Разгерметизация трубопровода ТХС на участке выхода со склада к приемным емкостям в корпусе очистки хлоридов на отметке 0,00.

Масса вышедшего ТХС из трубопровода будет составлять:

m= G+ /4 d²l (2.1)

где G - массовый расход ТХС при транспортировке через трубопровод.

G = /4 d^2-1 (2.2)

где /4=0,785;

диаметр трубопровода d= 0,076 м²;

плотность ТХС =1480 кгм^-3;

давление в трубопроводе P=4 ати;

длинна трубопровода l=240 м;

при ручном отключении задвижки ₁=300с;

при автоматическом отключении если вероятность отказа системы автоматики превышает 0,000001 в год и не обеспечено резервирование её элементов, ₂ =120с;

при автоматическом отключении если вероятность отказа системы автоматики не превышает 0,000001 в год или обеспечено резервирование её элементов, ₃ =3 с;

G=0,7850,076²1480(241,01310⁵1480^-1)^1/2=157 (кгс^-1)

тогда из формулы (2.1) получаем:

m₁= 48710 кг или 33 м³;

m₂= 20451 кг или 14 м³;

m₃= 2082 кг или 1,4 м³.

Согласно п 3.2 [1] розлив на твердом основании принимаем 1 л на1м².

Теоретическая площадь розлива составит:

F₁=33000 м²; F₂=14000 м²; F₃=1400 м².

Розлив ЛВЖ во всех случаях произойдет по всей свободной площади отделения ректификации.

Удельная пожарная нагрузка на 1м² площади помещения составит:

g_m= m/ F_св кгм^-2 (2.3); или

g_v= V/ F_св лм^-2 (2.4)

Время выгорания определим как отношение удельной пожарной нагрузки к скорости выгорания: = g/V_выгор (2.4); полученные расчетом данные сведем в таблицу 2.4

Таблица 2.4

Удельная пожарная нагрузка	Время выгорания ЛВЖ
Кг*м-2	Л*м-2	с	мин
50,6	3,42,	1533	25,5
21,2	1,43	642,4	10,7
2,16	0,15	65,5	1

Наиболее сложная обстановка возникнет при разгерметизации трубопровода на отметке 0,00 при условии отказа автоматического перекрывания задвижек. При этом произойдет розлив 48710 кг ТХС по всей свободной площади помещения. Удельная пожарная нагрузка составит 50,6 кгм^-2. Загорание быстро распространяется по всей площади розлива. Время полного выгорания ЛВЖ составит 25,5 мин.

Расчёт температурного режима пожара

Расчет температурного режима проводим согласно методике изложенной в источнике [].

Определяем поверхность теплообмена в помещении:

S= S_пола+ S_{перекрытий}+ S_стен (2.5)

S=1188+1188+(22*7*2+54*7)=3062 м²

Определяем плотность теплового потока

w=( V_выгор F_пож J) / (3,6 S) (2.6)

Где: w - плотность теплового потока;

V_выгор - массовая скорость выгорания кгм^-2ч^-1 0,0333600

F_пож - площадь пожара 963 м²

J - низшая массовая теплота сгорания 3,810⁶ джкг ^-1 =3,810³ кджкг ^-1

- коэффициент полноты сгорания найдём из уравнения сгорания трихлорсилана (2.7)

Основная реакция горения (подтверждённая результатами экспериментов проведённых в центральной заводской лаборатории ГХК) см. приложение 1 уравнение ():

HSiCl₃ + O₂ = SiO₂ + HCl + Cl₂ (2.7)

Без учёта побочных реакций принимаем, что для сгорания 135,5 кг ТХС требуется 32 кг кислорода. Содержание кислорода в воздухе 21%. Количество воздуха для сгорания 1 кг ТХС составит: 32/0,21=152,4 кг; 1 кмоль воздуха - 29 кг; на 1 кмоль ТХС необходимо 152,4/29=5,3 кмоль воздуха; на 1 кг ТХС необходимо 5,3/135,5=0,04 кмоль воздуха. 1 кмоль газа (н.у.) занимает объем 22,4 м³, тогда на сгорание 1 кг ТХС необходимо затратить 22,40,04= 0,9 м³ воздуха.

По приложению 5 [] коэффициент полноты сгорания =0,99

w = (0,990,03336009633800)/(3,63062) = 39,044 Втм²

Определяем коэффициент избытка воздуха:

Т.к. площадь горения велика, очень быстро, от лучистого тепла и роста температуры будет происходить разрушение остекления. Ориентировочно принимаем, что произойдёт разрушение остекления примерно на 80% его площади. Газообмен в помещении будет осуществляться через оконные проемы. Принимаем, что на приток будет работать 1/3 разрушенного остекления.

Площадь приточных отверстий составит:

F₁=0,8 F_{остекления} 1/3; F₁= 0,8540 /3 = 144м²

F₁/ F_пож = 144/963 = 0,15

коэффициент избытка воздуха определяется по кривой 4, а характер отношения F_пож / F_пола = 963/1188=0,81 по сплошной линии приложения 7 [6].

Коэффициент избытка воздуха =14

Данные заносим в таблицу 2.5.

Таблица 2.5

мин	1	2	5	7,5	10	12,5	15	20	25
Т С	40	60	90	125	150	170	185	200	210

На рис 4 построим график роста температуры в помещении.

Рост среднеобъемной температуры пожара

Характерной особенностью процесса горения ТХС является относительно невысокое значение среднеобъемной температуры в помещении. Это хорошо согласуется с тем фактом, что удельная теплота сгорания ТХС относительно низка. Она на порядок ниже по сравнению с углеводородами типа н-бутан (Для ТХС J=3,8х10⁶ Джкг^-1, для н-бутана J=4,6х10⁷ джкг -¹).

