Полный текст

Введение На водном транспорте независимо от области его применения (внутренние водные или морские пути), как и на любом другом виде транспорта (автомобильном, железнодорожном, авиационном), на первом месте всегда стоит безопасность. Самым важным при этом является обеспечение безопасности, прежде всего пассажиров и рабочего персонала, а затем транспортной единицы (судно, поезд, автомобиль, самолет) и перевозимого груза. На каждом виде транспорта для обеспечения безопасности жизнедеятельности людей существует большое количество нормативных документов, регламентирующих каждое действие пассажиров и экипажа как в ежедневной рутинной обстановке, так и в форс-мажорных обстоятельствах (при аварии, затоплении, пожаре и т.п.) [1, 2]. Так, на водном транспорте в зависимости от области его применения деятельность членов экипажа основана на требованиях Российского речного регистра (РРР) или Международной морской организации (ИМО) [3]. РРР представляет собой государственный орган, в обязанности которого входит, кроме прочих, разрешение либо отказ в установке и использовании определенного оборудования или системы на водном транспорте. Сертификацией РРР подвергаются, кроме прочих, системы пожарной сигнализации и пожаротушения. На данный момент самой перспективной является система аэрозольного пожаротушения (АОТ), которая оптимальна для применения во всех помещениях судна: машинно-котельное отделение, кладовые, грузовые и насосные отсеки, помещение главного распределительного щита, каюты пассажиров и экипажа и др. Эта система является современной заменой углекислотному пожаротушению. Требования, предъявляемые к системам пожаротушения, зависят от класса судна, количества экипажа, видов помещений, а также перевозимого груза и количества пассажиров. Рассмотрим возможность установки системы аэрозольного пожаротушения на земснаряде проекта 1519. Самоходный дизель-электрический шаландовый многочерпаковый земснаряд, проекта 1519 предназначен для проведения дноуглубительных работ производительностью 600 м³/ч. Суда данного проекта эффективно используются для углубления судового хода [4]. Земснаряд проекта 1519 является снарядом с механическим способом отделения и подъема грунта, которые у данного земснаряда осуществляются кольцевой черпаковой цепью, состоящей из соединенных между собой черпаков. Извлеченный грунт транспортируется к месту отвала в грунтоотвозных шаландах. На земснаряде имеются средства дистанционного управления, автоматизации и контроля оборудования практически всех систем судна. Работа черпакового привода автоматизирована так, что главный двигатель работает с постоянной мощностью. С центрального поста осуществляется дистанционное управление черпаковым приводом, становой и папильонажными лебедками, лебедкой для перекидки грунтового клапана, лебедками для подъема грунтовых лотков, швартовой лебедкой и пожарно-промывочным насосом. Силовая установка судна состоит из одного двигателя внутреннего сгорания мощностью 450 л.с., которая приводит в действие генератор постоянного тока мощностью 270 кВт. Генератор обеспечивает работу на стоянке электромотора черпаковой цепи мощностью 197 кВт или в движении двух гребных электродвигателей мощностью по 100 кВт каждый. Палубные механизмы получают электроэнергию от генератора мощностью 150 кВт, который входит в состав дизель-генераторного агрегата мощностью 225 л.с. [4]. В настоящий момент на судне применяется система углекислотного пожаротушения, для которой на рис. 1 показана электрическая принципиальная схема работы. Состав системы углекислотного пожаротушения: Н1 - светильник подпалубный с бесцветным колпаком; Н2, H3, H4 - табло сигнальное «Газ! Уходи!» водозащищенного исполнения; Н9 - светильник подпалубный с красным колпаком; Н5 - сирена; Н6, Н7, Н8 - ревун; S1, S2, S3, S4 - выключатель конечный; Y - манипулятор трехходовой; К - контактор. Рис. 1. Схема электрическая принципиальная системы углекислотного пожаротушения Системы углекислотного пожаротушения хорошо зарекомендовали себя на объектах различного характера, в том числе на судах. Однако по причине морального и особенно физического устаревания подобные системы изжили себя. Слабыми