Введение к работе
Актуальность темы диссертации. Вся технологическая цепочка переработки и использования углеводородного сырья - транспортирование, хранение, переработка, включая нефтехимию, а также использование в качестве топлива - суть процессы, имеющие повышенную пожарную опасность. Одним из наиболее эффективных путей обеспечения пожарной безопасности на объектах нефтегазовой отрасли (НГО) промышленности является использование современных технологий пенного пожаротушения. Их применение требует обоснованного выбора технических решений пожаротушения, поддержания высокой степени готовности систем, а также рационального их применения при ликвидации пожара. Для современного состояния разработки систем пенного пожаротушения (СППТ) характерны: насыщение рынка продукции пожарно-технического назначения изделиями иностранного производства, а также организация различных по уровню оснащения и качеству продукции российских производств. Недостаточное информационно-методическое обеспечение и организационно-штатные изменения служб, обеспечивающих пожарную безопасность, отрицательно сказываются на ее уровне. Также негативными факторами являются недостаток у сотрудников эксплуатирующих и проектных организаций необходимых профессиональных знаний по применению современных средств пожаротушения, в особенности импортных; отсутствие преемственности между поколениями специалистов и неудовлетворительное информационное обеспечение деятельности соответствующих служб. Дополнительно к этому ряд крупных компаний, в первую очередь АК «ТРАНСНЕФТЬ», АК «ТРАНСНЕФТЕПРОДУКТ», «ЛукОйл» и другие, а также некоторые региональные нефтегазовые компании или их дочерние предприятия приступили к производству огнетушащих веществ и пожарно-технического вооружения на своих предприятиях без соответствующей научно-технической проработки вопросов технологии их производства и применения. Указанное обстоятельство можно рассматривать как усугубляющий фактор складывающейся негативной ситуации, не способствующий эффективному применению средств пенного пожаротушения.
Вместе с тем, современная законодательная и реализующая ее нормативная базы требуют формирования систем комплексной безопасности объектов НГО. Следовательно, инженерно-технические решения для обеспечения пожарной безопасности, включая системы и установки тушения пожара, должны быть заложены на стадии проектирования объекта и реализованы на стадии строительно-монтажных работ до пуска объекта в эксплуатацию. При этом система обеспечения пожарной безопасности в условиях, когда время на принятие решений при возникновении чрезвычайной ситуации на объектах НГО, например, резервуарный парк, не превышает пяти минут, должна разрабатываться как автоматизированная система обеспечения пожарной безопасности (АСОПБ). АСОПБ должна обладать возможностью автоматизированной поддержки принятия решения по организации процесса пожаротушения в режиме реального времени на основе специализированной информационно аналитической системы (ИАС). Качественный уровень раз-
работки ИАС АСОПБ возможно обеспечить лишь с учетом детального анализа реального состояния проблемы тушения пожаров углеводородных жидкостей, условий применения пен для тушения пожаров, теоретических основ расчета характеристик процесса тушения, результатов экспериментально-аналитического исследования процессов, определяющих огнетушащую эффективность пен, результатов исследования прикладных аспектов пенного пожаротушения и способов его оптимизации.
Анализ ряда работ, посвященных данному направлению, показал, что в на-, стоящее время единый подход к обеспечению пожарной безопасности объектов НГО на основе создания комплексной системы пенного пожаротушения отсутствует. Причиной этого является недостаточная проработка отмеченных выше аспектов и отсутствие комплексного подхода к проблеме обеспечения пожарной безопасности на основе современных технологий и средств пенного пожаротушения в целом.
Актуальность темы диссертации обусловлена необходимостью разработки научно-обоснованного подхода к созданию аналитической и методической основы построения предметной базы знаний информационно-аналитической системы (ИАС) для автоматизированной поддержки деятельности по обеспечению противопожарной безопасности средствами пенного пожаротушения.
