СПОСОБ ОБНАРУЖЕНИЯ ПОЖАРНОЙ ОПАСНОСТИ И ПОЖАРА В ПОМЕЩЕНИИ СУДНА Российский патент 2002 года по МПК A62C3/10 G08B17/00 

Изобретение относится к области судостроения, конкретнее - к автоматизации процессов обнаружения пожаров на судах.

Известны:
- способ проектирования систем пожарной сигнализации с использованием системы автоматизированного проектирования (САПР), реализующей, в том числе, трехмерную визуализацию проекта, описанный в статье Прохоренкова С.И. "Охранно-пожарные системы: проектирование и моделирование в CADdy", журнал "Компьютер-прecc", N 3, 1997, стр.255-260;
- способ трехмерного пространственного моделирования и визуализации динамики развития лесных пожаров, реализованный на средствах вычислительной техники, описанный в статье: Patrick S. McCormick, James P. Ahrens "Visualization of Wildfire Simulations". IEEE Computer Graphics and Applications. March/April 1998, p.p. l7-l9. http.//computer.org;
- способ обнаружения пожара в помещениях судна, описанный во многих литературных источниках, в том числе в книге Штумпфа Э.П., Штелинга В.Н. "Настройка судовых систем пожарной сигнализации", Ленинград, "Судостроение", 1988, стр.5. Он широко применяется и реализован в большинстве судовых систем пожарной сигнализации, устанавливаемых в настоящее время.

Способ проектирования систем пожарной сигнализации с использованием САПР предусматривает компьютерное трехмерное пространственное моделирование здания, размещение в нем кабельных линий и датчиков системы пожарной сигнализации, трехмерную визуализацию проекта для проверки правильности принятых технических решений. Указанный способ не учитывает характеристик горючих материалов и источников тепла, не позволяет моделировать динамику процессов возникновения и развития пожаров, а следовательно, не позволяет прогнозировать развитие пожарной опасности.

Способ трехмерного пространственного моделирования и визуализации динамики развития лесных пожаров заключается в компьютерном моделировании распространения огня на трехмерной карте местности в зависимости от изменений погодных условий с целью визуализации поля распространения температур, направления ветра и зон возгорания. При этом учитывают изменения силы и направления ветра, температуры воздуха, влажности. Способ не учитывает характеристики источников загорания, так как предназначен для использования только после того, как определена или задана зона очага пожара, и поэтому не позволяет определить зоны, где возникает пожароопасная ситуация.

Способ трехмерного пространственного моделирования и визуализации динамики развития лесных пожаров и способ проектирования систем пожарной сигнализации с использованием САПР не относятся к области судостроения, поэтому наиболее близким к предлагаемому является способ обнаружения пожара в помещениях судна, описанный в книге Штумпфа Э.П., Штелинга В.Н., который заключается: в получении и формировании сигнала о состоянии всех контролируемых помещений в плане пожарной опасности; сборе этой информации; обработке полученной информации и принятии обобщенного решения о наличии или отсутствии пожара на судне; формировании сигнала о пожаре на судне и индикации места пожара; включении средств оптической и звуковой сигнализации. Вышеописанный способ (прототип) имеет следующий недостаток: принятие решения о включении средств сигнализации производится уже после начала пожара, что в условиях судна при несвоевременном включении средств пожаротушения приводит, как показывает опыт (Борьба с пожарами на суднах. Том 1. Пожарная опасность на судах. Под ред. М.Г. Ставицкого. - Л.: Судостроение, 1976. - 136 с. Короткин И. М. Аварии и катастрофы кораблей. - Л.: Судостроение, 1977. - 322 с.), к катастрофическим последствиям, и даже в случае, если пожар удается локализовать и ликвидировать в самом его начале, ущерб судну или перевозимому грузу в той или иной степени будет обязательно нанесен.

Целью изобретения является расширение области применения способа за счет обнаружения возникающей в помещении судна пожарной опасности и сигнализации о ней до момента возгорания, что позволит принять меры к устранению причин, вызвавших пожарную опасность, и избежать пожара, а если это невозможно осуществить - заблаговременно подготовиться к тушению (локализация и ликвидации) пожара.

