Теоретические сведения. Пожар относится к наиболее часто реализуемых чрезвычайным ситуациям

Пожар относится к наиболее часто реализуемых чрезвычайным ситуациям. Опасные факторы пожара являются причинами, приводящими к гибели людей. К опасным факторам пожара относятся:

Ø предельная (критическая) температура окружающей среды в условиях пожара (считается, что такой температурой для человече­ского организма является 70°С, однако в определенных условиях человеческий организм в течение нескольких минут способен выдержать температуру, превышающую 100°С);

Ø резкое снижение до опасных значений концентрации кислорода (ниже 15%);

Ø достижение опасных концентраций продуктов горения или термического разложения веществ при пожаре; например: CO₂ — 6%, или 162 г/м³; СО — 0,5%, или 3,6 г/м³; цианистый водород (HCn) — 0,2 г/м³; хлористый водород (НCl) — 3 г/м³;

Ø потеря видимости на путях (видимость на расстоянии менее 10 м).

Ø облучение тепловыми потоками (интенсивность облучения свыше 3000 Вт/м²).

Для прогнозирования опасных факторов пожаров используются нижеприведенные методики расчета.

Расчет необходимого времени эвакуации по критической температуре. Допустим, что горение в начальной стадий происходит без притока внешнего воздуха. Тогда тепло, выделяющееся при горении, расходуется непосредственно на нагрев воздуха в помещении - Q_B, нагрев строительных конструкций и оборудования Q_K, т.е.

Q _пож= Q_B + Q_K,(1)

 

Естественно предположить, что

 

Q_K =φ Q _пож, (2)

 

φ— коэффициент, учитывающей потери тепла на нагрев конструкций и оборудования.

Тогда уравнение 1 принимает вид:

 

(1 - φ) Q _пож = Q_B, (3)

 

3а время, необходимое для эвакуации τ_нб выделяемое количество тепла Q _пож определяется по формуле:

 

Q _пож = mF_гор Q _н ^р τ_нб (4)

m — массовая скорость выгорания вещества, кг/м²;

F_гор — площадь горения, м²;

Q _н ^р — теплота сгорания, кДж/кг.

Таблица 1

Удельная теплота сгорания некоторых видов топлива

Вещество	q, Дж/кг	Вещество	q,Дж/кг
Твердые топлива
Черный уголь	9,3 · 107	Каменный уголь:
Древесный уголь	2,97 · 107	марки А-1	2,05 · 107
Дрова сухие	6,3 ·106	марки А-2	3,03 · 107
Торф	1,5 · 107	Кокс	3,03 ·107
		Порох	3,06 · 106
Жидкие топлива
Бензин, нефть	4,6 · 107	Лигроин	4,33 · 107
Дизельное топливо	4,2 · 107	Мазут	4,0 · 107
Керосин	4,31 · 107	Спирт этиловый	2,7 · 107
Газообразные топлива (для 1 м3 при нормальных условиях)
Генераторный газ	5,5 · 106	Природный газ	3,55 · 107
Коксовый газ	1,64 · 107	Светильный газ	2,1 · 107

 

Теплота, идущая на нагревание воздуха в помещении объема W (м²)„ вычисляется по следующей формуле:

 

Q_B = WC _в(t _кр – t _н) (5)

где C _в - теплоемкость воздуха (C _р, изобарическая теплоемкость воздуха;

С_cv — изохорическая теплоемкость воздуха;

C _р = 3,41 кал/°С; C _р : С_cv = 1,41; кал/°С = 4,186 · 8 · 10³дж/кгК;

t _кр – критическая температура нагрева;

t _н – — температура воздуха в нормальных условиях.

Примечание

Поведение молекул идеального газа описывается уравнением

Клайперона — Менделеева:

PV=nRТ: μ

где n — масса вещества;

Т — абсолютная температура вещества;

μ — молекулярный вес;

R — универсальная газовая постоянная, равная 8,31 Дж/моль К. = 8,31· 10⁷эрг/моль К.

Основные процессы над газом

1. Изотермический - Т = Const (закон Бойля - Мариотта)

PV= Const

2. Изобарический - Р = Const (закон Гей-Люссака):

V = Const T= mRT: μ · Р = V (1 +at)

где t — температура в градусах шкалы Цельсия;

3. Изохорический – V = Const (закон Шарля):

Р = Const Т = mRT: μ V = Р₀ (1 +at)

Из уравнений (4) и (5) получаем выражение для вычисления необходимого времени эвакуации по теплу (по нагреванию):

τ_нб = (WC _в(t _кр – t _н)): ((1-φ) nF_гор Q _н ^р) (6)

Из уравнения (6) можно определить допустимое время эвакуации при неизменной площади горения. Такие процессы горения характерны для горения складов ЛВЖ и ГЖ при конструктивноограниченной площади разлива. Однако в большинстве случаев площадь горения меняется во времени, т.е. F = (t).