В реальных условиях температура будет выше т.к. температура кипения ТХС +31 С и при росте температуры увеличится интенсивность испарения и горения паров, помимо основной реакции горения будут протекать процессы образования тетрахлорсилана и воды пары которой вступят в реакцию гидролиза. Температурный предел деформации и разрушения основного конструктивного матариала колонн и резервуаров - стали вСт3Сп5 составляет +380 С. Температурный режим в помещении не достигает, но приближается к пороговому значению и при осложнении обстановки может быть лего преодолён. Трихлорсилан и тетрахлорсилан (кипящий при =57 С, находящиеся в сборниках и нижней части колонн под воздействием нарастающей температуры начнут интенсивно кипеть, что вызовет рост давления и возможные взрывы резервуаров. Это может привести к осложнению ситуации.

Основная задача прибывших первыми пожарных подразделений в кратчайшие сроки обеспечить охлаждение технологического оборудования в горящем помещении.

Зона возможного задымления, состав и токсичность продуктов горения

В соответствии с направлением розы ветров и расположения остекления корпуса наиболее опасная зона расположена на северо - восток. В этом направлении расположен энергоблок и отсутствуют производственные корпуса. Источники водоснабжения также не расположены в этом направлении.

Большое удаление промплощадки от городской жилой зоны, и расположение её с наветренной стороны исключают угрозу выбросов и загазованности для города. Однако для персонала завода и личного состава принимающего участие в тушении такая угроза актуальна.

Как сами хлорсиланы, так и продукты их сгорания и гидролиза опасны для человека. При горении выделяется газообразный хлор при горении и гидролизе выделяется также хлороводород. Согласно уравнению реакции 135 кг ТХС выделяют 36 кг хлороводорода и 71 кг хлора или (приведенные к стандартным условиям) по 22,4 м³ каждого газа. Теоретически при полном сгорании 48710 кг образуется по 8052 м³ каждого газа. При реакции гидролиза при тушении водой и в меньшей степени при применении ВМП дополнительно выделяется хлороводород.

В цель данной работы не входит расчет аварийно-спасательных работ но полученные количественные результаты, бесспорно, показывают необходимость работ по осаждению облака хлора и хлороводорода образующегося в результате пожара.

Оценка возможных действий персонала до прибытия первых пожарных подразделений

Учитывая большую площадь разлива и быстрое распространение горения по всей площади, следует однозначный вывод: персонал самостоятельно не способен ликвидировать загорание. Ждать полного выгорания ЛВЖ в помещении опасно, так как это способно привести к повреждению оборудования, взрывам, и выходу из строя техпроцесса на длительный срок. Химическое заражение персонал также не способен ликвидировать в связи с необходимостью применения большого количества приборов распыления воды для осаждения облака.

Персонал располагаемой на территории газоспасательной станции не имеет необходимого для тушения оборудования, а так как по проекту он не имеет транспортных средств его оперативность неудовлетворительна.

Основные действия персонала в случае аварии, должны быть направлены на принятие мер к перекрытию питающих трубопроводов, сливу в аварийную ёмкость наиболее опасных пожароопасных компонентов, продувку и заполнение аппаратов и трубопроводов азотом, открытию всех сбросных клапанов на «свечу» для понижения давления в аппаратах при нагреве. Также необходимо принять меры к ручному запуску АПТ, если она не сработала автоматически.

При оповещении по громкоговорящей связи, весь персонал должен надеть средства защиты и за исключением операторов КИП покинуть здание. На личный состав газоспасательной службы возлагаются обязанности обеспечить и проконтролировать эвакуацию персонала и обеспечить ручное отключение магистралей в случае отказа или разрушения автоматики. Из руководителей находящихся на объекте формируется объектовый штаб, который по прибытии пожарных подразделений взаимодействует со штабом пожаротушения. Целесообразно разработать порядок привлечения при аварийной ситуации, подразделений аварийно-спасательных отрядов и личного состава в/ч 96856 (бригады МЧС) дислоцированной на территории города Железногорска в 1995 году, и возложить на них задачу по ликвидации последствий химического заражения.

Все эти меры позволят использовать личный состав ГПС для действий связанных с непосредственной ликвидацией пожара и его последствий.

3. Тушение возможного пожара

Расчёт сил и средств по тушению пожара воздушно-механической пеной средней кратности (по рекомендации ВНИИПО).

По заказу Красноярского Горно-Химического комбината во ВНИИПО под руководством доктора технических наук В.И. Горшкова в 1992 году проведён анализ пожаровзрывобезопасности и разработаны рекомендации по обеспечению безопасности объектов складирования трихлорсилана.

В этой работе проведен анализ сценариев возможных аварий на складах хлорсиланов промышленных площадок №1 и №2, а также разгерметизация трубопроводов на наружных участках внутри и вне обвалования. При этом в случае разлива вне обвалования площадь разлива определялась по данным ВНИИПО, полученным на основе анализа аварии с проливом изопентана на железнодорожное полотно (Белгород, 1990 год). Согласно этим данным, 130 кг продукта проливается на 1м².

В случае аварии трубопровода внутри корпуса очистки хлоридов, трихлорсилан разливается на твёрдую поверхность, поэтому площадь розлива принимаем из условия: 1 литр на 1м² поверхности [1]. Площадь разлива соответственно будет намного больше.

Рекомендуемое огнетушащее вещество: воздушно-механическая пена на основе пенообразователя ПО-1Д. Рекомендуемые приборы подачи огнетушащего вещества: пеногенераторы ГПС-600 и пенные оросители типа ОПСР. Рекомендуемая интенсивность подачи раствора пенообразователя: 0,3 л_*м^-2_*с^-1 [].

Расчёт сил и средств для тушения возможного пожара в корпусе очистки хлоридов

Определяем требуемый расход огнетушащего вещества:

Q^тр = Q^тр_туш +Q^тр_защ

Q= F_*I

Q^тр_туш=Q^{тр рпо}_{туш *}0,94

Где: Q^тр - требуемый суммарный расход воды.

Q^тр_защ - требуемый расход воды на защиту.

Q^тр_туш - требуемый расход воды на тушение.

F - площадь (тушения или защиты).

I - интенсивность подачи огнетушащего вещества.

Q^{тр рпо}_туш - требуемый расход раствора пенообразователя в воде.

0,94 - коэффициент содержания воды в 6% растворе пенообразователя.