Под термином "пожарная опасность" понимается возможность возникновения или развития пожара, что связано со свойствами и состоянием какого-либо вещества или с характером процесса (Иванов Е.Н. Расчет и проектирование систем противопожарной защиты. - М.: Химия, 1990. С. 56). Возможность возникновения пожара, в общем случае, определяют условия возникновения горения: наличие горючей среды, окислителя и источников зажигания. Помимо этого они должны находиться в контакте (в одной зоне) и обладать характеристиками и параметрами, достаточными для начала горения.

Указанная цель достигается тем, что дополнительно осуществляют контроль взаимных перемещений горючих веществ и источников зажигания, их состояний и параметров, прогнозируют координаты зоны в пространстве судового помещения, где горючее вещество и источник зажигания, температура которого достаточна для начала возгорания, могут вступить в контакт, и сигнализируют об этом как о факте возникновения пожарной опасности, при этом прогноз координат зон, где горючие вещества и источники зажигания могут вступить в контакт, осуществляют и на этапе проектирования судна путем статистического моделирования их возможных взаимных перемещений, изменений состояний и параметров и определяют условия, характеризующие ситуацию в помещении, развитие которой приводит к возникновению пожара.

Отличительными признаками заявляемого изобретения являются:
- контроль взаимных перемещений в пространстве судового помещения горючих веществ и источников зажигания, их состояний и параметров;
- прогнозирование координат зон в пространстве судового помещения, где горючее вещество и источник зажигания, температура которого достаточна для начала возгорания, могут вступить в контакт;
- сигнализация о возникновении в судовом помещении пожарной опасности;
- прогнозирование координат зон в пространстве судового помещения, где горючее вещество и источник зажигания, температура которого достаточна для начала возгорания, могут вступить в контакт на этапе проектирования судна;
- прогнозирование координат зон в пространстве судового помещения, где горючее вещество и источник зажигания, температура которого достаточна для начала возгорания, могут вступить в контакт, путем статистического моделирования их возможных взаимных перемещений, изменений состояний и параметров;
- определение условий, характеризующих ситуацию в помещении, развитие которой приводит к возникновению пожара.

В пространстве судна содержатся все три компонента: горючая среда, источники зажигания, окислитель, и, несмотря на то, что проектирование судов осуществляют в соответствии с требованиями пожарной безопасности, на них периодически возникают пожары.

Процентное содержание кислорода (окислителя) в воздухе во всех помещениях судна практически одинаково и достаточно для возникновения горения, поэтому можно считать, что возникновение пожарной опасности зависит только от изменения местоположения, состояния и характеристик горючей среды и источников зажигания.

Горючие среды могут быть твердые, жидкие и газообразные.

Источниками зажигания могут являться открытое пламя, электрическая дуга, нагретая поверхность.

По отдельности контроль за перемещением в пространстве судового помещения твердых, жидких или газообразных веществ и контроль температуры поверхностей тепловыделяющего оборудования используются широко, например:
- для обеспечения остойчивости суда осуществляют контроль и учет размещения и перемещений перевозимых грузов и расходуемых сред (топлива, масел, воды и т.п.), многие из которых являются горючими веществами, при этом определяют кренящие и дифферентующие моменты, создаваемые перевозимыми грузами, величина которых зависит от веса и места расположения грузов в пространстве судна;
- контроль и диагностику оборудования, имеющего нагреваемые узлы и поверхности, осуществляют различными методами, в том числе тепловизионными, используя телевизионные камеры, чувствительные в инфракрасном диапазоне излучений.

В то же время технические решения, реализующие контроль именно взаимных перемещений горючих веществ и источников зажигания, их состояний и параметров (с точки зрения пожарной опасности) в пространстве судового помещения, заявителем не обнаружены.

Пожарная опасность в помещении судна может возникнуть в результате аварии, неисправности оборудования, нарушении технологического процесса и т. д., произошедших по различным причинам, носящих в основном вероятностный характер. Пожарная опасность возникает тогда, когда происходит непредусмотренное в проекте изменение местоположения, состояния или параметров горючих сред и источников зажигания.

Не всякое перемещение или характеристик горючих сред и источников зажигания приводит к пожару. Дня прогнозирования конечного результата необходимо промоделировать развитие ситуации заранее или в ускоренном масштабе времени.

