Разработка способа оценки характеристик подачи огнетушащих веществ высоко расходными пожарными стволами при реализации задач пожаротушения в резервуарных парках

Оглавление

ВВЕДЕНИЕ
ГЛАВА 1 ХАРАКТЕРИСТИКА РЕЗЕРВУАРНЫХ ПАРКОВ, ТАКТИКО-ТЕХНИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ЛАФЕТНЫХ СТВОЛОВ
1.1 Характеристика резервуарных парков
1.2 Тактико-технические характеристики лафетных стволов
1.3 Анализ специфики применения лафетных стволов
Вывод по главе 1
ГЛАВА 2 ПРОВЕДЕНИЕ ПРАКТИЧЕСКОГО ЭКСПЕРИМЕНТА
2.1 Методика проведение эксперимента
2.2 Проведение эксперимента с ПЛС-20
2.3. Проведение эксперимента с ЛС-П20У
2.4. Проведение эксперимента с Rosenbauer RM 25
Вывод по главе 2
ГЛАВА 3. ПРОВЕДЕНИЕ МАТЕМАТИЧЕСКИХ РАСЧЕТОВ
3.1. Анализ математических методов
3.2. Общая методика расчета параметров насосно-рукавных систем
3.3 Расчет длины компактной части струи при подаче воды на определённую высоту
3.4 Определение напора на насадке ствола при заданной длине компактной части струи
Вывод по главе 3
ГЛАВА 4 Применение полученных методик
4.1 Пример использования методики для определения длины компактной части струи при подаче воды на определённую высоту
4.2 Пример использования методики для определения напора на насадке ствола при заданной длине компактной части струи
4.3. Определение опасности воздействия теплового потока
Вывод по главе 4
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ

ВВЕДЕНИЕ

Вопрос об огнетушащей дальности гидравлических струй является довольно сложным и актуальным, данных в современной литературе недостаточно для определения высоты подачи струи в зависимости от расстояния, угла наклона и напора на стволе. Известные к настоящему времени методики расчета гидравлических струй указаны в различных учебниках по гидравлике, и те старше десяти лет. Данных по зависимости высоты струи от дальности, угла и напора у ствола либо нет, либо они разнятся. Поэтому нет достаточной теоретической основы для определения изменения основных параметров струи по ее длине, что не позволяет рассчитать огнетушащую дальность гидравлических струй даже при известных начальных параметрах.
В настоящей работе рассматривается методика определения условно – безопасных позиций ствольщиков. Данная методика направлена уменьшение вероятности поражения личного состава пожарно–спасательных подразделений, участвующих в тушении пожаров резервуарных парков.
Резюмируя вышесказанное, можно сделать вывод, что объектом исследования является зависимость высоты подачи струи лафетными стволами от дальности, угла наклона и напора у ствола, а предметом исследования – определение условно-безопасных позиций ствольщиков.
Таким образом, целью выпускной квалификационной работы является разработка способа оценки характеристик подачи огнетушащих веществ высокорасходными пожарными стволами при реализации задач пожаротушения в резервуарных парках.
Для достижения поставленной цели необходимо решить комплекс задач:
1. Провести анализ специфики применения лафетных стволов.
2. Разработать модель аналитического решения задачи определения дальности подачи струи, в зависимости от начальных характеристик у ствола.
3. Экспериментально подтвердить предложенную модель.
На основании этого можно будет разработать дополнения в рекомендации должностным лицам (РТП, НУТП, НТ), участвующих в тушении пожаров в резервуарных парках.
Практическая значимость работы заключается в возможности использования ее результатов при разработке дополнений в рекомендации должностным лицам (РТП, НУТП, НТ), участвующих в тушении пожаров в резервуарных парках.
Работа состоит из введения, четырех глав, заключения, списка использованной литературы и приложений.
Апробация работы – основные результаты выпускной квалификационной работы изложены на научных конференциях, опубликованы в сборниках по материалам международных, региональных, кафедральных научно-практических семинаров курсантов и слушателей:
— X итоговая научно-практическая конференция «Пожарная безопасность и защита в ЧС» курсантов, слушателей и студентов, посвященная Году пожарной охраны;
— XI Международная научно-практическая конференция «Пожарная и аварийная безопасность», посвященная Году пожарной охраны;
— V Всероссийская научно-практическая конференция с международным участием «Проблемы обеспечения безопасности при ликвидации последствий чрезвычайных ситуаций»;
— межкафедральный научно-практический семинар среди обучающихся, посвященный году гражданской обороны «Тушение пожаров и проведение аварийно-спасательных работ при возникновении чрезвычайных ситуаций на потенциально опасных объектах»;
— XI итоговая научно-практическая конференция «Пожарная безопасность и защита в ЧС» курсантов, слушателей и студентов, посвященная Году гражданской обороны.
По теме исследования были проведены эксперименты:
– на базе Учебного цента академии (п. Бибирево) с ПЛС-20;
– на базе ПСЧ №15 г. Родники с ЛС-П20У;
– на базе ПСЧ №2 г. Иваново с Rosenbauer RM 25.
Структура и объем выпускной квалификационной работы: работа состоит из введения, четырех глав, заключения и списка использованных источников. Общий объем диссертации 80 страниц. Работа иллюстрирована 30 рисунками 13 таблицами. Список использованных источников включает 16 наименований.