местами в таких системах являются система трубопроводов и баллоны со сжатым углекислым газом, а также под ее оборудование необходимо выделять отдельное помещение, что является крайне нерентабельным на судах. Требуется их повсеместная замена на более современные и надежные [5-8]. Для обеспечения безопасности судов в настоящее время чаще применяются установки аэрозольного пожаротушения, что обусловлено их преимуществами перед другими видами огнетушащего оборудования (табл. 1) [9-13]: низкой стоимостью, быстротой установки, отсутствием потребности в дополнительном помещении для оборудования. Таблица 1 Анализ судовых систем пожаротушения № п/п Газовое пожаротушение Порошковое пожаротушение Аэрозольное пожаротушение 1 Высокая стоимость Низкая стоимость Низкая стоимость 2 Необходимость периодической замены огнетушащего вещества. Необходимость периодической замены порошка по причине слеживания Замена необходима только после использования 3 Удаляется из помещения простым проветриванием Трудоёмкость уборки помещения после срабатывания системы Удаляется из помещения простым проветриванием 4 Высокая скорость погашения пламени Отсутствие гарантий полной ликвидации возгорания Высокая эффективность 5 Сложная установка в связи с прокладкой трубопровода Несложная установка Простота установки 6 Вредное воздействие на организм человека Вредное воздействие порошка на организм человека Безопасность для людей 7 Большие габариты Большие габариты Малые габариты Выявленные достоинства при анализе систем пожаротушения позволили сформулировать необходимость внедрения системы объемного аэрозольного пожаротушения на судна 1519 земснаряд «Камский-407». Модернизация системы пожаротушения земснаряда С целью модернизации системы пожаротушения необходимо рассчитать: количество генераторов объемного аэрозольного тушения, сечение кабеля для системы пожаротушения, мощность кабельной силовой и аварийной систем [14, 15]. Для расчета количества генераторов объемного тушения необходимого определиться с перечнем защищаемых помещений (табл. 2). Таблица 2 Характеристики защищаемых помещений Машинное отделение Валовый объем, м3 245 Объем шахты газовыхлопа, м3 47 Воздухохранители (2 шт), м3 0,08 Давление, МПа 6 Валовый объем (V1) , м3 292 Помещение главного распределительного щита (ГРЩ) Валовый объем, м3 85,8 Объем тамбура выхода, м3 3,9 Валовый объем (V2), м3 89,7 Помещение мастерской и озонаторной станции Валовый объем (V3), м3 84,2 Машинное отделение, помещения ГРЩ, мастерской и озонаторной являются смежными и отделены друг от друга тамбуром, переборками и дверями [16, 17]. Для тушения пожара в защищаемых помещениях применяются генераторы «ТОР-3000», в которых суммарная масса аэрозолеобразующего состава (кг) и их количество (шт.) определяются по формулам [18-20]: , (1) , (2) где - расчетный свободный объем защищаемого помещения; k - коэффициент запаса, k = 1,5; m - число генераторов аэрозоля; G01 - масса заряда огнетушащего состава генератора «ТОР 3000», кг; qн1 - нормативная концентрация огнетушащего состава генератора «ТОР 3000», кг/м3; - объем j-го воздухохранителя; Pa - атмосферное давление воздуха, МПа; - рабочее давление воздуха в j-м воздухохранителе, МПа; j - порядковый номер воздухохранителя; n - число воздухохранителей. Запас воздуха в воздухохранителях: м3. (3) Расчетный свободный объем машинного отделения определяется как м3. Поскольку запас воздуха в воздухохранителях составляет менее 30 % расчетного объема машинного отделения в расчете суммарной массы АОС, запас воздуха не учитывается [19]. Аналогичная ситуация складывается с остальными защищаемыми помещениями. Количество огнетушащего вещества в машинном отделении по (1) составит: кг. Количество генераторов «ТОР 3000» в машинном отделении по (2) составит: шт. Принимаем количество генераторов «ТОР 3000» в машинном отделении равным 9 шт. Расчетный свободный объем помещения ГРЩ составляет: м3. Количество огнетушащего вещества в помещении ГРЩ по (1) составит: кг. Количество генераторов «ТОР 3000» в помещении ГРЩ по (2) составит: шт. Принимаем количество генераторов «ТОР 3000» в помещении ГРЩ равным 3 шт. Расчетный свободный объем помещения мастерской и