Пожаротушение, предотвращение взрывов, нейтрализация токсичного дыма на подводных лодках

Пожары на подводных лодках (ПЛ) относятся к быстроразвивающимся, сопровождающимся многочисленными взрывами, сложным для тушения и трагическим по последствиям, вследствие ряда причин. Основные из них — это отсутствие путей эвакуации, высокая энергонасыщенность и ограниченность замкнутого пространства, пожаро- и взрывоопасные материалы и агрегаты, низкая огнетушащая эффективность и высокая токсичность систем объемного тушения, невозможность использования традиционных исполнительных, пневматических и гидравлических модулей, тушащих медленно и с большим расходом воды, пены, невозможность использования огнетушащих порошков, вследствие их высокого раздражающего воздействия на органы зрения, обоняния, дыхания, отсутствия видимости.

Недавний пожар на глубоководной ПЛ в Баренцовом море привел к гибели 14 высококвалифицированных офицеров-подводников. В сентябре 1967 года произошла тяжелейшая авария на атомной подводной лодке «К-3» «Ленинский комсомол». Объемный пожар уничтожил два отсека, 39 подводников сгорели заживо. В апреле 1970 года в Бискайском заливе утонула АПЛ «К-8». Героические усилия экипажа не смогли противостоять мощной разрушительной силе пожара, поступлению внутрь корпуса воды. Техника на том уровне развития не позволила обеспечить живучесть объекта. В октябре 2008 года на борту «Нерпа» в Тихом океане произошла очередная тяжелая авария. Погибло 20 человек, сотня отравились, через десять лет 90% из них станут инвалидами.

Сложность тушения пожаров на АПЛ подтверждает, например, факт затопления в 2012 году АПЛ «Орел» в сухом доке завода «Звездочка» в Северодвинске после нескольких неудачных пенных атак, даже при задействованных с причала насосных, пожарных машин заводской, объектовой ВПЧ. В 2011 году случился пожар на атомной подводной лодке «Екатеринбург». Очаг возгорания был полностью локализован, но, чтобы огонь снова не вспыхнул, судно погрузили в воду. По некоторым данным, рядом с крейсером загорелся строительный мусор. Огонь перекинулся на деревянные леса, установленные вокруг субмарины, а затем и на корпус лодки. Атомоход стоял на ремонте. С него сняли все вооружение и заглушили ядерный реактор. Поэтому на радиационный фон ЧП не повлияло. Устранение повреждений подлодки от пожара заняло более года.

Анализ этих и других аварий показывает низкую эффективность современной пожарной техники, практически непригодность ее для тушения пожаров в ПЛ и АПЛ

Основной причиной неоднократной, массовой гибели высококвалифицированных членов экипажа является объемное тушение с использованием токсичных огнетушащих газов — фреонов, выделяющих высокотоксичные продукты распада (фосген — боевое отравляющее вещество) при контакте с пламенем. Персонал отсека должен включить систему тушения и немедленно использовать противогазы, которые многие не успевают надеть — или же они оказываются непригодны.

Сомнительна и лодочная объемная химическая защита (ЛОХ) в системе объемного химического пожаротушения. В качестве огнетушащего состава используется фреон. В каждом отсеке подводной лодки имеется станция системы ЛОХ, с которой огнегаситель можно подать в свой либо соседний отсек. То, что система применима для тушения больших пожаров на любой стадии их развития — чисто теоретическое утверждение. Желаемое выдается за действительное. Она неэффективна для тушения обугленных, горящих поверхностей дерева, тканей, пожаров порохов, взрывчатых веществ и двухкомпонентных ракетных топлив.

Для ПЛ-АПЛ характерно применение в конструкциях и отделке большого количества горючих и дымообразующих материалов. В сочетании с обогащенной кислородом искусственной газовой средой при повышенных давлениях это делает лодку чрезвычайно пожароопасной. Многократные модернизации систем объемного тушения не снижают высокой вероятности гибели членов экипажа. Например, известен факт смерти людей при случайном, несанкционированном срабатывании системы «ЛОХ» на ПЛ у причала Владивостокского порта в 2012 году.

