К ВОПРОСАМ ОСОБЕННОСТЕЙ ОБЕСПЕЧЕНИЯ ПОЖАРНОЙ БЕЗОПАСНОСТИ ОБЪЕКТОВ ТЕПЛОСНАБЖЕНИЯ Текст научной статьи по специальности «Энергетика и рациональное природопользование»

К вопросам особенностей обеспечения пожарной безопасности объектов теплоснабжения

со см о см

о ш т

X

<

т О X X

Елагина Дарья Денисовна

магистрант кафедры «Химия и инженерная экология» Российского университета транспорта, edaria99@mail.ru

Корнеева Светлана Викторовна,

магистрант кафедры «Химия и инженерная экология» Российского университета транспорта, korneevasv@center.rzd.ru

Постарнак Евгения Александровна,

магистрант кафедры «Химия и инженерная экология» Российского университета транспорта, Postarnak.88@mail.ru

Рябухин Даниил Андреевич,

магистрант кафедры «Химия и инженерная экология» Российского университета транспорта, wakaplsstop@gmail.com

Посохова Анна Николаевна,

младший научный сотрудник, Всероссийский научно-исследовательский институт по проблемам гражданской обороны и чрезвычайных ситуаций МЧС России, Федеральный центр науки и высоких технологий, posokhova.anne@yandex.ru

В статье рассматриваются проблемы ежегодного возрастания риска возникновения аварий на предприятиях теплоснабжения, работающих с опасными химическими веществами. Для отечественной промышленности важна безаварийность функционирования предприятий жизнеобеспечения, в том числе и объектов теплоснабжения предприятий железнодорожного транспорта. Исходя из расположения большого числа предприятий в северных регионах, данный вопрос стоит особо остро. При этом уровень износа объектов теплоснабжения (сети газораспределения и газопотребления, оборудования мазутных котельных и т.д.) высокий, а состояние некоторых инженерных объектов критическое. Проведены расчеты параметров пятна разлива нефтепродуктов конкретного объекта теплораспределения, которые обосновывают необходимость модернизации ныне существующих инфраструктур на предприятиях теплоснабжения, а также на предприятиях, использующих нефтепродукты в качестве топлива для производственных нужд. Обновление и модернизация объектов теплоснабжения позволит улучшить систему пожарной безопасности на предприятии и, безусловно, минимизирует угрозы возникновения техногенных аварийных ситуаций. Одним из способов реализации обновления и модернизации объектов теплоснабжения является установка на объектах системы автоматического пожаротушения, которая позволит сократить последствия возгорания на объекте и не допустить распространения пожара до расположения газового оборудования. А для объектов теплоснабжения, использующих нефтепродукты в качестве основного топлива, полную замену установок, либо модернизацию уже существующего оборудования, а также изменения расположения производственных цехов, на основании представленного расчета. Ключевые слова: система теплоснабжения, пожарная безопасность объектов теплоснабжения, пожарная безопасность объектов железнодорожного транспорта, теплоснабжение, газоснабжение, котельная, экономический ущерб.

Введение. Системы теплораспределения и теплоснабжения - это одни из ключевых систем обеспечивающих жизнедеятельность людей на территории России в условиях резкоконтинентального и умеренного континентального климата. При этом, исследователи фиксируют, с одной стороны, высокий уровень износа оборудования и инфраструктуры, что увеличивает уровень риска возникновения техногенных аварий на предприятиях теплоснабжения, с другой стороны, низкую эффективность производства и передачи тепла. На источниках тепла выделяются «проблемы высокого удельного расхода топлива, высокий износ оборудования, низкий уровень автоматизации, высокая стоимость и низкое качество потребляемого топлива» [1]. В России, к источникам тепла, в первую очередь относятся котельные, занимающие существенную долю по количеству объектов в стране в системе теплоснабжение (теплораспределения).

В частности, «в 2019 год в Российской Федерации порядка 80% всего «тепла» обеспечивают около шести тысяч котельных мощностью более двадцати Гкал/час и более 100 тыс. мелких котельных. При этом более 70% фондов котельных изношены, из которых 26% нуждаются в немедленной замене» [2].

Котельные относят к категории весьма опасных производственных объектов в связи с использованием в процессе производства воспламеняющихся, горючих, взрывчатых, токсичных веществ [3]. Нередки ситуации, особенно на территориях промышленных зон (расположенных в удалении от центральных областей России), на которых находятся в непосредственной близости друг от друга мазутная станция с мазутным резервуаром и газораспределительный пункт (далее - ГРП). При этом вагоны-цистерны с легковоспламеняющимися жидкостями (далее - ЛВЖ), цистерны горючие жидкости (далее - ГЖ) и здания котельной расположены в удалении пяти-десяти метров друг от друга [2].

