CC BY
15
05.13.10 УПРАВЛЕНИЕ В СОЦИАЛЬНЫХ
И ЭКОНОМИЧЕСКИХ СИСТЕМАХ
GOVERNANCE IN SOCIAL AND ECONOMIC SYSTEMS
DOI: 10.33693/2313-223X-2021-8-1-59-67
Модель и алгоритм управления пожарно-спасательными подразделениями при тушении пожаров на металлургических предприятиях при разгрузке сырья из подвижного железнодорожного состава
А.Н. Денисов3 ©, М.М. Данилов'3 ©, И.Г. Цокуровас ©, С.Н. Аники^ ©
УНК пожаротушения ФГБОУ ВО «Академия Государственной противопожарной службы Министерства Российской Федерации по делам гражданской обороны, чрезвычайным ситуациям и ликвидации последствий стихийных бедствий (Академия ГПС МЧС России)», г. Москва, Российская Федерация
a E-mail: dan_aleks@mail.ru b E-mail: mdagps@yandex.ru c E-mail: venskovskaya@bk.ru d E-mail: neytrinos@mail.ru
Аннотация. Проведена апробация применения моделей и алгоритмов поддержки управления силами и средствами по-жарно-спасательного гарнизона с опорой на оптимальные модели (стохастические или вероятностные) принятия решений в рамках существующих условий достижения основной задачи подразделений пожарной охраны, основанные на теории конечных цепей Маркова. Изучение последствий пожаров на металлургических предприятиях, а именно пожаров, возникающие на транспортерных лентах в том числе при осуществлении разгрузки сырья из транспортного подвижного железнодорожного состава, а также процесса оптимизации управления подразделениями пожарной охраны при тушении данных пожаров. Исследователями рассмотрена модель управления пожарно-спасательными подразделениями на основе примененных методов эксперимента, наблюдения, описания и моделирования, включающих в себя процесс дискретных последовательных условий принятия управленческих решений (цепи Маркова). Для достижения поставленных целей проведен практический эксперимент по сжиганию образцов транспортерных лент в муфельной печи и калориметрической установке, проведена оценка полученных результатов, формализована модель управления пожарно-спасательными подразделениями. Предметом исследования является поддержка управления пожарно-спасательными подразделениями при тушении пожара на металлургических предприятиях при осуществлении разгрузки сырья из подвижных железнодорожных составов на транспортерные ленты предприятия. Результаты. Экспериментальным путем подтверждена разрушительность и возможные последствия пожара на металлообрабатывающих предприятиях, а также определена необходимость применения превентивных мероприятий и тушению пожаров на объектах подобного типа. Полученные результаты могут быть использованы для поддержки управления пожарно-спасательными подразделениями при тушении пожаров на металлургических предприятиях при разгрузке сырья из подвижных железнодорожных составов на транспортерные ленты предприятия. Данная работа предназначена лиц, принимающих управленческие решения и осуществляющего управление силами и средствами при тушении пожаров на металлургических предприятиях.
Ключевые слова: пожар, металлургические предприятия, транспортерная лента, управление тушением пожара, пожар-
но-спасательные подразделения, модель, алгоритм, подвижной состав
f ^
ССЫЛКА НА СТАТЬЮ: Денисов А.Н., Данилов М.М., Цокурова И.Г., Аникин С.Н. Модель и алгоритм управления по-жарно-спасательными подразделениями при тушении пожаров на металлургических предприятиях при разгрузке сырья из подвижного железнодорожного состава // Computational nanotechnology. 2021. Т. 8. № 1. С. 59-67. DOI: 10.33693/2313-223X-2021-8-1-59-67
V J
DOI: 10.33693/2313-223X-2021-8-1-59-67
Models and algorithms for the management of fire and rescue units in extinguishing fires at metallurgical enterprises when unloading raw materials from rolling stock
A.N. Denisova ©, M.M. Danilovb ©, G.I. Tsokurovac ©, S.N. Anikin d ©
Academy of the State Fire Service Ministry of Civil Defence, Emergency Situations of the Russian Federation Disaster Management (EMERCOM Academy), Moscow, Russian Federation
a E-mail: dan_aleks@mail.ru b E-mail: mdagps@yandex.ru c E-mail: venskovskaya@bk.ru d E-mail: neytrinos@mail.ru
Abstract. The approbation of the application of models and algorithms for supporting the control of forces and means of a fire and rescue garrison based on optimal decision-making models (stochastic or probabilistic) within the framework of the existing conditions for achieving the main task of fire departments, based on the theory of finite Markov chains, has been carried out. Study of the consequences of fires at metallurgical enterprises, namely, fires that occur on conveyor belts, including when unloading raw materials from a transport rolling stock, as well as the process of optimizing the management of fire departments when extinguishing these fires. Researchers have considered a model for managing fire and rescue units using a method that includes a process of discrete sequential conditions for making managerial decisions (Markov chains). To achieve the set goals, a practical experiment was carried out on burning samples of conveyor belts in a muffle furnace and a calorimetric installation, the results obtained were assessed, and a model for managing fire and rescue units was described. The subject of the research is support for the management of fire and rescue units in extinguishing a fire at metallurgical enterprises when unloading raw materials from rolling stock onto conveyor belts of the enterprise. Results. The destructiveness and scale of the possible consequences of a fire at metalworking enterprises have been experimentally confirmed, and the need to apply preventive measures and extinguish fires at facilities of this type has been determined. The results obtained can be used to control fire and rescue units when extinguishing fires at metallurgical enterprises when unloading raw materials from rolling trains onto conveyor belts of the enterprise. This work is intended for persons who make managerial decisions and who manage forces and means when extinguishing fires at metallurgical enterprises.