ГЛАВА 1 ХАРАКТЕРИСТИКА РЕЗЕРВУАРНЫХ ПАРКОВ, ТАКТИКО-ТЕХНИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ЛАФЕТНЫХ СТВОЛОВ

1.1 Характеристика резервуарных парков

Развитие нефтяной и нефтеперерабатывающей промышленности является важнейшей частью топливно-энергетического комплекса. Увеличение объемов добычи, хранения и переработки нефти, производства, транспорта, хранения использования нефтепродуктов вызывает непрерывное увеличение резервуарного парка.
Пожары нефти, нефтепрoдуктов, газов и других различных пожароопасных углеводородов в местах их хранения переработки и транспортировки, в случае их возникновения, могут нанести значительный ущерб экологии, а также экономике страны, для их ликвидации требуется сосредоточение значительного количества сил и средств. Тушение пожаров представляет весьма сложную задачу, поэтому данной проблеме уделяется большое внимание.
Резервуарный парк — это группа резервуаров разных типов или однотипных резервуаров. Резервуа́р (фр. réservoir) происходит от слова «резерв» (фр. réserve от лат. reservare — сберегать, сохранять). Представляет собой герметично закрываемый или открытый, стационарный сосуд, наполняемый жидким или газообразным веществом. Резервуарный парк предназначен для оперативного учета нефти по приему, хранению и откачке. Резервуарами называются стационарные или передвижные сосуды разнообразной формы и размеров. Резервуары являются наиболее ответственными сооружениями, в них хранятся в больших количествах ценные жидкости. В зависимости от материала, из которого они изготавливаются, резервуары делятся на металлические и неметаллические. Металлические сооружают преимущественно из стали, иногда из алюминия. К неметаллическим относятся железобетонные и пластмассовые резервуары. Резервуары по форме бывают: вертикальные цилиндрические, горизонтальные цилиндрические, прямоугольные, каплевидные и др. По схеме установки резервуары делятся на: наземные, у которых днище находится на уровне или выше планировочной отметки прилегающей площадки; подземные, когда наивысший уровень жидкости в резервуаре находится ниже планировочной отметки прилегающей площадки (в пределах 3 м) не менее чем на 0,2 м. [8]

Рисунок 1.1 – Резервуарный парк

Для того чтобы правильно выбрать исходные данные для выполнения работы необходимо знать определение термина «резервуар вертикальный стальной», его классы, типы и характеристики. Резервуар стальной вертикальный цилиндрический — наземное строительное сооружение, предназначенное для приема, хранения и выдачи жидкости. В зависимости от объема хранимого продукта резервуары подразделяются на четыре класса опасности: [4] — класс I — резервуары объемом более 50000 м;
— класс II — резервуары объемом менее от 20000 включительно до 50000 м включительно, а также резервуары объемом от 10000 до 50000 м включительно, расположенные непосредственно по берегам рек, крупных водоемов и в черте городской застройки;
— класс III — резервуары объемом от 1000 и менее 20000 м;
— класс IV — резервуары объемом менее 1000 м.
По конструктивным особенностям вертикальные цилиндрические резервуары делятся на следующие типы:
— резервуар со стационарной крышей без понтона;
— резервуар со стационарной крышей с понтоном;
— резервуар с плавающей крышей.
Зная класс резервуара можно представить масштабы будущего пожара (ЧС), а также как конструктивные особенности РВС будут влиять на процесс тушения.

Таблица 1.1 Номинальные объемы и основные параметры применяемых стальных резервуаров.

 

Расстояние от стенок резервуаров до подошвы внутренних откосов обвалования или до ограждающих стен следует принимать не менее: 3 м — для резервуаров номинальным объемом до 10 000 м³; 6 м — для резервуаров номинальным объемом 10 000 м³ и более. [8]

В зависимости от объема и месторасположения резервуары подразделяют на три класса:

1) Класс 1 – особо опасные резервуары объемом 10 000 м³ и более, а также резервуары объемом от 5000 м³ и более, расположенные непосредственно по берегам рек, крупных водоемов и в черте городской застройки;

2) Класс 2 – резервуары повышенной опасности объемом от 5000 до 10 000 м³;

3) Класс 3 – опасные резервуары объемом  100 до 5000 м³. Расстояния между резервуарами принимают равными: для резервуаров с плавающими крышами не менее  — 0,5  диаметра; для резервуаров со стационарными крышами и понтонами – 0,65 диаметра; для резервуаров со стационарными крышами, но без понтонов – 0,75 диаметра. [4]

Эксплуатация резервуаров и резервуарных парков – это совокупность процессов по приему,  хранению и сдачи нефти, испытанию и приемке резервуара в эксплуатацию, его диагностированию, техническому обслуживанию и ремонту.

Горизонтальные резервуары используют для наземного и подземного хранения нефтепродуктов. При наземной установке резервуар устанавливают на две бетонные опоры высотой 1 — 3 м над уровнем земли. При подземной установке резервуар заглубляют на 1 — 2 м и устанавливают да песчаную подушку высотой 200 — 300 мм. Наземные резервуары для удобства обслуживания оборудуют металлическими площадками и лестницами. Для обслуживания заглубленных резервуаров устанавливают смотровые колодцы.