Q^{тр рпо}_туш =F_туш* I_рпо =963_*0,3=288,9 л_*с^-1.

Площадь тушения: F_туш = 963 м².

Интенсивность подачи раствора ПО-1Д: I_рпо = 0,3 л_*м^-2_*с^-1.

Q^тр_защ =F_защ1*I_защ1 +F_защ2*I_защ2 =265,8_*0,3+197_*0,15_*0,25=87,1 л_*с^-1.

Площадь защиты технологических установок 1 этажа:

F_защ1 =265,8 м².

Площадь защиты технологических установок 2 этажа: F_защ2 =197 м².

Интенсивность охлаждения технологических установок 1 этажа находящихся в зоне горения:

I_защ1 =0,3 л_*м^-2_*с^-1 (таблица 2.10.) [3].

Интенсивность охлаждения технологических установок 2 этажа:

I_защ2 =0,15_*0,25 (стр. 52) [3].

Q^тр_туш=288,9_*0,94+87,1=358,7 л_*с^-1.

Определяем необходимое количество технических приборов подачи огнетушащих средств:

N_гпс = F_туш /F ^гпс_туш

F^гпс_туш = Q_гпс / I_рпо

Расход раствора 1 пеногенератора ГПС-600: Q_{гпс 600}=6 л_*с^-1, ГПС-2000: Q_{гпс 2000} =20 л_*с^-1.

Площадь тушения 1 пеногенератора ГПС-600:

F ^{гпс 600}_туш =6/0,3=20 (м²),

Площадь тушения 1 пеногенератора ГПС-2000:

F ^{гпс 2000}_туш =20/0,3=67 (м²).

Число пеногенераторов ГПС-600: N_{гпс 600}=963/20=48

Число пеногенераторов ГПС-2000: N_{гпс 2000} =963/67=15

Число водяных стволов на защиту:

N_защ =Q^тр_защ/Q_ств

По тактическим соображениям целесообразно использовать для защиты 1 этажа стволы максимальной интенсивности (ПЛС-20 с диаметром насадка 32 мм Q_плс=28 л_*с^-1), расположив их вне здания с подачей компактных струй через проёмы остекления. Цель - максимально возможное охлаждение технологического оборудования в зоне воздействия огня. Для защиты 2 этажа возможно использование внутренних противопожарных кранов со стволами РСК-50

(Q_рск= 3,5 л_*с^-1).

Для защиты 1 этажа: N¹_защ =80/28=3 ствола ПЛС-20;

2 этажа: N²_защ =7,38/3,5=2,11 принимаем 3 ствола РСК-50.

Определяем фактический расход огнетушащих веществ:

Q^ф=Q^ф_туш+Q^ф_защ

Где: Q^ф_туш =N_{гпс *}Q_гпс; Q^ф_защ=N¹_защ*Q_плс+N²_защ*Q_рск

Для ГПС-600: Q^ф_туш =48_*6=288 л_*с^-1 раствора пенообразователя.

Для ГПС-2000: Q^ф_туш =15_*20=300 л_*с^-1 раствора пенообразователя.

Для защиты: Q^ф_защ=3_*28+3_*3,5=94,5 л_*с^-1 воды.

Максимальный фактический расход воды составит: Q^ф=300_*0,94+94,5=377 л_*с^-1; пенообразователя: Q^ф_по= 300_*0,06=18 л_*с^-1.

Рассчитаем необходимый запас огнетушащих веществ:

Для нужд пожаротушения мы можем использовать пожарные гидранты сети наружного противопожарного водоснабжения, в том числе: 3 ПГ расположенных на кольцевой магистрали диаметром 500 мм; 2 ПГ на кольцевой магистрали диаметром 250 мм; 1 ПГ на тупиковой магистрали диаметром 400 мм; 3 градирни оборотного водоснабжения; 2 пожарных водоёма по 500 м³. Вывод: запроектированные сети обеспечивают требуемый расход для нужд пожаротушения.

Требуемый запас пенообразователя с учетом резерва:

V_по = Q^ф_по* 60_*t_р*K_з = 18_*60_*30_*3=97200 л.

Где: Расчётное время тушения ВМП t_р =30 мин; коэффициент запаса (разрушения пены): K_з =3 [3].

Требуемое количество пожарных автомобилей основного назначения:

N_ац =Q^ф/ Q_нас = 377/40_*0,8=12

Где: 40 л_*с^-1 паспортная производительность пожарного насоса ПН 40у

0,8 коэффициент износа и потерь.

Численность личного состава по ведению боевых действий (без учета резерва звеньев ГДЗС):

Минимальная численность при ручной подаче пеногенераторов:

N_лс=N_{гпс *}2+N_{плс *}2+N_{рск *}2+N_{ац *}3

N_отд = N_лс/5

N_{гпс *}2 - число пеногенераторов по 2 бойца на каждый (при подаче с помощью гребёнок при использовании спецтехники количество бойцов будет меньше, и более безопасно и тактически эффективно).

N_{плс *}2 - число лафетов охлаждения по 2 бойца на каждый.

N_{рск *}2 - число стволов РСК охлаждения по 2 бойца на каждый (2 звена ГДЗС подают 3 ствола).

N_{ац *}3 - число основных автомобилей с водителем, постовым поста безопасности, пожарным на разветвлении.

При подаче ГПС-600 N_лс=48_*2+3_*2+3_*2+12_*3=144 человека, 29 отделений.

При подаче ГПС-2000 N_лс=15_*3+3_*2+3_*2+12_*3=93 человек, 19 отделений.

С резервом звеньев, число отделений возрастет на 1/3 и составит 38 и 25 отделений соответственно.

По результатам расчётов можно сделать следующие выводы:

Предусмотренное гарнизонное расписание выездов не обеспечивает необходимое количество сил и средств для проведения пенной атаки.

Время следования для подразделений прибывающих по вызову №2 и особенно по вызову №3 превышает время выгорания разлившегося трихлорсилана.

