CC BY
21Алешков М. В., Рожков А. В., Двоенко О. В., Ольховский И. А., Гусев И. А.
ПРИМЕНЕНИЕ РОБОТОТЕХНИЧЕСКИХ КОМПЛЕКСОВ ДЛЯ ТУШЕНИЯ ПОЖАРОВ НА ОБЪЕКТАХ ЭНЕРГЕТИКИ
В статье раскрыты проблемы, возникающие при тушении пожаров на объектах энергетики. Предложены пути их решения с помощью мобильных робототехниче-ских комплексов.
Ключевые слова: энергетика, пожар, взрыв, обрушение, робототехнические комплексы, эффективность тушения, охлаждение конструкций.
Система энергетики любого современного государства - это фундамент его экономической мощи и независимости. Одной из важнейших составляющих энергетики является электроэнергетика, которая обеспечивает работоспособность практически всех отраслей промышленности и народного хозяйства разных стран.
Пожары и аварии на объектах энергетического комплекса являются довольно частым явлением. Так, например, за период с 2009 по 2014 год произошло 4 632 пожара, на которых погибло 55 человек, получили травмы 191 человек, а материальный ущерб составил 555 млн рублей [1]. Помимо всего этого, прекращение работы объектов энергетики даже на незначительное время создаёт значительные неудобства, а порой и опасность для жизни и здоровья граждан. Это связано с прекращением работы многих предприятий промышленного и социального характера. Примером служит пожар на подстанции «Чагино», в результате которого произошло отключение «Московского нефтеперерабатывающего завода», пяти московских электростанций и 15 питающих центров, не работали все предприятия, расположенные в промышленных зонах столицы. На Московском метрополитене произошёл сбой, в результате которого не функционировали 52 из 170 станций, было нарушено авиа- и железнодорожное сообщение. Из-за аварии на ТЭЦ-1 в Норильске было нарушено теплоснабжение жилых домов и общественных зданий. Поэтому обеспечение безопасности объектов энергетики является стратегически важным направлением деятельности государства.
Высокая степень риска возникновения аварий и пожаров в энергетической отрасли связана с достижением предельного срока эксплуатации энергосистем объекта, которому подвержены около 70 % оборудования от общего количества.
Наиболее пожароопасными на объектах энергетического комплекса являются помещения с маслосодержащим оборудованием, помещение маслобака, маслосистемы под-питочного насоса, зал электродвигателей, кабельные помещения, помещения щитов управления, аккумуляторных батарей, блочные трансформаторы и др. Все эти объекты содержат большое количество пожарной нагрузки, которая при горении выделяет огромное количество теплоты, что, в свою очередь, повышает температуру окружающего воздуха до критических пределов. Отдельно бы хотелось обратить внимание на машинные залы, где в турбогенераторах используются горючие масла, а в системе охлаждения - горючий и взрывоопасный водород.
Помимо этого, пожароопасность машинных залов повышают дизельное топливо и мазут, применяемые в резервных дизельных электростанциях, изоляция силовых и контрольных кабелей, горючие материалы, используемые в электрических устройствах и аппаратуре и др.
Как показывает практика, возникновению пожаров в машинных залах АЭС и ТЭС предшествуют аварии на турбогенераторах. При аварийных режимах работы технологического оборудования машинных залов могут возникнуть загорания и пожары, среди которых можно выделить пожары, связанные с фонтанирующим горящим маслом, факельным горением водорода и горением значительных объёмов масла, разлитого по площадям на разных отметках [3].
В машинных залах количество вышедшего наружу масла из систем управления и смазки турбины может достигать нескольких тонн, а от момента разрыва маслопровода до аварийного отключения системы наружу, как правило, выходит значительное
количество масла, которое начинает стекать на нижележащие этажи.
В связи с этим, пожар может одновременно возникнуть как на отметке обслуживания турбины, так и на промежуточных отметках. Воздействие открытого огня и высокой температуры оказывает пагубное влияние не только на элементы электрооборудования, но и на строительные конструкции, в том числе и на металлические фермы покрытия, изменяя при этом их прочностные свойства.
Металлические фермы обладают существенным недостатком: при пожаре эти конструкции интенсивно нагреваются, вследствие чего уже в начальной стадии пожара под дей-
ствием весовых нагрузок происходит их обрушение на значительных площадях [4].
Примером может служить пожар в ночь на 31 декабря 1978 года на Белоярской АЭС, который возник в машинном зале. Через несколько минут после начала пожара произошло обрушение покрытия над машинным залом площадью почти 1 тыс. м2.
