Общие сведения о методах прогнозирования опасных факторов пожара в помещении
Современные методы прогнозирования опасных факторов пожара не только позволяют "заглядывать в будущее", но и дают возможность снова "увидеть" то, что уже когда-то и где-то произошло. Другими словами, теория прогнозирования позволяет воспроизвести картину развития реально произошедшего пожара, что необходимо при криминалистической или пожарно-технической экспертизе пожара.
Опасными факторами, воздействующими на людей и материальные ценности (согласно ГОСТ 12 1.004-91), являются:
1. пламя и искры;
2. повышенная температура окружающей среды;
3. токсичность продуктов горения и термического разложения;
4. дым;
5. пониженная концентрация кислорода.
Параметры и зоны пожара
Параметры пожара
Из практики известно, что главное и основное явление на всех пожарах - это горение, но сами пожары всегда различны, индивидуальны. Во-первых, разнообразны виды и режимы процесса горения (горение кинематическое и диффузионное, гомогенное и гетерогенное, ламинарное и турбулентное , дифлаграциониое и детонационное, полное и неполное и т.д.); во-вторых, разнообразны условия, в которых происходит горение (состояние и расположение горючего вещества, тепло— и массообмен в зоне горения и др.). Поэтому каждый пожар необходимо регистрировать, описывать, исследовать, сравнивать с другими, близкими по характеру, т.е. изучать параметры пожара.
Продолжительность пожара - время с момента его возникновения до полного прекращения горения.
Площадь пожара - площадь проекции зоны горения на горизонтальную или вертикальную плоскость. На внутренних пожарах в многоэтажных зданиях общая площадь пожара находится как сумма площадей пожара всех этажей. В большинстве случаев пользуются проекцией зоны горения на горизонтальную плоскость, сравнительно редко - на вертикальную, например при пожаре на газовом фонтане, при горении одиночной
конструкции небольшой толщины, расположенной вертикально, например, перегородки, декорации и т.п. Площадь пожара является одним из основных параметров пожара, особенно важным при оценке его размеров, при выборе метода тушения, при определении особенностей тактики его тушения и расчете количества сил и средств, необходимых для его локализации и ликвидации.
Температура пожара – для внутреннего пожара под температурой пожара понимают среднеобъемную температуру газовой среды в помещении, а под температурой открытого пожара — температуру пламени. Температура внутренних пожаром, как правило, ниже, чем открытых.
Линейная скорость распространения пожара - скорость распространения горения по поверхности горючего материала в единицу времени. Она зависит от вида и природы горючих веществ и материалов, от способности к воспламенению и начальной температуры, от интенсивности газообмена на пожаре и направленности конвективных газовых потоков, от степени иэмельченности горючих материалов, их пространственного расположения и других факторов.
Линейная скорость распространения горения непостоянна во времени, поэтому в практических расчетах пользуются средними значениями, которые являются величинами весьма приближенными.
Наибольшейскоростью распространения горения обладают газы, поскольку в смеси с воздухом они уже подготовлены к горению и для его продолжения, если горение возникло, затрачивается тепло на нагрев смеси только до температуры воспламенения.
Линейная скорость распространения горения для жидкостей в основном зависит от их начальной температуры. Особенно резкое возрастание наблюдается при нагреве горючих жидкостей до температуры
вспышки, так как наибольшее значение линейной скорости для горючих жидкостей наблюдается при температуре воспламенения и равно скорости распространения горения по паровоздушным смесям.
Наименьшей линейной скоростью распространения горения обладают твердые горючие материалы, для подготовки к горению которых требуется больше тепла, чем для жидкостей и газов. Линейная скорость распространения горения твердых горючих материалов зависит почти от всех перечисленных факторов, но особенно от их пространственного расположения. Например, скорость распространения пламени по вертикальным и горизонтальным поверхностям может отличаться в 5...6 раз, а распространение пламени по вертикальной поверхности снизу вверх
и сверху вниз приблизительно в 10 раз. Линейная скорость распространения горения по горизонтальной поверхности наиболее часто используется в расчетах.
