Для студентов СПбПУ Петра Великого по предмету Технические наукиСпособы и средства сдерживания и тушения пожаров на удаленных объектах при экстремально низких температурах.Способы и средства сдерживания и тушения пожаров на удаленных объектах при экстремально низких температурах.
2023-02-152023-02-15СтудИзба
Диссертация: Способы и средства сдерживания и тушения пожаров на удаленных объектах при экстремально низких температурах.
Описание
Актуальность темы исследования Интенсивное освоение районов Крайнего Севера (КС) и Арктической зоны (АЗ), как следует из «Основ государственной политики РФ в Арктике на период до 2035 года и дальнейшую перспективу» (утверждены Президентом РФ 05.03.2020, № 164) и Указов Президента РФ «О сухопутных территориях Арктической зоны РФ» (от 72.06.2017 № 287) и «О государственной комиссии по вопросам развития Арктики» (от 03.02.2015 № 50) и др., является одном из приоритетных направлений развития нашей страны. Это вызвано следующими основными обстоятельствами: - наличием больших природных ресурсов (энергоносители, полезные ископаемые) на шельфе Северного Ледовитого океана, тогда как подобные ресурсы на разрабатываемых месторождениях истощаются; - развитием Северного морского пути (СМП), позволяющего значительно сократить путь из Европы в страны Азии, США и Канаду, а также развивать наши северные порты, города, предприятия и инфраструктуру (актуальность СМП возрастает в связи с проблемными ситуациями на Суэцком канале, например, март 2021 г.); - необходимостью обеспечивать защиту интересов РФ в этом регионе от посягательств других стран, в т.ч. и не имеющих выхода в Арктику. В этой связи особую актуальность приобретает необходимость оборудования различных объектов (исследовательские, метеорологические, добывающие и др. станции, РЛС, объекты инфраструктуры СМП и др.) в АЗ и на КС, содержащих модули различного функционального назначения – жилых, служебные, складские, диспетчерские и др., а также ангары, энергомодули (дизельгенератороные установки), пункты связи и т.п. Работа по созданию и поддержанию готовности таких объектов осуществляется в крайне неблагоприятных климатических условиях АЗ и КС – низких температур (до -600 С), ветров, вечной мерзлоты и льда, сложных метеоусловий для авиации, длительного периода полярной ночи, снежных заносов и др. Основные особенности объектов: - высокая автономность ввиду удалённости от крупных населённых пунктов, баз снабжения и Арктических спасательных центров (АСЦ) МЧС России, а также ограниченная транспортная доступность (вплоть до полной изоляции в зимнее время); - модульный принцип построения, малые конструктивные объёмы объектов, их высокая энергонасыщенность и наличие сложного оборудования; - ограниченное количество персонала, необходимость владения несколькими специальностями, работа в режиме сменного дежурства. Любой пожар и другие нештатные ситуации (например, выход из строя критически важного оборудования, в т.ч. энергомодулей) на объектах станций в АЗ и на КС грозит не только срывом выполнения задач, но представляет опасность для персонала (в т.ч. из-за крайне низкой температуры и невозможности оказания оперативной помощи извне) и риск экологических инцидентов при выбросе аварийно химически опасных веществ (АХОВ).
Указанные обстоятельства обусловливают исключительную актуальность обеспечения пожарной безопасности объектов в АЗ и на КС, в т.ч. способов тушения пожаров в условиях крайне низких температур, обоснование количественной и качественной структуры пожарных подразделений, и тактики их действий.
Степень разработанности темы В области разработки методов и средств тушения пожаров в условиях низких температур известны работы таких учёных, как Алешков М.В., Григорьев Р.С., Двоенко О.В., Игнатьев А.Л., Исхаков Х.И., Ольховский И.А., Понимасов Е.Н., Пряничников В.А., Роенко В.В., Савин М.А. и др. В части разработки систем управления пожарной безопасностью объектов, автоматической пожарной сигнализации и установок пожаротушения большой вклад внесли Зыбина О.А., Танклевский Л.Т., Топольский Н.Г., Фёдоров А.В., Холостов А.Л. и др. В части тактических методов и действий пожарных подразделений известны работы Денисова А.Н., Ищенко А.Д., Малыгина И.Г., Повзика Я.С., Теребнёва В.В. и др. Вопросам динамики опасных факторов пожара (ОФП) в помещениях посвящены исследования Батчера Е., Драйсдейла Д., Кошмарова Ю.А., Парнелла А., Пузача С.В., Снегирёва А.Ю. и др. Однако состояние и современные тенденции рассматриваемой предметной области актуализируют вопрос о проведении специального исследования, направленного на совершенствование методов и средств обеспечения пожарной безопасности в условиях крайне низких температур, удалённости объектов.