Другим примером является пожар, произошедший 4 января 2015 года на Сургутской ГРЭС-2, где из-за нарушения регламентных работ при ремонте четвёртого энергоблока загорелся питательный турбонасос, что, в свою очередь, привело к обрушению кровли на площади более 600 м2 (рис. 1).
Рисунок 1. Обрушение кровли в результате пожара на ГРЭС-2
Теоретические и экспериментальные исследования поведения металлических конструкций при пожаре, рассмотренные в работе [3], показывают, что при прогреве фермы свыше 500 °С, (при этом нормативный уровень статических нагрузок остаётся неизменным) происходит её деформация, ферма теряет свою прочность, что, в свою очередь, ведет к обрушению. Поэтому факт достижения любым элементом фермы температуры 500 °С принимается за её предельное состояние по прогреву. Предельное состояние фермы по прогреву (и, как следствие, деформация и обрушение) при площадях очага горения 80, 50 и 35 м2 наступает соответственно через 5, 9 и 16 мин. от начала горения.
В практике существует ряд способов защиты металлических конструкций от воздействия высоких температур и открытого горения пламени.
Одним из способов защиты металлических конструкций является нанесение на поверхности защитных покрытий. Но ввиду того,
что огнезащите подвергаются значительные площади, возрастает весовая нагрузка на фермы и колонны. Это явление оказывает влияние на поведение конструкций при пожаре. Тем более нанесение огнезащитного покрытия на поверхность фермы в условиях действующего объекта трудноосуществимо.
Наиболее эффективным в данных условиях способом является охлаждение металлических конструкций водой.
Охлаждение может осуществляться за счёт использования дренчерных или спринклерных установок. Однако в рассматриваемых помещениях такой метод имеет некоторые недостатки, такие как дополнительная большая нагрузка на фермы, трудности с проверкой работоспособности системы, возможность деформации самого трубопровода при взрыве или воздействии на него высокой температуры, а также образование пара внутри системы.
Следовательно, необходимо осуществлять защиту металлических конструкций, подавая воду для её охлаждения через ручные
и переносные лафетные стволы, при этом обеспечив безопасность личного состава, участвующего в тушении пожара, от вероятного обрушения.
Но, как показывает практика ликвидации пожара в машинных залах, выполнить данное условие практически невозможно, так как создается высокая температура и обрушение может произойти в любой момент. Как правило, обрушению подвергнуты значительные площади покрытий, в связи с чем обеспечить безопасность личного состава от угрозы обрушения, от воздействия опасных факторов пожара является довольно проблематичным. Согласно тактике тушения пожаров, эффективность тушения достигается подачей огнетушащих веществ в очаг пожара, следовательно, пожарные и спасатели постоянно находятся у очага и подвержены опасности. Поэтому актуальным решением будет являться применение мобильных робототехнических комплексов.
Применение робототехнических комплексов позволяет осуществить эффективное тушение пожара, проведение аварийно-спасательных работ и защиту объектов в местах, где жизни человека угрожает опасность.
Охлаждение фермы с помощью пожарного робота позволяет значительно снизить её температуру и обеспечить устойчивость конструкции в течение времени пока пожар не будет ликвидирован.
На сегодняшний день в МЧС России применяется ряд робототехнических комплексов разных модификаций и типов, выполненных как на колесном, так и на гусеничном шасси.
Примеры робототехнических комплексов, применяемых в подразделениях МЧС России, представлены на рисунках 2-4 [5, 6].
Мобильная установка пожаротушения роботизированная (МУПР) предназначена для проведения разведки и тушения пожара в зонах чрезвычайных ситуаций в населённых пунктах, на промышленных объектах и на объектах энергетического комплекса.
Мобильная установка пожаротушения роботизированная выполнена на колесном шасси (колесная формула 4x4), приводимом в движение двумя электродвигателями, запи-танными от АКБ, размещённой внутри установки. Робот способен развивать скорость движения до 3 км/ч. Установка оснащена лафетным стволом, способным формировать как компактную, так и распыленную струи
Рисунок 2. МУПР - Мобильная установка пожаротушения роботизированная
воды. Расход лафетного ствола регулируемый, максимальная подача (компактная струя) составляет 20 л/с, при этом дальность подачи будет равна 45 метрам.
Также на роботе установлен датчик обнаружения пламени, который позволяет обнаружить очаг пожара на расстоянии до 50 м.
Для управления установка оснащена видеокамерой, расположенной на лицевой стороне ствола. Рядом с видеокамерой находится фара головного освещения, необходимая для управления пожарным роботом, а также для освещения места работ.
Недостатком данного робота является его ограниченная манёвренность в условиях завалов и при движении по лестничным маршам. Также установка не оснащена собственным резервуаром для огнетушащих веществ, поэтому для её работы необходима подача огнетушащих веществ от пожарной автоцистерны.
