Разработка вычислительного комплекса для оценки пожарной опасности производственных объектов с учетом их характеристик

Введение. Каждый год прямой материальный ущерб от пожаров на производственных объектах достигает нескольких миллиардов рублей, что подчеркивает актуальность этой проблемы. Пожары на производственных площадках могут быстро распространяться на большую площадь, что связано с наличием легковоспламеняющихся и горючих веществ и материалов. Это приводит не только к значительным финансовым потерям для предприятий, но и к тяжелым социальным последствиям — потере рабочих мест, нарушению технологических процессов, а также необходимости эвакуации персонала. Более того, такие пожары могут иметь серьезные экологические последствия, вызывая задымление и загрязнение нижних слоев атмосферы.

Изучение пожарной опасности различных производственных объектов стало объектом множества исследований, однако остается не до конца изученной проблема недостаточной осведомленности о специфических рисках для разных отраслей. Это подчеркивает необходимость системного подхода к оценке пожарной опасности. Причиной повышенной опасности на предприятиях химической промышленности является наличие пожаровзрывоопасных веществ, и пожар на таких объектах способен привести к катастрофическим социальным и экономическим последствиям [1].

Пожаровзрывоопасность предприятий металлургии также вызывает обоснованные опасения, поскольку в процессе их деятельности образуется много горючей пыли [2], что происходит в результате различных технологических процессов [3]. На таких предприятиях нарушения требований техники безопасности могут стать непосредственной причиной возникновения пожаров и взрывов [4]. В работе [5] подчеркивается, что предприятия в лесной, деревообрабатывающей и целлюлозно-бумажной промышленности являются одними из наиболее пожароопасных. Главными факторами, способствующими возникновению пожаров, выступают нарушения правил устройства и эксплуатации электрооборудования (30,5 %) и неосторожное обращение с огнем (20,2 %) [6].

Пожарная опасность электростанций обуславливается обращением горючих материалов, таких как масла и изоляционные материалы, а также возникновением источников зажигания, связанных с электрическим током. Это может привести к пожарным инцидентам при нарушении установленного порядка эксплуатации электрооборудования [7]. На предприятиях нефтеперерабатывающей и нефтехимической промышленности к пожарам часто приводят износ производственного оборудования, нарушение технологического регламента [8], несоблюдение требований пожарной безопасности [9], а также недостатки в процессе монтажных работ [10]. Усложнение производственных технологических процессов в данной отрасли влечет за собой рост количества горючих газов и летучих легковоспламеняющихся жидкостей, что создает реальную угрозу возникновения крупномасштабных пожаров [11]. Таким образом, оценка пожарной безопасности веществ, используемых на объектах нефтегазового комплекса, становится ключевым элементом в системе обеспечения пожарной безопасности [12].

Возникновение пожаров на предприятиях горнодобывающей промышленности часто связано с нарушениями правил техники безопасности, неисправностями оборудования и объектов инфраструктуры, а также неблагоприятными условиями окружающей среды [13]. На предприятиях машиностроения и металлообработки повышенная пожарная опасность связана с наличием большого количества легковоспламеняющихся материалов и изделий [14].

Невзирая на обширный спектр исследований, посвящённых пожарной опасности в различных отраслях, до сих пор не существует единого подхода, позволяющего адекватно оценить пожарную опасность в произвольных производственных условиях, принимая во внимание их специфические особенности. Настоящее исследование нацелено на разработку комплексного показателя, который будет описывать состояние пожарной опасности конкретного производственного объекта. Этот показатель призван служить основой для обоснования количества и размещения объектовых подразделений пожарной охраны, их численности и технической оснащенности.

Цель представленного исследования заключается в создании методологии для определения пожарной опасности, что в свою очередь должно улучшить практику управления рисками и повысить уровень безопасности на производственных объектах. Для достижения этой цели были поставлены конкретные задачи: анализ существующих методик оценки пожарной опасности, выявление недостатков в текущих подходах, а также предложение новых решений, способствующих повышению общего уровня безопасности. Таким образом, актуальность исследования не только заключается в его научном и практическом значении, но и в его способности создать основу для дальнейших улучшений в области пожарной безопасности.

Материалы и методы. Для вычисления значений показателей пожарной опасности по отраслям производства был проведен анализ статистических данных по пожарам на производственных объектах за 2020–2022 гг. с использованием информации из федеральной государственной информационной системы «Федеральный банк данных «Пожары»¹. Количество предприятий в отраслях экономики определено на основе данных Федеральной службы государственной статистики Федерации².

Для определения технико-экономических характеристик предприятий, на которых функционируют объектовые подразделения пожарной охраны, был проведен анкетный опрос. В результате собрано 726 сведений о производственных объектах [15]. Проведен анализ полученных данных, определены средние значения каждого показателя для всего массива, а также для отдельных отраслей экономики.

При разработке безразмерного вычислительного комплекса U_по, характеризующего пожарную опасность предприятия, технико-экономические показатели предприятия нормировались на соответствующие средние значения и умножались на весовые множители, определяющие вклад конкретного показателя. Значения показателей обстановки с пожарами для отраслей экономики нормировались на средние значения по всей экономике.

