ОЦЕНКА ВЕЛИЧИНЫ ПОЖАРНОГО РИСКА С УЧЁТОМ ПРИМЕНЕНИЯ ПЕРВИЧНЫХ СРЕДСТВ ПОЖАРОТУШЕНИЯ

Кожевин Д. Ф., Новиков В. Р., Поляков А. С.

ОЦЕНКА ВЕЛИЧИНЫ ПОЖАРНОГО РИСКА С УЧЁТОМ ПРИМЕНЕНИЯ ПЕРВИЧНЫХ СРЕДСТВ ПОЖАРОТУШЕНИЯ

Предложен способ оценки эффективности применения первичных средств пожаротушения на различных объектах, который будет способствовать объективности анализа пожарной опасности объекта, позволит уменьшить величину пожарного риска и разрешит проблему взаимозаменяемости внутреннего противопожарного водопровода на огнетушители.

Ключевые слова: оценка пожарного риска, первичные средства пожаротушения, огнетушитель, эффективность.

В соответствии с Техническим регламентом о требованиях пожарной безопасности [1], каждый объект защиты должен иметь систему обеспечения пожарной безопасности, целями создания которой являются:

- предотвращение пожаров;

- обеспечение безопасности людей;

- защита имущества при пожаре.

Эта система в обязательном порядке должна содержать комплекс мероприятий, исключающих возможность превышения значений допустимого пожарного риска, установленного в федеральном законе [1], и направленных на предотвращение опасности причинения вреда третьим лицам в результате пожара. Одним из способов защиты людей и имущества от пожаров законодательно определено использование первичных средств пожаротушения [1].

Изучение статистических данных показывает, что наиболее распространёнными первичными средствами борьбы с пожарами на начальной стадии их развития являются огнетушители и пожарные краны, устанавливаемые на внутреннем противопожарном водопроводе зданий и сооружений.

Установка пожарных кранов (внутренний противопожарный водопровод) по существующим сводам правил [4] является обязательной практически для всех зданий, и альтернативная возможность замены их другими первичными средствами пожаротушения отсутствует. Так как в методиках по расчёту пожарного риска [5, 6] использование первич-

ных средств пожаротушения не учитывается, то возможность применить статью 6 [1] для определения обеспеченности объекта защиты с точки зрения пожарной безопасности путём расчёта пожарного риска отсутствует.

Сравнение отечественного опыта расчёта пожарного риска [5, 6] и иностранного [7, 8] показало, что определение расчётных величин на объектах осуществляется комплексно, включая:

- анализ пожарной опасности объекта;

- определение частоты реализации пожароопасных ситуаций;

- построение полей опасных факторов пожара для различных сценариев его развития;

- оценку последствий воздействия опасных факторов пожара на людей для различных сценариев его развития;

- наличие систем обеспечения пожарной безопасности зданий, сооружений и строений.

Только в стандарте [7] при анализе пожарной опасности зданий рекомендовано учитывать возможное применение огнетушителей и пожарных кранов (только при наличии подготовленного персонала).

Характерно, что критерии эффективности применения первичных средств пожаротушения отсутствуют в этих документах и в опубликованных работах. В связи с этим существует необходимость оценки роли первичных средств пожаротушения в противопожарной защите объектов и учёта влияния их на величину пожарного риска в отечественных методиках [5, 6]. Поэтому в этой статье рассматривается сложившаяся ситуация.

Величину потенциального риска Р. (год1) в ;'-м помещении здания или пожарного отсека здания объекта определяют по формуле [5]:

р,

м

где ] - число сценариев возникновения пожара в здании; 0. - частота реализации в течение

года у-го сценария пожара, год-1; 0^ - условная вероятность поражения человека при его нахождении в /-м помещении при реализации у-го сценария пожара.

Из анализа уравнения (1) следует, что уменьшить величину потенциального риска можно при снижении частоты реализации пожара 0у за счёт эффективной работы первичных средств пожаротушения на начальном этапе тушения, однако в настоящее время такие сведения не накоплены.

С этой целью обработаны и проанализированы официальные статистические данные о применении первичных средств пожаротушения в г. Санкт-Петербурге и Ленинградской области за 2014-2015 годы. Результаты о частоте применения первичных средств пожаротушения (в соответствии с их классификацией согласно федеральному закону [1]) представлены в таблицах 1 и 2.

Учитывая значимость подручных средств в борьбе с пожарами, целесообразно дополнительно проанализировать их качественный состав и возможность законодательного

признания первичными средствами пожаротушения [1].

