Методичка: Прогнозирование опасных факторов пожара

g) рекомендации владельцу помещения и пожарным расчетам, позволяющие обеспечить безопасную эвакуацию в случае возникновения пожара в помещении. Рекомендации следует увязать с результатами прогнозирования динамики ОФП для данного помещения;

h) вывод о целесообразности и перспективах использования компьютерных программ для расчета динамики ОФП при пожаре.

14. В конце курсовой работы привести список использованной литературы.

5. Образец выполнения курсовой работы

МЧС РОССИИ

Федеральное Государственное бюджетное образовательное

учреждение высшего профессионального образования

«Уральский институт Государственной противопожарной службы

Министерства Российской Федерации по делам гражданской обороны,

чрезвычайным ситуациям и ликвидации последствий стихийных бедствий»

Кафедра физики и теплообмена

КУРСОВАЯ РАБОТА

по дисциплине «Прогнозирование опасных факторов пожара»

Тема: Прогнозирование опасных факторов пожара в складском помещении

Вариант №35

Выполнил:

слушатель учебной группы З-461

старший лейтенант внутренней службы Иванов И.И.

Проверил:

старший преподаватель кафедры

физики и теплообмена, к.п.н., капитан внутренней службы

Субачева А.А.

Екатеринбург

ЗАДАНИЕ

на выполнение курсовой работы

по дисциплине «Прогнозирование опасных факторов пожара»

Слушатель Иванов Иван Иванович

Вариант №35 Курс 4 Группа З-461

Наименование объекта: склад хлопка в тюках

Исходные данные

Срок сдачи: «____»__________

Слушатель____________________ Руководитель_______________

1. Исходные данные

Помещение пожара расположено в одноэтажном здании. Здание построено из сборных железобетонных конструкций и кирпича. В здании наряду с помещением склада находятся два рабочих кабинета. Оба помещения отделены от склада противопожарной стеной. План объекта приведен на рисунке 1.

(Требуется проставить на схеме размеры помещения и расчетную массу горючей нагрузки согласно своему варианту!)

Рис. 1. План здания

Размеры склада:

длина l₁ = 60 м;

ширина l₂ = 24 м;

высота 2h = 6 м.

В наружных стенах помещения склада имеется 10 одинаковых оконных проемов. Расстояние от пола до нижнего края каждого оконного проема Y_H = 1,2 м. Расстояние от пола до верхнего края проема Y_B = 2,4 м. Суммарная ширина оконных проемов = 24 м. Остекление оконных проемов выполнено из обычного стекла. Остекление разрушается при среднеобъемной температуре газовой среды в помещении, равной 300°С.

Помещение склада отделено от рабочих кабинетов противопожарными дверьми, ширина и высота которых 3 м. При пожаре эти проемы закрыты. Помещение склада имеет один дверной проем, соединяющий его с наружной средой. Ширина проема равна 3,6 м. Расстояние от пола до верхнего края дверного проема Y_в = 3, Y_н =0. При пожаре этот дверной проем открыт, т.е. температура вскрытия 20 ⁰C.

Полы бетонные, с асфальтовым покрытием.

Горючий материал представляет собой хлопок в тюках. Доля площади, занятая горючей нагрузкой (ГН) = 30%.

Площадь пола, занятая ГН, находится по формуле:

=;

где  − площадь пола.

Количество горючего материала на 1 Р₀ = 10. Общая масса горючего материала  .

Горение начинается в центре прямоугольной площадки, которую занимает ГМ. Размеры этой площадки:

;

.

Свойства ГН характеризуются следующими величинами:

теплота сгорания Q = 16,7 ;

удельная скорость выгорания = 0,0167 ;

скорость распространения пламени по поверхности ГМ  ;

дымообразующая способность D = 0,6 ;

потребление кислорода = 1,15 ;

выделение диоксида углерода  = 0,578 ;

выделение оксида углерода  = 0,0052 .

Механическая вентиляция в помещениях отсутствует. Естественная вентиляция осуществляется через дверные и оконные проемы.

Отопление центральное водяное.

