Пожарная безопасность

У першому розділі наведено результати аналізу літературних джерел, які свідчать про наявність публікацій про комбінації вогнегасних речовин. Одна із сучасних високоефективних вогнегасних речовин - вогнегасний порошок являє собою суміш (комбінацію) кількох твердих речовин з різними факторами впливу на процеси горіння. Ці суміші можуть мати неадитивні властивості (синергізм чи антагонізм) при придушенні полум\'я. Є розрізнені публікації щодо стаціонарних установок пожежогасіння, у яких застосовуються комбінації вогнегасних речовин. Так, для протипожежного захисту газоперекачувальних агрегатів використовуються комбіновані установки пожежогасіння, у яких реалізуються послідовна подача вогнегасного порошку і газу, вогнегасного порошку і піни.

Систематичних експериментальних досліджень по гасінню різних класів пожеж з використанням комбінованої (одночасної) подачі вогнегасних речовин практично немає. Є тільки розрізнені публікації щодо таких досліджень, які проведені без належної методологічної основи, на різнотипних установках пожежогасіння, без апробації в полігонних умовах. У цих роботах відсутній важливий аспект досліджень - знаходження оптимального режиму і послідовності подачі вогнегасних складів у вогнище пожежі.

З цих питань практично відсутні теоретичні публікації. А без належних наукових основ не розробляються технічні засоби подачі вогнегасних речовин, особливо це стосується пересувних установок пожежогасіння. Тому не дивно, що в даний час в Україні більшість пожеж гаситься водою.

У другому розділі проведені дослідження математичних моделей для опису процесу гасіння вогнища пожежі різними вогнегасними речовинами при індивідуальному і комбінованому застосуванні. 

У першому розділі наведено результати аналізу статистики пожеж під час аварій суден, існуючих способів і засобів боротьби з пожежами на них в Україні, а також стан питання щодо гасіння пожеж розпиленою водою. Визначено особливості та специфіку розвитку суднових пожеж і боротьби з ними. Розкрито недоліки систем пожежогасіння, які застосовуються на суднах України, які  не в повній мірі вирішують задачі їх протипожежного захисту.

З аналізу літературних джерел та нормативних документів щодо застосування для гасіння пожеж водою випливає, що в теперішній  час вона використовується насамперед для охолодження поверхні, що горить. Даний метод гасіння знайшов своє застосування у дренчерних і спринклерних установках систем пожежогасіння. Такі системи застосовуються  на сучасних суднах, але вони мають  ряд недоліків, які не дозволяють повною мірою забезпечити ефективний протипожежний захист суден усіх класів.

Зроблено висновок, що перспективною технологією гасіння пожеж для суднових умов є використання води, або води з модифікуючими добавками в тонкорозпиленому вигляді.

На підставі аналізу і теоретичного обґрунтування сформульовано мету і задачі досліджень.

 У другому розділі наведено результати теоретичних досліджень фізичних процесів, що відбуваються в судновому приміщенні у процесі розвитку пожежі за тонкого розпилення ВВР в його об’ємі. Із використанням законів термодинаміки змодельовано процеси тепломасообміну, що відбуваються між краплинами ВВР і ГПС приміщення, в якому відбувається гасіння пожежі тонкорозпиленою ВВР. Зміну стану ГПС приміщення наочно представлено на діаграмі стану вологого повітря Id , рис. 1. На діаграмі: точка А відповідає стану ГПС до пожежі; точка В – початку подавання розпиленої ВВР; точка С характеризує максимальну кількість водяної пари, що може утворитися у приміщенні; точка Д  відноситься до характеристики  кінцевого стану ГПС.

За результатами проведених теоретичних досліджень розроблено спосіб гасіння пожежі та зниження температури ГПС шляхом подавання рівномірно розподіленого по всьому об’єму  закритого простору приміщення судна тонкорозпиленого ВВР. Конструктивно спосіб реалізується застосуванням блоків розпилення, встановлених у підстельному просторі приміщення. Кожен блок складається з набору відцентрових форсунок, що розпилюють ВВР у горизонтальній площині таким чином, щоб їх факели розпилення (ФР) заповнювали верхню область вільного простору приміщення (зона розпилення), рис. 2. Однорідність густини розпилення досягається підбиранням форсунок з певними характеристиками чи накладанням факелів розпилення від декількох форсунок. Область вільного об’єму, розташована під зоною розпилення, являє собою зону осідання. Заповнення зони осідання відбувається в результаті осідання краплин води та їх перемішування з газоповітряними потоками. Рівномірність процесів тепломасообміну під час розпилення води цим способом забезпечується тим, що відбувається її змішування з верхніми, найбільш нагрітими шарами ГПС приміщення.

У ВСТУПІ обґрунтовано вибір та актуальність теми дослідження, сформульовано мету роботи, задачі досліджень, відзначено наукову новизну, особистий внесок здобувача та практичну значимість роботи.

            У ПЕРШОМУ РОЗДІЛІ проведено аналіз статистики пожеж в Україні від електротехнічних виробів. Показано, що значний ризик загибелі людей від цих виробів пов’язаний з пожежами від обігрівальних електричних приладів. Проведено аналіз методів оцінки пожежної небезпеки обігрівальних електричних приладів.

            В Україні для оцінки пожежної небезпеки обігрівальних електричних приладів використовують методики випробувань за ГОСТ 27570.15, які включають детерміністичні методи, розроблені ІЕС, та за ГОСТ 16617 та ГОСТ 17083, що включають імовірнісні та детерміністичні методи, розроблені ВНДІПО.