В настоящее время в России активно развивается нефтегазовая промышленность, а значит, количество объектов по переработке и хранению нефтепродуктов будет также увеличиваться. Следовательно количество РВС и пожаров на них будет расти. Благодаря развитию способов транспортировки и хранения нефтепродуктов современные резервуары возводятся объемом 5000 м³ и более, что усложняет работу подразделений по тушению и охлаждению резервуаров. Так как при охлаждении резервуара большим объемом необходимо подавать воду на значительную высоту.

1.2 Тактико-технические характеристики лафетных стволов

В предыдущем параграфе было сказано, что при охлаждении резервуара большим объемом необходимо подавать воду на значительную высоту. Одним из самых эффективных способов является применение оросительных колец на резервуаре, однако они часто выходят из строя. Поэтому пожарно – спасательными подразделениями наиболее часто применяются лафетные стволы.

При рассмотрении лафетных стволов в учебной, справочной литературе, сети интернет выбраны следующие лафетные стволы и их характеристики.

Лафетные пожарные стволы предназначены для получения мощных водяных или пенных струй при тушении крупных пожаров в случае недостаточной эффективности ручных пожарных стволов. Данные стволы подразделяются на стационарные (С) – смонтированные на пожарном автомобиле, вышке или промышленном оборудовании (например – ЛС-С20У, – С40У и т.д.), возимые (В) – на прицепе и переносные (П) – (например СЛК-П20, ЛС-П20У, ЛСД-20У и т.д.).

Кроме того, стволы могут быть универсальные (У) – формирующие сплошную и распыленную с изменяемым углом факела струи воды, а также струю ВМП, перекрывные, имеющие переменный расход;  без индекса (У), формирующие сплошную струю воды и струю ВМП. Индекс приводится после цифр, указывающих расход воды.

В зависимости от вида управления стволы могут быть с дистанционным (Д) или ручным (без индекса У) управлением. Индекс приводится после букв ЛС. [9]

Пример условного обозначения лафетного ствола ЛСД-С-40У,  где: ЛС – лафетный ствол, Д – с дистанционным управлением, С – стационарный, 40 – расход воды (л/с), У – универсальный.

Лафетный переносной ствол типа ПЛС-20 (рисунок 1.2) – предназначен для создания и направления струи воды или воздушно-механической пены при тушении пожаров.

Состоит из приемного корпуса, поворотного тройника, двухрожкового разветвления, трубы, насадка. Приемный корпус закрепляется на съемной опоре (лафете), который состоит из двух симметрично изогнутых лап с шипами.

В приемном корпусе расположен обратный шарнирный клапан, позволяющий присоединять и заменять рукавные линии к напорному патрубку без прекращения работы ствола.

Поворотный корпус соединен с поворотным тройником, а он – с двухрожковым разветвлением. Поворотные соединения уплотнены кольцевыми резиновыми манжетами.

Внутри корпуса трубы установлен четырехполосной успокоитель (устройство, устраняющее явление вращения потока ОТВ поступающего из рукавов в ствол, которое ухудшает качество струи, т.е. разбивая сечение потока на несколько частей, способствует восстановлению осесимметричного распределения скоростей в потоке на параллельноструйное, не раздробленное). [15]

Для подачи ВМП – водяной насадок на корпусе трубы заменяют на воздушно-пенный.

Рисунок 1.2 – Лафетный переносной ствол типа ПЛС-20

 

Таблица 1.2 Технические характеристики ПЛС-20

Ствол может вращаться вокруг вертикальной оси на 360º и перемещаться в вертикальной плоскости от 32 до 75º.

Техника безопасности при работе с лафетными стволами:

— стволы должны проходить ежегодное гидравлическое испытание давлением 0,8 МПа;

— в процессе эксплуатации стволы должны регулярно обслуживаться и осматриваться, особенно шарниры и соединения;

— при работе переносные стволы устанавливаются на ровную поверхность;

— проверяется надежность крепления ствола на лафете;

— работа с лафетным стволом осуществляется двумя пожарными.

Переносной ствол пожарный лафетный ЛС-П20У (рисунок 1.3), где: ЛС — лафетный ствол с ручным управлением; П — переносной; 20 — с расходом воды 20 л/с; У — универсальный, формирующий распыленную струю воды или пены с изменяемым углом факела.

Пожарный ствол ЛС-П20У надежен в работе, удобен в использовании и, кроме того, оборудован устойчивым основанием, что минимизирует возможность его опрокидывания во время тушения пожара. Приводится в рабочее положение всего одним движением, что крайне важно при использовании. Универсальный насадок для пожарного лафетного ствола позволяет проводить тушение пожара как водой, так и пеной (сплошной или распыленной струей). Переносной лафетный ствол ЛС-П20У имеет складное основание и очень компактен. Кроме того, лафетный ствол ЛС-П20У оснащен эргономичной рукояткой, с помощью которой ствол становится удобным для транспортировки.

Область применения

– пожароопасные либо взрывоопасные объекты (например, склады нефтепродуктов, трубопроводы и др.) для защиты, тушения, охлаждения либо поддержания низких температур во время пожара;

– пожарно-техническое оборудование пожарных автомобилей и другой специализированной пожарной техники.

