ПРИМЕНЕНИЕ УСТАНОВОК ПОЖАРОТУШЕНИЯ С СИСТЕМАМИ ГИДРОАБРАЗИВНОЙ РЕЗКИ НА ОБЪЕКТАХ АТОМНОЙ ЭНЕРГЕТИКИ

Алешков М. В., Безбородько М. Д., Гусев И. А.

ПРИМЕНЕНИЕ УСТАНОВОК ПОЖАРОТУШЕНИЯ С СИСТЕМАМИ ГИДРОАБРАЗИВНОЙ РЕЗКИ НА ОБЪЕКТАХ АТОМНОЙ ЭНЕРГЕТИКИ

В статье рассматривается возможность применения установки пожаротушения с системой гидроабразивной резки при тушении пожаров на объектах атомной энергетики. Также пожары возникают чаще всего на электрооборудовании под напряжением, некоторые виды которого, исходя из соображений безопасной работы атомной электростанции, не допускается обесточивать. Одним из средств тушения, подача которого осуществляется установкой пожаротушения с системой гидроабразивной резки, является тонкораспылённая вода.

Ключевые слова: энергетика, пожар, ток утечки, установка пожаротушения, гидроабразивная резка, тонкораспылённая вода.

Стабильно функционирующие энергосистемы страны являются условием её экономического развития и независимости. Тесное взаимодействие практически со всеми сферами деятельности человека свидетельствует о том, что обеспечение их пожарной безопасности является одной из важных задач.

Возникновение пожаров на объектах энергетики является довольно частым явлением: с 2010 по 2015 гг. произошло 1 759 пожаров, общий прямой ущерб от которых составил 385 975 тыс. руб. [1, 2]. Помимо прямого материального ущерба существует и косвенный, связанный с остановкой и выходом из строя объектов промышленности, сельского хозяйства, социальной инфраструктуры и др.

В зависимости от источника энергии выделяют три основных вида электростанций:

- гидроэлектростанции (ГЭС), использующие энергию падающей воды;

- тепловые (ТЭС), использующие энергию природного органического топлива;

- атомные электростанции (АЭС), использующие энергию ядерного распада.

В зависимости от типа электростанций наличие пожарной нагрузки на этих объектах может варьироваться. Большая пожарная нагрузка на ТЭС представлена запасом органического топлива (торф, уголь, мазут, газ), а также её повышают трансформаторное масло, нефтепродукты, пластмассы, горючие материалы электроприборов, изоляции силовых

кабелей, водород, применяемый в системах охлаждения и др.

На объектах атомной энергетики, кроме изложенного, для обеспечения безопасности особое внимание следует уделять процессам, происходящим в атомном реакторе, так как его выход из-под контроля чреват катастрофическими последствиями. Примером служит авария, произошедшая на Чернобыльской АЭС, где в результате взрыва 4-го энергоблока произошёл выброс раскалённого до высокой температуры радиоактивного топлива, а возникший в результате этого пожар чуть не спровоцировал ещё один более мощный взрыв. От воздействия радиоактивного излучения пострадали сотни людей, огромные территории были заражены, из 30-километровой зоны было эвакуировано всё население, и последствия аварии ощутимы до сих пор [3].

Принцип действия, наличие основных узлов и агрегатов, различия в системах охлаждения, условия эксплуатации делают любой объект энергетики исключительным. Следовательно, каждый объект требует к себе определённого подхода в плане предупреждения и тушения пожаров. Но одним важным условием, связывающим все объекты, является наличие огромного количества электрооборудования, работающего под напряжением.

Управление всеми процессами на станции, в том числе контроль над безопасной работой энергетических установок, осуществляется за счёт кабельного оборудования.

Пожар, возникший на электрооборудовании или в кабельных шахтах, развивается очень быстро. По оценкам специалистов ВНИИПО МСЧ России, массовая скорость выгорания ПВХ материалов в среднем может составлять до 0,75 кг/(м2 мин) [7]. Линейная скорость распространения пламени достигает значений от 0,8 до 1,1 м/мин.

