Problemy projektowania oraz zabezpieczenia przeciwpożarowego okrętów wojennych

Transkrypt

1 GRZĄDZIELA Andrzej 1 SZTUROMSKI Bogdan 2 Problemy projektowania oraz zabezpieczenia przeciwpożarowego okrętów wojennych WSTĘP Zabezpieczenie przeciwpożarowe konstrukcji technicznych jest powszechnie znanym tematem. Na temat ten znaleźć można wiele publikacji dotyczących zarówno analiz teoretycznych procesu spalania, przyczyn występowania zjawiska, metod organizacyjnych i technicznych walki z pożarami, procesów szkolenia itd. Specyfika zabezpieczenia przeciwpożarowego okrętów wojennych wynika przede wszystkim z przyczyn występowania zagrożenia oraz skutków jakie niesie pożar dla załogi, ładunku i środowiska. Z uwagi na przeznaczenie okręty wojenne są narażone nie tylko na występowanie pożarów charakterystycznych dla statków handlowych tj. efektów zaniedbań załogi, kolizji morskich lub uszkodzeń instalacji okrętowych ale także na oddziaływanie uzbrojenia przeciwnika. Innym argumentem podkreślającym odmienność tematyczną może być pożar na okręcie podwodnym, który w zanurzeniu oprócz typowych zagrożeń związanych z pożarem jest narażony na wyczerpanie tlenu dla potrzeb oddechowych załogi oraz zatrucie produktami spalania wynikającymi z braku możliwości wentylacji. Oddziaływanie uzbrojenia przeciwnika niesie zagrożenie nie tylko pożarem ale również detonacją. Temperatury pożarów występujących na okrętach wojennych są znacząco wyższe, szybkość rozchodzenia się pożaru jest również większa a zagrożenie detonacją zmagazynowanych środków bojowych dotyczy zarówno załogi jak i otaczającego środowiska morskiego. 1. PRZEPISY PRZECIWPOŻAROWE Okręty wojenne na świecie są budowane według norm obronnych i przepisów oraz doświadczeń stoczniowych. Nie obowiązują ich przepisy SOLAS aczkolwiek regułą jest, że konstruktorzy zwykle z nich korzystają a w niektórych aspektach konstrukcyjnych znacząco podwyższają wymagania. W Polskiej Marynarce Wojennej funkcjonują przepisy wewnętrzne Marynarki Wojennej dotyczące walki z pożarami oraz równolegle przygotowano w 2008 roku Przepisy Klasyfikacji i Budowy Okrętów Wojennych. PRS, część V, Ochrona przeciwpożarowa [1]. Przepisy PRS nie są obligatoryjne w stosunku do budowy okrętów jednakże podczas procesu projektowego w zakresie instalacji przeciwpożarowych są powszechnie wykorzystywane. Przepisy te odnoszą się do następujących aspektów: postanowień ogólnych odnoszących się do zakresu stosowalności, konstrukcyjnej odporności pożarowej w zakresie projektowania zorientowanego, wymagań w stosunku do instalacji gaśniczych, wymagań w stosunku do instalacji wykrywania i sygnalizacji pożaru na okręcie, zabezpieczenia przeciwpożarowego pomieszczeń okrętowych, wymagań dla instalacji i urządzeń stwarzających zagrożenie pożarowe na okręcie, wymagań odnośnie przenośnego sprzętu pożarniczego na okręcie, specyficznych wymagań dodatkowych dla określonych typów okrętów. 1 Akademia Marynarki Wojennej, Wydział Mechaniczno - Elektryczny, Gdynia, ul. Śmidowicza 69, a.grzadziela@amw.gdynia.pl 2, b.szturomski@amw.gdynia.pl 1658