Key words: fire, metallurgical enterprises, conveyor belt, fire extinguishing control, fire and rescue units, model, algorithm, rolling stock
FOR CITATION: Danilov M.M., Denisov A.N., Tsokurova G.I., Anikin S.N. Models and algorithms for the management of fire and rescue units in extinguishing fires at metallurgical enterprises when unloading raw materials from rolling stock. Computational Nanotechnology. 2021. Vol. 8. No. 1. Pp. 59-67. (In Russ.) DOI: 10.33693/2313-223X-2021-8-1-59-67
ВВЕДЕНИЕ
По данным Минэкономразвития [1] отечественная металлургическая промышленность стоит в фазе модернизации. Стоит отметить тенденцию значительного роста строительства и ввода в эксплуатацию новых технически - сложных производственных объектов, в том числе с использованием конвейерного оборудования и других новых технологических установок на металлургических предприятиях. Любой пожар на металлургическом предприятии может повлечь за собой не только материальный ущерб, но и угрозу безопасности людей, а также возникновение экологической катастрофы [2]. Угрозой безопасности являются, как возникающие при пожаре факторы, такие как высокая задымленность, высокая тем-
пература, токсичность продуктов горения, так и последствия воздействия пожаров на технологическое оборудование и системы безопасности. В связи с вышеизложенным, особенно актуальной становится проблема обеспечения пожарной безопасности металлургических предприятий, а также проблема осуществления управления пожарно-спасательными подразделениями, которая в полной мере всё еще не решена. Таким образом, при решении задач тушения пожара на объекте в реальном времени руководителю тушения пожара также необходимо учитывать данный фактор.
Как показывает комплексный анализ статистических данных по пожарам на территории Российской Федерации в период с 2014 по 2019 г. сохранялась в целом положительная динамика снижения количества пожаров на 14%, число
погибших и травмированных людей на них на 10% [3-8]. Вместе с тем, в 2019 г. принципиально изменился подход к порядку учета пожаров, в том числе, и на объектах металлургической промышленности. В соответствии с изменениями в Приказ МЧС России № 714 «Об утверждении порядка учета пожаров и их последствий», с 1 января 2019 г. определен новый порядок учета пожаров и их последствий. Так, данным нормативно-правовым актом исключен порядок учета загораний. В связи с новым порядком учета пожаров и их последствий, в 2019 г. количество пожаров, зарегистрированных на территории Российской Федерации по сравнению с 2018 г. возросло на 257% и составило 471 537 пожаров [8]. Также стоит отметить тенденцию роста погибших на пожарах людей, по сравнению с 2018 г. на 8,3% - 8567 человек. Величина материального ущерба увеличилась на 1,8% и составила 62,2 млрд рублей. Таким образом, на территории Российской Федерации наблюдается тенденция значительного роста пожаров, количества погибших людей, а также величина нанесенного материального ущерба в результате пожаров. Анализ пожаров и их последствий в период с 2014 по 2019 г. на потенциально-опасных объектах, в частности на металлургических предприятиях на территории Российской Федерации, свидетельствует о сохранении тенденции пожаров на данных предприятиях в диапазоне от 100 до 120 пожаров в год [3-8].
Как показал анализ изученных материалов из открытых источников [Там же] по пожарам, произошедшим в период с 2014 по 2019 г. на металлургических предприятиях - набольшая доля происходит из-за неисправности технологического оборудования - 42%, короткие замыкания и перегрузки - 31%, нарушений правил пожарной безопасности при проведении пожароопасных работ - 16%, нарушений правил устройства и эксплуатации электрооборудования - 7%, прочие причины составляют 4% от общего количества пожаров. Основные причины пожаров на объектах металлургических предприятий представлены на рис. 1.
% sc
4c 3C
2c
1С
c
I—I
5
%
40 30 20 l0 0
I—I
s
Рис. 1. Основные причины пожаров на металлургических предприятиях:
1 - неисправность технологического оборудования; 2 - короткие замыкания и перегрузки; 3 - нарушение правил пожарной безопасности при проведении пожароопасных работ; 4 - нарушение правил устройства и эксплуатации электрооборудования; 5 - прочие причины
Fig. 1. The main causes of fires at metallurgical enterprises:
1 - failure of manufacturing equipment; 2 - short circuits and overloads;
3 - violation of fire safety rules; 4 - violation of Electrical Utility Safety Rules;
5 - other reasons
Вместе с тем, определена частота возникновения пожаров в зависимости от горючих материалов (рис. 2). Наиболее часто возгорания происходят в ЛВЖ и ГЖ, на транспортерных лентах, горючих газах и так далее. Более детальный анализ показывает, что 31% пожаров приходится на транспортерные ленты (лентами могут транспортироваться горючие материалы, при длительной пробуксовке приводных барабанов и трении их о ленту может возникнуть загорание этих материалов, а затем самой ленты).
Рис. 2. Частота возникновения пожаров в зависимости от горючих материалов:
1 - горючие жидкости; 2 - транспортерные ленты; 3 - горючие газы; 4 - электротехнические устройства; 5 - изоляция кабелей
Fig. 2. Frequency of fires depending on combustible materials:
1 - flammable and combustible liquids; 2 - conveyor belts;
3 - combustible gases; 4 - electrical devices; 5 - cable insulation
Тушение пожаров на производственных объектах отличается повышенной пожарной опасностью, так как характеризуется сложностью производственных процессов; наличием значительных количеств ЛВЖ и ГЖ, сжиженных горючих газов, твердых сгораемых материалов; большой оснащенностью электрическими установками и др. Эти обстоятельства требуют от руководителя тушения пожара грамотного и четкого управления силами и средствами на пожаре.
