Главная | Обратная связь

Оценка устойчивости ОЭ при пожаре

Устойчивость ОЭ должна обеспечиваться не только к возникновению пожара, но и при пожаре, т.е. объект должен выполнять заданные функции или восстанавливать их при утрате в приемлемое время после ликвидации пожара. Время восстановления заданных функций (для промышленного объекта – производства) определяется в мирное время законами рыночной экономики, в военное время нормативными сроками, при назначении которых исходят из требований, предъявляемых войной. Выполнение заданных функций обеспечивается, если решаются задачи защиты производственного персонала от опасных факторов пожара и исключения неприемлемого ущерба, который может быть нанесен пожаром основным производственным фондам. Возможность решения той и другой задачи определяется масштабом (площадью) пожара, который может иметь место на объекте, и эффективностью применяемых средств противопожарной защиты.

Площадь пожара зависит от большого количества факторов, которые учитываются при ее оценке. В их число входят пожарная нагрузка, продолжительность свободного горения, время локализации пожара, а также ряд особенностей помещения или здания (его объем, высота, этажность и др.). Существенную роль в размерах пожаров играют пути распространения огня.

Пожарная нагрузка, под которой понимают количество горючих материалов, приходящихся на единицу площади объекта, определяется огнестойкостью зданий и сооружений, пожаровзрывопасностью помещений и производства, количеством горючих материалов и веществ, находящихся на объекте. Сгораемая отделка потолков и стен, коридоров, лестничных клеток вместе с пустотами в конструкциях, вытяжными каналами, шахтами лифтов, кабельными трассами, мусоропроводами являются путями распространения огня при пожаре.

Время свободного горения определяет площадь, охваченную огнем к моменту начала тушения пожара и сложность последующей борьбы с ним. В соответствии со статистическими данными средняя продолжительность свободного горения в городах составляет 0,26 часа, на технологических установках химической промышленности 0,148 часа, при крупных пожарах до 0,5 часа [40].

Продолжительность тушения пожара зависит от времени свободного горения, профессиональной подготовки пожарных подразделений, эффективности применяемых средств пожаротушения, площади пожара. Продолжительность тушения пожара t_п, время свободного горения t_св и площадь пожара F_п связаны эмпирическими зависимостями вида [40]:

t_T@64,8+1,28t_св, мин (3.46)

t_T@60,1+0,34F_n, мин (3.47)

где F_n в м².

Для оценки возможности борьбы с пожаром проверяется соответствие фактической огнестойкости строительных конструкций требуемой, обусловленной условиями потенциального пожара.

П_ф П_Т=К₀ (3.48)

Или с учетом тушения пожара

П_ф П_Т= К₀( t_нт+t_св), (3.49)

где К₀ – коэффициент безопасности (огнестойкости) К₀=1,5…2 – для вертикальных несущих конструкций; К₀=1,0…1,2 – для горизонтальных конструкций и К₀=2,5 для противопожарных преград;

g- удельная пожарная нагрузка, кг/м²;

b_с – коэффициент, характеризующий изменение скорости горения веществ. Для деревянных изделий и горючих жидкостей b_с=1;

V_в – весовая скорость выгорания горючего материала, кг/(м²×мин);

F_r – возможная площадь поверхности горения, м²;

I_r – интенсивность подачи средств тушения, л/(м^{2 .} с);

Q_C.T. – гарантированный расход средств пожаротушения, л/с;

- нормативное время тушения мин.

Невыполнение условий (3.48), (3.49) ведет к перегреву строительных конструкций, их прогоранию и обрушению, а следовательно, к дальнейшему распространению пожара и угрозе поражения людей, ведущих с ним борьбу. Так для стальных конструкций критической температурой являются 718^оС. Поэтому оценке подвергается также способность средств пожаротушения снизить температуру в охваченном огнем помещении ниже критической и тем самым предотвратить потерю несущей и ограждающей способности строительными конструкциями. Продолжительность прогрева строительных конструкций до критической температуры и, следовательно, время их возможного обрушения определяется из уравнения теплового баланса.