2 Odnośnie działalności regulowanej odrębnymi, wewnętrznymi przepisami Marynarki Wojennej to stanowią one zbiór przepisów nie tylko odnoszących się do wyposażenia przeciwpożarowego ale również działalności obsługowej i szkoleniowej. Obecnie działania szkoleniowe w zakresie przeciwpożarowym są jednym z priorytetowych kierunków szkolenia na okrętach Marynarki Wojennej. Problemem jest jednak fakt, że większość z nich jest ściśle ukierunkowana tylko na działalność walki z pożarem. Obecnie inne marynarki wojenne rozszerzają zakres na trzy obszary realizowane jednocześnie tj. walkę z ogniem, zabezpieczenie medyczne i zespołową obronę przeciwawaryjną okrętu (OPA) w bardzo szerokim tego słowa rozumieniu. 2. KONSTRUKCYJNE ZABEZPIECZENIE PRZECIWPOŻAROWE OKRĘTÓW Podstawowym zagadnieniem konstrukcyjnym okrętów jest występowanie tzw. grodzi wodo- i gazoszczelnych, które umożliwiają z uwagi na rozprzestrzenianie się ognia izolowanie poszczególnych przedziałów kadłuba okrętowego. Zasadą jest wyposażenie pomieszczeń w materiały niepalne lub wolno rozprzestrzeniające płomienie. W przypadku pomieszczeń mieszkalnych dopuszcza się wykorzystanie materiałów palnych przy czym ciepło spalania Q nie może przekroczyć wartości 45 MJ/m 2. Obliczenia te wykonuje się według następującego wzoru [1]: (1) gdzie: Q- ciepło spalania dla zastosowanej grubości materiału, [MJ/m 2 ] Qs- jednostkowe ciepło spalania materiału, określone według normy ISO 1716Badanie reakcji na ogień wyrobów budowlanych - Określenie ciepła spalania, [MJ/m 2 ] ρ - gęstość materiału, [kg/m 3 ] s- grubość materiału, [m] Dodatkowo, w zależności od przeznaczenia pomieszczeń określa się maksymalną masę materiałów palnych przypadających na 1 m 2 powierzchni. Zasadą jest również, że pomieszczeniach o powierzchni mniejszej niż 50 m 2 nie ma obowiązku montaży instalacji tryskaczowej jedynie wyposaża się je w systemy sygnalizacyjne. Reguła ta nie odnosi się do pomieszczeń specjalnych, które wpływają na żywotność okrętu, jego dowodzenie lub są składami amunicji. Z powyższych względów w konstrukcji kadłuba przewidziano trzy klasy przegród pożarodopornych A, B i C oraz 14 kategorii pomieszczeń. Wielkość i przeznaczenie pomieszczenia determinuje również rodzaj i liczbę zastosowanych gaśniczych instalacji stacjonarnych, liczbę włazów ewakuacyjnych i sprzętu podręcznego. Szczególną uwagę zwraca się na pomieszczenia, w których magazynuje się materiału ropopochodne, warsztaty z butlami gazów technicznych, pomieszczenia przylegające do komina, komory amunicyjne oraz kuchnię. Pomieszczenia te są wyposażone w czujniki temperatury powiązane z ogólnookrętowym systemem przeciwpożarowym nastawione na : 30 0 C, dla uruchomienia automatycznego instalacji wentylacji celem obniżenia temperatury w pomieszczeniu, 50 0 C, dla uruchomienia automatycznego instalacji zraszającej ścianki pomieszczenia, 70 0 C, dla uruchomienia automatycznego instalacji zraszającej poziome powierzchnie pomieszczenia. Należy przy tym zaznaczyć, że jeżeli instalacja nie zaleje w całości objętości pomieszczenia w czasie do 30 minut to pomieszczenie takie powinno zostać wyposażone w dodatkową instalację zatapiającą. 1659