Мобильный робототехнический комплекс разведки и пожаротушения (МРК-РП) предназначен для проведения разведки и тушения локальных пожаров на объектах гражданского, промышленного, энергетического комплексов и др. По своим характеристикам робот способен подавать в очаг пожара огне-тушащие вещества (водный раствор) от водо-пенного модуля пожаротушения, огнетушащий порошок от порошкового модуля пожаротушения, тонкораспылённую воду от автомобиля быстрого реагирования АБР-Робот через 50-метровую катушку по рукаву высокого
Рисунок 3. МРК-РП - Мобильный робототехнический комплекс разведки и пожаротушения
давления. Робот способен вести разведку как в дневное, так и в ночное время суток, а также в условиях сильного задымления. Движение робота осуществляется моторами-звёздочками, приводящими в движение гусеницы. Для повышения проходимости и манёвренности предусмотрено изменение геометрии гусеничных обводов.
Робот оснащён манипулятором для по-грузочно-разгрузочных работ, телевизионной системой с пятью камерами, системой освещения и каналом акустической связи.
Недостатком комплекса является малая манёвренность, особенно если он оснащён во-допенным или порошковым модулем. Он также не вывозит с собой огнетушащие вещества, а может их подавать только работая вместе с автомобилем АБР-Робот, что усложняет задачу при работе робота на большой удалённости.
Дистанционно-управляемая установка пожаротушения ЛУФ-60 предназначена для тушения пожаров в автодорожных и железнодорожных туннелях, на метрополитене и на производственных объектах, включая объекты энергетики.
По своим техническим характеристикам установка способна не только подавать воду и пену средней кратности в очаг пожара на расстояние 30 метров, но и снижать температуру и осаждать продукты сгорания мелкораспылённой водой на расстояние до 60 метров.
Также робот способен осуществлять процесс дымоудаления продуктов сгорания
Рисунок 4. Дистанционно-управляемая установка пожаротушения ЛУФ-60
при помощи конусообразной вентиляторной трубы с сопловыми аппаратами производительностью 90 тыс. м3/час.
Установка выполнена на гусеничном шасси, что обеспечивает эффективное передвижение в условиях завалов и позволяет преодолевать преграды уклоном до 30° при общей скорости движения до 6 км/ч.
Недостаток - относительно большие размеры, что может создать трудности при движении робота через проёмы и помещения. Также для его работы необходима подача огне-тушащих веществ от стороннего источника.
Пожарные роботы оборудуются инфракрасными датчиками и тепловизорами, а также системами автоматического обнаружения пламени и способны осуществить тушение пожара в условиях ограниченной видимости.
Из приведённых образцов наиболее подходящей для тушения пожаров на объектах энергетики является мобильная установка пожаротушения роботизированная МУПР - за счёт своих габаритных размеров и функционала.
Использование пожарных роботов обеспечивает подачу огнетушащих веществ в очаг пожара даже при опасности обрушения конструкций или угрозы взрыва.
Их применение позволяет эффективно ликвидировать пожар, обезопасив личный состав от опасных факторов пожара, обрушения строительных конструкций и от угрозы взрыва [7].
Из практики применения робототехни-ческих средств следует, что каждый пожарный
робот обладает своими особенностями, и в том числе недостатками. При создании новой модели пожарных роботов производители стремятся сделать его универсальным применительно к большему числу объектов. Но функционал некоторых объектов подразу-
мевает создание специальных моделей, для использования их в тех или иных условиях. Касаемо объектов энергетического комплекса открытым и актуальным остаётся вопрос создания новых прототипов пожарных робото-технических средств.
ЛИТЕРАТУРА
1. Пожары и пожарная безопасность в 2014 году: Статистический сборник / Под общ. ред. А. В. Матюшина. - М., 2015.
2. Горбань Ю. И., Синельникова Е. А. Системы пожаротушения для защиты машинных залов ТЭЦ, АЭС и ГЭС: проблемы решения // Алгоритм безопасности. - 2011. - № 3. - С. 32-36.
3. Томаков М. В., Томаков В. И., Петрухин С. Л. Защита с помощью пожарных роботов металлических ферм машинных залов от воздействия высоких температур // Известия Юго-Западного государственного университета. Серия: Техника и технологии. - 2012. - № 2 (ч. 2). - С. 170-176.
4. Официальный сайт ВНИИПО. Научно-исследовательский центр робототехники. [Электронный ресурс] // ВНИИПО [сайт]. Режим доступа: http://www.vniipo.ru/departments/nicntr.htm (дата обращения 03.02.2016 г.)
