ОБЪЕМНЫЙ СПОСОБ ПРЕКРАЩЕНИЯ ОТКРЫТОГО ГОРЕНИЯ В ПОМЕЩЕНИЯХ ОБЪЕКТОВ ЭНЕРГЕТИКИ

Роенко В. В., Ищенко А. Д., Краснов С. М., Храмцов С. П., Соковнин А. И.

ОБЪЁМНЫЙ СПОСОБ ПРЕКРАЩЕНИЯ ОТКРЫТОГО ГОРЕНИЯ В ПОМЕЩЕНИЯХ ОБЪЕКТОВ ЭНЕРГЕТИКИ

В статье представлен анализ тушения пожаров в условиях замкнутых объёмов зданий и сооружений объектов энергетики. Обосновано, что в условиях за-дымлённости и недостаточной видимости в замкнутых объёмах с наличием открытых токоведущих частей целесообразно использовать объёмный способ прекращения открытого горения. Предложено использование технологии температурно-активированной воды для объёмного способа прекращения открытого горения. Приведено экспериментальное обоснование данной возможности.

Ключевые слова: пожар, условия недостаточной видимости, объёмное тушение пожара, температурно-активированная вода, объект энергетики.

К числу опасных факторов пожара на объектах энергетики (ОЭ) относится образование задымлённой зоны в помещениях и, как следствие, потеря видимости в дыму. Данные объекты характеризуются сложной планировкой и большими объёмами помещений, в которых находится оборудование под напряжением. Во время тушения пожаров пожарные и персонал объектов подвергаются повышенной опасности поражения электрическим током - при подаче огнетушащего вещества на электрооборудование, а также случайном соприкосновении с ним. Очевидно, что дальность видимости в задымлённой зоне на объектах энергетики является важным условием для обеспечения безопасной работы при тушении пожара.

В нормативных документах установлены минимальные расстояния видимости, при которых разрешается тушить электроустановки под напряжением, например, на атомных электростанциях оно должно составлять не менее 5 м [1], а на других ОЭ - не 10 м [2].

Почти половина пожаров на ОЭ происходит с участием изоляционных материалов токоведущих частей, но в большей части -это пожары с горючими жидкостями (ГЖ). Как правило, они влекут значительный экономический ущерб, так как ГЖ на ОЭ используются в больших объёмах в машинных залах в виде турбинного масла и в трансформаторах.

Изоляционные материалы и горючие жидкости характеризуются высокой массовой скоростью выгорания и дымообразующей способностью. Среднее время подачи первых стволов на данных объектах, согласно статистическим данным ВНИИПО МЧС России с 2009 по 2014 г., составило 13,5 мин. с момента обнаружения пожара. При возгорании в машинном зале время снижения видимости до критических значений составляет от 1 ,5 до 3,5 мин. [3, 4]. Учитывая, что машинные залы являются самыми большими по объёму помещениями ОЭ, то в производственных помещениях критическое значение по потере видимости будет достигаться ещё быстрее. Следовательно, к моменту подачи огнетуша-щих веществ (ОВ) пожарные будут работать в условиях недостаточной видимости и при повышенных температурах.

Возможным методом прекращения открытого горения в помещениях ОЭ является объемное тушение. Данный способ позволяет осуществить пожаротушение без входа в помещение, поэтому риск воздействия на человека опасных факторов пожара существенно уменьшается. Кроме того, важно использовать такую технологию объёмного пожаротушения, при которой помимо прекращения открытого горения и уменьшения температуры внутри помещений осуществляется также осаждение дыма.

В стационарных установках пожаротушения в качестве ОВ применяются распылённая вода, воздушно-механическая пена, газовые или порошковые составы [5]. Вполне закономерно, что стационарными средствами не может быть обеспечено объёмное пожаротушение всех или большинства помещений ОЭ по технико-экономическим соображениям. В связи с этим реализация объёмного пожаротушения с помощью мобильных средств является перспективным направлением. Сложность реализации состоит в создании требуемого запаса ОВ, которое сможет обеспечить огнетушащую концентрацию в помещении пожара с учётом его негерметичности [6].