3 W zakresie projektowania istotną rolę przywiązuje się również do konstrukcji drzwi, włazów, schodów, drabinek ewakuacyjnych i iluminatorów odnośnie ich konstrukcji i zastosowanych materiałów. Przykład HMS Sheffield zatopionego rakietą Exocet 40 AM w trakcie konfliktu falklandzkiego, w którym grupa OPA walcząc z pożarem zginęła gdyż nie była się w stanie wydostać z przedziału ogarniętego pożarem z uwagi na wykonane z aluminium drabinki ewakuacyjne wskazuje na konieczność takich wymogów. 3. OKRĘTOWE INSTALACJE PRZECIWPOŻAROWE Okrętowe instalacje przeciwpożarowe można podzielić na stacjonarne i przenośne [9,10]. Instalacje stacjonarne powinny spełniać wymóg stałej gotowości do użycia. Podstawową instalacją przeciwpożarową na okrętach jest instalacja wodnohydrantowa z uwagi na niewyczerpalny zapas środka gaśniczego jakim jest woda morska. Instalacja ta wewnętrznie dzieli się na hydratową, której działanie polega na użyciu węży gaśniczych zwykle na pokładzie otwartym oraz tryskaczową, która zabezpiecza pomieszczenia wewnętrzne - rysunek 1. Rys. 1. Instalacja zraszeniowa, wodna, gdzie: 1- magistrala wodna, 2- pompy zasilające, 3 - zbiornik pośredni, 4 - pompa, 5 - zawory automatyczny, 6 - sieć tryskaczowa [2] W zależności od wielkości okrętu według obliczeń armatorskich lub wymagań przepisów klasyfikacyjnych dobiera się wydatek, ciśnienie pomp wodnych a także ich rozmieszczenie w kadłubie mając na uwadze zasadę redundantności instalacji. Pompy oczywiście spełniać muszą warunek samozasysalności i jedna z nich pełni rolę zasadniczej a druga awaryjnej. Zasadą jest, że jedna z pomp powinna mieć niezależne zasilanie energetyczne przy czym wydatek pompy awaryjnej nie może być mniejszy niż 25 m 3 na godzinę bez względu na typ okrętu. Również rozmieszczenie rurociągów wodnych powinno mieć strukturę pierścieniową przy czym rurociągi na obu burtach powinny być symetrycznie rozmieszczone nad i pod linią wodną. Dobór średnicy rurociągów, hydrantów i węży pożarowych powinien umożliwiać wzajemne zasilanie w razie pożaru z lądu na okręt lub z okrętu do lądowej instalacji pożarowej. Instalacja zraszeniowa (tryskaczowa), powinna być w stałej gotowości do uruchomienia bez udziału załogi. Instalację dzieli się na sekcje, z której każda nie powinna mieć więcej niż 200 tryskaczy. Działanie automatyczne instalacji może być realizowane przez samodzielne czujki temperatury lub czujki zintegrowane z tryskaczem - rysunek

4 Rys. 2 Dysze zraszeniowe (tryskaczowe) tzw. sprinklerowe automatyczne [2,3] Działanie systemu powinno być uzupełnione o system alarmowy wizualny i akustyczny a przy doborze tryskaczy należy uwzględnić warunek, że wydatek wody z jednego tryskacza nie powinien być mniejszy niż 5 dm 3 /min na powierzchnię 1 m 2 powierzchni (24 dm 3 /min na powierzchnię 1 m 2 komór amunicyjnych). Dodatkową funkcją zewnętrznej instalacji tryskaczowej jest jej wykorzystanie dla systemu OPBMaR. Rys. 3 Schemat okrętowej instalacji pianowej [4] Instalacje pianowe stały się od wielu lat standardowym wyposażeniem okrętów marynarki wojennej. Ich głównym celem jest zapewnienie bezpieczeństwa pożarowego w przedziałach maszynowych okrętów. Środkiem gaśniczym jest zwykle piana ciężka przy czym dla obliczeń systemów pianotwórczego przyjmuję się założenie, że instalacja powinna mieć minimalny wydatek 5 dm 3 /min na 1 m 2 powierzchni objętej pożarem w czasie działania nie krótszym niż 5 minut. Schemat typowej instalacji pianowej przedstawia rysunek 3. Niekiedy stosuje się również instalację na pianę lekką przy czym warunkiem jej stosowalności jest liczba spienienia mniejsza niż Instalacje te są również są stosowane do zabezpieczenia lądowisk helikopterowych, przy czym wymogiem jest minimalna objętość zbiornika wynosząca 0,4 m 3 oraz w zależności od kategorii lądowiska H1..H3 wydatek od 250 do 800dm 3 /min. Z uwagi na możliwość bardzo szybkiego rozprzestrzeniania się ognia wewnątrz okrętu oraz biorąc pod uwagę warunki konstrukcyjne gazo- i wodoszczelności przedziałów powszechnie stosuje się na okrętach instalacje gaśnicze na CO 2. Masę ładunku dwutlenku węgla dla chronionego pomieszczenia oblicza się z wykorzystaniem następującego wzoru: 1661

