CC BY
22МОДЕЛИРОВАНИЕ ПОДВОЗА ВОДЫ ПРИ СЛОЖНЫХ И ПРОДОЛЖИТЕЛЬНЫХ ПОЖАРАХ
С. А. Шипицын. ГУ МЧС России по Томской области. А. Н. Иванов, кандидат технических наук, доцент;
А. С. Поляков, доктор технических наук, профессор, заслуженный деятель науки РФ. Санкт-Петербургский университет ГПС МЧС России
Рассмотрена математическая модель процесса подвоза воды, позволяющая оптимизировать потребность в пожарных автоцистернах, необходимых для тушения пожаров на скважинах нефтегазовых промыслов с учетом их тактико-технических характеристик, наличия подготовленных мест заполнения цистерн водой, дальности подвоза и величины создаваемых запасов воды. Приведена номограмма для расчета параметров процесса подвоза воды, включая отведенное на это нормативное (директивное) время.
Ключевые слова: пожар, вода, тушение, модель
WATER TRANSPORTATION MODELING UNDER CONDITION OF A COMPLICATED AND PROLONGED FIRE
S. A. Shipitsyn, Head in Headguarters of the Russian Ministry of Emergency in Tomsk region.
A. N. Ivanov; A. S. Polyakov. Saint-Petersburg university of State fire service of EMERCOM of Russia
In order to extinguish a fire at oil and gas wells it's necessary to have a considerable amount of water, which is impossible to set up for a number of reasons. For that reason one has to transport water when extinguishing a fire and it presents a lot of problems due to the lack of means and forces. There was considered a mathematical model of water-transportation that would allow to optimize the wants of fire water-tankers for this purpose with due regard for their performance characteristics, the presence of equipped places for filling water-tanks at water sources, the transportation distance and the amount of water laid in stock. A nomogram is attached for calculating parameters of water transportation including the standard (directory) time allotted for that.
Key words: fire, transportation, water, suppression, model
При недостатке воды на месте пожара руководитель тушения (РТП) обязан организовать бесперебойную подачу ее с удаленных водоисточников путем перекачки пожарными машинами или подвоза автоцистернами [1, 2].
Именно такая ситуация характерна для кустовых площадок нефтегазовых месторождений, где каждая аварийная ситуация может перейти в открытое фонтанирование скважины с последующим возгоранием. Через 15-30 мин после воспламенения фонтана металлоконструкции в зоне пламени теряют несущую способность, деформируются и загромождают устья скважин, что с течением времени может привести к изменению вида фонтанирования, состава струи или дебита, и повлиять на выбор способа тушения. Пожар на кусте скважин приводит к более тяжелым последствиям из-за близкого расположения устьев. При затяжных пожарах на нефтегазовых месторождениях создаются искусственные водоемы, вместимость которых должна обеспечивать бесперебойную работу подразделений в течение светлого времени суток и пополнение запаса воды, необходимого для защиты людей в опасной зоне, тушения фонтана и защиты соседних скважин, механизмов и оборудования [3, 4].
Расчеты показывают, что для нефтегазовых месторождений Томской области на тушение компактного фонтана требуется запас воды в пределах 1200-1500 м3, на распыленный фонтан - до 2200-2900 м3 .
Для определения требуемого количества автомобильных цистерн N Ац на подвоз расчетного количества воды при тушении пожаров рекомендуется использовать зависимость [2]:
2т + т
N _ 27 сл+Ъш +!, (1)
т
' РАСХ
где тсл - время следования автоцистерны от места пожара к источнику воды и обратно; тЗАП - время наполнения емкости автоцистерны водой; тРАСХ - время расходования воды на месте пожара.
