Полный текст

Введение Один из основных способов защиты персонала производственных объектов от опасных факторов пожара при его возникновении - это своевременная эвакуация людей из помещения, где возник пожар. Эвакуация считается своевременной, если люди успевают покинуть помещение до того, как опасные факторы пожара блокируют пути эвакуации. По этому условию оценивается вероятность эвакуации людей по эвакуационным путям, вероятность эвакуации людей из производственного помещения, оценивается потенциальный пожарный риск. По указанному условию могут быть изменены параметры технологического процесса, характер и условия труда работников на производственном объекте. Модель оценки времени эвакуации людей при пожаре Время эвакуации людей из помещения, где возник пожар tэi, с, складывается из двух параметров: времени движения людей по путям эвакуации и времени начала эвакуации [1-4]: (1) где τнэi - время начала эвакуации (ВНЭ), с; tэпi - время движения людей по i-му пути эвакуации (ЭП), с. Параметр tэпi определяется экспериментально при проведении учебной эвакуации на конкретном производственном объекте. Могут быть использованы сведения о скоростных и временных характеристиках движения людей, полученные в ходе экспериментов по учебной эвакуации на аналогичных объектах нефтегазовой отрасли. Например, информация, полученная в ходе эксперимента по учебной эвакуации работников газоперерабатывающего завода, описанного Ю.Н. Шебеко [5]. Величина tэпi может быть определена с помощью моделей движения людей в потоке, которые используются в противопожарном нормировании [1, 2, 6], если они будут адекватно описывать процесс эвакуации людей на конкретном производственном объекте с учетом особенностей трудового процесса, расположения временных и постоянных рабочих мест и других факторов. Параметр τнэi характеризует особенности поведения людей при пожаре. В настоящее время универсальный математический аппарат, который бы адекватно описывал τнэi на любом производственном объекте, не разработан [6]. Существующий метод определения τнэi в нормативных документах, по мнению ученых, требует серьезной доработки [2, 6], поскольку не отражает многих факторов, которые влияют на поведение людей при пожаре [2-18]. Как вариант авторами предлагается рассчитывать τнэi исходя из параметров, характеризующих психологические особенности людей, время срабатывания системы оповещения и управление эвакуацией (СОУЭ) и ее надежность [3, 4, 19-21]: τнэ = tсоуэ + tрч + tпр при Kг(соуэ) ≥ 0,95, (2) где tсоуэ - время срабатывания СОУЭ, с; tрч - время реакции человека, с; tпр - время принятия решения, с; Kг(соуэ) - коэффициент готовности СОУЭ. Величина tсоуэ определяется в ходе ее эксплуатационных испытаний. Величины tрч и tпр характеризуют психологические характеристики человека и определяются по справочным данным или в ходе тестирования персонала посредством компьютерных психодиагностических комплексов, которые используются в организациях и учреждениях в целях определения профессиональных качеств работников [4, 10]. Известны работы, в которых указаны величины tпр, зависящие от типа сигнала о пожаре (дым, пламя, сирена, сигнализация) [2, 6, 22-27]. Однако для использования их при расчете τнэi персонала конкретной организации или учреждения требуется дополнительная проверка. Поэтому целесообразнее пользоваться методами диагностики, которые указывали ранее. Величина коэффициента Kг(соуэ) ≥ 0,95 говорит о том, что СОУЭ имеет высокую надежность и обеспечит функцию оповещения людей о возникновении пожара. Тогда τнэi рассчитывается по формуле (2) при условии, что персонал проходит противопожарную подготовку должного уровня и действия работников соответствуют последовательности, характерной для человека - оператора системы «человек - машина» (см. табл. 1 в [28]). Если Kг(соуэ) < 0,95, считается, что СОУЭ недостаточно надежна для выполнения функции оповещения о пожаре. Такой случай реален, и его также следует рассматривать при оценке пожарной безопасности путей эвакуации. Как поступить в этом случае? Как вариант предлагается воспользоваться экспериментальными данными, характеризующими величину ВНЭ для конкретного контингента сотрудников. При их отсутствии величину τнэi предлагается принять в соответствии с методикой [1] для случая отсутствия СОУЭ в зданиях. Показатель пожарной безопасности пути эвакуации. Модели оценки вероятностей эвакуации людей Зачастую компоновка производственных помещений определяет организацию рабочих мест