На основании обработанных данных можно сделать вывод, что при расчёте потенциального пожарного риска следует рассматривать (как один из возможных сценариев развитие пожара) эффективность применения первичных средств пожаротушения, но при этом оценка величины пожарного риска с учётом применения первичных средств пожаротушения возможна только при наличии резерва времени для их использования.

На основании вышеизложенного сравнение первичных средств пожаротушения определено по величине коэффициента эффективности первичных средств пожаротушения, рассчитываемой по формуле:

Кх =

0,+ела

где К1 - коэффициент эффективности первичных средств пожаротушения; 01 - мощность

Таблица 1

Частоты применения первичных средств пожаротушения в г. Санкт-Петербурге

Таблица 2

Частоты применения первичных средств пожаротушения в Ленинградской области

Частота применения средств пожаротушения

Средства Год

пожаротушения 2014 2015

Коли- % Коли- %

чество чество

Подручные средства** 556 65,64 523 67,65

Переносные и передвижные огнетушители 283 33,41 238 30,78

Пожарные краны и средства обеспечения их использования 8 0,94 10 1,29

Пожарный инвентарь 0 0 2 0,25

Общее количество применённых средств пожаротушения 847 100 773 100

Всего 3 197 3 135

Частота применения средств пожаротушения

Средства Год

пожаротушения 2014 2015

Коли- % Коли- %

чество чество

Подручные средства** 0 0 0 0

Переносные и передвижные огнетушители 51 1,58 87 2,83

Пожарные краны и средства обеспечения их использования 1 0,03 4 0,13

Пожарный инвентарь 0 0 0 0

Общее количество применённых средств пожаротушения 52 1,61 91 2,96

Другие средства пожаротушения 3 175 96,78 2 976 94,08

Всего 3 227 100 3 067 100

Примечание к таблицам 1 и 2.

* Покрывала для изоляции очага возгорания при тушении пожаров не применялись.

** Подручные средства: вода, подаваемая не от внутреннего противопожарного водопровода; грунт; неприспособленные покрывала и т. д.

теплопоглощения водой, определяемая из соотношения возможной площади пожара и расхода воды системой внутреннего противопожарного водопровода, требующегося для локализации (ликвидации) пожара на данной площади [4], кВт; 02 - мощность теплопогло-щения огнетушащим составом, определяемая расходом из соотношения возможной площади пожара и того количества огнетушителей, которое необходимо для локализации (ликвидации) пожара на такой площади с учётом их огнетушащей способности [2], кВт; 03 - мощность теплопоглощения водой, определяемая по фактическому количеству стволов с установленным расходом, кВт; 04 - мощность теплопоглощения огнетушащим порошком, определяемая по типоразмеру огнетушителя, применяемого на объекте, кВт; п - количество огнетушителей, применяемых на объекте, ед.; в - коэффициент, учитывающий эффект одновременного применения нескольких огнетушителей.

Огнетушащее действие порошков определяется охлаждением зоны горения и гетерогенным ингибированием. В работе [9] влияние охлаждающего действия порошков занижено, так как расчёт отнимаемой теплоты из зоны горения определён без учёта размера частиц порошка, определяющих площадь теплоотвода.

Для определения фактической скорости теплопоглощения огнетушащего порошкового состава применена формула Ньютона -Рихмана:

а = а (Т - Т) 5,

4 з.г п/ 1

л,

N11 = 0,21- /?е0,8Рг°'43

Рг,

Рг„,

\ 0,25

где Яв - критерий Рейнольдса; Ргг - критерий Прандтля для порошка; Ргш - критерий Прандтля для продуктов горения (критерии определёны по табличным данным [10]).

Критерий Рейнольдса определён с учётом скорости поступления огнетушащего порошка в зону горения и скорости продуктов сгорания в конвективной колонке по учебнику [10]:

Яе =

Ц

где Уп - скорость выхода порошка из огнетушителя, м/с; твыг - удельная массовая скорость выгорания жидкости, кг/(м2-с);Рочаг -площадь очага пожара, м2; рпар (газ) - плотность паров (газов), кг/м3; ц - кинематическая вязкость горючей смеси, м2/с.

Площадь теплоотвода определяется по следующей зависимости:

;=1 м /Рп

где а - скорость теплоотвода порошком из зоны горения, Дж/с; а - коэффициент теплоотдачи, Вт/(К-м2);Гзг - температура в зоне горения, К; Тп - температура огнетушащего порошка, К; 5 - площадь теплоотвода, м2.