Аналіз імовірнісних методів оцінки пожежної небезпеки обігрівальних електричних приладів показав, що положення їх суперечать принципам оцінки пожежної небезпеки електротехнічних виробів, тому що не враховують конструктивних заходів, направлених на локалізацію вогню у приладах у разі їх займання і на запобігання пожежонебезпечним відмовам пристроїв захисту. Положення цих методів також суперечать принципам оцінки надійності продукції, згідно з якими пожежна безпека має забезпечуватись на протязі терміну її служби, а не першого року експлуатації. Окрім цього, імовірнісні методи в розрахунках не враховують у повному обсязі результати випробувань в усіх пожежонебезпечних режимах роботи обігрівальних електричних приладів, визначених у ГОСТ 27570.15.

Однією із складових імовірності виникнення пожежі є імовірність досягнення температури складових частин обігрівальних електричних приладів критичних значень. Цю імовірність розраховують через функцію розподілу Стьюдента. Виявлено, що значення цієї функції не відповідають кількості зразків, що випробовують, і представлені з похибкою округлення значно більшою ніж критерій оцінки.

            Вихідними даними для розрахунку імовірності досягнення температури складових частин критичних значень є температура їх нагрівання у пожежонебезпечних режимах роботи. Аналіз методів показав, що температури складових частин обігрівальних електричних приладів визначають за умов прикладання різних рівнів напруги живлення та перераховують до різних значень температури навколишнього середовища.

         Для оцінки пожежної небезпеки обігрівальних електричних приладів також використовують методи випробувань джерелами запалювання, а саме  голчастим полум’ям, розжареним дротом та інші, за винятком кабелів і проводів, для яких застосовують метод випробування на поширення полум’я за розділом 2 ГОСТ 12176. Метод, що нормується у цьому стандарті, розроблено на основі методу, опублікованого у 1979 році Міжнародною електротехнічною комісією у стандарті ІЕС 60332-1. У 1993 році цією організацією було опубліковано нову редакцію цього стандарту, який застосовують разом зі стандартом ІЕС 60332-2. Метод, що нормується у другій частині ІЕС 60332, застосовують у випадках втрати зразками цілісності під час випробувань за основним методом, визначеним у першій частині.

Порівняльний аналіз методів випробувань кабелів і проводів на поширення полум’я, який є складовою частиною обігрівальних електричних приладів, з методами випробувань інших видів електротехнічної продукції показав, що Міжнародною електротехнічною комісією прийнято для випробувань нове джерело полум’я потужністю 1 кВт за ІЕС 60695-2-4/1 і введено додатковий критерій, згідно з яким оцінюється поширення полум’я вниз від точки прикладання полум’я. Проте, пожежна небезпека кабелів та проводів не оцінюється за такими критеріями, як тривалість самостійного горіння і відділення від них здатних до запалювання часток. Тобто, за критеріями, за якими оцінюють інші складові частини обігрівальних електричних приладів та інші види електротехнічної продукції. Порівняльний аналіз методів випробувань також виявив відмінності у кількості зразків кабелів та проводів, що випробовують, в умовах прикладання випробувального полум’я до зразків, у температурах, за яких проводять випробування, і в умовах кондиціювання зразків перед випробуванням.

На підставі проведеного аналізу методів оцінки пожежної небезпеки обігрівальних електричних приладів сформульовано задачі досліджень та основні напрямки їх розв’язання.

            У ДРУГОМУ РОЗДІЛІ наведено результати досліджень характеристик горіння кабелів і проводів у залежності від випробувального полум’я, способу його прикладання до зразків, температури навколишнього середовища, умов кондиціювання зразків. Показано залежність результатів випробувань кабелів і проводів від критеріїв оцінки пожежної небезпеки.

В Україні для оцінки стійкості кабелів і проводів до поширення полум’я використовують випробувальне полум’я за ГОСТ 12176, потужність якого не нормована. У міжнародній практиці за ІЕС 60332-1  для цих цілей застосовують полум’я потужністю 1 кВт за ІЕС 60695-2-4/1. Встановлено, що значення такого показника пожежної небезпеки як тривалість самостійного горіння кабелю однієї марки за умови прикладання полум’я потужністю 1 кВт перевищує значення, отримане за умови прикладання полум’я за ГОСТ 12176, на величину до 44,7 %.

Міжнародною електротехнічною комісією прийнято два способи прикладання до зразків полум’я потужністю 1 кВт. Для кабелів і проводів за ІЕС 60332-1 це полум’я прикладають так, щоб блакитний його конус торкався поверхні зразка. За ІЕС 60695-2-4/1 це полум’я прикладають так, щоб відстань вздовж осі пальника між пальником і зразком становила 100 мм.  За результатами досліджень виявлено, що значення такого показника пожежної небезпеки як довжина звугленої частини кабелю однієї марки під час прикладання випробувального полум’я за ІЕС 60695-2-4/1 перевищує  значення, отримане під час прикладання його за ІЕС 60332-1, на величину до 12,5 %.  Визначено для випробувань кабелів і проводів застосування полум’я потужністю 1 кВт  і спосіб його прикладання за ІЕС 60695-2-4/1.

Аналіз міжнародних стандартів виявив відмінності в нормуванні значень температури навколишнього середовища під час випробувань кабельної продукції. Зважаючи на це, проведено дослідження з визначення впливу температури навколишнього середовища на характеристики горіння кабелів і проводів. Результати експериментальних досліджень виявили, що у діапазоні температури навколишнього середовища від 13 °С до 35 °С збільшується до 2,8 % значення довжини звугленої частини кабелів вище точки прикладання випробувального полум’я (див. рис. 1) і до 4,8 % значення тривалості самостійного горіння зразка.

Аналіз міжнародних стандартів виявив неоднозначність у нормуванні вимог до кондиціювання зразків під час проведення випробувань кабельної продукції. У зв’язку з цим проведено дослідження з визначення впливу температури, відносної вологості та тривалості кондиціювання зразків на характеристики горіння кабелів і проводів. Результати експериментальних досліджень, які наведено на рис. 2, показують зростання довжини звугленої частини кабелів вище точки прикладання полум’я залежно від кондиціювання зразків за температури від 18 °С до 35 °С. Таку тенденцію також виявлено для тривалості самостійного горіння цих виробів. Максимальне збільшення середньої довжини звугленої частини кабелів вище точки прикладання полум’я становило 2,9 %, а середньої тривалості  самостійного їх горіння – 6,8 %.