в ограниченных замкнутых пространствах, на верхних уровнях помещений, внутри технологического оборудования, коммуникаций. Выход людей на пути эвакуации с таких рабочих мест может оказаться трудоемким и значительно увеличить tэi [29]. Поэтому величина будет рассматриваться как случайная и меняться в зависимости от перечисленных условий. Пусть UЭi - параметр i-го события случайного изменения tэпi, с, MU - математическое ожидание UЭi, с, σU - среднеквадратичное отклонение UЭi, с, а изменение tэпi характеризуется усеченным нормальным распределением. Тогда выражение будет описывать случайное изменение времени эвакуации, в котором СU - коэффициент усечения усеченного нормального распределения UЭi. Основываясь на модели возникновения и развития опасности, разработанной В.А. Трефиловым [30, 31], преобразуем вышеуказанное выражение в модель оценки пожарной безопасности путей эвакуации: (3) где bэпi - показатель пожарной безопасности i-го эвакуационного пути; τбл - время блокирования эвакуационных путей опасными факторами пожара или их сопутствующими проявлениями, с; РU - вероятность возникновения UЭi. Область применения (3) охватывает следующие эвакуационные ситуации: 1. Движение людей при эвакуации внутри замкнутых ограниченных пространств (отсеки технических аппаратов, технологических конструкций, емкостей сосудов, воздуховодов, вентиляционных каналов и др.). Вероятность РU для данного случая определяется исходя из выражения РU = tсм/24, где tсм - время нахождения людей на рабочих местах в течение смены, если нахождение людей на указанных рабочих местах является нормальным трудовым процессом (осмотр, регулировка, контроль параметров и др.), ч. Если же нахождение людей связано с устранением неисправностей (ремонтом), то вероятность РU определяется исходя из закона надежности, описывающего вероятность отказа устройства, аппарата и другого оборудования. Иными словами, в случае возникновения отказа считается, что персонал примет меры по его устранению, т.е. будет находиться непосредственно там, где расположено техническое устройство. В случае демонтажа технического устройства для его восстановления вне пределов помещения, в отношении которого проводится оценка bэпi, величина tсм будет означать время замены технического устройства, определяемое в часах. 2. Движение людей при эвакуации с помощью приспособлений (спуск по вертикальным конструкциям зданий с помощью привязей или других страховочных приспособлений, спуск с подъемных сооружений и т.п.). Вероятность РU для данного случая определяется так же, как и в первом случае. 3. Выполнение действий по отключению электрооборудования, принудительной остановке технологического процесса, аварийного сброса пожароопасных веществ в аварийные емкости, запуск автоматических установок пожаротушения, спасение пострадавших. Здесь вероятность РU приравнивается 1, если оперативные действия являются обязанностью персонала и указаны в локальных нормативных документах (стандарты организации, инструкции, планы мероприятий по локализации и ликвидации аварий и т.п.). В противном случае РU определяется по результатам тестирования персонала, которое проводится в учреждениях и организациях для оценки профессиональных компетенций сотрудников. Принято допущение, что оперативные действия предпримут работники, имеющие высокую степень готовности к риску (методика Шуберта): (4) где Np(в) - количество работников, имеющих высокую степень готовности к риску; Nобщ - общее количество тестируемых. Пожарная безопасность пути эвакуации считается обеспеченной, если bэпi > 0. Определив величину bэп относительно каждого рабочего места, рассчитаем вероятность эвакуации людей по i-му пути эвакуации Рэпi по формуле [4] (5) где Nрмi (bэп ≤ 0) - количество i-х рабочих мест, выход людей с которых осуществляется на i-й путь эвакуации, не отвечающих принятому условию пожарной безопасности, т.е. bэп ≤ 0; Nрм - общее количество рабочих мест, имеющих выход на i-й путь эвакуации. Если для расчета Рэп используются методы имитационного моделирования и статистических испытаний, то Nрмi (bэп ≤ 0) в этом случае - это количество итераций, при которых bэп ≤ 0, а Nрмi - общее количество итераций. Величина вероятности эвакуации людей из производственного помещения РЭi находится по выражению [4] (6) где Nэп(bэп ≤ 0) - количество эвакуационных путей, которые не отвечают условиям пожарной безопасности, т.