Автоматизированная система противопожарной защиты АЭС на основе аспирационных средств обнаружения пожара

Функционирующие в настоящее время в России 10 атомных электростанций (АЭС), вносят существенный-вклад в производство-электроэнергии.в нашей, стране. В последние годы также многие развитые страны пересматривают свою политику в отношении АЭС, стараясь активно разворачивать строительство собственных атомных станций, с целью снизить зависимость от стран-экспортеров топлива и электроэнергии.

Известно, что АЭС является потенциально взрывопожароопасным объектом, возникновение пожара на котором может привести к экологической катастрофе, большому социальному и материальному ущербу в результате гибели людей, уничтожения" и повреждения материальных ценностей, сооружений, оборудования, а также вследствие снижения выработки электроэнергии. Поэтому тема диссертационной работы, направленная на поддержание высокойэффективности функционирования и совершенствование автоматизированных систем противопожарной защиты (АСПЗ), входящих в автоматизированные системы управления предприятий атомной энергетики является важной и актуальной.

Актуальность исследований и разработок в области повышения пожарной безопасности АЭС подтверждена на государственном уровне решением, заседания Правительственной комиссии, которое состоялось 30 января 2001* г. Минатому России, в частности, было поручено разработать дополнительные меры по приведению атомных электростанций в пожаробезопасное состояние. Во исполнение указанного решения разработан, утвержден и согласованс ГУГПС МВД России «План.1 мероприятий по повышению пожарной безопасности действующих энергоблоков АЭС концерна „Росэнергоатом“ на 2001;2007 гг.» .

Значительный вклад в разработку теоретических основ и решении прикладных задач в области пожарной безопасности промышленных объектов АЭС в последние годы внесли такие российские ученые и специалисты, как Микеев А. К., Топольский Н. Г., Блудчий Н. П., Гудков A.C. и др. Вместе с тем, доля научных публикаций в области повышения надежности и эффективности АСПЗ АЭС на этапе эксплуатации пока незначительна. До настоящего' времени не рассмотрены в полном объеме важные вопросы повышения эффективности технических средств пожарной сигнализации, использующих новые технологии обнаружения, в частности, аспирационный метод.

Целью диссертационной работы является разработка методов повышения эффективности АСПЗ промышленных объектов АЭС на основе аспирационных средств обнаружения пожара. Достижение этой цели позволит на основе научно обоснованной технической разработки обеспечить решение важной для экономики прикладной задачи — повышение пожарной безопасности промышленных объектов АЭС.

Для достижения цели в диссертации поставлены и решены следующие задачи:

— анализ пожарной опасности промышленных объектов АЭС и со временного состояния разработки и производства технических средств пожарной автоматики в России;

— анализ статистических данных об устойчивости функционировании АСПЗ АЭС России’за период с 2000 по 2006 г. г.- анализ причин неустойчивой работы пожарной автоматики на объектах АЭС;

— совершенствование методов повышения эффективности и надежности эксплуатирующихся на АЭС АСПЗ;

— разработка методов совершенствования аспирационных дымовых пожарных извещателей;

— разработка алгоритмов функционирования и структурных схем аспирационных средств обнаружения пожара с расширенными тактико-техническими возможностями.

Объектом исследования является автоматизированная система противопожарной защиты АЭС России, а предметом исследованияпроцесс функционирования и совершенствования систем пожарной автоматики промышленных объектов АЭС.

Методы исследований.

Для решения поставленных задач были использованы методы теории вероятностей и математической статистики, методы многокритериальной оптимизации, методы математического моделирования и анализа.

Научная новизна работы заключается в следующем:

— определены параметры функционирования и разработана статистическая динамическая модель, характеризующая устойчивость функционирования систем пожарной автоматики на объектах АЭС;

— на основе метода многокритериальной оптимизации разработан алгоритм поддержки принятия решения об определении приоритетов работ по совершенствованию систем автоматического обнаружения и тушения пожара на АЭС;

— с использованием метода электромеханических аналогий разработана математическая модель выбора конструкции заборного устройства аспирационного дымового пожарного извещателя;

— разработаны алгоритмы-функционирования.и структурные схемы аспирационного пожарного извещателя с визуальным подтверждением пожароопасной ситуации и аспирационного комбинированного пожарного извещателя.