Рисунок 1.3 – Лафетный переносной ствол типа ЛС-П20У

 

Таблица 1.3 Технические характеристики ЛС-П20У

 

Дополнительные возможности обеспечивают более комфортное и максимально эффективное тушение пожаров в соответствии со спецификой и условиями проводимых работ. Благодаря специальным функциям ликвидация возгорания проводится более оперативно и результативно, при этом повышается уровень защиты пожарных и удобство их работы в особо экстремальных условиях. [16]

Специальные функции лафетных стволов:

– защитный водяной экран, создает дополнительную плоскую водяную завесу, которая эффективно защищает пожарных от теплового и радиационного излучения;

– специальные морозостойкие материалы обеспечивают надежную работу лафетных стволов в условиях низких температур;

– складная рукоятка используется для уменьшения габаритов лафетного ствола в нерабочем состоянии, устанавливается на стационарных стволах в пожарных автоцистернах для беспрепятственной их транспортировки в гаражи с низкими проемами ворот.

Универсальный насадок формирует распыленную струю воды или пены с изменяемым углом факела (от сплошной до распыленной струи с углом 90°).

Конусный насадок — используется для подачи сплошной струи воды или пены на максимальную дальность. Отсутствует возможность подачи распыленной струи. [15]

Переносной лафетный универсальный пожарный ствол с регулируемым расходом АКРОН Mercury-Master 1000тм представлен на рисунке 1.4.

Данный тип пожарного оборудования применяется в ситуациях, когда требуется определенная формация потока воды или пены. В зависимости от объекта воздействия, такой аппарат может выдавать сплошную напорную струю воды или распыленную с углом, который можно без усилий настроить в конфигурации числового программного управления. Также данный ствол может выдавать воздушно-механический пенный материал с низкой долей кратности.

Такая техника крайне необходима при тушении пожаров, снижения температуры архитектурных и инженерных конструкций, а также при обработке мест оседания облаков газов, паров и пыли, имеющих ядовитое или радиоактивное действие на окружающую среду. Производитель этого устройства – «АКРОН Компани» (США). Сам аппарат настроен на номинальное рабочее давление в 10 бар.

Основные особенности конструкции и качественных характеристик этого пожарного ствола:

– небольшие габаритные размеры и, соответственно, малый вес;

– возможность моментальной смены сплошного потока на распыляемый и наоборот;

– имеются раскладные фиксаторы, которые служат опорой устойчивости при непосредственной работе лафетной установки, что позволяет не держать ее в руках;

– встроенный манометр;

– снимаемая насадка с регуляцией выдаваемого количества огнетушащего вещества;

– наличие маховика с редуктором, который осуществляет управление шаровым клапаном.

 

Рисунок 1.4 – Лафетный переносной ствол АКРОН Mercury-Master 1000тм

 

Таблица 1.4 Технические характеристики лафетного ствола АКРОН Mercury-Master 1000тм

 

Ствол пожарный лафетный водо-пенный, универсальный, стационарный, с ручным управлением, с расходом 40 л/с ЛС-С-40Ув (рисунок 1.5). Данный ствол необходим для генерации распыляемого водяного или пенного потока. На стволе можно менять угол распыления огнетушащих веществ в пределах 90-та градусов. [15]

Такой лафетный ствол особенно необходим в крайне опасных зонах тушения очагов возгорания, охлаждения инженерных конструкций, архитектурных сооружений и прочих построек.  Кроме того, такая установка поможет избавиться и от последствий пожара, ликвидировав негативное воздействие мест оседания радиоактивных и отравляющих элементов, которые могут причинить вред человеку и природе.

Таблица 1.5 Общие тактико-технические характеристики стационарного лафетного ствола ЛС-С-40Ув

 

Рисунок 1.5 – Лафетный стационарный ствол ЛС-С-40Ув

Таблица 1.5.1 Эффективная дальность пожарных лафетных стволов водопенных типа ЛС-С-40Ув

 

Таблица 1.5.2 Расход воды (раствора пенообразователя), л/с пожарных лафетных стволов водопенных типа ЛС-С-40У в зависимости от давления

 

Лафетный ствол Тип Rosenbauer RM 25 Дальность подачи при 10 бар, до 75м. Дистанционное управление насосом и лафетным стволом.

 

Рисунок 1.6 – Лафетный ствол тип Rosenbauer RM 25

 

В основном комплектуются автоцистерны пожарные АЦ-3,2-40/4 на базовом шасси КАМАЗ 43253

Лафеты в зависимости от способа управления, функциональных возможностей и своей мобильности подразделяются на различные типы. Эта градация находит подтверждение в буквенном ряде, присутствующем в их маркировке. Прежде всего, выделяю такие виды комбинированных пожарных стволов:

Стационарный – «С». Входит в состав пожарно-технического вооружения автомобиля специального назначения на колесном шасси.

Возимый – «В». Монтируется на прицепной колесной базе.

Переносной – «П». Хранится на объекте вместе с пожарным инвентарем, устанавливается на тележку или доставляется к месту возгорания в кузове грузового автомобиля.

Изготавливают пожарные стволы исходя из возможностей управления ими в двух вариантах: дистанционные «Д» и ручные без присвоения литерного индекса. Параметры функциональности предусматривают деление приспособлений на две категории:

Универсальные – «У». Позволяют формировать сплошной или распыленный поток воды, угол которого легко корригируется.  Используется также при создании струи воздушно-механического пенообразования. Лафеты обеспечивают регулировку расхода и оснащены запорным механизмом для перекрытия подачи. [9]

Неиндексированные (все остальные) формируют сплошную гидрострую или направленный поток (факел) воздушно-механической пены.