Но данная проблема свойственна не только для объектов удаленных от центральных областей России, но и для столичных предприятий.

Функционирование подобных предприятий невозможно без формирования определенных норм и требований, к которым, помимо прочих, можно отнести и разработку мероприятий по пожарной безопасности [4]. Фокус нашего исследования направлен на обоснование возможности повышения уровня защиты от пожаров путем установки внутри объекта теплоснабжения автоматизированной дренчерной системы тушения пожара, а так же связанных с этим дополнительных мероприятий по пожарной безопасности.

Автоматизированная дренчерная система пожаротушения - это современная система пожаротушения, предназначенная для быстрого и эффективного контроля и тушения пожаров на объектах различного типа. «В системе используется сеть труб, клапанов, форсунок и устройств обнаружения для выпуска большого объема воды или огнетушащих веществ, сводя к минимуму последствия пожара и предотвращая его распространение» [5].

Автоматизированные дренчерные системы эффективно предотвращают распространение огня, особенно на объектах с высокой пожарной нагрузкой или опасными материалами [6].

Методы

В качестве основного метода исследования, нами была выбран метод-кейс-стади. На основе типичных признаков, мы отобрали одно из структурных предприятий железнодорожного транспорта Пассажирского вагонного депо г. Москва филиала акционерного общества Федеральная пассажирская компания Московский филиал (далее - ЛВЧД-1). Отметим, что на данном предприятии функционирует мазутная котельная для технических нужд данного предприятия.

Мазутная котельная имеет резервуар для нефтепродуктов определенных марок, а также подъездные пути для разгрузки вагонов-цистерн с нефтепродуктами. Вагон-цистерна с нефтепродуктами находится на путях отстоя непосредственно у самой котельной.

Мазутная котельная функционирует круглогодично, с уменьшение объемов топки мазута в летнее время. Для функционирования, заполнения мазутохранилища Вагон-цистерна находится под прямыми лучами солнца в весеннее, летнее время, когда температуры окружающей среды выше, чем в остальное время. Отсюда возникает нагрев цистерны, что может приводить к самовоспламенению мазута внутри закрытого котла вагона-цистерны.

Согласно ГОСТ 10585-2013 «Топливо нефтяное. Мазут. Технические условия» физико-химические показатели мазута флотского Ф5, Топочного мазута 40, топочного мазута Ф100, температура вспышки составляет 80 °С в закрытом тигле [7].

Для оценки возможных последствий мы оценили термодинамические процессы внутри цистерны, а также рассчитали прогнозируемые границы пятна разлива нефтепродуктов.

Результаты и обсуждение

Уравнение энергии для нефтепродукта примет вид:

сР ^ =-сРвТ + «э(Т0 - Г) + (¡ПП

Начальное условие Т(0)=Т0

Т- температура нефтепродукта в котле цистерны °С;

сР = (|ч - удельная массовая теплоемкость нефтепро-

\дТ / р

дукта Джкг-1К-1;

^ = 0,5 • + эквивалентная площадь котла цистерны, м;

Fв - площадь внутренней поверхности котла цистерны, м;

Fн - площадь наружной поверхности цистерны, м;

qп - плотность теплового потока на внешней поверхности котла цистерны от очага пожара, Вт/м2;

Fп - площадь части внешней поверхности цистерны, на которую падает тепловой поток от очага пожара, м;

Т0 - начальная температура нефтепродукта в котле цистерны (температура окружающей среды);

к - коэффициент теплопередачи ан - суммарный коэффициент теплоотдачи с части внешней поверхности цистерны (конвекция и излучение) к окружающему воздуху.

Для дальнейшего решения поставленной задачи необходимо найти коэффициент теплопередачи через коэффициент теплопередачи внутренней поверхности цистерны к нефтепродукту и коэффициент конвективной теплоотдачи от поверхности цистерны к окружающему воздух, а также расчет давлений, возникающих в котле вагона-цистерны [8].

Рассчитаем прогнозируемые границы пятна разлива нефтепродуктов:

Для расчета используем характеристики вагона-цистерны нефте-бензиновой с универсальным сливным прибором, модели 15-629 (сочлененного типа).

Определим площадь пятна разлива, которая возникнет в результате аварии с участием вагона-цистерны.