Возникновение пожаров на металлургических предприятиях ведет к колоссальным потерям, остановке производства, и тем самым ставит под угрозу темпы развития металлургии в целом по стране, что обуславливает необходимость повышения уровня обеспечения пожарной безопасности на них, включая не только имеющиеся на объектах металлургической промышленности средств защиты и тушения пожаров, но и совершенствование реагирование пожарно-спасательных подразделений на происшествия и управления ими, поскольку именно они могут обеспечить квалифицированные действия по ликвидации горения на объекте.
ПРОВЕДЕНИЕ ЭКСПЕРИМЕНТА
Учитывая тот факт, что большая часть пожаров (48%) происходит из-за неисправности технологического оборудования, а именно из-за загорания транспортерной ленты во время производственного процесса, либо при осуществлении разгрузки сырья из транспортных вагонов подвижного железнодорожного состава на транспортерную ленту, то в целях демонстрации разрушительных последствий пожара такого типа проведен эксперимент по определению теплоты сгорания образцов транспортерной ленты.
Основной целью эксперимента являлось идентификация и апробация модели управления пожарно-спасатель-ными подразделениями с учетом времени горения, а также фактической опасности для жизни и здоровья участников тушения пожара при тушении пожара на объектах металлургической промышленности, в частности, при горении транспортерных лент.
Проведение эксперимента заключалось в полном сжигании образцов транспортерной ленты (резинотехнические изделия) в атмосфере сжатого кислорода в калориметрической колбе, которую погружают в воду для определения высшей теплоты сгорания. Проведение эксперимента позволяет спрогнозировать вероятную ситуацию на объекте в случае возникновения пожара на различных этапах.
По увеличению температуры воды в калориметрическом сосуде устанавливают количество теплоты, выделившейся
CALCULATIVE MODELING OF HIGH-TECH PRODUCTION PROCESSES
при сгорании образцов транспортерной ленты (резинотехнические изделия) и вспомогательных веществ, а также при образовании водных растворов азотной и серной кислот в условиях испытания [9].
Высшую теплоту сгорания при постоянном объеме вычисляют по исправленному подъему температуры и энергетическому эквиваленту калориметра. При этом учитывается поправка на теплоту образования водного раствора серной кислоты из диоксида серы и жидкой воды.
Высшая теплота сгорания определяется с помощью расчетного пути, исходя из высшей теплоты сгорания при постоянном объеме - величины, которую получают с помощью сжигания образца в калориметрической колбе [Там же].
Реактивы и материалы:
• кислород газообразный, не содержащий горючих примесей и водорода;
• запал - проволока для зажигания хромоникелевая, диаметром 0,16-0,20 мм;
• аппаратура - калориметр жидкостной (с термостатом) (в эксперименте использован калориметр адиабатического типа);
• система заполняет колбу кислородом до давления 3 Мпа. Таймер установлен в удобном месте, показывает минуты и секунды;
• весы аналитические лабораторные для взвешивания проб, запальной проволоки и т.д.;
• весы для взвешивания воды в калориметрическом сосуде;
• термостат для хранения воды;
• дистиллированная вода для наполнения калориметрического сосуда [Там же].
Приготовление пробы. Проба первого образца транспортерной ленты (без маркировки, резинотканная лента, используемая для предприятия «ПАО «Северсталь» для транспортирования доломита в известково-доломитном цехе), для определения теплоты сгорания представляет собой аналитическую пробу, массой m = 0,232 г. Проба второго образца транспортерной ленты (резинотканная лента, теплостойкая, t < 150 °С, трудногорючая, ГОСТ 2Т2-1000-5-ТК-200-2-6-2-Т-2, используемая для предприятия ПАО «Северсталь» для транспортирования кокса в цехе КХП), для определения теплоты сгорания представляет собой аналитическую пробу, массой m = 0,523 г. Проба третьего образца транспортерной ленты (резинотканная лента, теплостойкая, t < 200 °С, трудногорючая, ГОСТ 2Т3-1200-5-ТК-200-2-6-2-Т-3, используемая для предприятия ПАО «Северсталь» для транспортирования металла в копровом цехе), для определения теплоты сгорания представляет собой аналитическую пробу, массой m = 0,462 г.
Подготовка к испытаниям. Калориметрические испытания проводились в лаборатории учебно-научного комплекса процессов горения и экологической безопасности АГПС МЧС России.
Подготовка пробы. Образцы транспортерной ленты сжигают в калориметрической колбе в виде брикета. Перед испытанием брикет взвешивают. Результаты фиксируются и учитываются для дальнейших расчетов.
Тигель с образцом транспортерной ленты помещают в кольцо держателя пробы. Далее определяется масса проволоки и хлопчатобумажной нити, используемых для зажигания брикета.
Проволоку для зажигания плотно прикрепляют к электродам внутренней арматуры колбы. Среднюю часть проволоки вытягивают в петлю [Там же].
Далее колбу наполняют дистиллированной водой, собирают колбу и медленно наполняют бомбу кислородом до давления 3,0 Мпа.
Калориметрический сосуд с дистиллированной водой устанавливают в термостат, а затем погружают в сосуд колбу в сборе. В калориметрический сосуд погружают устройство для измерения температуры воды и мешалку. К клеммам присоединяют провода цепи зажигания.
Калориметрическая процедура. Определение высшей теплоты сгорания образцов транспортерной ленты методом сжигания в калориметрической колбе состоит из процедуры сжигания образцов транспортерной ленты (3 испытания, рабочий режим).
