Обґрунтування параметрів гасіння пожеж в кабельному тунелі шляхом рециркуляції продуктів горіння

Размещено на http://www.allbest.ru/

Міністерство україни з питань надзвичайних ситуацій та у справах захисту населення від наслідків чорнобильської катастрофи

Львівський державний університет безпеки життєдіяльності

УДК 614.841.13:330.13

Автореферат

дисертації на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук

ОБҐРУНТУВАННЯ ПАРАМЕТРІВ ГАСІННЯ ПОЖЕЖ В КАБЕЛЬНОМУ ТУНЕЛІ ШЛЯХОМ РЕЦИРКУЛЯЦІЇ ПРОДУКТІВ ГОРІННЯ

21.06.02 - пожежна безпека

ДМИТРОВСЬКИЙ СЕРГІЙ ЮРІЙОВИЧ

Львів - 2008

Дисертацією є рукопис.

Робота виконана у Львівському державному університеті безпеки життєдіяльності МНС України.

Науковий керівник: Ковалишин Василь Васильович, кандидат технічних наук, старший науковий співробітник, Львівський державний університет безпеки життєдіяльності Міністерства України з питань надзвичайних ситуацій та у справах захисту населення від наслідків Чорнобильської катастрофи, проректор з науково-дослідної роботи

Офіційні опоненти:

Пашковський Петро Семенович, доктор технічних наук, професор, Науково-дослідний інститут гірничорятувальної справи та пожежної безпеки "Респіратор" Міністерства вугільної промисловості України, перший заступник директора

Антонов Анатолій Васильович, кандидат технічних наук, старший науковий співробітник, Український науково-дослідний інститут пожежної безпеки Міністерства України з питань надзвичайних ситуацій та у справах захисту населення від наслідків Чорнобильської катастрофи, провідний науковий співробітник відділу планування та координації наукової діяльності

Захист відбудеться 27 листопада 2008 року о 12⁰⁰ годині на засіданні спеціалізованої вченої ради К 35.874.01 у Львівському державному університеті безпеки життєдіяльності Міністерства України з питань надзвичайних ситуацій та у справах захисту населення від наслідків Чорнобильської катастрофи за адресою: 79007, м. Львів, вул. Клепарівська, 35.

З дисертацією можна ознайомитися у Львівському державному університеті безпеки життєдіяльності МНС України за адресою: 79007, м. Львів, вул. Клепарівська, 35.

Автореферат розісланий « 25 » жовтня 2008 року.

Вчений секретар спеціалізованої вченої ради к.т.н., доцент Т.Б. Юзьків

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність теми. Проблемам пожежної безпеки об'єктів електроенергетики завжди приділялася та приділяється велика увага. Пожежі, що на них виникають, призводять до значних матеріальних втрат як на електростанціях, так і у користувачів електроенергії.

Найчастіше пожежі на об'єктах електроенергетики виникають в кабельних тунелях. Незважаючи на застосування останнім часом кабелів нового типу з важкогорючою оболонкою, кількість пожеж не знижується.

Характерним для пожеж в кабельних тунелях є дуже швидкий їх розвиток. За 10-12 хвилин температура в тунелі досягає значень 700-800С. Особливості профілактики та гасіння таких пожеж пов'язані з важкодоступністю до огляду кабелю, або із неможливістю виконання такої роботи. Згідно зі статистичними даними, матеріальні втрати від пожеж в кабельних тунелях значно перевищують загальну кількість втрат від пожеж на інших об'єктах електроенергетики.

Способи та технічні засоби протипожежного захисту, що застосовуються на об'єктах електроенергетики, а це переважно засоби водяного та пінного пожежогасіння, недостатньо ефективні, насамперед, через значні прямі та побічні збитки і матеріальні втрати від застосування цих вогнегасних речовин. Тому, розробка нових технологій гасіння пожеж в кабельних тунелях та наукове обґрунтування та розроблення нових, більш ефективних ніж відомі, є актуальним народногосподарським завданням.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами НДР, темами. Робота виконувалась відповідно до "Програми забезпечення пожежної безпеки" на період до 2010 року, затвердженої Постановою Кабінету Міністрів України від 01.07.2002 року № 870 згідно з планом науково-дослідної роботи Львівського державного університету безпеки життєдіяльності МНС України за розділом 2 "Проведення наукових досліджень, щодо діяльності підрозділів МНС України" п. 9 "Обґрунтування параметрів протипожежного захисту кабельних тунелів" (держ. реєстр. № 0107U001312).

Мета і задачі досліджень. Метою дисертаційної роботи є підвищення ефективності гасіння пожеж в кабельних тунелях шляхом рециркуляції продуктів горіння.