Не существует единого многофункционального лафетного ствола, так как возможности пожарно-спасательных подразделений разные, как и условия их использования. Однако при большем количестве предоставляемых изготовителями данных, полностью отсутствует информация по высоте подаче струи либо о ее зависимости от каких либо параметрах.

 

 1.3 Анализ специфики применения лафетных стволов

 

Пожарные стволы предназначены для тушения пожаров, охлаждения строительных и технологических конструкций, осаждения облаков ядовитых и радиоактивных газов. Лафетные стволы используются в комплексных системах противопожарной защиты крупных промышленных зданий и сооружений, на объектах нефтегазовой промышленности, таких как резервуарные парки, нефтеналивные железнодорожные эстакады и нефтяные причалы, а также на передвижной пожарной технике: пожарных автомобилях, пожарных танках, пожарных катерах. Применение неосциллированных лафетных пожарных стволов в комплекте с универсальными насадками для охлаждения и тушения трансформаторов открытого типа имеет ряд преимуществ перед использованием для этих целей оросителей, и в первую очередь, это удобство проектирования, монтажа и обслуживания подобных систем. [14]

Так, для комплектации мобильных средств пожаротушения используются лафетные стволы стационарные с ручным и дистанционным управлением, а также переносные лафетные стволы и пожарные ручные стволы. Лафетные стволы стационарные с ручным и дистанционным управлением в общепромышленном исполнении могут быть рекомендованы к использованию в составе стационарных установок водяного и пенного пожаротушения различных объектов, в том числе памятников деревянного зодчества, конструкций перекрытий производственных и общественных зданий большой высоты, открытых складов пиломатериалов и др. Для защиты взрывоопасных объектов, например, для резервуарных парков и сливо-наливных железнодорожных эстакад применяются лафетные стволы во взрывозащищенном исполнении (СП 155.13130.2014 «Склады нефти и нефтепродуктов. Требования пожарной безопасности»). [8]

Скорость, эффективность и результативность тушения пожаров зависит в первую очередь от профессионализма первого прибывшего подразделения и уровня его оснащенности специальной техникой. Одним из самых необходимых устройств в этом процессе является пожарный лафетный ствол. С его помощью сплошная или распыленная струя воды (огнетушащего вещества) подается в область возгорания.

Применение лафетных стволов особенно эффективно при ликвидации огня на территориях, где находятся резервуары с горючим сжиженным газом, склады с легковоспламеняющимися жидкостями, а также объектах с повышенной взрыво- и пожароопасностью. [2]

Максимальная площадь тушения лафетного ствола изменяется в зависимости от типа и модели устройства, которое используется. Не во всех случаях есть возможность подавать огнетушащее вещество одновременно на всю территорию возгорания. Подобные ситуации возникают на достаточно крупных пожарах при недостаточном количестве личного состава или спецтехники. В таких случаях, как правило, тушение огня осуществляется по периметру площади, на которую распространяется огонь.

Выбор лафетных стволов для пожароопасных объектов производится в соответствии с проектом на основе действующей нормативной документации в области пожарной безопасности.

С каждым годом качество, мощность и надежность пожарной спецтехники увеличивается, что разрешает эффективно использовать лафетный ствол для тушения пожара даже на больших площадях. Это достигается за счет применения дистанционных лафетных стволов, которые могут тушить пожар без участия человека в непосредственной близости к возгоранию. Это значительно снижает уровень опасности для сотрудников пожарной службы и ускоряет процесс ликвидации огня. Повысить эффективность пожаротушения лафетными стволами можно за счет использования специальных насадков. Они увеличивают функциональность ствола и изменяют дальность, интенсивность и направленность струи, что может значительно ускорить тушение пожара в зависимости от ситуации и типа возгорания. [3]

Лафетные стволы с дистанционным управлением это мощное средство пожаротушения, обладающие исключительными характеристиками, которые позволяют добиться оптимальной подачи воды или пены, как в виде сплошной струи, так и в распыленном виде. Лафетный ствол имеет электрические приводы для каждой из плоскостей вращения, отличается электрической безопасностью от поражения электрическим током за счет использования электродвигателей с напряжением 12 В постоянного тока. Сила, требуемая для перемещений в плоскостях вращения, очень мала, это достигается использованием подшипников скольжения, сбалансированных с учетом реактивной силы струи.

Размещение, монтаж ствола и дистанционирование пульта управления Дальность подачи воды лафетным стволом определяется исходным давлением воды в пожарной магистрали и производительностью лафетного ствола. В связи с этим распределение лафетных стволов на объекте не должно быть равномерным. Предпочтительнее их группировать у мест, предполагаемых аварий и приводящих к возникновению пожара.

