Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА 1 Технические средства подачи огнетушащих веществ для тушенияпожаров на объектах энергетики 12
1.1 Особенности чрезвычайных ситуаций на объектах энергетики 13
1.2 Технические средства подачи больших объемов ОВ для тушения и предупреждения пожаров на объектах энергетики 22
1.3 Анализ работ в области оценки гидравлических характеристик пожарных напорных рукавов и арматуры 35
1.4 Задачи исследования и общая методика их решений 52
ГЛАВА 2 Определение гидравлических характеристик средств подачи больших объемов огнетушащих веществ для тушения пожаров на объектах энергетики ... 54
2.1 Исследование гидравлических сопротивлений пожарных рукавов 54
2.2 Измерительный комплекс для исследования гидравлических характеристик технических средств подачи больших объемов огнетушащих веществ 59
2.3 Определение гидравлических характеристик технических средств подачи больших объемов огнетушащих веществ 65
2.3.1 Гидравлические характеристики рукавов при прямолинейной прокладке 66
2.3.2 Гидравлические характеристики разветвлений и обратных клапанов 72
2.4 Математическая обработка полученных результатов эксперимента 77
ГЛАВА 3 Обоснование технологии применения рукавных систем с пропускной способностью более 100 л/с на объектах атомной энергетики 88
3.1 Системы обеспечения безопасности на Российских АЭС 88
3 3.2. Технология применения рукавных систем с пропускной способностью более 100 л/с на объектах атомной энергетики 93
3.2.1 Тушение пожаров и аварийное водообеспечение на АЭС 94
3.2.2 Удаление остатков огнетушащих веществ из рукавных линий после окончания работы и сборка рукавных линий 99
Заключение 110
Список литературы
- Технические средства подачи больших объемов ОВ для тушения и предупреждения пожаров на объектах энергетики
- Анализ работ в области оценки гидравлических характеристик пожарных напорных рукавов и арматуры
- Измерительный комплекс для исследования гидравлических характеристик технических средств подачи больших объемов огнетушащих веществ
- Технология применения рукавных систем с пропускной способностью более 100 л/с на объектах атомной энергетики
Технические средства подачи больших объемов ОВ для тушения и предупреждения пожаров на объектах энергетики
Пожары ежедневно уносят сотни человеческих жизней на планете. Несмотря на современные технологии пожаротушения ущерб от пожаров продолжает увеличиваться. Причиной этому служит безответственность, халатность, а так же пренебрежение элементарными правилами противопожарной безопасности со стороны людей, ведь пожар – это стихийно развивающееся горение, не предусмотренное технологическими процессами, причиняющее материальный ущерб, вред жизни и здоровью людей.
Пожарная безопасность может быть обеспечена мерами пожарной профилактики и активной пожарной защиты. Пожарная профилактика направлена на предупреждение возникновения пожаров и уменьшение последствий от них, так как тушение пожара очень трудоемкий, сложный и опасный процесс.
Пожары в городах и населенных пунктах возникают при нарушении правил противопожарной безопасности, из-за неисправности электропроводки, распространения огня при лесных, торфяных и степных пожарах, при замыкании электропроводки во время землетрясений. При пожаре в населенных пунктах сильный ветер может разносить воспламененный материал и искры на значительные расстояния и этим распространять пожар. Пожары в городах и населенных пунктах оказывают морально-психологическое воздействие на людей и нарушают нормальную жизнедеятельность.
Особую опасность представляют пожары на предприятиях нефтяной, газовой, химической промышленности и объектах энергетики.
На объектах энергетики заблаговременно разрабатываются специальные мероприятия по предотвращению или максимальному снижению последствий стихийных бедствий, характерных для данного географического района, и уменьшению возможных потерь людей и материальных ценностей. К числу таких мероприятий относятся: строгое соблюдение мер безопасности, организация оповещения руководящего состава, формирований и населения, специальная подготовка и оснащение формирований, оказание медицинской помощи пораженным и материальной помощи пострадавшим и др. В ОАО РАО «ЕЭС России» проводится постоянная и целенаправленная работа по повышению пожарной безопасности объектов энергетики [1,2, 3].Для организации и осуществления взаимодействия между ОАО РАО «ЕЭС России» и МЧС России с 2005 года действует соглашение о совершенствовании и координации информационного обмена при предупреждении, возникновении и ликвидации чрезвычайных ситуаций[4].