е. bэп ≤ 0; Nэп - количество всех эвакуационных путей в помещении; Kгi - коэффициент готовности i-й системы противопожарной защиты, функцией которой является обеспечение безопасности эвакуации людей. Некоторые виды огнетушащих веществ, которые используются в автоматических установках пожаротушения (АУПТ), могут оказывать вредное воздействие на людей, если они окажутся в зоне их действия [32]. Проверка безопасности путей эвакуации относительно воздействия огнетушащих составов АУПТ проводится следующим образом. По технической документации (проект, результаты огневых испытаний установки) определяется время выхода АУПТ на рабочий режим. Этот параметр подставляется вместо τбл в модель (3). Тогда формула (5) покажет вероятность воздействия на людей огнетушащих веществ АУПТ для конкретного эвакуационного пути, формула (6) - вероятность воздействия огнетушащих веществ АУПТ относительно всех эвакуационных путей производственного помещения. Метод построения сценария пожара При расчете τбл очень важно определить все возможные сценарии возникновения и развития пожара (далее - сценарий пожара, сценарий), которые могут возникнуть на производственном объекте, и выбрать из них наиболее опасные. Для выполнения этой задачи предлагается воспользоваться диаграммой Исикавы (далее - диаграмма пожара), которая позволит установить все возможные факторы и условия, способные образовать причинно-следственные связи для возникновения и развития пожара, а также условия, которые противодействуют развитию этого процесса [3, 4]. Совершенно очевидно, что каждый сценарий пожара будет обладать тои или иной мерой реализации на производственном объекте. Математическая модель, посредством которой оценивается мера реализации сценария пожара, выражена следующей формулой: (7) где dij - показатель опасности i-й стадии j-го сценария пожара; x(t)ij - текущее значение параметра, характеризующего опасное событие i-й стадии j-го сценария пожара; Cx - коэффициент усечения усеченного нормального закона распределения x(t)ij; Mx - математическое ожидание случайной величины x(t)ij; σx - среднеквадратичное отклонение случайной величины x(t)ij; Qx - вероятность возникновения x(t)ij; xдоп - допустимое значение x(t)ij. Cx, Mx, σx, Qx рассчитываются исходя из статистических данных. При их отсутствии указанные параметры определяются посредством использования методов имитационного моделирования и статистических испытаний. Таблица 1 Типовые характеристики x(t)ij, Qx и рекомендации по их использованию в модели (7) Характеристика x(t)i Наименование параметра x(t)i Выбор Qx Разрыв трубопроводов с взрывопожароопасными веществами вследствие возникновения скачка давления Величина давления в трубопроводе [33-36] На основе модели «нагрузка - прочность» [37] Толщина стенки трубопровода [33-36] На основе нормального распределения (характеризует постепенный отказ, старение материала) [38] Разрушение сосуда, резервуара, емкости, в которых содержатся взрывопожароопасные вещества Величина давления в сосуде, резервуаре, емкости [33-36] На основе модели «нагрузка - прочность» Толщина стенки сосуда, резервуара, емкости [33-36] Отказ, описываемый нормальным распределением Возникновение электрической дуги или искрения (короткое замыкание) в зоне образования горючей среды Величина тока в цепи электрооборудования При отказе электрооборудования выбирается экспоненциальное распределение При проведении электросварочных работ в качестве x(t)i выбирается величина расстояния от места проведения сварочных работ до участка производственного помещения, где образовалась горючая среда Вероятность проведения электросварочных работ в производственном помещении Нагрев частей оборудования, агрегатов, установок до температуры воспламенения горючего вещества Температура нагревающихся частей оборудования до температуры воспламенения горючего вещества. Параметр работы, оборудования, который достоверно способствует нагреву: частота вращения, величина тока и др. (определяется по служебной документации) Если нагрев частей установки, оборудования, агрегатов является нормальным состоянием при их функционировании, то Qx принимается равной 1. Если нагрев происходит вследствие отказа, то Qx принимается в зависимости от закона надежности для каждого типа отказов Последний множитель в модели (7) характеризует вероятность возникновения x(t)ij. Как правило, это функция надежности технического объекта (устройства, аппарата и др.), отказ которого достоверно приводит к аварии и впоследствии к пожару. В зависимости от характера распределения отказов указанный множитель