Также в пожаротушении используются лафетные стволы с распыленными струями. Достоинством стволов с распыленными струями является высокая эффективность пожаротушения, связанная со значительным объемным поглощением тепловой энергии ввиду многократного увеличения контактной поверхности воды, возможность подачи пены без смены насадок, высокая дальность подачи пены, возможность формирования широкого спектра струй от сплошной струи до защитного экрана 120°. В отличие от ранее применяемых стволов с коническими насадками со сплошными струями, универсальные стволы нового поколения формируют поток распыленной массы огнетушащего вещества (воды или пены), известного на Западе под названием JF (Jet Fog – летящий туман). На выходе лафетного ствола в кольцевом зазоре насадка конструктивно предусмотрены условия кавитации («закипания») воды и формирование направленного потока распыленной воды с дисперсностью от 100 до 400 мк, сконцентрированной в виде столба водяной пыли («летящего тумана»). Эта распыленная масса воды в десятки раз превосходит по эффективности пожаротушения показатели сплошных водяных струй. При этом по объему его формируется в 10 раз больше используемой воды, а дальнобойность сравнима с показателями сплошных струй. Для формирования пены не требуется смены насадка. Распыленный раствор пенообразователя формирует в полете пену низкой кратности при сохранении баллистических параметров на основной траектории полета, что позволило кардинально увеличить дальность подачи пены, приближающуюся к показателям водяных струй. Данные стволы отличаются большим диапазоном расходов, эргономичностью, различными вариантами исполнения. [14]

В соответствии с ГОСТ Р 12.3.047-2012 Система стандартов безопасности труда (ССБТ). Пожарная безопасность технологических процессов. Общие требования. Методы контроля (Приложение М. Требования к водяному орошению технологического оборудования). Для предотвращения увеличения масштаба аварии при пожаре, технологическое оборудование производственных объектов должно быть защищено от теплового излучения установками водяного орошения (пожарными лафетными стволами, стационарными установками водяного орошения)

Пожарные лафетные стволы устанавливаются:

— на наружных установках категорий АН, БН и ВН — для защиты колонных аппаратов высотой до 30 м, содержащих горючие газы, легковоспламеняющиеся и горючие жидкости, а на нефтеперерабатывающих, нефтехимических, химических и газоперерабатывающих предприятиях;

— для защиты аппаратов и оборудования, содержащих горючие газы, легковоспламеняющиеся и горючие жидкости;

— на сырьевых, товарных и промежуточных складах (парках);

— для защиты шаровых и горизонтальных (цилиндрических) резервуаров со сжиженными углеводородными газами, легковоспламеняющимися и горючими жидкостями под давлением;

— на сливоналивных эстакадах сжиженных углеводородных газов, легковоспламеняющимися и горючими жидкостями — для защиты конструкций эстакад и цистерн подвижного состава.

Лафетные стволы устанавливают со стационарным подключением к водопроводной сети. Количество и расположение лафетных стволов для защиты оборудования (кроме резервуаров), расположенного на наружной установке, определяют, исходя из условий орошения защищаемого оборудования не менее чем одной компактной струей.

Количество и расположение лафетных стволов для защиты резервуаров с сжиженными углеводородными газами и легковоспламеняющимися жидкостями под давлением определяют из условия орошения каждой точки резервуара не менее чем одной компактной струей. [3]

Орошение проводят одновременно горящего и смежных с ним резервуаров (колонн).

Лафетные стволы для защиты открытых железнодорожных сливоналивных эстакад как односторонних, так и двухсторонних, должны быть расположены по обе стороны эстакады с таким расчетом, чтобы обеспечивалось орошение каждой железнодорожной цистерны и каждой точки конструкции эстакады по всей ее длине не менее чем двумя компактными струями.

Лафетные стволы следует устанавливать на расстоянии не менее:

— 15 метров от защищаемого оборудования наружной установки, железнодорожной сливоналивной эстакады, железнодорожных цистерн. Допускается уменьшение расстояния от лафетного ствола до защищаемого оборудования до 10 метров при условии наличия дублирующих лафетных стволов или применения дистанционно управляемых или осциллирующих лафетных стволов;

— 10 метров от оси стенки или обвалования резервуаров (вне обвалования или ограждающих стен резервуаров).

Лафетные стволы и их устройства управления не допускается размещать в зоне действия паровых завес печей.

Лафетные стволы для защиты наземных (надземных) резервуаров с сжиженными углеводородными газами и легковоспламеняющимися жидкостями под давлением, а также железнодорожных сливоналивных эстакад должны устанавливаться на специальных лафетных вышках.

Оптимальную высоту лафетных вышек и расположение лафетных стволов следует определять исходя из высоты и расположения оборудования, углов наклона и расстояния лафетного ствола от защищаемого объекта.

В необходимых случаях допускается применение осциллирующих лафетных стволов.

При высоте колонных аппаратов более 30 метров их защиту следует осуществлять стационарными установками орошения.

В тех случаях, когда защита колонных аппаратов или другого оборудования лафетными стволами невозможна или нецелесообразна, их следует защищать стационарными установками водяного орошения на всю высоту. [3]

Резервуары с сжиженными углеводородными газами и легковоспламеняющимися жидкостями под давлением в сырьевых, товарных и промежуточных складах (парках) дополнительно к лафетным стволам должны иметь автоматические стационарные системы водяного орошения.

Наземные (надземные) резервуары с легковоспламеняющимися и горючими жидкостями объемом 5000 м³ и более должны быть оборудованы стационарными установками водяного орошения с возможностью подсоединения передвижной пожарной техники.

