CC BY
17
УДК 614.844.2
АВТОМАТИЗИРОВАННЫЕ И РОБОТИЗИРОВАННЫЕ КОМПЛЕКСЫ В ЗАДАЧАХ ЛИКВИДАЦИИ ТЕХНОГЕННЫХ АВАРИЙ
Л. А. Мотин
Университет комплексных систем безопасности и инженерного обеспечения
Рассматриваются вопросы применения современных средств пожаротушения (автоматизированных и роботизированных комплексов противопожарной защиты) для ликвидации последствий техногенных аварий.
Введение
В связи с увеличением убытков от техногенных аварий (прямой и косвенный ущерб, возникающий в результате пожаров и взрывов) вопросы обеспечения пожаровзрывобезопасности промышленных предприятий вызывают все большее беспокойство у специалистов и общественности. Только за 1998 г. прямые потери от пожаров составили 23,43 млрд руб. (при общем количестве пожаров свыше 265 тыс.).
15 января 1999 г. на расширенном заседании коллегии МВД РФ было отмечено, что пожары — это такой же мощный фактор, негативно влияющий на состояние экономики страны, как и экономическая преступность [1], причем урон от пожаров не только невосполним, но и требует еще больших затрат на восстановление уничтоженных ценностей.
Техногенные аварии на предприятиях приводят как к материальным потерям, так и к значительному числу погибших и травмированных людей. На пожарах только в 1998 г. погибло свыше 13 тыс. чел. и примерно столько же было травмировано.
Выделяют наиболее распространенные виды техногенных катастроф:
• выброс химически опасных веществ на предприятиях;
• аварии на магистральных трубопроводах;
• аварии в коммунально-энергетических сетях и канализационных коллекторах.
К регионам с высокой степенью опасности относят г. Москву и Подмосковье, Ленинградскую, Иркутскую, Камчатскую, Кемеровскую, Магаданскую, Пермскую, Свердловскую и Читинскую области, Якутию и Красноярский край. Особую тревогу вызывают химические производства в г.г. Уфа, Волгоград, Екатеринбург, Пермь и Дзержинск.
Велика вероятность возникновения чрезвычайной ситуации на объектах, связанных с хранением и переработкой хлора. Отравления хлором возможны
в химической, целлюлозно-бумажной, текстильной, фармацевтической и других отраслях промышленности, на очистных сооружениях водоканала, а также при транспортировке (перевозят хлор в жидком виде в баллонах, бочках, железнодорожных цистернах или специально оборудованных судах). Предельно допустимая концентрация хлора в воздухе производственных помещений — не более 1 мг/м3. Например, наочистных сооружениях водоканала хранится, как правило, до десятка тонн хлора, а ведь выброса даже 500 кг хлора будет достаточно для возникновения локальной катастрофы.
Также эксперты не исключают увеличения количества аварий на предприятиях молочной и мясоперерабатывающей промышленности, где из-за устаревшего оборудования возможен выброс аммиака.
По нормам безопасности рядом с контейнерами хранения аммиака должны предусматриваться установки, способные в случае аварийного выброса поглотить его. Подобных установок на объектах, как правило, нет.
Для убедительности следует привести последствия некоторых крупных производственных аварий в РФ и за рубежом, связанных с выбросом аммиака.
В 1965 г. произошел выброс примерно 3 т аммиака на Ново-Липецком металлургическом комбинате. Один человек погиб, один получил тяжелую степень поражения, 34 чел. — среднюю степень поражения.
В 1977 г. на заводе по производству удобрений в г. Потчефструм (ЮАР) из-за аварии (выброс 38 т аммиака) погибли 18 чел., а 66 чел. получили различные степени поражения.
В 1988 г. на территории химического завода в г. Горловка произошел выброс 0,5 т аммиака: 40 чел. получили травмы различных степеней тяжести.
В 1989 г. на ПО "Азот" в г. Ионава (Литва) произошла авария с последующим пожаром; выброс
7 тыс. т аммиака повлек 7 смертельных исходов, 57 чел. получили различные степени поражения. Радиус поражающего действия составлял около 400 м. Пострадавшими оказались не только работники предприятий, но и люди, находившиеся поблизости в зданиях, автобусах, трамваях, на улицах.
