Обеспечение пожарной безопасности при пассажироперевозках на городском электрическом транспорте Текст научной статьи по специальности «Химические технологии»

УДК 621.335.43:658.345

ОБЕСПЕЧЕНИЕ ПОЖАРНОЙ БЕЗОПАСНОСТИ ПРИ ПАССАЖИРОПЕРЕВОЗКАХ НА ГОРОДСКОМ ЭЛЕКТРИЧЕСКОМ ТРАНСПОРТЕ

© С.М. Аршинова1, С.А. Аршинов2

Иркутский государственный технический университет, 664074, Россия, г. Иркутск, ул. Лермонтова, 83.

Проанализированы причины возникновения пожаров на подвижном составе городского электрического транспорта. На примере троллейбуса составлено уравнение материального баланса пожара в салоне подвижного состава, выполнен расчет времени продолжительности пожара, а также выбраны современные средства его обнаружения.

Библиогр. 15 назв.

Ключевые слова: городской электрический транспорт; подвижной состав; площадь пожара; время горения; температура горения; пожарные извещатели.

ENSURING FIRE SAFETY ON URBAN ELECTRIC TRANSPORT UNDER PASSENGER TRANSPORTATION S.M. Arshinova, S.A. Arshinov

Irkutsk State Technical University, 83 Lermontov St., Irkutsk, 664074, Russia.

The causes of fires in the rolling stock of the urban electric transport are analyzed. On the example of a trolley bus an equation of the fire material balance in the passenger compartment of a vehicle is composed. The time of fire duration is calculated and modern means of fire detection are selected. 15 sources.

Key words: urban electric transport; rolling stock; fire area; burning time; combustion temperature; fire alarm devices.

Городской электрический транспорт (ГЭТ) - важная отрасль народного хозяйства. Специфика его работы связана с массовыми пассажироперевозками. Несмотря на снижение объема пассажирских перевозок в последние годы, на долю ГЭТ приходится от 25 до 50% всех перевозок городским общественным транспортом (ГПТ), а в крупных городах - 60% и выше [1].

Любой общественный транспорт, в том числе и электрический, пожароопасен.

По данным ФГУ ВНИИПО МЧС России при пожарах на наземном транспорте погибает около 200 человек в год [2]. Наиболее тяжелая обстановка создается при пожаре подвижного состава (ПС), так как городской электрический транспорт горит очень быстро. Горящие материалы, используемые в отделке ПС ГЭТ, очень токсичны, поэтому, учитывая относительно небольшой процент пожаров на этом виде транспорта, вопросы пожарной безопасности должны, в первую очередь, рассматриваться не с точки зрения материального ущерба, а как социальные.

Пожары на ПС ГЭТ (в подавляющем большинстве) возникают из-за неисправности электрооборудования: короткие замыкания, токовые перегрузки и т.д.

Причины возникновения пожаров на транспорте

чаще всего связаны с нарушением: Правил пожарной безопасности, Правил устройства электроустановок, Правил эксплуатации электроустановок потребителей, Правил техники безопасности на городском электрическом транспорте, Правил технической эксплуатации различных видов ПС ГЭТ, несовершенством конструкции ПС, несоблюдением режимов вождения ПС, некачественным выполнением технического обслуживания и ремонта ПС и т.д.

Потенциальная пожарная опасность ПС ГЭТ зависит от горючести материалов, которые используют при отделке его салона. Пол ПС выполняется из бакели-зированной фанеры и сверху покрыт в проходе резиновым ковром, а под сиденьями - релином. Для внутренней облицовки кузова применяется декоративная фанера и бумажно-слоистый пластик [3]. Материалы для отделки салона и сидений при горении выделяют большое количество продуктов горения - выход дыма при горении бумажно-слоистого пластика составляет от 168 м3/кг до 701,8 м3/кг [4].

Пожары в ПС ГЭТ, как правило, возникают в каком-либо одном месте и в дальнейшем распространяются по горючим материалам и конструкциям подвижного состава. Характер развития пожара в помещении (в том числе и в салоне ПС) зависит от разме-

1Аршинова Светлана Михайловна, доцент кафедры электропривода и электрического транспорта, тел.: 89025787972, e-mail: asa@istu.edu

Arshinova Svetlana, Associate Professor of the Department of Electric Drive and Electric Transport, tel.: 89025787972, e-mail: asa@istu.edu

2Аршинов Сергей Аркадьевич, кандидат технических наук, доцент кафедры электропривода и электрического транспорта, тел.: 89501410980, e-mail: asa@istu.edu

Arshinov Sergey, Candidate of technical sciences, Associate Professor of the Department of Electric Drive and Electric Transport, tel.: 89501410980, e-mail: asa@istu.edu

ров проемов и их расположения, вида и количества горючего материала, теплофизических свойств материала, конструкции кузова и других факторов.