Цель диссертационной работы Разработка способов и средств подавления и ликвидации пожаров в модулях удалённых объектов в при экстремально низких температурах.
Задачи исследования Для достижения этой цели необходимо решить следующие задачи: - провести анализ климатических условий и конструктивных особенностей автономных объектов в АЗ и на КС; - обосновать особенности пожарной опасности автономных объектов с модулями, имеющими повышенную энергонасыщенность и незначительную огнестойкость, функционирующих в условиях низких температур и ограниченной транспортной доступности; - разработать, теоретически и экспериментально обосновать метод подавления пожара в модуле путём продувки его объёма низкотемпературным наружным воздухом с учётом подачи снега в нагнетаемую струю; - обосновать тактику действий пожарных, предусматривающую проникновение в горящий модуль и действия под защитой низкотемпературной воздушной струи; - разработать методы анализа и синтеза систем экстренного реагирования для автономных объектов с учётом нештатных ситуаций различных типов и различных уровней сложности.
Научная новизна работы 1. Впервые предложен, теоретически и экспериментально обоснован и запатентован способ сдерживания и тушения пожара в модуле посредством продувки его объёма наружным низкотемпературным воздухом с возможностью дозированной подачи снега (распылённой воды) в нагнетаемую струю и последующей работой пожарных в модуле под защитой низкотемпературной нагнетаемой струи. Способ и устройство для его реализации запатентованы. Способ позволяет оперативно начать сдерживание пожара до прибытия участников тушения, обезопасить работу пожарных в модуле, безопасен для аппаратуры модуля, а также экономичен. Проведенные модельные и натурный эксперименты подтвердили эффективность способа. 2. Впервые предложена и обоснована структура системы обеспечения пожарной безопасности модульного автономного объекта в АЗ, включающая средства продувки горящих объёмов низкотемпературным воздухом, контроль и координацию из диспетчерского пункта действий подразделений экстренного реагирования. 3. С использованием теории массового обслуживания впервые предложены методы моделирования действий ограниченного числа подразделений экстренного реагирования на арктических объектах при возникновении там пожаров различной сложности и разнотипных нештатных ситуаций. 4. Сформулирована гипотеза о повышении пожароопасности арктических модулей (помещений) по мере увеличения энергонасыщенности их объёмов. 5. Впервые введено и обосновано понятие «живучесть модульных арктических объектов» в случае возникновения пожаров и других нештатных ситуаций.
Теоретическая значимость Теоретическая значимость научных положений, изложенных в работе, состоит в совершенствовании и дальнейшем развитии способов и средств сдерживания и ликвидации пожаров на удалённых модульных объектах в районах с экстремально низкими температурами за счёт применения продувки горящего объёма наружным низкотемпературным воздухом с последующей дозированной подачей в нагнетаемую струю снега (воды) и действиями пожарных в модуле под её защитой, а также моделирования действий подразделений экстренных служб объекта с учётом ограниченной численности персонала. Выдвинута гипотеза о повышении риска возникновения пожара в объёме помещения (модуле) при повышении его энергонасыщенности.
Практическая значимость Практическая значимость полученных результатов направлена на повышение живучести удалённых модульных объектов в АЗ и на КС за счёт применения сдерживания пожара продувкой низкотемпературным воздухом и тушения путём дозированной подачи снега (воды). Экспериментально установлена возможность проникновения пожарных в горящий модуль и действий там (ликвидация горения, проведение аварийно-спасательных работ – АСР) под защитой струи наружного низкотемпературного воздуха. Разработаны методы оценки необходимого количества подразделений на арктическом объекте для своевременной ликвидации пожаров и других нештатных ситуаций.
Методология и методы исследования Методология и методы исследования основаны на моделировании опасных факторов пожара в помещениях, теории тепломассообмена, системном анализе, теории массового обслуживания.
Положения, выносимые на защиту. Соискателем получены следующие основные результаты, выносимые на защиту: 1. Способ сдерживания и тушения пожара в арктическом модуле продувкой наружным низкотемпературным воздухом с дозированной подачей снега (распылённой воды) в нагнетаемую струю, с последующим проникновением пожарных в модуль и их безопасной работой под защитой воздушной струи. 2. Структура системы автоматического контроля и управления противопожарной защитой удалённого модульного арктического объекта, включающая средства реализации способа сдерживания пожара продувкой наружным низкотемпературным воздухом и организации действия пожарных подразделений. 3. Результаты теоретического и экспериментального обоснования способа сдерживания и тушения пожара продувкой модуля наружным низкотемпературным воздухом с дозированной подачей снега (воды) в нагнетаемую струю и последующими действиями пожарных в модуле под её защитой, подтверждающие применимость данного метода.