Озабоченность специалистов данной проблемой имеет весьма серьезные основания, поскольку холодильные установки большинства предприятий не подвергались реконструкции и ремонту в течение многих лет. Устаревшие морально и физически, находящиеся в густонаселенных городских районах, они действительно опасны.
Пожарная и экологическая безопасность как составные части комплексной системы безопасности объекта
В решении задач безопасности объектов различного назначения на сегодняшний день преобладает комплексный подход с максимальным применением соответствующих компьютерных технологий [2], построенные на их основе интегрированные системы обеспечивают рациональное использование вычислительных ресурсов, комфортные условия для работы, а главное — сохранение человеческих жизней и материальных ценностей.
На комплексную систему безопасности объекта в части обеспечения информационной поддержки управления безопасностью производства возлагаются задачи накопления и обобщения коллективного опыта руководства, конкретизации этого опыта применительно к любой реально возникающей ситуации, оценки эффективности принимаемых решений.
В составе такой информационной системы безопасности должны содержаться, по меньшей мере, следующие автономно работоспособные подсистемы (звенья) [3]: прогноз аварий, катастроф; оценка и прогноз обстановки; выбор адекватных реакций на обстановку; оценка эффективности реакций. Из отобранных по эффективности реакций формируются последовательные во времени контуры управления: долгосрочная профилактика; чрезвычайные меры (экстренная профилактика); локализация и защита; ликвидация аварий и восстановление.
Для предотвращения и ликвидации угроз и их последствий система комплексной безопасности данной концепции, в основном, должна содержать:
• высокоэффективные и надежные коммуникационные, информационные технологии, а также соответствующее программно-техническое обеспечение;
• современные средства автоматизированного сбора информации о состоянии защищаемого объекта, исполнительных органов и передачи ее по линиям связи на соответствующий иерархический центр обработки информации;
• средства контроля и поддержания готовности исполнения служебных обязанностей личным составом и оперативно-техническими службами на должном уровне;
• технические средства многоэшелонированной защиты.
Рассматривая, в частности, только применение технических средств ликвидации последствий аварий на объектах необходимо отметить, что для данного случая используются традиционные способы и средства для борьбы с пожарами.
Наибольшее распространение в практике противопожарной защиты объектов получили дрен-черные и спринклерные системы. Данные системы, помимо основного достоинства (простоты в реализации), обладаютрядом существенных недостатков:
• использование мощной разветвленной сети трубопроводов, размещаемой на потолочных конструкциях, приводит к значительному увеличению нагрузок, атакже удорожанию монтажных работ;
• реализация жесткой схемы противопожарной защиты предполагает неэффективное использование огнетушащего вещества;
• высокая инерционность вскрытия оросителей;
• в результате использования "грязной" воды происходит образование инородных тел в трубопроводах, приводящее к отказам "вскрытия" оросителей;
• разрыв трубопровода за счет интенсивного парообразования в результате нагрева;
• отсутствие средств дистанционного управления пожаротушением в реальном времени;
• отсутствие диагностики и контроля за работоспособностью в автоматическом или дистанционном режимах.
Давно известна эффективность применения при тушении пожаров управляемых водяных и пенных струй, обеспечивающих адресность подачи огнету-шащего вещества в требуемую зону не только при тушении, но и при охлаждении технологических конструкций объекта. К таким средствам подачи струй относятся управляемые лафетные стволы.
Лафетные стволы с дистанционным управлением — это мощное средство пожаротушения, обладающее исключительными характеристиками, которые позволяют добиться оптимальной подачи воды (пены) как сплошной струей, так и в распыленном виде.
Управляемые лафетные стволы по сравнению с традиционными системами пожаротушения имеют неоспоримые преимущества:
• адресная подача огнетушащего вещества;
• возможность организации контроля системы с одновременной "промывкой" объектовой пожарной магистрали;
• управление процессом пожаротушения в реальном времени из безопасного места.