Достоверность результатов и. выводов обеспечивается применением современных методов исследования и поверенных измерительных средств, в том числе методов обработки статистических данных и значительных массивов выборки (статистический массив по отказам и ложным срабатываниям составляет 1056 единиц данных, временной период наблюдения 5 лет 4 месяца).

Практическая ценность и значимость работы заключается в следующем:

— разработаны и защищены двумя патентами РФ на полезную модель технические решения по созданию новых аспирационных средств обнаружения пожара;

— разработаны предложения по повышению надежности и живучести АСПЗ АЭС;

— разработаны методики проверки технического состояния пожарных извещателей ДИП-1, ДПС-038 с ПИО-017 и прибора приемно-контрольного пожарного ППС-1, эксплуатирующихся до настоящего времени в составе систем пожарной автоматики на объектах АЭС;

— разработана обобщенная технологическая схема рециклинга отечественных радиоизотопных извещателей;

— проведены количественные оценки экономической эффективности предложенных в диссертации организационно-технических решений по совершенствованию систем пожарной автоматики.

Основные результаты работы отражены в опубликованных статьях, докладах на международных и отечественных научно-практических конференциях-.

Реализация результатов работы.

Результаты диссертационной работы использованы:

— в научных исследованиях Академии ГПС МЧС России по совершенствованию систем пожарной автоматики АЭС;

— в научных прикладных исследованиях и практической деятельности концерна «Росэнергоатом» по эксплуатации действующих в России атомных электростанций;

— в учебном процессе в Академии ГПС МЧС России при подготовке специалистов пожарной безопасности.

На защиту выносятся:

— статистическая динамическая модель, характеризующая устойчивость функционирования систем пожарной автоматики на объектах АЭС;

— алгоритм поддержки принятия решения об определении приоритетов работ по совершенствованию систем автоматического обнаружения и тушения пожара;

— математическая модель выбора конструкции заборного устройства аспирационного дымового пожарного извещателя-,.

— алгоритмы функционирования и структурные схемы аспирационного пожарного извещателя с визуальным подтверждением пожароопасной ситуации и аспирационного комбинированного пожарного извещателя.

Апробация результатов работы.

Основные результаты работы были доложены и получили одобрение на следующих конференциях:

1. Научно-практическая конференция «Актуальные проблемы пожарной безопасности на рубеже веков» (Москва, Академия государственной противопожарной-службы-МЧС России, 2003).

2. Международная научно-практическая конференция «Исторические и современные аспекты решения проблем горения, тушения и обеспечения безопасности людей при пожарах» (г. Балашиха Московской области, ВНИИПО МЧС России, 2007).

3. XVI Международная конференция «Информатизация и информационная безопасность правоохранительных органов» (Москва, Академия управления МВД России, 2007).

4. XVI научно-практическая конференция «Системы безопасности» — СБ-2007 (Москва, Академия государственной противопожарной службы МЧС России, 2007).

Публикации.

По тематике диссертации опубликовано 24 работы, в том числе 15 статей, 7 докладов на различных конференциях, получены два патента РФ на полезные модели.

Структура и объем работы.

Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы (127 наименований) и четырех приложений. Основные положения диссертации изложены на 170 страницах машинописного текста, содержат 16 таблиц и 35 рисунков. Приложения занимают 63 страницы.

Выводы по главе 4.

1. Полученные математические выражения и количественные оценки максимального времени обнаружения и определения адреса АДПИ с разветвленной линейной частью для методов одиночной и групповой коммутации позволяет определить реальные возможности извещателей по раннему обнаружению пожара и выбрать оптимальный метод коммутации"заборных трубок для определения их адреса.