Для досягнення цієї мети було необхідно вирішити такі завдання:

· здійснити аналіз методів гасіння пожеж в кабельних тунелях та визначити шляхи підвищення їх ефективності;

· провести дослідження процесів тепломасопереносу в кабельних тунелях після виникнення та в процесі гасіння в них пожеж;

· виконати комплекс теоретичних, експериментальних і натурних досліджень щодо розробки способів гасіння пожеж в кабельних тунелях завдяки рециркулюванню летких продуктів згоряння;

· обґрунтувати технічні параметри гасіння пожеж в кабельних тунелях шляхом рециркуляції летких продуктів згоряння.

Ідея роботи полягає в ізоляції ділянки кабельного тунелю з осередком пожежі та наступним його гасінням в замкненому об'ємі шляхом рециркуляції постійно охолоджуваного газового потоку продуктів горіння з низьким вмістом кисню, що виділяються під час пожежі.

Об'єкт досліджень - процес тепломасопереносу в кабельному тунелі під час розвитку пожежі, її локалізації та гасіння в спосіб багаторазової циркуляції продуктів горіння в замкненому об'ємі через зону горіння.

Предметом досліджень є динаміка змінення температур та вмісту кисню в ізольованій ділянці кабельного тунелю залежно від теплової потужності та геометричних розмірів осередку пожежі і параметрів рециркуляції летких продуктів згоряння.

Методи дослідження. В роботі використано комплексний метод досліджень який містить: аналіз та узагальнення науково-технічних досягнень стосовно вентиляційних і теплових розрахунків під час виникнення пожеж в тунелях; математичне моделювання процесів тепломасопереносу з використанням основних законів термодинаміки; імітаційне моделювання процесів розподілу газових потоків і тепла на ізольованій ділянці кабельного тунелю під час рециркуляції продуктів горіння; експериментальні дослідження параметрів технології і технічних засобів гасіння пожеж в кабельному тунелі шляхом рециркуляції, у тому числі під час натурних випробувань; застосування методів математичної статистики для перевірки достовірності отриманих результатів.

Наукова новизна отриманих результатів:

1. Вперше теоретично встановлено та експериментально підтверджено можливість гасіння пожеж в кабельних тунелях шляхом циркуляції в замкненому об'ємі через зону горіння та у спеціально прокладеному над тунелем трубопроводі продуктів горіння, що призводить до припинення горіння та охолодження тунелю завдяки рухові постійно охолоджуваних в контурі рециркуляції летких продуктів згоряння з низьким (10-16%) вмістом кисню.

2. Побудовано математичну модель конвективно-дифузійного переносу тепла і продуктів горіння в повітряних потоках кабельного тунелю під час пожежі, яка враховує аеродинамічні характеристики тунелю та його розміри, динаміку теплового джерела, співвідношення між інтенсивністю конвективного та дифузійного переносу тепла, а також теплофізичні якості опалубки тунелю та прилеглих до нього порід, що вперше дало можливість встановити залежність очікуваної витрати газоповітряного потоку від температури в тунелі.

3. Розкрито механізм дестабілізації руху газових потоків в кабельному тунелі під час пожежі, який полягає в зміненні режиму провітрювання, викликаного впливом локальної і глобальної теплової депресії. При цьому вперше визначено проміжок часу, необхідного для нормалізування режиму провітрювання тунелю.

Практичне значення роботи полягає в розробленні нової технології гасіння пожеж у кабельних тунелях шляхом рециркулювання постійно охолоджуваного потоку продуктів горіння в замкненому об'ємі. Розроблена технологія пройшла експериментальну перевірку у тренувальному тунелі шахти «Візейська» в селищі Соснівка та була реалізована на діючих об'єктах електроенергетики Львівської області.

Особистий внесок здобувача. Основні результати, які становлять зміст дисертаційної роботи, отримані автором самостійно. Ним сформульовано мету та задачі досліджень, запропоновано ідею роботи та основні наукові положення, проведено теоретичні та експериментальні дослідження, систематизовано та узагальнено наукові результати, розроблено та науково обґрунтовано новий метод (технологію) гасіння пожеж в кабельних тунелях шляхом рециркулювання постійно охолоджуваного потоку продуктів горіння в замкненому об'ємі.

В публікаціях, написаних у співавторстві, автору належить: [1] - розрахунок витрати газоповітряної суміші; [2] - моделювання повітророзподілу в ізольованій ділянці кабельного тунелю; [3] - розрахунки та аналіз зміни температури в кабельному тунелі при рециркуляції; [4] - розробка методики проведення експерименту з гасіння тренувального кабельного тунелю шахти "Візейська", висновки по експерименту; [6] - постановка задачі, теоретичні дослідження з гасіння методом рециркуляції; [7] - розробка технічного рішення способу гасіння в ізольованій ділянці тунелю рециркуляцією продуктів горіння; [8] - технічне рішення зі створення камери охолодження для газоповітряної суміші.