На рис. 3 показано, що довжина звугленої частини кабелів вище точки прикладання полум’я залежно від кондиціювання зразків за відносної вологості від 30 % до 80 % зменшується нерівномірно. Значення цього показника значно зменшуються, якщо кондиціювання кабелів проводити за відносної вологості більше ніж 70 %. Таку тенденцію також виявлено для тривалості самостійного горіння цих виробів. За умов кондиціювання кабелів за відносної вологості від 30 % до  70 % максимальне відносне відхилення між середніми значеннями довжини звугленої частини кабелів становило 3,7 %, а між середніми значеннями тривалості самостійного їх горіння – 3,2 %. 

В першому розділі здійснено огляд класифікації та особливостей виникнення та розвитку ландшафтних пожеж, експериментальних досліджень низових лісових та степових пожеж, проаналізовано існуючі математичні моделі розповсюдження ландшафтних пожеж та використання результатів математичного моделювання при гасінні цих пожеж. Вказано, що основними характеристиками, знання яких визначає тактику гасіння пожежі й вибір способів і засобів боротьби з ними, є контур пожежі, його периметр, площа й напрямок його найнебезпечнішого поширення. Тому найважливішим завданням є побудова математичної моделі, що дозволяє розрахувати контур пожежі в різні моменти часу з урахуванням природних факторів його поширення. Розглянуто значення фізичних параметрів горючого середовища, що впливають на характеристики низової лісової пожежі, які визначаються складом і властивостями ЛПМ і до числа яких відноситься вологість ЛПМ, що може змінюватися в широких межах на шляху поширення пожежі. Крім того, на поширення пожежі впливають короткочасні і тривалі зміни параметрів вітру. Розглянуто та проаналізовано існуючі математичні моделі і надана їх класифікація за методами побудови. Вказано, що існуючі Моделі глобального розповсюдження контуру (МГРК), що основані на феменологічному опису контурів пожеж, з використанням різних моделей для швидкості розповсюдження пожежі, мають певні обмеження та області використання. На разі, практично не враховуються наступні важливі фактори: вологість ЛПМ, її зміну у просторі, флуктуації швидкості вітру та її зміну за силою та напрямком у часі.

Виходячи з актуальності теми і проведеного аналізу, сформульована задача дослідження – дослідити вплив неоднорідного просторового розповсюдження ЛПМ, форми та розміру вогнища загоряння та зміни параметрів вітру на форму контуру низової лісової пожежі, а також вивчити можливість практичного використання отриманих результатів.

У другому розділі показано, що для визначення границь вигоряння недостатньо знати тільки швидкість поширення фронтальної V_f , тиловий V_b і флангової V_fl крайки пожежі щодо напрямку швидкості вітру V_w, необхідно розглядати залежності швидкості руху контуру від азимутального кута між напрямком швидкості вітру й напрямком поширення крайки пожежі

У першому розділі здійснено класифікацію лісових пожеж. На основі аналізу робіт Валендика Е.М., Арцибашева Є.С., Курбатського Н.П., Вонського С.М. виділено фактори, що впливають на динаміку розвитку лісової пожежі. Показано, що визначальним фактором є вологість паливного матеріалу, другим по впливу на процес горіння є рельєф місцевості та вітер. Проаналізовано підходи Теліцина Г.П., Доррера Г.А., Курбатського Н.П., Куценко Л.М. до побудови прогнозу розповсюдження пожежі. Проаналізовано інструментальні засоби розвідки осередків пожежі, що наведені в роботах Доррера Г.А., Стаканкіна Ю.П., Воробйова О.Ю. Валендика Е.М., показано, що літальні апарати, які обладнані ІЧ та радіометричною апаратурою є всепогодними і дозволяють спостерігати осередки пожеж крізь хмари і дим. Але відсутня система, яка в комплексі вирішувала б задачі виявлення та побудови прогнозу розповсюдження осередку пожежі з урахуванням реальних даних.

Виходячи з актуальності теми і проведеного аналізу по ній, сформульована задача – розробити узагальнену модель формування випромінювання лісових масивів, на базі якої визначити оптимальні параметри дистанційної апаратури виявлення осередків лісових пожеж, створити алгоритм оснащення служб системами моніторингу лісових пожеж і прогнозу динаміки їх розповсюдження по елементам ландшафту в залежності від його рельєфу, швидкості і напрямку вітру, вологості паливного матеріалу.

У другому розділі показано, що систему розвідки осередку пожежі можна розділити на три підсистеми: банк даних, розвідка пожеж і прогноз післяпожежної динаміки лісів. У роботі розглядаються питання, що пов’язані із створенням другої підсистеми, тобто оперативної оцінки поточної пожежної небезпеки лісу; виявлення і документування осередків пожеж, прогнозування поширення пожеж по елементах ландшафту з використанням обчислювальної техніки для розрахунку сил і засобів боротьби з пожежею.

Лісова пожежа є складовою частиною природного середовища, усередині якої термодинамічні параметри відрізняються від рівноважних значень у результаті зміни температури і складу навколишнього середовища внаслідок фізико-хімічних перетворень у зоні пожежі. Ці термодинамічні особливості пожежі визначають переважне використання для її діагностики теплових засобів (інфрачервоного і мікрохвильового діапазонів). При цьому радіотеплові засоби зондування мають ту перевагу, що здатні отримувати інформацію про пожежі, що поширюються під пологом лісу, знаходяться під димовим шлейфом, а також про підземні пожежі. Крім того, такі засоби здатні паралельно отримувати інформацію про геофізичні параметри природного середовища, зокрема, про просторовий розподіл вологості лісових паливних матеріалів, рівень ґрунтових вод, вологомісткість атмосфери, наявність в зоні пожежі водяних перешкод і т.ін.