В настоящее время в большинстве развитых стран, владеющих передовыми технологиями, ведутся работы по созданию автоматических систем противопожарной защиты и пожарных роботов. Так, в Великобритании в ближайшие 20 лет предполагается применить данные системы на объектах для тушения пожаров, контроля за ситуацией в опасной зоне, обнаружения источника пожара и ликвидации пожара на ранней стадии путем локализации или тушения. Согласно прогнозу наибольшее распространение получат роботизированные установки пожаротушения (стационарные роботы пожаротушения), выполненные на базе лафетных стволов. Активность в разработке и создании роботов проявляется в патентовании различных устройств, отличающихся как по конструкции, так и по принципу управления.
Шведская фирма Буешка 8киш81аскшп§8 АВ (БКиМ) предлагает потребителям стационарную дистанционно-управляемую установку, выполненную на базе лафетного ствола, предназначенную для защиты крупных объектов (ангары, вертолетные площадки, морские нефтедобывающие платформы и т.п.). Для тушения пожаров может использоваться вода или пена, забор которых осуществляется из объектовой пожарной магистрали, находящейся под давлением 8-10 атм.
Подобную установку также предлагает австрийская фирма ЯовепЪаиег для водяного либо пенного тушения.
Использование дистанционно-управляемых лафетных стволов — несомненный шаг вперед по сравнению с применением ручных лафетных стволов. Однако и этот вариант использования лафетных стволов не позволяет автоматизировать процесс противопожарной защиты объектов. Кроме того, в замкнутых помещениях использование данных установок не эффективно из-за сильной задым-ленности и потери видимости.
Программно-управляемые установки пожаротушения
Учитывая концепцию построения комплексной системы безопасности объекта, очевидно, что для задач ликвидации последствий техногенных аварий, связанных с выбросом или утечкой газообразных либо жидких высокотоксичных веществ, целесообразно использовать подсистемы экологического контроля и исполнения решений на базе программно-управляемых лафетных стволов, обеспечивающих автоматичесую подачу сканирующих водопенных струй в требуемую зону. В данном случае с помощью программной настройки возможно решение двух задач:
• нейтрализация выбросов при техногенной аварии;
• локализация либо тушение пожара.
РИС.1. Внешний вид установки УПР-1
Использование управляемых лафетных стволов двойного назначения позволит значительно снизить затраты на обеспечение безопасности объекта, а также принимать превентивные меры, препятствующие ухудшению экологической обстановки.
Наиболее полно отвечают требованиям автоматической противопожарной защиты объектов установки пожаротушения на базе программно-управляемого лафетного ствола, например УПР-1 (рис. 1). Рассмотрим область применения УПР-1:
• химические и нефтехимические установки;
• нейтрализация аммиака и других вредных и опасных газов в полупроводниковой индустрии и областях, где используются холодильные комплексы;
• нейтрализация газов в процессе утилизации химического оружия;
• обнаружение и нейтрализация токсичных веществ на промежуточных железнодорожных станциях при перевозке опасных грузов;
• обнаружение и нейтрализация выбросов хлора на целлюлозно-бумажных и ткацких комбинатах, а также в процессе хлорирования воды. Архитектура таких установок полностью отвечает требованиям, предъявляемым к современным автоматическим системам, и позволяет решать следующие задачи:
• адресная подача огнетушащего вещества;
• подключение к любым пожарно-охранным системам;
• использование компьютерных технологий (ведение автоматического формуляра, протокола развития событий и др.);
• наличие внутренних процедур самотестирования и самоконтроля;
• интеграция в комплексную систему безопасности;
• выполнение задачи противопожарной защиты независимо от изменения технологического цикла производства;
• реализация гибкой схемы пожаротушения или охлаждения конструкций.
Применение установок пожаротушения на базе программно-управляемого лафетного ствола позволяет обеспечивать:
• низкую стоимость проектно-монтажных работ;
• минимальные эксплуатационные расходы за счет автоматического самоконтроля и адресной подачи огнетушащего вещества в зону пожара;
• реализацию гибкой схемы противопожарной защиты в автоматическом режиме без участия человека;
• упрощенную "привязку" к любому объекту путем программной настройки. Применение указанных установок при тушении
и локализации очагов пожара эффективно и экономично, поскольку процесс тушения начинается на ранней стадии возгорания. Особенно эффективно их использование в замкнутых помещениях, когда из-за сильной задымленности нецелесообразно применять дистанционно-управляемые лафетные стволы.