Апробація результатів роботи. Основні положення дисертаційної роботи доповідалися і обговорювалися на: 8-й Всеукраїнській науково-практичній конференції рятувальників. - Київ: УкрНДІПБ, 2006; 3 Междун. науч.-практ. конф.: Обеспечение безопасности жизнедеятельности: проблемы и перспективы. - Минск: КИИ, 2006; Междун. науч.-практ. конф.: Чрезвычайные ситуации: теория, практика, инновации "ЧС-2006". - Гомель : ГИИ, 2006. Міжнародна науково-практична конференція: Наукове забезпечення функціонування оперативно-рятувальної служби цивільного захисту України. - Львів: ЛДУ БЖД, 2007.

Публікації. Основні результати дисертаційної роботи опубліковано в 11 наукових статтях, 6 з яких - в спеціалізованих виданнях, що входять до переліку ВАК України. Опубліковано матеріали трьох доповідей на конференціях. Отримано 2 патенти на винахід.

Структура і обсяг роботи. Дисертація складається зі вступу, п'яти розділів, загальних висновків та переліку використаних джерел із 103 найменувань, вміщує 143 сторінки друкованого тексту, 8 таблиць, 30 ілюстрацій та 4 додатки.

ОСНОВНИЙ зміст роботи

У ВСТУПІ обґрунтовано актуальність роботи, показано її зв'язок з науковими програмами, наукове та практичне значення отриманих результатів. Наведено дані про реалізацію та впровадження результатів роботи, її апробацію, відзначено особистий внесок автора у публікаціях.

В ПЕРШОМУ РОЗДІЛІ розглянуто сучасний рівень протипожежного захисту кабельних тунелів, які здебільшого використовуються на об'єктах електроенергетики. Тут застосовуються як традиційні способи гасіння пожеж з використанням води, піни і інертних газів, так і нетрадиційні засоби - аж до використання вибухових речовин.

Проведений аналіз літературних джерел показує, що проблемам дослідження тепломасообмінних процесів при пожежах в закритих об'ємах приділяється певна увага. Проте, в цих роботах розглядають в основному поведінку повітряно-механічної піни при незначній довжині вентиляційних каналів і тунелів в 5-10 м або в обмежених системах, наприклад, «короб-кабель». Слід зазначити, що процес рециркуляції диму і вплив такого інертного середовища на осередок горіння в кабельних тунелях не досліджений.

В результаті проведених патентно-інформаційних досліджень щодо виявлення об'єктів для здійснення рециркуляції продуктів горіння з метою гасіння пожежі в ізольованій ділянці, виявлені певні умови при яких може здійснюватися гасіння.

Зважаючи на вище викладене, сформульовано мету і задачі дослідження.

У ДРУГОМУ РОЗДІЛІ виконані теоретичні дослідження процесів тепломасопереносу при пожежі в кабельному тунелі.

У даній роботі приймається, що процеси тепломасообміну і горіння в об'ємі аварійного об'єкта є одновимірними або двовимірними плоскими. Така постановка задачі можлива у випадку зосередження пожежного навантаження уздовж напрямку вентиляційного струменя, що характерне для кабельного тунелю.

Баланс тепла в об'ємі кабельного тунелю і масиві порід, що оточують його, моделюється системою рівнянь:

з крайовими умовами: , (1)

, (2)

де - безрозмірний комплекс, аналог критерію Пекле; - безрозмірний комплекс, аналог критерію Стантона; - відносне значення температури стінок тунелю.

Вірогідність моделювання залежить, у першу чергу, від відповідності - функція теплового джерела, що змінюється в межах 0...1;

- відносна величина температури масиву;

- відносна величина відстані від стінок углиб масиву;

- безрозмірний комплекс, аналог критерію Фур'є;

- безрозмірний комплекс, аналог числа Нуссельта.

Результати моделювання представлені на рис. 1. Отримана динаміка максимальної температури повітря відповідає результатам дослідних даних. Через 3 хв середня в перерізі тунелю температура повітря сягає 400 °С, через 7 хв - 800 °С. На підставі цього був зроблений прогноз температури на відстанях 5, 10 та 15 м від осередку пожежі. Виявилося, що після загасання пожежі (тривалість пожежі становила 15 хв) температура повітря в цих перерізах може перевищувати 200 ^оС.

Створена математична модель дозволяє здійснювати прогноз динаміки температури повітряних потоків (продуктів горіння), що виходять із осередку.

Представлена модель переносу теплоти може бути використана й для моделювання поширення продуктів горіння в об'ємі тунелю. З цією метою досить замість коефіцієнта температуропровідності a у виразі для числа Фур'є підставити коефіцієнт дифузії домішок та проводити розрахунки вмісту диму (величина t еквівалентна С) при St = 0 (відсутність поглинання диму масивом). У ході розрахунків правомірно прийняти динаміку виділення диму в осередку подібною до динаміки виділення теплоти.