¿п =Е(£4 • п4 + • п8 + ¿6 • п6)+ 2Я

/

Ьп = ^(ь4 • п4 + Ь8 • п'8 + Ь6 • п'6) + 2Я = 76,265м

I

Ширина пятна разлива R, м. определяется по формуле

я = 4а2 + в - а

Я =у/ А2 + В - А = 43,522 +1291,8 - 3,52 = 32,6 м В свою очередь

А = 1/ • п4 + ¿8 • п8 + L6 • п6 )

г

а = 1/я£(( • п4 + ¿8 • п8 + ¿6 • п6) = 314 11,065 4 = 3,52

В = Б/я

4056 4

в = б/я= ' = 1291,8 м ' 3,14

где и,1а, Ь- длина п-осной цистерны соответственно, м;

п4 п8 а

4 , 8, п6 - количество соответственно п-осных цистерн,

перевозящих /-й вид нефтепродукта; 5 - площадь пятна разлива, м2.

Площадь пятна разлива, образовавшегося в результате аварии с составом, перевозящим нефтепродукты, определяется по формуле:

Б = 53,3(С„/ РпГ Б = 53,3 (в„1 ~рп = 53,3(101,4/0,78)0'89 = 4056,4м 2

' — \0,89

"п/ Гп! , м2,

\ 0,89

о — о /v о' / о'

где рп = п'о - средняя плотность разлившихся

нефтепродуктов, т/м3;

0 - плотность нефтепродуктов /-го вида, т/м3. 0 = 0,78 т/м3 [6].

о

Масса разлившихся нефтепродуктов п определяется как сумма разлившихся нефтепродуктов /-го вида по формуле:

О = V О'

п п , т,

Оп =ТОП = 101,4т

Исходя из результатов расчетов, можно сделать выводы:

Для газового теплооборудования необходимо устанавливать автоматизированную систему дренчерного пожаротушения [2]. Конструкция автоматизированной дренчерной системы зависит от нескольких факторов, включая характер и размер объекта, тип присутствующих материалов и желаемое время отклика [9, 10]

Для объектов теплоснабжения, использующих мазут в качество основного топлива необходимо учитывать риски возникновения критического давления при возгорании мазута в котле вагона-цистерны, который находится в непосредственной близости к резервуарам с нефтепродуктами мазутной котельной. В случае разрыва избыточным давлением котла вагона-цистерны возникает риск поражения объектов в радиусе разлива 32,6 метров. Необходимо либо сразу производить слив нефтепродуктов в нефтехранилище котельной, либо отстаивать вагоны-цистерны вдали от мазутной котельной.

Заключение

Полученные результаты, в первую очередь, будут способствовать повышению уровня безопасности на исследуемом

X X

о

го А с.

X

го т

о

м о

м «

м

fO CN О

cs

объекте. Быстрое реагирование автоматизированной системы дренчерного пожаротушения снижает риск получения людьми травм или их смерти в результате пожара. Во второю очередь, снизит финансово-хозяйственые издержки для предприятия (уменьшение ущерба от пожара приводит к снижению затрат на ремонт и замену оборудования, выплату на возмещение причинённого ущерба, минимальное нарушение работы из-за пожара позволяет быстрее возобновить деятельность котельной).

В третью очередь, повышается уровень защиты окружающей среды. Эффективная система тушения пожара может ограничить выброс вредных веществ и уменьшить воздействие на окружающую среду.

Литература

1. Терентьева А.С. Анализ основных проблем централизованного теплоснабжения в России на современном этапе // Научные труды ИНП РАН, 2020, С.253-273.

2. Емельянова В.А. Обеспечение пожарной безопасности объекта теплораспределения / Емельянова В.А. II Актуальные вопросы в науке и практике. - 2019 г. - Том 1. - С. 55-60

3. Федеральный закон от 21.07.1997 N 116-ФЗ (ред. от 04.11.2022) «О промышленной безопасности опасных производственных объектов» [Электронный ресурс] https://normativ.kontur.ru/document?moduleId=1&docume ntId=395128

4. Чистович, С. А., Година, C. Я. 100-летний юбилей теплофикации и централизованного теплоснабжени в России // Информационный бюллетень «Теплоэнергоэффективные технологии».- 2003 г. - №3. - С. 12 - 25.