В американских АПЛ тушение производится брандспойтами с расходом 50 л/сек. и пенными и фреоновыми огнетушителями. При этом между США и Россией примерно существует паритет по числу аварийных пожаров на ПЛ и АПЛ. Средства пожаротушения должны быть доведены до рабочего состояния, максимально безопасного для обслуживающего персонала.

Мы предлагаем применить новую разработку — импульсное создание «шквалов тонкораспыленной воды», эффективно сочетающих объемное и поверхностное тушение вследствие своей мультивихревой энергонасыщенной структуры. Они гарантированно безопасны для людей и впервые быстро тушат возгоревшуюся одежду. Самое главное пи этом — шквалы тонкораспыленной воды (мульти-вихревой туман) наиболее эффективны для осаждения густого дыма и одновременной нейтрализации его токсичных компонентов.

Разработаннные образцы новой техники — мини-огнетушители, ручные и возимые огнетушители дальнобойные, модули для автоматизированных систем — после катастрофического пожара на «Ленинском комсомоле» были успешно испытаны в отсеках ПЛ в Севастопольском военно-морском институте в бухте Голландия, в испытательном центре КГБ (Чехов-2, Московская обл.) по защите подземных правительственных сооружений, включая тушение возгораний в кабельных тоннелях.

Многоствольные модули успешно испытаны в шахтах Донбасса, Караганды, в Чернобыльской зоне для тушения в высокорадиоактивных помещениях, в системах пожаротушения боевого танка, на участках производства порохов, взрывчатых веществ и снаряжения боеприпасов, а также тушения их штабелей (и т. д.).

Пояснено, что наиболее эффективным средством тушения пожара являются только автоматизированные системы с исполнительными импульсными модулями. Для современной компьютеризированной ПЛ наиболее подходит самоуправляемая, автоматизированная система с импульсно распыляющими модулями. Перспективность этих разработок была подтверждена еще решением Бюро по топливно-энергетическому комплексу Совета Министров СССР в 1990 году.

Ближайший аналог из современной пожарной техники — импульсные, пневматические системы YFEX–3000 германского производства. Есть также американские и российские аналоги, которые создают импульсные струи тонкораспыленной воды с помощью газов высокого давления. Однако эта аппаратура очень дорога, технически сложна, малонадежна. Для обеспечения работы множества таких систем, защищающих каждая свой маленький участок (особенно на АПЛ), необходимо обучать экипажи их техобслуживанию и приемам тушения. Такие системы опасны в эксплуатации, вследствие высокой вероятности разрыва шлангов высокого давления. Импульсное, взрывообразное образование клубов перегретого пара при контакте струи тонкораспыленной воды с пламенем в сочетании с малым радиусом действия вызывает необходимость того, что операторы должны быть одеты в тяжелые защитные костюмы с гермошлемами.

Разработаны и успешно испытаны образцы новой техники, впервые полностью отвечающие вышеуказанным требованиям: ручные огнетушители и модули для автоматизированых систем. Однако наиболее эффективным средством тушения пожара и реально единственным средством своевременного предотвращения взрыва являются только автоматизированные системы с исполнительными импульсными модулями. Дело в том, что для эффективной работы с огнетушителями необходимы постоянные тренировки. Пожар на подводной лодке — это всегда чрезвычайно стрессовая ситуация, в которой трудно гарантировать эффективное и надежное тушение, а главное — быстрое, что особенно важно для подводных лодок, где пожары быстро развиваются и переходят во взрывы.

Для современной компьютеризированной ПЛ наиболее подходящей является самоуправляемая, автоматизированная система импульсного пожаровзрывопредотвращения (САИПВ), содержащая в себе импульсные исполнительные модули. САИПВ работает в реальном масштабе времени, ограниченном спецификой управляемого процесса. Подразумевается отрезок времени от момента возникновения пожара до его перехода во взрыв или неконтролируемое горение. Для ПЛ этот отрезок часто измеряется несколькими секундами.

Система контроля пожаровзрывоопасной обстановки на ПЛ состоит из датчиков, регистрирующих возникший пожар. Автоматически полученная от них информация суммируются с данными о реальном пожаровзрывоопасном состоянии участка, где произошел пожар. По этим показателям из комплекса срабатывания системы исполнительных модулей выбирается оптимальный, и включается необходимое количество модулей в определенном порядке.