Пенную атаку целесообразно проводить только при наличии расчётного количества сил и средств, подготовки необходимого запаса пенообразователя. Подразделения, которые участвуют в подготовке пенной атаки и прибывают раньше остальных, не могут быть задействованы для других работ, следовательно, используются нерационально. При достаточном количестве сил и средств задействованном для защиты здания и оборудования, грамотных действиях персонала по аварийному опорожнению емкостей и колонн с ЛВЖ, перекрытию задвижек поступления горючих веществ в корпус очистки хлоридов выгорание разлившегося вещества произойдет раньше начала пенной атаки.

При тушении стоящими на вооружении гарнизона пеногенераторами ГПС-600 количество генераторов не соответствует расчетному, следовательно, необходимо приобретать и вывозить их дополнительный запас. Количество отделений также значительно превосходит возможности гарнизона даже с привлечением сил и средств из краевого центра и 100% использованию резерва техники и дополнительному сбору личного состава свободного от службы.

Количество вывозимого в боевом расчёте пенообразователя намного меньше требуемого. В реальных условиях его может понадобиться даже больше расчетного с учетом того, что пенная атака должна проводится одновременно с охлаждением технологического оборудования компактными струями и коэффициент разрушения пены необходимо увеличить до пяти. Тогда пенообразователя потребуется 162000 литров вместо 97200. Такое количество пенообразователя невозможно вывозить, следовательно, необходимо предусмотреть утепленные или обогреваемые емкости для хранения пенообразователя на объекте.

Применение пеногенераторов ГПС-2000 значительно снижет требуемое количество личного состава. При условии создания на объекте дополнительной пожарной части, возможно, обеспечить расчётное количество сил и средств. Но необходимо дополнительное вооружение всех подразделений пеногенераторами ГПС-2000, причем городские части не смогут вывозить их в боевом расчёте. Нужно будет определить порядок хранения и использования ГПС-2000 на объекте.

В рекомендациях ВНИИПО не учитываются химические особенности процессов протекающих при тушении трихлорсилана. Он в основном рассматривается как ЛВЖ с низкой температурой кипения по свойствам близким к горючим газам. Но очень важно учитывать процессы гидролиза, протекающие при взаимодействии трихлорсилана с водой содержащейся в воздушно механической пене. Процессы гидролиза достаточно подробно описаны в работе [4]. В результате проведенных исследований установлено, что гидролиз трихлорсилана - экзотермическая реакция, сопровождающаяся испарением 5-25% исходного и частично гидролизованного продукта представляющего горючие пары. Кроме этого выделяется негорючий, но токсичный хлороводород и образуется 4-15% водорода. Уравнение реакции гидролиза имеет вид: H-Si-Cl₃ + 5/2H₂O = H-Si(OH)₃ + 3HCl

Образующиеся продукты легко конденсируются с выделением воды и образованием соединений с - Si-O-Si - связями. Эти соединения, взаимодействуя с пеной, заполняют межпузырьковые прослойки и способствуют образованию негорючего слоя.

Практический опыт тушения пеной розлива смеси гидрохлорсиланов, основным компонентом которой являлся трихлорсилан, на химкомбинате в городе Усолье-Сибирское, показал, что при этом на поверхности образуется негорючая корка, под поверхностью которой продолжается горение, местами прекращающееся и возникающее вновь. Горючие пары и газы периодически взламывают корку и воспламеняются, а пена свободно растекается по ней, и не обеспечивает эффективного тушения. Личный состав после неудачной попытки применил компактные и распыленные водяные струи и не смотря на увеличение интенсивности горения быстро ликвидировал загорание.

Всё вышеперечисленное позволяет сделать вывод о том, что тушение трихлорсилана воздушно-механической пеной средней кратности может оказаться неэффективным, требующим больших экономических затрат, перевооружения гарнизона, привлечения большого количества дополнительных сил и средств.

По соображениям экономической целесообразности в данной работе я не провожу расчёты тушения порошковыми составами, так как на вооружении гарнизона имеется единственный автомобиль порошкового тушения АП-5 дислоцирующийся в пожарной части №1 в 16,5 км от данного объекта.

Расчет сил и средств по тушению пожара распылёнными и компактными струями воды

Вода, несмотря на появление всё новых, всё более эффективных огнетушащих средств и составов остаётся основным, наиболее используемым в пожаротушении веществом. Её достоинства в доступности, дешевизне, простоте применения, физико-химической уникальности действия.

Учитывая физические и химические особенности трихлорсилана, следует предположить, что тушение его водой является наиболее эффективным и экономичным решением. Во-первых, плотность трихлорсилана (1480 кг_*м^-3) больше плотности воды, следовательно, вода будет растекаться по его поверхности, уменьшая площадь горения. Во-вторых, трихлорсилан интенсивно гидролизуется водой. Значит вся вода, в том числе используемая на защиту, стекая, вступает в реакцию гидролиза и также участвует в уменьшении количества горючей жидкости, значит и в тушении. Низкая температура кипения (+31⁰С) обуславливает усиление испарения, при повышении температуры при гидролизе и горении. Распыленная вода осаждает хлороводород и другие токсичные продукты горения и гидролиза, а также разлагает трихлорсилан в газообразной фазе. К отрицательным факторам следует отнести рост интенсивности и температуры горения, токсичность продуктов гидролиза и сгорания. Влияние негативных воздействий, возможно компенсировать увеличением интенсивности подачи воды на защиту оборудования и тушение. Чем больше подача воды в компактной и распыленной форме, тем быстрее будет ликвидировано горение. Увеличение расхода воды на тушение, в отличие от пенной атаки, возможно вести поэтапно, по мере прибытия пожарных подразделений.

Рекомендуемая интенсивность тушения трихлорсилана распыленной водой 0,3 л_*с^-1_*м^-2 []. Рекомендуемая интенсивность охлаждения оборудования в зоне воздействия горения также

0,3 л_*с^-1_*м^-2 (таб. 2.10.) [].

Расчет сил и средств.

