Интеллектуальные системы оперативного контроля и предупреждения экстремальных ситуаций на испытательных стендах

Князева В.В., Егоров А.А.

Опубликовано в журнале "Авиакосмическое приборостроение", № 2, 2003.

Решение проблем предупреждения и ликвидации чрезвычайных ситуаций техногенного и природного характера становится сегодня одним из важных направлений деятельности по обеспечению национальной безопасности России. В последнее время на производственных площадках значительно возросло количество потенциально-опасных объектов экономики, аварии на которых стали происходить значительно чаще, возросло количество пострадавших, материальный ущерб и влияние на окружающую природную среду значительно увеличились. Анализ чрезвычайных ситуаций, имевших место на территории Российской Федерации, показал, что их количество, несмотря на некоторое снижение, по-прежнему остаётся на высоком уровне. В 2000 и 2001 годах на территории России произошло 955 (856) чрезвычайных ситуаций техногенного характера, в результате которых пострадали 3551 (3894) человек, погибли в 2000 г. – 1138, а в 2001 г. – 1149 человек. При авариях на промышленных и энергетических объектах наиболее вероятным вариантом развития событий является выброс вовнутрь зданий горючих веществ с последующим образованием газовоздушной смеси, взрывное горение которой представляет значительную опасность для персонала, технологического оборудования и строительных конструкций здания. В связи с этим основной целью становится предупреждение нежелательных событий на опасных объектах, разработка и внедрение унифицированных мероприятий по снижению вероятности возникновения аварий. В статье рассмотрены вопросы выбора и обоснования комплекса мероприятий по предупреждению аварийных ситуаций на пожаровзрывоопасных объектах, связанных с взрывным горением газо-воздушных смесей внутри производственных помещений, которые могут привести к значительному материальному ущербу и поражениям людей. Авторы считают целесообразным создание системы оперативного контроля и регистрации (СОКР) состояния среды с целью предупреждения экстремальных пожаровзрывоопасных ситуаций (ЭПОС).

1. Анализ факторов возникновения и развития пожаров

Пожароопасность производств, зданий и сооружений, в которых размещаются производства, оценивается с учётом наличия источников зажигания (горячие производства, искрообразующие технологические процессы и т. п.), пожароопасных свойств и количеств хранящихся и образующихся веществ и материалов, возгораемости и огнестойкости строительных конструкций и мероприятий по предупреждению пожаров и ограничению их последствий. Предотвращения развития пожара и уменьшения последствий от него можно достигнуть следующими мерами: ограничением масштабов пожара, обеспечением своевременной эвакуации людей при пожаре, снижением задымления помещений и зданий в целом, огнезащитой строительных конструкций. Важнейшими параметрами, определяющими условия пожаротушения, являются:

• физико-химические свойства горящего материала;
• пожарная нагрузка, под которой имеются ввиду масса всех горючих и трудно сгораемых материалов, находящихся в рассматриваемом объеме, отнесенная к площади пола помещения или поверхности, занимаемой материалами на открытом воздухе;
• скорость выгорания пожарной нагрузки;
• газообмен очага пожара с окружающими материалами и конструкциями;
• размеры и форма очага пожара и помещения, в котором произошел пожар;
• метеорологические условия.

Пожарная нагрузка, включая конструктивные (горючие) элементы зданий, и скорость её выгорания определяют основные характеристики пожара, такие как температурный режим и продолжительность пожара, опасные факторы пожара (ОФП), воздействующие на людей. Проблема ликвидации возникшего пожара связана как с большими материально-техническими, так и с теоретическими трудностями. Поэтому создаваемые автоматизированные противопожарные системы должны быть ориентированы прежде всего на предупреждение и недопущение загораний на объектах. Для процессов горения характерно наличие критических условий (по составу смеси, давлению, температуре, геометрическим размерам системы и т. п.) возникновения и распространения пламени. Именно эти критические условия следует использовать для построения автоматизированных противопожарных систем. Данные о температурах вспышки, воспламенения, самовоспламенения, самонагревания и тления, а также о нижнем и верхнем концентрационных пределах распространения пламени, температурных пределах распространения пламени, условиях теплового самовозгорания, минимальном взрывоопасном содержании кислорода (МВСК), минимальной флегматизирующей концентрации флегматизатора и скорости нарастания давления при взрыве, используют при разработке мероприятий для обеспечения пожаровзрывобезопасности технологических процессов переработки горючих веществ и материалов, их хранения и транспортировки, перекачки ЛВЖ и т.nbspп. в соответствии с требованиями ГОСТ [1, 2]. Данные о минимальной энергии зажигания применяют для разработки мероприятий по электростатической искробезопасности условий переработки горючих веществ и технологических процессов в соответствии с требованиями ГОСТ [3]. Кроме того, значения температуры вспышки используют при классификации жидкостей по степени пожароопасности, при определении категории производств по взрывной, взрывопожарной и пожарной опасности в соответствии с требованиями СНиП [4] и классов взрыво- и пожароопасных зон в соответствии с ПУЭ [5], а значения МВСК – при расчётах пожаровзрывоопасных режимов работы технологического оборудования, систем "азотного дыхания", пневмотранспорта и др. Поскольку совокупное состояние перечисленных показателей на объекте определяет степень готовности объектовой среды к воспламенению (взрыву), они должны явиться основой базы данных в системе предупреждения и ликвидации ЭПОС. Для контроля состояния среды по этим показателям необходим мониторинг температуры, давления, влажности и наличия в воздухе распылённых горючих веществ (аэрозолей, туманов), воды и дыма, концентрации в помещениях и ёмкостях (сосудах) горючих газов и паров, кислорода, флегматизатора.

2. Определение рационального измерительного комплекта для СОКР ЭПОС

Рассмотренные показатели составляют совокупность условий возникновения экстремальной ситуации, зависящих от наличия и состояния горючих веществ и материалов на объекте. Второй частью пожаровзрывоопасной ситуации является наличие (возникновение) источников зажигания, которыми могут быть проявления атмосферного электричества, разряды статического электричества, искры электроустановок, источники открытого пламени, механические удары, нагревательные приборы и др. Для своевременного обнаружения и ликвидации источников зажигания необходим мониторинг температурного режима установок, оборудования, резервуаров и т. д., атмосферной электрической напряжённости и статического электрического потенциала конструкций и оборудования, оптическое (ИК) наблюдение появления открытого пламени, искр, нагретых (накаленных) стенок, предметов. Косвенным каналом для обнаружения источников зажигания электрического происхождения может служить мониторинг токопотребления в электросетях (особенно в силовых цепях). Таким образом, для предупреждения и ликвидации ЭПОС требуется система контроля объектовой среды, включающая совокупность чувствительных элементов, контактно и (или) дистанционно измеряющих температуру, давление, влажность, концентрацию горючих паров (для бензина, керосина – гомологов метана с общей брутто-формулой СnН2n+2), кислорода, флегматизирующих газов, оптическую плотность атмосферы, электростатический потенциал, электрический ток, тепловой контраст предметов в защищаемой зоне. Предлагаемые для превентивной системы противопожарной защиты виды измерений и отслеживаемые с их помощью факторы пожаровзрывоопасности приведены в таблице.

Таблица измерений, необходимых для оценки пожаровзрывоопасных ситуаций

Приведённая совокупность измерений является достаточной для оценки ЭПОС при их совместной обработке и интерпретации интеллектуализированной автоматической противопожарной системой. Внутри этого перечня состав и диапазон измерений подлежат корректировке и уточнению по базе данных для конкретного объекта с учётом специфических свойств хранящихся и обращающихся веществ и материалов и конструктивных особенностей объекта.