5 (2) gdzie: V- objętość chronionego pomieszczenia, [m 3 ] φ- współczynnik wypełnienia, [kg/m 3 ] φ = 0,3 dla pomieszczeń ładunkowych φ = 0,35 dla przedziałów maszynowych, których objętość brutto przyjęto z uwzględnieniem objętości szybów φ = 0,4 dla przedziałów maszynowych, których objętość brutto przyjęto bez uwzględnienia objętości szybów Dodatkowym wymogiem jest aby instalacja wypełniła 85% objętości chronionego przedziału w czasie 2 min dla przedziałów maszynowych i 10 minut dla pozostałych przedziałów. Załączenie stacji dwutlenku węgla może być zrealizowane w wariancie automatycznym lub zdalnym. Z uwagi na bezpieczeństwo załogi, która może znajdować się w chronionym przedziale zwyczajowo instalacja ma sterowanie zdalne a decyzję o jej użyciu podejmuje dowódca okrętu po potwierdzeniu informacji o ewakuacji załogi z zagrożonego przedziału. Procedura ta nie dotyczy okrętów podwodnych gdzie dobro niezagrożonej załogi i żywotność okrętu jest priorytetowym zadaniem. Widok okrętowej stacji CO 2 przedstawia rysunek 4. Rys. 4. Okrętowa stacja gaśnicza CO 2 [5] W zależności od wielkości okrętu instalacje proszkowe mogą być montowane jako stacjonarne lub jako przenośne. CO prawda regułą jest aby nośnikiem proszku był gaz obojętny lecz często spotkać można instalacje zasilane ze sprężonego powietrza dla celów gospodarczych. W okrętownictwie zasadą jest aby instalacja proszkowa zapewniała nieprzerwaną pracę prze 45 sekund przy wydatku 3,5 kg/s i zasięgu rzutu proszku nie mniejszym niż 8 metrów. Stanowiska gaśnicze w przedziałach maszynowych mają zwyczajowo wyższe wymagania przy standardzie gotowości do uruchomienia nie dłuższym niż 30 sekund. Wszystkie instalacje gaśnicze, stacjonarne i przenośne, podlegają wojskowemu dozorowi technicznemu. Nadzór nad nimi jest realizowany w pionie zarządczym jednostek wojskowych, przez wyspecjalizowanych inspektorów oraz przez WDT. 4. SYSTEM SZKOLENIA PRZECIWPOŻAROWEGO System szkolenia przeciwpożarowego załóg okrętowych jest obecnie trzyetapowy, tj.: 1662

6 szkolenie teoretyczne, szkolenie praktyczne na poligonie pożarowym - rysunek 5, szkolenie praktyczne w trakcie ćwiczeń ogólnookrętowych. Rys. 5. Ćwiczenia na poligonie pożarowym [8] Szkolenie teoretyczne jest typowe i odnosi się do podstaw walki z ogniem oraz zagrożeniami detonacyjnymi występującymi w trakcie pożarów na okręcie. Program szkolenia na poligonie pożarowym jest najczęściej dwustopniowy i obejmuje takie zagadnienia jak: teorię pożaru i warunki powstawania pożaru trójkąt pożarowy, źródła zapłonu i zagrożenie pożarowe, właściwości materiałów palnych, przyczyny pożarów na okręcie, wykrywanie pożarów, budowa, użytkowanie i rozmieszczenie sprzętu pożarniczego na okręcie, budowa i użytkowanie stałych instalacji gaśniczych, bojowa organizacja walki z pożarem na okręcie, środki gaśnicze. Program szkolenia obejmuje także ćwiczenia praktyczne na poligonie pożarowym z zakresu gaszenia małych pożarów gaśnicami (śniegowymi CO2, proszkowymi i lekką wodą), rozwijanie i zwijanie oraz łączenie węży pożarowych i prądownic, podawanie prądów wodnych zwartych i rozproszonych oraz podawanie prądów piany ciężkiej, średniej i lekkiej. Na makiecie okrętu wykonuje się zadanie w zadymionym pomieszczeniu w aparatach oddechowych oraz ewakuację manekina. Wszystkie ćwiczenia mają za zadanie wyrobienie właściwych nawyków, sprawdzenie stopnia przyswajanej wiedzy a także identyfikację osób z klaustrofobią lub innymi odchyleniami psychofizycznymi uniemożliwiającymi służbę na okrętach MW RP. Równolegle z procesem szkolenia załóg okrętowych ośrodki badawczo-rozwojowe realizują badania na rzecz wdrożenia nowych, innowacyjnych technologii. Są one ukierunkowane na automatyzację i robotyzację. Pierwszy obszar badań dotyczy systemów identyfikujących w pomieszczeniach zamkniętych źródło pożaru a następnie w sposób automatyczny ukierunkowanie 1663