Интенсивность газообмена - это количество воздуха, притекающее в единицу времени к единице площади пожара. Различают требуемую интенсивность газообмена и фактическую. Требуемая интенсивность газообмена показывает, какое количество воздуха должно притекать в единицу времени к единице площади пожара для обеспечения полного сгорания материала. Поскольку полное горение в условиях пожара практически никогда не достигается, то она характеризует удельный расход воздуха, при котором возможна максимальная полнота сгорания
горючего материала. Фактическая интенсивность газообмена характеризует фактический приток воздуха на пожаре, а следовательно, полноту сгорания, плотность задымления, интенсивность развития и распространения пожара и другие параметры. Интенсивность газообмена относится к внутренним пожарам, где ограждающие конструкции ограничивают приток воздуха в объем помещения (а следовательно, и в
зону горения), но проемы в ограждающих конструкциях позволяют определить количество воздуха, поступающего в объем помещения. На открытых пожарах воздух поступает из окружающего пространства непосредственно в зону горения и расход его остается неизвестным.
Интенсивность или плотность задымления - характеризуют ухудшение видимости и степень токсичности атмосферы в зоне задымпения. Ухудшение видимости при задымлении определяется по толщине слоя дыма, через который не виден свет эталонной лампы, или по количеству твердых частиц, содержащихся в единице объема воздуха.
Теплота пожара - характеризует, какое количество тепла выделяется в зоне горения в единицу времени. Приведенная теплота пожара показывает, какое количество тепла выделяется в единицу времени с единицы площади пожара.
Коэффициент химического недожога для веществ и материалов выбирается в зависимости от количества воздуха, необходимого для полного сгорания единицы массы горючего.
Кроме перечисленных параметров пожара, существуют еще и такие, как: периметр пожара, фронт распространения горения, высота пламени, интенсивность излучения пламени и др.
Следует иметь в виду, что все параметры пожара изменяются во времени и взаимосвязаны друг с другом. Например, продолжительность пожара зависит не только от величины пожарной нагрузки, но и от скорости ее выгорания. Последняя, в свою очередь, зависит от вида и температуры пожара, а температура от интенсивности газообмена и тепловыделения. Основным фактором, определяющим параметры пожара, является вид и величина пожарной нагрузки. Под пожарной нагрузкой объекта понимают массу всех горючих и трудногорючих материалов,
приходящихся на один квадратный метр площади пола помещения или площади, занимаемой этими материалами на открытой площадке.
В пожарную нагрузку помещений, зданий и сооружений входят не только оборудование, мебель, продукция, сырье и т.д., но и конструктивные элементы зданий, изготовленные из горючих или трудногорючих материалов, т.е. стены, пол, потолок, оконные переплеты,
двери, стеллажи, перекрытия, перегородки и т.д. Пожарная нагрузка в помещениях делится на постоянную (горючие и трудногорючие материалы строительных конструкций, технологическое оборудование и т.п.) и временную (сырье, готовая продукция, мебель и т.п.). Пожарная нагрузка помещения определяется как сумма постоянной и временной нагрузки.
В зданиях пожарная нагрузка для каждого этажа определяется отдельно. Масса горючих элементов чердачного перекрытия и покрытия включается в пожарную нагрузку чердака. Величина пожарной нагрузки для некоторых помещений принимается следующей:
для жилых, административных и промышленных зданий величина пожарной нагрузки не превышает 50 кг/м2 (если основные элементы зданий негорючие);
средняя величина пожарной нагрузки в жилом секторе составляет для однокомнатных квартир - 27 кг/м2, для двухкомнатных - 30 кг/м2, для трехкомнатных - 40 кг/м2;
в зданиях третьей степени огнестойкости пожарная нагрузка ׳׳м тавляет 100 кг/м2;
в производственных помещениях, связанных с производством и обработкой горючих веществ и материалов, пожарная нагрузка составляетот 250 до500 кг/м2;
в складских помещениях, сушилках и т.п. пожарная нагрузив достигает 1000...1500 кг/м2;
в помещениях, в которых расположены линии современных технологических процессов и в высокостеллажных складах она составляет
2000...3000 кг/м2.