Согласно статистическим данным, пожарные автомобили, использующие в качестве ОВ воду, применяются в несколько раз чаще, чем автомобили пенного, порошкового или комбинированного тушения. За последние 10 лет в 99 % случаев пожаров использовались пожарные автоцистерны, автонасосы и насосные станции [4]. Вода является наиболее эффективным и распространённым средством тушения пожаров на объектах благодаря её доступности, дешевизне, подвижности, химической нейтральности и отсутствию токсичности [6]. При этом в качестве ОВ вода применяется чаще всего при поверхностном тушении.

В ряду возможных способов объёмного тушения пожаров находится паротушение. Особенность установки паротушения заключается в подключении её к постоянно действующим производственным паропроводам. Для тушения пожара в системах паротуше-ния применяется насыщенный, отработанный (мятый) водяной пар или перегретый пар технологического назначения. При этом насыщенный водяной пар является более эффективным для пожаротушения по сравнению с перегретым паром.

Для подачи пара в закрытые помещения по внутреннему периметру помещений прокладываются перфорированные трубы на высоте 0,2-0,3 м от пола. При этом отверстия труб располагаются так, чтобы выходящие из них струи пара были направлены горизонтально внутрь помещения. Основным показателем системы паротушения является интенсивность подачи пара, зависящая от наличия либо отсутствия проёмов.

Системы паротушения имеют существенные недостатки:

- защищаемый объём помещения не должен превышать 500 м3;

- ограничение расстояния между местом подключения и защищаемым помещением;

- размещение внутренних распределительных паропроводов на путях движения обслуживающего персонала.

При тушении паром огнетушащий эффект начинает наблюдаться при температуре в помещении не менее 100 °С, что говорит о необходимости определённого времени для заполнения помещения паром, а также о невозможности нахождения в нём людей.

Указанные недостатки удалось устранить при использовании в качестве огнетушащего

средства воды в метастабильном состоянии -температурно-активированной воды (ТАВ) [7]. Этот термин используется для описания воды, полученной за счёт «мгновенного перехода» в область метастабильного состояния и последующего взрывного вскипания. Вода приобретает уникальные свойства не только из-за получения капель микронного размера, но и вследствие изменения самой её структуры. Получаемые свойства аналогичны свойствам воды в поровых породах при высоких температурах и давлениях [8].

Сущность способа получения ТАВ заключается в том, что пресная вода вследствие её нагревания в специальном теплообменнике при определённом сочетании температуры (более 165 °С) и давления (более 1,6 МПа) изменяет свои свойства. После возвращения к обычным атмосферным условиям такая вода некоторое время находится в особом, так называемом, метастабильном состоянии. Это состояние проявляется в повышенной растворяющей способности карбонатов, сульфатов, силикатов и других соединений, а также в способности длительно удерживать в своем составе аномальные количества растворённого вещества (более чем в 300-500 раз) и значительно повышать кислотность. Такая вода в работе Ф. А. Летникова названа активированной, а сам процесс - температурной активацией [8].

При подаче ТАВ через стволы-распылители, в которых давление за несколько миллисекунд уменьшается до атмосферного, происходит почти мгновенное вскипание воды, названное В. П. Скриповым взрывным [9]. В результате взрывного вскипания одна часть воды переходит в переохлаждённый пар (до 30 % от массы недогретой воды), другая - дробится на капли диаметром 0,01-10,0 мкм [10], и формируется струя паро-капельной смеси -струя ТАВ. Так как диаметр большинства капель составляет 0,10-5,0 мкм, то струи ТАВ витают в воздухе и похожи на пар. Тем не менее, в отличие от водяного пара, струи ТАВ долго не осаждаются (по экспериментальным данным не менее 20 мин.), огибают без осаждения препятствия, не оседают на вертикальных и горизонтальных плоскостях, даже при подаче на горизонтальные поверхности стремятся вверх. Устойчивость среды температурно-активированной воды и возможность заполнения больших объёмов водяным туманом таковы, что при подаче 1,8 кг/с ТАВ в объём

3 200 м3 100%-й влажности удаётся достичь через три минуты.

