ПОЖАРНАЯ БЕЗОПАСНОСТЬ В ТЕПЛОЭНЕРГЕТИКЕ: ПРОБЛЕМЫ И ПУТИ СОВЕРШЕНСТВОВАНИЯ

Актуальность данной темы заключается в том, что в настоящее время жизнь и деятельность человека происходит в окружающей среде, претерпевшей изменения под влиянием жизнедеятельности человека в эпоху научно-технического прогресса, которую называют техносферой. В этой среде постоянно существуют и периодически проявляются различные вредные и опасные факторы, от которых зависит здоровье и продолжительность жизни человека.

В современной жизни материальный комфорт в каждом доме ассоциируется с тепловыми явлениями. Невозможно представить жизнь без тепла в доме, без теплой одежды зимой и без многого другого. 

Теплота широко используется во всех областях хозяйственной деятельности человека и его нормального жизнеобеспечения. Разработка теоретических основ теплотехники необходима для установления наиболее рациональных способов использования тепловой энергии, анализа экономичности рабочих процессов тепловых установок и создания новых, наиболее совершенных типов.

Вместе с тем, техносфера - это часть биосферы в прошлом, преобразованный людьми с помощью прямого или косвенного воздействия технических средств, в целях наилучшего соответствия своим материальным и социально-экономическим потребностям.

Теплотехника – это наука, которая изучает методы получения, преобразования, передачи и использования теплоты, а также принципы действия и конструктивные особенности тепловых машин, аппаратов и устройств.

Основным источником тепла, используемым человечеством, является природное ископаемое топливо, которое выделяет тепло при сжигании. Есть твердое, жидкое и газообразное топливо. Наиболее известные виды твердого топлива - уголь (каменный и бурый, антрацит), горючие сланцы, торф. Уголь обычно сжигают в печах. При относительно небольшом количестве необходимого топлива используются слоистые печи, где уголь в виде кусков сжигается на решетке, через которую продувается воздух. Камерные печи используются для сжигания достаточно большого количества угля. В них уголь, предварительно превращенный в порошок с размером частиц 50-300 мкм, подается в смеси с воздухом через горелки для пылеугольного топлива. Печи на мазуте и газе похожи на пылевидный уголь и отличаются конструкцией горелок или форсунок.

Естественным жидким топливом является нефть, но оно редко используется для выработки тепла. На нефтеперерабатывающих заводах бензин производится из нефти – топлива для автомобильных и поршневых авиационных двигателей; керосин - для реактивных самолетов и некоторых поршневых двигателей; различные виды дизельного топлива и мазута, в основном используемые на тепловых электростанциях. Газообразное топливо – это природный газ, состоящий из метана и других углеводородов. Древесина (дрова и древесные отходы) также служит топливом в относительно небольших масштабах.

Тепло, генерируемое различными способами, может быть либо напрямую потреблено
любым технологическим процессом (использование тепла), либо переработано в другие виды энергии ( теплоэнергетика). Цели и методы отопительной отрасли - использования тепла - разнообразны. Нагрев широко применяется в металлургии. Например, чугун из железной руды производится в доменной печи, в которой восстановление оксида железа углеродом происходит при температуре около 1500 °C; тепло выделяется при сгорании кокса. Сталь из чугуна производится в мартеновских печах при температуре около 1600 °C, которая поддерживается в основном за счет сжигания жидкого или газообразного ископаемого топлива. Когда сталь производится в конвертере, в чугун вдувается кислород; требуемая температура создается за счет окисления углерода, содержащегося в чугуне. В литейном производстве тепло, необходимое для поддержания требуемой температуры в печи, генерируется либо путем сжигания топлива (чаще всего газа или мазута) в печи, либо с помощью электричества. В технологических процессах теплоэнергетического производства присутствуют (применяются, хранятся, перерабатываются и т.п.) горючие материалы и вещества в твёрдом, жидком, газообразном состоянии, в виде газов, пыли, волокон, паров, обладающие различными пожароопасными свойствами.