Расчет сил и средств проведем для тушения двумя видами огнетушащих приборов:

А - тушение с помощью переносных лафетных стволов с насадками НРТ-20

Б - тушение с применением ручных стволов РС-70 с насадками НРТ-10

1. Определяем требуемый расход огнетушащего вещества:

Q_тр = Q_тр^туш + Q_тр^защ; ()

Q = F * I, ()

где, Q_тр - требуемый суммарный расход воды;

F - площадь тушения или защиты;

I - интенсивность подачи огнетушащего вещества;

F_туш = h_туш * P_туш, ()

где, h_туш - глубина тушения прибора:

А: 10 м;

Б: 5 м.

Р_туш - периметр тушения (с учетом глубины тушения):

А: Р_туш = 54 - 10 * 2 = 34 м

Б: Р_туш = 54 - 5 * 2 = 44 м

F_туш - площадь тушения будет составлять:

А: 10 * 22 * 2 + 10 * (54 - 10 * 2) = 780 м²

Б: 5 * 22 * 2 + 5 * (54 - 5 * 2) = 440 м²

Параметры для защиты принимаем такие же, как в разделе 3.1, т.к. защита в случае тушения пеной средней кратности и в случае тушения водой требует аналогичных тактических решений.

Тогда:

для варианта А: Q_туш = 0,3 * 780 = 234 - принимаем 240 л * с^-1;

Q_тр = 240 + 87,1 = 327,1 - принимаем 330 л * с^-1.

для варианта Б: Q_туш = 0,3 * 440 = 132 л * с^-1;

Q_тр = 132 + 87,1 = 219,1 - принимаем 220 л * с^-1.

2. Определяем количество приборов, необходимых для тушения и защиты:

N_пр = F / F_пр; ()

F_пр = Q_пр / I, ()

где: N_пр - число приборов тушения;

F - площадь (защиты или тушения);

F_пр - площадь работы (защиты или тушения) прибора;

Q_пр - расход огнетушащего вещества прибором;

I - требуемая интенсивность подачи огнетушащего вещества.

Применение стволов «А» для защиты аппаратов и оборудования первого этажа нецелесообразно, в связи с небходимостью применения мощных струй, которые должны пробивать зону возможного горения и обеспечивать охлаждение оборудования с заданной интенсивностью. Количество и вид приборов для защиты принимаем в соответствии с расчетами проведенными в п. 2 раздела 3.1.

Таким образом, требуется 80 л*с^-1 на защиту первого этажа и 7,4 л*с^-1 от внутренних пожарных кранов на защиту второго этажа. Обеспечить необходимый расход возможно, используя 3 ствола ПЛС-20 с диаметром насадка 32 мм и расходом 28 л * с^-1 и 3 ствола РСК-50 от внутренних пожарных кранов второго этажа.

Рассчитаем количество приборов для тушения:

Для варианта А: F_плс^туш = 20 / 0,3 = 66,6 м²;

N_плс = 780 / 66,6 = 11,7 - принимаем 12 ПЛС-20.

Для варианта Б: F_стА = 10 / 0,3 = 33,3 м²;

N_стА = 440 / 33,3 = 13,2 - принимаем 14 стволов «А».

3. Определяем фактический расход огнетушашего вещества.

Q_ф = Q_ф^туш + Q_ф^защ ()

Q_ф^туш = N_пр * Q_пр ()

где: Q_ф - фактический расход воды, необходимый для тушения пожара.

Фактический расход воды на защиту составит:

Q_защ= Q_защ1+Q_защ2; ()

Q_защ = 28*3+3,5*3 = 84+10,5 = 94 л*с^-1.

Для проверки систем противопожарного водоснабжения завода учитываем расход только от наружных сетей, считая, что внутренние ПК водой обеспечены.

Тогда:

для варианта А: Q_туш = 12 * 20 = 240 л * с^-1;

Q_ф = 240 + 84 = 324 л * с^-1;

для варианта Б: Q_туш = 14 *10 =140 л * с^-1;

Q_ф = 140 + 84 = 224 л * с^-1.

4. Определяем необходимый запас огнетушащего средства и обеспеченность им объекта.

На объекте имеется 10 пожарных гидрантов. Из них, для целей пожаротушения, целесообразно использовать 8, из которых:

4 ПГ - установлены на кольцевой сети диаметром 500 мм;

2 ПГ - установлены на кольцевой сети диаметром 250 мм;

1 ПГ - установлен на тупиковой сети диаметром 400 мм;

1 ПГ - установлен на тупиковой сети диаметром 250 мм.

Максимальная водоотдача сети в соответствии с гидравлическим расчетом, проведенным капитаном внутренней службы Аноприевым М.А. составит:

для сети К-500 - 570 л*с^-1;

для сети К-250 - 150 л*с^-1;

для сети Т-400 - 200 л*с^-1;

для сети Т-250 - 75 л*с^-1.

Максимальнй расход воды от одного ПГ составляет 40 л*с^-1, фактический расход составит 20 и 24 л*с^-1. Следовательно, сети ППВ обеспечивают требуемый расход воды для тушения пожара.

По тактическому замыслу, предусмотрено использовать для целей пожаротушения, градирни оборотного водоснабжения (с запасом воды 864 м³) и пожарные водоемы объемом 500 м³.

Продолжительность работы при подаче воды из водоемов определим по формуле (5.6) []:

_раб = 0,9*V_вод / N_пр * Q_пр * 60; ()

На градирню установим ПНС-110, которая по двум магистральным линиям через четырехходовые разветвления способна обеспечить работу 4-х ПЛС-20 или 8 стволов РС-70. На водоем 500 м³ будет установлен АА-60, который обеспечит работу СЛС-60 КС или двух ПЛС-20 (с насадками 28 мм) на защиту 1 этажа.

Время работы ПНС-110 от градирни составит:

0,9*864*1000 / 80*60=162 мин.

Время работы АА-60 от водоема составит:

0,9*500*1000 / 60*60=125 мин.

Теоретическое время тушения ТХС не превышает времени его выгорания и составит не более 25 мин. Фактическое время тушения с учетом химических свойств ТХС (см. приложение 1) будет намного меньше. Это позволяет сделать вывод, что объект водой обеспечен.

При расчетах учитывается теоретическая пропускная способность сетей ППВ и пятикратный запас воды в водоемах.