7 wielokierunkowego pod wysokim ciśnieniem strumienia gaśniczego. Działanie takie powinno identyfikować i likwidować pożar od momentu identyfikacji przez systemem nadzoru termicznego nie później niż w 3 sekundy. Drugi obszar badań ukierunkowany jest na wykorzystanie robotów pożarniczych - rysunek 6. Rys. 6. Przykład robota pożarniczego w trakcie badań symulacyjnych [6] Zadaniem robotów ma być w założeniach identyfikacja źródła pożaru oraz jego samodzielna likwidacja po przez przenośny system gaśniczy. Roboty takie miały by mieć zastosowania głównie na jednostkach, w których występuję zagrożenia skażenia chemicznego lub promieniotwórczego. WNIOSKI Zagadnienia zabezpieczenia konstrukcyjnego okrętów wojennych są wielowątkowe i obejmują obszary z inżynierii materiałowej, budowy i eksploatacji maszyn, okrętownictwa, automatyzacji, systemów sterowania a nawet robotyki. Poprawność konstrukcji odpornej na pożary jest zasadniczo efektem nie tylko sztywnego trzymania się norm i przepisów ale również wyobraźni konstruktorów i konsultantów z dużym morskim doświadczeniem. Wszystkie drogi "na skróty" w postaci oszczędności na materiałach, systemach redundantnych itp. zazwyczaj kończą się w najlepszym wypadku kompromitacją biura projektowego a w najgorszy m śmiercią członków załogi. Wyposażenie okrętu w inteligentne systemy przeciwpożarowe jest obecnie standardem a nie zbędnym gadżetem. Faktycznym problemem są jedynie koszty wykonania instalacji w wersji militarnej, która wymaga odpowiedniej odporności na oddziaływania obciążeń udarowych. Bez względu na stopień automatyzacji czy robotyzacji okrętu należy podkreślić, że to właśnie człowiek jest najczęściej źródłem powstawania pożaru jak fakt, że człowiek jest najbardziej efektywnym czynnikiem w jego likwidacji. Z powyższego powodu szkolenia przeciwpożarowe połączone ze szkoleniami medycznymi i OPA są najbardziej pożądanymi z punktu widzenia bezpieczeństwa jednostki pływającej. Streszczenie W referacie przedstawiono zagadnienia prawne oraz konstrukcyjne dotyczące problematyki konstrukcji okrętów wojennych w zakresie obciążeń cieplnych oraz technicznego zabezpieczenia przeciwpożarowego. W treści odniesiono się zarówno do aspektów regulowanych przepisami PRS jak i dobrej praktyki morskiej. Przedstawiono zagadnienia obliczeniowe w procesie konstrukcji kadłuba okrętowego, wymagań w stosunku do 1664

8 instalacji przeciwpożarowych jak i systemów automatyki. Przedstawiono zakres podstawowych szkoleń teoretycznych jak i praktycznych realizowanych na pokładzie okrętu oraz poligonie z makietą do ćwiczeń.w podsumowaniu wskazano nowe rozwiązania techniczne, których głównym atutem jest szybkość i skuteczność detekcji oraz likwidacji zagrożeń pożarowych. Problems of Design and Fire Fighting safety on the Naval Vessels Abstract The paper presents the legal issues and design problems relating to the construction of warships in the field of thermal loads and technical fire protection. Analyses were made to both aspects: rules established by the polish maritime classification society PRSandgood seamanship. There is presented the computational problems in the process of ship hull structure, requirements for the fire protection and automation systems. There are showed the range of basic theoretical training and practical carried on board the ship, and on the ships model in the firefighting range of exercise. The summary identifies new technology, whose main advantage is the speed and efficiency of the detection and elimination of fire hazards BIBLIOGRAFIA 1. Przepisy Klasyfikacji i Budowy Okrętów Wojennych. PRS, część V, Ochrona przeciwpożarowa, Gdańsk Mironiuk W., Szyszka J., Wróbel R., Ochrona przeciwpożarowa okrętu, Wyd. AMW Gdynia Mironiuk W., Szyszka J., Wróbel R., Jakus B., Korczewski Z., Obrona przeciwawaryjna okrętu, Cz. I, Wyd. AMW Gdynia