В 1975 году на АЭС «Браунс Фери» (Browns Ferry NPP) в штате Алабама (США) произошёл пожар - горело кабельное оборудование. Пожар возник в результате нарушения

правил пожарной безопасности. В итоге было уничтожено около 2 000 обособленных контрольных сигнализационных кабелей, более 1 600 кабельных линий, 600 из которых относились к системам управления защитой станции. В ходе тушения пожара было установлено, что аварийное водоснабжение вышло из строя, и если бы не умелые и решительные действия пожарных подразделений, то произошла бы ядерная катастрофа.

Общий ущерб от пожара составил более 20 млн долларов и более чем на год станция была выведена из эксплуатации [3].

Анализ пожаров на атомных электростанциях свидетельствует, что пожары чаще всего возникают на кабельных линиях (рис. 1).

При тушении пожаров на объектах атомных электростанций необходимо всегда отключать от электросети горящее оборудование [4]. Однако это не всегда возможно осуществить, так как данное оборудование влияет на безопасную работу станции.

Около 30 % суммарной площади помещений от общей площади АЭС содержат в себе электрооборудование (и ~ 0,4-6 кВ), отключение которого при пожаре невозможно, исходя из условий безопасности [4].

Это приводит к необходимости установления величины тока утечки в струях подаваемого огнетушащего вещества (ОТВ). Именно оно и должно обеспечивать безопасную работу пожарных.

Необходимость отключения, заземления и снятия напряжения приводит, по существу,

40 35

25 -

Рисунок 1. Процентное соотношение пожаров от общего их количества на АЭС:

1 - кабели; 2 - маслопроводы;

3 - насосы 1 и 2 контуров; 4 - турбогенераторы;

5 - электронное оборудование; 6 - трансформаторы;

7 - вентсистемы

к увеличению времени свободного развития пожара.

Расчёт времени свободного развития пожара в различных отраслях народного хозяйства определяется в виде суммы затрат времени на выполнение различных работ.

Значение времени свободного развития пожара возможно рассчитать по следующей формуле [5]:

т - Т + X, + т + т ,

св д.с сб сл р7

где тсв - время свободного развития пожара, мин; тдс - время до сообщения о пожаре в пожарную часть, мин; тсб - время сбора и выезда по тревоге, мин; тсл - время следования к месту пожара, мин; тр - время развёртывания с расстановкой сил и средств подразделения пожарной охраны, мин.

Правила охраны труда [6] требуют при тушении пожара электрооборудования под напряжением получать от представителей энергообъекта письменное подтверждение об отключении электрооборудования, а тушение осуществлять только после заземления всех средств тушения. Личный состав при тушении должен использовать диэлектрический комплект (диэлектрические боты, перчатки и ножницы, резиновый коврик).

Учитывая все эти особенности формула (1) приобретает следующий вид:

т - X + X, + X + X + X + X ,

св д.с сб сл р откл зазем7

где тоткл - время обесточивания оборудования, мин; тзазем - время заземления средств тушения, мин.

При выполнении операций (обесточи-вание оборудования, заземление средств тушения) время свободного развития пожара увеличивается, следовательно, возрастает и материальный ущерб, а обстановка на объекте осложняется.

Исходя из этого, появляется задача, связанная с тушением пожаров электрооборудования без снятия с него напряжения. В разное время проводились исследования в данной области. Рассматривались вопросы, связанные с применением ручных пожарных стволов при тушении пожаров электрооборудования под напряжением, ввиду их распространённости и оснащения ими основных пожарных автомобилей [7]. Были получены данные, касающиеся

30

20

15

10

5

0

безопасных расстояний, которые необходимо выдерживать ствольщику при тушении пожаров на электрооборудовании с применением ручных пожарных стволов. Рассматривались вопросы применения различных видов ОТВ и влияния их составов на проводимость электрического тока, которые позволили определить безопасные расстояния для ствольщиков [8]. Исследование возможности использования пенных растворов при тушении пожаров электрооборудования под напряжением показало недопустимость применения генераторов пены средней кратности и пенообразователя марки ПО-6АЗР 3 % [7].