Для твердых горючих материалов важное значение имеет структура пожарной нагрузки (т.е. ее дисперсность) и характер ее пространственного размещения (плотно уложенными рядами, отдельными штабелями или пачками, сплошное расположении или с разрывом, горизонтальное, наклонное, вертикальное и т.д.). Например, одни и те же картонные коробки с обувью или рулоны (тюки) ткани, уложенные горизонтально на полу склада подвального типа и на стеллажах складов высотой 8...10 м и более дадут принципиально различную картину динамики пожара. Во втором случае пожар будет развиваться и распространяться в 5...10 раз быстрее, чем в первом. Другой пример: листовая бумага и обои, как правило, выгорают полностью, по всей поверхности на ранних стадиях пожара. В то же время рулоны бумаги почти не горят. Горение рулонов возможно только после продолжительного прогрева их до температуры, значительно превышающей температуру начала пиролиза бумаги. Из примеров видно, как интенсивность горения зависит от относительной площади свободной поверхности горючего материала.
Зоны пожара
Для изучения пожаров, для научно обоснованной системы мер профилактики, для четкой организации руководства боевыми действиями подразделений по тушению пожаров и других целей пространство, в котором происходит пожар, и вокруг него условно делят на три зоны: горения; теплового воздействия и задымления. Эти зоны, как правило, не имеют строгих и четких границ.
Зона горения. Зоной горения называется часть пространства, в котором происходит подготовка горючих веществ к горению (подогрев, испарение, разложение) и их горение. Она включает в себя объем паров и газов, ограниченный собственно зоной горения и поверхностью горящих вошеств, с которой пары и газы поступают в объем зоны горения. При беспламенном горении и тлении, например, хлопка, кокса, войлока, торфа
и других твердых горючих веществ и материалов зона горения совпадает с поверхностью горения. Иногда зона горения ограничивается конструктивными элементами — стенами здания, стенками резервуаров,
аппаратов и т.д. Зона горения является теплогенератором на пожаре, так как именно здесь выделяется все тепло и развивается самая высокая температура. Однако процесс тепловыделения происходит не во всей зоне, а во фронте горения, и здесь же развиваются максимальные температуры. Внутри факела пламени температура значительно ниже, а у поверхности горючего материала ещё ниже. Она близка к температуре разложения для твердых горючих веществ и материалов и к температуре кипения жидкости для ЛВЖ и ГЖ.
Зона теплового воздействия. Зоной теплового воздействия называется часть пространства, примыкающая к зоне горения, в׳ котором тепловое воздействие приводит к заметному изменению состояния материалов и конструкций и делает новозможным пребывание в нем людей без специальной тепловой зашиты (теплозащитных костюмов, отражательных экранов, водяных завес и т.п.).
Если в зоне теплового воздействия находятся горючие вещества или материалы, то под действием тепловых потоков происходит их подготовка
к горению, создаются условия для их воспламенения и распространения огня. С распространением зоны горения границы зоны теплового воздействия расширяются, и этот процесс повторяется непрерывно.
Тепло из фронта горения распространяется в окружающее пространство как конвекцией, так и излучением. Конвективные токи горячих газов направлены преимущественно вверх, а количество тепла, переносимое ими в единицу времени, пропорционально градиенту температур между газом - теплоносителем и тепловоспринимающей средой и коэффициенту теплообмена.
Тепло, излучаемое пламенем, распространяется по всем направлениям полусферического пространства. Интенсивность излучения пламени зависит от его температуры и излучательной способности.
Зона теплового воздействия на внутренних пожарах будет меньше по размерам, чем на открытых, так как стены здания играют роль экранов, а площадь проемов, через которые возможно излучение, невелика. Кроме того, дым, который выделяется на внутренних пожарах, резко снижает интенсивность излучения, поскольку является хорошей поглощающей средой. Направления передачи тепла в зоне теплового воздействия на открытых и внутренних пожарах также различны. На открытых пожарах верхняя часть зоны теплового воздействия энергетически более мощная, поскольку конвективные токи и излучение совпадают по направлению. На внутренних пожарах направление передачи тепла излучением может не совпадать с передачей тепла конвекцией, поэтому зона теплового воздействия может состоять из участков, где действует только излучение или только конвекция или где оба вида тепловых потоков действуют совместно.