Эксперименты подтвердили, что струи ТАВ позволяют реализовать принципиально новые способы тушения пожара. Температур-но-активированная вода может использоваться и при объёмном способе пожаротушения на объектах энергетики [11].

Для оценки эффективности использования ТАВ при тушении пожаров объёмным способом были проведены эксперименты, в результате которых были определены параметры тушения пожаров в условно герметичных объёмах. Для оценки эффективности прекращения пламенного горения и снижения опасных факторов пожара при использовании ТАВ экспериментально определялось минимальное количество недогретой воды, необходимой для подавления пламенного горения горючего материала в объёме помещения. В ходе экспериментов определению подлежали следующие показатели, характеризующие способность ТАВ подавлять пламя при горении модельных очагов в условно герметичном объёме:

- концентрация ТАВ (удельный расход недогретой воды) в условно герметичном объёме для объёмного подавления горения модельных очагов (огнетушащая способность), <7тТАВ, кг/м3;

- интенсивность подачи ТАВ в условно герметичный объём, /™в, кг/(м3-с);

- время подачи огнетушащего вещества - ТАВ, tОВ, с.;

- надёжность подавления горения без повторного возгорания;

- время подавления горения модельных очагов пожара, , с.

Эксперименты проводились в помещениях с ограждающими конструкциями из негорючих материалов. Объём помещений -254 м3 с суммарным параметром негерметичности для группы помещений 0,012 м-1. Отношение площади приточного проёма к вытяжному составляло 2:1, а также имелась тяга, вызванная перепадом высот приточного и вытяжного проёмов в 0,5 м.

Регистрация процесса горения очагов осуществлялась термопарами, показания которых регистрировались персональным компьютером, а параметры недогретой воды для получения ТАВ - измерительным комплексом. Измерительный комплекс состоял из расходомера, датчиков давления и температуры подачи недогретой воды. Результаты замеров также регистрировались на персональном компьютере.

Модельные очаги размещались на креплениях на высотах 300, 1 200 и 2 400 мм относительно пола. Каждый очаг размещался на расстоянии 500 мм от стены помещения и не менее 200 мм от потолка. Очаги не располагались вблизи и друг над другом и не оказывали взаимного влияния на процесс горения. В непосредственной близости от очагов были закреплены датчики температуры (термопары). Очагами являлись закладки электрокабелей длиной 1 метр в горючей изоляции и цилиндрические горелки из стали по ГОСТ 5 632 с внутренним диаметром 1 00 мм и высотой 200 мм, заполненные ГЖ - бензином АИ-93 по ГОСТ 2084 (рис. 1). На рисунке 2 представлена схема расположения модельных очагов, а также планировка помещений и места размещения устройств подачи ТАВ.

По мере развития горения и достижения максимальной температуры на термопарах

Рисунок 1. Модельные очаги кабельной продукции и горючих жидкостей

Рисунок 2. Схема расположения модельных очагов, средств измерения и подачи ТАВ:

1-6 - места размещения очагов и термопар; 7 - устройство регистрации

в соответствии с условиями проведения испытаний начиналась подача среды ТАВ (рис. 3).

В первой серии экспериментов все очаги представляли собой закладки электрокабелей в горючей изоляции.

Во второй серии экспериментов закладки электрокабелей в горючей изоляции

были оставлены в кабельном коллекторе (4, 5 на рис. 2), а в помещениях 1-3 и 2-6 в качестве очагов были установлены цилиндрические горелки с ГЖ.

Факт тушения (прекращения горения) в помещении, заполненном парокапельной средой, подтверждался по характеру изменения температуры на термопарах (рис. 4-7), а также визуально (рис. 8-10).

В каждой серии было проведено по пять экспериментов, показавшие повторяемость результата и удовлетворительную сходимость. При проведении экспериментов фиксировались продолжительность и параметры подачи ТАВ, определялось количество воды в метас-табильном состоянии, израсходованное на подавление горения модельных очагов.

Результаты экспериментов приведены на графиках изменения температуры над очагами и соответствующих им по времени и месту параметров подачи ТАВ (рис. 4-7).

