Всего за 99.9 руб. Купить полную версию
2.5. Методика расчета температурного режима пожара в помещении.
Пожар в помещении представляет собой сочетание специфических процессов, сопровождающихся изменением состава и параметров газовой среды, заполняющей помещение.
Основными среднеобъемными термодинамическими параметрами, характеризующими состояние газовой среды при пожаре [118, 119] являются:
среднеобъемная температура Тm, К;
среднеобъемная плотность рm, кг/м3;
среднеобъемное давление рm, Па;
средние концентрации компонентов газовой смеси xi (например, 02, СO2, СО и др.).
Газовую среду при пожаре с достаточной точностью можно рассматривать как смесь идеальных газов. Среднеобъемные термодинамические параметры состояния газа в каждой точке пространства связаны между собой уравнением Клапейрона.
Уравнения математического описания пожара, отражающие изменения среднеобъемных параметров состояния газовой среды в процессе развития пожара, выводятся с учетом основных законов физики:
- закона сохранения массы;
- закона сохранения энергии (первого закона термодинамики).
Математическое описание пожара в помещении [118, 119] включает:
усредненное уравнение состояния газовой среды (уравнение Клапейрона)
где Rm - усредненная газовая постоянная;
V - объем помещения, м3;
τ - время, с;
GB - расход воздуха поступившего в помещение, кг • с1;
ψ - скорость выгорания (количество сгораемого материала, перешедшего в газообразное состояние), кг • с1;
Gg - расход газов, покинувших помещение, кг* с"1;
k - показатель адиабаты (к = Ср /Су);
QHP - теплота сгорания, кДж • кг1;
Qw -количество теплоты, ушедшее в ограждающие конструкции, кДж • с1;
iB, in, iG - энтальпия соответственно наружного воздуха, продуктов сгорания и уходящих газов, кДж • кг1;
х1У х2, х3 - среднеобъемные концентрации кислорода, рассматриваемого продукта горения и инертного газа в помещении, соответственно;
х1В, х2В, хав - концентрации кислорода (х1В ≈ 0,23), продукта горения и инертного газа в окружающей среде соответственно;
n1 = х1G / Х1 ≤ 1,
где
х1G - концентрация кислорода в уходящих газах, которая может незначительно отличаться от среднеобъемной;
η - коэффициент полноты сгорания;
L1 - масса кислорода, необходимая для сгорания единицы массы горючего материала;
n2 = х2G / Х2 ≥ 1,
где
х2G - концентрация продукта в уходящих газах;
L2 - количество продукта, образующееся в результате сгорания единичной массы вещества;
n3 = х3G/х3 - коэффициент, учитывающий различие концентраций инертного газа в уходящих газах и в помещении.
Начальными условиями для приведенных выше дифференциальных уравнений являются параметры состояния газовой среды (отмеченные индексом "0") в помещении перед пожаром. Они записываются следующим образом:
при τ = 0
Тm = Тm0
Pm = Рm0
pm = рm0
xt = xt0
Приведенные выше уравнения содержат переменные: Тm; Рm; рm; х1, х2; х3. Число неизвестных равно числу уравнений, следовательно математическое описание пожара в помещении имеет замкнутый характер.
При решении практических задач система уравнений может быть упрощена. Допускается также использование различных эмпирических зависимостей, описывающих теплообмен очага пожара со строительными конструкциями.
Расширить область применения способа моделирования позволяют зональные методы. Исследуемый объем разбивается на зоны, для которых можно использовать интегральные модели. Зоны выбираются таким образом, чтобы в пределах каждой из них газовую среду в очаге пожара можно было достаточно точно описать усредненными параметрами.
В зависимости от характера решаемой задачи для каждой из зон составляют систему уравнений математической модели. В условиях локальных пожаров используется разбиение на зоны горизонтальными плоскостями, при котором разделяются области, занимаемые продуктами горения и воздушной средой.
В условиях развитой стадии пожара и при объемных пожарах объем разбивается на зоны вертикальными плоскостями. Количество зон определяется задачами исследования и размещением пожарной нагрузки в помещении.
Моделирование температурного режима при пожаре в помещении в общем случае включает следующие основные этапы :
анализ конструктивно-планировочных характеристик помещений;
определение вида, количества и размещения пожарной нагрузки;
определение вида возможного пожара; выбор определяющих характеристик пожара; выбор метода расчета и проведение расчета; решение практических задач пожарной профилактики.