В качестве задачи рассматривалась возможность применения при тушении пожаров электрооборудования под напряжением тонкораспылённой воды, представляющей собой дисперсную систему, основным критерием которой является размер капель жидкости (степень дисперсности). Помимо размера капель на огнетушащую способность тонкораспылённой воды влияют: интенсивность подачи ОТВ, скорость движения капель, напор струи, проникающая способность струи в очаг пожара. Все эти параметры струи во многом зависят от средства подачи ОТВ.

Было установлено, что для эффективного тушения пожара целесообразно использовать тонкораспылённую воду с диаметром капель менее 200 мкм, двигающуюся с высокой скоростью. Этим обеспечивается поступление капелек воды к очагам горения. Имея малые размеры, капли интенсивно испаряются, вследствие чего происходит охлаждение зоны горения, перемешивание и разбавление продуктов горения.

Применение изложенного метода может осуществляться за счёт установок автоматического пожаротушения, использующих системы дренчерного и спринклерного пожаротушений, интенсивности подачи тонкораспылённой воды при тушении пожаров на объектах атомной энергетики отражены в НПБ 114-2002.

В качестве системы подачи ОТВ могут использоваться ранцевые системы пожаротушения и установки пожаротушения тонкораспылённой водой, основным средством подачи ОТВ которых являются стволы высокого давления. Положительный пример использования последних был доказан при проведении экспериментального исследования по опреде-

лению возможности использования установки пожаротушения тонкораспылённой водой УПТВ 50/120. Было установлено, что применение её при тушении электрооборудования под напряжением возможно, так как опасный для человеческого здоровья показатель (I = 0,5 мА) не достигается [7].

Критерий, характеризующий безопасное применение ОТВ и средств при тушении пожаров электрооборудования под напряжением, равный 0,5 мА, принимается согласно ГОСТ 12.1.038-82 «Электробезопасность. Предельно допустимые значения напряжения прикосновения и токов» и является общим для всех систем пожаротушения.

Его предельные значения были приняты из условия неопасного прохождения через тело человека тока силой до 0,5 мА. При следующих показателях силы тока можно получить опасные для жизни поражения:

- 1 00 мА и более представляет опасность для жизни,

- от 50 до 80 мА вызвает паралич дыхания;

- от 20 до 25 мА парализует руки (человек не может самостоятельно оторваться от токоведущей части под напряжением);

- от 0,6 до 1 ,5 мА наблюдается дрожание пальцев [9].

В 1997 году была запатентована система тушения пожара с возможностью подачи ОТВ через оградительные конструкции, представляющие собой покрытия или стены, выполненные из различных строительных материалов.

Особенность данной системы заключается в возможности подачи в очаг пожара тонкораспылённой воды под большим давлением (30 МПа) и объёмным расходом воды (до 60 л/мин). Капли размером 1 1 0 мкм (приблизительно), попадая в зону горения, интенсивно испаряются, отводя большое количество теплоты, в результате чего происходит её охлаждение [10]. Установка с высоким давлением и скоростью подачи обеспечивает эффективное тушение пожара как по объёму, так и по площади. Дальность эффективной части струи составляет около 1 0 м. При использовании данного метода пожаротушения осуществляется тактическое вентилирование, способствующее перемешиванию и вытеснению продуктов горения из помещения, что ведёт к снижению риска образования выбросов

10

Рисунок 2. Основные элементы установки пожаротушения с системой гидроабразивной резки: 1 - ёмкость для ОТВ; 2 - насос высокого давления;

3 - коммуникации для транспортировки ОТВ;

4 - электронный клапан для подачи воды в абразивный резервуар; 5 - горловина абразивного резервуара; 6 - коммуникации для транспортировки абразива; 7 - абразивный резервуар; 8 - распылительная насадка;

9 - элемент конструкции здания;

10 - тонкораспылённая струя ОТВ

горючих веществ и объёмных вспышек. Принципиальная схема основных элементов установки с системой гидроабразивной резки приведена на рисунке 2.