С_к·r_к·d_к·Dt_к=a·Dt_в·t, (3.50)

где С_к, r_к, d_к ‑ соответственно теплоемкость, Дж/(кг·град), плотность, кг/м³ и толщина, м конструкции;

Dt_к=t_кр‑t_н, ^оС;

t_кр и t_н – критическая и начальная температура конструкции, ^оС;

α – коэффициент теплоотдачи, Дж/(м²·с·град);

Dt_в – разность конечной и начальной температур воздуха, ^оС;

τ – время достижения конструкцией критической температуры, с;

С учетом необходимости количественной оценки устойчивости ОЭ при пожаре и большой информационной значимости площади пожара, она может быть выбрана в качестве одного из критериев устойчивости. При этом за предел устойчивости ОЭ по этому критерию может быть принята максимальная площадь пожара в минимальном по размерам основном производственном помещении, при которой не происходит остановки производства или оно восстанавливается в приемлемые сроки. Условие устойчивости может быть представлено в виде:

, (3.51)

где ‑ предел устойчивости по площади пожара, м²;

‑ возможная площадь пожара, м²;

Для расчета возможной площади пожара при горении горючих, легковоспламеняющихся жидкостей, твердых горючих и трудно горючих материалов используется следующий метод [30].

Вычисляют продолжительность начальной стадии пожара в зависимости от объема помещения V в м³, высоты помещения H в м и количества приведенной пожарной нагрузки g в кг/м², используя графики, приведенные на рис 3.8 и 3.9.

 

Количество приведенной нагрузки вычисляют по формуле

, (3.52) где g_i=g_mi ‑ количество приведенной пожарной нагрузки, состоящей из i-го горючего или трудногорючего материала;

g_mi ‑ количество горючего или трудногорючего i-го материала на единицу площади, кг/м²;

Q_vi – теплота сгорания i-го материала, мДж/кг.

 

Продолжительность начальной стадии пожара:

для помещений с объемом V 3·10³ м³

, (3.53)

для помещений с объемом V>3·10³ м³

, (3.54)

где ‑ продолжительность начальной стадии пожара в с., определяемая по графикам (рис 3.8 и 3.9)

V_вср – средняя скорость выгорания пожарной нагрузки в начальной стадии пожара, кг/м²с, вычисляемая по формуле

;

V_вi – скорость выгорания в начальной стадии пожара i-го материала пожарной нагрузки, кг/м²с;

Q_vс – средняя теплота сгорания пожарной нагрузки, мДж/кг, которую вычисляют по формуле:

;

V_п – линейная скорость распространения пламени, м/с. Допускается в качестве V_п принимать максимальное значение для составляющих пожарную нагрузку материалов.

Площадь пожара: , (3.55) где t_i – время локализации пожара, с;

F – площадь занимаемая пожарной нагрузкой, м².

Если промежуток времени с возникновения пожара до начала пожаротушения равен или больше величины t_нсп, площадь пожара принимается равной площади, на которой расположена пожарная нагрузка.

При горении легковоспламеняющихся и горючих жидкостей площадь пожара принимается равной площади предполагаемого разлива. При невозможности рассчитать среднюю площадь пожара допускается принимать данные по аналогичным объектам. В соответствии со статическими данными средние значения площади пожара в производственных зданиях составляют: I и II степени огнестойкости ‑ 93,5 м², III и IV степени огнестойкости ‑ 148,8 м², крупных пожаров на нефтеперерабатывающих заводах 1430 м² [40].

Пример.

Определить площадь пожара в производственном здании, пожарная нагрузка которого расположена на всей площади здания и определяется древесиной g_мд=30 кг/м², пенополистиролом g_мп=20 кг/м² и бумагой g_мб=5 кг/м². Размеры здания длина L=20 м, ширина В=7 м, высота H=6 м. Время локализации пожара автоматической системой пожаротушения 10 с.

Решение.

1. Находим объем помещения V=L·B·H=20·7·6=840 м³ и из графика (рис. 3.9.) с.