В ГОСТ 12.1.004 – 91 по пожарной безопасности приводятся общие мероприятия по предупреждению создания горючей среды, из которых наиболее часто в различных производствах применяются следующие:

• максимально возможное использование негорючих материалов вместо горючих;
• максимально возможное ограничение массы и объема горючих материалов и веществ
• наиболее безопасные способы их размещения;
• изоляция горючей среды;
• максимальное удаление горючих сред от источников зажигания;
• механизация и автоматизация процессов;
• поддержание требуемых параметров горючей среды по концентрации, давлению, температуре.

Для обеспечения пожарной безопасности любых технологических процессов и производств необходимо по возможности:

1. предотвратить образование горючих сред;
2. предотвратить образование источников зажигания;
3. исключить возможность контакта (взаимодействия) горючей среды с источником зажигания.

Общими для всех технологических процессов являются противопожарные мероприятия, касающиеся устройства электрооборудования, вентиляционных систем, систем отопления, печей и другого оборудования, и режимов их использования. Электрическое оборудование снабжается предохранителями, автоматическими выключателями и другими устройствами, отключающими электроустановками при коротких замыканиях и перегрузках. Сечение проводов и кабелей выбирается по допустимой для них величине тока. Пусковая аппаратура снабжается искрогасителями. Для предотвращения действия искр и других источников зажигания, возникающих в электроустановках, на взрывоопасные газовые и пожароопасные горючие среды используемое электрооборудование (светильники, электродвигатели, пускатели и т.п.) выбирается в зависимости от категории взрывной и пожарной опасности помещений, установленных ОНТП - 86, а также класса пожароопасных и взрывоопасных зон, установленных ПУЭ – 84, по ДНАОП 0.00 – 1.32 – 01 «Правила устройства электроустановок. Электрооборудование специальных установок». На корпусе электрооборудования имеется маркировка, в соответствии с которой электрооборудование может устанавливаться, например, в взрывоопасных средах II В и II А, при температуре на поверхности при его работе не более 200° С.

Однако, нагрев до той или иной температуры характерен для большинства процессов химической технологии, пищевой промышленности и др. Подача или отвод тепла осуществляется в теплообменниках, автоклавах, сушильных установках, испарителях, дистилляторах, ректификационных колоннах, реакторах и т.д. С использованием теплоносителей. Непосредственно, если требуется поддерживать в аппарате достаточно высокую температуру, теплоносителем могут выступать продукты сгорания органического топлива. Тем не менее, в большинстве случаев используются промежуточные теплоносители, которые отбирают тепло от продуктов сгорания топлива и передают его веществу, участвующему в технологическом процессе, или отбирают тепло от этого вещества и передают его другой части установка или в окружающую среду. Наиболее часто используемые теплоносители: вода и пар, некоторые органические вещества, такие как даутерм, кремнийорганические соединения, минеральные масла, расплавленные соли, жидкие металлы, воздух и другие газы. Важно понимать, что при производстве тепловой энергии возникает ряд техногенных опасностей, которые при отсутствии соответствующего контроля за технологическими процессами могут вызывать аварии различного уровня и даже катастрофы. Любое органическое топливо при несоблюдении правил хранения, перевозки и эксплуатации может воспламеняться (самовоспламеняться), вызывая пожары, а в закрытых объемах - и взрывы. Ядерное топливо, также, как и его отходы, представляют радиационную опасность, требуют применения радиационной защиты реакторов и персонала. Теплоносители, используемые в тепловых установках, работающие при повышенных температурах, представляют опасность для биосферы при авариях на теплопроводах и теплотрассах. В условиях постоянного роста потребления тепловой энергии возникает и новая опасность – увеличение тепловых выбросов объектов энергетики и повышение температуры атмосферы. Уже сейчас отмечается изменение климата, проявляющееся в увеличении количества природных катаклизмов, таянии ледников, изменении течений и др. Все эти факторы также вызывают сложный характер требований борьбы с пожарами, что привлекает к тушению больших усилий. Возникают специфические требования к управлению также и в связи с развитием и внедрением новых технических средств подачи огнетушащих веществ, ведения спасательных и других специальных работ. В условиях все возрастающей сложности современных пожаров резко возросла роль фактора времени. Необходима высокая динамичность и маневренность оперативно-тактических действий, вероятность потерь и высокие потребности в разнообразных материально-технических средствах.