5. Определяем требуемое количество пожарных автомобилей основного назначения.

В соответствии с тактическими возможностями АЦ-40, находящимися на вооружении гарнизона г. Железногорска, от одной АЦ возможно подать 1 ПЛС-20 или 2 ствола РС-70. Требуемое количество пожарных машин определяем в соответствии с формулой (5.8) []:.

N_ац = N^общ_пр / N^сх_пр,

гд N_ац - число автомобилей основного назначения;

N^общ_пр - общее количество приборов тушения;

N^сх_пр - количество эквивалентных по типу приборов в схеме подачи огнетушащих средств.

В таком случае количество АЦ, необходимых для тушения составит:

для варианта А: 12/1=12 ПА,

для варианта Б: 14/2=7 ПА,

количество АЦ для защиты составит: 3/1=3 ПА, для обоих вариантов.

Учитывая возможность привлечения для защиты автомобиля «Ураган» АА-60, который, используя станционарный лафетный ствол СЛС-60 КС, способен заменить 2 ПЛС-20, количество пожарных машин основного назначения, привлекаемых для тушения, составит:

для варианта А: 13 АЦ-40, 1 АА-60;

для варианта Б: 8 АЦ-40, 1 АА-60.

6. Определим предельные расстояния подачи огнетушаших средств от автомобилей, установленных на водоисточники.

Предельные расстояния определяем в соответствии с формулой (5.10) [].

l_пр = [H_н - (H_р + Z_м + Z_пр)] * 20 / (S *Q²), ()

где: l_пр - предельное расстояние по подаче воды, м;

H_н = 100 м - напор на насосе (по ТТХ);

H_р = 70 м - напор у разветвления (Н_р=Н_пр+10, Н_пр=60 м);

Z_м = 5 м - высота подъема местности;

Z_пр = 0 м - наибольшая высота подъема прибора;

S = 0,015 м - сопротивление пожарного рукава (табл. 4.5 []) диаметром 77 мм;

Q = 10 л*с^-1 - расход воды в наиболее нагруженной линии,

(1/2 расхода ПЛС-20 с насадком НРТ-20).

Тогда: l_пр = [100 - (70+5+0)] * 20 / (0,015*100) = 333 м.

Все пожарные водоемы и гидранты, расположенные на территории ЗППК, кроме ПГ N2, который удален на 360 м, можно использовать для установки пожарных автомобилей, без перекачки воды.

7. Определяем численность личного состава для проведения действий по тушению пожара.

Общую численность личного состава определяем путем суммирования числа людей, занятых на выполнении различных видов боевых действий. Ориентировочные нормативы требуемого количества личного состава принимаем в соответствии с данными стр. 172 []:

N_лс = N^туш_ст + N^защ_ст + N^защ_гдзс + N_ац + N_пб + N_рл, ()

где: N_лс - общая численность личного состава;

N^туш_ст - число ствольщиков, участвующих в тушении (3 на 1 ПЛС, 2 на 1 РС-70);

N^защ_ст - число ствольщиков, участвующих в защите первого этажа (по 3 на 1 ПЛС);

N^защ_гдзс - число ствольщиков, защищающих второй этаж (2 звена ГДЗС по 3 человека);

N_ац - водители, контролирующие работу насосно-рукавных систем (по 1 на 1 АЦ);

N_пб - постовые на посту безопасности (на каждое звено - 1, на каждое отделение, работающее снаружи - 1);

N_рл - работающие на разветвлениях и контролирующие рукавные линии (по 1 на АЦ-40).

Тогда:

для варианта А: N_лс = 12*3+1*3+2*3+14+14+14= 87 человек;

для варианта Б: N_лс = 14*2+1*3+2*3+9+9+9= 64 человека.

В соответствии с требованиями [] на 3 работающих звена ГДЗС необходимо 1 резервное. Учитывая необходимость включения в сизод всех работающих в непосредственной зоне возможной загазованности СДЯВ общая численность личного состава включая резерв ГДЗС составит:

для варианта А: N_лс = 87*1.3=113 человек;

для варианта Б: N_лс = 64*1.3=83 человека.

8. Определяем требуемое количество отделений основного назначения.

N_отд = N_лс / 5 ()

Для варианта А: N_отд = 113 / 5 = 23 отделения.

Для варианта Б: N_отд = 83 / 5 = 17 отделений.

Результаты расчета отобразим на совмещенном графике рис.

Анализ полученных резезультатов

Учитывая результаты расчета сил и средств, гарнизонное расписание выездов, время прибытия подразделений и их тактические возможности (табл. 3.2), можно сделать вывод, что для тушения возможного смоделированного пожара:

- по варианту А - сил и средств недостаточно;

по варианту Б, при привлечении дополнительного отделения на АЦ-40, сил и средств достаточно, но время прибытия и развертывания значительно превышает время выгорания ЛВЖ, поэтому применение этого варианта теряет смысл.

Решение тактической задачи можно найти, исходя из химических свойств вещества, которое мы тушим.

В соответствии с уравнением () приложения 1, для гидролиза 135,5 кг трихлорсилана, необходимо 45 кг воды. Для гидролиза 48710 кг ТХС необходимо 48710*45/135,5=16177 кг воды. С учетом выгорания ТХС к моменту развертывания сил и средств, теоретически необходимое количество воды будет меньше. Для гарантированного гидролиза необходимо, как минимум, пятикратное количество воды. Вся вода, используемая для защиты оборудования первого этажа и тушения розлива ЛВЖ, примет участие в гидролизе ТХС и осаждении хлора и хлороводорода.

По прибытию, главная задача пожарных подразделений - обеспечить охлаждение технологического оборудования 1 этажа для предотвращения его разрушения и угрозы взрывов.

Время введения сил и средств найдем по формуле ():

_сс = _обн + _св + _сл + _бр ()

где: _сс - время ввода сил и средств;

_обн = 1 мин - время обнаружения и сообщения, при наличии АПС;

_св = 4 мин - время сбора и выезда, с учетом надевания костюмов Л-1 и включения в СИЗОД;

_сл - время следования, исходя из расстояния до объекта L и нормативной или фактической скорости движения ПА - V.