Вычислены значения безразмерного вычислительного комплекса U_по  для всех производственных объектов с объектовыми подразделениями пожарной охраны и построено распределение значений U_по. Определены среднее значение m и среднеквадратичное отклонение s полученного распределения, на основе которых были рассчитаны границы интервалов значений U_по, соответствующих различным уровням пожарной опасности производственного объекта.

Анализ статистических данных о пожарах в различных отраслях экономики показал следующую картину. Среднее значение количества пожаров на 100 предприятий по всем отраслям экономики составляет 0,75 пожаров на 100 предприятий. Максимальное значение данный показатель достигает на предприятиях угольной промышленности — 9,38 пожаров на 100 предприятий. Меньше всего происходит пожаров в строительной отрасли — 0,14 пожаров на 100 предприятий (рис. 1).

В среднем на 1 тыс. пожаров на производственных объектах погибают и получают травмы 53 человека. Наименьшее количество пострадавших при пожарах зарегистрировано на предприятиях электроэнергетики — 12 человек на 1 000 пожаров. Наибольшее значение данный показатель достигает в топливной промышленности — 452 человека на 1 000 пожаров (рис. 2).

Средняя величина ущерба от одного пожара колеблется от 16 млн. рублей для предприятий машиностроительной и металлообрабатывающей отраслей до 60 тыс. рублей для предприятий судостроительной и судоремонтной промышленности. В среднем по всей экономике ущерб от одного пожара составляет 904 тыс. рублей.

Анализ технико-экономических характеристик предприятий, на которых созданы объектовые подразделения пожарной охраны, выявил следующие закономерности. Среднее значение площади территории предприятий варьируется от 3,7 га для легкой промышленности до 1,81 тыс. га для транспортных предприятий. Среднее значение по всем предприятиям, на которых созданы объектовые подразделения пожарной охраны, составляет 238 га.

Распределение отраслей экономики по площади застройки зданиями, сооружениями и открытыми технологическими установками представлено на рис. 3. Наибольшая средняя площадь застройки на предприятиях машиностроения составляет 587,8 тыс. м² (здания и сооружения) и 413,6 тыс. м² (открытые технологические установки). Наименьшую площадь застройки зданиями и сооружениями имеют предприятия легкой промышленности — 21,1 тыс. м², а технологическими установками — на предприятиях транспорта — 18,7 тыс. м². Средние значения площади застройки по всем предприятиям составляют 155 тыс. м² (здания и сооружения) и 94 тыс. м² (технологические установки).

Численность персонала на предприятиях черной металлургии достигает наибольших значений — в среднем 14,4 тыс. человек, из которых в наиболее загруженную смену работает 5,7 тыс. человек. Меньше всего работающих на предприятиях легкой промышленности — в среднем 208 и 154 человека соответственно. Средние значения данных показателей по всем предприятиям составляют 1567 человек общей численности и 678 человек в наиболее загруженную смену.

Наибольшая масса пожароопасных, пожаровзрывоопасных и взрывоопасных веществ, обращающихся в наружных технологических установках, наблюдается на предприятиях электроэнергетики — в среднем 177 тыс. тонн, а наименьшая масса таких веществ — на предприятиях машиностроения и металлообработки — в среднем 90 тонн. Среднее значение данного показателя по всем предприятиям составляет 98 тыс. тонн.

Средняя площадь зданий и сооружений, отнесенных к V степени огнестойкости, по всем предприятиям составляет 5 тыс. м². Наибольшее значение этот показатель достигает на предприятиях электроэнергетики — в среднем 10,1 тыс. м², а на предприятиях цветной металлургии — 138 м².

На рис. 4 представлено распределение отраслей экономики по площади застройки предприятий зданиями (сооружениями), отнесёнными к определённым категориям по взрывопожароопасности. Наибольшая средняя площадь застройки наблюдается на предприятиях машиностроения и металлообработки — 154 тыс. м² для категории А, для категории Б — 91 тыс. м², для категории В — 224 тыс. м², для категории Г — 150 тыс. м². Средняя площадь застройки для всех предприятий в указанных категориях составляет 52, 63, 91 и 36 тыс. м² соответственно.

Среднее количество пожаров за 5 лет на предприятиях, где созданы объектовые подразделения пожарной охраны, составляет 1,2 пожара на одно предприятие. На предприятиях черной металлургии произошло наибольшее количество пожаров — в среднем 11,5 пожара за 5 лет, в то время как на предприятиях легкой промышленности зафиксировано наименьшее число — в среднем 0,07 пожара.

Среднее расстояние до территориального подразделения пожарной охраны, прибывающего на производственный объект в соответствии с расписанием выездов, составляет 12,6 км. Наибольшее расстояние зафиксировано для предприятий химической и нефтехимической промышленности — в среднем 28,7 км, тогда как наименьшее расстояние наблюдается на предприятиях машиностроения — в среднем 3,5 км.