В першому розділі проведений аналіз лісових пожеж та їх  моделей.

Лісова пожежа розглядається в термінах кібернетичного підходу, котрий органічно включає врахування діючих факторів, спрямованих на припинення процесу горіння.

Розглянуті різні підходи до класифікації лісових пожеж, включаючи традиційні, зокрема, по М.П. Курбатському. Вказується, що перевагу слід віддати підходу, заснованому на інформації про швидкість розповсюдження фронту лісової пожежі. Стосовно такого варіанту розглядаються особливості та основні характеристики (показники) лісових пожеж.

Відмічається, що математичне моделювання лісових пожеж є найбільш ефективним засобом для вияву закономірностей цього явища, а також для обґрунтування рекомендацій по профілактиці, локалізації та гасінню пожеж. По своєму призначенню математичні моделі лісових пожеж розподіляються на фундаментальні, тактичні і стратегічні, а до числа самих розповсюджених моделей відносяться математичні моделі швидкості розповсюдження пожежі. Остання обставина зумовлена універсальністю цих моделей. Зокрема, моделі такого класу дозволяють достатньо просто здійснювати перехід до інтегральних характеристик лісових пожеж – площі, периметру і контуру пожежі. Такий перехід можливий, наприклад, за допомогою рівняння Гамільтона – Якобі, розв’язання якого стосовно процесів, що мають місце при лісових пожежах, можливе, як правило, чисельними методами.

Слід відмітити, що при побудові математичних моделей швидкості розповсюдження фронту лісової пожежі питання о точності опису цього процесу не акцентувалося, а величина похибки опису лежить в діапазоні (15 580) %.

Аналіз показує, що у переважній більшості випадків моделі швидкості розповсюдження лісової пожежі є емпіричними функціями однієї – двох перемінних. Ця обставина  зменшує область застосування таких моделей умовами проведення експериментів. Відома лише одна модель швидкості розповсюдження лісової пожежі, котра враховує одночасно вплив вітру і рельєфу місцевості (крім ряду інших факторів). Ця модель враховує не тільки монотонний характер впливу вітру, але й його пульсації. Остання обставина внаслідок наявності турбулентності в потоці повітря призводить до більш інтенсивного масообміну у фронті пожежі, що призводить до більш інтенсивного поступу кисню в зону горіння і, як наслідок, призводить до збільшення швидкості розповсюдження пожежі.

Авіаційна охорона лісів в Україні відновлена з 1996 р. і вона передбачає використання авіаційних методів  і засобів для попередження, вияву і гасіння лісових пожеж. Аналіз свідчить про те, що основним шляхом підвищення ефективності у боротьбі з лісовими пожежами є використання методів дистанційного зондування. Однак всі відомі варіанти авіаційних засобів охорони лісів не передбачають створення або використання моделей, що описують процеси розповсюдження лісових пожеж.

На підставі аналізу стану питання сформульована основна задача дослідження, яка представлена у вигляді сукупності локальних підзадач.

В другому розділі строяться математичні моделі та оцінки швидкості розповсюдження фронту лісової пожежі.

У ВСТУПІ обґрунтовано вибір та актуальність теми дослідження, сформульовано мету роботи, задачі досліджень, відображено наукову новизну, особистий внесок здобувача та практичну значимість роботи.

У ПЕРШОМУ РОЗДІЛІ наведено результати аналізу пожежної небезпеки газокомпресорних станцій та систем їх протипожежного захисту.

Аналіз пожежної небезпеки КС країн СНД свідчить про те, що в системах їх протипожежного захисту застосовують первинні засоби пожежогасіння (переважно порошкові вогнегасники з вогнегасним ВС-порошком), пересувну пожежну техніку (пересувні вогнегасники, пожежні автомобілі), а також автоматичні установки пожежогасіння.

При використанні пересувної пожежної техніки для гасіння пожеж застосовують біологічно “жорсткі” піноутворювачі загального призначення “ПО-1”, “ПО-1Д” та “ПО-6К”, які належать до речовин 3 класу небезпечності за ГОСТ 12.1.007-76, у той час, як згідно з вимогами ДСТУ 3789, піноутворювачі загального призначення повинні належати до 4 класу і бути біологічно “м’якими”. Піноутворювачі “ПО-1”, “ПО-1Д” та “ПО-6К” не задовольняють вимогам зазначеного стандарту за показником вогнегасної здатності.

В Україні існує виробництво якісних піноутворювачів як загального, так і спеціального призначення („Сніжок-1”, „ППЛВ-(Універсал)” марок 103, 103М, 106, та 106М, „AFFF-106”, “S.F.P.M. 6/6”, тощо). Крім того, на ринку широко представлено піноутворювачі закордонного виробництва, такі як “ТЭАС”, “ПО-6ОСТ” (марки 1, 2), “ПО-6ТС” марки А, “ПО-6МТ”, “ПО-6ТС-М”, “Морпен”, “Expandol” (загального призначення), “ПО-6ТФ” “Fluoropolydol” (спеціального призначення) та інші. Дослідженнями, що проводились Боровиковим В., Антоновим А., Білкуном Д., Білошицьким М., Шароварніковим О., Реуттом В., Безродним І. та ін., підтверджено їх високу ефективність при гасінні пожеж класу В за ГОСТ 27331. Проте проведений аналіз літературних джерел не виявив наявності відомостей щодо ефективності гасіння турбінної оливи ТП-22 сучасними піноутворювачами.

Переносні та пересувні вогнегасники, якими споряджено КС, в якості заряду містять в собі переважно вогнегасні ВС-порошки, які не придатні для гасіння пожеж класів А, а також комбінованих пожеж з наявністю такого класу, у той же час, відомостей про ефективність гасіння турбінної оливи ТП-22 вогнегасними АВС-порошками за аналізом літературних джерел також не виявлено.

