Применение тонкораспыленной воды высокого давления для целей автоматического пожаротушения на станционных комплексах метрополитенов

В. П. Прохоров, канд. техн. наук, доцент, вице-президент и академик Всемирной академии наук комплексной безопасности (ВАН КБ), начальник отдела разработки нормативно-технических документов и технических норм, Государственное автономное учреждение города Москвы «Научно-исследовательский аналитический центр» (ГАУ «НИАЦ»)

Общеизвестно, что метрополитен является одной из главных составляющих транспортной инфраструктуры столицы. Ежесуточно Московский метрополитен перевозит около 9 млн пассажиров. В условиях возрастающей плотности движения на улицах города метрополитен является единственным видом скоростного городского транспорта. Это делает метрополитен особенно привлекательным для горожан, что, в свою очередь, ведет к увеличению количества перевозимых пассажиров и росту ответственности метрополитена за обеспечение безопасной их перевозки. Следует уточнить, что в понятие «безопасная перевозка пассажиров» огромным сегментом входит понятие «пожарная безопасность перевозки». В свою очередь, пожарная безопасность перевозки пассажиров означает обеспечение пожарной безопасности средств перевозки (электроподвижного состава и эскалаторов), а также обеспечение пожарной безопасности объектов инфраструктуры метрополитена. Для стационарных объектов принципы пожарной безопасности формулируются на этапе их проектирования, реализуются при строительстве и должны поддерживаться в процессе эксплуатации.

В ряду стационарных объектов метрополитена особое место занимают станционные комплексы. Для них характерными чертами являются: большое количество пассажиров (в часы пиковых перевозок), ограниченные объемы пассажирской зоны и служебно-технических помещений, реализация различных технологических процессов на стационарном оборудовании, близкое соседство служебно-технических помещений с пожароопасными технологическими процессами и пассажирскими зонами, прием и отправление электропоездов, отстой в ночное время электропоездов в тупиках и станционных путях, примыкающих к станциям, перемещение людей на эскалаторных наклонах, низкая защищенность средств перевозки пассажиров от незаконного вмешательства и т. д.

На станциях реализуются пожароопасные технологические процессы: работа эскалаторных комплексов, функционирование кабельных линий в кабельных сооружениях различного типа, процесс трансформации и распределения электрического тока на подстанциях. Возникновение и развитие пожаров на указанных участках, как правило, скоротечно и сопровождается сильным дымообразованием. Обильное дымообразование при горении в подземных сооружениях представляет основную угрозу для людей, т. к. дым как совокупность газо- и парообразных продуктов горения является токсичной или высокотоксичной средой.

В дальнейшем распространение дыма в пассажирской зоне станции происходит с быстрым заполнением объемов помещений, создает реальную угрозу пассажирам и требует оперативной ликвидации пожара в автоматическом режиме тушения. Аналогичную угрозу несет пожар электропоезда на станции.

При разработке идеологии автоматического пожаротушения для различных пожароопасных технологических процессов на станции из числа перечисленных выше разработчик обязан знать все факторы в механизме пожаротушения для огнетушащих веществ (ОТВ) любого вида: вода, пена, газ, огнетушащий порошок). Как уже отмечалось, существует механизм тушения, в котором насчитываются пять факторов:

1) механическое сбивание пламени;

2) охлаждение поверхности или зоны горения;

3) изоляция поверхности горения от кислорода воздуха;

4) разбавление зоны горения;

5) химическое торможение реакции окисления в зоне горения (ингибирование).

Следует учитывать, что различные огнетушащие вещества располагают далеко не всеми из перечисленных факторов механизма тушения. Например, огнетушащие порошковые составы не охлаждают поверхность или зону горения. А вода, в любом виде, не изолирует поверхность горения от кислорода воздуха. Проектировщику необходимо понимание достоинств и недостатков анализируемых видов ОТВ, знание особенностей пожароопасных технологий метрополитена. Кроме этого, разработчику важно учитывать обязательное требование для объектов метрополитена: обеспечение безопасности незащищенных пассажиров в случае применения ОТВ в подземных сооружениях рядом с пассажирской зоной или непосредственно в ней (эскалаторных наклонах, салонах вагонов с пассажирами).

