МЕТОДИКА И РЕЗУЛЬТАТЫ ИСПЫТАНИЙ АВТОМАТИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ ПРОТИВОПОЖАРНОЙ ЗАЩИТЫ, РАЗРАБОТАННОЙ ДЛЯ ПОДЗЕМНЫХ ОБЪЕКТОВ Текст научной статьи по специальности «Энергетика и рациональное природопользование»

УДК 614.84

С.В. Саркисов, М. Д. Рузманов, В.В. Потапенко, Булат В.А.

S. V.Sarkisov, M.D. Ruzmanov, V. V. Potapenko, Bulat V.A.

Методика и результаты испытаний автоматической системы противопожарной защиты,

разработанной для подземных объектов

Methodology and test results of an automatic fire protection system developed for underground

facilities

Аннотация. Защита от пожаров специальных фортификационных сооружений и объектов оборонно-промышленного комплекса продолжает оставаться крайне важной и в настоящее время. В статье рассмотрена ликвидация пожара на ранней стадии развития, с помощью, разработанной и апробированной при проведении натурных испытаний автоматической системы пожарной защиты.

Abstract. The need to protect special fortifications and objects of the military-industrial complex from fires continues to be extremely important at the present time. The article considers the elimination of fire at an early stage of development, with the help of an automatic fire protection system developed and tested during field tests.

Ключевые слова: пожарная безопасность, автоматическая установка пожаротушения, модуль пожаротушения, подземные объекты, критическое время, начальная стадия пожара, ликвидация пожара.

Keywords: fire safety, automatic fire extinguishing installation, fire extinguishing module, underground facilities, critical time, initial stage of fire, fire elimination.

В настоящее время в России продолжается развитие и эксплуатация специальных фортификационных сооружений, а параллельно с этим и расширение оборонно-промышленного комплекса (далее - ОПК). Расширение ОПК сопровождается строительством опасных производственных объектов и сооружений, которые находятся в ведении Минобороны России, государственных корпораций: «Ростех», «Роскосмос».

Статистика, представленная в Государственном докладе «О состоянии защиты населения и территорий Российской Федерации от чрезвычайных ситуаций природного и техногенного характера в 2020 году» [15], показывает, что проблемы, связанные с пожарной безопасностью, остаются актуальными.

Пожары, возникающие на подземных объектах Министерства обороны, осложнены особенностями специфики локализации и ликвидации, а также значительно усложняют проведение эвакуации людей, специальной техники и другого оборудования, они наносят значительный экономический ущерб, в том числе связанный с временной приостановкой работы объекта или полным его уничтожением.

На рисунке 1 представлена статистика по количеству пожаров с крупным материальным ущербом которая показывает картину, сложившуюся в России за последние двенадцать лет наблюдений.

Особенно сложно тушение эндогенных пожаров, возникающих в результате процесса самовозгорания веществ и материалов. Основная часть таких пожаров возникает в замкнутом пространстве, что затрудняет их обнаружение и ликвидацию на ранней стадии развития. Кроме того, при горении в атмосферу, почву и воду может попадать большое количество опасных

соединении, в частности, метан, оксид углерода, диоксиды серы и азота и другие загрязняющие вещества, что наносит невосполнимый вред экологии. С функционированием подземных объектов, с нарушениями технологических процессов, пожарами и авариями на них связаны негативные воздействия на окружающую среду [13].

Рис. 1. Динамика количества пожаров с крупным материальным ущербом

в период с 2009 по 2020 гг.

Известно, что подземные объекты МО РФ в особенности складского назначения являются потенциально взрывопожароопасными объектами, возникновение пожара на которых может привести к экологической катастрофе, большому социальному и материальному ущербу в результате гибели людей, уничтожения и повреждения материальных ценностей, сооружений, оборудования. Следовательно, крайне важным является исследование вопросов по обеспечению мер пожарной безопасности на подобного рода объектах.

Один из эффективных способов повышения уровня пожарной безопасности это создание условий, позволяющих ликвидировать пожар на первоначальном этапе без привлечения подразделений пожарной охраны [16].

Применение автоматизированной системы противопожарной защиты (далее - АСПЗ) для подземных сооружений позволит не только обеспечить эффективную противопожарную защиту, но и получить экономию средств за счет уменьшения численности персонала и рационального использования ресурсов [12].

Эффективность обнаружения, тушения пожаров подземных объектов военной инфраструктуры и горных выработок может быть обеспечена при проектировании и технической реализации, как единого комплекса - АСПЗ подземных объектов.