На об’єктах транспорту газу Росії визначилась стійка тенденція пріоритетності газового пожежогасіння (62,6 % в автономному використанні та 79,6 % у складі комбінованих технологій). Практичний досвід показав, що установки пінного пожежогасіння часто не спрацьовують, насоси піноутворювачів “закоксовуються”, піна утворюється не завжди якісною. Зважаючи на це в Російській Федерації застосування на компресорних станціях установок пінного пожежогасіння у відповідності з відомчим нормативним документом ВРД 39-1.8-005-2002 заборонено. Цим же документом заборонено і застосування на таких об’єктах систем аерозолевого пожежогасіння.

Найбільшу пожежну небезпеку мають такі КС, на яких наявні газоперекачувальні агрегати з газотурбінним приводом (ГПА), що обумовлено наявністю природного газу, який перекачується нагнітачами під високим тиском, паливного газу, та значної кількості турбінної оливи, зокрема, ТП-22. В системах протипожежного захисту ГПА такого типу на КС газопроводів „Союз” та „Уренгой-Помари-Ужгород” України застосовано комбіновані автоматичні установки газового пожежогасіння з використанням в них СО₂ високого тиску для захисту замкненого простору під кожухом, та галону 1301 або хладону 2402 для захисту всього об’єму укриття ГПА. На підприємствах тільки ДК “Укртрансгаз” експлуатуються понад 100 установок пожежогасіння, споряджених галоном 1301 або хладоном 2402.

Основною причиною пожеж на КС з ГПА такого типу є загоряння турбінної оливи при її контакті з нагрітими технологічними поверхнями.

Кожна газотурбінна установка має індивідуальну масляну систему, що служить для змащування підшипників турбін, їх охолодження та ущільнення. В цих системах нагріта олива циркулює під тисками від 0,03 до 0,5 МПа. Тиск оливи в системі ущільнення нагнітачів складає від 5,5 до 10,0 МПа. Через значну кількість оливи пожежа розвивається настільки швидко, що через 10-15 хв. в зоні горіння відбувається обвалення перекриття. Як правило, в результаті пожежі виходять з ладу турбіна, автономний щит управління, вигорають кабелі в зоні пожежі, слід відзначити, що для змащування поверхонь турбіни необхідне подавання оливи до повної зупинки її ротора. „Вибіг” ротора (проміжок часу обертання після відключення турбіни) складає 15 хв. Протягом цього часу головний масляний насос, встановлений на валу ротора турбіни, продовжує подавати оливу.

З метою відокремлення нагрітих до високих температур технологічних поверхонь турбіни, камер згоряння і вихлопної труби газотурбінного приводу від решти об‘єму укриття ГПА вищевказаних типів, цей привід розміщено в металевому контейнері, вільний простір в якому становить близько 90 м³.

Найвагомішій внесок у дослідження пожежонебезпечних властивостей турбінної оливи ТП-22, та її парів, а також у пошук ефективних вогнегасних речовин для їх використання у системах протипожежного захисту об’єктів з її наявністю було зроблено ученими ВНДІПО Копиловим Н., Пустинніковим С., Чібісовим А., Смірновою Т., Моісеєнком В., Мольковим В., Меркуловим В., Агафоновим В. тощо. В останні роки проблема заміни озоноруйнівних технологій протипожежного захисту об’єктів знайшла відображення у наукових працях українських дослідників, зокрема в роботах Дунюшкіна В., Пономарьова С., Орла В., Сушка В., Гамери А., Цапка Ю., Антонова А. тощо. Зокрема, Цапком Ю., Антоновим А. та Орлом В. встановлено факт підвищення на 183 °С температури самозаймання парів оливи у середовищі з вмістом 41,9% СО₂, 12,5% кисню, 45,6% азоту, порівняно з визначеною у стандартних умовах. Цими ж авторами встановлено підвищення мінімальної вогнегасної концентрації СО₂ для парів оливи за температури 320 °С до 31,0 % порівняно з 22,0 % СО₂ за температури 240 °С.

Тропіновим О., Жартовським В., Откідачем М., Цапком Ю. досліджено інгібувальні властивості хладонів 2402 та 1301, діоксиду вуглецю та азоту. Хладони з нульовим озоноруйнівним потенціалом залишились у їх роботах поза увагою.

На підставі аналізу зроблено висновок, що основними шляхами підвищення пожежної безпеки газокомпресорних станцій магістральних газопроводів є використання в системах їх протипожежного захисту озононеруйнівних газових вогнегасних речовин, вогнегасних АВС-порошків і біологічно „м’яких” піноутворювачів, ефективних технічних засобів, технологій та науково обґрунтованих умов їх застосування, а також сформульовано мету та задачі досліджень дисертаційної роботи.

У ДРУГОМУ РОЗДІЛІ наведено результати теоретичних та експериментальних досліджень з визначення ефективності вогнегасних речовин, а також умов та технологій їх застосування під час припинення горіння горючих речовин.

В якості газових вогнегасних речовин поряд з інгібіторами горіння (хладони 13В1 (1301), 114В2 (2402), 125, 23, 227еа, 236 ef тощо) та інертними розріджувачами (inergen (IG-541), argonite (IG-55), діоксид вуглецю (СО₂), азот (N₂) тощо) застосовуються або можуть бути перспективними і їх суміші (15% 2402 + 85% СО₂, 50% 2402 + 50% СО₂ тощо).

Виробництво пентафторетану (хладон 125) налагоджено у деяких країнах, але застосування цієї речовини в системах протипожежного захисту стримується, насамперед, відсутністю даних щодо інгібувальних властивостей, флегматизувальної та вогнегасної здатностей її сумішей з інертними розріджувачами, зокрема, з СО₂.