Анализ зависимости (1) показывает, что она справедлива для обычных условий работы в населенных пунктах при заранее известных и оборудованных источниках воды и коротких величинах путей подвоза. Однако для случая создания больших запасов воды, необходимых для тушения горящих нефтегазовых скважин, она недостаточно хорошо согласуется с практикой. Это объясняется тем, что помимо трех величин времени в уравнении (1), определяющими процесс подвоза, являются и другие факторы:
- величина требуемого запаса воды V и время Т, отведенное на его создание;
- вместимость VAц и количество Nщ используемых автоцистерн для подвоза воды;
- количество (Кщ ) оборудованных мест одновременного забора воды из источников
для обеспечения независимого (параллельного) заполнения нескольких автоцистерн.
Рассматриваемая задача не является абсолютно новой. Описание и решение некоторых аналогичных задач дано в публикациях [5-10]. Наиболее близкими по сущности рассматриваемых процессов являются работы [5-7], где продолжительность Т процесса подвоза больших количеств жидкости со склада и подачи ее потребителю является функцией восьми величин, и, следовательно, математическая модель, приведенная в [5, 6] и описывающая этот процесс, является более совершенной, адекватной практике. В ней содержится только две величины, нехарактерные для подвоза воды на пожар: время отстоя жидкости в автоцистерне и поправка (минус единица), отражающая отсутствие необходимости заправки автоцистерн в конце выполнения задачи. Эти величины во внимание могут не приниматься, поскольку не влияют на сущность метода оценки времени, необходимого для создания запасов. С учетом этого замечания, известная модель [5, 6] адаптирована нами к условиям боевых действий пожарных подразделений в следующем виде:
N
Т _ ^^ + тЗАп ^ + РтЗАп , (2)
а ' тЗАП + ^ АЦ
N ЗАП К
АЦ АЦ
где
V
а _ V (тРАСХ + тЗАП +2 тсл + тСВ ), (3)
'АЦ
тСВ - время свертывания автоцистерны после заполнения водой (принимается по паспортным данным);
в _ тЗАП + тСВ
тРАСХ
т _
1 ЗАП
Озап
0ЗАП - производительность заполнения автоцистерны на источнике воды (принимается по паспортным или опытным данным);
Т = Ац
РАСХ
Орасх
Орасх - производительность опорожнения автоцистерны в месте сосредоточения запасов
воды (принимается по паспортным или опытным данным);
= £
ТСЛ ~ ,
V
£ - длина маршрута доставки воды от ее источника до места сосредоточения запасов (принимается по данным дислокации объектов); V - средняя скорость движения автоцистерн по маршруту (принимается по опытным данным, для внутренних промысловых дорог -40 км/ч).
В уравнении (2) главной составляющей является первое слагаемое, определяющее величину затрат времени на транспортную работу автоцистерн по доставке требуемого запаса воды V. Второе слагаемое - по величине меньше первого, но тоже - существенно, и отражает величину затрат времени на заполнение цистерн у водозабора. Очевидно, что при условии ЫАц = КАц значение этого слагаемого будет минимальным, но выполнение его
требует излишних затрат на оборудование пунктов заполнения автоцистерн водой и может оказаться излишним ввиду неравномерности движения автоцистерн по дорогам. Значения ЫАц > КАц ведут к увеличению длительности процесса за счет простоя автоцистерн у
источника воды, а КАц > NАц - бессмысленны. Анализ уравнения (2) на оптимум по переменной NАц показал, что имеется минимум Т при соотношении NАц = ^ а ■ КАц . По переменной КАц анализируемая функция минимума не имеет. Опытная проверка подтверждает, что оптимальное соотношение величин равно КАц « (0,5-0,6) NАц .
Величиной в (в = 1) при расчетах можно пренебречь, поскольку (согласно техническим характеристикам автоцистерн): тзап = трасх ; тсв Z тзап , и, следовательно, в существенно меньше а .