Особенности чрезвычайных ситуаций на объектах энергетики На современном уровне развития цивилизации основным фактором, определяющим развитие общества, уровень его культуры и материальной обеспеченности, является энергетика. Ведущей е составляющей частью является энергетика. По сравнению с другими видами энергии, электроэнергия имеет ряд преимуществ: это относительная лгкость передачи е на большие расстояния и распределения между потребителями, практически одновременное е генерирование и потребление, а также возможность е преобразования в другие виды энергии (механическую, химическую, тепловую и т.д.).Пожары на объектах электроэнергетики влекут за собой масштабные последствия - это гибель людей, остановка производства, выбросы отравляющих веществ, загрязнение окружающей среды.
При увеличении энергопотребления за последние десять лет в среднем на 2,7 % в год, ввод новых мощностей не превышал 1,0 %. За последние несколько лет почти на 10 % уменьшилось количество проведенных капитальных и средних ремонтов оборудования [5]. Фактически несколько миллионов кВт установленной электрической мощности ежегодно не проходит необходимого технического обслуживания, это снижает гарантию их надежной работы. Дополнительным к этому, является авария в энергосистеме Москвы в 2005 году. Основной предпосылкой к возникновению энергоаварии явился быстрый рост энергопотребления в Московском регионе на фоне массового износа оборудования электрических сетей. В результате возгорания 24 мая 2005 года четырех трансформаторов на подстанции «Чагино», подстанция на 220 кВ была полностью отключена. Это привело к сбоям в работе московского энергокольца и всей объединенной с ним энергосистеме европейской части России. На несколько часов было отключено электроснабжение самого крупного потребителя – Московского нефтеперерабатывающего завода. Отключились пять московских электростанций и еще 15 питающих центров. Энергетическая авария перешла в стадию «цепной реакции», оставив без электроснабжения Подмосковье, Тульскую, Калужскую и Рязанскую области. В течение дня не работали все предприятия, расположенные в промышленных зонах столицы. Московский метрополитен столкнулся с самым масштабным сбоем за всю историю своей работы – из работы были исключены 52 из 170 станций. Было серьезно нарушено авиа и железнодорожное сообщение. Из-за перебоев с энергоснабжением была остановлена работа Западной водопроводной станции, обслуживающей четверть населения Москвы. Чрезвычайная ситуация сложилась во многих медицинских учреждениях города. Жертв удалось избежать во многом благодаря своевременным поставкам в некоторые больницы армейских передвижных дизельных электростанций. Общая величина ущерба от аварии в энергосистеме в Москве составил 1,7 миллиарда рублей и примерно 504 миллиона рублей в Московской области, при этом не учитывался непрогнозируемый ущерб – экологический[6]. Авария в энергосистеме Москвы подтверждает, что устаревшее электрооборудование не справляется с растущими нагрузками. Энергопотребление в стране растет, новые энергетические мощности не перекрывают его в должной мере. Как следствие в последние 10 лет в российской электроэнергетике происходят крупномасштабные аварии и пожары.
Анализ работ в области оценки гидравлических характеристик пожарных напорных рукавов и арматуры
Рукава по назначению подразделяются на всасывающие и напорные. Всасывающие (напорно-всасывающие) рукава предназначены для забора воды из водоисточника с помощью пожарного насоса или мотопомпы. Напорные рукава служат для подачи воды под давлением к месту пожара.
В дореволюционной России всасывающие рукава изготовляли из кожи и резины, напорные рукава были кожаные, резиновые и пеньковые. Кожаные рукава изготавливались на заклепках и шитыми. На заклепках были самые дорогие, но вместе с тем удобные и выгодные в эксплуатации. Шитые рукава дешевле, чем на заклепках, но требовали тщательного и постоянного ухода. Из-за гниения нитей они подвергались скорой порче, и еще к тому же обладали малым значением разрывного давления.