5. Мобильная установка пожаротушения роботизированная МУПР-С-СП-Э-ИК-ТВ-УП-20(15,10) мод.001. Руководство по эксплуатации. ИТС-9.00РЭ. - М.: ИТС, 2014. - 24 с.
6. Алешков М. В., Безбородько М. Д. Формирование парка специальных машин для проведения операций повышенной сложности на критически важных объектах энергетики // Технологии техносферной безопасности: Интернет-журнал. - 2012. - № 3. Режим доступа: http://ipb.mos.ru/ttb/ 2012-3/2012-3.Мт1
7. Власов К. С., Цариченко С. Г. Математическая модель организации управления роботизированными пожарными подразделениями при тушении крупных пожаров // Технологии техносферной безопасности: Интернет-журнал. - 2015. - № 2. Режим доступа: http://ipb.mos.ru/ttb/2015-2/2015-2.htm1
Aleshkov M., Rozhkov A., Dvoenko O., Olkhovsky I., Gusev I.
THE USE OF ROBOTIC SYSTEMS TO ENSURE FIRE SUPPRESSING EFFICIENCY AT POWER PLANTS
ABSTRACT
Purpose. Fires and accidents at power plants cause enormous material loss and endanger people engaged in extinguishing fires. It is well known that if a fire or an accident is not eliminated in time it can lead to disastrous consequences.
Methods. On the basis of the analysis of fire extinction at power plants we have identified fire dangerous spaces and installations which should be put out within the minimum period of time and substantiated the application of robotic firefighting systems at power plants.
Findings. The paper presents the solution how to improve operational efficiency of fire units and their safety at extinguishing fires at power plants. The analysis of robotic systems suitable for this purpose has been carried out.
Research application field. The use of robotic systems makes it possible to extinguish fires at power plants efficiently and ensures personnel safety. It is advisable to include the results of our work in research and development activities of research organizations of EMERCOM of Russia.
Conclusions. The use of firefighting robots provides efficient fire suppression, personnel safety from fire hazards, building construction collapse and explosion threats.
Key words: power-plant engineering, fire, collapse, robotic systems, extinguishment efficiency, construction cooling.
REFERENCES
1. Fires and fire safety in 2014: Statistical collection. Ed. by A.V. Matyushin. Moscow, VNIIPO, 2015.
2. Gorban' Yu.I., Sinel'nikova E.A. Fire suppression systems to protect computer rooms of TPP, NPP and HPP: problems solutions. Algoritm bezopasnosti. 2011, no. 3, pp. 32-36. (in Russ.).
3. Tomakov M.V., Tomakov V.I., Petrukhin S.L. Protection by means of fire robots metal farm machinery from the effects of high temperatures. Izvestiia Yugo-Zapadnogo gosudarstvennogo universiteta. Tekhnika i tekhnologii. 2012, no. 2, part 2, pp. 170-176. (in Russ.).
4. Nauchno-issledovatel'skii tsentr robototekhniki. available at: http://www.vniipo.ru/departments/nicntr.htm (accessed February 06, 2016).
5. Mobile installation of fire extinguishing robotic MUPR-S-SP-E-IK-TV-UP-20(15,10) mod.001 Manual. ITS-9.00RE. Moscow, ITS Publ., 2014. 24 p.
6. Aleshkov M.V., Bezborod'ko M.D. Formation of park of special machines for operations of increased complexity on the critical power engineering objects. Tekhnologii tekhnosfernoi bezopasnosti: internet-zhurnal, 2012, no. 3, available at: http://ipb.mos.ru/ttb/ 2012-3/2012-3.html (accessed February 06, 2016). (in Russ.).
7. Vlasov K.S., Tsarichenko S.G. Mathematical model of management robotic fire departments during extinguishing large fires. Tekhnologii tekhnosfernoi bezopasnosti: internet-zhurnal, 2015, no. 2, available at: http://ipb.mos.ru/ttb/2015-2/2015-2.html (accessed February 06, 2016). (in Russ.).
MiKHAiL Aleshkov ALEKSEi Rozhkov Oleg Dvoenko ivAN Olkhovsky ivAN Gusev
Doctor of Technical Sciences, Professor
State Fire Academy of EMERCOM of Russia, Moscow, Russia
Candidate of Technical Sciences, Associate Professor State Fire Academy of EMERCOM of Russia, Moscow, Russia
Candidate of Technical Sciences
State Fire Academy of EMERCOM of Russia, Moscow, Russia Candidate of Technical Sciences
State Fire Academy of EMERCOM of Russia, Moscow, Russia
State Fire Academy of EMERCOM of Russia, Moscow, Russia