5. Sulaiman Y. Assessment of Urban Fire Disaster Preparedness for Response Delay Modeling in Dutse Town, Jigawa State, Nigeria // African Journal of Earth and Environmental Sciences. 1(1). 2019. P.1-6

6. Shen, Y., Chen, X., Chen, Y., & Chen, Y. Study on fire protection of cable tunnels based on deluge system. 2018.

7. ГОСТ 10585-2013. Топливо нефтяное. Мазут. Технические условия. [Электронный ресурс] https://protect.gost.ru/document.aspx?control=7&id=186322

8. Гребер Г., Эрк С., Григуль У. Основы учения о теплообмене. - 1958. - С. - 566

9. Кочетов О.С., Булаев В.А., Лебедева М.В. Системы тушения пожаров в помещениях текстильных предприятий // Символ науки: международный научный журнал. 2017. № 11. С. 16-19.

10. Kim, J., Kim, H., & Park, J. (2016). A study on the performance of the automated water mist fire extinguishing system. Fire Science and Engineering, 30(5), 16-21.

On the issues of the specifics of ensuring fire safety of heat supply facilities Elagina D.D., Korneeva S.V., Postarnak E.A., Ryabykhin D.A., Posohova A.N.

Russian University of Transport (MIIT), All-Russian Research Institute for Civil

Defence of the EMERCOM of Russia JEL classification: D20, E22, E44, L10, L13, L16, L19, M20, O11, O12, Q10, Q16, R10, R38, R40, Z21, Z32_

The article deals with the problems of the annual increase in the risk of accidents at heat supply enterprises working with hazardous chemicals. For the domestic industry, the trouble-free functioning of life support enterprises, including heat supply facilities for railway transport enterprises, is important. Based on the location of a large number of enterprises in the northern regions, this issue is particularly acute. At the same time, the level of wear of heat supply facilities (gas distribution and gas consumption networks, equipment of underground boilers, etc.) is high, and the condition of some engineering facilities is critical. Calculations of the parameters of the spill spot of oil products of a specific heat distribution facility have been carried out, which justify the need to modernize existing infrastructures at heat supply enterprises, as well as at enterprises using petroleum products as fuel for production needs. Updating and modernization of heat supply facilities will improve the fire safety system at the enterprise and, of course, minimizes the threat of man-made emergencies. One of the ways to implement the renovation and modernization of heat supply facilities is the installation of an automatic fire extinguishing system at the facilities, which will reduce the consequences of ignition at the facility and prevent the spread of fire to the location of gas equipment. And for heat supply facilities using oil products as the main fuel, complete replacement of installations, or modernization of existing equipment, as well as changes in the location of production workshops, based on the presented calculation. Keywords: heat supply system, fire safety of heat supply facilities, fire safety of railway

transport facilities, heat supply, gas supply, boiler house, economic damage. References

1. Terentyeva A.S. Analysis of the main problems of centralized heat supply in Russia

at the present stage // Scientific works of INP RAS, 2020, pp.253-273.

2. Emelyanova V.A. Ensuring fire safety of a heat distribution facility / Emelyanova

V.A. // Actual issues in science and practice. - 2019 - Volume 1. - pp. 55-60

3. Federal Law No. 116-FZ of 21.07.1997 (as amended on 04.11.2022) "On Industrial

safety of hazardous production facilities"" [Electronic resource] https://normativ.kontur.ru/document?moduleId=1&docume ntId=395128

4. Chistovich, S. A., Godina, C. Ya. The 100th anniversary of the heating system and

centralized heat supply in Russia // Newsletter ""Heat and energy efficient technologies"".- 2003 - No.3. - pp. 12-25.

5. Sulaiman Y. Assessment of Urban Fire Disaster Preparedness for Response Delay

Modeling in Dutse Town, Jigawa State, Nigeria // African Journal of Earth and Environmental Sciences. 1(1). 2019. P.1-6

6. Shen, Y., Chen, X., Chen, Y., & Chen, Y. Study on fire protection of cable tunnels

based on deluge system. 2018.

7. GOST 10585-2013. Oil fuel. Fuel oil. Technical conditions. [Electronic resource]

https://protect.gost.ru/document.aspx?control=7&id=186322

8. Greber G., Erk S., Grigul U. Fundamentals of the doctrine of heat exchange. - 1958.

- p- - 566

9. Kochetov O.S., Bulaev V.A., Lebedeva M.V. Fire extinguishing systems in the

premises of textile enterprises// Symbol of Science: an international scientific journal. 2017. No. 11. pp. 16-19.

10. Kim, J., Kim, H., & Park, J. (2016). A study on the performance of the auto-mated

water mist fire extinguishing system. Fire Science and Engineering, 30(5), 16-21.

О Ш

m x

<

m о x

X