Степень достоверности Степень достоверности основных полученных в диссертации результатов обеспечивается корректной постановкой задачи, корректностью использования математического аппарата, непротиворечивостью и согласованностью результатов работы с результатами, полученными другими авторами, корректным использованием апробированных методик, а также результатами экспериментов.
Тема отвечает формуле паспорта специальности 05.26.03 – Пожарная и промышленная безопасность «…область науки и техники, изучающая причины возникновения, закономерности проявления и развития, методы и средства превентивного и текущего управления природными и техногенными явлениями разрушительного и пожароопасного характера, сопровождающимися значительным ущербом, его п.3 «Научное обоснование принципов и способов обеспечения промышленной и пожарной безопасности на предприятиях промышленности, строительства и на транспорте», п.5 «Разработка научных основ создания устройств автоматического контроля и управления системами обеспечения промышленной и пожарной безопасности и жизнеобеспечения работников при нештатных ситуациях» и п.6 «Исследование и разработка средств и методов, обеспечивающих снижение пожарной и промышленной опасности технологических процессов, предупреждение пожаров и аварий, тушение пожаров».
Указанные обстоятельства обусловливают исключительную актуальность обеспечения пожарной безопасности объектов в АЗ и на КС, в т.ч. способов тушения пожаров в условиях крайне низких температур, обоснование количественной и качественной структуры пожарных подразделений, и тактики их действий.
Степень разработанности темы В области разработки методов и средств тушения пожаров в условиях низких температур известны работы таких учёных, как Алешков М.В., Григорьев Р.С., Двоенко О.В., Игнатьев А.Л., Исхаков Х.И., Ольховский И.А., Понимасов Е.Н., Пряничников В.А., Роенко В.В., Савин М.А. и др. В части разработки систем управления пожарной безопасностью объектов, автоматической пожарной сигнализации и установок пожаротушения большой вклад внесли Зыбина О.А., Танклевский Л.Т., Топольский Н.Г., Фёдоров А.В., Холостов А.Л. и др. В части тактических методов и действий пожарных подразделений известны работы Денисова А.Н., Ищенко А.Д., Малыгина И.Г., Повзика Я.С., Теребнёва В.В. и др. Вопросам динамики опасных факторов пожара (ОФП) в помещениях посвящены исследования Батчера Е., Драйсдейла Д., Кошмарова Ю.А., Парнелла А., Пузача С.В., Снегирёва А.Ю. и др. Однако состояние и современные тенденции рассматриваемой предметной области актуализируют вопрос о проведении специального исследования, направленного на совершенствование методов и средств обеспечения пожарной безопасности в условиях крайне низких температур, удалённости объектов.
Цель диссертационной работы Разработка способов и средств подавления и ликвидации пожаров в модулях удалённых объектов в при экстремально низких температурах.
Задачи исследования Для достижения этой цели необходимо решить следующие задачи: - провести анализ климатических условий и конструктивных особенностей автономных объектов в АЗ и на КС; - обосновать особенности пожарной опасности автономных объектов с модулями, имеющими повышенную энергонасыщенность и незначительную огнестойкость, функционирующих в условиях низких температур и ограниченной транспортной доступности; - разработать, теоретически и экспериментально обосновать метод подавления пожара в модуле путём продувки его объёма низкотемпературным наружным воздухом с учётом подачи снега в нагнетаемую струю; - обосновать тактику действий пожарных, предусматривающую проникновение в горящий модуль и действия под защитой низкотемпературной воздушной струи; - разработать методы анализа и синтеза систем экстренного реагирования для автономных объектов с учётом нештатных ситуаций различных типов и различных уровней сложности.