Сущность данной процедуры состоит в количественной оценке изменения температуры воды в калориметрическом сосуде в результате реакции сгорания образцов транспортерной ленты в калориметрической колбе в атмосфере сжатого кислорода.
Калориметрический опыт. Собирают и включают адиабатический калориметр. Воду в калориметрическом сосуде и термостате перемешивают с такой постоянной скоростью, чтобы продолжительность выравнивания температуры в системе не превышала 10 мин. Позже делают паузу на несколько минут перед началом снятия показаний термометра в калориметрическом сосуде. Затем снимают три показания: в момент зажигания пробы (начальная температура) по окончании опыта делают 2-3 замера температуры.
Окончание испытания. По окончании измерений вынимают калориметрический сосуд из термостата, затем из сосуда вынимают колбу. Остатки запальной проволоки и взвешивают на весах [Там же].
ОПИСАНИЕ
ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИХ РЕЗУЛЬТАТОВ
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОГО ИССЛЕДОВАНИЯ
Помимо воды и диоксида углерода продуктами сгорания образцов транспортерной ленты в калориметрической колбе являются: цианистый водород; серная кислота, образующаяся из оксида серы, которая входит в состав резинотехнических изделий.
Таким образом, в колбе происходят процессы образования серной кислоты и цианистого водорода и растворения их в воде. При расчетах высшей теплоты сгорания образцов транспортерной ленты учитываются поправки на теплоту образования и растворения кислот, которые содержатся в смыве колбы [Там же].
Суммарная величина поправок на водород и серу (Дж/г) лежит в пределах повторяемости результатов. При определении высшей теплоты сгорания образцов транспортерной ленты (резинотехнических изделий) были получены следующие результаты:
1) проба первого образца транспортерной ленты (без маркировки, резинотканная лента, используемая для предприятия «ПАО «Северсталь» для транспортирования доломита в известково-доломитном цехе), для определения теплоты сгорания представляет собой аналитическую пробу, массой m = 0,232 г; Осг = 32 717 кДж/кг;
2) проба второго образца транспортерной ленты (резинотканная лента, теплостойкая, t - до 150 °С, трудногорючая, ГОСТ 2Т2-1000-5-ТК-200-2-6-2-Т-2, используемая для предприятия «ПАО «Северсталь» для транспортирования кокса в цехе КХП), для определения
теплоты сгорания представляет собой аналитическую пробу, массой m = 0,523 г; Qtr = 34 188 кДж/кг;
3) проба третьего образца транспортерной ленты (рези-нотканная лента, теплостойкая, t < 200 °C, трудногорючая, ГОСТ 2Т3-1200-5-ТК-200-2-6-2-Т-3, используемая для предприятия «ПАО «Северсталь» для транспортирования металла в копровом цехе), для определения теплоты сгорания представляет собой аналитическую пробу, массой m = 0,462 г; 0сг = 33 688 кДж/кг.
Если брать во внимание табличное значение низшей теплоты сгорания для резинотехнических изделий - то она составляет 0нсг = 33 520 кДж/кг. Таким образом, можно сделать вывод о том, что все образцы транспортерной ленты, представленные к эксперименту, несмотря на их тактико-технические характеристики, которые свидетельствуют о том, что данные образцы являются трудногорючими, по результатам испытаний являются горючими.
Кроме того, зная высшую и низшую теплоту сгорания можно определить теплоту пожара. Теплота пожара - это количество тепла, выделяющееся с единицы площади пожара в единицу времени.
Q = Q • и h, (1)
п н м ' х '
где uuh - массовая скорость выгорания, кг/(м2 • с).
Удельная теплота пожара при внутренних пожарах характеризует тепловую нагрузку на конструкции зданий и сооружений и используется для расчета температуры пожара.
Следует отметить, что выделяющееся в зоне горения тепло воспринимается продуктами сгорания, поэтому они нагреваются до высокой температуры.
Теоретическая температура характеризует горение с учетом эндотермического процесса диссоциации продуктов сгорания при высокой температуре (кДж):
2СО2 • 2СО + О2 - 566,5; 2Н2О2Н2 + О2 - 478,5.
(2) (3)
При расчете калориметрической температуры горения и температуры внутреннего пожара исходят из того, что низшая теплота сгорания Он горючего вещества равна энергии qr, необходимой для нагревания продуктов сгорания от 0 °С до калориметрической температуры горения
Q = q.
(4)
Величину qr назовем условно теплосодержанием продуктов сгорания
q = V • С' • t,
'г п.с pt Г'
(5)
где V с - объем продуктов сгорания, м3/кг; С'' - средняя объемная теплоемкость продуктов сгорания, кДж/(м3 • К); tr -температура горения, °С.
Поскольку продукты сгорания состоят из нескольких газообразных веществ, теплоемкость которых различна, суммарное теплосодержание их может быть выражено следующим образом:
Яг = 9|ю2 + 9н2о + 9н2 = Ко2сСОг'Г + ^2ос'н2о'Г + Чн2 СН2'Г- (6)
где V - объем компонентов продуктов сгорания, м3/кг; С -теплоемкость компонентов продуктов сгорания (теплоемкость СО2 принимается для смеси СО2 и SО2), кДж/(м3 • К).
В действительности не вся теплота, выделяющаяся при горении в условиях пожара, расходуется на нагревание продуктов сгорания. Большая часть ее расходуется на нагревание конструкций, подготовку горючих веществ к горению,
нагревание избыточного воздуха и др. Поэтому температура внутреннего пожара значительно ниже калориметрической. Методика расчета температуры горения предполагает, что весь объем продуктов сгорания нагрет до одной и той же температуры. В действительности температура в различных точках очага горения неодинакова. Наиболее высокой является температура в области пространства, где протекает реакция горения, т.е. в зоне горения (пламени). Значительно ниже температура в местах, где находятся горючие пары и газы, выделившиеся из горящего вещества и продуктов сгорания, смешавшихся с избытком воздуха.
