Каталог

Помощь

Корзина

Параметры пожара продолжительность, площадь, температура, теплота, линейная скорость распространения пожара, скорость выгорания горючих веществ, интенсивность газообмена, плотность задымления. Лекция 2

Оригинальный документ?

Параметры пожара: продолжительность, площадь, температура, теплота, линейная скорость распространения пожара, скорость выгорания горючих веществ, интенсивность газообмена, плотность задымления. Лекция 2

Известно, что основное явление на пожаре - горение, но сами пожары все индивидуальны. Разнообразны виды и режимы горения: кинетическое и диффузионное, гомогенное и гетерогенное, ламинарное и турбулентное, дифлаграционное и детонационное, полное и неполное и т.д.). Разнообразны условия, в которых происходит горение; состояние и расположение горючих веществ, тепло- и массообмен в зоне горения и др. Поэтому каждый пожар необходимо регистрировать, описывать, исследовать, сравнивать с другими, т.е. изучать параметры пожара.

Продолжительность пожара, τп (мин.). Продолжительностью пожара называется время с момента его возникновения до полного прекращения горения.

Площадь пожара, Fп 2). Площадью пожара называется площадь проекции зоны горения на горизонтальную или вертикальную плоскость.

На рис. 1 показаны характерные случаи определения площади пожара. На внутренних пожарах в многоэтажных зданиях общая площадь пожара находится как сумма площадей пожаров всех этажей. В большинстве случаев пользуются проекцией на горизонтальную плоскость, сравнительно редко - на вертикальную (при горении одиночной конструкции небольшой толщины, расположенной вертикально, при пожаре на газовом фонтане).

Площадь пожара является основным параметром пожара при оценке его размеров, при выборе метода тушения, при расчете сил и средств, необходимых для его локализации и ликвидации.

Температура пожара, Тп (K). Под температурой внутреннего пожара понимают среднеобъемную температуру газовой среды в помещении, а под температурой открытого пожара - температуру пламени. Температура внутренних пожаров ниже, чем открытых.

Линейная скорость распространения пожара, Vp (м/с). Под этим параметром понимают скорость распространения горения по поверхности горючего материала в единицу времени. Линейная скорость распространения горения определяет площадь пожара. Она зависнет 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 измельченности горючих материалов, их пространственного расположения и других факторов.

Линейная скорость распространения горения - величина непостоянная во времени, поэтому в расчетах пользуются средними значениями, которые являются величинами приближенными.

Наибольшей линейной скоростью распространения горения обладают газы, так как в смеси с воздухом они уже подготовлены к горению, лишь необходимо эту смесь нагреть до температуры воспламенения.

Линейная скорость распространения горения жидкостей зависит от их начальной температуры. Наибольшая линейная скорость распространения горения для горючих жидкостей наблюдается при температуре воспламенения, и равна скорость 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 в значительной степени зависит от их пространственного расположения. Распространение пламени по вертикальным и горизонтальным поверхностям отличается в 5-6 раз, а при распространении пламени по вертикальной поверхности снизу вверх и сверху вниз - в 10 раз. Чаще используется линейная скорость распространения горения по горизонтальной поверхности.

Скорость выгорания горючих веществ и материалов. Она является одним из важнейших параметров горения на пожаре. Скорость выгорания горючих веществ и материалов определяет интенсивность тепловыделения на пожаре, а, следовательно, температуру пожара, интенсивность его развития и другие параметры.

Массовой скоростью выгорания называется масса вещества или материала, выгоревшая в единицу времени VM (кг/с). Массовая скорость выгорания также, как и скорость распространения горения зависит от агрегатного состояния горючего вещества или материала.

Горючие газы хорошо перемешиваются с окружающим воздухом, поэтому полностью сгорают в факеле пламени. Массовая скорость выгорания жидкостей определяется скоростью их испарения, поступления паров в зону горения и условиями их смешения с кислородом воздуха. Скорость испарения при равновесном состоянии системы "жидкость-пар" зависит от физико-химических свойств жидкости, ее температуры, упругости паров. При неравновесном состоянии интенсивность испарения жидкости определяется температурой ее поверхностного слоя, которая в свою очередь зависит от интенсивности тепловых потоков от зоны горения, теплоты испарения и условий теплообмена с нижними слоями жидкости. 