Условия в помещении при пожаре в каждый момент времени t характеризуются среднеобъемными параметрами состояния, важнейшими из которых являются плотность рт, давление рт, температура Тт, концентрация х, компонентов газовой среды [5].

Известные уравнения развития пожара в помещении описывают изменения среднеобъемных параметров состояния с течением времени. Эти уравнения вытекают из основных законов физики - закона сохранения массы и первого закона термодинамики.

Рассмотрим процесс развития пожара в салоне ПС ГЭТ объемом V с произвольным числом проемов (окон, дверей, вентиляционных люков), соединяющих его с наружным воздухом. В процессе пожара в помещении салона изменяются температура, плотность и суммарная масса газа. Пусть в момент времени t масса газа т = рт • V. По истечении малого интервала времени dt масса газа изменяется на малую величину d (Рт • V).

За время dt через одни проемы вытечет некоторое количество газа, а через другие поступит наружный воздух, так как в процессе пожара нагреваемые горючие вещества переходят в газообразное состояние.

Пусть в рассматриваемый момент времени расход газа равен Gr, а мгновенный расход воздуха - G^ Тогда количество газов, покинувших салон ПС за время dt, выразится как Gn dt, а количество воздуха, поступившего за то же время - Gв dt . Если мгновенная скорость выгорания горючих веществ в момент времени t равна p, то за время dt количество горючего материала, перешедшего в газообразное состояние и поступившего в салон ПС, составит i dt.

В соответствии с законом сохранения массы изменение массы газа за период времени dt можно записать в виде уравнения:

d (рт • V) = G,, dt + p dt - Gr dt. (1)

Преобразуем уравнение (1) к следующему виду:

¿(рт-Ю= G+ip- G- (2)

Уравнение (2) называется дифференциальным уравнением материального баланса пожара в помещении [5].

Так как объем салона ПС ГЭТ V = const, то уравнение (2) преобразуется к следующему виду:

V (dp,„ /dt) = Gв + ip - Gr. (3)

Согласно уравнению (3) можно выделить три режима развития пожара. Первый режим реализуется на этапе нарастания температуры и убывания плотности газовоздушной среды в рассматриваемом объеме V. При этом режиме dpjdt < 0, следовательно Gu + p < Gr, т.е. количество уходящих через проемы газов больше, чем количество поступающего воздуха вме-

сте с количеством перешедших в газообразное состояние сгораемых материалов. Второй режим - это режим, при котором температура и плотность газа в помещении изменяются незначительно, т.е. Срт С = 0. При этом режиме, так называемом квазистационарном, Св + у ~ вг, т.е. расход уходящих газов приблизительно равен сумме расхода поступающего воздуха и скорости выгорания. При третьем режиме Срт С > 0 и Св + у > ¿г, т.е. количество уходящих газов Сг меньше, чем количество поступающего воздуха вместе с количеством выгорающих веществ в единицу времени.

Как видно из анализа уравнения материального баланса, опасные для человека вещества, образующиеся при горении и тепловом разложении (углекислый газ, оксид углерода и другие) наиболее быстро накапливаются в начальной стадии пожара в салоне ПС ГЭТ. Статистика пожаров говорит о том, что гибель людей (60-70 %) происходит в закрытых помещениях с использованием полимерных материалов в основном от удушья или отравления [6].

Рассчитаем время, за которое весь салон ПС будет охвачен огнем. Расчет выполним на примере наиболее распространенного в настоящее время пассажирского троллейбуса ЗиУ-682В [3]. Согласно техническим данным, габаритная длина кузова троллейбуса 11,709 м, ширина 2,512 м.

Линейная скорость распространения огня в первые 10 минут принимается равной половине табличной V = 1,6 м/мин [7].