Коэффициент теплоотдачи можно определить по следующей формуле [9]:

где т. - масса фракции /-го гранулометрического состава, кг; 1 . - средний размер частиц /-го состава, м; рп - плотность огнетушащего порошка, кг/м3.

По формуле (3) с учётом формул (4-7) определено теплопоглощение 1 кг порошка:

а = а (Т - Т) 5 =

з.г п

= 15,71 • 106 Дж/с (15,71 МВт).

где Ми - критерий Нуссельта; X - коэффициент теплопроводности, Вт/(м-К); 1 - определяющий линейный размер, м.

Критерий Нуссельта рассчитывают по формуле [10]:

Исходные данные для расчёта тепло-поглощения порошка приведены в таблице 3.

Мощность теплопоглощения, отнимаемая нормативно требуемым количеством воды, рассчитывается по формуле:

Таблица 3

Данные для расчёта теплопоглощения порошка

Наименование показателя Обозначение Размерность Значение

Температура порошка Т п К 293

Температура газов в зоне горения Т з.г К 1 400

Коэффициент теплопроводности порошка X Вт/(м-К) 4,78

Критерий Прандтля для порошка ^ - 0,56

Критерий Прандтля для продуктов горения V/ - 0,651

Скорость выхода порошка из огнетушителя V п м/с 32

Горючее вещество - - Бензин АИ 95

Удельная массовая скорость выгорания жидкости (бензин) m выг кг/(м2-с) 0,048

Площадь очага пожара F очаг м2 10

Плотность паров бензина Рпар (газ) кг/м3 2,03

Кинематическая вязкость горючей смеси ц м2/с 5,299 10-5

Гранулометрический состав порошка - - До 0,8 мм - 75 %; от 0,8 до 1,2 мм - 25 %

Плотность огнетушащего порошка Рп кг/м3 2 350

Q1 = q 0 =

^ 1 * тр ^ погл

= 5 • 2 256 = 11,28 МДж/с (11,28 МВт),

где qтр - требуемый расход воды по своду правил [4] с учётом количества струй (2 струи по 2,5 л/с), л/с; 0погл - удельная теплота парообразования воды, кДж/кг.

Из приведённых расчётов следует, что мощность теплопоглощения огнетуша-щим порошком в 1,39 раз выше, чем у воды, подаваемой от внутреннего противопожарного водопровода (при соответствующем значении длительности подачи).

Определив требуемую (нормативную) мощность теплопоглощения первичными средствами пожаротушения, можно утверждать, что чем меньше значение коэффициента тем эффективнее применяемые первичные средства пожаротушения. Но эффективность работы первичных средств пожаротушения зависит не только от эффекта работы, но и от их вероятности срабатывания и определяется выражением:

где K3 - вероятность эффективной работы первичных средств пожаротушения; М2 - вероятность срабатывания соответствующего первичного средства пожаротушения (данное значение принимается для внутреннего противопожарного водопровода с учётом статистических данных (0,8), а для огнетушителей определяется во время проведения испытаний).

Применение первичных средств пожаротушения влияет на частоту реализации в течение года сценария пожара (т. е. частоту пожаров на данных объектах), если на начальной стадии пожара возгорание будет ликвидировано, то частота пожаров будет меньше.

В формуле (1) учитываем М3, и она примет следующий вид:

Р)=^0Р1ЩКз.

м

к3 - к1 (1 - к^

Результатом применения коэффициента К3 будет уменьшение величины условной вероятности поражения человека при применении первичных средств пожаротушения.

Таким образом, применение предлагаемого способа оценки эффективности первичных средств пожаротушения на различных объектах будет способствовать объективности анализа пожарной опасности объекта, позво-

лит уменьшить величину пожарного риска и разрешит проблему взаимозаменяемости внутреннего противопожарного водопровода на огнетушители, так как будут выполняться обязательные требования федерального закона [1].

ЛИТЕРАТУРА

1. Федеральный закон от 22 июля 2008 г. № 123-Ф3 «Технический регламент о требованиях пожарной безопасности». -М.: Проспект, 2014. - 111 с.

2. Правила противопожарного режима в Российской Федерации: утверждены Постановлением Правительства РФ от 25 апреля 2012 г. № 390.

3. СП 9.13130.2009. Техника пожарная. Огнетушители. Требования к эксплуатации. - М., 2009. - 25 с.

4. СП 10.13130.2009. Системы противопожарной защиты. Внутренний противопожарный водопровод. Требования пожарной безопасности. - М., 2009. - 13 с.

