Применение тонкораспыленной воды высокого давления для целей автоматического пожаротушения на объектах метрополитенов Текст научной статьи по специальности «Энергетика и рациональное природопользование»

безопасность строительных систем. экологические проблемы в строительстве.

геоэкология

УДК 614.84:625.42 DOI: 10.22227/1997-0935.2017.6.669-673

применение тонкораспыленной воды высокого

давления для целей автоматического пожаротушения на объектах метрополитенов

В.П. Прохоров, Е.С. Вагнер

Научно-исследовательский аналитический центр (НИАЦ), 125047, г. Москва, 1-я Брестская ул., д. 27

АННОТАцИЯ. Статья посвящена проблеме обеспечения пожарной безопасности на таком важном для мегаполисов транспортном объекте, как метрополитен. Рассмотрены пожароопасные технологические процессы и рассказано о применении тонкораспыленной воды (ТРВ) высокого давления (ВД) при тушении пожаров на объектах метрополитена как наиболее эффективном способе борьбы с огнем. Описаны преимущества использования ТРВ ВД для целей автоматического пожаротушения с точки зрения безопасности и экономической эффективности.

КЛЮчЕВЫЕ СЛОВА: метрополитен, пассажиры, пожаротушение, пожарная безопасность, огнетушащие вещества, тонкораспыленная вода высокого давления, кабельные сооружения, эскалаторные комплексы

ДЛЯ цИТИРОВАНИЯ: Прохоров В.П., Вагнер Е.С. Применение тонкораспыленной воды высокого давления для целей автоматического пожаротушения на объектах метрополитенов // Вестник МГСУ. Т. 12. Вып. 6 (105). С. 669-673. DOI: 10.22227/1997-0935.2017.6.669-673

HIGH-PRESSURE WATER SPRAY APPLICATION FOR AUTOMATIC FIRE EXTINCTION IN THE UNDERGROUND

V.P. Prokhorov, E.S. Vagner

Research Analytical Center (NIAC), 29 1st Brest str, Moscow, 125047, Russian Federation

ABSTRACT. The paper is devoted to ensuring the fire safety of an important object for the majority of megacities as the underground. The author examines in detail the fire-hazardous production processes and talks about the use of high-pressure water spray (WS) for extinguishing fires at underground facilities as the most effective firefighting measures. The paper describes the advantages of using of high-pressure water spray for automatic fire extinguishing in terms of safety and cost-effectiveness.

KEY WORDS: underground, passengers, fire extinction, fire security, fire extinguishing agents, high-pressure water spray, cable structures, and escalator complexes

FOR CITATION: Prokhorov V.P., Vagner E.S. Primenenie tonkoraspylennoy vody vysokogo davleniya dlya tseley avtomaticheskogo pozharotusheniya na ob"ektakh metropolitenov [High-pressure Water Spray Application for Automatic Fire Extinction in the Underground]. Vestnik MGSU [Proceedings of Moscow State University of Civil Engineering]. 2017, vol. 12, issue 6 (105), pp. 669-673. DOI: 10.22227/1997-0935.2017.6.669-673

Общеизвестно, что метрополитен является одной из главных составляющих транспортной инфраструктуры столицы. Ежесуточно Московский метрополитен перевозит около 9 млн пассажиров. В условиях возрастающей плотности движения на улицах города метрополитен становится единственным видом скоростного городского транспорта. это делает метрополитен особенно привлекательным для горожан, что, в свою очередь, ведет к увеличению количества перевозимых пассажиров и росту ответственности метрополитена за обеспечение безопасной их перевозки. Следует уточнить,

что в понятие «безопасная перевозка пассажиров» огромным сегментом входит понятие «пожарная безопасность перевозки». В свою очередь, пожарная безопасность перевозки пассажиров означает обеспечение пожарной безопасности средств перевозки (электроподвижного состава и эскалаторов), а также обеспечение пожарной безопасности стационарных объектов метрополитена. Для стационарных объектов принципы пожарной безопасности формулируются на этапе их проектирования, реализуются при строительстве и должны поддерживаться в процессе эксплуатации.