Однак, у прийнятих допущеннях вміст диму у вихідних з осередку пожежі повітряних потоках є вирішенням рівняння:

, (3)

з крайовими умовами: . (4)

. (5)

Один з результатів розрахунків за (6) із застосуванням формули чисельного інтегрування Сімпсона представлений на рис. 2, де х - відстань від осередку пожежі. Зміна вмісту продуктів горіння за осередком пожежі відбувається з істотним запізненням у порівнянні з динамікою температури. Це свідчить про те, що зона поширення диму більша, ніж зона поширення теплоти.

У ТРЕТЬОМУ РОЗДІЛІ обґрунтовується можливість створення методу гасіння пожежі в кабельному тунелі рециркуляцією продуктів горіння від пожежі. Цілком очевидним є той факт, що в нерухомому, різнонагрітому середовищі кабельного тунелю внаслідок прагнення до вирівнювання температури виникає потік тепла від більш нагрітих частин до менш нагрітих. Для фіксованого моменту часу тепловий потік через одиницю поверхні опалубки тунелю (стінок і перекриття) становитиме:

, (6)

де - температура нагрітої при горінні одиниці поверхні опалубки тунелю, К;

- початкова температура в опалубці тунелю (до пожежі), К;

- відстань від нагрітої поверхні до пункту у середині опалубки, де температура дуже близька до початкової , м.

Якщо в ізольованій ділянці відбувається рециркуляція, то охолоджування нагрітих поверхонь тунелю відбувається як завдяки теплопровідності, так і завдяки конвекції.

Кількість тепла, що втрачається у фіксований момент часу одиницею поверхні кабельного тунелю, виходячи із залежності , становитиме:

, (7)

гасіння пожежа кабельний тунель

де - температура стінок тунелю, К; - коефіцієнт теплообміну, Вт/м²·К.

Загальна кількість тепла, що втрачається нагрітою поверхнею тунелю при рециркуляції рівна:

. (8)

Збільшення тепловіддачі під час рециркуляції оцінимо коефіцієнтом f, рівним:

. (9)

. (10)

Якщо узяти кабельний тунель з еквівалентним діаметром Д=3 м і середньою шорсткістю , то за формулою , отримаємо .

Результати розрахунків значень коефіцієнта f, виконані за формулою (11), подані в табл. 1.

Таблиця 1 Залежність коефіцієнта f від швидкості рециркуляції

Назва породи	, Вт/(мК)	Значення f при швидкості рециркуляції (U), м/с
		0,5	1,0	1,5	2,0	3,0	4,0	5,0
Цегла	0,7	3,6	5,6	7,3	8,0	12,1	14,9	17,6
Глинистий грунт	0,9	2,8	4,2	5,4	6,5	8,6	10,6	12,5
Бетон	1,3	2,3	3,2	4,0	4,8	6,3	7,6	8,9

З табл. 1 витікає, що чим гірша теплопровідність опалубки і бічних порід, тим вища питома вага тепла, що забирається з нагрітого кабельного тунелю рециркуляційним потоком. Так, при швидкості продуктів горіння 1 м/с, коефіцієнт f рівний для бетону 3,2, для цегли - 5,6. З табл. 1 також виходить, що в розглянутих умовах кількість тепла, що забирається рециркуляційним потоком значно перевищує кількість тепла, яка розсіюється завдяки стінкам тунелю та породам, що оточують його. В зв'язку з цим виникає зацікавленість у вивченні умов повітряного розподілу під час рециркуляції пожежних газів через ізольований об'єм кабельного тунелю.

У замкненій системі контуру рециркуляції сумарні величини витоків продуктів горіння і притоки свіжого повітря рівні, і будь-яке підвищення притоку повітря незмінно спричинить втрати продуктів горіння з контуру.

З табл.2 бачимо, що притоки повітря через ізолюючу перемичку П₁ для розглянутих варіантів становлять 0,09…0,48 м³/с. При цьому вони зменшуються у міру наближення вентилятора по трубопроводу до цієї перемички.

При розташуванні вентилятора з боку витікання струменя вони відсутні.

Таблиця 2 Витоки продуктів горіння і притоки повітря в контурі рециркуляції

Місце установки допоміжного вентилятора	Витоки/притоки, м3/с
	Перемички	Трубопровід	Внутрішні	Всього
З боку свіжого струменя повітря	0,48/0,09	0/0,77	0,97/0,59	1,45
У середній частині трубопроводу	0,39/0,34	0,31/0,30	0,80/0,86	1,50
З боку витікання струменя повітря	0,14/0,47	0,78/0	0,64/1,09	1,56

Якщо вентилятор розташовано з боку свіжого струменя - весь трубопровід знаходиться під розрядкою і сумарні притоки повітря в трубопровід рівні 0,77 м³/с при установці вентилятора на середній частині трубопроводу - 0,30 м³/с .

Внутрішні притоки повітря для різних місць установки вентилятора становлять 0,59…1,09 м³/с.