Особенностью пожаротушения при подаче тонкораспылённой воды под большим давлением является возможность резки строительных конструкций с последующей подачей ОТВ. Эта возможность во многом повышает уровень безопасности для личного состава, так как подача ОТВ осуществляется из безо-

пасного места (пожар в замкнутом объёме). Резка осуществляется за счёт подачи под большим давлением смеси воды и частиц абразива, которые, попадая на поверхность, разрушают её. Образование смеси абразива и воды в системе осуществляется за счёт дозирования абразива в насосно-рукавную систему установки в количестве 4 % от расхода воды по объёму. Абразив - твёрдое мелкозернистое вещество размером от 0,3 до 0,8 мм, основными компонентами которого являются: Ре203 -от 40 до 60 %; РеЭЮ3 - от 30 до 40 %; А1203 -от 1 до 3 %; Мп02 - от 2 до 4 %. Следует отметить также, что резка осуществляется без образования искр, что является важным фактом при тушении пожара внутри замкнутого пространства, где уже образовалась взрывоопасная паровоздушная смесь.

Вследствие того, что до 30 % помещений от общей площади энергетического комплекса содержат электрооборудование под напряжением, обесточивание которого при пожаре не всегда возможно, и того что гореть может кабельное оборудование, появляется новая задача, касающаяся возможности использования установки пожаротушения с системой гидроабразивной резки при тушении пожаров электрооборудования под напряжением на объектах энергетики (табл. 1).

Возможность применения установки пожаротушения при тушении пожаров электрооборудования под напряжением зависела от тока утечки по струе ОТВ (табл. 2).

Таблица 1

Основные технические характеристики установки пожаротушения с системой гидроабразивной резки

Характеристики установки Параметры, ед. изм.

Давление водяного насоса 26-29 МПа

Производительность установки 28 л/мин

Объём бака с водой 270 л

Объём бака с абразивом 10 л

Расход абразива 4 % от расхода воды по объёму

Плотность применяемого абразива 1 900-2 000 кг/м3

Тип привода ДВС

Длина пожарного рукава 80 м

Таблица 2

Результаты испытания установки пожаротушения с системой гидроабразивной резки на ток утечки по струе ОТВ

Расстояние до мишени, м Среднее значение тока утечки по струе ОТВ, мкА Вид ОТВ Напряжение переменного тока на мишени,

Вода Абразив кВ

3 66,58 66,32

2 76,84 57,96 30

1 217,66 189,92

3 61,84 61,14

2 54,74 54,38 20

1 85,72 70,28

3 54,46 56,18

2 51,86 51,6 10

1 57,7 40,74

4

250  225 200 175  150  125 100 75 50 25

0

1

2

Расстояние, L, м

Рисунок 3. Зависимости величин тока утечки по струе ОТВ:

1 - тонкораспылённой воды при напряжении 30 кВ;

2 - воды с абразивом при напряжении 30 кВ; 3 - тонкораспылённой воды при напряжении 20 кВ;

4 - воды с абразивом при напряжении 20 кВ; 5 - тонкораспылённой воды при напряжении 10 кВ;

6 - воды с абразивом при напряжении 10 кВ; 7 - максимальное значение тока утечки по струе ОТВ

В результате испытаний были получены значения величины тока утечки по струе ОТВ, которые показывают, что максимально допустимый предел по величине тока утечки (500 мкА) не достигался как при использовании в качестве ОТВ тонкораспылённой воды, так и смеси воды с абразивом (рис. 3).