2. На основе анализа технических данных АДПИ ведущих фирмпроизводителей, а также результатов экспериментальных исследований показано, что на время обнаружения пожара существенное влияние оказывают аэродинамические характеристики элементов линейной части извещателя. При практическом использовании АДПИ необходимо учитывать конструкционные параметры заборной трубки, в частности ее длину, диметр, количество и размещение отверстий в ней.

3. Разработанная с использованием метода электромеханических аналогий математическая модель процесса забора проб воздуха позволяет проводить расчет количественных значений параметров линейной части АДПИ при заданных значениях исходных данных.

4. Разработанные алгоритм функционирования и структурная схема АДПИ с визуальным подтверждением извещения о пожаре являются основой для создания пожарного извещателя, в котором осуществляется передача извещения «Пожар» а также цифровые видеоснимки по одной двухпроводной линии. Это позволяет оценивать визуально обстановку в зоне контроля и, следовательно, повышает достоверность обнаружения пожара.

5. Разработанные алгоритм функционирования и структурная схема комбинированного, А ДНИ обеспечивают создание устройства обнаружения пожара по нескольким сопутствующим факторам — дыму, газу и теплу, что позволяет повысить надежность при одновременном снижении времени обнаружения.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

.

Основные научные результаты, выводы и предложения, полученные в ходе выполнения диссертационной работы, сводятся к следующему:

1. Проведенный анализ известной технической литературы показывает, что одним из наиболее эффективных способов повышения безопасности АЭС является формирование автоматизированной системы противопожарной защиты, интегрированной в общую автоматизированную систему управления технологическим процессом предприятия, в которую входит система пожарной сигнализации, обеспечивающая раннее обнаружение пожара, и, следовательно, своевременное принятие мер по его ликвидации.

Вместе с тем, практика показывает, что в процессе функционирования средств пожарной автоматики на АЭС наблюдаются сбои, отказы и ложные срабатывания, снижающие эффективность АСПЗ.

2. Проведенное исследование современного состояния разработки и производства средств и систем обнаружения и тушения пожара в России показало, что уровень техники постоянно повышается. Появились новые методы и технические средства обнаружения пожара, в частности, с применением видеотехнологий и аспирационного метода. Активно развиваются адресные и адресно-аналоговые СПС. Вместе с тем, при создании и совершенствовании АСПЗ требуются учет специфических условий объектов АЭС. В частности, повышение надежности и эффективности АСПЗ должно проводиться на действующих АЭС на этапе их эксплуатации.

3. На основе данных, полученных с действующих в России АЭС, было проведен всесторонний анализ характеристик функционирования пожарной автоматики.

В результате установлено, что: номенклатура применяемых технических средств разнообразна и включает более 60 типов приемно-контрольных приборов и в пожарных извещателей отечественного и зарубежногопроизводства. Наряду с современными техническимисредствами до настоящего времени используется значительное: количество снятых с производства и морально устаревших типов приборов и извещателей, которые вносят наибольший вклад в общее: количество отказов иложных срабатываний: ¦

Построенная статистическая динамическая модель устойчивости, функционирования систем пожарной автоматики на объектах АЭС, позволяет^ определить состояние и дать прогноз на ближайшие перспективы работы системшожарной автоматики. Вид полученной статистической зависимости свидетельствует о том, что. тенденция к росту количества ложных срабатываний за период исследования отсутствует. Вместе с тем, следует, отметить значительную ширину доверительных интервалов для значений оценок математических ожиданий количества ложных срабатываний систем пожарной сигнализации и пожаротушения, вызванную большим разбросом соответствующих значений по годам.

Проведение статистических исследований позволяет определить для группы объектов АЭС задачи по модернизации систем пожарной автоматики.

4. Анализ-причин ложных срабатываний систем АУПС и АУПТ и сопоставление их с данными функционирования систем ОПС вневедомственной охраны показал, что основной из причин для, объектов-АЭС являются отказы технических средств пожарной сигнализации, имеет место также относительно большее влияние климатических факторов, что указывает на специфику условий эксплуатации и необходимость ее учета при модернизации систем пожарной автоматики.