Утворення зони розрідження в кінці нагнітальної частини трубопроводу залежить також від депресії, яку прикладено до аварійного відсіку з боку зовнішньої вентиляційної мережі. При цьому, чим більшою є депресія ділянки, тим більша частина рециркуляційного трубопроводу знаходиться під розрідженням. Зона розрідження в нагнітальній гілці трубопроводу не утворюється в тому випадку, якщо при роботі допоміжного вентилятора притоки повітря через ізолюючу перемичку на свіжому струмені рівні нулю або перекинуті. Умови виключення можливості утворення зони розрідження в нагнітальній гілці рециркуляційного трубопроводу можна визначити із співвідношення

(11)

де h_в, h_уч, h_т - депресія допоміжного вентилятора, депресія аварійної ділянки і теплова депресія пожежі, відповідно Па; R_вир, R_тр - аеродинамічний опір ізольованої ділянки кабельного тунелю і трубопроводу, відповідно, Пас²/м⁶.

Якщо при рециркуляції газів притоки атмосферного повітря значні, то зниження вмісту кисню в зоні горіння не відбувається. В цьому випадку підвищити ефективність гасіння пожежі можна шляхом додаткової подачі інертного газу в потік рециркуляції.

У ЧЕТВЕРТОМУ РОЗДІЛІ розглядається динаміка температури і вмісту кисню в кабельному тунелі при рециркуляції продуктів горіння. Для математичної моделі динаміки температури в кабельному тунелі при рециркуляції використовувалась розрахункова схема представлена на рис.

Прийнято, що поперечні перерізи відсіку і трубопроводу - круги. Тобто їх площа прирівнюється до площі еквівалентного кругового перерізу.

Відлік просторової координати х(м), проводиться від поперечного перерізу відсіку 0, у якому відбулося загоряння кабелю, по поздовжній осі у напрямі потоку рециркуляції.

Радіальна координата відлічується від геометричної поздовжньої осі газового потоку рециркуляції до стінок, що обмежують його і углиб оболонки: опалубки або труби.

Час умовно фіксується в такі моменти: загоряння кабелю ; закриття дверей (ізоляція відсіку) ; початок рециркуляції (включення вентилятора) ; період вигорання матеріалів в осередку; і припинення горіння зважаючи на вигорання матеріалу або в результаті застосування рециркуляції . При цьому .

Елементарний об'єм потоку газів в контурі рециркуляції обмежений поперечними перетинами відсіку , м², або трубопроводу , м², віддаленими один від одного на відстані , і шаром оболонки, завтовшки .

Для моделювання динаміки розподілу температури , К, у такому елементарному газовому об'ємі, використовувалося рівняння конвективно-дифузійного перенесення тепла у вентильованих каналах

, (12)

з початковою умовою , ; (13)

і граничними умовами ; , (14)

де с - щільність газового середовища, ; - коефіцієнти теплоємності, теплопровідності і конвективної тепловіддачі газового середовища , і ; u - швидкість потоку газового середовища, яке визначається в результаті вентиляційних розрахунків або вимірів, ; - питома потужність тепловиділення в газовому об'ємі завдяки реакції горіння (в межах трубопроводу ), ; - середня температура в тунелі до виникнення пожежі, К; - температура у вхідному перерізі елементарного об'єму зокрема, в період рециркуляції, для перерізу В це може бути температура пожежних газів, що витікають з трубопроводу К; R - радіус перерізу газового потоку в тунелі або трубопроводі, м; - температура поверхні оболонки, що омивається газовим потоком, К; - середня по поперечному перерізу потоку температура газового середовища, К.

Отриманий розв'язок використовувався при моделюванні динаміки температури в об'ємі відсіку в межах вогнища пожежі. Один з варіантів моделювання при ; ; ; ; поданий на рис.

Час, за який у відсіку кабельного тунелю буде досягнутий заданий вміст кисню , визначається із співвідношення

Основні результати вивчення закономірностей динаміки вмісту кисню у відсіку тунелю при рециркуляції полягають в наступному.

Швидкість зростання вмісту кисню залежить від величини притоків повітря і часу одноразового обміну повітря у ізольованій ділянці, який визначається як відношення об'єму ізольованої ділянки до витрати повітря в рециркулюючому потоці.

Вміст кисню у відсіку зростає за умови

. (15)

При зворотному знаку в співвідношенні вміст кисню в ізольованій ділянці зменшується, а при рівності членів цього співвідношення - підтримується на початковому рівні.

П'ЯТИЙ РОЗДІЛ присвячується розробці способу гасіння пожеж в кабельних тунелях рециркуляцією газів, які утворюються при горінні.

Трубопровід рециркуляції є теплообмінником, в якому охолоджується один з теплоносіїв - продукти горіння, що поступають з відсіку тунелю. Продукти горіння відділяються від іншого теплоносія - атмосферного повітря оболонкою труби. Тому трубопровід є рекуперативним теплообмінником.

Максимальна температура у відсіку досягається при сталому режимі горіння. Тому, розрахунок параметрів трубопроводу, при яких застосування рециркуляції, проводимо при , тоді отримуємо формулу для розрахунку температури по довжині трубопроводу:

, (16)

де - гранична температура в осередку пожежі.