00

Ф

0 т

1

S

*

о

У

Т

о 2

К)

В

г

3 У

о *

№

О

(Л

© Прохоров В.П., Вагнер Е.С., 2017

669

В ряду стационарных объектов метрополитена особое место занимают станционные комплексы. Для них характерными чертами являются: большое количество пассажиров (в часы пиковых перевозок), ограниченные объемы пассажирской зоны и служебно-технических помещений, реализация различных технологических процессов на стационарном оборудовании, близкое соседство служеб-но-технических помещений с пожароопасными технологическими процессами и пассажирскими зонами, прием и отправление электропоездов, отстой в ночное время электропоездов в тупиках и станционных путях, примыкающих к станциям, перемещение людей на эскалаторных наклонах, низкая защищенность средств перевозки пассажиров от незаконного вмешательства и т.д.

В ряду пожароопасных технологических процессов, реализуемых на станции, стоят: работа эскалаторных комплексов, функционирование кабельных линий в кабельных каналах различного типа, процесс трансформации и распределения электрического тока на подстанциях. Возникновение и развитие пожаров на указанных участках, как правило, скоротечно и сопровождается сильным дымообра-зованием. Обильное дымообразование при горении кабельных линий представляет основную угрозу для людей, так как дым как совокупность газо- и парообразных продуктов горения является токсичной или высокотоксичной средой.

В дальнейшем распространение дыма в пассажирской зоне станции происходит с быстрым заполнением объемов помещений, создает реальную угрозу пассажирам и требует оперативной ликвидации пожара в автоматическом режиме тушения. Аналогичную угрозу несет пожар электропоезда на станции.

При разработке идеологии автоматического пожаротушения для различных пожароопасных технологических процессов на станции из числа О перечисленных выше разработчик обязан знать все факторы в механизме пожаротушения для огнету-® шащих веществ (ОТВ) любого вида: вода, пена, газ, ^ огнетушащий порошок).

^ Также необходимо понимание достоинств и 2 недостатков анализируемых видов ОТВ. Кроме Ю этого, разработчику важно учитывать обязательное N требование для объектов метрополитена: обеспечение безопасности незащищенных пассажиров в ¡1 случае применения ОТВ в подземных сооружениях Н рядом с пассажирской зоной или непосредственно в ^ салонах вагонов с пассажирами.

К кабельным сооружениям станций следует 2 отнести обходные кабельные тоннели станций, под-¥ платформенные вентиляционно-кабельные каналы, кабельные шахты и кабельные этажи тягово-пони-зительных подстанций. Кабельные сооружения на Ф станциях обеспечивают функционирование кабель®® ных линий метрополитена различного назначения.

Кабельные сооружения на станциях имеют следующие особенности:

• в кабельных потоках представлены кабели всего диапазона функционального назначения;

• диапазон напряжений электрического тока составляет от слаботочных величин до 20 кВ;

• пожарная нагрузка от кабельных линий составляет более 180 МДж/м2;

• невозможно снять напряжение с кабельных линий (по технологическим причинам) сразу после возникновения пожара;

• необходимо тушить пожар в кабельном сооружении без снятия напряжения с кабельных линий;

• они близко соседствуют с пассажирской зоной;

• возможно попадание продуктов горения, ОТВ и продуктов термического разложения ОТВ в пассажирскую зону;

• есть вероятность отравления пассажиров.

Причиной возникновения пожара на кабельной линии служит, как правило, пробой соединительной муфты. Реже возникает пробой по телу кабеля. Пробою сопутствует возникновение горения. Дальнейшее развитие горения носит линейный характер. Горение распространяется по горючей оболочке кабеля, т.е. развивается горение по площади. В условиях подпитки, т.е. при неснятом напряжении, горение будет развиваться, в т.ч. и по изоляции НГ (не поддерживающей горение). При этом в кабельной линии из нескольких кабелей горение распространяется на выше- и нижерасположенные кабели и требует неотложного автоматического тушения.

В соответствии с требованиями п. 5.16.4.1 табл. 5.34 стандарта1 кабельные сооружения должны оснащаться автоматическими установками пожаротушения (АУП) в случае превышения пожарной нагрузки более 180 МДж/м2.

Право выбора типа АУП, как и вида ОТВ, по действующим нормам2 предоставлено организации-проектировщику. Для использования на метрополитене актуальным является выбор такого типа АУП, который обеспечивает безопасность для пассажиров и эффективность пожаротушения.