Рассмотрим наиболее опасный вариант развития пожара, когда очаг возгорания находится в центре салона ПС. В первые минуты пожара фронт горения достигнет ближайших ограждающих стен, а затем он спрямляется и распространяется на оставшуюся часть салона по прямоугольной форме в двух направлениях. Время за которое весь салон ПС будет охвачен огнем будет равно:

2

где Бп - площадь салона ПС, охваченная огнем, м ; п - количество направлений распространения пожара при одинаковом значении линейной скорости; а - ширина салона ПС, м.

Время распространения пожара составит:

11,709-2,512

Как видно из расчета, весь салон троллейбуса ЗиУ-682В будет охвачен огнем всего за 7,3 минуты. С учетом этого, необходимо выбрать систему пожарной сигнализации, которая позволила бы обнаружить пожар в салоне ПС на начальной стадии его развития, передать тревожное извещение в кабину водителя ПС о месте его возникновения для организации экстренной эвакуации пассажиров и, при необходимости, введения в действие автоматических систем пожаротушения.

Необходимое время эвакуации рассчитывается как произведение критической для человека продолжительности пожара на коэффициент безопасности [8]:

'нб - кб ■ '

б ■ 'кр,

(5)

где кб - коэффициент безопасности, кб - 0,8.

Под критической продолжительностью пожара подразумевается время, по истечении которого возникает опасная ситуация вследствие достижения одним из опасным факторов (ОФП) предельно допустимого для человека значения.

Применительно к ПС троллейбуса критическую для пассажира продолжительность пожара можно рассчитать по следующим факторам: повышенной температуре потере видимости в дыму пони-

женному содержанию кислорода ц2; опасной концен-

трации СО2 Ц 2; опасной концентрации СО Полученные значения сравниваются между собой и из них выбирается та величина, при которой критическая продолжительность пожара минимальна.

Расчет критической продолжительности пожара в салоне троллейбуса начнем с определения его геометрических размеров и высоты рабочих зон.

Свободный объем салона троллейбуса будет равен

V - 0,8 V,

где V- геометрический объем салона, м3.

V, - 0,8 ■ 11,709 ■ 2,512 ■ 3,252 - 76,52 м3 Высота рабочей зоны будет равна:

(6)

Расчет 'кр по каждому ОФП начнем с нахождения комплекса В:

В = -—(9)

где Ср - удельная изобарная теплоемкость газа, МДж/кгхК; ф - коэффициент теплопотерь; п - усредненный коэффициент полноты горения; 0 - низшая теплота сгорания материала, охваченного пламенем,

л

МДж-кг .

Затем рассчитываем параметр г по формуле

г = - ■ ехр

№

(10)

где Н - приведенная высота салона троллейбуса, м.

Приведенная высота Н определяется как отношение геометрического объема к площади горизонтальной проекции салона троллейбуса:

11,709-2,512 ■ 3,252 Я =-= 3,252 м.

11,709 ■ 2,512 '

Далее определяем критическую продолжительность пожара для каждого из опасных факторов по следующим формулам:

а) по повышенной температуре:

( )

где '0 - начальная температура в салоне, 0С; б) по потере видимости:

(11)

$в = )г1п

7С ■ ¡п( 1,0 5 ■ а-В)

1/п

(12)

1 - ЛоТм + 1,7 - 0,5 б,

(7)

где 1отм - высота отметки зоны нахождения пассажиров над полом салона, м; б - разность высот пола, равная нулю при горизонтальном его расположении, м.

Так как пассажиры троллейбуса находятся на нулевой отметке, то высота рабочей зоны 1 = 1,7 м.

Выбор расчетной схемы развития пожара

Каждая расчетная схема развития пожара в помещении характеризуется значениями двух параметров А и п, которые зависят от формы поверхности горения, характеристик горючих веществ и материалов. Так как пожар в салоне троллейбуса возникает в каком-либо одном месте и первоначально имеет круговое развитие, то значения параметров А и п будут равны:

А - 1,05 ■ ф ■ V, п - 3,

(8)

где ф - удельная установившаяся скорость выгорания

2 1

горючего материала, кг-м" ■с-; V - линейная скорость

распространения пламени по поверхности горючего

-1

материала, м^с ._

где а - коэффициент отражения предметов на путях эвакуации; Е - начальная освещенность путей эвакуации, лк; О - дымообразующая способность горящего

2 -1

материала, Нпм ■кг"; /пр - предельная видимость в дыму, м;

в) по пониженному содержанию кислорода:

£.ф2 ={ггп

1 -

В-Ьо,

. 1/п

(13)

где 1О2 - расход кислорода на сгорание 1 кг горящего

-1

материала, кгкг ;

г) по каждому из газообразных токсичных продуктов горения:

кр и I. В-1-г.