Рукава изготовленные из резины значительно дешевле кожаных, но во время морозов и длительного лежания в скатках трескались. Чтобы защитить их от влияния внешних факторов их обшивали толстой парусиной [27].
Пеньковые рукава были самыми дешевыми, но от сырости покрывались плесенью и гнили. В мороз они замерзали быстрее других рукавов, так как через них просачивалась вода, после пожара их следовало тщательно просушивать.
В настоящее время конструкция пожарных напорных рукавов в России регламентируется нормативными документами, такими как, ГОСТ Р 51049-2008 «Техника пожарная. Рукава пожарные напорные. Общие технические требования. Методы испытания» [28] и методическое руководство по организации и порядку эксплуатации пожарных рукавов. В данном документе изложены основные понятия и определения, классификация, а также представлен перечень требований, предъявляемых к рукавам (масса, длина, рабочее и разрывное давление и т.п.).
Используемые до недавнего времени пожарные напорные рукава с армирующим каркасом из натуральных волокон (льна, хлопка и т.д.) обладали целым рядом особенностей. Сухие чистые льняные рукава сравнительно легкие, а их скатки малогабаритны. При подаче воды по таким рукавным линиям наружная поверхность ткани чехла увлажняется вследствие просачивания воды через стенки чехла. Это повышает термостойкость льняных рукавов в условиях пожара.
Опыт производства и эксплуатации рукавов в мире позволил установить, что экономически выгодно и удобно в качестве армирующего каркаса использовать синтетические волокна. Выполненный из синтетических волокон армирующий каркас является износостойким и не подвергается гнилостным процессам.
Наличие внутреннего резинового гидроизоляционного слоя делает прорезиненные рукава более тяжелыми и жесткими по сравнению с льняными рукавами, что затрудняет работу с ними. Кроме того, повышение жесткости рукавов способствует образованию перегибов и интенсивному износу ткани в этих местах с последующей потерей прочности.
Напорные рукава с латексным гидроизоляционным слоем в 1,5...2 раза легче прорезиненных рукавов и более эластичны. К недостаткам их относятся сложность и значительная продолжительность технологического процесса нанесения латекса (водного раствора каучука) на поверхность ткани чехла.
Часто применяются рукава двухслойной конструкции с внутренним гидроизоляционным и наружным защитным покрытием. Наружный защитный слой предохраняет ткань чехла от истирания, воздействия солнечных лучей, что повышает их надежность и долговечность. Рукава двухслойной конструкции изготовляют нанесением консистентной массы (сырой резины, полихлорвинила, латекса и т.п.) на ткань чехла методом экструзии (выдавливания) или жидкого формования с последующей термической обработкой.
Напорные рукава подсоединяют к напорным патрубкам насоса с помощью соединительных головок. Они предназначены для присоединения к пожарным устройствам (водоисточники, пожарным стволам) и соединения между собой (для подачи воды на большое расстояние) имеют стандартные металлические соединительные головки поворотного замыкания. Все соединительные головки имеют в себе резиновую уплотнительную прокладку, которая под давлением жидкости подпирается, что и герметизирует соединение, и в тоже время не дает ему самопроизвольно рассоединиться [30]. В пожаротушении применяют рукава длиной 20 м, эта длина была предложена, как оптимальное соотношение длины и массы скатки рукава. ПНР выпускаются диаметром 25, 40, 50, 65, 80, 90 мм (90 мм используются только в Московском гарнизоне пожарной охраны), 150 мм (для комплектования рукавных автомобилей, в качестве магистральной линии) и 250, 300 мм для комплектации современных пожарных насосно-рукавных комплексов высокой производительности.
Проанализируем насколько статистика использования на пожарах напорных рукавов отличается от использования другого вида пожарно-технического оборудования (ПТО). Основные показатели обстановки с пожарами в Российской Федерации за 2007-2011 гг. по федеральным округам страны представлены в таблице 1.2[11...15].