Інтегруючи рівняння (19) по довжині трубопроводу L, отримуємо середню температуру продуктів горіння в трубопроводі :

, (17)

де d - діаметр трубопроводу, м; - відносна довжина трубопроводу.

Представлені формули використовувалися при складанні методики розрахунку необхідної довжини трубопроводу при заданій температурі газового середовища на його кінцях. Якщо довжина трубопроводу обмежена - слід вибрати трубопровід більшого діаметра або збільшити швидкість потоку рециркуляції. У разі, коли цими заходами забезпечити необхідний рівень зниження неможливо, необхідно застосовувати холодоагенти.

На рис. представлена технологічна схема втілення способу рециркуляції пожежних газів в кабельному тунелі. У звичайному режимі тунель провітрюється вентилятором 10, який постійно працює у режимі всмоктування, при цьому відкритими є замкові пристрої 9 і 11. Решта всіх замкових пристроїв закрита.

У разі виникнення пожежі, наприклад, у відсіку № 2, автоматично закриваються всі двері в перемичках, що розділяють кабельний тунель на відсіки, закриваються замкові пристрої 9 і 11, а відкриваються - 3; 8 та 14 і таким чином створюється контур рециркуляції. Продукти горіння з відсіку № 2 через замковий пристрій 14 по всмоктувальній гілці трубопроводу 13 поступають до вентилятора 10, а потім по нагнітальній гілці трубопроводу 4 через замковий пристрій 3 поступають в зону горіння (відсік № 2).

Для перевірки працездатності запропонованої технологічної схеми гасіння пожеж в кабельному тунелі, підтвердження адекватності математичних моделей і результатів теоретичних досліджень у тренувальному тунелі шахти «Візейська» у селищі Соснівка Львівської області були проведені полігонні випробування.

ВИСНОВКИ

У дисертаційній роботі вирішено актуальне науково-технічне завдання підвищення ефективності гасіння пожежі в кабельних тунелях шляхом використання для гасіння пожеж летких продуктів згоряння з низьким вмістом кисню шляхом їх циркуляювання в замкненому об'ємі через зону горіння і спеціальний трубопровід, що призводить до припинення горіння і охолодження тунелю.

Основні наукові і практичні результати роботи:

1. Досліджені процеси конвективно-дифузійного перенесення тепла і димових газів при пожежі в кабельному тунелі. При цьому встановлена аналітична залежність очікуваної витрати газоповітряного потоку від змінення температури в кабельному тунелі.

2. Обґрунтовано можливість дестабілізації режиму провітрювання (зміна напряму руху газоповітряного потоку) при пожежі завдяки локальній і глобальній тепловій депресії, визначено час, необхідний для нормалізації провітрювання тунелю.

3. Вирішено аналітичне завдання розподілу продуктів горіння в об'ємі кабельного тунелю. При цьому доведено, що дальність і тривалість розповсюдження диму під час пожежі може перевищити значення цих параметрів для температури. Встановлено умови повітряного розподілу при рециркуляції летких продуктів згорання по замкненому контуру, через ізольовану ділянку кабельного тунелю з осередком пожежі і розташований поза тунелем трубопровід, завдяки різним джерелам тяги. Обґрунтовано місце установки додаткового джерела тяги - вентилятора в контурі рециркуляції. При цьому найбільш оптимальним місцем установки допоміжного вентилятора є ділянка трубопроводу в безпосередній близькості від ізолюючої перемички, що встановлена зі сторони свіжого струменя загальнотунельної вентиляції. Встановлено, що подача інертного газу в потік рециркуляції для компенсації витоків летких продуктів згорання призводить до перерозподілу витрати газів в аварійному відсіку кабельного тунелю і впливає на продуктивність допоміжного вентилятора і величину витоків пожежних газів і притоків атмосферного повітря. Ступінь дії цього чинника на вказані процеси залежить від місця і інтенсивності подачі інертного газу.

4. Побудовано математичну модель процесів тепломасопереносу в газовому середовищі ізольованого аварійного відсіку кабельного тунелю під час рециркулювання продуктів горіння для гасіння пожежі і охолоджування тунелю. Отримані аналітичні вирази для температури газового середовища в аварійній ділянці кабельного тунелю і температури його опалубки залежно від витрати газового потоку та теплофізичних параметрів матеріалу опалубки, що дозволяє здійснювати прогноз температурного режиму в тунелі в період вільного горіння, після ізоляції аварійного відсіку, в період рециркулювання, а також припинення горіння і охолоджування тунелю.

5. Досліджено динаміку змінення вмісту кисню в потоці рециркуляції і розроблено методику розрахунку інтенсивності подавання інертного газу для підтримки в ізольованому об'ємі кабельного тунелю заданого вмісту кисню, що забезпечує ефективне гасіння пожежі.