Виявлення впливу на активні ОН-радикали полум’я хладону 125 було проведено з використанням установки та методики дослідження, наведених у роботах Тропінова А., Жартовського В., Антонова А. Краснянського М.. Криві залежностей отримані за результатами власних досліджень в порівнянні з результатами, отриманими Жартовським В., Откідачем М., Цапком Ю., Тропіновим О. наведено на рис. 1.

Рис. 1. Залежність відносної інтенсивності випромінювання гідроксильних радикалів І_відн. від витрати газових вогнегасних речовин б, що подаються в полум’я н-гептану: 1 – азот*; 2 – діоксид вуглецю*; 3 – хладон 125 (експериментальні значення); 4 – хладон 125 (теоретичні значення); 5 – хладон 13В1*; 6 – хладон 114В2*.

Примітка: *- результати отримані Жартовським В., Откідачем М., Цапком Ю., Тропіновим О.

Аналіз отриманих результатів, які наведено на рис. 1, та літературних даних щодо мінімальних вогнегасних концентрацій для досліджених речовин дозволяє зробити висновок, що ряд ефективності за інгібувальною здатністю співпадає з рядом ефективності за їх мінімальними вогнегасними концентраціями і має  наступний вигляд у напрямку зменшення: хладон 2402 – хладон 1301 – хладон 125 – СО₂ – N₂.

Ефективність бінарних сумішей хладону 125 з діоксидом вуглецю при гасінні турбінної оливи ТП-22 визначали за їх мінімальними вогнегасними концентраціями з використанням установки, передбаченої ДСТУ 3858.

Во введении изложено обоснование актуальности темы диссертации, приведена связь с научными программами и темами. Определена цель, задачи, объект и предмет исследований; показаны новизна, теоретическое и практическое значение полученных результатов. Содержатся сведения об апробации и внедрении результатов исследований, об опубликованных работах и структуре диссертации.

В первом разделе проанализированы условия возникновения эндогенных пожаров при отработке крутых пластов Центрального района Донбасса. Высокий уровень эндогенной пожароопасности, большая длительность и трудность тушения пожаров, значительные материальные затраты определяются особенностями горногеологических условий этого района. При отработке угольных пластов в этих условиях образуются неизбежные аэродинамические связи через деформируемые породы междупластий, что при наличии оставляемого в выработанных пространствах химически активного угля приводит к пожарам.

Общие закономерности самовозгорания угля в промышленных условиях детально изучены в работах Веселовского В.С., Маевской В.М., Глузберга Е.И., Саранчука В.И., Бонецкого В.А. Игишева В.Г., Зборщика М.П., Осокина В.В. и Пашковского П.С. В этих работах сформулированы основные физические условия самовозгорания угля, дана теоретическая интерпретация механизма окисления угля. Установлено, что одним из основных факторов, способствующих развитию процесса самовозгорания угля в выработанных пространствах, является поступление воздуха к угольным скоплениям. Однако характер формирования аэродинамических связей в породах междупластий в условиях отработки сближенных крутых пластов и образования пожароопасных зон в выработанных пространствах изучены недостаточно, что не позволяет разработать эффективные пожаробезопасные параметры отработки этих пластов.

Во втором разделе изложены результаты натурных исследований структуры деформированного массива пород междупластий сближенных крутых пластов.

Следует отметить, что вопросам деформирования горных массивов посвящено большое количество теоретических и экспериментальных исследований, однако они имеют конечной целью разработку способов охраны наземных сооружений, подземных выработок, борьбы с газодинамическими явлениями.

В настоящее время получает развитие новое направление в горной науке: фрактальности угленосных формаций и происходящих в них физических процессов. Фракталы – это физические или геометрические структуры, состоящие из частей, которые подобны целому.

А.Ф.Булат, В.В.Лукинов, В.В.Репка и другие авторына основании экспериментов по разрушению образцов пород и углей, по изучению трещиноватости угольных пластов, по исследованию протяженности и площадей сместителей дизъюктивных нарушений пришли к выводу, что все они носят фрактальный характер. В настоящее время гипотеза фрактальности деформированных массивов междупластий разработана лишь как качественная. Количественные зависимости отсутствуют.

Проведены экспериментальные исследования на ряде шахт Центрального района Донбасса по определению зависимости таких физических характеристик структуры деформированных пород междупластья, как сдвижение и деформация вмещающих пород, пористость, блочность и водопроводность от линейной ге

У першому розділі розглянуті питання стосовно сучасного стану забезпечення технологій ліквідації пожежі на промислових підприємствах.

Пожежі, що виникають на промислових підприємствах та відповідно їх класифікація має умовний характер, і під час її обґрунтування з погляду тактики ліквідації пожеж основним критерієм її побудови є загальні ознаки, що характеризують процеси розвитку і ліквідації пожежі.

Класифікація пожеж які можуть виникати на промислових підприємствах дає змогу проаналізувати і виявити подібні ознаки локалізації та ліквідації певних класів пожеж, а також визначити способи і прийоми їх ліквідації з використанням необхідних видів пожежної техніки та пожежно-технічного озброєння.

Опрацьовані статистичні дані свідчать, що найбільш поширеними класами пожеж є пожежі класу А і В. Цей висновок підтверджується також статистичними даними УкрНДІПБ МНС України за 2006 рік, а саме: на промислових підприємствах виникло 612 пожеж, з яких було ліквідовано за допомогою води 592 пожежі (92%), піни – 35 пожеж (6%), вогнегасних порошків – 12 пожеж (2%). Аналізуючи статистичні дані УкрНДІПБ бачимо, що в більшості випадків для гасіння пожеж використовували воду та водні розчини, які ефективно застосовувати для пожеж класів А і В (горючих рідин). Такі ж класи пожеж можна гасити з використанням вогнегасних порошків, на що і вказують результати статистики. Для ліквідації цих пожеж існують певні технології і відповідна пожежна техніка та устаткування. За основу приймалсь типова технологія ліквідації пожежі, яка використовується майже всіма пожежно-рятувальними частинами МНС України.