При тушении пожара необходимо знать границы зоны теплового воздействия. Ближней границей зоны теплового воздействия является зона горения, а дальняя определяется по двум показателям: или по термодинамической температуре в данной точке пространства или по интенсивности лучистого теплового потока. По температуре граница зоны
теплового воздействия принимается в той части пространства, где температура среды превышает +60...+70°С. При данной температуре невозможно длительное пребывание людей и выполнение ими активных боевых действий.
За дальнюю границу зоны теплового воздействия по интенсивности лучистого теплового потока принимают такое удаление от зоны горения, где лучистое тепло, воздействуя на незащищенные части тела человека (лицо, руки) вызывает болевое ощущение не мгновенно, а через промежуток времени, соизмеримый с оперативным временем, т.е. временем, необходимым для активного воздействия бойца, вооруженного средствами тушения, на основные параметры пожара. Численную величину этого времени следует определять экспериментально на характерных реальных пожарах. Для внутренних пожаров в зданиях при средней интенсивности их развития, при современном вооружении бойца (например, стволом тонкораспыленной воды, с раствором смачивателя или загустителя) это время условно можно принять равным 15 с. Расстояние для присутствия людей, не защищенных специальными средствами от лучистой энергии пожара, составляет 27...30 м.
Зона задымления. Зоной задымления называется часть пространства, примыкающая к зоне горения и заполненная дымовыми газами в концентрациях, создающих угрозу жизни и здоровью людей или затрудняющих действия пожарных подразделений.
Зона задымления может частично включать в себя зону горения и всю или часть зоны теплового воздействия. Как правило, зона задымления — самая большая часть пространства.
Это объясняется тем, что дым представляет собой аэрозоль (смесь воздуха с газообразными продуктами полного и неполного горения и мелкодисперсной твердой и жидкой фазой, поэтому он легко вовлекается
в движение даже слабыми конвективными токами, а при наличии мощных конвективных токов, которые наблюдаются на пожарах, дым разносится на значительные расстояния.
Особое значение зона задымления и изменение ее параметров во времени имеет на внутренних пожарах, при пожарах в зданиях и помещениях.
На открытых пожарах дым, как правило, уходит выше зоны действия людей и редко оказывает большое влияние на выполнение боевых операций . На открытых пожарах положение зоны задымления зависит в основном от размеров площади пожара и метеорологических условий. Из практики и исследований известно, что наибольшие размеры зоны задымления бывают при скорости ветра от 2 до 8 м/с. При скорости ветра меньше 2 м/с дым почти не прижимается к земле, а уходит вверх, не препятствуя действию людей в зоне пожара. При скорости ветра больше 8
м/с дым хоть и прижимается к земле, но интенсивные воздушные потоки сильнее разбавляют его и не создают плотного задымления, препятствующего выполнению боевых действий.
Параметрами для определения внешних предельных границ зоны задымления являются: степень видимости в зоне задымления; концентрация кислорода, которая не должна быть ниже 12...15% для обеспечения жизнедеятельности человека; наличие опасных концентраций токсичных продуктов пиролиза и горения материалов.
Плотность дыма, состав продуктов горения и пиролиза, скорость дымовыделения и другие параметры его зависят от химической структуры горючего материала, его плотности, размеров, от теплового потока, поступающего к нему, температуры горения, от аэродинамических условий горения и коэффициента избытка воздуха.
Дым еще характеризуется температурой. При температуре среды +60...+70°С и большой влажности воздуха создаются тяжелые условия для организма человека, особенно при физической работе. Таким образом, четкой внешней границы зоны задымления нет. В этом случае пользуются практическими рекомендациями по работе личного состава в зоне задымления.
Тепловой режим пожара
Выделяющееся при горении тепло является основной причиной развития пожара и возникновения многих сопровождающих его явлений. Это тепло вызывает нагрев окружающих зону горения горючих и негорючих материалов. При этом горючие материалы подготавливаются к горению и затем воспламеняются, а негорючие разлагаются, плавятся, строительные конструкции деформируются и теряют прочность. Тепловыделение на пожаре сопровождается также движением газовых потоков и задымлением определенного объема пространства около зоны горения.