Результаты исследования. Исходя из результатов проведенного анализа для оценки уровня пожарной опасности производственных объектов разработан безразмерный вычислительный комплекс U_по, который вычисляется по формуле:

 (1)

Безразмерный комплекс S₁, входящий в (1), характеризует уровень пожарной опасности отрасли производства, к которой относится рассматриваемый производственный объект. Для вычисления S₂ используется формула:

 (2)

где w_i — безразмерные весовые множители, приняты равными 2/19; N_пож, N_гт, Y_м — показатели, характеризующие пожарную опасность отрасли производства, приведены в таблице 1; N_пож.ср, N_гт.ср, Y_м.ср — средние значения показателей пожарной опасности по всем отраслям производства.

Безразмерный комплекс S₂ описывает технико-экономические и оперативные характеристики конкретного производственного объекта. Для вычисления S₂ используется формула:

 (3)

где w_i — безразмерные весовые множители, приняты равными 1/19; S_тер, S_зд, S_уст, N_перс, N_загр, M_сред, S_огн, S_А, S_Б, S_В, S_Г, N_пож, L_ПО — показатели, характеризующие технико-экономические и оперативные характеристики производственного объекта (таблица 2); S_тер.ср, S_зд.ср, S_уст.ср, N_{перс.ср}, N_{загр.ср}, M_{сред.ср}, S_огн.ср, S_А.ср, S_Б.ср, S_В.ср, S_Г.ср, N_пож.ср, L_ПО.ср — средние значения показателей для производственных объектов, на которых созданы объектовые подразделения пожарной охраны.

Распределение значений комплекса U_по для производственных объектов, на которых созданы подразделения пожарной охраны, описывается нормальным законом со средним значением m = 0,47 и среднеквадратичным отклонением σ = 0,19. Критерии отнесения производственного объекта к определенной категории пожарной опасности приведены в таблице 3.

Средние значения комплекса U_по для отраслей экономики приведены на рис. 5. Как видно из рисунка, в категорию высокой пожарной опасности попадает черная металлургия, машиностроение и металлообработка, цветная металлургия и топливная промышленность. В категорию средней пожарной опасности входят следующие отрасли: судостроение и судоремонт, электроэнергетика, химическая и нефтехимическая промышленность, лесная, деревообрабатывающая и целлюлозно-бумажная промышленность. Остальные отрасли относятся к категории низкой пожарной опасности.

В качестве примера рассчитан уровень пожарной опасности для предприятий электроэнергетики. Значение технико-экономических и оперативных характеристик предприятия приведены в таблице 4.

По формулам (2) и (3) вычислены значение комплексов S₁ = 0,962 и S₂ = 1,424. Значение вычислительного комплекса U_по определено по формуле (1), U_по = 0,705. В соответствии с таблицей 3, предприятие следует отнести к категории высокой пожарной опасности, тогда как в целом отрасль электроэнергетики относится к категории средней пожарной опасности (рис. 5).

Обсуждение. В ходе исследования авторы поставили цель выявить уровень пожарной опасности на производственных объектах с учетом технико-экономических особенностей конкретных предприятий. Реализованная модель позволяет оценить риски с учетом специфики различных отраслей. Основные результаты показывают, что уровень пожарной опасности зависит от сферы деятельности, причем в некоторых отраслях, таких как черная и цветная металлургия, машиностроение и металлообработка, топливная промышленность, этот уровень значительно выше среднего.

Созданный безразмерный вычислительный комплекс — U_по — дает возможность глубже анализировать пожарную опасность производственных объектов, учитывая различные факторы, включая расстояние до территориального подразделения пожарной охраны, массу обращающихся пожароопасных, пожаровзрывоопасных и взрывоопасных технологических сред, площадь зданий и сооружений, отнесенных к определенным категориям взрывопожароопасности, количество пожаров на предприятии и др. Данные факторы следует учитывать при определении ресурсной потребности объектовых подразделений пожарной охраны.

Таким образом, результаты работы не только подтверждают существующие опасности в сфере пожарной безопасности, но и подчеркивают необходимость адаптации системы к условиям конкретных производств для эффективного управления рисками. Это создает базу для дальнейших рекомендаций и действий, направленных на снижение количества и последствий пожаров.

Заключение. Полученные результаты были использованы для подготовки новой редакции Методики расчета численности и технической оснащенности подразделений пожарной охраны, создаваемых для тушения пожаров и проведения аварийно-спасательных работ в организациях, утвержденной приказом МЧС России от 15 октября 2021 г. № 700. В новой редакции Методики предложено рассчитывать радиус обслуживания объектового подразделения пожарной охраны в зависимости от уровня пожарной опасности производственного объекта, определяемого показателем U_по. Пожарная опасность объекта также учитывается для определения требуемого расхода огнетушащего средства на наружное пожаротушение при расчете состава сил и средств пожарной охраны. Кроме того, площадь участков контроля за противопожарным состоянием при осуществлении профилактики пожаров определяется в зависимости от значения комплексного показателя U_по.

Результаты исследований по вопросам нормирования ресурсов объектовой пожарной охраны будут детально рассмотрены в серии последующих публикаций.