6. Розроблено технологічну схему гасіння пожеж в кабельному тунелі методом рециркуляції продуктів горіння. Визначені технологічні параметри рециркуляційного трубопроводу (довжина, діаметр) і витрати газового середовища при рециркуляції, необхідні для забезпечення гасіння пожежі та забезпечення заданого рівня зниження температури в кабельному тунелі.

7. Проведена дослідно-експериментальна перевірка розробленого способу гасіння пожеж в умовах тренувального тунелю шахти «Візейська». При цьому експериментально підтверджено ефективність застосування рециркуляції летких продуктів згорання для гасіння пожеж в кабельних тунелях. Даний спосіб гасіння пожеж прийнятий до впровадження на діючих об'єктах електроенергетики Львівської області.

Основні результати дисертаційної роботи опубліковано у таких роботах

1. Дмитровський С.Ю. Розрахунок витрати газоповітряної суміші в замкнутому ре циркуляційному контурі / С.Ю. Дмитровський, В.В. Ковалишин, Р.Я. Лозинський // Зб. наук. праць. - Львів : ЛІПБ, 2005. - № 7. - С. 135-140.

2. Дмитровський С.Ю. Дослідження повітророзподілу димових газів на ділянці кабельного тунелю при пожежі / С.Ю. Дмитровський, В.В. Ковалишин, Р.Я. Лозинський // Пожежна безпека: Зб. наук. пр. - Львів : ЛДУ БЖД, 2006. - № 8. - С. 7-11.

3. Дмитровский С.Ю. Динамика температуры в кабельных туннелях при рециркуляции продуктов горения / С.Ю. Дмитровский, А.В. Ревякин // Горноспасательное дело: Сб. научн. трудов. - Донецк : НИИГД "Респиратор", 2006. - Вып. 43. - С. 90-96.

4. Ковалишин В.В. Зміна температури у відсіках кабельних тунелів у ході застосування рециркуляції продуктів горіння для гасіння пожеж / В.В. Ковалишин, С.Ю. Дмитровський // Пожежна безпека: Зб. наук. пр. - Львів : ЛДУ БЖД, 2007. - № 10. - С. 7-11.

5. Дмитровський С.Ю. Моделювання поширення пожежі в кабельному тунелі / С.Ю. Дмитровський // Пожежна безпека: Зб. наук. пр. - Львів : ЛДУ БЖД, 2007. - № 11. - С. 132-138.

6. Копыстынский О.Р. Воздухораспределение в изолированном участке кабельного туннеля при рециркуляции пожарных газов / О.Р. Копыстынский, С.Ю. Дмитровский // Горноспасательное дело: Сб. науч. тр. - Донецк : НИИГД, 2004. - Вып. 41. - С. 133-138.

7. Пат. 23065, МПК (2006), А62С 39/00. Спосіб гасіння пожежі в ізольованій ділянці тунелю (в закритому об'ємі) рециркуляцією продуктів горіння / В.В. Ковалишин, С.Ю. Дмитровський. - № и 2006 11953; заявл. 13.11.2006; опубл. 10.05.2007, Бюл. № 6.- 2 с.

8. Пат. 10547, 7 А 62С3/02. Установка газоводяного гасіння пожежі на базі турбореактивного двигуна / Р.Я. Лозинський, В.В. Ковалишин, С.Ю. Дмитровський. - № 200504537; заявл. 16.05.2005; опубл. 15.11.2005, Бюл. № 11.- 2 с.

9. Ковалишин В.В. Дослідження гасіння пожежі в кабельному тунелі рециркуляцією продуктів горіння / В.В. Ковалишин, С.Ю. Дмитровський // Проблеми зниження ризику виникнення надзвичайних ситуацій в Україні: Матеріали 8 Всеукраїнської наук.-практ. конф. рятувальників. - Київ : УкрНДІПБ, 2006. - С. 129-133.

10. Ковалишин В.В. Аналитические исследования тепломасообменных процессов в закрытых объектах большой длины при возникновении пожаров / В.В. Ковалишин, Т.В. Бойко, С.Ю. Дмитровський // Сб. тезисов докл. 3 междун. науч.-практ. конф. : Обеспечение безопасности жизнедеятельности: проблемы и перспективы. - Минск : КИИ, 2006. - С. 157-159.

11. Ковалишин В.В. Исследование воздухораспределения в изолированном участке кабельного туннеля при рециркуляции пожарных газов / В.В. Ковалишин, И.В. Дворянин, С.Ю. Дмитровский // Материалы докладов междун. науч.-практ. конф.: Чрезвычайные ситуации: теория, практика, инновации "ЧС-2006". - Гомель : ГИИ, 2006. - С. 194-197.

АнотаціЇ

Дмитровський С.Ю. Обґрунтування параметрів гасіння пожеж в кабельному тунелі шляхом рециркуляції продуктів горіння. - Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 21.06.02 - пожежна безпека. Львівський державний університет безпеки життєдіяльності Міністерства України з питань надзвичайних ситуацій та у справах захисту населення від наслідків Чорнобильської катастрофи. - Львів, 2008.