Требования к ОТВ и автоматическим установкам пожаротушения, применяемым на кабельных сооружениях станций, следующие:

• безопасность для людей в случаях автоматических запусков при тушении пожаров или нештатных срабатываниях;

• эффективность тушения по площади, исключающая повторное воспламенение;

• возможность применения в защищаемых объемах при нахождении в них людей;

1 СП 120.13330.2012. Метрополитены.

2 СП 5.13130.2009. Системы противопожарной защиты. Установки пожарной сигнализации и пожаротушения автоматические. Нормы и правила проектирования.

Применение тонкораспыленной воды высокого давления для целей автоматического пожаротушения на объектах метрополитенов

С.669-673

• электробезопасность при подаче в защищаемый объем и неснятом напряжении на кабельных линиях;

• дымоосаждение;

• малый совокупный расход и отсутствие необходимости интенсивного водоотведения.

Продолжительные исследования в области тушения кабельных сооружений, выполненные во ВНИИПО МЧС России, нашли отражение в рекомендациях по выбору типа установок пожаротушения [1]. Испытаниями было установлено, что тонкораспыленная вода (ТРВ) наиболее эффективна при тушении кабельных сооружений.

тРВ, помимо огнетушащих свойств, располагает ярко выраженным свойством дымоосаждения, поэтому ее применение на станциях актуально и обеспечивает значительное снижение рисков отравления пассажиров продуктами горения.

Особо следует отметить параметры давления перед насадками (оросителями) при которых получают тонкораспыленную среду с размерами капли 100.. .150 мкм и менее. Рабочее давление перед оросителем создается насосами высокого давления и находится в диапазоне 5.15 МПа. Не следует путать распыленную и ТРВ. Распыленная вода не обеспечивает электробезопасность, так как имеет размер капель более 150 мкм. Кроме того, расход воды через насадки для распыленной воды на порядок выше, чем у ТРВ, и совокупный расход оросителей в дренчерной секции требует интенсивного водоот-ведения. Для удобства отличия в случаях применения ТРВ следует обязательно добавлять словосочетание «высокого давления» (ВД).

На рынке АУП ТРВ ВД достаточно широко представлены зарубежные и отечественные производители оборудования. При общих принципиальных технологических решениях у различных фирм при выборе оборудования для метрополитена следует рассматривать только прошедшее испытания на электробезопасность и обязательно требовать акты и протоколы, подтверждающие электробезопасность и возможность тушения кабельных сооружений без снятия напряжения в диапазоне от 20 кВ и ниже. Это требование должно быть распространено и на модульные закачные АУП ТРВ низкого давления (0,5.1,6 МПа).

Поскольку в действующей нормативной базе отсутствуют четкие указания на вид применяемого для тушения кабельного сооружения ОТВ, в практике проектирования часто встречаются неквалифицированные решения в части применения ОТВ и выбора типа АУП. Например, выбираются для защиты кабельных сооружений АУП ТРВ без документов, подтверждающих электробезопасность. этот выбор может привести к гибели персонала метрополитена при определенных обстоятельствах.

Как уже отмечалось, существует механизм тушения, в котором насчитываются пять факторов:

1) механическое сбивание пламени;

2) охлаждение поверхности или зоны горения;

3) изоляция поверхности горения от кислорода воздуха;

4) разбавление зоны горения;

5) химическое торможение реакции окисления в зоне горения (ингибирование).

При тушении кабельного пожара с помощью ТРВ ВД из обозначенных факторов механизма тушения основными являются охлаждение поверхности горения 2) и разбавление зоны горения 4). Однако, как показывает практика применения ТРВ ВД, сочетание этих факторов всегда дает положительный эффект. Следует подчеркнуть, что тушение сопровождается быстрым дымоосаждением в защищаемом объеме кабельного сооружения. это снижает риск воздействия токсичных продуктов горения на пассажиров и создает условия для работы пожарно-спасательных подразделений на станциях.