Наиболее важным показателем системы пожаровзрывоподавления для ПЛ и АПЛ является быстродействие. Традиционно оно измеряется десятками секунд, минутами от подачи сигнала на срабатывание системы до начала подачи огнетушащего состава, плюс не менее 1-2 мин. на выброс всей его массы. Следовательно, время от подачи сигнала на срабатывание до осуществления полного воздействия по всему защищаемому объему составляет не менее 3-4 мин. Это практически неприемлемо для ПЛ, где секунды могут отделять начало пожара от взрыва и распространения огня по значительной площади, вплоть до всего объема отсека, что неизбежно сопровождается гибелью членов экипажа. Импульсный модуль срабатывает не позднее 0,1 сек. от подачи сигнала на срабатывание, выбрасывает — распыляет весь огнетушащий состав за 0,2 сек., обеспечивая его равномерное распределение по всему защищаемому объему не позднее 1-2 сек. Для ПЛ и АПЛ такое быстродействие — наибольшее из возможных — позволяет подавить возгорание своевременно до его распространения по всему отсеку или до перехода во взрыв.

В этой импульсной системе, впервые в мире способной закрыть сразу весь защищаемый объем, необходимое масштабное быстродействие определяется реальной скоростью распространения пламени, определяемой по показаниям датчиков, в сочетании с имеющимися данными в памяти компьютера о текущем состоянии пожаровзрывоопасности данного участка потенциальных возможностей распространения пожаров, возникновения вспышки или взрыва.

Для наиболее эффективной защиты ПЛ и АПЛ целесообразно подразделить на несколько категорий все пожаровзрывоопасные участки, отсеки — например, на пять. В соответствии с категорией мы предлагаем делить количество модулей или подсистем, защищающих данный отсек. Например, отсек наивысшей пятой категории пожаровзрывоопасности необходимо защищать с помощью одной основной исполнительной подсистемы и четырех резервных. Отсек второй категории защищается одной основной подсистемы и одной резервной. Таким образом мы получаем возможность обеспечит дифференцированную защиту многочисленных отсеков ПЛ и АПЛ в соответствии с их реальным уровнем пожаровзрывоопасности. Возможности импульсных автономных, универсальных модулей позволяют делать не только количественно, но и качественно различную защиту отсеков, использую модули, заряженные различными огнетушащими составами, в зависимости от характера пожаров и энергонасыщенности отсеков.

Другой метод управления качеством, масштабом и интенсивностью тушения — регулирование залповых схем срабатывания: микроинтервалов между устройствами, срабатывающими в одном залпе, порядка подачи инициирующих импульсов — приведения этих устройств в действие, макроинтервалов между соседними залпами.

На любой ПЛ, особенно современной АПЛ, при сверхвысокой насыщенности ее пучками кабелей высокого напряжения, энергетическими атомными установками, тысячами электродвигателей, трансформаторов, переключателей, массой пожаровзрывоопасных боеприпасов и т. п., крайне актуально обеспечение быстрого, эффективного тушения при строго дозированном вводе в действие исполнительных устройств подачи огнетушащих составов и обеспечение тем самым минимального нарушения процесса работы АПЛ. САИПВ может объективно оценить масштаб возгорания датчиков; наиболее вероятную скорость и направленность распространения пожара, вероятность и скорость возникновения вспышек и взрывов по текущему состоянию пожаровзрывоопасности данного отсека — по информации, заложенной в память системы и постоянно обновляемой.

На основе анализа этих данных вводится в действие оптимальный алгоритм срабатывания импульсных модулей. Такое наиболее быстрое и эффективное тушение возможно осуществить только с помощью импульсных, распылительных устройств, использующих энергию малых пороховых зарядов, инициируемых электропировоспламенителями. Только такая мощная импульсная и гибко регулируемая подача позволит уровнять масштабы времени развития и распространения возгорания, перехода во взрыв в отсеки АПЛ, с отрезками времени для принятия решения управляющим модулем — процессором автоматизированной системы подачи сигнала на срабатывание, распыление огнетушащих составов и реализацию процесса тушения.

