9


Курс «БЖД: Защита в ЧС и ГО»


«ПРОГНОЗИРОВАНИЕ ОБСТАНОВКИ ПРИ АВАРИЯХ НА  ПОЖАРОООПАСНЫХ ОБЪЕКТАХ»

    1. Оценка возможности возгорания.

Возможность возгорания конструкций и материалов, а также безопас­ное удаление людей от очага пожара являются главными показателями, ха­рактеризующими противопожарную безопасность. Эта безопасность зависит от ряда факторов, основные из которых показаны на рисунке 5.1.




излучение

Конвекция

нагретые газы

искры

токсичные вещества
































энергетические превращения

химические реакции






















ПОЖАР




















Рисунок 5.1. Основные факторы, воздействующие на окружающую среду при пожаре.

На открытых пожарах главным источником, вызывающим возгорания или оказывающим тепловое воздействие на людей, является излучение факела пламени. Это излучение представляет собой мощный источник тепловой энергии. В ряде случаев температурное воздействие пламени настолько велико, что может прогреть строительные конструкции до критической температуры, после которой нагрузки на эти конструкции приводят к их деформации.

Тепловое воздействие пламени происходит на основе превращения тепла в энергию электромагнитных волн в основном инфракрасного диапа­зона, которые распространяются в вакууме со скоростью света (300 тыс.км./с). Тела поглощают инфракрасные и световые лучи, превращая их в тепловую энергию. В свою очередь нагретое тело отдает тепло в виде испускаемых в окружающую среду лучей, т.е. часть лучистой энергии от­ражается телом или проходит сквозь него.

В общем виде воздействие теплового излучения зависит от длины волны, лучеиспускательной интенсивности пламени и поглощательной спо­собности тела. Баланс лучистого теплообмена описывается следующим выражением:

Q=QR +QA +QD ,

где:

Q - лучистая энергия, воздействующая на тело;

QR, QA, QD - отраженная, поглощенная и проходящая сквозь тело лу­чистая энергия.

Разделив обе части этого выражения на Q получим:

R + A + D = 1 ,

где: R=QR/Q, A=QA/Q, D=QD/Q - коэффициенты, характеризующие отража­тельную, поглощательную и пропускательную способность тела. Эти коэффициенты зависят от рода тела, его температуры, состояния поверхности и длины волн лучей, воздействующих на него.

При D=1 тело называется абсолютно прозрачным или деатермичным, при R=1 - абсолютно белым или зеркальным, при A=1 - абсолютно черным, т.е. таким, которое поглощает все падающие на него лучи независимо от их направления, спектрального состава и поляризации.

В природе не существует ни абсолютно черного, ни диатермального, ни абсолютно белого тела. Однако эти понятия, особенно понятие абсо­лютно черного тела, широко используются в инженерных расчетах лучисто­го теплообмена.

Как твердые, так и жидкие тела поглощают очень тонким слоем почти все тепловое излучение, падающее на их поверхность. Для металлов тол­щина этого слоя составляет около 1 микрона, для большинства остальных материалов - около 1,3 мм. Поэтому, в первом приближении, можно гово­рить о поглощающей поверхности облучаемого тела.

Лучистый теплообмен при пожарах представляет собой сложный физи­ческий процесс, зависящий от большого числа факторов, характеризующих как сам процесс формирования теплового излучения, так и его воздейс­твие на окружающие тела. Учесть каждый из этих факторов в аналитичес­ком выражении, описывающем процесс теплообмена, не представляется воз­можным, поэтому при проведении расчетов учитываются только основные из них.

    1. Расчетные соотношения для оценки возможности возгорания.

      1. Определение плотности теплового потока

Соотношение, составленное для оценки возможности возгорания мате­риала применительно к паре источник излучения - облучаемое тело, осно­вывается на использовании закона Стефана-Больцмана и имеет следующий вид:

, вт/м2 (5_2.1)

где: q – плотность теплового излучения, воздействующего на элементарную площадку на поверхности облучаемого тела, расположенную перпендикулярно направлению этого излучения;

Co- постоянная Стефана - Больцмана (Co = 5,67 вт/(м2 К4) );

пр- приведенная степень черноты пары источник - материал;

12- коэффициент, определяющий долю лучистой энергии от полной по­верхности излучающего тела, достигающую элементарной площадки на оцениваемом материале (индекс “12” - от первого тела ко второму);

Tи- температура пламени (температура источника) в градусах К;

Tдоп- температура самовоспламенения облучаемого материала (темпе­ратура допустимая) в градусах К.

Приведенная степень черноты пары источник - материал определяется соотношением:

где: и- степень черноты факела пламени;

м- степень черноты облучаемого материала.

Приведенное уравнение справедливо при двух допущениях:

- учитывается только лучистый теплообмен, т.е. конвективным теплообменом пренебрегаем;

- тела, между которыми происходит лучистый теплообмен, разделены непоглощающей средой.


Значения параметров Tи, Tдоп,и, м для ряда материалов приведе­ны в Приложении.


