Статьи

ООО «Инженерный центр пожарной робототехники «ЭФЭР» (далее – ИЦ ЭФЭР) на протяжении 40 лет специализируется на разработке и производстве широкого спектра пожарно-технической продукции, в т.ч. пожарных роботов и новейших многофункциональных робототехнических комплексов для защиты взрывопожароопасных и критически важных объектов промышленного и социального назначения. Номенклатура продукции сертифицирована в системе стандартов пожарной безопасности и морского регистра, система менеджмента качества предприятия имеет сертификаты ГОСТ Р ИСО 9001-2015 ISO 9001:2015 и СТО Газпром 9001:2018. Новизна технических решений подтверждена дипломами, наградами и 35-тью патентами, в том числе 2-мя международными. Специалисты компании являются лауреатами премии Правительства 2020 года в области науки и техники.

В данной статье специалистами ИЦ ЭФЭР предлагается концептуально новый подход построения гибкой архитектуры различных моделей противопожарной защиты объектов на основе многофункциональных роботизированных комплексов противопожарной защиты (далее – Комплекс ППЗ), обеспечивающих в автоматическом режиме ряд функций от предупредительного мониторинга пожарной обстановки и предотвращения возгораний (взрывов) до автоматического управления тушением пожаров с использованием программно-цифровых систем и современных технологий пожаротушения, учитывающих специфику и динамику развития пожаров на конкретных объектах, обеспечивающих возможность дистанционного контроля и управления им.

Введение

В соответствии с Государственным докладом МЧС России по итогам 2020 года [1] и реестром Ростехнадзора (далее – РТН) [2], на территории Российской Федерации в топливно-энергетическом комплексе функционирует более 700 объектов атомной и традиционной энергетики (АЭС, ТЭС, ГЭС) и до 174 тыс. опасных производственных объектов (далее - ОПО), в т.ч. по нефтегазохимической отрасли: 8019 - нефтегазодобычи, 4140 - нефтегазоперерабатывающих, нефтехимических производств и нефтепродуктообеспечения, и 5630 - химии.

По данным Минэнерго России, из 38 НПЗ 24 эксплуатируются более 50 лет, в т.ч. Туапсинский НПЗ с 1928 года, Саратовский НПЗ с 1934 года, Московский НПЗ с 1938 года, а Краснодарский НПЗ РуссНефть с 1911 года. Средний срок амортизации оборудования на НПЗ достигает до 80%, а производственных фондов нефтехимического и химического комплексов - более 45% при среднем сроке эксплуатации предприятий до 50-55 лет. После 2002 года построено всего 6 НПЗ. Самый «молодой» — Яйский НПЗ ЗАО «НефтеХимСервис», построен в 2012 г. [3]. В тоже время сегодня нефтехимия может стать драйвером развития экономики. Так, при переработке этана стоимость продукции в 4 раза выше затрат на сырье, а в нефтепереработке дельта составляет всего 15-20%. Соответственно, глобальный рынок нефтехимии в 2020 году оценивался в $461 млрд, в 2022-м – в $672 млрд, к 2027 году может достичь до $800 млрд. [4]. В этой связи вопросы обеспечения и повышения противопожарной и противоаварийной защиты ОПО энергетической и нефтегазохимической отрасли приобретают приоритетный характер на всех этапах их жизненного цикла (проектирования, строительства и эксплуатации).

Одной из основных причин высоких требований к обеспечению безопасности ОПО нефтегазохимической отрасли является то, что пожары сопровождаются, как правило, быстрым каскадным развитием аварийных ситуаций, разрушением технологических установок, взрывами и выбросом горючих и/или химически опасных веществ. Так, по данным РТН, с 2017 по 2021 годы произошло 260 аварий, в т.ч.: 27 пожаров, 39 выбросов, 35 взрывов. При этом было разрушено 75 технологических установок и 36 сооружений. Пострадало 129 чел., в т.ч. 42 человека со смертельным исходом [5]. Ранее, 22.08.2009 г., на ЛПДС «Конда» Тюменской области произошел один из самых катастрофических пожаров. Ударная волна от взрыва РВС-8 составила более 200 м с возгоранием и взрывом РВС-5. Горящая нефть разлилась на S=40 000 м². 9 пожарных было травмировано, в т.ч. 4 смертельно. Уничтожено 2 пожарных автомобиля. В результате полного морального потрясения пожарных дальнейшее тушение не проводилось более 10,5 часов. Общее время тушения - 43 часа. На тушение было привлечено 82 ед. техники и 435 чел. пожарной охраны. На восстановление ЛПДС потребовалось 1,5 млрд. руб. [6,7].