Программно-управляемые лафетные стволы установки пожаротушения стационарно устанавливаются в выделенных местах защищаемого объекта и автоматически или по команде диспетчера подают огнетушащее вещество (воду или пену) в защищаемую зону. При получении сигналов от средств обнаружения пожара автоматически осуществляется наведение лафетного ствола в указанную зону и управление его движением по заданной траектории, находящейся в памяти системы управления. Сканирование стволом пространства в вертикальной и горизонтальной плоскостях увеличивает эффективность тушения пожара.
Технические характеристики установки УПР-1:
1. управление: автоматическое, программное, дистанционное и (при необходимости) ручное;
2. расход воды/пены — до 40 л/с;
3. кратность пены на выходе ствола—не более 10;
4. рабочее давление — 0,6-1,0 МПа;
5. дальность подачи огнетушащего вещества при минимальном рабочем давлении — до 50 м;
6. вращение в горизонтальной плоскости — 120-120 град;
7. вращение в вертикальной плоскости — 45-90 град;
8. присоединительный фланец под Ду65;
9. материал: черный металл, нержавеющая сталь (по заказу);
10. обработка поверхности: грунтовое покрытие, красная и белая эмаль;
11. вес ствола — 35 кг;
12. вес блока управления приводом — 10 кг;
13. вес пульта управления — 2 кг;
14. первичное напряжение питания — 220 В, 50 Гц;
15. напряжение питания электродвигателей — 12 В постоянного тока;
16. коммуникации между конструктивными модулями — комплект кабелей. Стандартная комплектация УПР-1:
• лафетный ствол;
• отвод с установочной плитой и присоединительным фланцем Ду65;
• электромагнитный водозапорный клапан;
• насадки для формирования водяной струи;
• насадки для формирования пены низкой кратности;
• блок управления приводом;
• комплект кабелей;
• переносной пульт управления;
• оптический датчик открытого пламени.
Рекомендации по применению установки УПР-1
Лафетный ствол установки подключается посредством собственного фланцевого соединения и водозапорного клапана к водопенной пожарной магистрали объекта, находящейся под давлением 0,6-1,0 МПа. В зависимости от используемого состава огнетушащего вещества (вода, пена низкой кратности) лафетный ствол оснащается соответствующим насадком: водяным, регулируемым на интенсивность подачи воды в пределах 20-40 л/си с изменением геометрии струи от сплошной до распыленной в пределах 0-70 град телесного угла; пенным, обеспечивающим подачу пены низкой кратности, с интенсивностью до 40 л/с. Стандартное резьбовое соединение позволяет устанавливать не только вышеуказанные насадки, но также дает возможность использовать стандартные стволы, например ПЛС-20 и т.п.
Пульт управления размещается в безопасном и удаленном месте, но в пределах прямой видимости лафетного ствола и обзора защищаемой зоны. Выбор режима работы установки и управления стволом осуществляется с панели управления пульта и предполагает работу установки в дежурном и рабочем режимах. Панель управления позволяет осуществлять дистанционное управление стволом нажатием клавиш: "вверх", "вниз", "влево", "вправо". Сигналы управления, а также информационные сигналы передаются по кабельной линии связи. Пульт управления имеет технологические входы/ выходы, позволяющие подключить объектовую пожарную сигнализацию, телефонную линию, ЭВМ (типа РС) по стандарту ЯБ-232, ЯБ-485.
Блок управления приводами формирует мощные сигналы управления электродвигателями лафетного ствола, которые передаются по короткой
кабельной линии связи. Формирование мощных сигналов производится под воздействием сигналов управления, получаемых по кабельной линии связи от пульта управления. Блок управления также формирует мощный сигнал управления электромагнитным клапаном (220 В, 0,5 А).
Оптический датчик устанавливается на лафетном стволе таким образом, чтобы его оптическая ось совпадала с направлением подающегося из насадка огнетушащего вещества. Чувствительность датчика позволяет фиксировать яркостную интенсивность открытого пламени горения машинного масла площадью 1,2 м на расстоянии до 50 м. Определение относительных координат пожара начинает осуществляться при подаче сигнала на пульт управления от системы пожарной сигнализации и заключается в сканировании лафетным стволом защищаемой зоны и обработке сигналов, получаемых от оптического датчика.