озонаторной станции составляет: м3. Количество огнетушащего вещества в помещении мастерской и озонаторной станции по (1) составит: кг. Количество генераторов «ТОР 3000» в помещении мастерской и озонаторной станции по (2) составит: шт. Принимаем количество генераторов «ТОР 3000» в помещении мастерской и озонаторной станции - 3 шт. Таким образом, в соответствии с расчетом в защищаемых помещениях будут установлены генераторы «ТОР 3000» огнетушащего аэрозоля в общем количестве 15 шт. Генераторы огнетушащего аэрозоля устанавливаются таким образом, чтобы обеспечить наиболее равномерное и быстрое заполнение защищаемых помещений огнетушащим аэрозолем с целью эффективного тушения пожара [15]. При рассмотрении помещений камбуза и кают-компании было принято решение не разрабатывать систему аэрозольного пожаротушения в связи с тем, что в этих помещениях отсутствует система кондиционирования, вследствие этого для проветривания помещения часто открыты окна, а для эффективности работы системы необходима герметичность помещения. Схема новой системы пожаротушения представлена на рис. 2 [21]. Рис. 2. Схема расположения оборудования пожаротушения: ДГ1 - главный дизель-генератор; ДГ2 - дизель-генератор основной; ДГ3 - дизель-генератор аварийный; ГЭД1-ГЭД2 - гребные электродвигатели; АП1- АП2 - электрические двухмашинные агрегаты; ГРЩ - главный распределительный щит; ТС1-ТС2 - токарные станки; РВ1-РВ2 - рабочие верстаки; ОС-1 - озонаторная станция При проектировании автоматизированной системы пожаротушения целесообразно выбрать комбинированные датчики пожарной сигнализации, так как они одновременно включают в себя элементы, чувствительные к теплу и дыму, что значительно повышает надежность системы в целом. При высоте помещения до 3,5 м контролируемая площадь одним извещателем составляет 18 м2. Для расчёта сечения кабеля необходимого для подключения всего оборудования рассчитывается общая нагрузка отдельных элементов [15]. При расчёте количества генераторов пожаротушения в зависимости от объема защищаемых помещений получаем их общее количество, равное 15 шт. В табл. 3 представлена спецификация оборудования, которое необходимо для организации автоматизированной системы пожаротушения [20]. Таблица 3 Спецификация оборудования новой системы пожаротушения Название Количество, шт. Блок управления системой аэрозольного объемного тушения (БУС АОТ) 1 Блок промежуточных реле (БПР) 1 Клеммная коробка 5 Генератор огнетушащего аэрозоля 15 Извещатель пожарный ручной 5 Датчик сигнала комбинированный 14 Светозвуковой оповещатель 5 Для монтажа оборудования новой системы пожаротушения необходимо произвести расчет его основных характеристик. Генератор огнетушащего аэрозоля имеет следующие основные характеристики: номинальная мощность генератора 16,8 Вт; напряжение 24 В; ток генератора 0,7 А. Согласно представленному выше расчету в защищаемые помещения необходимого установить 15 генераторов аэрозоля, следовательно, суммарная потребляемая мощность определяется по формуле: , (4) где n - количествогенераторов аэрозоля: Вт. В качестве комбинированных датчиков пожарной сигнализации целесообразно выбрать датчики отечественного производства ИП 212/101-4-А1R «Профи-ОТ» со следующими параметрами: номинальная мощность - 0,0016 Вт; напряжение питания - 24 В. Суммарная потребляемая мощность всех датчиков находится по формуле, аналогичной (4): Вт, где n - количество датчиков. Извещатель пожарный ручной ИПР 513-10 (с кнопкой, с крышкой): номинальная мощность кнопки - 0,0012 Вт, напряжение питания - 24 В. Находим суммарную потребляемую мощность всех извещателей по формуле, аналогичной (4): Вт, где n - количество извещателей Светозвуковой оповещатель ЭКРАН-М-СЗ-К1 «Аэрозоль, Уходи!»: номинальная мощность светозвукового оповещателя - 5,64 Вт; напряжение питания - 24 В. Находим суммарную потребляемую мощность всех оповещателей по формуле, аналогичной (4): Вт, где n - количество светозвуковых оповещателей БУС АОТ 1 может иметь в своем составе до 6 пусковых направлений, что позволяет построить систему АОТ, содержащую до 16 генераторов. Характеристики БУС АОТ: напряжение питания - 24 В; ток в дежурном режиме - 1 А; ток в режиме тушения - 3 