Максимальные значения величин тока утечки по струе тонкораспылённой воды

и струе с абразивом составляют 224,1 и 193,7 мкА, соответственно, что почти в 2,3 и 2,6 раза меньше максимального допустимого значения (500 мкА).

Результаты, полученные при проведении исследования, свидетельствуют о том, что при данных параметрах установки с системой гидроабразивной резки возможно её применение при тушении пожаров электрооборудования под переменным напряжением до 30 кВ и частотой 50 Гц на расстоянии не менее 1 м при соблюдении требований нормативной документации в области охраны труда и техники безопасности.

В статье показано, что введение абразива в состав диспергируемой воды несущественно сказывается на величинах тока утечки по струе огнетушащего вещества. Рассматриваемыми системами пожаротушения комплектуются автомобили быстрого реагирования, способные за короткое время прибыть к месту вызова и организовать подачу огнетуша-щего вещества на тушение. В целях экономии материальных ресурсов и повышения эффективности пожарных подразделений установки пожаротушения с системами гидроабразивной резки устанавливаются совместно с основным оборудованием пожарных автоцистерн. Такие компоновочные решения позволят безопасно и эффективно применять пожарные автомобили при тушении пожаров на объектах энергетики.

7

ЛИТЕРАТУРА

1. Пожары и пожарная безопасность в 2014 году. Статистический сборник / под общ. ред. А. В. Матюшина. - М.: ВНИИПО, 2015. - 124 с.

2. Пожары и пожарная безопасность в 2015 году. Статистический сборник / под общ. ред. А. В. Матюшина. - М.: ВНИИПО, 2016. - 124 с.

3. Микеев А. К. Пожары на радиационно опасных объектах. Факты. Выводы. Рекомендации. Монография. - М.: ВНИИПО, 2000. - 346 с.

4. Типовая инструкция по тушению пожаров на электроустановках АЭС концерна «Росэнергоатом»: утв. Минатом России от 16.10.2001 г. - М.: Концерн «Росэнергоатом», 2001. - 11 с.

5. Иванников В. П., Клюс П. П. Справочник руководителя тушения пожара. - М.: Стройиздат, 1987. - 288 с.

6. Приказ Министерства труда и социальной защиты РФ от 23 декабря 2014 г. № 1100н «Об утверждении Правил по охране труда в подразделениях федеральной противопожарной службы Государственной противопожарной службы».

7. Колбасин А. А. Нормирование требований к средствам тушения электрооборудования под напряжением на объектах энергетики: дис. ... канд. техн. наук. - М., 2012. - 152 с.

8. Копылов С. Н. Определение безопасных расстояний при тушении электроустановок, находящихся под напряжением // Сборник научных трудов «Пожарная безопасность». - М.: ВНИИПО, 2008. - С. 52-62.

9. Алешков М. В., Пушкин Д. С., Колбасин А. А. Особенности развития и тушения пожаров на объектах электроэнергетики [Электронный ресурс] // Технологии техносферной безопасности. - 2010. - Вып. 3. - Режим доступа: http://ipb.mos.ru/ ttb/2010-3/2010-3.html

10. Forsth M, Ochoterena R, Lindstrom J. Spray characterization of the cutting extinguisher // Fire Technology, SP Arbetsrapport, 2012, vol. 14, 38 р.

Aleshkov M., Bezborodko M., Gusev I.

THE USE OF FIRE EXTINGUISHING INSTALLATIONS WITH WATER JET CUTTING SYSTEMS AT POWER ENGINEERING FACILITIES

ABSTRACT

Purpose. The article deals with the possibilities of using installations with water jet cutting systems to extinguish electrical fires. The study object is the process of suppressing electrical fires with water spray, the study subject is a fire extinguishing installation with water jet cutting system.