В результате проведенных статистических исследований, а также анализа технической литературы разработаны предложения по модернизации и повышению надежности систем обнаружения и тушения пожаров на АЭС.

5. Для-повышения эффективности и надежности АС противопожарной защиты в процессе эксплуатации целесообразен комплексный подход, заключающийся в применении методов управления ресурсными характеристиками, включающими рециклинг, а также своевременную модернизацию морально и физически устаревших систем пожарной автоматики.

С целью практического обеспечения данного подхода были разработаны методические рекомендации, включающие программы проведения обследования технического состояния типового оборудования СПС, которые позволяют определить возможность продления срока его эксплуатации, а также провести анализ эксплуатационных показателей основных элементов систем пожарной автоматики.

Кроме того, разработана технологическая схема: рециклинга радиоизотопных пожарных извещателей, которая обобщает опыт восстановления извещателей РИД-6М на другие существующие извещатели этого вида. Показано, что применение метода рециклинга оборудования АСПЗ позволяет продлить срок его службы в составе системы без снижения функциональной надежности.

6. При создании новых и модернизации старых систем пожарной сигнализации решение возникающей задачи определения приоритетов работ предложено решать на основе метода многомерной (векторной) оптимизации, позволяющего с минимальными вычислительными затратами обеспечить интеллектуальную поддержку принятия управленческих решений в АСПЗ. Разработанный алгоритм процесса принятия решения, а также обоснованные значения показателей качества, обеспечивающий практическую реализацию процедуры оптимизации.

7., На основе полученного математического выражения для экономической эффективности произведены оценки величины экономии от применения предложенных методов повышения надежности функционирования АСПЗ на объектах АЭС. Величина этого эффекта для различных вариантов технической реализации может составлять до (10- 73) % от стоимости системы СПС.

8. Проведены исследования в направлении совершенствования аспи-рационных дымовых пожарных извещателей для применения в модернизируемых АСПЗ* АЭС. Полученные математические выражения и количественные оценки максимального времени обнаружения и определения адреса АДПИ с разветвленной линейной частью для методов одиночной и групповой коммутации позволяет определить реальные возможности извещателей по раннему обнаружению пожара и выбрать оптимальный метод коммутации-заборных трубок для определения их адреса.

9. На основе анализа технических данных АДПИ ведущих фирмпроизводителей, а также результатов экспериментальных исследований показано, что на время обнаружения пожара существенное влияние оказывают аэродинамические характеристики элементов линейной части изве-щателя. При практическом использовании, А ДНИ необходимо учитывать конструкционные параметры заборной трубки, в частности ее длину, диметр, количество и размещение отверстий в ней.

Разработанная с использованием метода электромеханических аналогий математическая модель процесса забора проб воздуха позволяет проводить расчет количественных значений параметров линейной части АДПИ при заданных значениях исходных данных.

10. Разработанные алгоритм функционирования и структурная схема АДПИ с визуальным подтверждением извещения о пожаре являются основой для создания пожарного извещателя, в котором осуществляется передача извещения «Пожар» а также цифровые видеоснимки по одной двухпроводной линии. Это позволяет оценивать визуально обстановку в зоне контроля и, следовательно, повышает достоверность обнаружения пожара.

11. Разработанные алгоритм функционирования и структурная схема комбинированного дымо-тепло-газового АДПИ обеспечивают создание устройства обнаружения пожара по нескольким сопутствующим факторам, что позволяет повысить надежность при одновременном снижении времени обнаружения.

Таким образом, в результате комплекса теоретических и научно-практических работ, выполненных в рамках диссертации, осуществлена научно-обоснованная техническая разработка прикладных методов повышения эффективности и надежности АСПЗ промышленных объектов АЭС на этапе их проектирования и эксплуатации. Достижение цели исследования позволит на основе научно обоснованной технической разработки обеспечить решение важной для экономики задачи — повышение пожарной безопасности промышленных объектов АЭС.