Аналогично катастрофические последствия в результате пожаров имели место и на энергетических объектах. За последние 20 лет только в машинных залах турбинных отделений АЭС, ТЭС и ГЭС произошло 38 крупных пожаров, в т.ч. 11 с катастрофическими последствиями [8].

Основные причины развития и катастрофических последствий пожаров на ОПО

1. Неликвидация очага горения в начальной стадии до 5÷10 минут в связи с отсутствием, низкой эффективностью или отказами проектных систем противопожарной защиты (СППЗ).
   
   При этом проблема низкой эффективности СППЗ объектов защиты зачастую связана с консервативным подходом их проектирования на основании требований действующих норм пожарной безопасности и использованием проектных решений, ранее апробированных в проектах 1980-90 годов, без учета специфики и динамики развития пожаров во времени и пространстве проектируемого объекта. При этом показатели эффективности применения СППЗ и их влияние на адекватную оценку рисков, в том числе страховых и инвестиционных, не рассматриваются.
   
   
2. Образование «конвективных колонок» в очаге горения с достижением критических температур t°С ≥ 500°С в течение 5-10 мин и переход пожара в объемное развитие.
   
   
3. Начало эффективных боевых действий пожарной охраны по тушению, как правило, не менее 15 минут со времени сообщения (рис. 1), когда пожар переходит в объемное неконтролируемое развитие, и его ликвидация на ОПО требует привлечения дополнительных сил и средств (рис. 2).

Рис. 1. Время реагирования первых подразделений ПО на пожар

Рис 2. Привлечение сил и средств ПО на тушение пожаров объектов нефтегазохимии

Выводы

В этой связи необходим концептуально новый «динамический» комплексный подход построения многоуровневой «умной» СППЗ на базе современных систем и технологий пожаротушения на базе программно-цифровых решений, обеспечивающих в автоматическом режиме их многофункциональность от предупредительного мониторинга пожарной обстановки и предотвращения возгораний (взрывов) до автоматического управления тушением пожара.

Основными требованиями к выбору и внедрению «умных» технологий пожаротушения на ОПО нефтегазохимической и энергетической отраслей должны быть минимальная инерционность реагирования и эффективность ликвидации горения в начальной фазе развития пожаров.

Основным критерием к выбору варианта(ов) построения многоуровневой СППЗ должен быть комплексный подход, обеспечивающий решение триединой задачи минимизации:

• рисков гибели и/или травмирования людей;
• вероятности развития пожара за пределы границ, установленных проектом;
• инвестиционных и страховых рисков для бизнес-проектов.

Возможные варианты построения СППЗ и комплексные решения, направленные на повышение противопожарной защиты ОПО нефтегазохимической и энергетической отраслей ТЭК, предлагаемые компанией ИЦ ЭФЭР

Для решения вышеуказанных проблем любой критически важный ОПО должен подвергаться анализу рисков и выявлению вероятных сценарных аварийных событий, связанных с пожарами, в т.ч. динамикой их развития.

При этом обеспечение условий оперативной локализации и ликвидации по каждому пожару разделяется на 4 блока и зависит от наличия, времени и эффективности реагирования, в т.ч.:

1 блок - технические системы противоаварийной защиты технологических процессов производств (далее – СПАЗ) и проектные решения по их адаптации с СППЗ;

2 блок – СППЗ и проектные решения по их адаптации (интеграции) со СПАЗ;

3 блок – оперативный персонал объекта, обеспечивающий противоаварийные операции и применение первичных средств пожаротушения;

4 блок - подразделения пожарной охраны и/или аварийно-спасательных служб.