Для резервуаров с теплоизоляцией из негорючих материалов допускается не присоединять стационарную установку водяного орошения к противопожарному водопроводу; при этом сухие трубопроводы ее должны быть выведены за пределы ограждения резервуаров и оборудованы соединительными головками и заглушками.

Подачу воды на орошение наземных (надземных) резервуаров с легковоспламеняющимися и горючими жидкостями объемом менее 5000 м³, а также наземного оборудования подземных резервуаров допускается предусматривать передвижной пожарной техникой.

Запас воды для противопожарной защиты должен обеспечивать орошение защищаемого оборудования в течение расчетного времени, необходимого для подготовки к тушению и непосредственно для тушения пожара.

Расход воды на стационарные установки орошения должен приниматься для:

— наружных установок — по аппаратам колонного типа, исходя из суммы расходов воды на охлаждение условно горящей колонны и смежных с ней колонн, расположенных на расстоянии менее двух диаметров наибольшей горящей или смежной с ней колонны;

— сырьевых, товарных и промежуточных складов (парков) со сферическими резервуарами с сжиженными углеводородными газами и ЛВЖ под давлением, на одновременное орошение условно горящего резервуара и смежных с ним резервуаров, расположенных на расстоянии менее диаметра наибольшего горящего или смежного с ним резервуара.

— сырьевых, товарных и промежуточных складов (парков) с наземными (надземными) изотермическими резервуарами с сжиженными углеводородными газами на одновременное орошение условно горящего резервуара и смежных с ним резервуаров, расположенных на расстоянии не менее трех диаметров наибольшего горящего или смежного с ним резервуара.

Ручной пуск дистанционно управляемых лафетных стволов и стационарных установок водяного орошения должен быть предусмотрен как непосредственно с места у кольцевой сети противопожарного водопровода за пределами отбортовки оборудования или защитного ограждения резервуаров на расстоянии не менее 15 м от защищаемого оборудования, так и дистанционно из помещения с постоянным присутствием персонала (операторной). [15]

В заключение стоит отметить, что те исключительные преимущества, которые имеет ствольная пожарная техника по сравнению с другими устройствами пожаротушения, а именно значительные дальность и высота подачи огнетушащего вещества, возможность подачи больших расходов различных видов огнетушащего вещества (воды, пены, порошков), делают их незаменимыми для защиты наружных объектов и высокопролетных сооружений.

Благодаря универсальности и надежности инженерных решений, простоте управления и широкому выбору насадков, лафетные стволы подходят для стационарного размещения и применения, к примеру, на объектах нефтяной и газовой промышленности, на объектах электроэнергетики, морского и речного транспорта, на любых мобильных платформах, а также везде, где необходимо стационарное или оперативное применение средств пожарной охраны.

3.2. Общая методика расчета параметров насосно-рукавных систем

 

В своей научной работе «Обоснование параметров транспортирования огнетушащих веществ посредством насосно – рукавных систем» А.В. Смирнов под руководством В.В. Теребнева разработал общую методику расчета параметров насосно-рукавных систем, представленную далее:

Определить расчетный напор после разветвления.

1) Рассчитываем напор на насадке каждого ручного ствола по формуле:

(м вод.ст.),

где: R – радиус действия компактной части струи, м;

а – константа определяемая расчетом, м;

Ннас – напор на насадке пожарного ствола, м вод.ст.;

b – константа определяемая расчетом, м вод.ст.

Для ручных пожарных стволов константы а и b рассчитывают по формулам:

(м);

(м вод.ст.),

где dн – диаметр насадка пожарного ствола, мм.

Для лафетных пожарных стволов константы а и b рассчитывают по формулам:

(м);

(м вод.ст.),

где dн – диаметр насадка лафетного ствола, мм.

2) Находим расчетный секундный расход для каждого ствола по формуле:

, (л·с^-1),

где:  – секундный расход i-го ручного ствола, л·с^-1;

– напор на насадке i- го ручного ствола, м вод.ст.;

– сопротивление насадка i-го ручного ствола, м·с²·л^-2.

, (м·с²·л^-2),

где dн – диаметр насадка пожарного ствола, мм.

3) Рассчитываем напор после разветвления по параметрам каждого ствола, используя формулу:

(м вод.ст.),

где:  – расчетный напор после разветвления по параметрам i-го ствола, м вод.ст.;

– напор на насадке i-го ствола, м вод.ст.;

– разность между высотой размещения разветвления и i-го ствола, м;

– сопротивление по длине ствола, м·с²·л^-2;

– сопротивление одного рукава рабочей рукавной линии, (0,01) м·с²·л^-2;

– количество рукавов рабочей рукавной линии;

– секундный расход i-го ствола, л·с^-1.

Рассчитать требуемый напор на насосе мобильного средства пожаротушения. [7]

1) Уточняем значения секундных расходов ручных стволов при расчетном напоре после разветвления по формуле:

, (л·с^-1),

где:  – секундный расход i-го ствола, л·с^-1;

– расчетный напор после разветвления, м вод.ст.;

– разность между высотой размещения разветвления и i-го ствола, м;

– сопротивление по длине i-го ствола, м·с²·л^-2;

– сопротивление одного рукава рабочей рукавной линии, м·с²·л^-2;

– количество рукавов рабочей рукавной линии от разветвления до i-го ствола;

– сопротивление насадка i-го ствола, м·с²·л^-2.

