Эффективность применения огнезащитных устройств при локализации пожаров Текст научной статьи по специальности «Математика»

Тушение пожаров

УДК 614.842.6

ЭФФЕКТИВНОСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ ОГНЕЗАЩИТНЫХ УСТРОЙСТВ ПРИ ЛОКАЛИЗАЦИИ ПОЖАРОВ

Н. Н. Брушлинский, Ю. М. Глуховенко

Академия Государственной противопожарной службы МЧС России

М. Х. Усманов, В. Ф. Стецюк, Д. В. Соловьёв, В. П. Семенов, А. К. Бахтияров

Высшая техническая школа пожарной безопасности МВД РУз

Н. Б. Лобанов

Главное управление пожарной безопасности МВД РУз

Получены формулы для определения эффективной глубины тушения и длины фронталока-лизации (тушения) одним стволом при различных формах развития пожара. На примере условного пожара произведена сравнительная оценка эффективности локализации пожара как без применения, так и с использованием огнезащитных устройств (ОУ).

Введение

Процесс тушения пожара условно принято делить на два периода:

• первый — до наступления момента локализации пожара;

• второй — ликвидация пожара.

Пожар считается локализованным, когда распространение огня ограничено, а количество сил и средств достаточно для его ликвидации.

Ликвидация пожара — второй, окончательный период процесса тушения пожара, на протяжении которого действия подразделений направлены на полное прекращение горения.

Деление процесса тушения пожара на два периода весьма условно. Практически установить границу между этими периодами сложно, но для характеристики работы подразделений, особенно по тушению распространяющихся пожаров, период локализации играет очень важную роль. От того, в каких размерах ограничено распространение горения, зависит ущерб, нанесенный пожаром [1].

Вопрос о способах и приемах локализации пожара — один из принципиальных в пожарной тактике. Для локализации пожара требуется наиболее полное проявление тактического мастерства начальствующего состава пожарной охраны. Особым умением и активностью должны отличаться действия всех участников борьбы с пожаром именно в этот период. Основой правильной расстановки сил

и средств при локализации пожара являются положения БУПО о решающем направлении боевых действий на пожаре и основных принципах его определения, а также рекомендации и указания об особенностях тушения пожара на характерных объектах.

Однако каждый пожар даже на одной и той же группе объектов наряду с общими чертами имеет множество особенностей, которые необходимо учитывать при расстановке сил и средств. Действия по локализации пожара почти всегда носят наступательный характер, их отличает стремление в кратчайший срок ввести на основных путях распространения пожара достаточное количество средств тушения, обеспечить их эффективную работу.

Для достижения высокой эффективности средств тушения необходимо приблизить ствольщиков на минимальное расстояние к фронту или очагу пожара, что крайне осложняется термическим воздействием пожара. Поэтому при развившихся пожарах используются дальнобойные струи воды из стволов РС-70 и лафетных. Лафетные стволы, несмотря на их повышенную эффективность, подают в сочетании со стволами РС-70, так как введение их в действие требует больших затрат времени и сил [1].

При пожарах в зданиях и сооружениях, для которых нет конкретных рекомендаций по интенсивности подачи средств тушения, требуемое число

стволов для ограничения распространения огня в условиях развившихся пожаров ориентировочно определяют из расчета один ствол РС-70 на 10 м распространяющегося фронта пожара [1]. Для локализации пожара при активном горении внутри зданий больших объемов стволы подают не только на пути распространения огня, но и в очаг пожара, так как без ослабления горения ствольщикам часто не удается приблизиться к рубежам локализации пожара или предупредить распространение огня через имеющиеся проемы. В этом случае в очаг пожара подают лафетные стволы, реже стволы РС-70 [1].

Теория тактических приемов одновременной подачи стволов в очаг пожара и на рубежи его локализации разработана еще недостаточно.

Как следует из работы [2], ствольщики, работая на рубежах локализации пожара, должны подавать струи воды на такую глубину фронта пожара, чтобы достичь наиболее эффективного использования данного типа ствола. Подобную глубину подачи воды можно считать эффективной глубиной тушения пожара данным типом ствола. При подаче воды на глубину большую, чем эффективная, уменьшается только скорость распространения пожара, но не достигаются условия локализации; при этом происходят значительные нерациональные потери воды (резко возрастают удельные расходы воды).

В настоящей работе рассматривается вопрос определения эффективной глубины тушения при различных формах развития пожара. Этот вопрос имеет принципиально важное значение, т.к. касается эффективного использования пожарных стволов. Кроме того, глубина тушения является важнейшим параметром для расчета сил и средств при тушении пожаров по площади.