Измерительный комплекс для исследования гидравлических характеристик технических средств подачи больших объемов огнетушащих веществ
Соединительный рукав длиной 8 м применяется для устранения влияния начального участка на результаты опытов. Давление в начале и конце исследуемого рукава определяется манометрами 10, которые для сглаживания пульсации давления устанавливаются на воздушных колпаках 11, закрепленных на переходных вставках 12.
Для увеличения точности результатов опытов исследуемый участок 13 принимался длиной более 100d и прокладывался в специальном желобе 14. это давало возможность испытывать все рукава распрямленными с прямыми входными и выходными участками и определять увеличение длины и диаметра рукавной линии в зависимости от давления.
Расход воды определялся по стволу - водомеру 15, который перед каждым опытом тарировался объемным способом с помощью мерной емкости 16 и электронного секундомера. Температура воды определялась как среднее арифметическое значение показаний термометров 6 в цистерне и мерной емкости, потери напора - по разности показаний манометров 10, диаметр и длина рукава измерялись соответственно штангенциркулем и рулеткой.
Всего при проведении этого исследования было проведено более 400 опытов в диапазоне изменения скоростей 0,36 3,92 м/с и чисел Рейнольдса Re = 16900 250000, что вполне удовлетворяет требованиям, предъявляемым к режиму работы пожарных рукавов в практике пожаротушения. Для того чтобы определить потери напора и сопротивление рукавов в условиях максимально приближенных к условиям их эксплуатации при тушении пожаров в работе Хоанг Зань Биня[44] был проведен еще более точный эксперимент. Автомобиль устанавливался на пожарный гидрант. Общая схема экспериментальной установки и порядок соединения измерительных участков показаны на рис. 2.2. МВ1К-1000Т Излив воды осуществлялся черед стволы с насадками 13 мм, 19 мм, 22 мм, а также проводились опыты со свободным изливом воды из рукавной линии. Это обусловило широкий диапазон изменения расхода воды и давления.
В своей работе [53] С.П. Храмцов исследовал гидравлические характеристики средств подачи температурно-активированной воды от энергетической установки автомобиля пожарного многофункционального. При помощи измерительного комплекса, представленного на рисунке 2.3, были определены параметры давления в начале и в конце испытываемого участка рукавной линии или на входе и выходе из рукавной арматуры, величины расхода ТАВ, температура среды протекающей по рукавам в начале и в конце испытываемого участка линии, а так же непосредственный перепад давления в начале и в конце испытываемого участка рукавной линии или на входе/выходе из рукавной арматуры.
С помощью используемых средств измерений в работе [53] определено максимальное приближение экспериментальной и теоретической зависимостей для определения гидравлических характеристик рукавов с диаметром условного прохода 13, 16 и 25 мм при прямолинейной прокладке. Оценивая погрешности измерений можно сделать вывод о правильности выбора средств измерений. Инструментальная погрешность при определении потерь напора h составила от ± 0,01 до ± 0,14 м.Так же в работе [53] были оцененывеличины абсолютной шероховатости внутренней поверхности рукавов изготавливаемых на тот момент промышленностью с диаметром условного прохода 16-77 мм.
Параметры технических характеристик пожарно-технического оборудования во многом определяют эффективность действий пожарных подразделений. Так, шероховатость внутренней поверхности рукавов оказывает влияние на потери напора воды в рукавной линии и регламентирует предельно возможную длину этой линии [29].
Для того чтобы установить зависимость коэффициента линейных сопротивлений X от относительной шероховатости е рукавов Т. Съцебурой [46], были проведены измерения абсолютных величин их шероховатости А. Учитывая эластичность пожарных напорных рукавов, измерение абсолютной шероховатости осуществлялось косвенным методом путем изготовления гипсовых слепков, отображающих внутреннюю поверхность рукава при соответствующем давлении. Полученные слепки указывают на равномерный характер абсолютных шероховатостей рукавов с полиуретановой уплотняющей выкладкой. На основании этих исследований установлено, что определение абсолютной шероховатости А в пожарных напорных рукавах можно производить на основании гидравлических измерений и используя выведенную в работе формулу. Установлено также, что влияние толщины выкладки на величину абсолютной и относительной шероховатости рукава не является линейным и уменьшается по мере прироста толщины.