При обработке результатов экспериментов определялись показатели, характеризующие

Рисунок 3. Подача и распространение среды ТАВ по помещениям

l,6 l,4 l,2 l О,8 О,6 О,4 О,2 О

ft

1

V ч

J V N— lili-

180

О 20 40 60 80 100 120 140 Время эксперимента, с.

160

Рисунок 4. Параметры работы установки получения ТАВ в первой серии экспериментов:

--давление;--расход;

--температура недогретой воды

400 350 300 250 200 150 100 50

0

20 40 60 80 100 120 Время эксперимента, с.

140 160 175

Рисунок 5. Температура возле модельных очагов в первой серии экспериментов:

--Т1;--Т2;--Т3; - Т4;

--Т5;--Т6

0

го 1,8

;; 1,6

е и 1,4

н е 1,2

ей а 1

<1 0,8

о 0,6

— 0,4

о X 0,2

а о_ 0

—А

1л

200 180 160 140 120 100 80 60 40 20 0

50 100 150 200 250 300 350 400 450 500 540 Время эксперимента, с.

Рисунок 6. Параметры работы установки получения ТАВ во второй серии экспериментов:

--давление;--расход;

--температура недогретой воды

400 350 300 250 200 150 100 50

0 50 100 150 200 250 300 350 400 450 500 550 Время эксперимента, с.

Рисунок 7. Температура возле модельных очагов во второй серии экспериментов:

--Т1;--Т2;--Т3; - Т4;

--Т5;--Т6

Рисунок 8. Выход дыма из вентиляционной шахты Рисунок 9. Выход среды ТАВ из вентиляционной шахты

при горении кабельной продукции после прекращения горения кабельной продукции

Рисунок 10. Результаты проведения эксперимента по прекращению открытого горения посредством технологии ТАВ

пламеподавляющую способность ТАВ при тушении модельных очагов в условно герметичных объёмах. Результаты расчётов сведены в таблицу.

Удельный расход температурно-активи-рованной воды в условно герметичном объёме для объёмного тушения модельных очагов был опредёлен по формуле:

0тав = Q t /П

Ч-г ^нв'ПГ

где QНВ - расход ТАВ во время проведения опыта, кг/с; П - защищаемый объём (величина расчётного параметра пожара), м3; -время подавления горения модельных очагов пожара, с.

Пламеподавляющая интенсивность подачи ТАВ в условно герметичном объёме была определена по формуле:

'Г = Qнв/П.

Результаты экспериментальных исследований подавления пламенного горения средой ТАВ в условно герметичных объёмах

Номер серии экспериментов Время подавления горения модельных очагов, t с 'ПГ' ^ Расход недогретой воды, ^ кг/с Параметр негерметичности помещений, м-1 Интенсивность подачи ТАВ, /тТАВ, кг/м3-с

1 50 1,26 0,012 0,005

2 250 1,21 0,012 0,0048

Отметим следующие результаты исследования. В первой серии экспериментов, где очагами пожара служили закладки кабельной продукции в горючей изоляции, открытое горение всех шести очагов было прекращено в течение 50 с., включая боковое тупиковое помещение.

Во второй серии в условиях снижения интенсивности подачи ТАВ было прекращено лишь пламенное горение закладок кабельной продукции в горючей изоляции, находящейся в кабельном коллекторе. Горение очагов ГЖ при данной интенсивности не было достигнуто и после 250 с. с момента подачи среды ТАВ. Это может быть объяснено недостаточной интенсивностью подачи при заданном параметре негерметичности.

При проведении указанных экспериментов установлено, что:

- среда ТАВ обладает свойствами, присущими огнетушащим составам объёмного пожаротушения;

- распространение среды ТАВ происходит в горящее помещение из соседнего, заполненного средой ТАВ, при условии открытого проёма;

- показатель пламеподавляющей способности - интенсивности подачи ТАВ яв-

ЛИТЕРАТУРА

1. Типовая инструкция по тушению пожаров на электроустановках под напряжением до 10 кВ: введ. 02.12.2015. -М.: Концерн Росэнергоатом, 2015. - 60 с.

2. Тактика тушения электроустановок, находящихся под напряжением: рекомендации: введ. 19.12.1985. - М.: ВНИИПО МЧС России, 1986. - 17 с.