Показано, что использование новых огнезащитных устройств (ОУ), разработанных узбекскими и российскими специалистами [3 - 5], позволяет существенным образом повысить эффективность ведения боевых действий подразделений пожарной охраны в период локализации пожара.

Зависимость параметров пожара от его формы. Оценка эффективности применения огнезащитных устройств при локализации пожара

В зависимости от обстановки на пожаре требуемый расход огнетушащего средства определяют на всю площадь пожара или только на площадь тушения. На всю площадь пожара расход рассчитывают в случае, когда вводимые на тушение стволы обеспечивают подачу воды одновременно для тушения

всей площади пожара. Тогда требуемый расход воды определяют по формуле [6]:

Q

n

тр

=SnJ,

тр ’

(1)

где Sn — площадь пожара, м2;

Jmp — нормативная (требуемая) интенсивность

подачи воды, л/(м2 • с).

Рассмотрим условия локализации и тушения пожара при круговой форме его развития и подаче воды одним стволом на всю площадь пожара (случай ликвидации очага пожара одним стволом). Локализация и тушение очага пожара произойдет только при условии, когда площадь очага будет меньше или, по крайней мере, равна максимальной площади тушения данным типом ствола S^C^u,:

S < Scm (2)

° п — ° туш ’ У—/

2 2 где Sn =nRn — площадь очага пожара, м ;

Rn — радиус пожара, м.

Известно, что SCсУ,ш может быть определена как:

S

cm

туш

qcm J тр

(3)

где цст — расход воды из ствола, л/с.

Условие (2) выполняется, когда радиус пожара равен эффективной глубине тушения для данного типа ствола Нт, тогда из выражений (2) и (3) получим [2]:

hт

qcrn к J тр

(4)

При этом длина фронта локализации (тушения) очага пожара одним стволом L будет равна длине периметра очага пожара:

L = 2nRn = 2кНт = 2к

к J,

(5)

тр

Требуемый расход воды на площадь тушения определяют, когда применяемые стволы не могут обеспечить подачу воды на всю площадь пожара (значительные размеры пожара, недостаточная дальность действия стволов или их недостаток). Тогда расчет требуемого расхода воды производят по формуле:

Q^ = Sт'^тр, (6)

где Sni — площадь тушения, м2.

При круговой форме развития пожара, когда глубина тушения стволами меньше радиуса пожара, площадь тушения определяется по формуле [6]:

Sm к hт (2Rn hт X

где Sm

площадь кольца тушения, м .

Схема тушения одним стволом части кольца

Одним стволом тушится только часть площади кольца Sr (рисунок), которая может быть определена по формуле:

Sr = W4*(2Rn - К), (8)

где ф — центральный угол, град. Тогда

ф L 360° = 2nRn '

(9)

Так как максимально возможная площадь тушения одним стволом определяется по формуле (3), локализация и тушение пожара на части площади кольца произойдет при условии:

Sr

= S

cm

туш

qcm J mp

(10)

Подставляя выражение (9) в формулу (8), равенство (10) можно представить как:

-L- ПН* (2Rn - hm ) = ‘У-,

2nRn Jmp

(11)

откуда

7 7 2 qcm 2%Rn

яhm 2Rn — яН* = j L J mpL

(12)

Подставив в формулу (12) вместо hm значение

q cm

, получим:

я J

mp

яН* 2Rn —

я qcm q cm 2я^ n

я J

mp

JmpL

(13)

откуда эффективная глубина тушения стволом будет равна:

7 q cm

Hm =------ +-

JmpL Jmp 2^R n

(14)

Теперь легко получить, что длина фронта локализации (тушения) одним стволом равна:

L=

4c

hm —

Jmp 2яRn J

(15)

J

mp

q

cm

При стремлении радиуса пожара к бесконечности (Rn ^ да), кривизна фронта пожара будет стремиться к нулю, а фронт пожара будет представлять собой прямую линию. При подобном условии пожар принимает прямоугольную форму развития. При этом второе слагаемое уравнения (14) будет равно нулю, т.к. текущий радиус пожара стремится к бесконечности. Тогда формула (14) примет вид:

7 qcm

hm = -J-~L , (16)

J mpL

а длина фронта локализации (тушения) одним стволом составит:

L = 4cm . (17)

J Н

mp m

Таким образом, устанавливается взаимосвязь между эффективной глубиной тушения и длиной фронта локализации (тушения) данным типом ствола в диапазоне текущего радиуса пожара от Rn = hm до Rn ^ да для различных форм развития пожара.

При планировании боевых действий по тушению пожара на конкретном объекте принимается, что для локализации пожара необходимо выполнить условие:

йф > QZp, (18)

где йф — фактический расход воды, равный сумме расходов со всех стволов, л/с;

Q**p — нормативный (требуемый) расход воды, согласно формуле (6).