2. Определяем среднюю скорость выгорания пожарной нагрузки в начальной стадии пожара. Скорости выгорания отдельных видов горючих материалов находим, пользуясь таблицей 3.12. = =0,057 кг/(м^2.с)

3. Находим по таблице 3.12 теплоту сгорания i-х материалов и определяем среднюю теплоту сгорания пожарной нагрузки
= =22,5 мДж/кг

4. Вычисляем продолжительность начальной стадии пожара

= 0,94·10^-2·7·10² = 24 с.

5. Определяем площадь пожара
.

Дальнейшие исследования направлены на выявление возможного характера распространения пожара по территории ОЭ и его превращения в массовый и сплошной пожары. Распространение пожара по территории ОЭ зависит от плотности его застройки, метеорологических условий и возможности борьбы с пожаром. Для оценки последней проверяется соответствие вместимости пожарных водоемов требуемой по необходимому расходу воды на тушение пожара в течение трех часов, расположение водоемов на территории, удобство подъездов к ним и забора воды из них, удобство подъезда к защищаемым объектам, наличие и исправность стационарных и подвижных средств пожаротушения.

Передача тепла от горящего здания к другим зданиям осуществляется за счет теплоизлучения и конвекции. Конвекция кроме передачи тепла, как правило, определяет и направление распространения пожара в результате переноса искр и горящих головней конвективными потоками. При этом очевидно, что вероятность возгорания соседних зданий существенным образом зависит от плотности застройки. Под плотностью застройки понимается отношение застроенной площади к общей площади, занимаемой ОЭ. Зависимости вероятности распространения пожаров от плотности застройки, вероятности передачи огня от расстояния по теплоизлучению и наличия ветра показаны на рис. 3.10 а,б,в.

Как следует из 3.10, при плотности застройки (6…7%) пожары обычно не распространяются, (7…20%) могут распространяться отдельные пожары, больше 20% вероятно возникновение массовых и сплошных пожаров, при которых пожары возникают более чем в 20% зданий и сооружений ОЭ и в течение (1…2) часов без принятия мер по тушению происходит распространение огня на подавляющее большинство зданий, расположенных на территории. Как следует из рисунков 3.10 б и в благоприятны для для возникновения и развития пожаров сухая погода и сильные ветры, определяющие направление конвективных потоков. При больших разрывах между зданиями тепловая радиация пламени не является решающим фактором распространения пожара. Распространение огня в этих условиях зависит от скорости ветра, который «прижимает» нагретые продукты горения к негорящим зданиям.

 

 

Расстояния, на которые могут переносится искры, трудно поддаются расчету и могут достигать (200-500)м [10]. Поэтому возможность возгорания и возникновение пожара в соседних с горящим зданиях оценивается по теплоизлучению.

При этом фактические расстояния (противопожарные разрывы) между зданиями и другими объектами на территории ОЭ должны быть больше или равны требуемых в соответствии с условием:

r_ф≥r_T= , м, (3.56)

где с₀≈14,2 кДж/(м²·ч·K⁴) - приведенный коэффициент излучения;

j₁j₂@0,5 – произведение коэффициентов облученности, учитывающее взаиморасположение излучающей и облучаемой поверхностей;T₁,T₂ – температура пламени, равная при горении деревянных конструкций и жидкостей » 1150 К, лесоматериалов - »1300 К, и максимально допустимая безопасная температура, при которой еще не происходит воспламенения сгораемых конструкций смежного здания (Т₂»513 °К);

F_пл=l_плН_пл – возможная площадь пламени, м²;

l_пл и H_пл – соответственно горизонтальный и вертикальный размер пламени, м. H_пл@H_зд – для деревянных зданий, H_пл=2·H_оп – для зданий с несгораемыми стенами и H_пл=(2…2,5)H_шт – для штабелей пиленого леса;

Н_зд, Н_оп, Н_шт – высота здания, оконных проемов (поэтажно) и штабеля леса, м;

J – минимальная интенсивность облучения, кДж/(м²×ч).