Нормативная скорость следования для загородных дорог с твердым покрытием принимается 60 км*ч^-1, реальная скорость движения ПА по территории завода будет не более 50 км*ч^-1, фактическая скорость АЦ-40 (131), находящихся на вооружении ПЧ-9, составляет не более 35 км*ч^-1.

Тогда: _сл = 60 * L / V. ()

Расстояние до корпуса очистки хлоридов от ПЧ-9 составляет 2,5 км.

_бр - время боевого развертывания принимаем на основании приложения 10 []. Для подачи отделением ПЛС-20 от установленной на ПГ автоцистерны полным боевым расчетом _бр составит 2 мин. Подача лафетного ствола от АА-60 без установки на водоисточник возможна без боевого развертывания - «с колес». Подача ствола РС-70 от АЦ-40 с установкой на ПГ, также составит 2 мин.

Рассчитаем время введения первых стволов на защиту технологического оборудования дежурным караулом ПЧ-9 (вариант предусмотренный проектом):

_сс = 1+4+(60*2,5/60)+2 = 9,5 мин.

Фактическое время составит:

_сс = 1+4+(60*2,5/35)+2 = 11,3 мин.

Время прибытия следующего подразделения - второго отделения ПЧ-1, составит:

_сс = 1+4+(60*16,5/60)+2=23,5 мин.

Все остальные подразделения прибывают позже времени полного выгорания ТХС.

Согласно требований нормативных документов, время оперативного реагирования пожарных подразделений для опасных и особо важных объектов, не должно превышать 5-7 минут.

На основании проведенных расчетов, требований нормативных документов, а также анализа и прогноза оперативной обстановки выполненной в работе майора внутренней службы Дубровина В.В., доказана необходимость создания на заводе ПКК пожарной части, кроме того, для организации противопожарной защиты ряда объектов ИХЗ ГХК, необходимо создать отдельный пост, в составе отделения на АЦ-40, дислоцирующийся в пожарном депо бывшей ПЧ-2.

Предлагаемое распределение пожарной техники отображено в таблице.

Распределение пожарной техники по пожарным частям, охраняющим объекты промышленной площадки ИХЗ ГХК

Пожарное депо	Виды пожарных машин
	Основные ПА	Специальные ПА	Вспомогательные
	Общего назначения	Целевого применения
	АЦ-40	ПНС-110	АА-60	АЛ, АКП	АР	БРДМ	Автомобиль грузовой
ПЧ-9	2 (3)			1		1	1
Отдельный пост ПЧ-9	1
ПЧ ЗПКК	2 (2)	1	1		1		1

Комплектование ПЧ по охране завода ПКК пожарной техникой обусловлено необходимостью обеспечения полномасштабных действий I этапа ликвидации наиболее крупного и сложного пожара, возможного на охраняемом объекте. При этом предполагается передать в ПЧ ЗПКК часть техники из ПЧ-9, в том числе автомобиль аэродромного тушения, пожарную насосную станцию и рукавный автомобиль, в ПЧ-9 произвести замену МШТС на АКП-30. Так как комплектование ПЧ-9 техникой проводилось с учетом перспективы строительства полного комплекса РТ-2, а в настоящее время окончание строительства и ввод в эксплуатацию РТ планируется не ранее 2015-2020 гг. использование этой техники более целесообразно для охраны завода ПКК. Дислокация пожарного депо ПЧ ЗПКК позволит в случае необходимости использовать специальную технику при тушении пожаров на объектах РТ-2. Замена МШТС на АКП-30 обусловлена архитектурно-строительными особенностями, в частности высотой зданий, как на заводе ПКК, так и на РТ-2.

В боевой расчет дежурного караула ПЧ ЗПКК предлагается ввести 2 АЦ, АА-60, ПНС-110 и

АР-2. При этом выполнение специальных работ обеспечивается личным составом отделений на АЦ.

Предполагаемая дислокация пожарных депо:

- для ПЧ-9 - существующее пожарное депо;

- для отдельного поста - пожарное депо ПЧ-2;

- для пожарной части по охране завода ПКК - пожарное депо, располагаемое вне территории завода, на участке между дорогой от КПП-4 и основной автодорогой РТ-2.

Предлагаемая дислокация пожарных депо ПЧ-9 и отдельного поста позволит осуществлять своевременное прибытие первой пожарной помощи на большинство объектов промышленной площадки.

Предлагаемый вариант размещения пожарного депо ПЧ по охране завода ПКК выбран с учетом расположения потенциально опасных объектов и розы ветров, а также требований п. 3.37 []. При предлагаемом размещении пожарного депо, необходимо предусмотреть строительство подземного автомобильного проезда под железнодорожными путями в районе цеха гидрирования (зд. 14 промплощадки №2) на территорию промышленной площадки №1 завода.

Размещение пожарного депо по предлагаемому варианту позволит осуществить прибытие первой пожарной помощи к самому удаленному объекту завода ППК (при скорости по территории 50 км*ч^-1) в течении 7 минут.

Прибытие дежурного караула для тушения пожара в корпусе очистки хлоридов и подача первых стволов согласно формулы () составит:

_сс = 1+4+(60*0,87/50)+2 = 8 мин, ричем подачу лафетного ствола от АА-60 без установки на ПГ, возможно осуществить уже через 6 минут после начала горения.

Предлагается следующая организация тушения пожара в корпусе очистки хлоридов:

На момент прибытия пожарных подразделений площадь пожара равна свободной площади отметки 0.00 и составляет 963 м².

1. Первым прибывает дежурный караул ПЧ ЗППК в составе двух отделений на АЦ-40, ПНС-110, АР-2 (131), АА-60. АА-60 «с колес» подает через остекление первого этажа компактную струю из СЛС-60 КС на охлаждение оборудования и технологических установок. Первое отделение устанавливает АЦ на ближайший ПГ N12, подает ПЛС-20 с насадком 28 мм для защиты первого этажа. Одновременно проводится разведка пожара. Второе отделение устанавливает АЦ на ПГ N8, прокладывает две магистральные линии, подает ствол РС-70 со свернутым спрыском на защиту первого этажа и ствол РС-70 с насадком НРТ-10 на тушение и осаждение продуктов горения. ПНС-110 устанавливается на градирню, от АР-2 прокладываются две магистральные линии диаметром 150 мм к месту пожара.