Другим объектом защиты на станциях являются эскалаторные наклоны (комплексы). Являясь средством перевозки пассажиров, эскалаторы в то же время являются и путями эвакуации. Особенно значима необходимость противопожарной защиты для эскалаторов станций глубокого заложения. В настоящее время существует тенденция изменения пожарной нагрузки эскалаторов в сторону увеличения. При этом ее величина может превышать 180 МДж/м2. В соответствии с требованиями табл. 5.343 в случае превышения пожарной нагрузки над нормативной величиной эскалаторы следует защищать автоматической установкой пожаротушения. Защите подлежит весь объем подба-люстрадного пространства, которое непосредственно находится под пассажирской зоной. Учитывая вероятность быстрого распространения горения по наклону снизу-вверх вплоть до машинного зала, необходимо защищать весь эскалатор и тушить весь подбалюстрадный объем одновременно. Исследования по динамике распространения горения на эскалаторных наклонах проводились Ленинградским филиалом ВНИИПО МВД СССР еще в 70-х годах. Было установлено, что наиболее эффективным средством тушения является распыленная вода. Однако распыленную воду как средство тушения отвергли метрополитены по причине большого расхода воды (более 30.50 л/с) и сопутствующих проблем водоотведения. Революционные технологии ТРВ ВД позволили решить указанные проблемы на новом уровне за счет кратного уменьшения суммарных расходов на дренчерную секцию. Немаловажным достоинством АУП ТРВ ВД для эскалаторных наклонов является возможность немедленного ее включения в автоматическом режиме без предварительного удаления пассажиров с лестничного полотна эскалаторов. Включение АУП ТРВ ВД при пожаре на эскалаторе позволит также

00

Ф

0 т

1

*

О У

Т

0

1

м

В

г

3

у

о *

№

О

(Л

СП 120.13330.2012. Метрополитены.

3

ю о

(О X

о >

с во

N

¡г о

н *

О

успешно решать и проблему защиты пассажиров от дыма: напомним, дымоосаждение освобождает пути эвакуации на эскалаторе и снижает угрозу отравления пассажиров.

Известно, что основная часть электропоездов Московского метрополитена в ночное время отстаивается на линиях: в тупиках и на станционных путях. Это свыше 3000 вагонов. Расстановка поездов в ночное время на станционных путях регулируется приказом по метрополитену, и место размещения зависит от даты: первый или второй путь. Таким образом, планируется не только размещение поездов, но обслуживание стационарного оборудования на участках отстоя станционных путей. Пожарная нагрузка тупиков и участков отстоя станционных путей в ночное время возрастает кратно. При этом при сохраняющейся опасности возникновения пожаров в электропоездах персонал метрополитена в местах отстоя отсутствует. Таким образом, возникает объективная необходимость в автоматическом пожаротушении электропоездов на участках ночного отстоя.

До недавнего времени в действующих нормах было сформулировано требование о защите тупиков системами водяного тушения на основе распыленной воды.

Одновременно действует требование об устройстве дренчерных водяных завес для отсечки тупиков отстоя от перегонных тоннелей. Все это в совокупности приводило к значительным расходам воды и требовало дополнительного ввода. При этом участки отстоя на станционных путях автоматическими установками пожаротушения не защищались вообще.

Применение ТРВ ВД для защиты тупиков и участков станционных путей позволяет кардинальным образом изменить способ тушения электроподвижного состава, находящегося в отстое. Следует подчеркнуть, что ТРВ ВД является средством объемно-поверхностного тушения в отличие от способа тушения распыленной водой, который является способом поверхностного тушения. При тушении вагонов распыленной водой и подачей ее на кузов вагона сверху может быть достигнут лишь эффект локализации пожара электропоезда, но не его тушения. Основная часть пожарной нагрузки вагона находится в его салоне. Пожар в салоне вагона следует тушить изнутри. Применение ТРВ ВД эту задачу решает. Необходимо лишь выполнить условия отстоя электропоездов: во время отстоя поездов их двери должны быть открыты.

Немаловажным достоинством АУП ТРВ ВД является возможность ее подключения к тоннельному водопроводу, что исключает необходимость создания резервных запасов ОТВ и значительно расширяет область применения ТРВ на станции в рамках единой системы АУП. Идеология единой АУП ТРВ ВД способна решить проблему противопожарной защиты целого ряда технологических процессов от единой насосной станции. К перечню таких объектов защиты следует отнести: тупики отстоя электропоездов и станционные пути, кабельные каналы всей станции, эскалаторные комплексы. При этом необходим предварительный расчет количества насосов в насосном модуле АУП ТРВ ВД. Насосным модулем ТРВ ВД называется совокупность рабочих насосов, определяемая по расчету. Расчет следует вести по максимальному расходу воды на тушение дренчер-ной секцией, защищающей максимальную площадь. К таким объектам с большой площадью защиты могут быть отнесены кабельные подвалы тягово-по-низительных подстанций, тупики или станционные пути для отстоя в ночное время.