Чтобы судить о характере изменения температуры при пожаре в зависимости от различных условий горения, введено понятие среднеобъемной температуры пожара, под которой понимают среднее значение из величины температур, измеренных термометрами в различных точках внутреннего пожара. Эта температура определяется из опыта.
С целью изучения изменения основных параметров внутреннего пожара во время его свободного развития, а также их взаимосвязь и зависимость от различных факторов, нами был проведен эксперимент по сгоранию образцов транспортерной ленты в муфельной печи.
В установке муфельной печи горючий материал размещается на подвижном поддоне, который закреплен на платформе электронном весов. Температура газовой среды в разных точках объема помещения контролируется термопарами [9]. Показания термопар и весов через каждые 10 с считываются измерительным комплексом и регистрируются с помощью компьютера.
Проба первого образца транспортерной ленты (рези-нотканная лента, морозостойкая, ГОСТ 2М-800-4ТК200-2-5-2МРБ, используемая для предприятия «ПАО «Северсталь» для транспортирования доломита в известково-доломитном цехе), массой m = 463,0 г; Q = 32 717 кДж/кг.
Проба второго образца транспортерной ленты (рези-нотканная лента, теплостойкая, t < 150 °C, трудногорючая, ГОСТ 2Т2-1000-5-ТК-200-2-6-2-Т-2, используемая для предприятия «ПАО «Северсталь» для транспортирования кокса в цехе КХП), массой m = 485 г; Qcr = 34 188 кДж/кг.
Проба третьего образца транспортерной ленты (рези-нотканная лента, теплостойкая, t < 200 °C, трудногорючая, ГОСТ 2Т3-1200-5-ТК-200-2-6-2-Т-3, используемая для предприятия «ПАО «Северсталь» для транспортирования металла в копровом цехе), массой m = 541 г; Q^ = 33 688 кДж/кг.
ПРАКТИЧЕСКИЕ РЕЗУЛЬТАТЫ ЭКСПЕРИМЕНТА
По итогам проведенного эксперимента исследователями получены следующие данные: проба первого образца сгорела полностью за 27 мин, кривая горения пробы первого образца представлена на рис. 3.
500 400 300 200
100
0
о га =1 "> sfa о с
u jy " га
3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23 25 27 Время, мин [Time, min]
Рис. 3. Кривая горения пробы первого образца в зависимости от времени Fig. 3. Burning curve of the first sample as a function of time
CALCULATIVE MODELING OF HIGH-TECH PRODUCTION PROCESSES
Проба второго образца за 26 мин потеряла массу на 15 г и тлеть перестала. Кривая горения пробы второго образца представлена на рис. 4.
га
иэ I;
о га q и et "а о с
500 400 300 200 100 0
9 11 13 15 17 19 21 23 25 27 Время, мин [Time, min]
Рис. 4. Кривая горения пробы второго образца в зависимости от времени Fig. 4. Burning curve of the second sample as a function of time
Проба третьего образца за 26 мин потеряла массу 38 г и тлеть перестала. Кривая горения пробы третьего образца представлена на рис. 5.
u UJ
га га
500 400 300 200
100 0
9 11 13 15 17 19 21 23 25 27 Время, мин [Time, min]
Рис. 5. Кривая горения пробы третьего образца в зависимости от времени Fig. 5. Burning curve of the third sample as a function of time
Проведенный эксперимент позволил определить время свободного горения образцов, полученные результаты показывают зависимость плотности продукта горения (транспортерной ленты) от времени. Три образца разной теплостойкости за равный промежуток времени горения в результате имели различную массу.
Понимание процесса горения транспортерных лент дает возможность руководителю тушения пожара принять правильное и релевантное сложившейся ситуации управленческое решение на любом из его этапов, учесть полученные в эксперименте данные при выборе огнетушащих веществ (линейная скорость распространения пламени, горючесть, высшая теплота сгорания), а также применить их при осуществлении предварительных расчетов по тушению на месте пожара.
ВЫВОД ПО ЭКСПЕРИМЕНТУ
Полученные результаты свидетельствуют о фактической горючести всех испытываемых образцов, вместе с этим следует отметить время сгорания - время сгорания для всех образцов одинаково.
Таким образом, проведенные эксперименты позволяют сделать ряд выводов:
1. Все образцы транспортерной ленты, которые используются на металлургическом предприятии, несмотря на свои тактико-технические характеристики - являются горючими с определенной линейной скоростью
распространения пламени. Таким образом, опираясь на полученные данные, руководитель тушения пожара может оценить реальную обстановку, а также спрогнозировать вероятные сценария развития ситуации, с учетом времени прибытия.
2. Как показал второй эксперимент, среднее время горения или тления транспортерной ленты по толщине составляет 25-30 мин.
3. Одним из ключевых элементов успешного тушения пожара, учитывая время горения и тления транспортерной ленты, является своевременное оповещение пожарной охраны о происшествии, при этом в расчет необходимо брать место дислокации ближайшего пожарного подразделения и время его реагирования [15].
4. Сложность возникающих пожаров обуславливает необходимость грамотного и четкого управления личным составом пожарных подразделений на месте пожара.
5. Потенциальный ущерб от пожара зависит от совокупной эффективности средств защиты металлургического предприятия, наличию собственных пассивных средств защиты от пожара в том числе у подвижного железнодорожного состава, осуществляющего разгрузку, а также эффективности управления силами и средствами на пожаре.