5. Приказ МЧС России от 30 июня 2009 г. № 382 «Об утверждении методики определения расчётных величин пожарного риска в зданиях, сооружениях и строениях различных классов функциональной пожарной опасности».

6. Приказ МЧС России от 10 июля 2009 г. № 404 «Об утверждении методики определения расчётных величин пожарного риска на производственных объектах».

7. BS 7974:2001. Application of fire safety engineering principles to the design of buildings. Code of practice / Standard by British Standards Institution, 10.24.2001, 34 p.

8. NFPA 551. (2013). Guide for the Evaluation of Fire Risk Assessments. National Fire Protection Association / USA an International Codes and Standards Organization, 25 p.

9. Баратов А. Н., Вогман Л. П. Огнетушащие порошковые составы. - М.: Стройиздат, 1982. - 72 с.

10. Башкирцев М. П., Бубырь Н. Ф, Минаев Н. А, Очун-ков Д. Н. Основы пожарной теплофизики. Учебник для пожарно-техн. училищ. - 3-е изд. перераб. и доп. - М.: Стройиздат, 1984. - 200 с.

Kozhevin D., Novikov V., Polyakov A.

ASSESSMENT OF FIRE RISK TAKING INTO CONSIDERATION THE USE OF FIRST AID APPLIANCES

ABSTRACT

Purpose. Due to the absence of the criterion of efficient application of first aid appliances in standard regulations there is a need for estimating the role of first aid appliances for fire prevention of facilities and their influence on fire risk. The object of the research is the efficiency of first aid appliances, the subject of the research is assessment of fire risk reduction.

Methods. While carrying out the research work general scientific methods have been applied.

Findings. We have conducted a comparative analysis of using first aid appliances to extinguish fires in St.-Petersburg and Leningrad region. A formula of the efficiency ratio of first aid appliances has been deducted. We have received comparative data on heat absorption capacity of water and fire extinguishing powder, taking into account standard regulations

requirements. The probability of effective operation of first aid appliances has been determined.

Research application field. Considering the probability of effective operation of first aid appliances will result in reducing the potential injury of persons while applying first aid appliances.

Conclusions. Applying the proposed method of assessing first aid appliances efficiency within various facilities will contribute to the objectivity in the fire risk analysis of a facility, will allow reducing the fire risk and solve the problem of interchanging the internal fire protection water main by fire extinguishers.

Key words: fire risk assessment, first aid appliances, fire extinguisher, efficiency.

REFERENCES

1. Federal law of Russia on July 22, 2008, No. 123 "Technical regulations on fire safety requirements". (in Russ.).

2. The rules fire prevention regime in the Russian Federation: approved. Decree Russian Federation on April 25, 2012, no. 390.

3. Code of rules 9.13130.2009 "Fire trucks. Fire extinguishers. Operation requirements". (in Russ.).

4. Code of rule 10.13130.2009 "Fire protection systems. Internal fire plumbing. Fire safety requirements". (in Russ.).

5. Order of the EMERCOM of Russia on June 30, 2009, no. 382 "On the approval of methodology for determining of calculated quantities of fire risk in buildings, construction and structures of various classes of functional fire hazard".

6. Order of the EMERCOM of Russia on July 10, 2009, no. 404 "On the approval of methodology for determining the of calculated quantities of fire risk at production facilities".

7. BS 7974:2001. Application of fire safety engineering principles to the design of buildings.Code of practice / Standard by British Standards Institution, 10.24.2001, 34 p.

8. NFPA 551. (2013). Guide for the Evaluation of Fire Risk Assessments. National Fire Protection Association / USA an International Codes and Standards Organization, 25 p.

9. Baratov A. N., Vogman L. P. Ognetushashchie poroshkovye sostavy [Extinguishing agents powdered compositions]. Moscow, Stroiizdat Publ., 1982. 72 p.

10. Bashkirtsev M. P., Bubyr' N. F., Minaev N. A., Ochunkov D. N. Osnovy pozharnoi teplofiziki [Fundamentals of Thermal Physics of Fire]. Moscow, Stroiizdat Publ., 1984. 200 p.

DMiTRi KoZHEViN

Vladislav NoviKov

ALEKSANDER POLYAKOV

Candidate of Technical Sciences

St.-Petersburg University of State Fire Service of EMERCOM of Russia, St. Petersburg, Russia

S.t-Petersburg University of State Fire Service of EMERCOM of Russia, St. Petersburg, Russia

Doctor of Technical Sciences, Professor

Saint-Petersburg University of State Fire Service of EMERCOM of Russia, St. Petersburg, Russia