_П1 /п

(14)

где X - предельно допустимое содержание данного газа в атмосфере салона троллейбуса, кгм"3 (ХСО2 = 0,11 кг м-3; ХСО - 1, 16^10"3 кгм"3).

При отсутствии специальных требований значе-

ния, а и Е принимаются равными 0,3 и 50 лк соответственно.

Расчеты критических значений продолжительности пожара в салоне троллейбуса выполним для наиболее опасного варианта (начало горения деревянных щитов пола).

Исходные данные для расчетов возьмем из табл. 1-4 приложения [8] и из табл. 3.6.-3.11 [9].

Вначале определим значения А, В, 2.

По формуле (8) находим

А = 1,05 • 0,0014 • 0,0272 = 10,72 • 10-7.

По формуле (9) находим

353 ■ 1,168 ■ 10"3 ■ 76,52 В= 0,5-0,97-13,8 =4'71КГ'

По формуле (10) находим

1,7

г = —-т- ■ ехр 3,252 р

( 1 *4)=1 'о 8 ■

Результаты расчета ¿кр по опасным факторам пожара:

4,71

т _

145 (. 1 0 ,7 2 ■ 1 0 " 7

( 4,71

¿.пв _ 1

145 |1 0 , 7 2 Л О" 7

1п

1 +

70-20

(27 3 + 2 0) ■ 1 ,0 8

1/3

= 86 с;

1п

76,52 ■ гп( 1 ,0 5 ■ 0 , 3 ■ 5 0)

20-4,71-23 ■ 1,08

И/3

= 74 с;

=

■•кр

4,71

1п

10,72 ■ Ю-7 0,044

/4,71 ■ 1,15

76,52 = 127 с;

+ 0

,2 7 ) ■ 1 ,1

,08

4,71 ¿со _ I '

145 |1 0 , 7 2Л 0 " 7

1п

1 -

76,52 ■ 1,16 ■ 10"

-п!/3

4,71 ■ 0,024 ■ 1,08]

_ {0,439 ■ 1 0 7 ■ (п( 1 - 7 ,3 )" Ч 1 /3 (если под знаком логарифма получается отрицательное число, то данный ОФП не представляет опасности);

^ _ 4,71 ¿с ' "(1 0 , 7 2 Л0" 7

■ 1п

76,52 ■ 0,11

1

-1лз

4,71 ■ 1,51 ■ 1,08. _ {0,439 ■ 1 0 7 ■ /п( 1 - 1, 1 )" Ч^

(диоксид углерода также не принимается в расчет).

Из полученных в результате расчетов значений критической продолжительности пожара выбираем минимальное:

= тт (86,74,127) = 74 с.

По формуле (5) определяем необходимое время эвакуации пассажиров из салона троллейбуса

?нб = 0,8 • 74 = 59,2 с = 1 мин.

Основой автоматической системы пожаротушения являются пожарные извещатели (ПИ). Пожарный из-вещатель - единственное средство, которое может заблаговременно сообщить о пожаре. По контролируемому признаку ПИ подразделяются на: световые, газовые, тепловые, дымовые и комбинированные [10, 11].

Выбор современных средств обнаружения пожара в подвижном составе городского электрического транспорта

Электрооборудование ПС ГЭТ, а также внутренняя обшивка его салона выполнены из материалов с различными характеристиками горения, что предполагает использование различных физических принципов обнаружения возгорания. Для раннего обнаружения пожара в салоне ПС ГЭТ необходим эффективный пожарный извещатель.

Световые (или извещатели пламени) не дадут необходимого эффекта. Для их срабатывания необходим определенный спектр излучения, которого в начальный период развития пожара не наблюдается, так как вероятней всего пожар может возникнуть под полом салона ПС, где расположено основное электрооборудование троллейбуса. Кроме того, вышеуказанные извещатели не следует применять, если в салоне имеются источники мерцающего света (солнечные лучи, неисправные лампы дневного света).

Газовые извещатели также не эффективны, так как предназначены для обнаружения концентрации газообразных веществ, таких как СО и СО2. Однако не при любом горении выделяется достаточное количество указанных газов для возможности их обнаружения.