МОДЕЛИРОВАНИЕ УПРАВЛЕНИЯ
ПОЖАРНО-СПАСАТЕЛЬНЫМИ
ПОДРАЗДЕЛЕНИЯМИ ПРИ ТУШЕНИИ ПОЖАРОВ
НА ПОДВИЖНОМ ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОМ
СОСТАВЕ, ОСУЩЕСТВЛЯЮЩИМ РАЗГРУЗКУ
СЫРЬЯ НА ТРАНСПОРТНУЮ ЛЕНТУ
Принятые решения при тушении пожаров возникают из условий, в которых в момент боевых действий подразделения пожарной охраны опираются руководители тушения пожара, принимая одно решение из массива альтернатив и мирового опыта, основанного на пространственно-временных точках, выносимых научным сообществом на поверхность развития тактики действий при тушении пожаров.
Причем во все возрастающем количестве принятых решений при тушении пожара РТП наделяется соответствующими компетенциями (качеством принятых решений), и процесс, при котором нечто новое и непредсказуемое возникает из сложного сочетания более простых элементов, позволяет двигаться вперед в решении основной задачи [10], мы называем это комплексным решением в системе выбора альтернатив в оперативном управлении при тушении пожара.
Принципы управления силами и средствами определяют структуру и основы организации тушения пожаров и проведения связанных с ними первоочередных аварийно-спасательных работ. Выполнение требований устава является обязательным для всего личного состава пожарной охраны и иных привлечённых к тушению пожаров сил [11].
В целом деятельность подразделений пожарной охраны на месте происшествия можно рассматривать как последовательность действий оперативно-тактического характера в четком соответствии с требованиями руководящих документов по тушению пожаров, вместе с тем, при организации тушения пожаров следует учитывать тот момент, что большинство событий явно зависит от того, что произошло раньше, например, вероятность принятия решения по организации боевого развертывания однозначно предшествует подаче ствола на тушение пожара.
1
1
Согласование альтернативы [Agreeing on an alternative]
Рис. 6. Алгоритм прохождения альтернативы выбора Fig. 6. Algorithm for passing the alternative of choice
Если вероятность некоторого события зависит от граничных условий, возникающих вследствие предыдущих событий, такие события или величины мы называем зависимыми.
В целях отражения детерминированных этапов последовательности действий подразделений пожарной охраны с учетом их зависимостей относительно друг друга в условиях неопределенности поступающей информации, в данном случае корректно применить метод определения последовательных как зависимых так и независимых величин под названием «цепи Маркова».
Рассмотрим использование такого подхода на примере анализа альтернатив выбора управленческого решения при выполнении некоторых основных элементов организации тушения пожара, условно принимаемых на месте пожара.
Вероятность основного события очередного этапа выполнения алгоритма прибытия и развертывания сил и средств на пожаре обозначим р, вероятность того, что основная за-
дача по выполнению конкретного этапа модели решаема при дальнейшем использовании сил и средств на i-м этапе представим полнотой учета факторов, определяющих содержание этапа Мр [12] и вероятность третьей ситуации обозначим как функционал, связывающий управляемые и неуправляемые характеристики модели и составляющей среды элемента алгоритма Wр [12]. Поскольку другие исходы не предусматриваются, то р + Мр + Wр = 1.
Рассмотрим всю совокупность основных этапов организации пожаротушения на исследуемом объекте пожар-но-спасательными подразделениями, учитывая неопределенность факторов, включенных в основной этап алгоритма, влияющих на конечное принятие управленческого решения. Такая конечная цепь Маркова имеет следующие состояния качества принимаемых решений Кпр (показатель, включающий в себя определенную совокупность параметров обоснованности оперативности) [12]:
K_ - элемент алгоритма «Прием и обработка сообщения
п.р1
о пожаре»;
Кп р2 - элемент алгоритма «Выезд и следование на пожар»; 3 - элемент алгоритма «Прибытие к месту пожара»; , - элемент алгоритма «Разведка пожара»; . - элемент алгоритма «Спасение пострадавших»; . - элемент алгоритма «Развертывание сил и средств»; - элемент алгоритма «Тушение пожара»;
элемент алгоритма «Проведение специальных
• К
п
работ»;
• Кп р9 - элемент алгоритма «Сбор и следование к месту постоянной дислокации»;
• Кпр10 - элемент алгоритма «Восстановление боеспособности».
Соответствующая матрица переходных вероятностей имеет вид:
P=
1
Л
W
Mp
Wp Mp
p p
Wp Mp
p p
Wp
Mp
Wp Mp 1
1
(7)
где номер строки обозначает соответствующий этап, из которого происходит переход, а номер столбца - состояние, в которое переходит исследуемый процесс.
Будем считать, что последовательность, перейдя из /-го состояния в j-е, назад не возвращается. То есть, состояния Кп - Кп принадлежат эргодическому множеству, в котором можно из любого состояния попасть в любое и из которого, попав в него, уйти уже нельзя [13].
Алгоритм принятия решений в соответствии с альтернативами выбора представлен на рис. 6:
Ограниченность источников детальной информации об объекте пожара, имеющиеся в распоряжении руководителя тушения пожара (например, такие как планшет водоисточников, план тушения пожара и т.д.) и о вероятностных событиях на пожаре, а также особенности использования поступающих данных в граничных условиях оставляют процесс непосредственного формирования управленческого решения руководителя тушения пожара без ориентации на возможные состояния системы управления и их корреляцию с обстановкой на месте пожара. Руководитель при этом полагается в первую очередь на свой предыдущий опыт управления (стаж руководства подразделениями пожарной охраны и школа оперативного мастерства), интерполированный на текущую обстановку, опираясь на существующие модели и алгоритмы поведения в той или иной ситуации.