В настоящее время известны работы, связанные с прогнозированием и моделированием развития аварийных ситуаций, способных привести к возникновению пожара. Все они, как, к примеру, в статье Федорова А.В. "Прогнозирование и моделирование развития аварийных ситуаций, связанных с загазованностью воздушной среды промышленных объектов" // "Проблемы управления в чрезвычайных ситуациях". - М., 1995. - С.101-102 - Рус., где предложено по результатам моделирования аварийной ситуации осуществлять прогноз параметров полей до- и взрывоопасных концентраций, направлены на прогнозирование параметров и местоположения горючих веществ, а источники зажигания остаются без рассмотрения. При попытке практического использования подобных методов получается, что пожарная опасность будет возникать везде, где концентрация рассматриваемого горючего вещества будет достаточна для возгорания в результате воздействия гипотетического источника зажигания, при этом площадь (или объем) определяемой зоны пожарной опасности может быть на столько большой, что не позволит определить местоположение аварийного участка. Можно также представить ситуацию, когда в подобную "зону пожарной опасности" источник зажигания никогда не попадет и, следовательно, возгорание никогда не сможет наступить.

Определение в результате прогноза координат зоны, где горючее вещество и источник зажигания при определенных условиях (в зависимости от своего состояния и параметров) могут вступить в контакт, или получение противоположного результата, показывающего, что такие зоны отсутствуют, по существу, являются критерием, по которому можно судить о возникновении пожарной опасности в судовом помещении или ее отсутствии.

Процесс прогнозирования координат зон в пространстве судового помещения, где горючее вещество и источник зажигания, температура которого достаточна для начала возгорания, могут вступить в контакт как в условиях эксплуатации судна, так и на этапе его проектирования, практически одинаков. Отличием является то, что в первом случае численные значения входных параметров поступают от первичных источников информации, а во втором они задаются. В то же время, если рассмотреть, что дает возможность использования полученных результатов прогноза, можно отметить следующее.

Прогноз на этапе эксплуатации судна позволяет:
- предупредить пожар за счет своевременного снижения температуры источника зажигания, установки преград на пути распространения горючего вещества по направлениям к источникам зажигания;
- уменьшить последствия пожара за счет ранней мобилизации технических средств судна и сил экипажа по организации рубежей обороны.

Прогноз на этапе проектирования судна позволяет осуществить изменение конструкции судна, которое обеспечит невозможность возникновения или развития пожара при появлении возможной аварийной ситуации.

Моделирование процессов перемещения горючих сред в пространстве судна можно реализовать на базе методов, разработанных в рамках теории клеточных автоматов Дж. фон Нейманом (Тоффоли Т., Марголус Н. Машины клеточных автоматов, - М. : Мир, 1991). Клеточные автоматы являются дискретными динамическими системами, поведение которых полностью определяется в терминах локальных зависимостей. В этом смысле клеточные автоматы в информатике являются аналогом физического понятия "поля". Пространство представляется равномерной сеткой, каждая ячейка которой или клетка, или единичный объем содержит несколько битов данных, время идет вперед дискретными шагами, а законы развития выражаются единым набором правил, по которому любая клетка на каждом шаге вычисляет свое новое состояние по состояниям ее близких соседей. Таким образом, законы системы являются локальными и повсюду одинаковыми.

Типичной причиной пожаров является пространственное распространение жидких и газообразных горючих сред в помещениях судна при наличии периодически нагреваемых поверхностей технических средств и оборудования.

Моделирование состоит из следующих этапов:
а) пространство судна делят на конечное множество помещений;
б) пространство каждого помещения условно делят на множество равновеликих объемов - "единичных объемов";
в) каждому единичному объему определяют координаты в системе координат помещения, к которому он принадлежит;
г) для каждого единичного объема в зависимости от того, составляет ли он часть технического средства, оборудования, груза, материала зашивки или изоляции и т.п., или воздушного пространства помещения определяют характеристики: является он горючей средой или источником зажигания, или одновременно горючей средой и источником зажигания, или не тем и не другим, является он преградой на пути распространения газа или жидкости или нет;
д) определяют характеристики источников зажигания и горючих сред: для источников зажигания - значения температур в зависимости от технологических режимов; для горючих сред - температуру воспламенения;
е) моделируют распространение жидких и газообразных горючих сред, задавая различные возможные начальные условия;
ж) в процессе моделирования изменяется первоначальная структура распределения горючих сред и источников тепла, в случае, если ближайшими соседями оказываются единичные объемы, занятые горючей средой и источником зажигания, то проводят сравнение их характеристик (установленных ранее на этапе "д") и определяют технологический режим оборудования, при котором температура источника зажигания будет достаточна, чтобы произошло возгорание.