Слід також зазначити, що при існуючому підході до ліквідації пожеж вибір варіанта технології залежить в більшості випадків від суб’єктивних поглядів керівника гасіння пожежі. Вибір варіанта технології ґрунтується на результатах розвідки та відомих тактичних прийомів (вирішальний напрямок проведення бойових дій, оцінка ситуації тощо). Для цього використовують типову технологію ліквідації пожежі з різними можливими варіантами тактики, які можуть бути зміненні керівником гасіння пожежі залежно від рівня його знань і вміння правильно оцінити обставини, які сприяють або перешкоджають розвитку пожежі, та прийняти найбільш раціональне ефективне рішення дій бойового підрозділу.

Аналіз та дані літературних джерел щодо її застосування свідчать, що у процесі розв’язання питань забезпечення ліквідації пожеж на промислових підприємствах не враховуються показники надійності пожежної техніки та устаткування, від яких залежить і надійність технологічного процесу. Результати аналізу робіт стосовно тактики ліквідації пожеж дали можливість зробити висновок, що питання вибору оптимального варіанта технології, технічних засобів і тактичних прийомів ліквідації пожежі з урахуванням їх надійності недостатньо розглядалися.

У другому розділі дисертаційної роботи був розглянутий типовий технологічний процес ліквідації пожежі, як багатоваріантна задача її надійності. Цей типовий технологічний процес, який складається з чотирнадцяти операцій, був прийнятий за основу для ліквідації пожеж на промислових підприємствах. Така технологія ліквідації пожежі може бути представлена у вигляді каскадного графу її варіантів 

В першому розділі здійснено огляд особливостей виникнення та поширення лісових пожеж. Вказано на особливу роль саме низових в загальній кількості та генетичній класифікації лісових пожеж. Розглянуто значення фізичних та геометричних параметрів горючого середовища, що впливають на характеристики низової лісової пожежі, насамперед, - на швидкість її розповсюдження. Розглянуті та проаналізовані існуючі математичні моделі різноманітних параметрів низових лісових пожеж, надана класифікація моделей за методами їх побудування. Відзначено, що моделі, які належать до класу детермінованих, не спроможні адекватно описати розповсюдження пожежі по неоднорідному шару лісового горючого матеріалу. Це призводить до хибних результатів при прогнозуванні динаміки пожеж при  практичному застосуванні таких моделей. Водночас спостерігається відсутність стохастичних моделей, що здатні на імовірнісному рівні описати параметри низової лісової пожежі та взаємодію її з силами пожежегасіння.

Виходячи з актуальності теми і проведеного аналізу, сформульована задача дослідження – з’ясувати вплив просторової неоднорідності пірологічних характеристик шару лісового горючого матеріалу на інтегральні параметри низової лісової пожежі, а також вивчити можливості практичного використання цього впливу.

В другому розділі показано, що детерміновано описати малі (некартаграфовані) неоднорідності пірологічних характеристик шару лісового горючого матеріалу (ЛГМ) технічно неможливо. Просторові флуктуації параметрів шару можуть бути враховані лише у статистичному сенсі, тобто у вигляді функції розподілу та статистичних моментів.

Отримана стохастична математична модель кожної пірологічної характеристики шару ЛГМ у вигляді випадкової функції з відомим математичним сподіванням і кореляційною функцією, параметри якої визначаються ступенем неоднорідності характеристик шару ЛГМ. Визначено поняття неоднорідності пірологічних характеристик шару в залежності від значень фізичних параметрів низової лісової пожежі. Ступінь неоднорідності шару (радіус кореляції r_k) залежить в тому числі від параметрів полум’я пожежі (критичної відстані запалення).

У ВСТУПІ наведено аналіз статистики пожеж, обґрунтовано вибір й актуальність теми дослідження, сформульовано мету роботи, задачі досліджень, наукову новизну, особистий внесок здобувача й практичне значення роботи.

У ПЕРШОМУ РОЗДІЛІ наведено аналіз вимог нормативних документів, який показав, що для визначення вогнестійкості будівельних конструкцій пріоритетними є натурні вогневі випробування. Однак, їх застосування має обмеження, обумовлене високою вартістю, трудомісткістю й складністю проведення експериментів. Показано, що існуючий, суто експериментальний метод визначення меж вогнестійкості багатошарових перегородок, що викладений у ДСТУ Б В.1.1-15-2007, не може широко застосовуватися для вирішення задач пошуку оптимальних конструкцій щодо забезпечення необхідної вогнестійкості будівель та споруд.

У наукових працях Ройтмана В.М., Мілованова А.Ф., Кошмарова Ю.А., Страхова В.Л., Крутова А.М., Круковського П.Г., Харченка І.А., Новака С.В., Демчини Б.Г., Яковлєва А.І. та ін. розглянуто застосування розрахунково-експериментального методу визначення меж вогнестійкості й характеристик вогнезахисної здатності різних видів будівельних конструкцій й їх елементів. Цей підхід набув розвитку і застосування для визначення характеристик вогнезахисної здатності вогнезахисних покриттів на металевих конструкціях (у роботах Круковського П.Г., Новака С.В. та Цвіркуна С.В.); умов застосування гіпсокартонних плит як вогнезахисних оздоблювальних матеріалів будівельних конструкцій (у роботі Довбиша С.В.); у роботі Новака С.В. також вирішені завдання теплового проектування вогнестійких сейфів та аварійних реєстраторів польотних даних. Фактично для кожного конкретного об’єкта дослідження в кожній із перерахованих вище робіт розроблялося своє методичне забезпечення щодо застосування розрахунково-експериментального методу для визначення вогнестійкості будівельних конструкцій.