ВЫВОД
Проведенный практический эксперимент показал, что даже по предварительной оценке разрушительность и возможные последствия пожара на металлообрабатывающих предприятиях трактуют необходимость применения превентивных мероприятий по профилактике и тушению пожаров на объектах металлургической промышленности. Таким образом, возникает необходимость грамотного и четкого управления силами и средствами при тушении подобных пожаров путем разработки и практического применения моделей и алгоритмов поддержки управления силами и средствами пожарно-спасательного гарнизона с опорой на оптимальные модели принятия решений в рамках существующих граничных условий.
Полученные результаты также могут быть использованы в моделях предварительного планирования при разработке планов тушения пожара, планов проведения пожарно-такти-ческих учений, при составлении программ подготовки школы оперативного мастерства, а также для решения практических задач в области тушения пожаров на объектах данного типа в том числе с использованием полученной линейной величины скорости распространения пламени.
1
1
Литература
1. Прогноз развития металлургической отрасли России до 2024 года [Электронный ресурс]. URL: https://www.snta.ru/ press-center/prognoz-razvitiya-metallurgicheskoy-otrasli-rossii-do-2024-goda/
2. На Магнитогорском металлургическом комбинате произошел пожар [Электронный ресурс]. URL: https://www.rbc.ru/ rbcfreenews/ 5e3ef4679a7947579a808760
3. Пожары и пожарная безопасность в 2014 году: Статистический сборник / под общ. ред. А.В. Матюшина. М.: ВНИИПО, 2015. 124 с.: ил.
4. Пожары и пожарная безопасность в 2015 году: Статистический сборник / под общ. ред. А.В. Матюшина. М.: ВНИИПО, 2016. 124 с.: ил.
5. Пожары и пожарная безопасность в 2016 году: Статистический сборник / под общ. ред. Д.М. Гордиенко. М.: ВНИИПО, 2017.
124 с.: ил.
6. Пожары и пожарная безопасность в 2017 году: Статистический сборник / под общ. ред. Д.М. Гордиенко. М.: ВНИИПО, 2018.
125 с.: ил.
7. Пожары и пожарная безопасность в 2018 году: Статистический сборник / под общ. ред. Д.М. Гордиенко. М.: ВНИИПО, 2019. 125 с.: ил.
8. Пожары и пожарная безопасность в 2019 году: Статистический сборник / под общ. ред. Д.М. Гордиенко. М.: ВНИИПО, 2019. 80 с.: ил.
References
1. Economic Forecast of the metallurgical industry in Russia until 2024 [Electronic resource]. URL: https://www.snta.ru/press-center/ prognoz-razvitiya-metallurgicheskoy-otrasli-rossii-do-2024-goda/
2. There was a fire at a metallurgical plant [Electronic resource]. URL: https://www.rbc.ru/rbcfreenews/ 5e3ef4679a7947579a808760
3. Fires and fire safety in 2014: Statistical collection. A.V. Matyushin (gen. ed.). Moscow: VNIIPO, 2015. 124 p.: il.
4. Fires and fire safety in 2015: Statistical collection. A.V. Matyushin (gen. ed.). Moscow: VNIIPO, 2016. 124 p.: il.
5. Fires and fire safety in 2016: Statistical collection. D.M. Gordienko (gen. ed.). Moscow: VNIIPO, 2017. 124 p.: il.
6. Fires and fire safety in 2017: Statistical collection. D.M. Gordienko (gen. ed.). Moscow: VNIIPO, 2018. 125 p.: il.
7. Fires and fire safety in 2018: Statistical collection. D.M. Gordienko (gen. ed.). Moscow: VNIIPO, 2019. 125 p.: il.
8. Fires and fire safety in 2019: Statistical collection. D.M. Gordienko (gen. ed.). Moscow: VNIIPO, 2019. 80 p.: il.
9. Bobkov S.A., Baburin A.V., Komrakov P.V., Smirnov A.V. Laboratory workshop on the discipline "Physicochemical foundations of fire development and extinguishing": Educational and methodological manual. Moscow: Academy of State Emergency Situations of Russia, 2013. 60 p.
10. DanilovaM.A., DanilovM.M., DenisovA.N. et al. Model of operational management in making supporting decisions taking into account
9. Бобков С.А., Бабурин А.В., Комраков П.В., Смирнов А.В. Лабораторный практикум по дисциплине «Физико-химические основы развития и тушения пожаров»: Учебно-методическое пособие. М.: Академия ГПС МЧС России, 2013. 60 с.
10. Данилова М.А., Данилов М.М., Денисов А.Н. и др. Модель оперативного управления в принятии опорных решений с учётом оптимальности // Пожары и чрезвычайные ситуации: предотвращение, ликвидация. 2018. № 3. С. 94-101. DOI: 10.25257/ FE.2018.3.94-101.
11. Корнфельд И.П., СинайЯ.Г., Фомин С.В. Эргодическая теория. М.: Наука, 1980. 384 c.
12. Цокурова И.Г., Денисов А.Н., Самойленко С.А., Остапчук М.Л. Понижение класса горючести при эксплуатации транспортерных лент на металлургическом предприятии (на примере Череповецкого завода «ПАО «Северсталь») // Наука, техника и образование. 2018. №11. С. 47-50. DOI: 10.20861/2312-8267-2018-52-004.
13. Аникин С.Н., Данилов М.М., Денисов А.Н. Управление альтернативами выбора принятия опорных решений в тактике тушения пожаров // Computational nanotechnology. 2020. Т. 7. № 4. С. 39-47. DOI: 10.33693/2313223X-2020-7-4-39-47.
