Обеспечение пожарной безопасности на Крымском мосту за счет определения эффективности пожарных стволов РС-50 (ствол Б), РС-70 (ствол А) при тушении пожаров (охлаждения конструкции) на Крымском мосту

Аннотация. В статье обоснована актуальность совершенствования системы пожарной безопасности на Крымском мосту. Для тушения пожаров (охлаждения конструкции) на Крымском мосту обосновывается возможность использования пожарных стволов РС-50 (ствол Б) и РС-70 (ствол А). Показаны результаты первичного эксперимента и определены расчетные данные по предложению.

Abstract. The article substantiates the relevance of improving the fire safety system on the Crimean bridge. To extinguish fires (cooling structure) on the Crimean bridge justified the possibility of using fire barrels RS-50 (barrel B) and RS-70 (barrel A). The results of the primary experiment are shown and the calculated data on the proposal are determined.

Для обеспечения транспортного перехода через Керченский пролив в 2015-2018 гг. осуществлено строительство Крымского моста.  Несмотря на стабильную обстановку с пожарами и последствиями на территории Темрюкского района Краснодарского края, намечается явное ухудшение в ближайшие годы, в том числе на объектах различных форм собственности. Поэтому уже сейчас необходимы срочные меры по улучшению обстановки с пожарной безопасностью вблизи мостового перехода и оперативной обстановки с пожарами на территории района в целом.

В 2017 г. на строительной площадке Крымского моста прошли командно-штабные учения по тушению пожара. В операции были задействованы пожарные, спасатели, медики и строители. Анализ типовых сценариев возможных пожаров на Крымском мосту [2] доказывает, что в связи с наличием пожароопасных объектов вблизи моста и возможности возгарания на самом полотне, включая горение взрывоопастных перевозимых жидкостей на транспорте, необходимо развивтвать систему пожарной безопасности.

Безопасность в Темрюкском районе осуществляется силами Темрюкского пожарно-спасательного гарнизона:  двумя федеральными пожарно-спасательными подразделениями, двумя субъектовыми подразделениями пожарной охраны, тремя аварийно-спасательными подразделениями, подразделением ГИМС и двумя частными подразделениями пожарной охраны. Штатная численность сил и средств Темрюкского пожарно-спасательного гарнизона по штату 350 человек личного состава, 33 единица техники и 7 плавсредств.  Силы постоянной готовности 78 человек личного состава 20 единиц техники [1].

Так как сегодня тушения большинства пожаров осуществляется с помощью ручных и лафетных пожарных стволов, то оптимизация системы их использования являюеся базовой задачей.  В зависимости от масштаба пожара, его площади, веществ, которые горят и других факторов, используется соответствующий тип пожарного ствола, который обеспечивает требуемый расход воды, глубину тушения пожара и тому подобное.

В подразделениях Темрюкского пожарно-спасательного гарнизона для тушения пожаров в основном используются стволы типа РС-50 (ствол Б), РС-70 (ствол А).

Ствол РС-50 способен подавать на тушение пожара отдельно сплошную и распыленную струи воды. Ствол РС-50 не является перекрывным и способен подавать только сплошную струю воды.

Ручные стволы типа РС-70 (ствол А) являются стволами, которые могут подавать распиленную или сплошную струи воды, а также создавать защитную водяную завесу. К их преимуществам следует также отнести возможность регулирования расхода воды, угла наклона защитной завесы, удобство в пользовании и прочее.

Рассмотренные выше стволы являются достаточно эффективными при тушении пожара и широко используются в работе подразделений МЧС. Однако, эти стволы в определенный момент времени могут выполнять только одну свою функцию − подачу сплошной струи воды, распыление, или создание водяной завесы. Если необходима подача сплошной струи воды для тушения пожара и одновременное создание завесы для защиты пожарных от теплового излучения необходимо параллельно использовать два пожарных ствола, что приводит к привлечению большего количества личного состава и пожарно-технического оборудования.

При использовании двух стволов РС-70 и РС-50 уменьшение количества личного состава можно проиллюстрировать также по общей формуле [4]:

                                                                                        (1)

где   – количество личного состава, задействованного на позициях по тушению пожара, включая ствольщиков (включая и звенья ГДЗС);

 – количество личного состава, задействованного на позициях по защите, включая ствольщиков;

– количество личного состава, задействованного на контроле за работой насосно-рукавных систем (по количеству автомобилей);

– количество личного состава, задействована на постах безопасности (по числу постов).