При проведении анализа тушения крупных пожаров площадью до 3000 м2 установлено [7], что развитие пожара было локализовано в ходе его тушения в 66% случаев, когда фактическая интенсивность подачи воды была больше или равна норма-

тивН°й J > Jmp , где ^ = йф /Sn ё/(м2 • с).

Для тушения крупных пожаров, как правило, задействуется значительное количество сил и средств. Число и назначение оперативных отделений, привлекаемых к тушению пожара, определяется расписанием выезда подразделений гарнизона. Типы стволов, используемых для ликвидации горения, а также места боевых позиций определяются оперативной обстановкой на пожаре. Число боевых позиций ствольщиков, которое может обеспечить одно отделение, зависит от численности его боевого расчета, типа ствола и условий ведения боевых действий. Предельное число боевых позиций ограничивается числом оперативных отделений, привлекаемых к тушению пожара, и численностью их боевых расчетов. Расходы воды, используемой для тушения пожара, лимитируются условиями водоснабжения объекта.

Одной из функций управления пожарными подразделениями на пожаре является выбор и рациональная расстановка пожарных стволов. При этом необходимо, чтобы скорость наращивания подачи воды была максимальной, так как обычно именно на период сосредоточения и ввода сил и средств, когда количество их часто недостаточно, происходит максимальное наращивание скорости роста площади пожара.

По мере наращивания сил и средств на месте пожара возникает необходимость рационального распределения и использования пожарных стволов. Эффективность использования пожарных стволов может быть определена с помощью выбранного критерия оценки эффективности.

Оценку эффективности использования пожарных стволов с применением ОУ произведем на примере локализации условного пожара радиусом Rn = 30 м при круговой форме его развития и при условии Jmp = 0,15 л/(м2 • с). При этом общая площадь пожара составит около 2900 м2.

Количество стволов РС-70, требуемых для локализации и тушения пожара без применения ОУ:

N

m

cm

Qmp S mJ mp ^hm (2Rn hm ) Jmp

qcm qcm

_ 129,53 _ 7

19 ств.

q

cm

где hm = 5 м — рекомендуемая глубина тушения ручными стволами [6].

Длина фронта локализации (тушения) одним стволом:

L _

2%Rn

N

m

cm

9,9 м.

Количество отделений, исходя из тактических возможностей боевых расчетов [6]:

N

omd

Qm

mp

Qomd

129,53

14

10 отд.,

Фактическая длина фронта локализации одним стволом при применении огнезащитных устройств будет равна:

L_

2%Rn

N

m

cm

_ 26,9 м.

Эффективная глубина тушения стволами при применении ОУ определяется по формуле (14) и составляет:

hm _

JmpL Jmp 2 ™R n

1,98 * 2 м.

Количество отделений, исходя из тактических возможностей боевых расчетов при применении ОУ:

N

Q

m

mp S mJ mp

omd

Qomd Qomd

^hm (2Rn _ hm ) Jm

mp

Q

4 отд.,

omd

где hm = 2 м.

Основные показатели локализации пожара даны в табл. 1.

Приведенный расчет касается случая использования компактных струй воды для локализации пожара. Однако следует отметить, что использование ОУ, позволяющее приблизиться к фронту пожара, предоставляет также возможность более эффективного способа локализации и тушения с помощью распыленных струй. По данным ВНИИПО, эффективная дальность распыленной струи воды из ствола с условным проходным диаметром 70 мм составляет 10 м [8]. При применении ОУ появляется возможность использовать всю эту эффективную длину струи для подачи на фронт пожара. При этом планируемую длину фронта локализации (тушения) одним стволом-распылителем можно принять равной Lpm _ 20 м. С учетом этого требуемое коли-

где Qomd — расход воды одним отделением, подаваемый двумя стволами РС-70 и равный 14 л/с. Как указывалось в работе [5], ОУ ослабляют тепловой поток в 100-200 раз, что дает возможность приблизиться к фронту пожара на сколь угодно малое расстояние. Последнее позволяет использовать длину струи, равную 16 - 17 м, для подачи на фронт пожара. Тогда планируемую длину фронта локализации пожара одним стволом можно принять Lnn = 30 м, с учетом этого количество стволов, требуемых для локализации и тушения пожара, составит:

N

m

cm

2%Rn

L

пл

* 7 ств.