В існуючих на сьогодні роботах розглядаються моделі, що описують процеси теплообміну різних вогнезахисних будівельних конструкцій та часто враховують граничні умови, які вважаються незмінними упродовж всього вогневого впливу. Такий підхід є занадто наближеним й може призводити до значних похибок при розрахунках.

Проведений аналіз дозволив сформулювати мету й перелік задач, виконання яких дозволить застосувати розрахунково-експериментальний метод для визначення залежності товщини тришарових перегородок від необхідної межі вогнестійкості.

У ДРУГОМУ РОЗДІЛІ представлені схеми розрахунково-експериментального методу і методичного забезпечення його застосування. Розрахунково-експериментальний метод (РЕМ) є сукупність експериментальних і розрахункових процедур, які дозволяють визначати необхідні характеристики об’єкту, що досліджується (рис. 1), зокрема залежності товщини тришарових перегородок від необхідної межі вогнестійкості. Як зазначалося вище, РЕМ потенційно є потужним і точним методом порівняно з суто експериментальними або розрахунковими методами.  Як видно з рис. 1, у загальному плані РЕМ має такі основні складові, як проведення випробувань (експериментальна частина РЕМ), так і вибір математичної моделі фізичних процесів, які відбуваються в об’єкті, що досліджується, а також процедури визначення параметрів моделі шляхом розв’язання обернених задач і визначення характеристики вогнестійкості шляхом розв’язання прямих задач (розрахункова частина РЕМ).

Во введении  сформулированы актуальность темы,  цель и задачи исследований, отмечена научная новизна, личный вклад соискателя, научное и практическое значение работы.

Первый раздел диссертации посвящен обоснованию актуальности, анализу средств ту­шения развитых подземных пожаров и результатов исследований движения дисперсных систем в горных выработках за счет использования энергии вентиляционного по­тока, обоснованию применения тонкодисперсных огнетушащих порошков для тушения пожаров дистанционным способом, а также формулировке цели и задач исследований.

Актуальность проблемы определяется необходимостью повышения эффективности тушения подземных пожаров путем дистанционной подачи тонкодисперсных огнетушащих порошков, подаваемых энергией вентиляционного потока к очагу пожара, поскольку другие известные огнетушащие средства из-за ограниченности их тактико-технических возможностей   не всегда способны обеспечить активное тушение пожара.

Общие закономерности движения огнетушащих порошков в горных выра­ботках приведены в работах А.И. Козлюка, Ю.Ф. Булгакова, М.Е. Краснянского, А.И. Ивченко и др. Однако в их работах представлено теоретическое описание движения одиночной частицы огнетушащего порошка в вентиляционно-порошковом потоке в горной выработке без учета влияния на ее траекторию перемещения турбулентности потока и  стесненности движения частиц. Кроме того, при исследовании про­цесса распределения концентрации порошка по сечению и  длине выработки не учитывалось осаждение его час­тиц на поверхность её стенок. Не изучен процесс влияния расхода порошка, подаваемого в вентиляционный поток, на его аэродинамические параметры и эффективную дальность подачи порошка. Отсутствует методика расчета основных параметров  подачи огнетушащего порошка при тушении подземных пожаров дистанционным способом (расход, эффективная дальность подачи, продолжительность тушения), а также отсутствуют технические средства, обеспечиваю­щие равномерную подачу порошка в вен­тиляционный поток в течение необходимого времени для тушения пожара.

Совокупность всех вышеперечисленных вопросов является научной основой обоснования параметров подачи огнетушащих порошков при тушении подземных пожаров дистанционным способом.

Второй раздел посвящен теоретическим исследованиям  аэродинамиче­ских процессов при подаче воздушно-порошкового потока для тушения пожара в проветриваемой подземной выработке дистанционным способом и обоснованию конструктивных параметров технических средств его подачи.

Первый раздел диссертации посвящен анализу условий и режимов работы систем противопожарного водоснабжения горных выработок современных шахт.

Характерная особенность пожарно-оросительного водоснабжения шахт - высокое давление, возникающее за счет сил тяжести столба жидкости от источника водоснабжения до потребителя, снижение которого до требуемых Правилами безопасности значений, является одной из проблем успешного освоения глубоких горизонтов шахт.

В работах Б.В. Зверева, А.А. Качалова, Е.Н. Иванова, А.А. Федорца и других определены нормативные требования по проектированию трубопроводов, даны рекомендации по применению трубопроводной арматуры В работах А.И. Козлюка, В.Д. Гугучкина, Г.В. Гриня, Е.Л. Степановского, В.В. Мазуренко  приведены теоретические и экспериментальные исследования шахтных редукционных клапанов ПШ-4, ПШ-4М, КР-3, которые имеют постоянный коэффициент редуцирования.

Применение такой регулирующей арматуры для водоснабжения глубоких горизонтов шахт практически невозможно, так как с увеличением входного давления Р_в  растет и давление Р_н в низконапорной ветви трубопровода.

Методы расчета систем водоснабжения, представленные в работах В.Г. Величко, А.И. Козлюка, которые основаны на выборе оптимальных вариантов установки существующей регулирующей арматуры, не учитывают взаимного влияния последовательно установленных редукционных клапанов  при движении жидкости в вертикальных и наклонных трубопроводах.

Существующие методики оценки кавитационных явлений, представленные в работах
А.Д. Альтшуля, Э.С. Арзуманова, Р. Кнеппа, базируются на индивидуальной экспериментальной проверке и не позволяют определить при условии бескавитационной работы параметры регуляторов давления на стадии проектно-конструкторских работ.

В работах А.М. Кушнарева, К.И. Позднякова и других  даны методы расчета нормативных расходов воды, необходимых для локализации и тушения подземных пожаров. Однако они не учитывают фактической пожарной нагрузки в горной выработке, конструктивных и гидравлических параметров применяемого пожарного оборудования.

Отсутствует метод расчета совместной работы системы водоснабжения и пожарного оборудования при различных технологических схемах его подключения к пожарному трубопроводу.