Для многокомпонентных горючих жидкостей состав их паровой фазы определяется концентрационным составом раствора и зависит от интенсивности испарения и степени равновесия. При интенсивном испарении в поверхностных слоях жидкости происходит процесс разгонки, и состав паровой фазы отличается от равновесного, а массовая скорость выгорания изменяется по мере выгорания более легколетучих фракций. 

Процесс выгорания зависит от смешения паров жидкости с кислородом воздуха. Этот процесс зависит от размеров сосуда, от высоты борта над уровнем жидкости (длины пути смешения до зоны горения) и интенсивности внешних газовых потоков. Чем больше диаметр сосуда (до 2-2.5 м, дальнейшее увеличение диаметра никак не влияет на рассматриваемый параметр) и высота борта над уровнем жидкости, тем больше длина пути жидкости до зоны горения, соответственно, тем меньше скорость выгорания. Большая скорость ветра и температура горючей жидкости способствуют лучшему смешению паров жидкости с кислородом воздуха и росту скорости выгорания жидкости.

Масса жидкости, выгоревшей в единицу времени с единицы площади поверхности, называется удельной массовой скоростью выгорания VM, кг/(м2 с).

Объемной скоростью выгорания называется объем жидкости, выгоревшей в единицу времени с единицы площади поверхности горения, VО. Для газов - это объем газа, сгоревший в единицу времени м /с, для жидкостей и твердых веществ и материалов - это удельная объемная скорость выгорания м /(м.с) либо м/с, т.е. это линейная скорость. Объемная скорость выражает скорость понижения уровня жидкости по мере ее выгорания или скорость выгорания толщины слоя твердого горючего материала.

Фактически объемная скорость выгорания - это скорость понижения уровня жидкости по мере ее выгорания или скорость выгорания толщины твердого горючего материала. Перевод объемной (линейной) скорости в массовую можно осуществить по формуле: Vм =Формула 1.

Скорость выгорания тонких (< 10 мм) слоев жидкости и пленок выше усредненной массовой или линейной скорости выгорания жидкости верхнего уровня резервуара при отсутствии ветра. Скорость выгорания твердых материалов зависит от вида горючего, его состояния (размеров, величины свободной поверхности, положения по отношению к зоне горения и т.д.), температуры пожара, интенсивности газообмена. Удельная массовая скорость выгорания твердых горючих материалов не превышает 0.02 кг/(м2с) и редко бывает ниже 0.005 кг/(м2 с).

Массовая скорость выгорания твердых горючих материалов зависит от отношения площади проемов (Fnp), через которые осуществляется газообмен, к площади пожара Fnp/Fn. Например, для древесины при уменьшении площади проемов скорость выгорания снижается.

 

Приведенная массовая скорость выгорания древесины, кг/(м2 с).

Относительная    площадь    проемов, Fпр./Fп.

0.0134

0.25

0.0125

0.20

0.0108

0.16

0.009

0.10

 

Скорость выгорания твердых горючих материалов принимают пропорциональной площади проемов, т.е.   

 Vм.д. = φ.Vм.т. =Формула 2.Vм,

где Vм.д. - действительная приведенная массовая скорость выгорания; Vм - табличная приведенная массовая скорость выгорания; φ - коэффициент, учитывающий условия газообмена. Это выражение справедливо при φ = 0.25-0.085, а для открытых пожаров принимают φ = 1.

Интенсивность газообмена Iт, кг/(м2ּс) - это количество воздуха, поступающее в единицу времени к единице площади пожара. Различают требуемую интенсивность газообмена Формула 3 и фактическую Формула 4. Требуемая интенсивность газообмена показывает, какое количество воздуха необходимо для поступления в единицу времени на единицу площади для обеспечения полного сгорания материала. Фактическая интенсивность газообмена характеризует фактический приток воздуха. Интенсивность газообмена относится к внутренним пожарам, где ограждающие конструкции ограничивают приток воздуха в помещение, но проемы позволяют определить количество воздух, поступающего в объем помещения.