2) Рассчитываем секундный расход магистральной рукавной линии по формуле:

(л·с^-1),

где:  – секундный расход магистральной линии, л·с^-1;

– расчетный секундный расход i-го ствола, л·с^-1;

– оператор суммы.

3) Рассчитываем требуемый напор на насосе мобильного средства пожаротушения по формуле:

, (м вод.ст.),

где:  — требуемый напор на насосе мобильного средства пожаротушения, м вод.ст.;

– разность высот размещения насоса мобильного средства пожаротушения и разветвления магистральной линии, м вод.ст.;

– сопротивление разветвления, м·с²·л^-2;

– сопротивление одного рукава магистральной линии, м·с²·л^-2;

– количество рукавов в магистральной линии;

– секундный расход магистральной линии, л·с^-1.

Рассчитать общее сопротивление насосно-рукавной системы

1) Определяем сопротивление каждой магистральной линии по формуле

, (м·с²·л^-2),

где:  – сопротивление магистральной линии, м·с²·л^-2;

– требуемый напор на насосе мобильного средства пожаротушения, м вод.ст.;

– секундный расход магистральной линии, л·с^-1.

2) Определяем общее сопротивление насосно-рукавной системы

Если имеется в расчете всего одна магистральная линия, то сопротивление системы равно ее сопротивлению. [7]

Если в расчете две магистральные линии, то общее сопротивление системы определяют из равенства:

(м·с²·л^-2).

Определяем фактический напор на насосе, необходимый для оптимальной работы насоса и системы:

(м вод.ст.),

где: А – теоретический максимальный напор на насосе м вод.ст.;

– сопротивление насоса м·с²·л^-2;

k – коэффициент износа.

где  здесь  – предельный расход, (л·с^-1).

Компенсатор ΔН рассчитывается для каждой магистральной линии ( – пропускная способность рукава) и для системы в целом ( – максимальная подача насоса). [7]

Рассчитать значения параметров ручных стволов при фактическом значении напора на насосе мобильного средства пожаротушения.

1) Определяем значение фактического секундного расхода магистральной рукавной линии по формуле:

(л·с^-1).

где  – фактический секундный расход магистральной линии, л·с^-1.

2) Рассчитываем коэффициенты пропорции секундных расходов ручных стволов по формуле:

,

где:  – коэффициент пропорции секундного расхода i-го ствола;

– расчетный секундный расход i-го ствола, л·с^-1;

– оператор суммы.

3) Определяем фактические значения секундных расходов ручных стволов по формуле:

, (л·с^-1),

где:  – фактический секундный расход i-го ручного ствола, л·с^-1;

– коэффициент пропорции секундного расхода i-го ствола;

– фактический секундный расход магистральной линии, л·с^-1.

4) Определяем фактические напоры на насадках стволов по формуле:

(м вод.ст.),

где:  – фактический напор на насадке i-го ствола, м вод.ст.;

– сопротивление насадка i-го ствола, м·с²·л^-2;

– фактический секундный расход i-го ручного ствола, л·с^-1.

5) Определяем фактические длины компактных струй, получаемых от ручных стволов, по формуле:

, (м),

где:  – фактическое значение компактной части струи, получаемой от i-го ствола, м;

– фактический напор на насадке i-го ствола, м вод.ст.;

а_i – константа, определяемая расчетом, м;

b_i – константа, определяемая расчетом, м вод.ст. Здесь а и b рассчитываются аналогично пункту 1. [7]

3.3 Расчет длины компактной части струи при подаче воды на определённую высоту

 

Аналитическая модель для расчета компактной части струи.

Для установления аналитической зависимости при расчете длины компактной части струи от напора на насадке и фиксированном его диаметре предлагается использовать следующее дифференциальное уравнение:

 

(18)

где:  – напор на насадке пожарного ствола, м вод.ст.;

R – радиус действия компактной части струи, м;

а – коэффициент, определяемый опытным путем.

Данное уравнение решим со следующими начальными условиями R = 0, Н = 0.

Разделим переменные и приведем уравнение (18) к стандартному дифференциальному уравнению первого порядка с разделяющимися переменными:

(19)

 

Проинтегрируем выражение (19), получим:

(20)

С левой и правой части находятся интегралы, имеющие аналитическое решение. [7]

Справа интеграл вида , слева интеграл вида

Используя данные виды интегралов, получим:

(21)

Воспользуемся свойством натуральных логарифмов: , получим:

(22)

Из уравнения (22) выразим формулу для расчета длины компактной части струи в зависимости от напора на насадке:

 

(23)

где: R – радиус действия компактной части струи, м;

а – константа, определяемая опытным путем, м;

Н_нас – напор на насадке пожарного ствола, м.вод.ст.;

Н₀ – начальное значение напора на насадке пожарного ствола, м.вод.ст.

Таблица 3.5 Данные для расчета радиуса действия компактной части струи

лафетных стволов (R), полученные экспериментально

 

В таблице 3.5 приведены значения радиуса действия компактной части струи для ЛС-П20У , который искался по формуле

где:

L – высота подачи струи;

S – расстояние от установки.

Затем по формуле мы находим  константы а и Н₀ для формулы (23) методом подбора

 

Таблица 3.6 Данные для расчета радиуса действия компактной части струи

лафетных стволов (R), полученные теоретически