Methods. With technology advances and the advent of new extinguishing methods and systems we have developed the fire extinguishing installation with water jet cutting system based on the method of water spray discharge to the fire seat. Both the method and the system required to determine the possibilities of being used for the extinction of electrical fires and it has been accomplished by means of the empirical method of study.

Findings. The possibility of using the fire extinguishing installation with water jet cutting system to extinguish electrical fires has been determined.

The minimum safe distance for a nozzle operator to live electrical equipment has been determined as well.

Research application field. The obtained results can be used to work out guidelines for using fire extinguishing installations with water jet cutting systems at power engineering facilities.

Conclusions. The use of fire extinguishing installations with water jet cutting systems will make it possible to extinguish electrical and confined fires effectively and shorten free burning time by means of the efficient response at an early stage of fire extinction and tactical and technical features of the fire extinguishing installation.

Key words: power engineering, fire, leakage current, fire extinguishing installation, water jet cutting system, water spray.

REFERENCES

1. Fires and fire safety in 2014: Statistical collections. Moscow, All-Russian Research Institute for Fire Protection of EMERCOM of Russia Publ., 2015. 124 p. (in Russ.).

2. Fires and fire safety in 2015: Statistical collections. Moscow, All-Russian Research Institute for Fire Protection of EMERCOM of Russia Publ., 2016. 124 p. (in Russ.).

3. Mikeev A.K. Pozhary na radiatsionno opasnykh ob"ektakh. Fakty. Vyvody. Rekomendatsii [Fires in radiation hazardous objects. Data. Conclusions. Recommendation]. Moscow, All-Russian Research Institute for Fire Protection of EMERCOM of Russia Publ., 2000. 346 p.

4. Standard instruction on fighting fires in electrical installations, nuclear power plants of "Rosenergoatom": approved by Ministry of Atomic Energy of Russia on October 16, 2001.

5. Ivannikov V.P., Klius P.P. Spravochnik rukovoditelia tusheniia pozhara [Directory of fighting a fire head]. Moscow, Stroiizdat Publ., 1987. 288 p.

6. Order of the Ministry of Labor and Social Protection of the Russian Federation on 23 December, 2014, "On approval of the Rules on occupational safety in the units of the Federal Fire Service State fire service". (in Russ.).

7. Kolbasin A.A. Normirovanie trebovanii k sredstvam tusheniia elektrooborudovaniia pod napriazheniem na ob"ektakh energetiki [The requirements to means of extinguishing energized electrical equipment at power plants. Cand. techn. sci. diss.]. Moscow, State Fire Academy of EMERCOM of Russia Publ., 2012, 152 p.

8. Kopylov S.N. Opredelenie bezopasnykh rasstoianii pri tushenii elektroustanovok, nakhodiashchikhsia pod napriazheniem [Determination of safe distances to extinguish electrical installations under voltage. Collection of scientific papers "Fire Safety"]. Moscow, All-Russian Research Institute for Fire Protection of EMERCOM of Russia Publ., 2008, pp. 52-62.

9. Aleshkov M.V., Pushkin D.S., Kolbasin A.A. Features of development and suppression of fires on objects of power. Tekhnologii tekhnosfernoi bezopasnosti: internet-zhurnal, 2010, no. 3, available at: http://ipb.mos.ru/ttb/2010-3/2010-3.html (accessed November 16, 2016). (in Russ.).

10. Forsth M., Ochoterena R., Lindstrom J. Spray characterization of the cutting extinguisher // Fire Technology, SP Arbetsrapport, 2012, vol. 14, 38 p.

MiKHAiL Aleshkov MiKHAiL Bezborodko ivAN Gusev

Doctor of Technical Sciences, Professor

State Fire Academy of EMERCOM of Russia, Moscow, Russia

Doctor of Technical Sciences, Professor

State Fire Academy of EMERCOM of Russia, Moscow, Russia

State Fire Academy of EMERCOM of Russia, Moscow, Russia