Научная новизна работы 1. Впервые предложен, теоретически и экспериментально обоснован и запатентован способ сдерживания и тушения пожара в модуле посредством продувки его объёма наружным низкотемпературным воздухом с возможностью дозированной подачи снега (распылённой воды) в нагнетаемую струю и последующей работой пожарных в модуле под защитой низкотемпературной нагнетаемой струи. Способ и устройство для его реализации запатентованы. Способ позволяет оперативно начать сдерживание пожара до прибытия участников тушения, обезопасить работу пожарных в модуле, безопасен для аппаратуры модуля, а также экономичен. Проведенные модельные и натурный эксперименты подтвердили эффективность способа. 2. Впервые предложена и обоснована структура системы обеспечения пожарной безопасности модульного автономного объекта в АЗ, включающая средства продувки горящих объёмов низкотемпературным воздухом, контроль и координацию из диспетчерского пункта действий подразделений экстренного реагирования. 3. С использованием теории массового обслуживания впервые предложены методы моделирования действий ограниченного числа подразделений экстренного реагирования на арктических объектах при возникновении там пожаров различной сложности и разнотипных нештатных ситуаций. 4. Сформулирована гипотеза о повышении пожароопасности арктических модулей (помещений) по мере увеличения энергонасыщенности их объёмов. 5. Впервые введено и обосновано понятие «живучесть модульных арктических объектов» в случае возникновения пожаров и других нештатных ситуаций.
Теоретическая значимость Теоретическая значимость научных положений, изложенных в работе, состоит в совершенствовании и дальнейшем развитии способов и средств сдерживания и ликвидации пожаров на удалённых модульных объектах в районах с экстремально низкими температурами за счёт применения продувки горящего объёма наружным низкотемпературным воздухом с последующей дозированной подачей в нагнетаемую струю снега (воды) и действиями пожарных в модуле под её защитой, а также моделирования действий подразделений экстренных служб объекта с учётом ограниченной численности персонала. Выдвинута гипотеза о повышении риска возникновения пожара в объёме помещения (модуле) при повышении его энергонасыщенности.
Практическая значимость Практическая значимость полученных результатов направлена на повышение живучести удалённых модульных объектов в АЗ и на КС за счёт применения сдерживания пожара продувкой низкотемпературным воздухом и тушения путём дозированной подачи снега (воды). Экспериментально установлена возможность проникновения пожарных в горящий модуль и действий там (ликвидация горения, проведение аварийно-спасательных работ – АСР) под защитой струи наружного низкотемпературного воздуха. Разработаны методы оценки необходимого количества подразделений на арктическом объекте для своевременной ликвидации пожаров и других нештатных ситуаций.
Методология и методы исследования Методология и методы исследования основаны на моделировании опасных факторов пожара в помещениях, теории тепломассообмена, системном анализе, теории массового обслуживания.
Положения, выносимые на защиту. Соискателем получены следующие основные результаты, выносимые на защиту: 1. Способ сдерживания и тушения пожара в арктическом модуле продувкой наружным низкотемпературным воздухом с дозированной подачей снега (распылённой воды) в нагнетаемую струю, с последующим проникновением пожарных в модуль и их безопасной работой под защитой воздушной струи. 2. Структура системы автоматического контроля и управления противопожарной защитой удалённого модульного арктического объекта, включающая средства реализации способа сдерживания пожара продувкой наружным низкотемпературным воздухом и организации действия пожарных подразделений. 3. Результаты теоретического и экспериментального обоснования способа сдерживания и тушения пожара продувкой модуля наружным низкотемпературным воздухом с дозированной подачей снега (воды) в нагнетаемую струю и последующими действиями пожарных в модуле под её защитой, подтверждающие применимость данного метода.
Степень достоверности Степень достоверности основных полученных в диссертации результатов обеспечивается корректной постановкой задачи, корректностью использования математического аппарата, непротиворечивостью и согласованностью результатов работы с результатами, полученными другими авторами, корректным использованием апробированных методик, а также результатами экспериментов.
Тема отвечает формуле паспорта специальности 05.26.03 – Пожарная и промышленная безопасность «…область науки и техники, изучающая причины возникновения, закономерности проявления и развития, методы и средства превентивного и текущего управления природными и техногенными явлениями разрушительного и пожароопасного характера, сопровождающимися значительным ущербом, его п.3 «Научное обоснование принципов и способов обеспечения промышленной и пожарной безопасности на предприятиях промышленности, строительства и на транспорте», п.5 «Разработка научных основ создания устройств автоматического контроля и управления системами обеспечения промышленной и пожарной безопасности и жизнеобеспечения работников при нештатных ситуациях» и п.6 «Исследование и разработка средств и методов, обеспечивающих снижение пожарной и промышленной опасности технологических процессов, предупреждение пожаров и аварий, тушение пожаров».
Файлы условия, демо
Характеристики диссертации
Тип
Предмет
Учебное заведение
Семестр
Просмотров
6
Покупок
0
Размер
9,62 Mb
Список файлов
- Диссертация.pdf 9,62 Mb
Хочешь зарабатывать на СтудИзбе больше 10к рублей в месяц? Научу бесплатно!
Начать зарабатывать
Начать зарабатывать