Возможности насосного модуля ТРВ ВД по сути решают проблему защиты самых пожароопасных технологических процессов на станциях. Удельная стоимость защиты пожароопасных технологий на одной станции с помощью единой АУП ТРВ ВД безусловно будет существенно ниже совокупной стоимости нескольких АУП для этой же станции.

Таким образом, можно сделать следующие выводы:

1. Современные технологии пожаротушения в виде ТРВ ВД актуальны для защиты станций метрополитена.

2. Эффективность ТРВ ВД обеспечивает ликвидацию пожаров на участках с пожароопасными технологиями станций.

3. Применение ТРВ ВД в объемах станции существенно снижает уровень опасности задымления для пассажиров, обеспечивает дымоосаждение и создает условия для работы пожарных подразделений.

4. При выборе марки оборудования АУП ТРВ ВД электробезопасность должна в обязательном порядке подтверждаться актами и протоколами испытаний.

5. В интересах государственной программы импортозамещения при выборе оборудования ТРВ ВД следует отдавать предпочтение отечественному производителю.

I Н

О ф

ю

ЛИТЕРАТУРА

1. Средства пожарной автоматики. Область применения. Выбор типа : рекомендации. М. : ФГУ ВНИИПО МЧС России, 2004. 95 с.

2. Ильин В.В., Беляцкий В.П., Чуприян А.П. Проблема противопожарной защиты метрополитенов и ее

решение / под ред. В.В. Ильина. СПб. : Изд-во СПбГТУ, 2000. 320 с.

3. Технический регламент о требованиях пожарной безопасности: Федеральный закон № 123-ФЗ от 22.07.2008.

Применение тонкораспыленной воды высокого давления для целей автоматического пожаротушения на объектах метрополитенов

Поступила в редакцию в апреле 2017 г. Принята в доработанном виде в мае 2017 г. Одобрена для публикации в июне 2017 г.

Об авторах: Прохоров Владимир Павлович — кандидат технических наук, доцент, вице-президент и академик Всемирной академии наук комплексной безопасности (ВАН КБ), начальник Отдела разработки нормативно-технических документов и технических норм, Научно-исследовательский аналитический центр (НИАЦ), 125047, г. Москва, 1-я Брестская ул., д. 27, ProkhorovVP@str.mos.ru;

Вагнер Евгений Сергеевич — руководитель Департамента разработки и сопровождения нормативно-технических документов и технических норм, Научно-исследовательский аналитический центр (НИАЦ), 125047, г. Москва, 1-я Брестская ул., д. 29, VagnerES1@str.mos.ru.

REFERENCES

1. Sredstva pozharnoy avtomatiki. Oblast'primeneniya. Vybor tipa : rekomendatsii [Fire Automation Equipment. Application Area. Type Selection : Recommendations]. Moscow, FGU VNIIPO MChS Rossii Publ., 2004, 95 p. (In Russian)

2. Il'in V.V., Belyatskiy V.P., Chupriyan A.P. Problema protivopozharnoy zashchity metropolitenov i ee reshenie

[Problem of Subway Fire Protection and Its Solution]. Saint-Petersburg, SPbGTU Publ., 2000, 320 p. (In Russian)

3. Tekhnicheskiy reglament o trebovaniyakh pozharnoy bezopasnosti: Federal'nyy zakon № 123-FZ ot 22.07.2008 [Technical Regulations on Fire Safety Requirements: Federal Law No. 123-FZ of 22.07.2008]. (In Russian)

Received in April 2017.

Adopted in revised form in May 2017.

Approved for publication in June 2017.

About the authors: Prokhorov Vladimir Pavlovich — Candidate of Technical Sciences, Associate Professor, Vice-President and Academician of the World Academy of Complex Safety Sciences (VAN KB), Head of the Department for the Technical Standards and Regulations Development, Research Analytical Center (NIAC), 29 1st Brestskaya str., Moscow, 125047, Russian Federation, ProkhorovVP@str.mos.ru;

Vagner Evgeny Sergeevich — Head of the Department for Development and Support for the Technical Standards and Regulations Development, Research Analytical Center (NIAC), 29 1st Brestskaya str., Moscow, 125047, Russian Federation, VagnerES1@str.mos.ru.

m

ф

0 т

1

s

*

о

У

Т

0 s

1

К)

В

г

3

у

о *

№

о

(Л