Некоторые исследователи [44,53] в этой области убеждены, что величина среднего арифметического отклонения профиля внутренней поверхности изменяется под воздействием давления и в связи с эластичностью рукава. Представляло интерес проверить достоверность данных убеждений.
Одной из последних работ в данной области является исследование, проводившееся во ВНИИПО в 2011 году, целью работы было обосновать показатели пропускной способности для пожарных напорных рукавов из различных материалов. В ходе работы были оценены пропускная способность и потери напора по длине рукавов с диаметром условного прохода 50 мм из различного материала. Испытания проводились по схеме схожей с экспериментальной установкой Яковчука [48].
Все рассмотренные измерительные комплексы для оценки гидравлических характеристик рукавных систем применимыдля определения гидравлических параметров пожарных напорных рукавов с диаметрами условного прохода не более 80 мм, из чего следует что для определения гидравлических параметров пожарных напорных рукавов с диаметрами условного прохода более 80 мм необходима разработка и создание специального измерительного комплекса.
Технология применения рукавных систем с пропускной способностью более 100 л/с на объектах атомной энергетики
Достижения научно-технического прогресса обеспечивают решение материальных и социальных проблем в стране, но одновременно привносят в мир «новые трудности и опасности» [76]. К таким опасностям относятся, в первую очередь, пожары техногенного происхождения. Гибель людей на таких пожарах, ущерб от них и экологические последствия соизмеримы с последствиями таких природных явлений, как цунами, торнадо, землетрясения [76].
За два года до Аварии на Чернобыльской АЭС в статье [76] авторы утверждали, что «…мера в обеспечении безопасности нужна», ибо только с е помощью можно решить проблему оптимизации защитных мероприятий.
Трагедия в Чернобыле – это предупреждение. И не только в ядерной энергетике. Сейчас мы имеем дело со сложнейшими техническими системами. Мощные гидростанции, атомные электростанции, и так далее – вс это крупные энергетические системы, которые с первых минут пожара требуют повышенного расхода на тушение и охлаждения.
До сегодняшнего дня не существует документов регламентирующих действия пожарно-спасательных подразделений на насосно-рукавные комплексах высокой производительности, кроме этого отсутствует технология применения рукавных систем применяющихся совместно с ними.
Для определения технологии применения рукавных систем с пропускной способностью более 100 л/с необходимо оценить особенности работы объектов атомной энергетики, а также устройство их собственных систем безопасности.
Системы обеспечения безопасности на Российских АЭС АЭС вырабатывают около 16% всего производимого электричества в России. При этом в Европейской части России доля атомной энергетики достигает 30%, а на Северо-западе — 37%. По данным официального сайта ОАО «Концерн Росэнергоатом» согласно Федеральной целевой программе «Развитие атомного энергопромышленного комплекса России на 2007-2010 годы и на перспективу до 2015 года» и другим документам к 2025 году доля электроэнергии, выработанной на атомных электростанциях Российской Федерации, должна увеличиться с 16 до 25%. Будет построено 26 новых энергоблоков (Рисунок 3.1), введено в эксплуатацию 6 АЭС, две из которых — плавучие.
На российских АЭС в основном применяются двухконтурные схемы, в которых тепло может отводиться прямо в воздух без участия каких-либо внешних источников водоснабжения. Кроме того, реакторы ВВЭР комплектуются четырьмя парогенераторами, системы отвода тепла многопетлевые, то есть в них обеспечиваются значительные резервы воды.
Если все же подача воды через резервные трубы необходима, на АЭС установлены отдельные насосы «аварийного расхолаживания».