При использовании предлагаемого способа подачи сплошной струи воды на тушение пожара с одновременным использованием РС-70 и РС-50:

                                                                                            (2)

С целью расширения функциональных возможностей ручного пожарного ствола, то есть для одновременной подачи воды на тушение пожара сплошной струей и создания защитной завесы от теплового излучения проведен эксперимент по сравнению практических возможностей РС-70 и РС-50:

Рисунок 1. Экспериментальное исследование эффективности РС-70 и РС-50

Классически, при исследовании вертикальных струй, используют эмпирические формулы Люгера и Фримана, которые построены на основе экспериментальных исследований и позволяют найти потери напора. В экспериментальной работе предложено пользоваться не выражениями потерь напора, а силой сопротивления движению, как функцией скорости потоков. Скорость определится решением дифференциального уравнения Бернулли [2].

Чтобы составить дифференциальное уравнение движения, рассмотрим динамическое равновесие элемента струй различной кратности длиной dy в направлении вертикальной оси oy. Она выражается уравнениями:

                                                                                    (3)

где

Индексы 1 и 2 используются для обозначения параметров струй средней и низкой кратности, D и щ - диаметр и площадь поперечного сечения струи; p - давление; v - вертикальная скорости движения центра выделенного элемента; с - удельная плотность вещества; g - ускорение свободного падения; G - сила тяжести; F_i - сила инерции; F_оп - сила сопротивления воздуха, действующая на выделенный элемент; К_оп = К_оп(y) - коэффициент трения струи о воздух; f (v) - некоторая непрерывная функция скорости; F_вс - сила взаимодействия струй между собой; К_вс=К_вс(y) - коэффициент трения струи о струю.

Поскольку в дальнейшем будет рассматриваться только стационарное движение струй, то для него , а частные производные по y переходят в обычные. Для упрощения уравнений будем считать давление p в струе постоянным, так . Кроме того, принимаем К_опD^-1=const. В результате, подставив выражения (3), переходим к уравнению Бернулли в дифференциальной форме:

                                                                                    (4)

Если сила сопротивления воздуха представлена выражение  , то движение тела определяется уравнением:

                                                                                                        (5)

Введя обозначения, получим:

                                                                                                          (6)

что совпадает с (4) при б = 4К_оп(сD)^-1

При квадратичной зависимости силы взаимодействия между струями от величины их относительной скорости, динамический процесс опишется системой четырех нелинейных дифференциальных уравнений:

                                                            (7)

с начальными условиями:

                                                                          (8)

где v₀ - скорость истечения струи из ствола;

И - угол наклона оси ствола к горизонту;

б - коэффициент взаимодействия струи с воздухом;

в - коэффициент взаимодействия струй между собой.

Взаимодействие между струями происходит при выполнении определенного условия. Этим условием является вертикальное расстояние между двумя струями, если между струями есть зазор, то контакта нет и наоборот.

Энергетический обмен между струями приводит к усреднению траекторий - увеличение дальности полета пены средней кратности благодаря уменьшению дальности полета струи низкой кратности. Если бы эта фаза полета продолжалась достаточно долго, то значение кинетической энергии обоих струй выровнялись бы и дальше существовала бы только одна струя. Однако, как показывают экспериментальные исследования, существует и третья фаза - вторая фаза отдельного полета струй, когда струя средней кратности падает ниже струи пены низкой кратности.

Таким образом, теоретически и экспериментально доказано, что наиболее эффективным режимом подачи комбинированного струи такой режим, при котором существует только одна фаза - фаза взаимодействия струй между собой.

Проведение исследований по обоснованию параметров и технических решений как основа для создания установок пожарной защиты средней кратности, является актуальным и направленным на повышение эффективности тушения пожаров легковоспламеняющихся и горючих веществ в целом. Создание комбинированных передвижных пожарных стволов, которые могут подавать и воду, и пену различной кратности является необходимой и актуальной задачей для ликвидации пожаров на автомобильном и железнодорожном транспорте в условиях Крымского моста.