3. Микеев А. К. Противопожарная защита АЭС. - М.: Энергоатомиздат, 1990. - 432 с.

4. Пожары и пожарная безопасность в 2009, 2014 году: Статистические сборники. - М.: ВНИИПО МЧС России, 2010, 2015.

5. СП 5.13130.2009. Свод правил. Системы противопожарной защиты. Установки пожарной сигнализации и пожаротушения автоматические. Нормы и правила проектирования.

6. Средства пожарной автоматики. Область применения. Выбор типа: рекомендации. - М.: ВНИИПО МЧС России, 2004. - 96 с.

7. Бондарев Е. Б. Тушение пожаров на объектах теплоэнергетики температурно-активированной водой // Технологии

ляется необходимым, но недостаточным для успешного тушения пожаров в условно герметичных объёмах;

- на пламеподавляющую способность ТАВ оказывает влияние время подачи в помещение и параметр негерметичности, которые определяют удельный расход в условно герметичном объёме для объёмного тушения.

Базовым показателем для подавления горения в условно герметичном объёме с параметром негерметичности 0,012 м-1 при горении кабельной продукции является интенсивность подачи недогретой воды равная 0,005 кг/м3-с.

Авторы осознают, что представленным исследованием обоснована лишь возможность подавления пламенного горения и снижения опасных факторов пожаров внутри замкнутых объёмов на ОЭ. Поэтому был проведён ряд экспериментов по возможностям прекращения пламенного горения отдельных материалов в характерных для ОЭ помещениях и сооружениях. Ввиду ограниченного объёма настоящей статьи результаты указанных экспериментов планируется опубликовать позднее. Это позволит более полно представить возможности технологии температурно-активированной воды в обеспечении тушения пожаров на объектах энергетики.

техносферной безопасности: Интернет-журнал. - 2015. - № 4. Режим доступа: http://ipb.mos.ru/ttb/2015-4/2015-4.html

8. Летников Ф. А, Кащеева Т. В., Минцис А. Ш. Активированная вода. - Новосибирск: Наука, 1976. - 136 с.

9. Скрипов В. П., Синицын Е. Н., Павлов П. А, Ермаков Г. В., Муратов Г. Н, Буланов Н. В., Байдаков В. Г. Тепло-физические свойства жидкостей в метастабильном состоянии. -М.: Атомиздат, 1980. - 208 с.

10. Титков А. В., Краснов С. М., Храмцов С. П. Использование тонкораспылённой воды при тушении пожаров в объёме помещения // Сб. мат-лов Междунар. науч.-практ. конф. «Пожаротушение: проблемы, технологии, инновации». - М.: Академия ГПС МЧС России, 2015. - С. 306-310.

11. Пряничников А. В., Роенко В. В., Бондарев Е. Б. Тушение проливов нефти и нефтепродуктов метастабильными паро-капельными струями воды // Пожары и чрезвычайные ситуации: предотвращение, ликвидация. - 2015. - № 4. - С. 7-12.

Roenko V., Ishchenko A., Krasnov S., Khramtsov S., Sokovnin A.

TOTAL FLOODING OF AN OPEN FLAME AS A METHOD OF FIRE SUPPRESSION ON PREMISES OF POWER ENGINEERING FACILITIES

ABSTRACT

Purpose. The article presents the analysis of fire fighting in the conditions of confined combustion of buildings and constructions of power engineering facilities. It is advisable to use total flooding for open flame suppression when smoke and poor visibility in enclosed spaces with open conductive parts are present.

Methods. We have carried out a number of experiments on fire suppression of standardized fire sources - electric cables and cylindrical burners with a flammable liquid by means of temperature-activated water (TAW) on the premises having leakiness parameter 0.012 m-1.

Findings. We have found that TAW has the same firefighting properties as total flooding firefighting compounds; fire suppression index is necessary but insufficient for successful fire extinction in contingently enclosed spaces; TAW firefighting properties are influenced by the medium discharge time and the leakiness parameter.