Интенсивность или плотность задымленности, х. Этот параметр характеризует ухудшение видимости и степени токсичности атмосферы в зоне задымленности. Ухудшение видимости при задымленности определяется плотностью, которая оценивается по толщине слоя дыма, через который не виден свет эталонной лампы, или по количеству твердых частиц, содержащихся в единице объема (г3). Данные о плотности дыма, образующегося при горении веществ, содержащих углерод приведены ниже.

 

Наименование дыма

Плотность дыма, г

Видимость предметов, освещаемых лампой   в 21 свечу, м

Дым плотный

> 1.5

до З

Дым средней плотности

0.6-1.5

3-6

Дым слабой плотности

0.1-0.6

6-12

 

Параметров пожара существует достаточно много: теплота пожара, размер пожара, периметр пожара, фронт распространения пламени, интенсивность излучения пламени и т.д.


Понятие пожарной нагрузки.

Основным фактором, определяющим параметры пожара, является вид и величина пожарной нагрузки. Под пожарной нагрузкой объекта понимают массу всех горючих и трудногорючих материалов, приходящихся на 1 м2 площади пола помещения или площади, занимаемой этими материалами на открытой площадке:  Рг  = Формула 5,  где Рг.н. - пожарная  нагрузка;  Р – масса горючих и трудногорючих материалов, кг; F - площадь пола помещения или открытой площадки, м2 .

В пожарную нагрузку помещений, зданий, сооружений входят не только оборудование, мебель, продукция, сырье и т.д., но и конструктивные элементы зданий, изготовленных из горючих и трудногорючих материалов (стены, пол, потолок, оконные переплеты, двери, стеллажи, перекрытия, перегородки и т.д.). Пожарная нагрузка делится на постоянную (горючие и трудногорючие материалы, технологическое оборудование) и временную (сырье, готовая продукция).

Пожарная нагрузка каждого этажа, чердака, подвала определяется отдельно. Величина пожарной нагрузки принимается следующей:

-  для жилых, административных и промышленных не превышает 50 кг/м2, если основные элементы зданий негорючие;

- средняя величина в жилом секторе составляет для 1-комнатных квартир 27

кг/м2 , 2-комнатных - 30 кг/м2 , 3-комнатных - 40 кг/м2 ;

- в зданиях III степени огнестойкости - 100 кг/м2;

- в производственных помещениях, связанных с производством и обработкой

горючих веществ и материалов - 250-500 кг/м2 ;

- в помещениях, где расположены линии современных технологических процессов и высокостеллажных складах - 2000-3000 кг/м2 .

Для твердых горючих материалов важное значение имеет структура пожарной нагрузки, т.е. ее дисперсность и характер ее пространственного размещения (плотно упакованные ряды; отдельные штабеля и пачки; сплошное расположение или с разрывом; горизонтальное или вертикальное). Например, картонные коробки с обувью или рулоны ткани, расположенные:

1.  горизонтально на полу склада подвального типа;

2.   на стеллажах склада высотой 8-16 м,

дают различную динамику пожара. Во втором случае пожар будет распространяться в 5-10 раз быстрее.

Степень достаточной "открытости" для горения зависит от размеров поверхности горючего материала, интенсивности газообмена и др. Для спичек зазор в 3 мм достаточен, чтобы каждая спичка горела со всех сторон, а для деревянной плиты размером 2000×2000 мм зазор в 10-15 мм недостаточен для свободного горения.

На практике свободной считают поверхность, отстающую от другой близлежащей поверхности на расстоянии 20-50 мм. Для учета свободной поверхности пожарной нагрузки введен коэффициент поверхности горения Кп.

Коэффициентом поверхности горения называют отношение площади поверхности горения Fn.г. к площади пожара Fn.: Кп = Fп.г./ Fn.

