. Применение огнетушащих газов связано с рядом опасных факторов, особенно при срабатывании системы газового пожаротушения в обитаемых помещениях: это токсичность газа, снижение концентрации кислорода в помещении ниже предельного уровня, частичная или полная потеря видимости во время подачи газа, образование локальных зон с пониженной температурой. Негативное воздействие опасных факторов может быть исключено или снижено правильным выполнением ряда мероприятий, среди которых главное - своевременная и беспрепятственная эвакуация людей. Это обстоятельство является основным препятствием для использования систем газового пожаротушения в автодорожном тоннеле. Кроме того, системы газового пожаротушения не осаждают дым. Для успешного использования систем газового пожаротушения внутри тоннеля потребуется создание замкнутых объемов, что практически невозможно.
Системы порошкового пожаротушения можно использовать при тушении пожаров различных классов, а также электрооборудования под напряжением. Они отличаются высокой эффективностью и низкой стоимостью. Огнетушащий порошок содержится в кассете (модуле), из которой он выбрасывается при срабатывании запускающего устройства за время менее 0.2 с. При использовании автомобилей – огнетушащий порошок подается или из ручных пожарных стволов или из лафетных стволов. В результате образуется облако порошка, которое движется с большой скоростью и кроме обычного огнетушащего действия эффективно срывает пламенное горение. Запуск стационарной системы возможен как в ручном, так и в автоматическом режиме. Однако системы порошкового пожаротушения не только не осаждают дым, а наоборот – порождают облако порошка.
При использовании систем порошкового пожаротушения важно направить струю огнетушащего порошка непосредственно на очаг пожара, что сделать в условиях сильного задымления внутри тоннеля крайне сложно.
Системы аэрозольного пожаротушения начали применяться в последнее десятилетие; в них используется сравнительно новое огнетушащее вещество - огнетушащий аэрозоль. Данное вещество обладает высокой огнетушащей способностью. Такие системы могут применяться в широком диапазоне климатических условий, удобны в эксплуатации и монтаже, не оказывают разрушительного воздействия на озоновый слой Земли, обладают сравнительно малой стоимостью и длительным сроком эксплуатации. К недостаткам данных систем следует отнести повышение температуры и давления газовой среды в защищаемом объеме, резкое уменьшение видимости. Все остальные недостатки схожи с недостатками систем газового пожаротушения.
Проведенный анализ показывает, что все наиболее распространенные современные системы пожаротушения имеют те или иные недостатки, которые не позволяют использовать их для обеспечения пожарной безопасности городских автодорожных тоннелей. Поэтому дополнительно был проведен анализ возможности использования систем для тушения пожаров паром и перегретой водой.
Системы тушения пожаров паром достаточно широко использовались для защиты производственных и административных помещений, особенно там, где были котельные, производящие пар. Применялся как перегретый, так и влажный насыщенный пар. В современных системах пожаротушения также используется пар - одно из эффективных огнетушащих веществ для тушения пожаров сжиженных углеводородных газов-СУГ /1, 2/ и нефтепродуктов /3, 4/. Использование пара для тушения пожаров основано на принципе разбавления воздуха, горючих газов и паров, на вытеснении паром воздуха, т. е. на уменьшении процентного содержания кислорода или горючих газов и паров. Наибольший эффект дает применение пара при тушении пожара в замкнутых, герметичных объемах. Концентрация пара в воздухе, равная 35% (по объему) считается достаточной для прекращения горения. Интенсивность подачи пара для невентилируемых помещений и замкнутых объемов должна составлять 0,002-0,003 кг/(c*м3). Для вентилируемых помещений и объемов интенсивность подачи должна составлять не менее 0,005 кг/(c*м3). Максимальный защищаемый объем не должен превышать 500 м3.
Также широко применялись и применяются противопожарные паровые завесы /1-4/, которые предотвращают контакт взрывоопасных газовых смесей, образующихся при авариях на предприятиях нефтехимической и газовой промышленности, с источниками воспламенения. На открытых пространствах паровые завесы целесообразно создавать при скорости ветра до 6 м/с. Например, при скорости ветра до 2 м/с высота паровой завесы может достигать от 7,5 до 10 м. Эти параметры соизмеримы со скоростью воздушных потоков и высотой городских автодорожных тоннелей. Предварительные расчеты показывают, что для создания одной паровой завесы внутри тоннеля шириной 20 м и высотой 6,7 м потребуется не более 0,35 кг/с пара, для двух паровых завес – 0,7 кг/с.
Возможности систем тушения пожаров паром могут быть использованы для создания внутри городских автодорожных тоннелей паровых завес и тушения пожаров при условии, что будет найден способ получения пара непосредственно на распылителе (насадке), установленном внутри тоннеля. Такой способ существует – получение пара на распылителе при подаче перегретой воды. Если внутри тоннеля смонтировать сухотрубы, то при подаче перегретой воды для создания 0,7 кг/с пара потребуется не более 2,1 кг/с воды с температурой не менее 1700С под давлением 10-15 атм. Такое количество перегретой воды позволит создать две паровые завесы, причем 60-70% перегретой воды уйдет на образование капель воды диаметром 10-50 мкм.
Системы тушения пожаров перегретой водой сочетают в себе преимущества систем пожаротушения ТРВ и систем тушения пожаров паром. Системы тушения пожаров перегретой водой в качестве огнетушащего вещества используют перегретую воду – воду, которую подают к распылителю (насадку) с температурой свыше 1000С под давлением выше атмосферного. Эффективность тушения пожаров перегретой водой связана с тем, что при выходе из сопел стационарных установок пожаротушения или из специальных пожарных стволов перегретая вода образует струю пароводяной смеси (применяют также термины – “вода аэрозольного распыла” и “водяной туман”). Один литр (0,001 м3) перегретой воды образует водяной туман объемом 1,3-1,5 м3 с размером капель воды 10-50 мкм (суммарный объем капель составляет от 0,5 до 0,7 литров). В отличие от систем пожаротушения ТРВ, в системе тушения пожаров перегретой водой распылители (насадки, стволы) представляют собой или шайбы с острой кромкой, или насадки с коротким соплом или соплом Лаваля. Такие распылители (насадки, стволы) дешевы в изготовлении и не требуют тщательной очистки воды.