В общем случае в результате решения системы дифференциальных уравнений определяются изменения по времени развития пожара: среднеобъемной температуры; средней температуры поверхностей перекрытия, стен и пола;
теплового потока, выделяющегося при горении пожарной нагрузки;
теплового потока, поглощаемого строительными конструкциями;
теплового потока, уходящего из очага пожара с продуктами горения;
теплового потока, уходящего из очага пожара с излучением через проемы.
Эти данные являются исходными для решения практических задач по оценке пожарной опасности.
2.6. Факторы рисков опасных воздействий пожаров
Тепловое излучение может вызывать у человека негативные реакции кратковременного и долгосрочного характера. Физиологическими обратимыми реакциями являются увеличение сердечного ритма, потение, повышение температуры тела. Патологические эффекты связаны с появлением ожогов вследствие воздействия теплового излучения на кожу. Термическое воздействие на человека связано с прогревом и последующими биохимическими изменениями верхних слоев кожного покрова. Человек ощущает сильную ("едва переносимую") боль, когда температура верхнего слоя кожного покрова ( ~0,1 мм) повышается до 45° С. Время достижения порога боли (в сек) связанно с интенсивностью теплового воздействия (кВт/м2) зависимостью [106]:
t = (35/g)1’33, (2.50)
Степень повреждения кожи при воздействии более высоких температур зависит от величины и длительности теплового излучения. При относительно слабом тепловом излучении будет повреждаться только верхний слой (эпидермис) на глубину ~1мм. Более интенсивный тепловой поток может привести к поражению не только эпидермиса, но и дермы (нижний слой), а излучение еще большей интенсивности будет воздействовать и на подкожный слой.
Эти три уровня в целом качественно соответствуют установленным категориям ожогов 1-й, II -й и III -й степеней.
При достижении поверхностным покровом кожи температуры 55° С появляются волдыри.
Вероятность получения ожогов [106, 110] первой степени можно оценить по соотношению
Pr1 = -39,83 + 3,0186 ln(Δt q4/3). (2.51)
Вероятность достижения ожогов второй степени устанавливается по формуле
Рг2 = -43,14 + 3,0188 ln(Δt q4/3). (2.52)
Смертельный исход для людей, незащищенных специальной одеждой, наступит с вероятностью
Pr3 = -36,38 + 2,56 ln(Δt q4/3). (2.53)
Для персонала в защитной одежде вероятность летального исхода будет
Рг4 = -37,23 + 2,56 ln(Δt q4/3). (2.54)
В соотношениях (2.51 - 2.54) время действия светового импульса Δt выражается в секундах, а интенсивность теплового потока q в Вт/м2
При вспышках в форме огненного шара с учетом конечности времени действия радиусы зон ожогов первой, второй и третьей степени можно соответственно оценить как
R1t = (5,2+0,2) М5/12,
R2t = (3,7+0,2) М5/12,
R3t = (2,6+0,2) М5/12.
Кроме прямой опасности воздействия теплового излучения на кожу человека существует и опасность возгорания легковоспламеняющихся веществ, находящихся в зоне пожара, что в принципе может привести к дальнейшему разрастанию аварии и переходу ее в стадию каскадного развития. К тому же воздействие, оказываемое термическим излучением на строительные конструкции при повышении температуры выше предельных значений, приводит к значительному снижению их прочностных характеристик.
2.7. Токсичные выбросы
В отличие от пожаров и взрывов разных типов, имеющих много общего в возникающих источниках загрязнения атмосферы, выбросы токсичных веществ сильно различаются как по характеру поступления рабочего тела в окружающее пространство, так и по возникающим в атмосфере источникам загрязнений, физической картине их развития, интенсивности и продолжительности.
Токсичные выбросы, в соответствии с [1], можно определить как неконтролируемое системами обеспечения безопасности объекта поступление в окружающую среду токсичного (ядовитого) вещества.
Токсичное вещество - химическое соединение, при попадании которого в организм с водой, пищей, через кожу или органы дыхания, происходит его повреждение или наступает смерть.
Рассматриваемые в данном разделе токсичные выбросы, ограниченные временем поступления веществ в атмосферу не более часа [1], связаны с типичными аварийными ситуациями и не могут вызвать профессиональных заболеваний у персонала промышленного объекта. Они могут быть подразделены на залповые и продолжительные. Залповые выбросы возникают, когда в результате аварии (как правило, взрывного характера) в атмосферу "мгновенно" или краткосрочно поступает компактная порция токсичного вещества. В зависимости от того, в какое (ограниченное или безграничное) пространство оно поступает, формируется либо гомогенный токсичный объем, либо паровой клуб или облако.