Тепловые извещатели имеют высокую чувствительность к источникам тепла. Для их срабатывания необходимо повышение температуры до определенной величины, которая может привести к травмированию пассажиров в салоне ПС. Под полом салона образуется не прогреваемый слой в первый момент развития пожара, который составляет 7-8 см.

Тепловые ПИ на ПС ГЭТ эффективны для введения в действие автоматических систем пожаротушения, когда огонь уже возник в подкузовном электрооборудовании.

Дымовые извещатели срабатывают при возникновении дыма малой концентрации. Благодаря этому имеется возможность обнаружения пожара на ранних стадиях развития горения, что позволяет обеспечить в случае пожара оперативную эвакуацию пассажиров из салона ПС ГЭТ. В отличие от тепловых извещателей и извещателей пламени, дымовые срабатывают на этапе тления и в какой-то мере могут предотвратить отравление угарным газом. По НБП 110-03 подавляющее большинство объектов должно оборудоваться дымовыми извещателями [12]. Дымовые извещатели могут быть использованы без прие-

V

У

мо-котрольных приборов.

Комбинированные извещатели наиболее эффективны в автоматических системах пожаротушения. Они вобрали в себя достоинства извещателей всех групп. Наиболее часто в одном ПИ объединяют дымовой и тепловой извещатели, но в силу конструктивных особенностей ПС ГЭТ их применение не целесообразно.

Как видно из сравнительного анализа существующих пожарных извещателей, дымовые извещатели наиболее эффективны для определения пожарной ситуации в салоне ПС ГЭТ.

Эффективность применения дымовых пожарных извещателей и их работоспособность зависит от оптимального выбора типа извещателя, его установки, условий эксплуатации [13]. На нашем рынке представлен большой выбор отечественных и зарубежных дымовых извещателей по ГОСТ Р53325-2009 и зарубежных дымовых извещателей по европейскому стан-

дарту БЫ 54-7 [14, 15].

На основании вышеизложенного было установлено, что:

1. Подвижной состав ГЭТ пожароопасен.

2. Основная причина пожаров - неисправности электрооборудования.

3. Опасные для человека вещества наиболее быстро накапливаются в начальной стадии пожара.

4. Время, за которое весь салон ПС ГЭТ будет охвачен огнем, не превышает 8 мин.

5. Критическая для человека продолжительность пожара в салоне троллейбуса ЗиУ 682В не превышает одной минуты.

6. Для раннего обнаружения пожара в салоне ПС ГЭТ необходим эффективный извещатель.

7. Наиболее эффективным для обнаружения пожара в салоне ПС ГЭТ в настоящее время является дымовой извещатель.

1. Мазикин Ю.Н., Пирогов В.И. Реформирование общественного пассажирского транспорта: трамвайно-троллейбусного и автобусного. М.: ООО ИКК «ДеКА», 2001. 250 с.

2. Государственная противопожарная служба (Электронный ресурс). Режим доступа: http://www.vniipo.ru

3. Максимов А.Н. Городской электротранспорт: Троллейбус. М.: Издательский центр «Академия», 2004. 25б с.

4. Пожаровзрывоопасность веществ и материалов и средств их тушения: справ. изд.: в 2-х книгах; кн. 1 / А.Н. Баратов [и др.]; под ред. А.Н. Баратова и А.Я. Корольченко. М.: Химия, 1990. 496 с.

5. Алексашенко А.А., Кошмаров Ю.А., Молчадский И.С.. Тепломассоперенос при пожаре. М.: Стройиздат, 1982. 175 с.

6. Щеглов П.П., Иванников В.Л. Пожароопасность полимер-

Библиографический список

ных материалов. М.: Стройиздат, 1992. 110 с.

7. Иванников В.П., Клюс П.П. Справочник руководителя тушения пожара. М.: Стройиздат, 1987. 288 с.

8. Расчет необходимого времени эвакуации людей из помещений при пожаре: рекомендации. М.: ВНИИПО МВД СССР, 1989. 22 с.

9. http://www.texttotext.ru

10. Пожарная безопасность. Взрывобезопасность: Справ. изд. / А.Н. Баратов [и др.]; под ред. А.Н. Баратова. М.: Химия, 1987. 272 с.

11. http://www.goldenclimate.ru/services/pozar/datchiki

12. Ь^^/т^^си^у-bridge.com/biblioteka/stati_po_bezopasnosti

13. http://pozhproekt.ru/nsis/katalog РТР

14. http://www.secutek.ru/articles2/

15. http://www.bronepol.ru