Для выяснения общей обстановки, которая может сложиться на ОЭ, рассчитывают, пользуясь зависимостями (3.19) или (3.20), радиусы теплового поражения людей r_тпл и объектов r_тпо и строят картограмму пожарной обстановки. Наличие картограммы позволяет разделить территорию ОЭ на участки по пожарной опасности и определить районы, опасные в отношении быстрого распространения огня и образования массовых и сплошных пожаров. Примерный вид картограммы показан на рис. 3.11.

Обстановка, отображенная на картограмме, свидетельствует о возможности перерастания отдельных пожаров в цехах №1 и №2, №3 и №4 в массовый пожар.

Пожар сопровождается опасными факторами. Опасными факторами пожара (ОФП) являются открытый огонь и искры, повышенная температура окружающей среды и предметов, токсичные продукты горения, дым, пониженная концентрация кислорода, падающие части строительных конструкций, агрегатов, установок и т.п. Доминирующими факторами пожара, как свидетельствует статистика, являются дымообразование и токсичность.

 

В начальной стадии пожара основную опасность для человека представляют высокие температуры, снижение концентрации кислорода в воздухе помещений и возможность потери видимости вследствие задымления. В стадии развившегося пожара к ним добавляются наличие больших концентраций токсичных веществ и обрушение конструкций. Поэтому на всех стадиях пожара необходима защита производственного персонала, которую следует рассматривать как одно из условий обеспечения устойчивости ОЭ при пожаре. При пожаре может производится эвакуация людей до наступления критической фазы пожара по ОФП, а при ее нецелесообразности защита на объекте с использованием системы противодымной защиты и средств индивидуальной и коллективной защиты.

При исследовании устойчивости оцениваются обеспеченность и состояние средств индивидуальной и коллективной защиты, соответствие требованиям и возможность беспрепятственного движения людей по эвакуационным путям, наличие и эффективность системы противодымной защиты. Система противодымной защиты должна обеспечивать незадымление, снижение температуры и удаление продуктов горения в течение всего времени действия ОФП. В качестве предела устойчивости ОЭ по критерию защиты условно можно принять время эвакуации при планировании эвакуации производственного персонала, а условие устойчивости записать в виде:

t_э , (3.57)

где t_э= , время эвакуации, мин;

В соответствии с работой [33]:

t_ппэ - (3.58)

‑ продолжительность эвакуации по протяженности путей эвакуации, мин;

t_л=t_нэ ‑ (3.59)

- продолжительность эвакуации по пропускной способности лестниц, мин;

t_дв=t_нэ ‑ (3.60)

- продолжительность эвакуации по пропускной способности дверей, мин;

l, l₁, l₂, l₃, ‑ расстояние от наиболее удаленного эвакуированного на первом этаже до ближайшего выхода; наибольшее расстояние от выхода в коридор или из балкона до ближайшей лестницы; длина пути по лестнице, принимаемая равной ее утроенной высоте, и длина пути от лестницы до наружного выхода, м;

v₁ и v₂ – скорость движения по горизонтали и по лестнице, м/мин;

t_нэ – время до начала эвакуации через наружные двери, мин.;

N_э – количество эвакуированных, чел.;

d - суммарная ширина наружных дверей, м;

f – расчетная пропускная способность 1 пог. м дверей или лестниц, чел/(м·мин) (f=60 чел/(м·мин));

- (3.61)

- время наступления критической фазы пожара по температуре, мин;

с – теплоемкость продуктов сгорания, кДж/(м³град);

t_кр, t_н – критическая для человека и начальная температура воздуха, ^оС (t_кр=70^оС);

y - коэффициент, характеризующий потери тепла на нагрев конструкций и окружающих предметов, принимаемый при расчетах равным 0,5;

(3.62)

- время наступления критической фазы пожара по содержанию кислорода в воздухе помещения, мин;

- расход кислорода на сгорание 1кг горючих веществ,м³/кг.

При планировании защиты людей на объекте в качестве предела устойчивости по защите может быть принято время защитного действия средств защиты, а условие устойчивости представлено в виде

t_сз³t_п , (3.63)

где t_сз – предел устойчивости ОЭ по защите (время защитного действия средств защиты);

t_п – продолжительность потенциальных пожаров на ОЭ.