Результаты проведенных исследований показывают, что для успешного тушения пожара до его полного развития необходимы системы раннего обнаружения возгорания и надежной идентификации пожара, малоинерционные системы тушения, не имеющие в своем составе тепловые замки в качестве побудителей [17].

Для решения указанных задач по предотвращению возгораний в СФС разработан специальный насадок-распылитель для комплектации АСПЗ предназначенных для функционирования в стеснённых условиях подземных сооружений [18, 19]. Основным предъявляемым требованием для устройств подобного типа, является время обнаружения пожара

на ранней стадии развития. Для проверки времени обнаружения пожара, а также эффективности применения автоматической установки противопожарной защиты на подземных объектах военной инфраструктуры возникла необходимость в проведении натурных испытаний.

С целью определения критического времени пожара на начальной стадии и обоснования необходимости раннего обнаружения был произведен расчет в соответствии с ГОСТ 12.3.046-91 [4] согласно которому установка должна срабатывать до окончания начальной стадии пожара. Минимальную продолжительность начальной стадии пожара Тнсп в помещении определяем в соответствии с п.4 ГОСТ 12.1.004-91* [3] следующим методом: Рассчитываем приведенную пожарную нагрузку по формуле:

^ = X & (1)

где: gi - приведенная пожарная нагрузка, состоящая из ьго горючего и трудногорючего материала, кг/м2

Значение вычисляем по формуле:

= 8^/13,8 (2)

2

где: gmi - количество горючего и трудногорючего ьго материала на единицу площади, кг*м2; Qрнi - теплота сгорания ьго материала, МДж х кг.

13,8 - теплота сгорания древесины (бруски с влажностью 13,7%), МДж х кг

Вычисляем продолжительность начальной стадии пожара по формулам:

а) для помещения объемом V < 3 х 103 м

г = 0,94 х10-2г пр [1 - 0¥ х Ор хК 2]1/3 (3)

нсп ' нсп У ср ^ н.ср ^ Л V '

б) для помещения объемом: V > 3 х103 мъ:

^ = 0,89х10-2гнсп"Р[(0,73 + 0,018)-(^ хер Нр х VL2]1/3 (4)

где: тнсП - минимальная (приведенная) продолжительность начальной стадии пожара, с, в зависимости от объема помещения определяется графически по данным рис. 2;

^ - средняя скорость потери массы пожарной нагрузки в начальной стадии пожара, кг х м2 х с-1 вычисляют по формуле:

^^ср Х ( 8М1 ) ' X 1 8М1 (5)

где: Wi - скорость потери массы в начальной стадии пожара ьго материала пожарной нагрузки,

кг х м2 х с;

Qрн.ср - средняя теплота сгорания пожарной нагрузки, мДж.кг-1, вычисляют по формуле:

е рн.ср = Х( 8м,х е рн,) - X 8м, (6)

VL - линейная скорость распространения пламени, м х с-1. Допускается в качестве величины VL брать максимальное значение для составляющих пожарную нагрузку материалов.

VL - линейная скорость распространения пламени, м х с-1. В качестве величины VL берем максимальное значение для составляющих пожарную нагрузку материалов.

В результате проведенных исследований приведены результаты натурных испытаний по решению данной задачи, с помощью применения специально разработанной автоматической системы в комплектации с модулем порошкового пожаротушения М1111(Н)-16-И-ГЭ-У2, разработанной специально для использования на подземных сооружениях и подземных объектах различного назначения, в том числе опасных по газу и (или) пыли.

С

и К

л и о о

Ч &

ну и

о И

о &

12

О

1 2 3

\ \ \

1 х 103

2х 103

З*103

4*103

Рис. 2. Минимальная продолжительность начальной стадии пожара в помещении в зависимости от объема помещения, высоты помещения и количества приведённой пожарной нагрузки.

1 - Н=3 м; 2 - Н=6 м; 3 - Н=12 м

Модуль предназначен для тушения и локализации пожаров класса А, В, Е. Тушение пожаров класса Е возникающих в электрооборудовании, находящемся под напряжением осуществляется без ограничения величины напряжения, согласно требованиям, СП 485.1311500.2020 [11].

Целью испытаний являлась проверка фактических характеристик специально разработанного, для подземных объектов и сооружений, оборудования применимо к модельным очагам пожара, в условиях, имитирующих подземные сооружения оборонно-промышленного назначения (специальные фортификационные сооружения).