Метою роботи було підвищення ефективності гасіння пожеж в кабельних тунелях шляхом застосування технології рециркулювання летких продуктів згоряння в замкнених об'ємах.

Вперше теоретично встановлено та експериментально підтверджено можливість ефективного гасіння пожеж в кабельних тунелях шляхом циркулювання в замкненому об'ємі через зону горіння та у спеціально прокладеному над тунелем трубопроводі постійно охолоджуваних продуктів горіння з вмістом кисню від 10% до 16% об, що призводить до припинення горіння та охолодження тунелю. Побудовано математичну модель конвективно-дифузійного переносу тепла і летких продуктів згорання в повітряних потоках кабельного тунелю під час пожежі, яка враховує аеродинамічні характеристики тунелю та його розміри, динаміку теплового джерела, співвідношення між інтенсивністю конвективного та дифузійного переносу тепла. Розкрито механізм дестабілізації руху газових потоків в кабельному тунелі під час пожежі, який полягає в зміні режиму провітрювання, викликаного впливом локальної і глобальної теплової депресії.

Ключові слова: теплова депресія, гасіння кабельного тунелю, рециркуляція продуктів горіння.

Dmytrovskyi S.Yu. Argumentation of Cable Tunnels Extinguishing Parameters by Means of Combustion Products Recirculation. - Manuscript.

Thesis for the Degree of Candidate of Technical Sciences. Specialty - 21.06.02 - Fire Safety. - Lviv State University of Vital Activity Safety at the Ministry of Emergency Situations of Ukraine. - Lviv, 2008.

The idea of the research consists in isolation of cable tunnel area with nucleation site for fire and its further extinguishing in a close volume due to recirculation of constantly cooled flow of flue gases with a low content of oxygen given off during the combustion process.

For the first time the possibility of effective fire extinguishing in cable tunnels by means of recirculation in a close volume through a zone of extinguishing and a specially laid above the tunnel pipe-line of flue gases, that causes extinguishing suspension and tunnel cooling due to transferring constantly cooled flue gases with a low content of oxygen in the recirculation circle was theoretically determined and experimentally confirmed. A mathematical model of convective and diffusive heat transfer as well as flue gases in air flows of cable tunnel during a fire is created. It comprises aerodynamic characteristics of the tunnel and its size, dynamics of the heat source, relationships between the intensity of the convective and diffusive transfer of heat. A mechanism of gas flow movement destabilization in a cable tunnel during a fire is revealed. It consists in changing the mode of ventilation provided by the influence of local and global heat depression.

Keywords: heat depression, cable tunnels extinguishing by means of combustion products recirculation in a close volume.

Дмитровский С.Ю. Обоснование параметров тушения пожаров в кабельном туннеле путем рециркуляции продуктов горения.- Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 21.06.02 - пожарная безопасность. Львовский государственный университет безопасности жизнедеятельности Министерства Украины по вопросам чрезвычайных ситуаций и защиты населения от последствий Чернобыльской катастрофы. - Львов, 2008.

Применяемые на объектах электроэнергетики способы и технические средства противопожарной защиты, а это в основном средства водяного и пенного пожаротушения, являются недостаточно эффективными. Поэтому разработка новых способов противопожарной защиты кабельных туннелей является актуальной народнохозяйственной задачей.

Идея работы заключается в изоляции участка кабельного туннеля с очагом пожара и последующим его тушением в замкнутом объеме за счет многократного реверсирования постоянно охлаждаемого потока выделившихся при горении продуктов сгорания с низким содержанием кислорода. Впервые теоретически установлена и экспериментально подтверждена возможность эффективного тушения пожаров в кабельных туннелях путем циркулирования в замкнутом объеме через зону горения и по специально проложенному над туннелем трубопроводу постоянно охлаждаемых продуктов сгорания, что приводит к прекращению горения и охлаждению туннеля за счет движения постоянно охлаждаемых в контуре рециркуляции дымовых газов с низким содержанием кислорода. Построена математическая модель конвективно-диффузионного переноса теплоты и дымовых газов в воздушных потоках кабельного туннеля при пожаре, учитывающая аэродинамические характеристики туннеля и его размеры, динамику теплового источника, соотношение между интенсивностью конвективного и диффузионного переноса теплоты, а также теплофизические свойства опалубки туннеля и окружающих его пород, что впервые позволило установить зависимость ожидаемого расхода газовоздушного потока от температуры в туннеле. В работе раскрыт механизм дестабилизации движения газовых потоков в кабельном туннеле при пожаре, заключающийся в изменении режима проветривания вызванного влиянием локальной и глобальной тепловой депрессии. При этом впервые определено время, необходимое для нормализации режима проветривания туннеля.

Ключевые слова: тепловая депрессия, тушение кабельного туннеля, рециркуляция продуктов сгорания.

Размещено на Allbest.ru