Тем не менее, большая часть тепла, полученного в холодное время года, идет на бытовое потребление, то есть на компенсацию потерь тепла через стены зданий, потерь, связанных с вентиляцией помещений и т.д. В большинстве городов бывшего СССР распространено отопление от ТЭЦ и центральных котельных. В этом случае котлы устанавливаются на ТЭЦ или в котельной, в которой нагревается теплоноситель-вода, направляемая на отопление различных объектов. В качестве нагревательных приборов используются либо теплообменники с металлическими оребрениями (радиаторы), устанавливаемые непосредственно в помещении, либо трубчатые нагреватели, вмонтированные в стеновые панели.

В некоторых домах также используется индивидуальное отопление. В этом случае в подвале здания ставится водогрейный котел, а нагретая в нем вода в результате естественной циркуляции протекает через отопительные приборы. Печное отопление в основном применяется в сельской местности в жилых домах. Иногда в районах с дешевой электроэнергией иногда используют электрическое отопление с помощью электронагревателей, электрокаминов и т. д. С теоретической точки зрения прямое отопление электричеством нецелесообразно, так как, например, с помощью теплового насоса для целей отопления можно получить больше тепла, чем потребляемой электроэнергии. При этом как количество тепла, которое эквивалентно потребляемой электроэнергии, так и определенное количество тепла, которое будет переноситься из окружающей среды, поднятое на более высокий температурный уровень, пойдут на обогрев. Однако тепловые насосы не получили широкого распространения из-за их дороговизны.

Для получения механической работы за счет тепла используются тепловые двигатели - основные энергоблоки заводов, транспортных и других ТЭЦ; тепло преобразуется в электрическую энергию в магнитогидродинамических генераторах, термоэлектрических генераторах и т. д. Уже в середине 70-х гг. В 20 веке в мире около 30% всего тепла расходуется на производство электроэнергии. С точки зрения обеспечения комфортных условий среды обитания человека и других живых организмов важное значение имеет так называемая обитаемость объекта, которая зависит от факторов, которые можно разделить на естественные, физические, технические и психобиологические. Некоторые из перечисленных факторов относятся к компетенции теплотехники, но они важны для жизни человека и других живых организмов. К ним относятся: состав и скорость движения воздуха внутри объекта, температурный и влажностный режим в нем.

Следовательно, в закрытых помещениях состав воздуха подвержен значительным изменениям. В процессе жизнедеятельности человека выделяются животные, птицы, растения, овощи, углекислый газ, аммиак, сероводород; при выполнении различного рода работ в воздух могут попадать соединения хлора, фтора, азота; в негерметичные помещения могут засасываться продукты сгорания различных веществ, пары различных жидкостей, пыль. Внутри комнаты всегда можно найти потоки движущегося воздуха разной интенсивности. Они вызваны искусственно созданным давлением или естественной конвекцией, возникающей при изменении температуры по высоте помещения. Температура воздуха в помещении определяется условиями тепломассообмена в пространстве. В процесс изменения температуры вовлечены отопительные приборы, ограждения конструкций, солнечная радиация, технологические процессы, все живые организмы, окислительно-восстановительные реакции отходов животноводства и птицеводства и т.д.

Таким образом, применение теплотехники является важным для обеспечения обитаемости объектов жизнедеятельности человека. Развитие теплотехники неразрывно связано с повышением комфортности среды обитания человечества, ростом промышленного производства, обеспечению защиты от естественных негативных воздействий. Все это благоприятно отразилось на условиях жизни и в совокупности с другими факторами (улучшение медицинского обслуживания и др.) положительно сказалось на продолжительности жизни людей. Среда обитания, создаваемая и изменяемая человеком для своих потребностей, которую принято называть техносферой, несет множество опасностей как человеку, так и всей природе. В первую очередь это определяется наличием сложнейших промышленных комплексов, неполадки в работе которых могут привести к экологическим катастрофам. Не стоит забывать и об обычных газовых и электрических бытовых приборах, преобразующих энергию в тепло, которые часто становятся причиной пожаров. В связи с этим, развитие теплотехники должно происходить с учетом ее возможного влияния на техносферную безопасность и соблюдения требований всех видов безопасности, имеющих значение для соответствующих видов топлива и объектов теплоэнергетики.