Проблемная ситуация определяется противоречием между практической необходимостью создания ИАС поддержки деятельности разработчиков систем пенного пожаротушения, проектировщиков СППТ объектов НГО и инженерно-технического состава (ИТС), обеспечивающего их пожарную безопасность, с одной стороны, и недостаточностью проработки вопросов моделирования и научно-методического сопровождения деятельности по обоснованию технических решений при проектировании СППТ, а также практической деятельности по обеспечению пожарной безопасности и контролю состояния СППТ объектов НГО - с другой.
Объект исследования - ИАС поддержки деятельности разработчиков систем пенного пожаротушения, проектировщиков СППТ объектов НГО промышленности и ИТС, обеспечивающего их пожарную безопасность.
Предмет исследования - методы моделирования развития пожаров жидких углеводородов, способы объемного и поверхностного тушения их воздушно-механической пеной, методики выбора и расчета рациональных параметров пено-генерирующей аппаратуры и нормативного обеспечения использования пены в процессе тушения.
Цель исследования состоит в разработке научно-методических основ построения ИАС поддержки деятельности разработчиков систем пенного пожаротушения, проектировщиков СППТ объектов НГО и ИТС, обеспечивающего их пожарную безопасность. Цель исследования достигается посредством разработки моделей, методик и процедур, основанных на знаниях физико-химических процессов развития пожаров и их тушения с помощью воздушно-механической пены, применительно к условиям предприятий нефтегазового комплекса
Научная задача состоит в разработке научно-методического обеспечения информационно-аналитической системы для автоматизированной поддержки деятельности по обеспечению противопожарной безопасности средствами пенного пожаротушения.
Задачи исследования. Для достижения сформулированной цели исследования в диссертации решены следующие задачи:
Анализ современного состояния проблемы тушения пожаров углеводородных жидкостей.
Исследование условий применения пен для тушения пожаров, а также прикладных аспектов и особенностей пенного пожаротушения на объектах НГО.
3. Аналитическое исследование процессов, определяющих огнетушащую
эффективность пен при тушении пожаров углеводородных жидкостей с использо
ванием экспериментальных данных.
Разработка модели технологии пенного пожаротушения углеводородной жидкости для расчета характеристик процесса пенного пожаротушения на объектах НГО.
Разработка методики рационального выбора средств пенного пожаротушения на объектах НГО.
Обоснование структуры ИАС поддержки деятельности разработчиков систем пенного пожаротушения, проектировщиков СППТ объектов НГО и ИТС, обеспечивающего irx пожарную безопасность.
Методологические основы и методы исследования. Для решения поставленных задач исследования в диссертации использовались методы физико-химического и математического моделирования процессов тушения пожаров жидких углеводородов, а также методы экспертной оценки.
Основные новые научные результаты, представляемые к защите.
Модель технологии пенного пожаротушения углеводородной жидкости на основе аналитического описания физико-химических процессов межфазного взаимодействия и тепломассообмена применительно к условиям протекания в газовой фазе экзотермической цепной реакции окисления.
Методика обоснования рационального выбора способов и средств пенного пожаротушения на объектах НГО.
Структура ИАС для автоматизированной поддержки деятельности разработчиков систем пенного пожаротушения, проектировщиков СППТ объектов НГО и инженерно-технического состава, обеспечивающего их пожарную безопасность.
Научная новизна и теоретическая значимость работы состоит в следующем:
I) модель технологии пенного пожаротушения углеводородной жидкости разработана на основе аналитического описания физико-химических процессов межфазного взаимодействия и тепломассообмена применительно к условиям протекания в газовой фазе экзотермической цепной реакции окисления, что позволило
в отличие от известных моделей количественно оценить эффективность применения пены с учетом характеристик возможного пожара;
разработанная методика выбора способов и средств пенного пожаротушения на объектах НГО базируется на аналитическом базисе обоснования технологии пожаротушения, позволяющем производить количественную оценку параметров применения пены с учетом характеристик возможного пожара. Данная методика составляет методическую и алгоритмическую базу ИАС для автоматизированной поддержки деятельности разработчиков систем пенного пожаротушения, проектировщиков СППТ объектов НГО и ИТС, обеспечивающего их пожарную безопасность;
предложенная структура ИАС позволяет реализовать разработанные методические основы обоснования и выбора технологии пожаротушения на объектах НГО, процедуры выбора огнетушащих веществ и аппаратуры пенного пожаротушения. При этом исходные требования и принципы построения информационного обеспечения служб пожаротушения и инженерно-технических специалистов предметно ориентированы на условия функционирования предприятий добычи, транспорта, переработки и использования жидких углеводородов.