14. Porowski R., Kuznicki Z., Matozigc D., Dziechciarz A. Determination of toxicity in combustion products - state of the art // CNBOP-PIB. 2018. № 4.
optimality. Fires and Emergencies: Prevention, Liquidation. 2018. No. 3. Pp. 94-101. DOI: 10.25257/FE.2018.3.94-101. (In Russ.)
11. Kornfeld I.P., Sinai J.G., Fomin S.V. Ergodic theory. Moscow: Science, 1980. 384 p.
12. Tsokurova I.G., Denisov A.N., Samoilenko S.A., Ostapchuk M.L. Lowering the class of combustibility during the operation of conveyor belts at a metallurgical enterprise (on the example of the Cherepovets plant "PJSC Severstal". Science, Technology and Education. 2018. No. 11. Pp. 47-50. DOI:10.20861/2312-8267-2018-52-004.
13. Anikin S.N., Danilov M.M., Denisov A.N. The management of alterna-tivesof choosing in referencedecisions making in fire extinguishing tactics. Computational Nanotechnology. 2020. Vol. 7. No. 4. Pp. 39-47. (In Russ.). DOI: 10.33693/2313-223X-2020-7-4-39-47.
14. Porowski R., Kuznicki Z., Matozigc D., Dziechciarz A. Determination of toxicity in combustion products - state of the art. CNBOP-PIB. 2018. No. 4.
Статья проверена программой Антиплагиат. Оригинальность - 74,62%
Рецензент: Горбачевский Е.В., кандидат технических наук; начальник департамента интеллектуальной собственности группы компаний «Специальные системы и технологии»
Статья поступила в редакцию 10.02.2021, принята к публикации 20.03.2021 The article was received on 10.02.2021, accepted for publication 20.03.2021
СВЕДЕНИЯ ОБ АВТОРАХ
Денисов Алексей Николаевич, доктор технических наук, профессор; профессор кафедры пожарной тактики и службы (в составе учебно-научного комплекса пожаротушения) ФГБОУ ВО Академия Государственной противопожарной службы Министерства Российской Федерации по делам гражданской обороны, чрезвычайным ситуациям и ликвидации последствий стихийных бедствий (Академия ГПС МЧС России). Москва, Российская Федерация. SPIN: 5304-5496; E-mail: dan_aleks@mail.ru
Данилов Михаил Михайлович, кандидат технических наук; доцент кафедры пожарной тактики и службы (в составе учебно-научного комплекса пожаротушения) ФГБОУ ВО Академия Государственной противопожарной службы Министерства Российской Федерации по делам гражданской обороны, чрезвычайным ситуациям и ликвидации последствий стихийных бедствий (Академия ГПС МЧС России). Москва, Российская Федерация. SPIN: 5304-5496; E-mail: mdagps@yandex.ru
Цокурова Ирина Григорьевна, адъюнкт кафедры пожарной тактики и службы в составе УНК пожаротушения ФГБОУ ВО «Академия Государственной противопожарной службы Министерства Российской Федерации по делам гражданской обороны, чрезвычайным ситуациям и ликвидации последствий стихийных бедствий (Академия ГПС МЧС России)». Москва, Российская Федерация. SPIN: 5139-1065. E-mail: venskovskaya@bk.ru Аникин Сергей Николаевич, адъюнкт кафедры пожарной тактики и службы (в составе учебно-научного комплекса пожаротушения) ФГБОУ ВО Академия Государственной противопожарной службы Министерства Российской Федерации по делам гражданской обороны, чрезвычайным ситуациям и ликвидации последствий стихийных бедствий (Академия ГПС МЧС России). Москва, Российская Федерация. SPIN: 5304-5496; E-mail: neytrinos@mail.ru
ABOUT THE AUTHORS
Alexei N. Denisov, Dr. Sci. (Eng.), Professor; professor at the Department of Fire Tactics and Service (as Part of the Educational and Scientific Fire-Fighting Complex) of Federal State Budgetary Educational Institution of Higher Professional Education Academy of State Fire Service of Ministry of Russian Federation for Civil Defense, Emergencies and Elimination of Consequences of Natural Disasters (Fire State Academy, EMERCOM of Russia). Moscow, Russian Federation. SPIN 1845-4634; E-mail: dan_aleks@ mail.ru
Mikhail M. Danilov, Cand. Sci. (Eng.); associate professor at the Department of Fire Tactics and Service (as Part of the Educational and Scientific Fire-Fighting Complex) of Federal State Budgetary Educational Institution of Higher Professional Education Academy of State Fire Service of Ministry of Russian Federation for Civil Defense, Emergencies and Elimination of Consequences of Natural Disasters (Fire State Academy, EMERCOM of Russia). Moscow, Russian Federation. SPIN 1539-8110; E-mail: mdagps@ yandex.ru
Irina G. Tsokurova, postgraduate at the Department of Fire Tactics and Service (as part of the educational and scientific fire-fighting complex). Moscow, Russian Federation. SPIN 5139-1065. E-mail: venskovskaya@bk.ru Sergei N. Anikin, postgraduate at the Department of Fire Tactics and Service (as Part of the Educational and Scientific Fire-Fighting Complex) of Federal State Budgetary Educational Institution of Higher Professional Education Academy of State Fire Service of Ministry of Russian Federation for Civil Defense, Emergencies and Elimination of Consequences of Natural Disasters (Fire State Academy, EMERCOM of Russia). Moscow, Russian Federation. SPIN 9419-3590; E-mail: neytrinos@mail.ru