При горении жидкости в резервуарах Кп = 1, твердых веществ Кп > 1. По этой причине для одного и того же вида твердого горючего материала, например, древесины почти все параметры пожара будут различными в зависимости от коэффициента поверхности горения (горение бревен, досок, стружки, опилок). Для мебельных фабрик (I и II степеней огнестойкости) величина Кп колеблется от 0.92 до 4.44. Для большинства видов пожарной нагрузки величина Кп не превышает 2-3, редко достигая 4-5.

Коэффициент поверхности горения определяет фактическую величину площади горения, массовую скорость выгорания, интенсивность тепловыделения на пожаре, теплонапряженность зоны горения, температуру пожара, скорость его распространения и другие параметры пожара.

Классификация пожаров и их особенности

Различные виды пожаров можно классифицировать по различным от­личительным особенностям, к которым можно отнести закрытость или от­крытость очага горения, вид агрегатного состояния горящего вещества, ис­пользуемых средств пожаротушения. Все они имеют свои особенности воз­никновения и развития, или место пожара и т.д. Единой универсальной клас­сификации пожаров не существует. Приведем несколько классификаций пожаров, встречающихся в специальной литературе:

 I. По протеканию пожара в открытом или ограниченном пространстве.

 Ia. Открытые пожары - это пожары, развивающиеся на открытом про­странстве. К ним относятся пожары на технологических установках (ректи­фикационных колоннах, сорбционных башнях, установках нефтяной, газо­вой, химической промышленности), в резервуарах с горючими жидкостями, пожары складов горючих веществ (древесины, твердого топлива), лесные и степные пожары, пожары хлебных массивов. В открытые пожары могут пе­рейти внутренние пожары в зданиях и сооружениях.

К особенностям открытых пожаров можно отнести условия тепло- и газообмена:

1.  не происходит накопления тепла в зоне горения, поскольку она не огра­ничена строительными конструкциями;

2.  за температуру таких пожаров принимают температуру пламени, которая выше температуры внутреннего пожара, так как за нее принимают темпе­ратуру газовой среды в помещении;

3.  газообмен не ограничен конструктивными элементами зданий, поэтому более интенсивен, и зависит от интенсивности и направления ветра;

4.   зона теплового воздействия определяется лучистым тепловым потоком, так как конвективные потоки уходят вверх, создавая у основания пожара зону разрежения и обеспечивая интенсивный обдув свежим воздухом, что снижает тепловое воздействие;

5. зона задымления, за исключением горения торфа, на больших площадях и в лесу не создает затруднений по борьбе с открытыми пожарами.

Эти особенности открытых пожаров определяют специфику методов борьбы с ними, применяемых приемов и способов тушения.

К открытому типу относят пожары, называемые огневым штормом, представляющие собой тепловой высокотемпературный вихрь

16. Внутренние пожары происходят в закрытых "замкнутых" пространствах: в зданиях, салонах самолетов, в трюмах кораблей, внутри каких-либо агрегатов. Здесь иногда отдельно выделяют, так называемые, анаэробные пожары, т.е. без доступа воздуха. Дело в том, что существует ряд веществ (нитрированная целлюлоза, нитрат аммония, некоторые ракетные топлива), которые при повышении температуры претерпевают химическое разложение, приводящее к свечению газа, едва отличаемого от пламени.

Внутренние пожары в свою очередь подразделяются на два класса по способу распределения пожарной нагрузки:

- пожарная нагрузка распределена неравномерно в помещении большого объема;

- пожарная нагрузка распределена равномерно на всей площади.

 

II. По агрегатному состоянию горючего вещества. Различают пожары, вы­званные горением газа, жидкости, твердого вещества. Их горение может быть гомогенным или гетерогенным, т.е. когда горючее и окислитель находятся в одинаковом, либо различных агрегатных состояниях.

 

III. По скорости распространения зоны горения на     пожаре: дефлаграционное (медленное) распространение зоны горения (скорость от 0.5 до 50 м/с) и детонационное (взрывное) распространение зоны горения со скоростью ударной волны от нескольких сотен м/с до нескольких км/с.