А; на каждое пусковое направление номинальная мощность - 24 Вт. Характеристики блока промежуточных реле БПР 5,0: номинальная мощность - 72 Вт; напряжение питания 24 В; ток - 3 А. Для подключения перечисленного оборудования требуется рассчитать и подобрать кабель системы сигнализации. Следует выбрать кабель марки КНРЭК, который способен в процессе эксплуатации выдерживать радиальное гидростатическое давление до 1,96 атм. Расчёт сечения кабеля от основного (резервного) питанияк БУС АОТ 1. Определяем номинальную силу тока в цепи: , (5) где P - мощность электроприбора; U - напряжение питания; - коэффициент мощности (характеризует потери мощности), по умолчанию равен 0,92, А. Производится расчет сопротивления проводника: , (6) где dU - потери напряжения, не более 5 % (0,05); I - сила тока. Ом. Произведем расчет сечения токопроводящей жилы по формуле: , (7) где ρ - удельное сопротивление металла, (Ом×мм2/м): медь - 0,0175), алюминий - 0,028); l - длина проводника; R - сопротивление проводника. мм2. С учётом рассчитанного сечения выбирается кабель марки КНРЭК 2×1. Расчёт сечения кабеля от БУС АОТ к клеммникам АХ1, АХ2 и АХ3. Расчёт сечения кабеля от БУС АОТ к клеммной коробке АХ1: Определяются сила тока в цепи по (5), сопротивление проводника по (6) и сечение токопроводящей жилы по (7): А; Ом; мм2. С учётом рассчитанного сечения кабеля выбирается кабель марки КНРЭК 10×1,0. Расчёт сечения кабеля от БУС АОТ к клеммной коробке АХ2 и АХ3. Сначала определяется номинальная сила тока в цепи: , (8) где P -мощность электроприбора; U - напряжение в сети; n - количество оборудования; - коэффициент мощности (характеризует потери мощности), по умолчанию равен 0,92. А. Затем рассчитывается сопротивление проводника по (6) и сечения токопроводящей жилы по (7): Ом; мм2. С учётом рассчитанного сечения кабеля производится выбор кабеля марки КНРЭК 7´1,0. Данный кабель подключается от блока управления системы к клеммной коробке на запуск генераторов пожаротушения в ГРЩ. Этот же кабель подходит для подключения от блока управления системы к клеммной коробке на запуск генераторов пожаротушения в отделении мастерской и озонаторной. Расчёт сечения кабеля от клеммной коробки АХ1, АХ2, АХ3 к генератору огнетушащего аэрозоля. При подборе необходимого сечения кабеля возьмем максимальную длину проводника от клеммной коробки до генератора огнетушащего аэрозоля, равной 19,1 м. Определяются сила тока в цепи по (5), сопротивление проводника по (6) и сечение токопроводящей жилы по (7): А; Ом; мм2. Выбираем двухжильный кабель с экраном КНРЭК 2´1. Для подключения всех генераторов от клеммных коробок выбираем двухжильный кабель с экраном КНРЭК 2´1. Расчёт сечения кабеля от БУС АОТ к блоку промежуточного реле (БПР). Определяются сила тока в цепи по (5), сопротивление проводника по (6) и сечение токопроводящей жилы по (7): А; Ом; мм2. Выбираем двухжильный кабель с экраном КНРЭК 7´1. Расчет сечения кабеля от основного питания к БПР. Определяются сила тока в цепи по (5), сопротивление проводника по (6) и сечение токопроводящей жилы по (7): А; Ом; мм2. Выбираем двухжильный кабель с экраном КНРЭК 2´1. Расчет и подбор кабелей системы пожаротушения дали следующий результат: - на блок управления системой аэрозольного объемного тушения питание поступает от ГРЩ с помощью кабеля сечением 2´1, длиной 62 м; - на блок промежуточного реле питание поступает от ГРЩ с помощью кабеля сечением 2´1, длиной 15 м; - на блок промежуточного реле сигнал поступает от блока управления системой аэрозольного объемного тушения для подачи сигнала на светозвуковое табло и отключение вентиляции, используется кабель сечением 7´1, длиной 62 м; - на светозвуковое табло и отключение вентиляции питание поступает от блока промежуточного реле, используется кабель сечением 2´1, длиной 63,1 м; - к клеммной коробке питание поступает от блока управления системы, используются кабели сечением 7´1, длиной 124 м и сечением 10´1, длиной 124 м; - на генератор огнетушащего аэрозоля питание поступает от клеммной коробки, используется кабель сечением 2´1, длиной 699 м; - для питания датчиков сигнализации и кнопки предупреждения о пожаре питание поступает от аккумуляторной батареи