Описание работы установки
Установка начинает функционировать с момента включения тумблера "вкл. питания" на пульте управления. С подачей питания установка переходит в режим выполнения процедур начального самотестирования. Проверяется работа процессора, запоминающего устройства, приводов лафетного ствола, датчиков положения. После успешного завершения процедур самотестирования установка готова к работе в любом режиме, о чем свидетельствует индикатор "готов" на пульте управления. В случае возникновения сбоя высвечивается индикатор "неисправность".
Оператор выбирает один из возможных рабочих режимов управления стволом путем нажатия соответствующих клавиш на пульте управления: автоматический, дистанционный или ручной.
Автоматический режим переводит установку в дежурное состояние, и при поступлении сигнала от внешних систем (пожарной сигнализации либо детекторов-газоанализаторов) установка автоматически осуществляет поиск очага пожара или определяет адрес зоны выброса газа с целью дальнейшего наведения ствола и подачи водопенной смеси в требуемую зону. Кроме того, в автоматическом режиме возможна реализация секторной защиты (защиты по площади) по сигналам, получаемым от адресных подсистем сигнализации. Она заключается в автоматическом управлении стволом по защите любого сектора в соответствии с траекториями, заданным в памяти.
Дистанционный режим управления стволом позволяет на расстоянии управлять движением ствола и водозапорным клапаном. Для задания траектории движения ствола оператору достаточно нажать кла-
виши "вверх", "вниз", "вправо" и "влево". При этом происходит периодическая запись в оперативную память текущих координат задаваемой траектории движения ствола, а также значения установленной скорости. Благодаря автоматическому запоминанию этой траектории в дальнейшем при нажатии клавиши "выполнить" достигается многократное исполнение данного задания. Оба режима позволяют при необходимости управлять стволом из безопасного места, что благоприятно влияет как на моральное, так и физическое состояние персонала.
Ручной режим управления лафетным стволом осуществляется при помощи рукоятки. Это аварийный режим, на который необходимо переходить в случае нарушения подачи электропитания при эксплуатации установки.
В любом режиме для завершения работы надо нажать на клавишу "стоп".
Панель управления разработана с учетом эргономических требований, содержит минимальный набор коммутационных элементов и поддерживает "дружественный" интерфейс между пультом управления и оператором.
Комплексирование системы контроля и противопожарной защиты с применением установок УПР-1 включает несколько этапов:
• выбор типа датчиков (пожарной сигнализации, газоанализаторов) и их рациональное размещение;
• определение числа и размещение управляемых лафетных стволов.
Порядок установки и размещения автоматических стационарных газоанализаторов-сигнализаторов регламентирован техническими условиями ТУ-ГАЗ-86 "Требования к установке сигнализаторов и газоанализаторов". В соответствии с этим документом и учитывая особенности дислокации технологического оборудования, в работе [4] предлагается алгоритм решения задачи рационального размещения датчиков газоанализаторов на открытых площадках технологических установок нефтехимических и нефтеперерабатывающих производств. Данную схему целесообразно применять и для закрытых помещений.
