Підвищення ефективності локалізації пожеж нафтопродуктів на залізничному транспорті - Автореферат

Такі пожежі характеризуються підвищеною складністю, викликаною скупченням легкозаймистих і горючих рідин і небезпекою поширення пожежі на сусідні цистерни. Сучасний рівень розвитку обчислювальної техніки дозволяє розробити нові підходи до аналізу пожежної ситуації на залізничному транспорті, врахувати її особливості і побудувати математичні моделі, які більш точно описують тепловий вплив пожежі на цистерну з нафтопродуктом. Це дозволить керівникові гасіння пожежі визначити найбільш небезпечні шляхи поширення пожежі і виробити план її локалізації і ліквідації. Побудова моделі теплового впливу палаючої рідини, що розлилася, на залізничну цистерну з нафтопродуктом, яка враховує нерівномірність нагріву поверхні цистерни від пожежі, конвекційний і променевий теплообмін цистерни з факелом і навколишнім середовищем. Побудова імітаційної моделі пожежі на залізничному транспорті, яка дозволяє виявити найбільш небезпечні варіанти розвитку пожежі для рухомої або нерухомої цистерни на відкритій місцевості і для цистерни у вагонному депо.В спеціальній літературі наводиться характерний критичний час теплового впливу пожежі, здатний призвести до вибуху цистерни, втрати герметичності запірною арматурою, деформації рейок тощо, але такі оцінки не враховують площу горіння, вид речовини, що горить, відстань до осередку горіння, напрямок та швидкість вітру, що нахиляє факел. Труднощі для керівника гасіння пожежі на етапі локалізації пожежі становить визначення цистерн, які підлягають охолодженню. Існуючі на сьогодні моделі теплового впливу пожежі на цистерну з горючою рідиною виходять із припущення про рівномірність теплового потоку випромінюванням, що падає на частину стінки цистерни, оберненої в бік пожежі, і, отже, рівномірного нагріву цієї частини стінки. Існуючі моделі теплового впливу пожежі на цистерни або вертикальні сталеві резервуари розглядають конвекційний теплообмін стінки з газовим середовищем, що має температуру навколишнього середовища (якщо факел не торкається стінки) або температуру полумя (якщо факел торкається стінки). Для кожної з областей має місце рівняння теплового балансу: , , де ; - ступінь чорноти поверхні цистерни; , - теплоємність і щільність сталі; - товщина стінки цистерни; - площа області ; - температура області ; - площа взаємного опромінення між областями та ; - температура навколишнього середовища; - ступінь чорноти поверхні нафтопродукту; , - площі взаємного опромінення області з нафтопродуктом і факелом відповідно; , - ступінь чорноти і температура факела; - температура пароповітряної суміші в газовому просторі резервуара; , - коефіцієнти конвекційного теплообміну стінки цистерни з пароповітряною сумішшю і навколишнім середовищем відповідно.У роботі одержано нові науково обґрунтовані результати, які у сукупності забезпечують розвязання науково-практичної задачі підвищення ефективності локалізації пожеж нафтопродуктів на залізничному транспорті шляхом автоматизації управлінських рішень з використанням математичного опису цих процесів підвищеної точності. Побудовано математичну модель теплового впливу пожежі горючої рідини на залізничну цистерну з горючою рідиною, яка враховує нерівномірність нагріву її поверхні. Модель враховує теплообмін цистерни випромінюванням і конвекцією з пожежею і навколишнім середовищем. Дана модель є узагальненням граничних випадків: променевий теплообмін з факелом, віддаленим від цистерни, і теплообмін з полумям, яке контактує з цистерною. Побудовано імітаційну модель пожежі на залізничному транспорті, яка дозволяє виявити найбільш небезпечні варіанти розвитку пожежі в різних умовах: для цистерни на відкритій місцевості, що рухається або не рухається, для цистерни у вагонному депо.

2. ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

У роботі одержано нові науково обґрунтовані результати, які у сукупності забезпечують розвязання науково-практичної задачі підвищення ефективності локалізації пожеж нафтопродуктів на залізничному транспорті шляхом автоматизації управлінських рішень з використанням математичного опису цих процесів підвищеної точності.

1. Побудовано математичну модель теплового впливу пожежі горючої рідини на залізничну цистерну з горючою рідиною, яка враховує нерівномірність нагріву її поверхні. Модель враховує теплообмін цистерни випромінюванням і конвекцією з пожежею і навколишнім середовищем. Модель дозволяє одержати розподіл температур по поверхні цистерни в довільний момент часу. Показано, що використання традиційного підходу, що припускає рівномірний нагрів поверхні цистерни, зверненої у бік факела, веде до похибки близько 50% при прогнозуванні температури стінки цистерни.