Практическая значимость диссертационной работы обусловлена тем, что разработанные в ходе проведения исследований теоретические положения доведены до конкретных практических рекомендаций и автоматизируемых процедур. Данные рекомендации и процедуры направлены на обеспечение деятельности разработчиков систем пенного пожаротушения, проектировщиков СППТ объектов НГО и ИТС, обеспечивающего их пожарную безопасность. Результаты работы использованы в качестве методических материалов для организации подготовки ИТС, разработчиков систем пожаротушения, проектировщиков систем тушения пожаров, инспекторов и сотрудников аварийно-оперативных служб промышленной и пожарной безопасности, а также при обосновании рационального оснащения конкретных объектов НГО средствами и системами пожаротушения и организации служб и подразделений пожарной безопасности.
Достоверность результатов, выводов и рекомендаций обусловлена обоснованностью исходных данных и принятых ограничений; корректной постановкой научной задачи исследования и выбором апробированных методов ее решения. При решении научной задачи были использованы методологические принципы, разработанные в трудах известных ученых в области процессов горения, развития и тушения пожаров, разработки пенообразователей и пеногенерирующей аппаратуры.
Апробация результатов. Результаты работы докладывались, обсуждались и получили одобрение на Международной научно-практической конференции (НПК) «Проблемы горения и тушения пожаров на рубеже веков» (г. Москва, 1999 г.); Международной НПК «Проектирование, строительство и ремонт резервуаров для нефти и нефтепродуктов» (г. Алматы, 2001 г.); Международной НПК «Проблемы и перспективы развития нефтепроводного транспорта Республики Казахстан» (г. Алматы, 2004 г.); VI Всероссийской НПК «Проблемы информатизации социаль-
ных систем: региональный аспект» (г. Чебоксары, 2008 г.); Международной НПК «Актуальные проблемы пожарной безопасности» (г. Москва, 2008 г.).
Внедрение результатов исследований. Результаты диссертационного исследования внедрены: і)при разработке ОАО «Проекшонтажавтоматика» Технических Условий и проектных решений по обеспечению противопожарной защиты для ЗАО «Метровагонмаш» (г. Мытищи), ОАО «Салаватнефтеоргсинтез» (г. Салават, республика Башкортостан), 2) в ряде проектов, разработанных Перм-НИПИнефть (г. Пермь) при. обосновании рационального объема и номенклатуры пенных средств пожаротушениядля обеспечения противопожарной защиты резер-вуарных парков нефти, 3) при разработке нормативных документов Институтом Транспорта Нефти (г. Киев, Украина), 4) при разработке «Рекомендации по проектированию автоматических систем подслойного пожаротушения нефти и нефтепродуктов в железобетонных и стальных вертикальных резервуарах со стационарной и плавающей крышей» на «Казгипронефтетранс» инжиниринг (Республика Казахстан), 5) при разработке Технических Условий, конструкции параметров ряда серийно выпускаемых изделий на ООО «Камышинский машзавод» (г. Камышин).
Публикации по теме работы. По теме диссертации опубликовано 19 работ, из них 14 публикаций в изданиях, входящих в перечень ВАК («Пожарная безопасность» [1,2,5,7], «Пожаровзрывобезопасность» [3], «Нефтяное Хозяйство» [4,6, 8, 9, 10, 11, 12,13], «Информатика и образование» [14]).