Вычисляемое на основе закона Стефана-Больцмана значение плотности теплового потока, используемое для оценки безопасных расстояний, существенно зависит от продолжительности воздействия. Минимально необходимое для возгорания материала, из которого сос­тоит облучаемое тело, тепловое излучение, воздействующее на это тело в течении определенного времени, называется критическим тепловым излуче­нием.

В таблице П1 Приложения приведены значения qкр для различных материалов при продолжительности воздействия 3, 5 и 15 минут.

При кратковременном воздействии, характерном, например, для светового излучения ядерного взрыва (в среднем от 2 до 10 сек), значения qкр возрастают в 5-6 раз по сравнению со значениями при воздействии в течение 3 минут.

Плотность теплового потока на расстоянии R от эпицентра ядерного взрыва может быть определена с использованием формулы для светового импульса:


, ( Кдж* сек / м2 =Квт /м2 )

где t(q) - время свечения светящейся области как функция тротилового

эквивалента q.

      1. Учет взаимного размещения факела пламени и облучаемого тела.

Взаимное размещение факела пламени и облучаемого тела учитывается с помощью коэффициента 12. Значение этого коэффициента зависит от формы и размеров факела пламени, а также от расположения облучаемой элементарной площадки по отношению к факелу пламени. Пламя имеет до­вольно сложную, изменяющуюся во времени форму, и вообще говоря, может быть аппроксимировано шаром (например при горении облака газовоздушной смеси), конусом (например при горении нефтепродуктов в открытой емкос­ти) или цилиндром (при большинстве пожаров).

В практических расчетах факел пламени условно заменяется прямоугольной площадкой.

Для удобства расчетов прямоугольный факел пламени в свою очередь делится на несколько прямоугольников (чаще одинаковых с размерами a x b) , а исследуемая точка возгорания выбирается на расстоянии r на нормали к одной из вершин прямоугольника с размерами a x b . (См. схемы на рис.5.2.). В этом случае сначала рассчитывается промежуточная величина 12 = (a,b,r), а затем величина 12 .


















Облучаемая элементарная площадка расположена на расстоянии r по нормали от одного из углов прямоугольника с размерами a и b.

Рисунок 5.2. Расчетная схема для определения значения 12 .

Значение 12, соответствующее каждой из схем, может быть оп­ределено по формулам:

- в случае, когда элементарная площадка расположена напротив

геометрического центра излучающей поверхности, или

- в случае, когда элементарная площадка расположена на уровне

нижней кромки излучающей поверхности.

Значение величины 12 рассчитывается по формулам телесного угла с использованием формул:

, или

Значения 12 приведены в таблице 5.2.1.

При решении задач можно пользоваться либо таблицей, либо построенными на ее основе графиками.


Таблица 5.2.1.

Значения величины (10000 12) в зависимости от r/a и b/a .


b/a

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

14

15

r/a

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 





1

1197

1500

1689

1829

1934

2012

2073

2121

2160

2192

2218

2241

2260

2277

2291

2

589

906

1098

1247

1375

1485

1579

1661

1731

1792

1844

1890

1931

1966

1998

3

309

536

691

810

912

1006

1093

1174

1250

1320

1384

1444

1498

1548

1595

4

185

339

456

549

626

696

762

825

886

944

1001

1055

1107

1157

1205

5

121

229

318

391

452

505

555

602

647

692

736

779

821

862

903

6

86

164

233

290

340

383

422

458

493

527

560

593

626

658

690

7

63

123

177

223

264

299

331

361

389

415

441

467

492

517

542

8

49

95

138

176

210

240

267

292

315

337

358

378

398

418

438

9

39

76

111

143

171

197

220

241

261

279

297

314

330

347

363

10

31

62

91

118

142

164

184

202

219

235

250

265

279

292

306

11

26

51

76

98

119

139

156

172

187

201

214

227

239

251

262

12

22

43

64

84

102

119

134

149

162

174

186

197

208

218

228

13

19

37

55

72

88

103

116

129

141

152

163

173

182

191

200

14

16

32

47

62

76

89

102

113

124

134

144

153

161

169

177

15

14

28

41

55

67

79

90

100

110

119

128

136

144

151

158

16

12

25

37

48

59

70

80

89

98

106

114

122

129

136

142

17

11

22

32

43

53

62

71

80

88

96

103

110

116

123

128

18

10

19

29

38

47

56

64

72

79

86

93

99

105

111

117

19

9

18

26

34

43

50

58

65

72

78

85

90

96

101

107

20

8

16

24

31

39

46

53

59

65

71

77

83

88

93

98


      1. Определение размеров факела пламени

Правила определения размеров прямоугольной площадки, условно за­меняющей пламя, зависят от типа горящего объекта. Рассмотрим некоторые из них.

1. Горящие здания.

1а.Пожар в зданиях из несгораемых материалов.

Площадь пламени равна удвоенной площади оконных проемов, причем высота пламени соответствует удвоенной высоте окна, а размеры простенков между окнами не учитываются.

1б.Пожар в здании из несгораемых материалов с крышей из сгораемых материалов.