может быть выражен следующими законами надежности: экспоненциальным законом, нормальным законом, гамма-законом и др. Если моделируется разрыв трубопровода, сосуда, резервуара, используется модель «нагрузка - прочность». В табл. 1 приведены характеристики x(t)ij, Qx которые предлагается использовать для построения сценариев пожара на производственных объектах. Для каждого сценария пожара, который моделируется по формуле (7), рассчитывается τбл. Самым неблагоприятным сценарием пожара, относительно которого будет оцениваться пожарная безопасность путей эвакуации, выбирается тот, при котором τбл составит самое меньшее значение из всех рассмотренных. Апробация научных разработок Показатель (3) апробирован при оценке пожарной безопасности путей эвакуации, расположенных в здании газоперекачивающих агрегатов (ГПА) Бардымского линейного производственного управления - филиала ООО «Газпром трансгаз Чайковский». На указанные пути эвакуации предусмотрен выход с рабочих мест персонала цеха, занятого обслуживанием агрегата и других технических устройств (рис. 1). Время движения людей по эвакуационным путям (ЭП) рассчитывалось исходя из следующих экспериментальных данных [5]: горизонтальные пути - 350 м/мин; вертикальные лестницы (спуск) - 48,5 м/мин; наклонные лестницы (спуск) - 100 м/мин. 2 4 1 3 Рис. 1. Рабочие места персонала цеха на площадке обслуживания газоперекачивающего агрегата: 1 - на площадке обслуживания пожарных извещателей (ПИ); 2 - в отсеках правой стороны ГПА; 3 - в отсеках левой стороны ГПА; 4 - в воздухозаборной камере Время срабатывания СОУЭ по результатам испытаний составило 4,5 с, коэффициент готовности Kг(соуэ) = 0,953, время tпр = 8,31 [25, 26], величина tрч =1,0 с. Тогда величина τнэ составит 13,81 с. Далее рассчитывается время движения людей по ЭП с учетом принятых к расчету скоростных характеристик (табл. 2). Таблица 2 Расчетные характеристики движения персонала по эвакуационным путям, расположенным на площадке обслуживания ГПА № рабочего места Время движения по ЭП от рабочего места до эвакуационного выхода, с 1 4,2 2 2,9 3 4,2 4 6 В качестве UЭ рассматривалось случайное время выхода людей на эвакуационные пути с рабочих мест. Величины MU и σU принимались по экспериментальным данным [29]. При выборке, равной 98 случаев выхода людей из пространства кожуха ГПА на ЭП, математическое ожидание MU и среднеквадратичное отклонение σU составили 10,16 и 4,23 с соответственно. При аналогичной выборке MU и σU время спуска людей с площадки облуживания пожарных извещателей составило 7,16 и 2,09 с соответственно. Полученные данные подставлялись в (3) относительно каждого эвакуационного пути: (8) (9) (10) (11) Время блокирования τбл является переменной, относительно которой оценивался bэп для каждого эвакуационного пути. Имитация UЭ(1), UЭ(2), UЭ(3) и UЭ(4) производилась с помощью датчика случайных чисел. Количество итераций составило 24 891 цикл (по правилу Чебышева) [21, 39-40]. Результаты расчета представлены в табл. 3. Апробация модели (7) и метода построения сценария пожара проводилась на примере аварии газоперекачивающего агрегата. Диаграмма пожара на ГПА приведена на рис. 2. Для построения диаграммы пожара использовались информация из эксплуатационной документации, сведения по отказам, о предпосылках к инцидентам, мнение специалистов. Расшифровка обозначений и сокращений, указанных на рис. 2, следующая: Рг(t) - текущее давление газа, МПа; Рг(доп) - допустимое давление газа, МПа; Рм(t) - текущее давление турбинного масла, МПа; Рм(доп) - допустимое давление масла, МПа; Nоб(t) - текущее значение частоты вращения турбины газотурбинного двигателя (ГТД) об/мин; Nоб(доп) - допустимое значение частоты вращения турбины ГПА об/мин; I(t) - текущее значение тока в электросети или электрооборудовании, А; Iдоп - допустимое значение величины тока в электросети, электрооборудовании, А; Kг(авв) - коэффициент готовности аварийно-вытяжной вентиляции (АВВ) цеха; Kг(сас) - коэффициент готовности системы аварийного слива (САС) масла в подземную емкость; Kг(сау) - коэффициент готовности системы автоматического управления (САУ); Kг(эс) - коэффициент готовности системы безопасности энергоснабжения (СБЭ); Kг(ао) - коэффициент готовности системы экстренного аварийного останова (ЭАО); Qг - вероятность возникновения события Рг (t) > Рг(доп); Qм - вероятность возникновения события Рм(t) > Рм(доп); Qкз - вероятность возникновения переходного сопротивления (короткого замыкания) в электрооборудовании. Таблица 