Перегретая вода может быть использована для тушения практически всех видов горючих веществ, которые не вступают в химическую реакцию с водой с выделением большого количества тепла или горючих газов. Перегретая вода эффективно тушит бензины различных марок, нефтепродукты, спирты, ацетон, другие углеводороды и водорастворимые жидкости, а также твердые материалы: древесину, резину, поливинилхлорид, полистирол. Наиболее эффективно перегретая вода тушит пожары в замкнутых объемах, так как образует большой объем водяного тумана, который эффективно осаждает дым и пары АХОВ, а также вытесняет воздух и тем самым уменьшает процентное содержание кислорода в зоне горения.
Эффективное (быстрое) уменьшение температуры при тушении перегретой водой обеспечивается тем, что размер капель водяного тумана составляет всего 10-50 мкм, а температура струи на расстоянии 30-50 см от сопла или специального пожарного ствола составляет 50-600С. (Справка. Для получения капель воды такого диаметра механическим способом приходится использовать воду под давлением свыше 150-160 атм.) Большая площадь поверхности капель и температура водяного тумана, близкая к 1000С, обеспечивают быстрое испарение воды и понижение температуры в зоне горения, а также увеличение объема пара. В нормативном документе /5/ ограничивается максимальная площадь помещения, защищаемого одной установкой – 250 м2, а также негерметичность защищаемого помещения – 10%. Но этот норматив разработан для установок получения перегретой воды в замкнутой емкости и подаче перегретой воды к распылителю (насадку) за счет давления насыщенных паров.
Если за основу расчетов принять нормы, изложенные в документах по проектированию паровых установок пожаротушения /1-3/, а также считать, что две паровые завесы герметизируют объем вокруг очага пожара (препятствуют проникновению к очагу пожара свежих порций воздуха) и объемы пара паровых завес не участвуют в процессе пожаротушения, то для тушения розлива бензина или дизельного топлива внутри тоннеля потребуется обеспечить интенсивность подачи пара не более 0,005 кг/(c*м3).
Для выполнения нормативного требования по максимальному защищаемому объему 500 м3 при ширине тоннеля 20 м и высоте 6 м паровые завесы необходимо создать на расстоянии (500 м3 /(20х6 м2), т. е. на расстоянии не более 4,17 м. Тогда необходимый для пожаротушения расход пара составит 2,5 кг/c, а перегретой воды – 7,5 кг/c (без учета огнетушащего эффекта от капель воды размером 10-50 мкм).
Если за основу расчетов принять нормы, изложенные в /5/ и предположить, что две паровые завесы обеспечивают достаточную герметизацию (негерметичность не более 10%) объема вокруг очага пожара, то для тушения розлива бензина или дизельного топлива внутри тоннеля потребуется обеспечить интенсивность подачи перегретой воды не более 0,24 л/(с*м2). Для выполнения нормативного требования по максимальной площади равной 250 м2 при ширине проезжей части тоннеля 16,3 м паровые завесы необходимо создать на расстоянии (250 м2 /16,3 м), т. е. на расстоянии не более 15,3 м. Тогда необходимый для пожаротушения расход перегретой воды составит (250 м2х0,24 л/(с*м2)), т. е. 60 л/с. При негерметичности 3% потребуется 20 л/с перегретой воды.
Приведенный анализ показывает, что при использовании существующей нормативной базы возможно.
1. Воспользоваться нормативами по паротушению. В этом случае необходимо иметь возможность создавать паровые завесы через каждые 4-5 м и обеспечивать подачу между паровыми завесами перегретой воды с интенсивностью не более 7,5 л/с. Тактика тушения пожара в этом случае будет сведена к последовательному продвижению “щита” из двух паровых завес от периферии пожара к его очагу
2. Воспользоваться нормативами по пожаротушению водой аэрозольного распыла. В этом случае необходимо иметь возможность создавать паровые завесы через каждые 15 м и обеспечивать подачу между ними не более 60 л/с перегретой воды. Тактика тушения пожара в этом случае будет сведена к последовательному продвижению “щита” из двух паровых завес от одной стороны тоннеля к противоположной стороне через очаг пожара.
Отдать предпочтение первой или второй возможности обеспечения пожарной безопасности городских автодорожных тоннелей можно только после проведения технико-экономического анализа.
ЛИТЕРАТУРА
1. «Обеспечение пожарной безопасности объектов хранения и переработки СУГ»: ВНИИПО, 1999. – 78 с.
2. «Методические указания по расчету противопожарных паровых завес»: ВНИИПО, 1975 – 12 с.
3. «Ведомственные указания по проектированию предприятий, зданий и сооружений нефтеперерабатывающей и нефтехимической промышленности» (ВУПП-88)
4. «Указания по проектированию систем пожаротушения нефтеперерабатывающих и нефтехимических предприятиях» (У-ТБ-07-82).
5. «Проектирование и применение установок пожаротушения водой аэрозольного распыла»: Рекомендации.- М.: ВНИИПО МВД СССР, 1991. – 20 с.”
Заместитель генерального директора
«, к. т.н.
Генеральный директор
«
Профессор кафедры пожарной техники
Академии ГПС МЧС России, к. т.н., доцент
Старший инспектор отдела ТСО
Академии ГПС МЧС России, к. т.н. А