 

IV. По виду начальной стадии пожара: самовоспламенение (самовозгорание) горючих веществ и вынужденное    (принудительное) зажигание. На практике чаще бывает второй тип возникновения пожара.

 

V. По характеру горючей среды и рекомендуемым средствам тушения. В соответствии с Международным стандартом установлено деление пожаров на 4 класса: А, В, С, D, внутри которых выделяют подклассы Al, A2 и т.д. Удобно представить это в табличной форме.

 

VI. По степени сложности и опасности пожара ему присваивается номер (или ранг). Номер или ранг - условное цифровое выражение количества сил и средств, привлекаемое на тушение пожара в соответствии с расписанием выезда или планом привлечения сил и средств.

Количество номеров вызова зависит от количества подразделений в гарнизоне. Расписание должно предусматривать быстрое сосредоточение  необходимого (расчетного) количества сил и средств на пожаре при минимальном количестве номера.

При пожаре № 1 выезжает дежурный караул в полном составе в район обслуживания пожарной части, а также на объекты, имеющие свои пожарные подразделения, во все места аварий, стихийных бедствий, где создалась опасность для жизни людей, угроза взрыва или пожара. 

По пожару № 2 дополнительно высылают три-четыре отделения (в зависимости от того, сколько прибыло по № 1) на автоцистернах и автонасосах, а также отделения спецслужб. Как правило, дежурные караулы в район выезда соседних пожарных частей выезжают на пожар в полном составе.

В гарнизонах, имеющих по 10-12 пожарных частей, предусматривается не более трех рангов пожара, где наиболее целесообразным является такой порядок, при котором по каждому дополнительному номеру, начиная со второго, на пожар выезжали по четыре-пять отделений на основных пожарных автомобилях. При определении количества пожарных отделений, выезжающих на пожар по наибольшему номеру, должен предусматриваться в гарнизоне некоторый резерв на случай возникновения второго пожара. В малочисленных гарнизонах этот резерв может создаваться за счет введения в боевой расчет резервной пожарной техники с личным составом, свободным от несения службы.

Большее число номеров (4 и 5)  устанавливается в крупных гарнизонах. При составлении расписания выезда частей по повышенным номерам пожара учитывают состояние дорог и проездов в отдельные районы выезда. Например, при плохих дорогах количество сил, выезжающих по № 2 или 3, увеличивают и направляют с различных направлений. В районы с недостаточным водоснабжением направляют дополнительные автоцистерны и рукавные автомобили. Для отдельных наиболее важных и пожароопасных объектов, на которых возможно быстрое развитие пожара и создание угрозы для жизни людей, предусматривается выезд сил и средств по повышенному номеру пожара при первом сообщении. В перечень таких объектов включаются важные промышленные предприятия или отдельные корпуса, цехи с пожароопасными процессами производства, склады горючих жидкостей и газов, материальных ценностей, детские и лечебные учреждения, клубы, кинотеатры, высотные здания и отдельные здания  общественных организаций по усмотрению начальника  гарнизона пожарной охраны.

На некоторые объекты повышенный номер может и не подаваться по первому сообщению о пожаре, а к пожару № 1 дополнительно могут быть высланы  два-три отделения из пожарных частей на основных или специальных автомобилях.

    К расписанию выездов составляются приложения, в которых перечислены:

- объекты, на которые высылаются силы по повышенным номерам пожара;

- безводные участки города, на которые дополнительно направляются автоцистерны и рукавные автомобили;

- многоэтажные здания, на которые при первом сообщении о пожаре дополнительно высылаются автолестницы, автоподъемники, автомобили ГДЗС, дымососные станции.

Количество специальных автомобилей и их тип определяются в зависимости от особенностей объекта. Например, при тушении пожара на нефтебазе предусматривается выезд автомобилей пенного или порошкового тушения; в зданиях музеев, библиотек, книгохранилищ - автомобилей углекислотного тушения и ГДЗС; в высотных зданиях - автолестниц, автоподъемников, автомобилей ГДЗС, дымососных станций.