Разработанный алгоритм включает последовательные этапы:
1) размещение датчиков известными способами по территории, не занятой под технологическое оборудование;
2) размещение датчиков известными способами по зонам (блокам) с взрывопожароопасным технологическим оборудованием. Целесообразно выделить наиболее вероятные зоны аварий и определить необходимое число датчиков, исходя из их технических характеристик;
Детекторы пламени ИП 330-5 20 мА 6 п
Детекторы пламени ИП 330-5 20 мА 5п
Детекторы пламени ИП 330-5 20 мА 4п
Детекторы пламени ИП 330-5 20 мА 3п
Детекторы пламени ИП 330-5 20 мА 2п
Детекторы пламени ИП 330-5 20 мА 1 п
Датчик-газоанализатор ТБ 400 ОМ 20 мА 6г
Датчик-газоанализатор ТБ 400 ОМ 20 мА 5г
Датчик-газоанализатор ТБ 400 ОМ 20 мА 4г
Датчик-газоанализатор ТБ 400 ОМ 20 мА 3г
Датчик-газоанализатор ТБ 400 ОМ 20 мА 2г
Датчик-газоанализатор ТБ 400 ОМ 20 мА 1
Прибор контрольный "Сигма-1"
Оповещение I ________J
Управление I
Стартовые сигналы
Токовая петля
£
РИС.2. Комплексирование системы контроля и противопожарной защиты
Пульт управления 1 (УПР-1)
Пульт управления 2 (УПР-1)
Ствол 1
Ствол 2
3) расчет площадей перекрытий, "мертвых зон" и удаление избыточных датчиков. По координатам датчиков рассчитываются площади мертвых зон и перекрытий. Последние возникают при взаимном наложении радиусов действия датчиков в соответствии с 1-м этапом размещения и контролирующих технологические зоны датчиков в соответствии со 2-м этапом.
Размещение управляемых стволов производится в выделенных местах или на площадках из расчета радиуса действия сплошной струи воды, защищаемых зон и оборудования. При определении местаразмещения ствола целесообразно учитывать выходные гидродинамические характеристики ствола.
Подключение пульта управления к внешним информационным сетям осуществляется через технологический разъем. Структурная схема при минимальной конфигурации системы контроля и противопожарной защиты представлена на рис. 2.
Для построения системы использовались датчики, имеющие выход на "токовую петлю" 20 мА.
Газовые датчики обеспечивают непрерывный контроль газов хлора и хлорсодержащих соединений. Размещение датчиков предполагает контроль определенных зон; их номер соответствует номеру контакта входного разъема пульта управления. Такое подключение позволяет однозначно воспринимать управляющей программой выбор задачи: тушение; нейтрализация. В соответствии со структурной схемой (см. рис. 2) сигналы, поступающие на пульты 1и2, определяют задачу тушения по программам, соответствующим адресам контактов входного разъема.
Программирование пульта управления может производиться аналитически или на этапе пуско-наладочных работ с учетом специфики объекта и охраняемых зон. Программируемый контроллер пульта управления обеспечивает управление запорной арматурой и движением лафетного ствола.
Для оповещения и управления общеинженерными устройствами используется прибор контрольный "Сигма-1", основное назначение которого — обеспечение автоматизированного контроля и обнаружение утечек горючих газов с использованием сети датчиков.
Подробно с информацией о концепции противопожарной защиты объектов с применением управляемых лафетных стволов можно ознакомиться в интернете Шр/Дешх^.ш.
Вывод
Программно-управляемые установки на базе управляемых лафетных стволов применимы не только для противопожарной защиты различных объектов, но и для нейтрализации выбросов вредных веществ в результате техногенных аварий. Установка представляет собой унифицированный пожарный модуль, программно адаптируемый к любому объекту на этапе монтажных и пуско-нала-дочных работ. Конструктивные решения, принятые в установке, позволяют при необходимости включать ее в АСУ технологическим процессом производства, например путем ввода в схему аварийной цепи датчиков-газоанализаторов, с помощью которых может осуществляться выбор режима с подачей водопенного состава в аварийную зону.
ЛИТЕРАТУРА
1. Серебренников Е. А. Пожарная безопасность как составная часть национальной безопасности России // Пожарная безопасность: Специализированный каталог. — М.: Гротек, 2000.
2. Мотин Л. А. Роботы для противопожарной защиты в интегрированных системах безопасности // Электроника: Наука. Технология. Бизнес. 2000. № 2.
3. Шахманский Г. В., Александров Г. В., Бойко В. Л. Разработки по созданию основы информатизации управления безопасностью в природной и техногенной сферах// Экологические системы и приборы.2000. № 1.
4. Фёдоров А. В., Евнопейцев А. Г., Костюченков Д. К. Рациональное размещение газоанализаторов на открытых установках нефтеперерабатывающего завода // Материалы IX Международной конференции "Системы безопасности СП-2000". — М.: АГПС МВД России, 2000. — С. 15 - 16.
Поступила в редакцию 14.01.04.