Площадь пламени равна удвоенной площади оконных проемов плюс пло­щадь проекции ската крыши на вертикаль.

1в.Горит здание из сгораемых материалов.

Высота пламени принимается равной высоте здания до конька крыши. Длина пламени определяется как произведение скорости распространения пламени, равной 1 м./мин., на время до начала тушения. Это время ус­ловно принимается равным 15 мин. (Полученная в результате длина пламени не должна превышать длину здания).


2. Резервуары с легковоспламеняющимися и горючими жидкостями.

Пламя в этом случае представляется в форме конуса с диаметром основания, равным диаметру резервуара, и высотой, равной

1,4 диаметра - для ЛВЖ и

1,2 диаметра - для ГЖ.

При условной замене конуса прямоугольником основание этого прямо­угольника принимается равным диаметру резервуара, а высота

- 0,7 диа­метра - для ЛВЖ и

- 0,6 диаметра - для ГЖ.

3.Пожар на производственной установке, расположенной на открытом воздухе и огражденной обваловкой.

Длина пламени принимается равной диаметру обваловки, а высота - 10 м.

4.Горит штабель пиломатериалов.

Высота пламени принимается равной удвоенной высоте штабеля. Длина пламени определяется как произведение скорости его распространения на время до начала тушения пожара. Это время принимается равным 10 мин. при наличии средств пожаротушения и 30 мин. при их отсутствии. Полу­ченная в результате длина пламени не должна превышать длину штабеля.


Замечание! Размеры прямоугольника, условно заменяющей факел пламени, при подстановке в выражение для 12 или при пользовании графиками обозначаются :

a - меньший из размеров, b - больший из размеров.


Рекомендуемые контрольные вопросы

  1. Оценка возможности возгорания.

  2. Основные факторы, воздействующие на окружающую среду при пожаре.

  3. Расчетные соотношения для оценки возможности возгорания.

  4. Определение плотности теплового потока.Допущения при выводе уравнения лучистого теплообмена. Учет взаимного размещения факела пламени и облучаемого тела.

  5. Определение размеров факела пламени.

  6. Соотношения для основных случаев возгорания.


Литература

  1. Аварии и катастрофы. Предупреждение и ликвидация последствий.”, М., АСВ 1995г.

  2. Абдурагимов И.М. Физико-химические основы развития и тушения пожаров, М.1980г.


Приложение.


Таблицы, используемые при расчетах.


Таблица П1. Значения критической плотности теплового потока, qкр , вт/м2

М а т е р и а л ы

qкр, при продолжительности облучения, мин


3 мин

5 мин

15 мин

Древесина с шероховатой поверхностью

Древесина, окрашенная

Торф брикетный

Торф кусковой

Хлопок-волокно

Картон серый

Стеклопластик

Резина

Горючие газы и огнеопасные жидкости

с температурой самовоспламенения oC ( K )

250 (523)

300 (573)

350 (623)

400 (673)

>= 500 (>=773)

20600

26700

31500

16600

11000

18000

19400

22600



7800

11200

15600

20800

-

17500

23300

24500

14300

9700

15200

18600

19200



7290

10300

14200

19000

-

12900

17500

13300

9800

7500

10800

15300

14800



5950

8100

11000

14800

28000

Допустимая плотность облучения человека без средств спец.защиты в течение длительного времени,qдоп

Кратковременно в течение 20 сек, с возможными тяжелыми последствиями



1050


4000


Таблица П2. Температура самовоспламенения некоторых веществ и материалов (Tдоп)

М а т е р и а л ы

Температура

самовосплам.,oK

Ацетон

Бензин,керосин

Дизельное топливо

Нефть

Мазут

Этиловый спирт

Древесина сосновая

Войлок строительный

Торф кусковой и брикетный

Картон серый

Хлопок-волокно


883

523

573

653

573

738

568

643

498

700

478


Допустимая температура на теле человека

313 (40 ОC)







Таблица П3. Средние температуры поверхности пламени (Tи)

Г о р ю ч и й м а т е р и а л

Температура пламени, oK

Торф,мазут

Древесина,нефть,керосин,дизельное топливо

Каменный уголь,каучук,бензин

Антрацит,сера

Горючие газы

1273

1373

1473

1573

1773


Таблица П4. Степень черноты факела пламени (и)

М а т е р и а л ы

Степень черноты

Каменный уголь, древесина, торф

Мазут, нефть

Бензин, керосин, дизельное топливо

0,7

0,85

0,98


Таблица П5. Степень черноты различных материалов (м)

М а т е р и а л ы

Степень черноты

Сталь листовая

Сталь окисленная

Медь окисленная

Резина твердая

Резина мягкая

Дерево строганое, картон, торф

Толь кровельный

Эмаль белая, приплавленная к железу

Каменный уголь

0,6

0,8

0,56

0,95

0,86

0,9

0,93

0,9

0,8

Кожа человека

0,95



















Факультет военного обучния


Случайные файлы

Файл
150835.rtf
Simpsons.doc
34793.rtf
1277-1.rtf
3235.rtf