Research application field. The obtained results and further studies will allow substantiating the possibility of suppressing flaming combustion and reducing dangerous factors of fires inside enclosed spaces at power engineering facilities.

Conclusions. The presented research deals only with the possibility of suppressing flaming combustion and reducing hazardous factors of fires inside enclosed spaces at power engineering facilities. In this regard, we have carried out some experiments on suppressing flaming combustion of some materials which are common for buildings and constructions of power engineering facilities.

Key words: fire, power engineering facilities, conditions of poor visibility, total flooding, temperature-activated water.

REFERENCES

1. Tipovaia instruktsiia po tusheniiu pozharov na elektroustanovkakh pod napriazheniem do 10 kV [Standard instruction on fighting fires in electrical installations under voltage up to 10 kV. Enacted on December 02, 2015]. Moscow, Concern Rosenergoatom Publ., 2015. 60 p.

2. Taktika tusheniia elektroustanovok, nakhodiashchikhsia pod napriazheniem: rekomendatsii [Tactics extinguishing installations under tension: recommendations]. Moscow, VNIIPO of EMERCOM of Russia Publ., 1986. 17 p.

3. Mikeev A.K. Protivopozharnaia zashchita AES [Fire protection of nuclear power plants]. Moscow, Energoatomizdat Publ., 1990. 432 p.

4. Fires and fire safety in 2009, 2014: Statistical collections. Moscow, VNIIPO of EMERCOM of Russia Publ., 2010, 2015. (in Russ.).

5. Code of rules 5.13130.2009 "Fire protection system. Installation of fire alarm and fire automatic. Standards and design rules" (in Russ.).

6. Sredstva pozharnoi avtomatiki. Oblast' primeneniia. Vybor tipa: rekomendatsii [Means of fire automatics. Scope. Type selection: recommendations]. Moscow, VNIIPO of EMERCOM of Russia Publ., 2004. 96 p.

7. Roenko V.V., Pryanichnikov A.V., Bondarev E.B. The use of temperature-activated water to extinguish fires of turbine oils in thermal power engineering facilities. Tekhnologii tekhnosfernoi bezopasnosti: internet-zhurnal, 2015, no. 4, available at: http:// ipb.mos.ru/ttb/2015-4/2015-4.html (accessed May 26, 2016). (in Russ.).

8. Letnikov F.A., Kashcheeva T.V., Mintsis A.Sh. Aktivirovannaia voda [Activated water]. Novosibirsk: Nauka Publ., 1976. 136 p.

9. Skripov V.P., Sinitsyn E.N., Pavlov P.A., Ermakov G.V., Muratov G.N., Bulanov N.V., Baidakov V.G. Teplofizicheskie svoistva zhidkostei v metastabil'nom sostoianii [Thermal properties of liquids in a metastable state]. Moscow, Atomizdat Publ., 1980. 208 p.

10. Titkov A.V., Krasnov S.M., Khramtsov S.P. Use of water mist for fire suppression in the volume space. Sb. mat-lov Mezhdunar. nauch.-prakt. konf. «Pozharotushenie: problemy, tekhnologii, innovatsii» [Proc. of Inter. sci.-pract. conf. "Firefighting: Issues, Technologies, Innovations"]. Moscow, State Fire Academy of EMERCOM of Russia Publ., 2015, pp. 306-310.

11. Pryanichnikov A., Roenko V., Bondarev E. Extinguishing spills of oil and oil products with metastable water fog. Pozhary i chrezvychainye situatsii: predotvrashchenie, likvidatsiia, 2015, no. 4, pp. 7-12 (in Russ.).

VLADiMiR ROENKO

Andrei isHCHENKO SERGEi Krasnov Sergei Khramtsov Artem Sokovnin

Candidate of Technical Sciences, Professor

State Fire Academy of EMERCOM of Russia, Moscow, Russia

Candidate of Technical Sciences

State Fire Academy of EMERCOM of Russia, Moscow, Russia 2 detachment of the Federal Fire Service for the Primorsky Krai, Vladivostok, Russia Candidate of Technical Sciences

State Fire Academy of EMERCOM of Russia, Moscow, Russia State Fire Academy of EMERCOM of Russia, Moscow, Russia