Программой эксперимента предусмотрено проведение огневых испытаний модулей на сертификационных модельных очагах пожара классов А и В по ГОСТ Р 53286-2009 [8] и на специально разработанных модельных очагах испытательного полигона, имитирующих условия подземных объектов и сооружений различного назначения.

В качестве огнетушащего вещества (ОТВ) для модулей использовался специальный огнетушащий порошок ИСТО-1. Схема и внешний вид модуля представлен на рис.3

Данный модуль относится к классу стационарных средств и предназначен для использования, как в составе автоматических установок пожаротушения, так и в автономном режиме, не предназначен для тушения возгораний щелочных и щелочноземельных металлов, а также веществ, горение которых может происходить без доступа воздуха некоторые технические характеристики МПП (Н) приведены в Таблице 1

Проведение огневых испытаний проводилось на испытательном полигоне. Полигон представляет собой кирпичное здание, специально оборудованное для проведения огневых испытаний и разделенное на несколько секторов с различными геометрическими размерами, с возможностью моделирования условий аэродинамической обстановки на модели защищаемого объекта.

1 3 24

Рис. 3. Модуль порошкового пожаротушения МПП-(Н) 1 - блок управления БУ-1 с извещателем; 2 - датчик уровня емкостной СLS; 3 - кабель соединительный; 4 - кронштейн; 5 - корпус модуля; 6 - насадок-распылитель.

Таблица 1. Технические характеристики модуля пожаротушения

№ п/п Характеристика Ед. измере ния значение

1 Масса огнетушащего порошка: ИСТО-1 ТУ 2149-001-54572789-00 кг 16±0,3

2 Масса остатка заряда огнетушащего порошка после срабатывания МПП должна составлять, не более % 1

3 Вместимость корпуса л 16,1

4 Динамическая нагрузка при срабатывании модуля, направленная вдоль оси модуля к точке подвеса Н 800

5 Максимальное рабочее давление внутри корпуса МПа 2,24±0,15

6 Давление срабатывания выпускной мембраны, Р макс. рабочее МПа 2,8

Для испытания системы в подготовленном помещении, которое моделирует высокостеллажное складское помещение подземного сооружения площадью 16 м2 и объемом 72 м3 рис.6., где были установлены два модельных очага пожара класса А (рисунок 5), два модельных очага пожара класса В и один модельный очаг пожара с условным названием «Вулкан» (рисунок6) который имитирует комплекс очагов возгорания и представляет собой ванну объемом 100 литров, заполненного смесью дизельного топлива и бензина АИ-92 общим объемом 6,2 литра и установленные на ней две автомобильные радиальные покрышки Я 20 для моделирования дополнительной пожарной нагрузки

На рис.4 представлена схема расстановки модельных очагов пожара и элементов системы пожаротушения на испытательном стенде.

Рис. 4. Схема стенда для испытания модуля порошкового пожаротушения.

1 - МПП (Н) с распылителем типа «Тюльпан»; 2 - МПП (Н) с распылителем типа «Труба»;

3 - Модельный очаг пожара класса А; 4 - Модельный очаг пожара класса А; 5 - Модельный очаг пожара класса В; 6 - Модельный очаг «Вулкан».

Согласно плану испытаний автоматическая система противопожарной защиты (АСПЗ) в составе автоматической установки пожаротушения (АУП) и системы пожарной сигнализации (СПС) обслуживает локацию, имитирующую склад подземного объекта. В конкретном случае АСПЗ содержит в своем составе модули порошкового пожаротушения МПП-(Н) (с двумя видами распылителей), прибор приемно-контрольный и управления пожарный (ППКУП), источники искробезопасного питания (ИИП), пожарные извещатели (тепловые-ИПТ, пламени-ИПП, ручные-ИПР), светозвуковые оповещатели и др. Всё перечисленное оборудование имеет сертификаты соответствия согласно ТР ТС 043.

Рис. 5. Устройство модельного очага пожара класса А. 1— деревянные бруски; 2 — стальной уголок; 3 — бетонный (металлический) блок.

Рис. 6. Устройство модельного очага пожара «Вулкан».

1 - ванна; 2 - покрышка автомобильная; 3 - дизельное топливо.

Тушение производилось одновременно двумя модулями порошкового пожаротушения по сигналу от ППКУП. МПП-(Н) (1) с высотой подвеса 5,7м от уровня пола и под углом 55° относительно вертикальной оси и МПП-(Н) (2) высотой подвеса 4,7м от уровня пола и под углом 34° относительно вертикальной оси. Модули установлены распылителями в сторону защищаемой камеры из условий обеспечения требуемой интенсивности подачи огнетушащего вещества в защищаемый объем. Обнаружение возгорания предусмотрено при помощи тепловых пожарных извещателей и пожарных извещателей пламени. Время задержки управляющего сигнала на запуск МПП-(Н) - 15 секунд.