Рисунок 1. Автоматическая установка пожаротушения тонкораспыленной водой высокого давления включает: 1 – систему водопитания; 2 – модульную насосную установку высокого давления; 3 – коллектор высокого давления; 4 – трубопроводы магистральный и распределительный; 5 – дренчерные или спринклерные распылители

Рассмотрим кабельные сооружения. К кабельным сооружениям станций следует отнести обходные кабельные тоннели станций, подплатформенные вентиляционно-кабельные каналы, кабельные шахты и кабельные этажи тягово-понизительных подстанций. Кабельные сооружения на станциях обеспечивают функционирование кабельных линий метрополитена различного назначения.

Кабельные сооружения на станциях имеют следующие особенности:

• в кабельных потоках представлены кабели всего диапазона функционального назначения;

• диапазон напряжений электрического тока составляет от слаботочных величин до 20 кВ;

• пожарная нагрузка от кабельных линий составляет более 180 МДж/м²;

• невозможность снятия напряжения с кабельных линий (по технологическим причинам) сразу после возникновения пожара;

• наличие в кабельных сооружениях транзитных кабельных линий, принадлежащих сторонним организациям;

• необходимость тушения пожара в кабельном сооружении без снятия напряжения с кабельных линий;

• близкое соседство с пассажирской зоной;

• возможность попадания продуктов горения, ОТВ и продуктов термического разложения ОТВ в пассажирскую зону;

• есть вероятность отравления пассажиров продуктами горения.

Причиной возникновения пожара на кабельной линии служит, как правило, пробой соединительной муфты. Реже возникает пробой по телу кабеля. Пробою сопутствует возникновение горения. Дальнейшее развитие горения носит линейный характер. Горение распространяется по горючей оболочке кабеля, т. е. развивается горение по площади. В условиях подпитки, т. е. при неснятом напряжении, горение будет развиваться, в т. ч. и по изоляции НГ (не поддерживающей горение). При этом в кабельной линии из нескольких кабелей горение распространяется на выше- и нижерасположенные кабели и требует неотложного автоматического тушения.

Следует особо подчеркнуть, что кабельный пожар в условиях подпитки (при неснятом напряжении) невозможно потушить импульсным методом подачи ОТВ (газовым, порошковым, аэрозольным), т. к. существует угроза повторного воспламенения при уже израсходованном запасе огнетушащих веществ. Следует предостеречь проектные организации и от выбора модульных установок ТРВ для защиты кабельных каналов. Причины остаются прежними.

В соответствии с требованиями п. 5.16.4 табл. 5.34 СП 120.13330.2022 «СНиП 32-02-2003 «Метрополитены» [1], кабельные сооружения должны оснащаться автоматическими установками пожаротушения тонкораспыленной водой высокого давления (АУП ТРВ ВД) в случае превышения пожарной нагрузки более 180 МДж/м².

Рисунок 2. Дренчерные и спринклерные распылители

Право выбора типа АУП, как и вида ОТВ, по действующим нормам [1] предоставлено организации-проектировщику. Для использования на метрополитене актуальным является выбор такого типа АУП, который обеспечивает безопасность для пассажиров и эффективность пожаротушения.

Требования к ОТВ и автоматическим установкам пожаротушения, применяемым на кабельных сооружениях станций, следующие:

• безопасность для людей в случаях автоматических запусков при тушении пожаров или нештатных срабатываниях;

• эффективность тушения по площади, исключающая повторное воспламенение;

• возможность применения в защищаемых объемах при нахождении в них людей;

• электробезопасность при подаче в защищаемый объем и неснятом напряжении на кабельных линиях;

• дымоосаждение;

• возможность длительной подачи ОТВ;

• малый совокупный расход и отсутствие необходимости интенсивного водоотведения.

Продолжительные исследования в области тушения кабельных сооружений, выполненные во ВНИИПО МЧС России, нашли отражение в рекомендациях по выбору типа установок пожаротушения [2]. Испытаниями было установлено, что тонкораспыленная вода (ТРВ) наиболее эффективна при тушении кабельных сооружений.

ТРВ, помимо огнетушащих свойств, располагает ярко выраженным свойством дымоосаждения, поэтому ее применение на станциях актуально и обеспечивает значительное снижение рисков отравления пассажиров продуктами горения.

Особо следует отметить параметры давления перед насадками (оросителями), при которых получают тонкораспыленную среду с размерами капли 100–150 мкм и менее. Рабочее давление перед оросителем создается насосами высокого давления и находится в диапазоне 5–15 МПа. Не следует путать распыленную воду и ТРВ. Распыленная вода не обеспечивает электробезопасность, т. к. имеет размер капель более 150 мкм. Кроме того, расход воды через насадки для распыленной воды на порядок выше, чем у ТРВ, и совокупный расход оросителей в дренчерной секции требует интенсивного водоотведения. Для удобства отличия в случаях применения ТРВ следует обязательно добавлять словосочетание «высокого давления» (ВД).