Возникновение и скорость протекания тепловых процессов зависит от интенсивности тепловыделения в зоне горения, т.е. от теплоты пожара. Количественной характеристикой изменения тепловыделения на пожаре в зависимости от различных условий горения служит температурный режим. Под температурным режимом пожара понимают изменение температуры во времени.
Определение температуры пожара как экспериментально, так и расчетом чрезвычайно сложно. Для инженерных расчетов, при решении ряда практических задач температуру пожара определяют из уравнения теплового баланса. Баланс тепла на пожаре составляется не только для определения температуры пожара, но и для выявления количественного распределения тепловой энергии.
Для открытых пожаров установлено, что доля тепла, передаваемого из зоны горения излучением и конвекцией, составляет 40...50%. Оставшаяся доля тепла (50...60%) идет на нагрев продуктов горения. Таким образом, 60% от теоретической температуры горения данного горючего материала дадут приближенное значение температуры пламени. Температура открытых пожаров зависит от теплотворной способности горючих материалов, скорости их выгорания и метеорологических условий. В среднем максимальная температура открытого пожара для горючих газов составляет +1200...+1350 ºС, для жидкостей +1100...+1300 ºС и для твердых горючих материалов органического происхождения +1100...+1250 ºС.
При внутреннем пожаре на температуру влияет больше факторов: вид горючего материала, величина пожарной нагрузки и ее расположение, площадь горения, размеры здания (площадь пола, высота помещений и т.д,) и интенсивность газообмена (размеры и расположение проемов). Рассмотрим подробнее влияние перечисленных факторов.
Всю продолжительность пожара можно разделить на три характерных
периода по изменению температуры. Начальный период, соответствующий периоду роста пожара, характеризуется сравнительно невысокой среднеобъемной температурой.
Основной период, в течение которого сгорает 70...80% общей нагрузки горючих материалов. Окончание основного периода соответствует моменту, когда среднеобъемная температура достигает наибольшего значения или уменьшается не более, чем до 80% от максимального значения.
Заключительный период характеризуется убыванием температуры вследствие выгорания пожарной нагрузки. Поскольку скорость роста и абсолютное значение температуры пожара в каждом конкретном случае имеют свои характерные особенности, введено понятие стандартной температурной кривой, обобщающей наиболее характерные особенности изменения температуры внутренних пожаров.
Существенное влияние на температурный режим пожара оказывает высота помещения. В высоких помещениях скорость роста температуры выше, а максимальное значение температуры меньше, чем в помещениях малой высоты. Это объясняется тем, что во втором случае коэффициент избытка воздуха выше, чем в первом, и потери тепла из зоны горения больше.
Внутренний пожар - это более сложный случай процесса горения по сравнению с открытым пожаром, так как объем, где происходит горение, ограничен и не все тепло теряется безвозвратно.
Тепло на пожаре выделяется непосредственно в зоне горения и
распространяется из нее конвекцией, лучеиспусканием и
теплопроводностью. Тепло, передаваемое теплопроводностью, сравнительно невелико и, как правило, в расчетах не учитывается.
Тепло, передаваемое из зоны горения конвекцией при горения жидких горючих в условиях внутреннего пожара, составляет 55-60%, а при горении твердых горючих материалов, например, штабелей древесины, 60-70% от общего количества тепла, выделяющегося на пожаре. Остальные 30—40% тепла передаются из зоны горения излучением. Соотношение этих величин зависит не только от вида горючего, но и от стадии развития пожара, температуры окружающих предметов, оптической плотности среды, условий газообмена. Поскольку конвективные потоки направлены из зоны горения преимущественно вверх, то суммарные тепловые потоки по различным направлением будут неравноценны. Знание величины и направления суммарных тепловых потоков позволит определить не только соответствующие зоны пожара, но и доминирующее направление и интенсивность распространения пожара.
Максимальная температура пожара, которая обычно выше среднеобъемной, бывает в зоне горения. По мере удаления от нее температура газов снижается за счет разбавления продуктов горения воздухом и потерь тепла в окружающее пространство. Наивысшая температура в зоне горения +900 °С, в самой удаленной точке +200 °С.