Сигнально-аналоговую — командную — часть САИПВ наиболее целесообразно выполнять как органическую часть системы управления АПЛ с использованием ее вычислительных ресурсов. В этом случае многократно снизится стоимость системы управления, в основном обуславливаемая стоимостью управляющего компьютера и математического обеспечения. Возможная принципиальная схема САИПВ показана на рис. 1. Сигнальная часть состоит из разветвленной сети дублированных датчиков, функционально соединенных в группы по различным отсекам. Группы датчиков параллельно подсоединены к преобразователю сигнала. Это дает возможность наиболее точно определить отсек, где произошло возгорание, и сосредоточить на нем и путях наиболее вероятного распространения пожара точное, направленное огнетушащее воздействие.

Последовательное соединение датчиков, расположенных в отсеке или на участке отсека в зависимости от величины последнего, позволит исключить ложные срабатывания системы или намного уменьшить их. Величина участка определяется размерами отсека (максимум) или (минимум) локального участка с высокой пожаровзрывоопаснотью в отсеке. В системе с большим количеством датчиков наиболее эффективно и экономически выгодно применение стандартных модулей и устройств связи с защищаемым объектом. Анализирующий блок производит сбор информации:

— от системы датчиков через входной преобразователь; анализирует величины импульсов от датчиков в соответствии со структурой их системы и их расположения; на основе анализа выдаются исходные данные о месте возникновения пожара и скорости его распространения;

— от центра управления АПЛ — о состоянии и режимах работы в отсеках, загрузки участков, где возникло возгорание, и загрузки защищаемого объекта в целом пожаровзрывоопасными веществами, генераторами электроэнергии, электро- кабелями, трубопроводами и их расположении относительно возникшего пожара;

— от блока оперативной памяти — о состоянии исполнительной системы, структуре системы датчиков и их расположении по объекту.

Анализирующий блок производит обработку и суммирование полученной информации и выдает ее в виде исходных данных на управляющий блок, а также на центр отображения состояния САИПВ (на экран с мнемоническим отображением состояния всей системы). Предусмотрена возможность переключения САИПВ на ручное управление.

Управляющий блок в соответствии с программой тушения на заданном участке производит обработку информации о величине пожара, скорости его распространения, текущих режимах работы основных и вспомогательных отсеков АПЛ, загрузке аварийного отсека пожаровзрывоопасными веществами и их расположении относительно возникшего очага пожара или другой аварийной ситуации, приводящей к пожару, выдает командные решения:

— на блок включения групп исполнительных устройств или модулей (ИУМ), откуда, в свою очередь, поступают сигналы инициирования работы конкретных групп и линий с большой ИУМ; при срабатывании эти ИУМ осуществляют защитные воздействия;

— на индикатор состояния основной системы, являющейся блокиратором включения резервных групп и линий ИУМ; первый командный сигнал от управляющего блока не проходит через индикатор на блок включения резервных групп иллиний ИУМ, но замыкает индикатор, обеспечивая прохождения последующих командных сигналов; этим обеспечивается бездействие резерва при срабатывании групп и линий ИУМ в первой очереди;

— на блок оперативной памяти, для исключения с учетом уже сработавших ИУМ;

— на блок связи с центром управления АПЛ (ЦУАПЛ), для подачи команд на остановку или изменение режима работы технологической линии, отключений питающих сырьевых или энергетических лини и т. д.

Если тушения не произошло и от системы датчиков продолжает поступать сигнал, то через блок включения приводятся в действие резервные линии ИУМ прямой наводки и самонаводящиеся ИУМ. А также продолжают поступать команды на ЦУ АПЛ относительно производственно-технологических изменений на объекте, в том числе аварий.

Линии и группы ИУМ включают в себя импульсные огнетушители самых различных конструкций:

— «конусные» — для тушения поверхности сложной конфигурации (станков, машин, аппаратов, генераторов, горящих твердых веществ);

— сферические и полусферические — для объемного тушения в замкнутых и полузамкнутых помещениях, аппаратах, емкостях и пр.;

— дисковые — для тушения жидкостей, резервуаров, аппаратах или там, где возможен разлив ЛВЖ и ГЖ по обширным ровным площадям;

— ствольные для тушения наиболее опасных и труднодоступных участках, когда требуется наиболее мощный и высок скоростной огнетушащий «шквал газокапельный» или «вихрь газопорошковый».