Таким образом, для множества возможных аварий, связанных с распространением жидких и газообразных горючих сред в судовом помещении, определяются режимы работы находящегося в нем оборудования, при которых аварийная ситуация становится пожароопасной, и координаты мест, где возможны возгорания. При этом известны характеристики аварийной ситуации (задаваемые на этапе "е" начальные условия), что позволяет определить зоны в помещениях, которые следует контролировать, и выбрать тип источника первичной информации для контроля за изменением ситуации.

Моделирование возможных взаимных перемещений, изменений состояний и параметров горючих материалов и источников зажигания на этапе проектирования судна предназначено для выявления и запоминания максимально возможного количества исходных ситуаций, развитие которых приводит к возникновению пожара. Изменяя в возможных пределах параметры пожароопасных факторов, например, расположение горючих веществ, материалов и источников тепла, состояние и режимы работы оборудования, определяют место и условия (численные значения параметров пожароопасных факторов), при которых может возникнуть очаг возгорания. Полученные результаты подлежат последующему анализу с целью или выработки решений по корректировке проекта судна, или определения номенклатуры, количества, а также мест установки источников первичной информации, предназначенных для контроля пожарной опасности. При этом в качестве источников первичной информации могут использоваться как известные и применяемые в судостроении сигнализаторы и датчики положения, температуры, концентрации веществ, системы и устройства теленаблюдения и т.п., так и информация, поступающая от членов экипажа.

Численные значения параметров пожароопасных факторов, характеризующие ситуацию в помещении, развитие которой приводит к возникновению пожара, сам процесс развития и итог развития, т.е. координаты очага пожара, запоминают и используют для обнаружения пожарной опасности и прогноза ее развития при эксплуатации корабля. При этом распознавание пожарной опасности осуществляют путем обработки информации, получаемой от источников первичной информации о параметрах пожароопасных факторов, и сравнении ее с запомненными результатами моделирования. Их совпадение означает возникновение пожарной опасности.

Моделирование условий возникновения и развития пожара и наработку характеристик ситуаций, развитие которых приводит к возникновению пожара, можно проводить не только на этапе проектирования судна, но и на всех последующих, в том числе в условиях эксплуатации.

Изобретение относится к автоматизации процессов обнаружения пожаров на судах. Технический результат заключается в расширении области применения способа за счет обнаружения пожарной опасности и сигнализации о ней до момента возгорания. Способ заключается в том, что осуществляют контроль взаимных перемещений горючих веществ и источников зажигания, их состояний и параметров, прогнозируют координаты зоны в пространстве судового помещения, где горючее вещество и источник зажигания, температура которого достаточна для начала возгорания, могут вступить в контакт, и сигнализируют об этом как о факте возникновения пожарной опасности, при этом прогноз координат зон, где горючие вещества и источники зажигания могут вступить в контакт, осуществляют и на этапе проектирования судна путем статистического моделирования их возможных взаимных перемещений, изменений состояний и параметров и определяют условия, характеризующие ситуацию в помещении, развитие которой приводит к возникновению пожара. 1 з.п. ф-лы.

1. Способ обнаружения пожарной опасности и пожара в помещении судна, заключающийся в измерении параметров пожароопасных факторов, сравнении их значений с предельными величинами и сигнализации при достижении измеренными параметрами предельных величин, отличающийся тем, что на этапе проектирования судна путем статистического моделирования прогнозируют возможные перемещения, изменения состояний и параметров горючих веществ и источников зажигания, а также координаты зон, где горючие вещества и источники зажигания могут вступить в контакт, и определяют условия, характеризующие ситуацию в помещении, развитие которой приводит к возникновению пожара, а при эксплуатации судна одновременно с измерением параметров пожароопасных факторов осуществляют контроль взаимных перемещений горючих веществ и источников зажигания, их состояний и параметров, при этом о возникновении пожарной опасности судят по результатам сравнения полученной информации с запомненными результатами моделирования. 2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что на судне дополнительно прогнозируют координаты зон, где горючее вещество и источник зажигания могут вступить в контакт в результате их возможных взаимных перемещений, и при наличии таких зон сигнализируют о возникновении пожарной опасности.