Большое влияние на распределение температуры оказывает интенсивность газообмена и направленность конвективных газовых потоков. Например в помещениях с большой интенсивностью газообмена и высокотемпературным режимом, несмотря на интенсивное тепловыделение и высокую температуру в верхней части помещения, в нижней его части возможно пребывание людей благодаря интенсивному притоку холодного воздуха и интенсивному оттоку горячих продуктов горения. Причем неравномерность параметров газовой среды по вертикали проявляется тем резче, чем больше высота помещения.
Очевидно, что и средняя температура такого пожара может быть сравнительно невелика.
В помещениях с малой интенсивностью газообмена и низкотемпературным режимом горение происходит с большим недостатком воздуха. Однако температура в помещении при таком горении почти одинакова по объему и может быть очень высокой за счет слабого оттока продуктов горения. Эти обстоятельства необходимо учитывать при тушении пожара для обеспечения безопасной и эффективной работы личного состава.
Рассмотрим развитие пожара с момента его загорания. Как известно, над всяким источником тепла формируется тепловая струя. Воздух (газ), нагретый в зоне горения до высокой температуры, уносится вверх, а взамен его к очагу пожара подтекают новые порции более холодного воздуха.
В начальной стадии развития пожара горение происходит за счет воздуха, находящегося в объеме помещения, газообмен с окружающей
(внешней) атмосферой отсутствует. Нагретые в зоне горения до высокой температуры продукты горения поднимаются вверх, вовлекая по пути движении примыкающие к ним массы холодного воздуха. В результате обмена энергией тепловой струи (продуктов горения) с холодным воздухом ее скорость и температура по мере удаления от источника пожара уменьшаются и охлажденный воздух (а точнее, смесь воздуха с продуктами горения ) вновь возвращаются к очагу горения. На ранней стадии, когда площадь пожара невелика, тепловая струя затухает, не достигнув верхнего перекрытия помещения.
Зона горения является мощным побудителем движения воздушных масс в объеме помещения. При увеличении площади пожара мощность тепловой струи увеличивается, горячие газы с холодным воздухом
частично растекаются под перекрытием, частично удаляются через проемы, а охлажденный воздух за счет потерь теплоты опускается вдоль стен вниз, попадает в зону химических реакций и, нагретый вновь, поднимается вверх. В помещении здания создается непрерывная циркуляция газовых потоков, температура в объеме помещения постепенно возрастает. В результате перепада температур между окружающим воздухом и горячим газом в объеме помещения из-за разности плотностей между горячим газом и холодным воздухом возникает газообмен. Кроме того, поскольку объем нагретых газов больше того же объема холодных, а давление в помещении остается постоянным, то часть газов будет вытесняться за счет термического расширения. То есть масса газов в помещении будет постепенно уменьшаться по мере роста температуры. Взамен ушедшего из помещения газа поступает свежий воздух из окружающей атмосферы. Причиной газообмена является разность давлений столбов наружного и внутреннего воздуха.
Основные закономерности газообмена необходимо знать для правильного использования их при тушении пожара. На практике известны случаи, когда при недостатке сил и средств для тушения пожара
в трюме судна, находящегося в рейсе, прибегают к герметизации отсека для снижения интенсивности тепловыделения. При этом охлаждают водой перегородки, соединяющие данный отсек с соседними.
При пожарах выделяется дым. Плотность дыма на пожарах в основном зависит от вида ТГМ и интенсивности газообмена. Увеличение концентрации дыма в зоне задымления происходит в результате разности количества выделяемого дыма в зоне горения, и количества дыма,
удаляемого через проемы, где происходит пожар.
Общие сведения о методах прогнозирования опасных факторов пожара в помещении
Современные методы прогнозирования опасных факторов пожара не только позволяют "заглядывать в будущее", но и дают возможность снова "увидеть" то, что уже когда-то и где-то произошло. Другими словами, теория прогнозирования позволяет воспроизвести картину развития реально произошедшего пожара, что необходимо при криминалистической или пожарно-технической экспертизе пожара.
Опасными факторами, воздействующими на людей и материальные ценности (согласно ГОСТ 12 1.004-91), являются:
1. пламя и искры;
2. повышенная температура окружающей среды;
3. токсичность продуктов горения и термического разложения;
4. дым;
5. пониженная концентрация кислорода.
Дата: 2018-12-21, просмотров: 692.