На рынке АУП ТРВ ВД достаточно широко представлены зарубежные и отечественные производители оборудования. При общих принципиальных технологических решениях у различных фирм при выборе оборудования для метрополитена следует рассматривать только прошедшее испытания на электробезопасность и обязательно требовать акты и протоколы, подтверждающие электробезопасность и возможность тушения кабельных сооружений без снятия напряжения в диапазоне от 20 кВ и ниже.

Поскольку в действующей нормативной базе отсутствуют четкие указания на вид применяемого для тушения кабельного сооружения ОТВ, в практике проектирования часто встречаются неквалифицированные решения в части применения ОТВ и выбора типа АУП. Например, выбираются для защиты кабельных сооружений АУП ТРВ без документов, подтверждающих электробезопасность. Этот выбор может привести к гибели персонала метрополитена при определенных обстоятельствах.

При тушении кабельного пожара с помощью ТРВ ВД из обозначенных выше факторов механизма тушения основными являются охлаждение поверхности горения и разбавление зоны горения. Однако, как показывает практика применения ТРВ ВД, сочетание этих факторов всегда дает положительный эффект. Следует подчеркнуть, что тушение сопровождается быстрым дымоосаждением в защищаемом объеме кабельного сооружения. Это снижает риск воздействия токсичных продуктов горения на пассажиров и создает условия для работы пожарно-спасательных подразделений на станциях.

Другим объектом защиты на станциях являются эскалаторные наклоны (комплексы). Являясь средством перевозки пассажиров, эскалаторы в то же время являются и путями эвакуации. Особенно значима необходимость противопожарной защиты для эскалаторов станций глубокого заложения. В настоящее время существует тенденция изменения пожарной нагрузки эскалаторов в сторону увеличения. При этом ее величина может превышать 180 МДж/м². В соответствии с требованиями табл. 5.34 (1), в случае превышения пожарной нагрузки над нормативной величиной эскалаторы следует защищать автоматической установкой пожаротушения. Защите подлежит весь объем подбалюстрадного пространства, которое непосредственно находится под пассажирской зоной. Учитывая вероятность быстрого распространения горения по наклону снизу вверх вплоть до машинного зала, необходимо защищать весь эскалатор и тушить весь подбалюстрадный объем одновременно. Кроме этого на эскалаторных комплексах защите подлежат машинные залы, кабельные каналы (под машинным залом и подэскалаторные). Исследования по динамике распространения горения на эскалаторных наклонах проводились ленинградским филиалом ВНИИПО МВД СССР еще в 1970-х годах. Было установлено, что наиболее эффективным средством тушения является распыленная вода [3]. Однако распыленную воду как средство тушения отвергли метрополитены по причине большого расхода воды (более 30–50 л/с) и сопутствующих проблем водоотведения.

Революционные технологии ТРВ ВД позволили решить указанные проблемы на новом уровне за счет кратного уменьшения суммарных расходов воды на дренчерную секцию. Немаловажным достоинством АУП ТРВ ВД для эскалаторных наклонов является возможность немедленного ее включения в автоматическом режиме без предварительного удаления пассажиров с лестничного полотна эскалаторов. Включение АУП ТРВ ВД при пожаре на эскалаторе позволит также успешно решать и проблему защиты пассажиров от дыма: напомним, дымоосаждение освобождает пути эвакуации на эскалаторе и снижает угрозу отравления пассажиров.

Известно, что основная часть электропоездов Московского метрополитена в ночное время отстаивается на линиях: в тупиках и на станционных путях. Это свыше 3000 вагонов, т. е. примерно половина парка эксплуатируемых вагонов. Расстановка поездов в ночное время на станционных путях регулируется приказом по метрополитену, и место размещения зависит от даты: первый или второй путь. Таким образом планируется не только размещение поездов, но и обслуживание стационарного оборудования на участках отстоя станционных путей. Пожарная нагрузка тупиков и участков отстоя станционных путей в ночное время, при размещении в них подвижного состава, возрастает кратно. При этом в ночное время, при сохраняющейся опасности возникновения пожаров в электропоездах, персонал метрополитена в местах отстоя отсутствует. Таким образом, возникает объективная необходимость в автоматическом пожаротушении электропоездов на участках ночного отстоя.