Системы безопасности (Рисунок 3.5) рассчитаны на ликвидацию максимальной проектной аварии с разрывом главного циркуляционного трубопровода первого контура максимального диаметра. Запасы воды также обеспечены многократно: сначала она будет подана из резервных емкостей, установленных в самом энергоблоке, а затем, если этой воды будет все еще недостаточно, вода начнет подаваться из трех дополнительных резервуаров. Питание всех резервных насосов обеспечивается также автономно: каждый будет работать от своего дизель-генератора. Любой из этих каналов (в случае отказа остальных) обеспечивает полный отвод тепла.
Система аварийного охлаждения активной зоны предназначена для охлаждения активной зоны в условиях аварии с потерей теплоносителя первого контура и состоит из трех подсистем: системы пассивного впрыска с гидроаккумуляторами, системы активного впрыска с насосами высокого давления и системы активного впрыска с насосами низкого давления.
Система пассивного впрыска состоит из четырех гидроаккумуляторов с трубопроводами и арматурой. Каждый гидроаккумулятор объемом 60 м3 содержит 50 м3 воды, с концентрацией борной кислоты 16 г/кг. В гидроаккумуляторе создается и поддерживается азотом давление 6 МПа. На каждой ветке от гидроаккумулятора к реактору установлены четыре клапана: два обратных и два быстродействующих запорных. Первые обеспечивают слив воды в реактор при снижении давления в нем ниже 6 МПа, а вторые — отсекают гидроаккумулятор от реактора после слива воды для предотвращения попадания в него азота.
Для выполнения функции аварийного охлаждения системой необходимо, чтобы раствор бора поступал в реактор по меньшей мере по одному из каналов системы. Расход охлаждающей воды в канале составляет примерно 750 м3/ч (208 л/с), запас воды в баке примерно 580 м3. Для аварийного расхолаживания реактора необходимо обеспечить такой же расход.
Технология применения рукавных систем тушение пожара включает ряд элементов: прокладку рукавных линий; заполнение их водой из различных водоисточников насосами пожарных машин, подачу воды насосами, удаление ее из рукавных линий после тушения пожара , сборка и укладка рукавов [77].
Наличие собственных сил и средств ГО и ЧС на каждой АЭС делает максимально оперативным реагирование на нештатные ситуации. Эти подразделения находятся в постоянной готовности и оснащены необходимыми техническими средствами, в том числе резервными источниками питания и резервными насосами. Пожарные машины могут подключаться к любому энергоблоку через сухотрубы на корпусах блоков, которые разнесены на разные стороны с тем, чтобы не быть одновременно поврежденными.
Проведя анализ атомных электростанций, ядерных реакторов которые на них применяются, а также систем их безопасности нами была предпринята попытка проработать вопрос тушения пожаров и аварийного водообеспечения объектов атомной энергетики, в том числе и активной зоны самого реактора, посредством мобильных средств пожаротушения совместно с которыми применяются рукавные системы с пропускной способностью более 100 л/с. 3.2.1 Тушение пожаров и аварийное водообеспечение на АЭС
С учетом требуемых расходов для нужд пожаротушения и аварийного водообеспечения были оценены расстояния до открытых естественных водоисточников близ атомных станций, данные сведены в таблицу 3.1
В связи с тем, что для водообеспечения атомных электростанций необходимо применять насосно-рукавные системы с подачей не менее 210 л/с, а с учетом работы системы необходимо иметь энергетический запас не менее 20 %, что составит около 250 л/с. Проведя расчет можно определить, что с этой задачей может справиться восемь – девять отделений на автоцистернах АЦ-40, три отделения на ПНС-110, два отделения на АНРМ – 130-1/150 и ПАНРК-4/1,2-130 (63701) или одно отделение на КНРМ – 400-1,6/300 (6339).
Возможности пожарных подразделений на автоцистернах, автонасосах, насосных станциях и т.п. описаны во многих источниках [35, 36], в связи с этим далее рассмотрим возможности подразделений на насосно-рукавных комплексах с подачей более 110 л/с.
Похожие диссертации на Технология применения рукавных систем с пропускной способностью более 100 л/с для тушения пожаров на объектах энергетики