2. З використанням теорії турбулентних струменів побудовано модель теплового впливу факела, сформованого висхідними потоками, на залізничну цистерну. Її особливістю є врахування променевого і конвекційного теплообміну цистерни з пожежею. Дана модель є узагальненням граничних випадків: променевий теплообмін з факелом, віддаленим від цистерни, і теплообмін з полумям, яке контактує з цистерною.

3. Експериментальна перевірка побудованої моделі засвідчила, що середня похибка при прогнозуванні максимальної температури цистерни складає близько 13%, а максимальна похибка не перевищує 24%.

4. Побудовано імітаційну модель пожежі на залізничному транспорті, яка дозволяє виявити найбільш небезпечні варіанти розвитку пожежі в різних умовах: для цистерни на відкритій місцевості, що рухається або не рухається, для цистерни у вагонному депо. В її основі лежить розвязання системи рівнянь теплового балансу цистерни чисельними методами.

5. Проведене імітаційне моделювання пожежі засвідчило, що у всіх випадках найбільшій небезпеці піддається суха стінка цистерни, нагрів якої до температури самоспалахування парів рідини може призвести до вибуху пароповітряної суміші в газовому просторі цистерни, або виникненню факельного горіння парів горючої рідини на дихальних пристроях. Побудована модель дозволяє виявити ділянки стінки, що нагріваються до критичної температури, і оцінити граничний час введення сил та засобів для початку охолодження цистерни.

6. Показано, що при пожежі у вагонному депо тепловий вплив на цистерну є більш інтенсивним порівняно з аналогічною пожежею, але на відкритій місцевості. Причиною тому є зростання температури повітря в приміщенні. З іншого боку, таке зростання температури є джерелом інформації про небезпечний фактор пожежі по температурі для датчиків первинної інформації системи ослаблення наслідків надзвичайної ситуації

7. Розроблено програмний комплекс моделювання і підтримки прийняття рішення при пожежі на залізничному транспорті, повязаної з горінням розливу горючої рідини. Програмний комплекс призначено для проведення штабних навчань, розробки оперативних планів пожежогасіння, вироблення плану локалізації і ліквідації пожежі в бойовій обстановці.

8. Порівняння методів прогнозування розвитку пожежі і вироблення рекомендацій з її локалізації, заснованих на використанні програмного комплексу і застосуванні експертного методу, показало, що використання розробленого програмного комплексу дозволяє підвищити ефективність локалізації пожежі на 28%, скоротивши при цьому кількість залучених сил та засобів на 38%.

1. Байтала М.Р. Идентификация параметров модели чрезвычайной ситуации на железнодорожном транспорте / М.Р. Байтала // Проблеми надзвичайних ситуацій. Зб. наук. праць УЦЗ України. - Х.: УЦЗУ, 2009. - Вип. 10. - С. 38-43.

2. Байтала М.Р. Математическая модель нагрева смоченной стенки цистерны с нефтепродуктом / М.Р. Байтала, И.Я. Криса // Проблемы пожарной безопасности. - Х.: УГЗУ, 2009. - Вып. 26. - С. 12-17.

3. Байтала М.Р. Математична модель пожежі нафтопродукту на залізничному транспорті / М.Р. Байтала // Пожежна безпека: теорія і практика: Збірник наукових праць. - Черкаси: АПБ ім. Героїв Чорнобиля, 2009. - №4. - С. 10-13.

4. Садковой В.П. Имитационное моделирование процесса определения динамического параметра датчика первичной информации системы ослабления последствий аварии / В.П. Садковой, В.В. Коврегин, М.Р. Байтала // Проблеми надзвичайних ситуацій. - Х.: УЦЗУ, 2008. - Вип. 7. - С. 105-110.

5. Садковой В.П. Моделирование теплового воздействия пожара на цистерну с нефтепродуктом / В.П. Садковой, М.Р. Байтала // Обєднання теорії і практики - залог підвищення оперативно-рятувальних підрозділів. Матеріали науково-технічної конференції. - Х.: НУЦЗУ, 2009. - С. 170-171.

6. Байтала М.Р. Тепловое воздействие факела, формируемое восходящими потоками, на цистерну с нефтепродуктами / М.Р. Байтала, В.П Садковой // Проблемы пожарной безопасности. - Харьков: НУГЗУ, 2010. - Вып. 28. - С. 27-32.