До недавнего времени в действующих нормах было сформулировано требование о защите тупиков системами водяного тушения на основе распыленной воды.

Одновременно действовало требование об устройстве дренчерных водяных завес для отсечки тупиков отстоя от перегонных тоннелей. Все это в совокупности приводило бы к значительным расходам воды и требовало дополнительного ввода. Следует отметить, что это требование не выполнялось всеми проектировщиками. При этом участки отстоя на станционных путях автоматическими установками пожаротушения не защищались вообще. В новом СП 120 13330.2022 впервые установлено требование о применении ТРВ ВД агрегатного типа для защиты тупиков и станционных путей.

Применение ТРВ ВД для защиты тупиков и участков станционных путей кардинально изменяет способ тушения электроподвижного состава, находящегося в отстое. Следует подчеркнуть, что ТРВ ВД является средством объемно-поверхностного тушения в отличие от способа тушения распыленной водой, который является способом поверхностного тушения. При тушении вагонов распыленной водой и подачей ее на кузов вагона сверху может быть достигнут лишь эффект локализации пожара электропоезда, но не его тушения. Основная часть пожарной нагрузки вагона находится в его салоне. Пожар в салоне вагона следует тушить изнутри. Применение ТРВ ВД эту задачу решает. Необходимо лишь выполнить новые условия отстоя электропоездов: во время отстоя поездов их двери должны быть открыты.

Немаловажным достоинством АУП ТРВ ВД является возможность ее подключения к тоннельному водопроводу, что исключает необходимость создания резервных запасов ОТВ и значительно расширяет область применения ТРВ на станции в рамках единой системы АУП. Однако проектировщику следует помнить о необходимости системы самопромывных фильтров, исключающих попадание твердых примесей из тоннельного водопровода в плунжерные насосы АУП ТРВ ВД.

В СП 120 13330.2022 впервые отражена идеология единой насосной станции АУП ТРВ ВД для всего станционного комплекса. Это решает проблему противопожарной защиты целого ряда технологических процессов станционного комплекса от единой насосной станции. К перечню таких объектов защиты следует отнести: тупики отстоя электропоездов и станционные пути, кабельные сооружения всей станции, эскалаторные комплексы, торговые павильоны в кассовых залах. При этом необходим предварительный расчет количества насосов в насосном модуле АУП ТРВ ВД. Насосным модулем ТРВ ВД называется совокупность рабочих насосов, определяемая по расчету. Расчет следует вести по максимальному расходу воды на тушение дренчерной секцией, защищающей максимальную площадь. К таким объектам с большой площадью защиты могут быть отнесены кабельные подвалы тягово-понизительных подстанций, тупики или станционные пути для отстоя в ночное время.

Возможности насосного модуля ТРВ ВД, по сути, решают проблему защиты самых пожароопасных технологических процессов на станциях. Удельная стоимость защиты пожароопасных технологий на одной станции с помощью единой АУП ТРВ ВД, безусловно, будет существенно ниже совокупной стоимости нескольких АУП с различными ОТВ для этой же станции.

Таким образом, можно сделать следующие выводы.

1. Современные технологии пожаротушения в виде ТРВ ВД актуальны для защиты станций метрополитена.

2. Эффективность ТРВ ВД обеспечивает ликвидацию пожаров на участках с пожароопасными технологиями станций.

3. Применение ТРВ ВД в объемах станции обеспечивает эффективное дымоосаждение, снижает уровень опасности отравления для пассажиров и создает условия для работы пожарных подразделений.

4. При выборе марки оборудования АУП ТРВ ВД электробезопасность должна в обязательном порядке подтверждаться актами и протоколами испытаний.

5. В интересах государственной программы импортозамещения при выборе оборудования ТРВ ВД следует отдавать предпочтение отечественному производителю.

Литература

1. СП 120.13330.2022 «СНиП 32-02-2003 «Метрополитены».
2. Средства пожарной автоматики. Область применения. Выбор типа: рекомендации. – М.: ФГУ ВНИИПО МЧС России, 2004.
3. Ильин В. В., Беляцкий В. П., Чуприян А. П. Проблема противопожарной защиты метрополитенов и ее решение / Под ред. В. В. Ильина. – СПб.: Изд-во СПбГТУ, 2000.
4. Технический регламент о требованиях пожарной безопасности: Федеральный закон № 123-ФЗ от 22.07.2008.

Статья публикуется на правах открытой лицензии Creative Commons BY-NC

Рисунки и фотографии предоставлены НПО «Простор»