к клеммной коробке, используется кабель сечением 2´1, длиной 10 м. Далее датчики сигнализации и кнопка оповещения на каждый блок охраняемой зоны подключаются параллельно, затем от каждой охраняемой зоны сигнал поступает к клеммной коробке, используется кабель сечением 2´1, длиной 91 м. От клеммной коробки сигнал поступает в рулевую рубку на блок управления системой, используется кабель сечением 2´1, длиной 65 м. Рис. 3. Схема расположения системы пожарной сигнализации Таким образом, общая длина кабеля марки КНРЭК 2´1 составляет 976 м, КНРЭК 7´1 - 186 м, КНРЭК 10´1 - 124 м. На рис. 3 представлена разработанная схема расположения элементов системы пожарной сигнализации (комбинированных датчиков и аварийных кнопок). Рис. 4. Принципиальная схема системы пожаротушения: G1/1-G3/3 - генератор аэрозоля; HA1-HA5 - светозвуковой оповещатель «Аэрозоль! Уходи!»; S1-S6 - извещатель пожарный ручной; H1-H15 - комбинированный датчик сигнала; AX1-AX4 - соединительный ящик; AK1 - блок промежуточных реле; AR1 - блок управления системой аэрозольного объемного тушения Согласно рассчитанному и подобранному оборудованию (источники питания, соединительные кабеля, комбинированные датчики, аварийные кнопки и др.) была разработана новая электрическая принципиальная схема взаимодействия элементов автоматизированной системы пожарной сигнализации и пожаротушения, которая предполагается к внедрению на судне 1519 земснаряд «Камский-407» (рис. 4) [19, 20]. Анализ экономической эффективности модернизации системы пожарной сигнализации и пожаротушения на судне проекта 1519 подтвердил целесообразность внедрения новой автоматизированной системы аэрозольного объемного пожаротушения (табл. 4) [19]. Таблица 4 Экономическая эффективность модернизации электрооборудования Показатели Обозначение Значения показателей Потребные капиталовложения, руб. ∆К 561 000 Прирост прибыли, руб. ∆П 171897 Увеличение рентабельности продукции, % ∆Р 32,36 Коэффициент эффективности капиталовложения Ек 0,34 Период окупаемости, лет Tок 3 года 2 месяца Заключение Пожарная безопасность - основная задача при обеспечении живучести судна, поскольку последствиями пожара могут быть порча имущества, гибель людей, загрязнение окружающей среды и затопление судна [3, 22-25]. Целью исследования являлось повышение эффективности работы системы пожаротушения судна 1519 земснаряд «Камский-407» с возможностью локализации и ликвидации пожара на начальной стадии. Для достижения поставленной цели были успешно решены следующие задачи: проведено исследование работы различных систем судна проекта 1519 земснаряд «Камский-407»; выявлены недостатки в работе установленной на судне системы пожаротушения; проведено изучение литературы по теме исследования, что позволило осуществить оптимальный выбор системы пожаротушения; проведен анализ существующих систем пожаротушения, применяемых на судах; подобрано оптимальное решение выявленной проблемы; проведены выбор и расчеты требуемого оборудования; разработаны схемы новых систем пожарной сигнализации и пожаротушения, которые были объединены в единую систему автоматического пожаротушения. Модернизация системы пожаротушения на судне проекта 1519 явилась экономически целесообразной, при этом срок окупаемости финансовых затрат на модернизацию составил 3 года 2 месяца. В статье представлены результаты решения актуальной задачи обеспечения пожарной безопасности судов на примере внутреннего водного транспорта. Решения, предложенные в результате исследований, имеют огромное практическое значение, поскольку могут быть применены не только на каком-то конкретном судне (земснаряд), но и на других видах водного транспорта. Следует заметить, что разработанные рекомендации по совершенствованию системы пожаротушения в силу своей универсальности могут быть применены даже на других видах неводного транспорта, например на железнодорожном.

Об авторах

Е. А Чабанов

Пермский национальный исследовательский политехнический университет

Е. В Чабанова

Пермский государственный аграрно-технологический университет им. акад. Д.Н. Прянишникова

Список литературы

Статистика

Просмотры

Аннотация - 83

PDF (Russian) - 50

Ссылки

• Ссылки не определены.