Эксперимент проводился в определенной последовательности: на первом этапе производился розжиг модельных очагов пожара (МОП) класса А, на втором этапе через интервал 120 сек. производился розжиг модельных очагов пожара класса В, на третьем этапе через интервал 45 сек. производится розжиг очага «Вулкан» временные интервалы определены методикой проведения эксперимента, для выполнения условий воспламенения и устойчивого горения всей, размещаемой в камере стенда пожарной нагрузки. Сигнал о пожаре, наряду с автоматическими пожарными извещателями производился от ручного пожарного извещателя.

Запуск модуля пожаротушения происходит от импульса тока в цепи узла электрозапуска на генератор газа по радиоинтерфейсу RS-485, либо от блока управления БУ-1 (возможен только при получении сигнала заполнения модуля пожаротушения от датчика уровня). После срабатывания газогенератора начинается интенсивное газовыделение, что приводит к нарастанию давления внутри корпуса модуля и аэрации находящегося в нем огнетушащего порошка. При достижении рабочего давления в корпусе модуля, мембрана вскрывается и огнетушащий порошок через насадок-распылитель подается в защищаемое пространство.

Измерительное оборудование и приборы, используемые во время проведения испытаний представлены в таблице 2. Во время испытаний были обеспечены следующие значения предельной относительной погрешности измерения: время срабатывания - не более 1 %; температура - не более 3% (по паспортным показателям измерительных приборов). Все временные показатели представлены по Гринвичу GMT +03:00, испытания проводились при температуре окружающей среды +12°C и относительной влажности воздуха 80%.

Таблица 2. Измерительные приборы

№ п/п Наименование прибора Количество, шт Марка прибора Характеристика прибора

1 Тепловизор 1 testo -875.1 Матрица не менее 160x120 pix

Измерительный диапазон -10.. .+800 °C

2 Электронный секундомер 2 casio HS-6 Дискретность измерений 0,01 с

Условия эксплуатации -10...+50 C

3 Компьютер 2 HP Pavilion с операционной системой типа windows и предустановленным программным обеспечением

4 Видео камера высокого разрешения 2 GoPro 6 Full HD, 60 к/с

5 Рулетка 1 Ergonomisch 8,0 м GROSS

6 Термоанемометр 1 ТКА-ПКМ -

В ходе испытаний установлено, что работа испытуемых модулей пожаротушения соответствует требованиям нормативных документов. Предложенный при испытаниях АСПЗ вариант установки МПП подтвердил их огнетушащую эффективность при тушении очагов пожара классов А и В на специальных объектах защиты. Возгорание было обнаружено на ранней стадии через 48 секунд после воспламенения первого модельного очага. После срабатывания МПП возгорание было мгновенно локализовано и ликвидировано (повторного воспламенения МОП не произошло). Основные этапы и результаты испытаний представлены в таблице 3.

Таблица 3. Основные этапы и результаты испытаний

№ п/п Время, чч:мм:сс Темпер. (сред. по стенду), °С Темпер. (макс. по стенду), °С Событие Устройство Сообщение

1 12:14:05 10 23 нет Работает штатно нет

2 12:16:48 30 150 Розжиг очагов А Извещатель пламени Извещение о пожаре (дифференциальный признак)

3 12:16:50 45 157 Розжиг очагов В ППКУП внимание

4 12:17:42 50 157 Розжиг очага Н ППКУП пожар

5 12:17:42 40 160 Открытое горение ППКУП Извещение о пожаре (дифференциальный признак)

6 12:19:12 70 160 Открытое горение ППКУП Нажата кнопка (задержка 15 сек.)

7 12:19:27 75 160 Открытое горение ППКУП пуск

8 12:19:37 45 157 Срабатывание модуля 1 МПП (Н) Низкий уровень ОТВ

9 12:19:40 30 155 Срабатывание модуля 2 МПП (Н) Низкий уровень ОТВ

10 12:20:19 25 67 Пожар ликвидирован

График изменения температуры на испытательном стенде, построенный с помощью программного комплекса АРМ ПОО, представлен на рисунке 7.