ТАБЛИЦА 1

Показатель локализации пожара Без применения ОУ С при-менени-ем ОУ Достигаемый эффект

Количество стволов РС-70 19 7 Уменьшилось в 2,7 раза

Расход воды, л/с 133 49 Снизился на 63%

Длина фронта локализации одним стволом, м 9,9 26,9 Увеличилась на 17 м

Эффективная глубина тушения стволом, м 5 2

Количество отделений 10 4 Уменьшилось в 2,5 раза

ТАБЛИЦА 2

Показатель локализации пожара Без применения ОУ С при-менени-ем ОУ ДостигаемыИ эффект

Количество стволов 19 10 Уменьшилось в 1,9 раза

СуммарныИ расход из стволов, л/с 133 70 Снизился на 47%

Длина фронта локализации (тушения) одним стволом, м 9,9 18,84 Увеличилась на 8,94 м

Эффективная глубина тушения стволами, м 5 2,7

Количество отделениИ 10 6 Уменьшилось в 1,67 раза

чество стволов-распылителеи для локализации и тушения пожара составит:

N

т

cm

2*К

jp

10 ств.

Данные табл. 2, на первыИ взгляд, свидетельствуют об ухудшении показателей локализации пожара с использованием ОУ для случая применения распыленных струИ воды по сравнению с показателями табл. 1. Однако использование распыленных струИ воды, как следует из работы [9], приводит к снижению удельных расходов воды в 10 — 15 раз. При этом резко снижается и время тушения пожара.

Исследованиями также установлено, что основными причинами возрастания огнетушащеИ способности струИ воды, поданных под защитоИ ОУ с малого расстояния, являются:

• сохранение высокоИ первоначальноИ кинетиче-скоИ энергии струи;

• снижение потерь воды при транспортировке от ствола к фронту или очагу пожара;

• повышение интенсивности одновременного равномерного орошения горящеИ поверхности рас-пыленноИ струеИ, поданноИ с малого расстояния.

Выводы

Фактическая длина фронта локализации (тушения) одним стволом-распылителем будет равна:

jp

2nRn

N

т

cm

18,84 м.

Эффективная глубина тушения стволом-распылителем, определенная по формуле (14), составит К - 2,7 м.

Количество отделениИ, исходя из тактических возможностеИ боевых расчетов, Nomd - 6 отд.

Основные показатели локализации пожара при использовании стволов-распылителеИ приведены в табл. 2.

1. Рассмотрены и проанализированы вопросы эффективного использования пожарных стволов при локализации и тушении пожаров.

2. Выведены уравнения для определения эф-фективноИ глубины тушения и длины фронта локализации пожарным стволом при различных формах развития пожара.

3. Показано, что применение огнезащитных устроИств позволяет уменьшить количество стволов, необходимых для локализации пожара, за счет повышения эффективности их использования. При этом сокращается количество сил и затрат огнетушащих средств для локализации пожара.

ЛИТЕРАТУРА

1. Кимстач Н. Ф., Девлишев П. П., Евтюшкин Н. М. Пожарная тактика. — М.: Стройиздат, 1984.

С.105 - 113.

2. Артемьев Н. С., Подгрушный А. В. Глубина тушения пожара водяными струями //Материалы XI науч.-техн. конф. Междунар. форума информатизации. Москва, 23 октября 2002 г. С. 228 - 231.

3. Усманов М. X., Брушлинский Н. Н., Аблязис Р. А., Касымов Ю. У., Кулдашев А. X., Копылов Н. П., Лобанов Н. Б., Садыков Ш., Серебренников Е. А., М. Сабиров,Худоев А. Д. Способ ослабления тепловых потоков и устройство для его осуществления / Патент на изобретение Российской Федерации, № 2182024, 10 мая 2002 г.

4. Усманов М. X., Брушлинский Н. Н., Касымов Ю. У., Кулдашев А. X., Копылов Н. П., Либ-стер С. А., Лобанов Н. Б., Мисюченко Т. В., Серебренников Е. А., Сабиров М. Огнезащитное ограждение / Патент на изобретение Российской Федерации, № 2182025, 10 мая 2002 г.

5. Брушлинский Н. Н., Копылов Н. П., Усманов М. X. и др. Новые огнезащитные и аварийно-спасательные устройства // Пожарное дело. 2003. № 5. С. 38 - 41.

6. Повзик Я. С. Справочник руководителя тушения пожара. — М.: Спецтехника, 2000. С. 49 - 50.

7. Пожары и окружающая Среда // Материалы XVIII междунар. науч.-практ. конф. ФГУ ВНИИПО МЧС России. — М., 2002. С. 407 - 410.

8. НПБ 177-99*. Техника пожарная. Стволы пожарные ручные. Общие технические требования.

Методы испытания.

9. Абдурагимов И. М., Вильчковский С. К., Ринков К. М., Яворский Г. А. О повышении эффективности и коэффициента использования огнетушащих составов при тушении пожаров ТГМ //Труды ВИПТШ МВД СССР. — М., 1978. Вып. 3.С. 11-12.

Поступила в редакцию 06.10.03.