Принципиально важным является взаимосвязь между этими 4-мя блоками. Все варианты развития и ликвидации сценарных аварийных событий должны взаимно дополняться и отрабатываться посредством технических средств (автоматических настроек) и действиями.

В этой связи основными направлениями реагирования на аварийные события, сопровождаемые пожарами, могут быть:

• действия по обеспечению устойчивого функционирования технологического процесса или снижению его параметров до безопасных с использованием элементов СПАЗ и СППЗ;
• действия по защите персонала и обеспечению условий для безопасной эвакуации людей;
• действия по обнаружению очага(ов) возгорания, локализации и ликвидации горения;
• действия по защите оборудования и конструкций здания от перегрева и обрушения;
• действия пожарных подразделений, а также по созданию условий для их безопасной работы.

Реализация всех 4-х блоков и была заложена авторами Комплекса ППЗ в его базовые и расширенные возможности многоуровневой «умной» СППЗ (рис. 3). Апробация Комплекса ППЗ была успешно проведена в 2021 году на Калининской АЭС (рис. 4).

Рис. 3 Автоматический поиск и обнаружение очага возгорания в 3D системе координат

Рис. 4 Тушение модельного очага с бензином и турбинным маслом за 55 сек.

В соответствии с требованиями №123-ФЗ, роботизированные установки пожаротушения (РУП) должны обеспечивать в автоматическом режиме:

• обнаружение, ликвидацию или ограничение пожара за пределы очага без присутствия человека в зоне работы РУП,
• возможность дистанционного управления установкой и передачи оператору информации с места работы РУП,
• возможность выполнения РУП своих функций в условиях воздействия опасных факторов пожара или взрыва, радиационного, химического или иного опасного для человека и окружающей среды воздействия.

Реализация данных требований была заложена в функциональные возможности Комплекса ППЗ в полном объеме, в т.ч. базовые функциональные возможности:

• автоматический мониторинг и блиц-мониторинг пожарной обстановки зоны защиты,
• автоматический поиск и обнаружение очага (ов) пожара в 3D системе координат,
• автоматический выбор ОТВ (вода, пена) и управление пожаротушением с учетом динамики развития пожара,
• автоматическое охлаждение несущих конструкций и оборудования с учетом t0С,
• дистанционное управление роботами в онлайн-режиме с наблюдением обстановки в видимом и ИК-диапазонах, 
• комплектация и адаптация под любой объект, а также интеграция на действующих объектах и в техпроцессах,
• автоматическая самодиагностика работоспособности в заданном режиме и резервирование основных компонентов.

Расширенные функциональные возможности:

В целях реализации 2 -го блока Комплекс ППЗ дополнительно может интегрироваться в СКУПЗ и СПАЗ объектов (рис. 5), в т.ч. газового, температурного мониторинга, для предотвращения пожаров и взрывов при исходных аварийных событиях.

Рис. 5. Адаптация Комплекса ППЗ с системами противоаварийных защит и комплексного управления противопожарной защитой

В целях безопасного применения Комплекса ППЗ на взрывопожароопасных объектах его компоненты исполняются в общепромышленном и взрывозащищенном исполнении.

Уникальность Комплекса ППЗ заключается в обеспечении многоуровневой автоматической защиты объектов от предупредительного мониторинга пожарной обстановки до полнопроцессного управления тушением пожаров с использованием инновационных робототехнических средств на базе программно-цифровых решений и современных технологий пожаротушения, адаптируемых к виду горючих материалов, площади возгорания, а также динамике развития пожара с адресным применением в зонах защиты наиболее оптимальных средств тушения и охлаждения (пожарных роботов, мини-роботов, пожарных кранов), обеспечивающих расчетную подачу на тушение и/или защиту наиболее эффективных огнетушащих средств (компактных или распыленных струй воды, тонкораспыленной воды, пены низкой кратности или компрессионной пены).

Безусловным преимуществом Комплекса ППЗ является многовариантность его исполнения и комплектации под конкретный проектируемый (строящийся или модернизируемый) объект защиты, а также интеграция на действующих объектах и в технологических процессах.