Ствольные и конусные распыляющие устройства наиболее пригодны для использования в резервных линиях, особенно в качестве самонаводящихся ОПИ. При выполнении необходимых условий огнетушащие действия системы будут наиболее эффективны по всей площади или объему любого опасного участка на защищаемом объекте.

Алгоритмы программ для АСП составляются при изучении: закономерностей горения на защищаемых отсеках АПЛ и на лодке в целом; динамики возможных вариантов развития пожара в зависимости от ряда факторов — технологических режимов работы АПЛ; вариантов отключения магистральных трубопроводов и энергетических линий, отдельных аппаратов, вентиляции и пр. Для успешной разработки алгоритмов пожаротушения необходимо изучать с использованием методов математического моделирования процессы возникновения и развития пожаров дифференцированно по различным защищаемым участкам и отсекам, с целью определения оптимальной тактики тушения — порядка срабатывания групп, линии и отдельных ОПВ.

Эффективность системы во многом определяется ее гибкостью — легкостью перенастройки алгоритма пожаротушения и корректировки управляющих программ в зависимости от изменения структуры групп и линий исполнительных устройств, а также текущих параметров защищаемых объектов. Правила принятия решения по управлению автоматическим процессом защиты или пожаротушения исходят из конкретной цели — добиться наиболее быстрого и эффективного тушения при наименьших нарушениях режимах работы АПЛ. Это особенно актуально на основных отсеках — энергетических, ракетных, торпедных, командных и др., когда изменения в режимах их работы, связанные с пожаром и его тушением, необходимо быстро увязать с состоянием АПЛ в целом, ее живучестью и режимами функционирования.

Специализированный процессор или ЭВМ производит расчет вариантов распространения пожара и его тушения со скоростью, значительно превышающей скорость распространения пожара. Применение ИУМ впервые дает возможность получить соответствие временных масштабов процессов обработки информации, принятия решений и эффективного их исполнения. Фактически это означает возможность своевременного огнетушащего воздействия при самых различных скоростях горения. Соответствие времени принятия решений и их выполнения — главное условие эффективного применения самоуправляемых автоматических систем пожаротушения на ПЛ, АПЛ, кораблях, береговых объектах.

Устройства взрывного тушения, о которых рассказано в статье, по быстроте и эффективности действия стоят на одном качественном уровне с современными автоматическими сигнально-побудительными, аналоговыми системами, но более других исполнительных устройств подходят для применения в системах пожаротушения с современной автоматикой. АСМЗ вполне соответствует всему комплексу требований, предъявляемых к средствам автоматического пожаротушения. Система универсальна — она может защищать самые различные объекты, участки, операции множества известных технологических процессов. Ее универсальность обеспечивается за счет различной компоновки одних и те же тепловых элементов (нескольких конструкций ОПВ и типовых электронных блоков), взаимодействующих по единой функциональной схеме.

Надежность, быстродействие системы и уменьшение вероятности ложного срабатывания можно достигнуть в то же время следующими путями: повышение устойчивости датчиков к помехам за счет структуры сети датчиков, их дублирования или ведения дополнительных систем по различиям помех от возгорания; применение датчиков, работающих по логическим схемам, подтверждающим достоверность возникновения пожара; использование централизованного сбора информации об изменении состояния объекта и его среды. Экономичность АСМЗ достигается дешевизной исполнительных устройств и возможностью органического включения сигнально-пусковой системы в уже существующею на АПЛ АСУ.

Система удобна в эксплуатации за счет использования стандартных узлов и устройств, возможностей проверки простейшими имитаторами горения и осуществления пробного пуска без обработки защищаемого объекта огнетушащим веществом. Она обеспечивает возможность эвакуации обслуживающего персонала из аварийных помещений и полной сохранности оборудования после воздействия импульсных способов доставки огнетушащего вещества. По своему техническому уровню и качеству работа АСМЗ, по сравнению с другими, традиционными системами, наиболее соответствуют уровню современных предприятий.

Следовательно, именно сочетание ОПВ с современной автоматикой позволит на достаточно высоком качественном уровне обеспечить безопасность современных АПЛ.

Захматов В. Д., д-р техн. наук, профессор Санкт-Петербургского университета ГПС МЧС РФ;

Ширшов А. Н., технический директор НПО «Краснознаменец»