Тогда количество тепла, выделяемого при сгорании горючих материалов, определяется следующим образом:

 

Q _пож = n Q _н ^р (t) d t (7)

где τ ^— (τ_нб) — допустимое время эвакуации.

Рассмотрим частные случаи динамики развития площади возгорания.

1. Круговое развитие пожара:

F=n v ² t ² (8)

В этом случае: Q _пож = n Q _н ^{р 2 2} d t (9)

 

(1-φ) n Q _н ^{р 2 2} d t =3 WC _в(t _кр – t _н) (10)

τ_нб = WC _в(t _кр – t _н): ((1-φ) nQ _н ^{р 2 1/3} (11)

2. При прямоугольном развитии пожара в две стороны:

F=2vbt. (12)

 

В этом случае: Q _пож = n Q _н ^р vbt²dt = n Q _н ^р vbτ;_нб ² (13)

 

(1-φ) n Q _н ^р vbτ;_нб² =3 WC _в(t _кр – t _н) (14)

 

τ_нб = WC _в(t _кр – t _н): (1-φ) nQ _н ^{р 1/3} (15)

 

v — скорость перемещения границы пожара;

b — ширина по каждой стороне площади пожара.

Расчет необходимого времени эвакуации по снижению содержания кислорода. Снижение содержания кислорода в атмосфере до 15% считается опасным для человека. Далее полагаем, что горение происходит без вентиляции помещения, где наблюдается процесс горения. Расход кислорода на поддержание горения вещества при пожаре вычисляется по формуле

W (O₂) = nF _гор tw (O₂), м³ (16)

где w (o₂) — удельный расход кислорода, т.е. расход кислорода на сго­рание 1 кг горючего вещества, м³/кг.

Предельный расход кислорода, т.е. количество кислорода, сни­жающее его содержание в атмосфере помещения до 15%, где на­блюдается пожар, можно оценить соотношением:

W (O₂) = (0,21 - 0,15) W ≈ 0,06 W, (17)

где W— объем помещения.

При постоянной площади горения F _гор необходимое время для эвакуации определяется соотношением:

τ_нб = 0,06 W: nF _гор tw (O₂) (18)

Аналогично предыдущему соотношению, но при круговом раз­витии пожара:

τ_нб = [0,18 W: n ²w (O₂)]^1/3 (19)

При прямоугольном развитии пожара в две стороны:

τ_нб = [0,06 W: n w (O₂)]^1/2 (20)

Расчет необходимого времени эвакуации по появлению токсичных продуктов горения. Если известно количество вредных ве­ществ, выделяемых при сгорании 1 кг сгораемого вещества w (γ) (г/кг, м³/кг), и допустимая концентрация рассматриваемого вредного вещества,.т.е. γ (г/м³/кг, м^З/м³), тогда уравнение баланса данного вещества может быть представлено в виде:

γW = nF _гор tw (γ;), (21)

При постоянной площади горения F _гор:

τ_нб = W/ nF _гор w (γ;). (22)

При круговом развитии пожара:

τ_нб = [3 γW: n ²w (γ;)]^1/3 (23)

При прямоугольном развитии пожара в две стороны:

τ_нб = [ γW: n w (γ;) vb ]^1/2 (24)

Расчет необходимого времени эвакуации по снижению видимости. Практические наблюдения показали, что эвакуация затруднена, порой невозможна в условиях, когда видимости в помещении менее 10 м.

Если известен коэффициент ослабления видимости μ(ƒ) при задымлении (при видимости, 10 м μ (ƒ) равен 0,46), уравнение баланса для расчета τ_нб может быть представлено в виде:

μ(ƒ) W = nF _гор tК _д, (25)

Значения К _д представлены в табл. 2

Таблица 2.

Значения коэффициента дымообразования (К _д )

Горящее при пожаре вещество	Коэффициент дымообразования, м3/кгм
Древесина	50-70
Солома
Резина

При постоянной площади горения F _гор:

 

τ_нб = μ(ƒ) W: n F _гор К _д (26)

При переменной площади горения:

при круговом развитии пожара

 

τ_нб = [3μ(ƒ) W: n ² ]^1/3 (27)

при прямоугольном развитии пожара вдве стороны

 

τ_нб = [μ(ƒ) W: n К _д vb ]^1/2 (28)

 

Примечание. Обычно при пожаре на организм человека действуютне один какой-то фактор, а весь комплекс опасных воздействий. В современных условиях, когда еще недостаточно собрано статистических данных по влиянию различных вредных факторов, рекомендуется в качестве τ_нб принимать минимальные значения по всему множеству факторов.