Два отделения газоспасателей, усиленные звеном ДПД, после проведения первоочередных работ, связанных с отключением технологического оборудования, перекрытием задвижек на коммуникациях, контролем эвакуации дежурного персонала, подают 3 ствола РСК-50 от внутренних пожарных кранов на защиту оборудования второго этажа.

Создается объединенный оперативный штаб тушения пожара и ликвидации аварии, включающий в себя главных специалистов завода и руководителей служб жизнеобеспечения.

2. Вторым прибывает дежурный караул ПЧ-9 в составе двух отделений на АЦ-40 и, почти оновременно, прибывает отделение отдельного поста ПЧ-9, расположенного также в 2,5 км от ЗПКК. Личный состав (согласно расчета) подает 8 стволов РС-70 с насадками НРТ-10 от проложенных магистральных линий диаметром 150 мм через 4-х ходовые разветвления на тушение пожара и осаждение выделяющихся газов. Автоцистерны устанавливаются на пожарные гидранты №6,15,4, прокладываются магистральные линии к зоне возможного распространения облака, содержащего ядовитые продукты сгорания.

3. Прибывающие из города подразделения подают стволы РС-70 и ПЛС-20 с насадками НРТ и РВ для осаждения облака содержащего хлороводород и хлор. Загорание к этому моменту будет ликвидировано.

Расчет времени ликвидации пожара

На момент прибытия и подачи воды первым подразделением, количество выгоревшего ТХС в соответствии с формулой () составит:

m = V_выгор * F_пож * _сс * 60, ()

m = 0,033*963*6*60 = 11440 кг,

масса оставшегося ТХС составит 48710 - 11440 = 37270 кг.

Для разложения этого количества трихлорсилана, с учетом пятикратного запаса, потребуется:

на 135,5 кг ТХС - 45 кг воды

на 37270 кг ТХС - Х кг воды

Х =37270*45/135,5= 12378;

Х*5=12378*5 = 61890 кг (или литров) воды, т.к. плотность воды составляет 1000 г.*л-1.

Принимаем, что момент ликвидации загорания наступит по достижении пятикратного превышения количества воды, теоретически необходимого для полного гидролиза ТХС.

Фактически, прекращение горения наступит даже раньше, т.к. плотность трихлорсилана значительно выше плотности воды и, следовательно, вода покроет слоем поверхность розлива еще до окончания полного гидролиза ТХС.

В реальных условиях количество ЛВЖ, будет меньшим, потому что, из-за недостатка данных и сложности прогнозирования, невозможно точно учесть массу жидкости, испарившейся в результате прогрева при горении и гидролизе. Это количество должно быть значительным и сильно зависеть от температуры окружающей среды, т.к. температура кипения ТХС составляет всего 31С.

Фактическое количество воды, поданное подразделениями:

₁ - время подачи воды от АА-60 до момента ₂ =2 мин;

₂ - время подачи воды силами ПЧ ЗППК до момента ₃ =1,5 мин;

₃ - время подачи воды силами ПЧ ЗППК ПЧ-9 и отдельного поста ПЧ-9 до ликвидации загорания;

Q₁ - расход воды на момент ₁: 60 л*с-1;

Q₂ - расход воды на момент ₂: 60+28+10+10=108 л*с-1;

Q₃ - расход воды на момент ₃: 108+8*10=188 л*с-1;

V₁ - суммарное количество воды, поданное за период времени ₁: ₁*Q₁= 60*2*60=7200 л;

V₂ - суммарное количество воды, поданное за период времени ₂:

₂*Q₂+V₁=108*1,5*60+7200=16920 л;

V₃ - суммарное количество воды, поданное за период времени ₃:

5Х - V₂ = 61890-16920= 44970 л;

Тогда, ₃ = V₃ / Q₃ / 60 = 44970 / 188 / 60 = 4 мин.

Таким образом, условие ликвидации горения выполняется через 4 минуты после полного введения сил и средств, охраняющих промплощадки ЗППК и ИХЗ ГХК.

С учетом создания пожарной части на ЗППК и отдельного поста ПЧ-9, для ликвидации пожара достаточно привлечь 5 отделений на АЦ-40, специальные автомобили АА-60, ПНС-110, АР-2. Прибывающие из города 4 отделения необходимо задействовать для осаждения токсичных продуктов сгорания и гидролиза ТХС. Прибывающие по номеру 3 пожарные подразделения обеспечивают резерв звеньев ГДЗС, подмену личного состава и другие работы.

Совмещенный график расхода воды для гидролиза ТХС и введения сил и средств по предлагаемому варианту тушения приведен на рис.

Рекомендации по ликвидации пожара

Для ликвидации пожара целесообразно создать 3 боевых участка:

- БУ-1 - для защиты технологического оборудования и тушения через разрушенное остекление первого этажа. Основная задача - обеспечить охлаждение оборудования и подать максимальное количество воды для гидролиза ЛВЖ. После ликвидации горения вода подается еще некоторое время для предотвращения повторных вспышек и образования взрывоопасных концентраций продуктов гидролиза, а также для более полного осаждения токсичных продуктов сгорания и гидролиза трихлорсилана.

- БУ-2 - для защиты оборудования второго этажа на период тушения.

Задача - не допустить прогрева ректификационных колонн и испарителей, а также наблюдение за поведением строительных конструкций, предотвращение распространения пожара через проемы в перекрытиях и неплотности закрытых несгораемыми крышками технологических отверстий на верхние этажи здания.

По прибытии городских подразделений необходимо создать БУ-3 для осаждения распыленной водой токсичных газов.

Прибывшим подразделениям МЧС необходимо организовать оцепление опасной зоны, вместе со специально подготовленным персоналом завода проводить постоянный контроль воздушной среды.