Новизна технических решений подтверждена патентом № 2775482 от 17.08.2021 г. и свидетельством о государственной регистрации программы для ЭВМ на полнопроцессную систему управления № 2022619597 от 24.05.2022 г.

В 2022 году по результатам экспертной оценки и отбора инноваций Государственной корпорации «Росатом» для участия в премии «Технологический прорыв 2022» Комплекс ППЗ вошел в ТОП 5 номинантов инновационных проектов.

В декабре 2022 проект Комплекса ППЗ был поддержан и зарегистрирован в Агентстве стратегических инициатив России (АСИ) под № ID 03507-22. Госкорпорация Росатом в настоящий период совместно с авторами изобретения оформляет международные заявки для зарубежного патентования в 39 странах мира.

Оптимальная комплектация РУП на базе стационарных РУП и мини-РУП (рис. 6) для включения в состав Комплекса ППЗ:

• два и более пожарных робота (ПР) с системой видео- и тепловизионного контроля с цифровой обработкой сигнала в ИК- и УФ-диапазоне;
• цифровая система управления, подключаемая с АПС, СКУПЗ или СПАЗ;
• запорно-пусковые устройства;
• информационные каналы связи.

Рис. 6 РУП на базе стационарных ПР

Рис. 7 Монитор оператора АРМ и планшет руководителя тушения пожара

Также для тушения пожаров и проведения комплекса аварийно-спасательных и технических работ на ОПО нефтегазохимического и атомного комплексов в 2023 году Специальным конструкторско-технологическим бюро прикладной робототехники (СКТБ ПР) во взаимодействии с ИЦ «ЭФЭР» разработаны и изготовлены серийные экземпляры мобильной роботизированной установки пожаротушения (МРУП) для обеспечения защиты АЭС (рис. 8).

Рис.8. Применение МРУП для подачи компактных и распыленных струй воды и компрессионной пены: 1 – дуги безопасности, 2 – двухгусеничное шасси, 3 – газоанализатор с сенсорами до 15 газов, 4-5 – кабельная катушка с оптоволоконным кабелем = 300 м, 6 – телекамера 2-х координатная с осветителем, 7 – блок детектирования, 8 – телекамера 2-х координатная с осветителем и тепловизором, 9 –лафетный ствол с дистанционным управлением 40 л/сек, 10 – фронтальные осветители (2 шт х 50 Вт). Габариты 1450х750х850 мм, вес - 250 кг, тяговые усилия – 2000 Н.

В конструкцию и комплектацию серийных изделий специалистами были внесены коренные изменения, позволившие кратно улучшить их основные тактико-технические характеристики.

По результатам комплексных испытаний на базе ФГБУ ВНИИПО МЧС России, на МРУП получена первая в России Декларация о соответствии требованиям технического регламента Евразийского экономического союза (ТР ЕАЭС 043/2017 «О требованиях к средствам обеспечения пожарной безопасности и пожаротушения»).

Получение серийного образца МРУП позволило перейти к разработке и тестированию тактики и технологии применения данного устройства в боевых условиях при ликвидации аварий и пожаров на ОПО, в т.ч. проведения разведки, тушения возгораний, создания защитных завес и многое другое.

Внедрение современных отечественных систем и технологий противопожарной защиты на проектируемых и модернизируемых объектах энергетической и нефтегазохимической отраслей позволит безусловно минимизировать риски для жизни и здоровья персонала при пожарах и авариях, а также кратно повысить уровень защиты объектов, не имеющий в настоящий период аналогов в мире.