3 Результаты оценки bэп(1), bэп(2), bэп(3), bэп(4) с рабочих мест рис. 1 Рабочее место 1 Рабочее место 2 τбл, с bэп(1) > 0 bэп(1) ≤ 0 Рэп (1) τбл, с bэп(2) > 0 bэп(2) ≤ 0 Рэп (2) 23,90 24 982 0 0,999 22,00 24 982 0 0,999 23,30 24 242 740 0,970 21,70 17 558 7424 0,702 23,15 17 888 7094 0,716 21,65 8095 16 887 0,324 23,00 4470 20 512 0,178 21,62 60 24 922 0,002 22,80 0 24 982 0,000 21,6 0 24 982 0,000 Рабочее место 3 Рабочее место 4 τбл, с bэп(3) > 0 bэп(3) ≤ 0 Рэп(3) τбл, с bэп(4) > 0 bэп(4) ≤ 0 Рэп (4) 23,60 24 982 0 0,999 26,20 24 982 0 0,999 23,10 23 964 1018 0,959 25,08 21 810 3172 0,873 23,04 11 911 13 071 0,476 25,00 13 756 11 226 0,550 23,00 3176 21 806 0,127 24,90 4661 20 321 0,186 22,80 0 24 982 0,000 24,80 0 24 982 0,000 Рис. 2. Диаграмма пожара в машинном зале компрессорного цеха. Красными стрелками обозначен анализируемый сценарий пожара Анализ диаграммы пожара позволяет заключить, что пожароопасная ситуация «образование горючей среды» в машинном зале цеха может реализоваться при выбросе из коммуникаций природного газа и (или) турбинного масла. Причиной выброса в первом случае является скачок давления Рг(t) > Рг(доп) в газопроводе топливной линии. Это описывается вероятностью Qг. При моделировании события Рг(t) > Рг(доп) учитывалось влияние на развитие пожароопасной ситуации аварийно-вытяжной вентиляции и действий персонала, которые описываются коэффициентом Kг(авв). Аналогичным образом моделируется выброс масла и маслопровода. Скачок давления в маслосистеме Рм(t) > Рм(доп) вызван засорением масляных фильтров и отказом предохранительного клапана. Их отказы описываются вероятностью Qм. Влияние защиты САС и действия персонала описываются коэффициентом готовности системы аварийного слива масла в подземную емкость Kг(сас). Пожароопасная ситуация «появление источника зажигания» реализуется тогда, когда произойдет образование электрической дуги в результате короткого замыкания I(t) > Iдоп в электрооборудовании. Причина возникновения события I(t) > Iдоп связана с ухудшением свойств изоляции, несрабатыванием автомата защиты, которые описываются Qкз. Неготовность системы безопасности энергоснабжения описывается коэффициентом готовности Kг(эс). Второй источник зажигания может реализоваться в том случае, если частота вращения силовой турбины ГТД превысит предельно допустимое значение Nоб (t) > Nоб(доп) и САУ окажется неготовой к остановке ГТД по сигналу аварии, персонал совершит ошибку или система экстренного аварийного останова не выполнит требуемую функцию. Для анализа выбран сценарий возникновения и развития пожара по ветви «выброс турбинного масла при разгерметизации маслопровода». По сценарию пожароопасная ситуация будет развиваться следующим образом: в результате засорения масляных фильтров произойдет нарастание давления масла в маслосистеме ГПА с последующим разрывом маслопровода на входе в маслобак. Выброс масла произойдет на площади 10 м2, в зоне которой находится промвал ГПА. Вследствие высокой частоты вращения силовой турбины область промвала нагрета до температуры самовоспламенения масла. Математическая модель сценария пожара (по стадиям) приведена ниже: (12) (13) Статистические испытания моделей (12), (13) показали реалистичность рассматриваемого сценария пожара, так как вероятность реализации стадий d11 и d12 превысила нулевое значение. Дерево событий сценария приведено на рис. 3. Заключение Таким образом, рассмотрены новые подходы к оценке пожарной безопасности путей эвакуации, новый метод построения сценариев пожара. Получены формула показателя пожарной безопасности путей эвакуации, модель оценки вероятности эвакуации людей по эвакуационным путям, модель эвакуации людей из производственного помещения и модель возникновения и развития пожара. Приведены примеры апробации перечисленных моделей на конкретном производственном объекте. Рис. 3. Дерево событий сценария пожара, возникшего в результате воспламенения масла от нагретых частей ГТД

Об авторах

Альберт Эрнестович Кирилов

Автор, ответственный за переписку.
Email: cever78@yandex.ru
617760, Россия, г. Чайковский, ул. Приморский бульвар, 30

инженер по промышленной безопасности

Константин Анатольевич Черный

Email: sms@pstu.ru
614990, Россия, г. Пермь, Комсомольский пр., 29

доктор технических наук, доцент, заведующий кафедрой безопасности жизнедеятельности

Список литературы

Статистика

Просмотры

Аннотация - 367

PDF (Russian) - 73

PDF (English) - 90

Ссылки

• Ссылки не определены.