12:14:05 12:16:48 12:16:50 12:17:42 12:17:42 12:19:12 12:19:27 12:19:37 12:19:40 12:20:19

Время, чч:мм:сс

Рис. 7. График изменения температуры в границах испытательного стенда во время проведения

натурного эксперимента

В результате испытаний подтверждена эффективность применения автоматической установки противопожарной защиты с модулем порошкового пожаротушения на подземных объектах военной инфраструктуры (специальные фортификационные сооружения). АСПЗ обеспечивает раннее обнаружение и ликвидацию возгораний. Интенсивность и способ подачи огнетушащего порошка в защищаемую зону подтверждают огнетушащая эффективность МПП-(Н), при заданных в испытаниях условиях.

Успешность результатов тушения достигается применением распылителей для МПП, выполненных в особом исполнении в виде двойного конуса, переходящего в полое тело геометрической формы с сопловыми отверстиями, отличающихся от других распылителей порошка.

Список литературы:

1. Федеральный Закон РФ от 22 июля 2008 № 123-ФЗ «Технический регламент о требованиях пожарной безопасности».

2. Федеральный Закон РФ от 4 марта 2013 № 22-ФЗ «О внесении изменений в Федеральный закон «О промышленной безопасности опасных производственных объектов».

3. ГОСТ 12.1.004-91* Система стандартов безопасности труда. Пожарная безопасность. Общие требования.

4. ГОСТ Р 12.3.046-91 Система стандартов безопасности труда (ССБТ). Установки пожаротушения автоматические. Общие технические требования.

5. ТР ЕАЭС 043/2017 «О требованиях к средствам обеспечения пожарной безопасности и пожаротушения».

6. Приказ Федеральной службы по экологическому, технологическому и атомному надзору от 3 декабря 2020 года № 494 «Об утверждении Федеральных норм и правил в области промышленной безопасности «Правила безопасности при производстве, хранении и применении взрывчатых материалов промышленного назначения».

7. ГОСТ Р 53325-2012 Техника пожарная. Технические средства пожарной автоматики. Общие технические требования и методы испытаний (с изменениями №№1, 2, 3).

8. ГОСТ Р 53286-2009 Техника пожарная. Установки порошкового пожаротушения автоматические. Модули. Общие технические требования. Методы испытаний.

9. ГОСТ Р 51091-97 Установки порошкового пожаротушения автоматические. Типы и основные параметры.

10. СП 484.1311500.2020. Свод правил. Системы противопожарной защиты. Системы пожарной сигнализации и автоматизация систем противопожарной защиты. Нормы и правила проектирования.

11. СП 485.1311500.2020. Свод правил. Системы противопожарной защиты. Установки пожаротушения автоматические. Нормы и правила проектирования.

12. СП 486.1311500.2020 Системы противопожарной защиты. Перечень зданий, сооружений, помещений и оборудования, подлежащих защите автоматическими установками пожаротушения и системами пожарной сигнализации. Требования пожарной безопасности.

13. А.Я. Корольченко, Д.А. Корольченко Пожаровзрывоопасность веществ и материалов, и средств их тушения. Справочник. М.: «Пожнаука», 2004, 2-х частях, с.713/с.774.

14. Саркисов С В. Экология: учебник. - СПб.: ВИ(ИТ) ВА МТО, 2015, - 360 с.

15. Государственный доклад «О состоянии защиты населения и территорий Российской Федерации от чрезвычайных ситуаций природного и техногенного характера в 2020 году» М: МЧС России. ФГБУ ВНИИ ГОЧС (ФЦ), 2021, 264 с.

16. Саркисов С.В., Рузманов М.Д., Кондратьев С.А. Повышение эффективности средств пожаротушения // Военный инженер. - 2021. № 1 (19). С. 11-16.

17. Кириленко В.И., Руднев И.М., Саркисов С.В. Устройство технических средств, техники и материальных средств: учебник. - СПб.: ВИ(ИТ) ВА МТО, 2019, - 254 с.

18. Коновалов В.Б., Саркисов С.В., Курбанов А.Х., Вакуненков В.А. Задачи и особенности развития системы материально-технического обеспечения военной организации государства в направлении совершенствования систем жизнеобеспечения объектов военной инфраструктуры МО РФ // Актуальные проблемы военно-научных исследований. 2020. № 7 (8). С. 95-109.

19. Коновалов В.Б., Ивановский В.С., Саркисов С.В. Симпозиум и другие направления сотрудничества Военного института (инженерно-технического) Военной академии материально-технического обеспечения с Российской академией ракетных и артиллерийских наук // Известия Российской академии ракетных и артиллерийских наук. - СПб, НПО «Спецматериалы», 2019. -№3(108). - С. 146-152.