Реализованные проекты по обеспечению противопожарной защиты с использованием роботизированных установок пожаротушения

Всего более 100 промышленных и социальных объектов, в т.ч. основные:

• Космодромы Восточный и Плесецк - стартовые комплексы, филиал АО «АЭМ-технологии» «Атоммаш» (г. Волгодонск);
• ООО «Трансойл-Терминал» (г.Нориманов): ж/д СНЭ СУГ, нефтерезервуарный парк комбината «Ударник»: ж/д СНЭ, терминал по производству и перегрузке СПГ: ООО «Криогаз-Высоцк», ООО «ЛУКОЙЛ-Ухтанефтепереработка» (г. Ухта, Республика Коми), РН-Морской терминал (Находка), Нефтяной терминал по проекту Сахалин-1, КТК-Р (г.Новороссийск), Порты Усть-Луга, Высоцк, Витино: склады и др. объекты;
• НПЗ (Волгоград, Кириши, Москва, Сызрань, Туапсе), Ангарская нефтехимическая компания, Иркутский завод полимеров, Воронежсинтезкаучук, Амурский гидрометкомбинат, Омск Карбон Могилев, Волжская перекись, РН Уватнефтегаз, морские нефтегазодобывающие платформы им. В.И. Грайфера и им. В. Филановского (Каспийское море);
• Барнаульская ТЭЦ, Петрозаводская ТЭЦ, Кураховская, Донецкая, Луганская и Змиевская ТЭС, Березовская ГРЭС, Жигулевская ГРЭС, Белорусская АЭС – машинные залы энергоблоков;
• ПАО «Туполев» г. Казань, ТАИФ-НК, «Елабуга» (Республика Татарстан);
• Аэропорты им. Ю.А. Гагарина (г.Оренбург), Шереметьево, Внуково (г. Москва), Остафьево (г.Подольск) Ангара (г.Иркутск): ангары стоянки и ТО самолетов (всего 17 аэропортов);
• Судостроительные заводы «Звезда», «Звездочка», «Вымпел», «Волга»;
• Стадионы «Газпром Арена» (г.Санкт-Петербург), Лужники (г.Москва), спорткомплексы «Оренбуржье» (г.Оренбург), Дворец легкой атлетики (г.Гомель, Республика Беларусь), МФК «Кунцево Плаза» - атриум (г.Москва),  ТК «Южные ворота» и Парк развлечений «Остров мечты» (г.Москва), Мечеть и Музей Nur Alem (г. Астана, Республика Казахстан), представительство АО «Путеви» (г. Ужице, Республика Сербия).

Список литературы

1. Государственный доклад «О состоянии защиты населения и территорий Российской Федерации от чрезвычайных ситуаций природного и техногенного характера в 2020 году» // Официальный сайт МЧС России [Электронный ресурс]. URL: https://mchs.gov.ru/dokumenty/5304
2. Государственный реестр опасных производственных объектов // Надзор-Инфо: сообщество экспертов России [Электронный ресурс].  URL: https://eo.nadzor-info.ru/opo
3. Ростехнадзор: средний срок амортизации оборудования на нефтеперерабатывающих заводах страны // ФИНАМ [Электронный ресурс]. URL: https://www.finam.ru/publications/item/rostexnadzor-sredniiy-srok-amortizacii-oborudovaniya-na-neftepererabatyvayushix-zavodax-strany-dostigaet-80-20081007-1450/
4. Глубина переработки нефти в России //  Neftegaz.RU. 26.01.2021.  [Электронный ресурс].  URL: https://magazine.neftegaz.ru/articles/pererabotka/661187-glubina-pererabotki-nefti-v-rossii/
5. Анализ аварийности на объектах нефтегазовой отрасли России / С. А. Полякова, С. С. Ильичёв. // Молодой ученый. 2022. № 16 (411). С. 115-117 [Электронный ресурс].  URL: https://moluch.ru/archive/411/90471/
6. Пожар на линейной производственно-диспетчерской станции "Конда" // Книга памяти МЧС России  [Электронный ресурс]. URL:https://memory.mchs.gov.ru/events/26 / 
7. 10 лет назад был крупнейший пожар ТЭК России // FIREMARSHAL.RU: полезный блог про пожаротушение. 16.08.2019 [Электронный ресурс]. https://blog.firemarshal.ru/10-let-nazad-byl-krupnejshij-pozhar-tek-rossii/
8. Технический отчёт по применению Комплекса противопожарной защиты в объединенном машинном зале блоков 1 и 2 Калининской АЭС, ПТО 02-18-05/2020-КППЗ.7.