Выразив время Т, отведенное на создание запасов воды, через значение тзап , можно расчеты упростить, и в дальнейшем проводить их с помощью графика, построенного по полученным зависимостям (2), (3) и известным правилам создания номограмм [11]. Фрагмент номограммы (в малой области значений а) представлен на рис.1, где по оси ординат отложена относительная длительность процесса доставки воды, нормированная по величине тзап :
- Т
Т =-. (4)
ТЗАП
Прием нормирования длительности процесса подвоза воды (8) даёт возможность применить полученные безразмерные зависимости (рис.1) для любого типа автоцистерн и решения нескольких видов практических задач. Алгоритмы пользования номограммой даны на рис. 2, где порядок действий указан стрелками, но в любом из рассматриваемых случаев первоначально необходимо выполнить расчеты по зависимостям (3) и (4). Согласно рис. 2, а видно, что по величине планируемого объема подвоза воды (по заданному значению аЗ ) и
известному количеству оборудованных мест КАц заполнения автоцистерн на источнике
водоснабжения можно вычислить необходимое для этого количество NАц автоцистерн. На
рис. 2, б, исходя из директивного времени на выполнение подвоза, показано, как следует
вычислить необходимое для этого количество Nщ автоцистерн. Обозначения величин на номограмме даны по тексту.
ка„=1
Рис.1. Номограмма для расчета показателей процесса подвоза воды (обозначения величин соответствуют тексту)
а
аз / \ Кдц=2
/ч \ кдц=з
а2/ V /
/ \ /V
а1/ / ^^
'АЦ
б
Рис.2. Алгоритмы пользования номограммой:
а — по расчетным (заданным) значениям величины а3 и имеющемуся наличию оборудованных мест заполнения автоцистерн водой КАц находят необходимое для этого количество
автоцистерн NН и условное время ТН выполнения заданного объема работы по подвозу воды;
б - по расчетным (заданным) значениям величины а3 и директивного (заданного) условного
значения времени ТН на выполнение заданного объема работы по подвозу воды находят необходимое для этого количество автоцистерн N3 и оборудованных мест заполнения автоцистерн водой К АЦ
Рассмотренная модель подвоза воды может применяться не только для условий стационарности, но и в условиях быстро изменяющейся обстановки на пожаре. В этом случае РТП должен пропорционально распределить необходимый (подлежащий подвозу) запас воды V между разнородными типами автоцистерн (согласно их техническим возможностям) и далее пользоваться приведенными графиками. Но более всего изложенная методика приемлема и необходима для заблаговременной оценки существующих планов подвоза воды и внесения корректив в планы технического прикрытия КВО.
Литература
1. Боевой устав пожарной охраны. - М., 1995.
2. Повзик Я. С. Справочник руководителя тушения пожара. - М.: ЗАО «Спецтехника»,
2001.
3. Повзик Я. С. Пожарная тактика. - М.: ЗАО «Спецтехника», 1999.
4. СТО Газпром РД 1.2-094-2004 (Согласовано Ростехнадзором от 20.07.2003 № 1003/800).
5. Поляков А. С. Сокращение сроков заправки горючим летательных аппаратов. Указатель новых поступлений литературы в открытый фонд ЦИВТИ МО. - 1972. - Сер. Б. -№ 7.
6. Рыбаков К. В., Поляков А. С. Заправка автомобилей в полевых условиях. - М.: Транспорт, 1976.
7. Поляков А. С., Квашнин Б. С. Оптимальный параметрический ряд автотопливозаправщиков для летательных аппаратов. Указатель поступлений информационных материалов ЦИВТИ МО. - 1985. - Вып. 3. - Сер. Б.
8. Пирогов Ю. Н., Сыроедов Н. Е. Моделирование процесса функционирования автотопливозаправщиков на аэродромах базирования // Тр. 25 ГосНИИ МО РФ. - 2006. -Вып.53. 9. Григорюк В. Ф. Оптимизация взаимодействия пунктов погрузки и выгрузки вагонов. - М.: Транспорт, 1986.
10. Хейт Ф. Математическая теория транспортных потоков. - М.: Транспорт, 1966.
11. Хованский Г. С. Номография сегодня. - М.: Знание, 1987.