Внешние атмосферные условия:

ветер отсутствует, температура наружного воздуха 20⁰C = 293 К (согласно выбранному варианту);

давление (на уровне Y=h) Р_а = 760 мм. рт. ст., т.е. = 101300 Па.

Параметры состояния газовой среды внутри помещения перед пожаром:

Т = 293 К (согласно выбранному варианту);

Р = 101300 Па;

µ  = 0;

Х  = 0,23;

Х  = 0;

Х  = 0;

р = Р/R_* Т = _……. (требуется рассчитать плотность воздуха, подставив его индивидуальную газовую постоянную).

Другие параметры:

критическая температура для остекления − 300 ^оС;

материал ограждающих конструкций - железобетон и кирпич;

температура воздуха в помещении - 20 ^оС;

автоматическая система пожаротушения − отсутствует;

противодымная механическая вентиляция − отсутствует.

2. Описание интегральной математической модели свободного развития пожара в складском помещении

Интегральная математическая модель пожара в помещении разработана на основе уравнений пожара, изложенных в работах [1, 2, 5]. Эти уравнения вытекают из основных законов физики: закона сохранения вещества и первого закона термодинамики для открытой системы и включают в себя:

уравнение материального баланса газовой среды в помещении :

V(dс_m/dф) = G_B + ш - G_r, (1)

где V - объем помещения, м³; с_m - среднеобъемная плотность газовой среды кг/м³; ф - время, с; G_B и G_r - массовые расходы поступающего в помещение воздуха и уходящих из помещения газов, кг/с; ш - массовая скорость выгорания горючей нагрузки, кг/с;

уравнение баланса кислорода :

Vd(p₁)/dф = x_1вG_B - x₁n₁G_r - ш L₁Ю, (2)

где x₁ - среднеобъемная массовая концентрация кислорода в помещении; х_1в - концентрация кислорода в уходящих газах; n₁ - коэффициент, учитывающий отличие концентрации кислорода в уходящих газах х_1г от среднеобъёмного значения x₁, n₁ = х_1г/x₁; L₁ - скорость потребления кислорода при горении, p₁ - парциальная плотность кислорода в помещении;

уравнение баланса продуктов горения :

Vd(p₂)/dф = ш L₂Ю - x₂n₂G_r, (3)

где X_i - среднеобъемная концентрация i-гo продукта горения; L_i - скорость выделения i-гo продукта горения (СО, СО2); n_i - коэффициент, учитывающий отличие концентрации i-гo продукта в уходящих газах x_iг от среднеобъёмного значения x_i, n_i = x_iг/х_i; р₂ - парциальная плотность продуктов горения в помещении;

уравнение баланса оптического количества дыма в помещении :

Vd ()/d =Dш - n₄ G_r/ р_m -  к_cS_w, (4)

где  - среднеобъемная оптическая плотность дыма; D - дымообразующая способность ГМ; n₄ - коэффициент, учитывающий отличие концентрации дыма в уходящих из помещения нагретых газах от среднеобъемной оптической концентрации дыма, n4= м_mг /м_m;

уравнение баланса энергии U:

dU/dф = hQ^p_нш + i_гш + С_рвТ_вG_в - С_рТ_mm G_r - Q_w, (5)

где P_m - среднеобъемное давление в помещении, Па; С_рm, Т_m - среднеобъемные значения изобарной теплоемкости и температуры в помещении; Q^p_н - низшая рабочая теплота сгорания ГН, Дж/кг; С_рв, Т_в - изобарная теплоемкость и температура поступающего воздуха, К; i_г - энтальпия газификации продуктов горения ГН, Дж/кг; m - коэффициент, учитывающий отличие температуры Т и изобарной теплоемкости С_рг уходящих газов от среднеобъемной температуры Т_m и среднеобъемной изобарной теплоемкости С_рm,

m = С_ргТ_г/С_рmТ_m;

Ю - коэффициент полноты сгорания ГН; Q_w - тепловой поток в ограждение, Вт.

Среднеобъемная температура Т_m связана со среднеобъёмным давлением Р_m и плотностью р_m уравнением состояния газовой среды в помещении:

P_m = с_mR_mT_m. (6)

Уравнение материального баланса пожара с учетом работы приточно-вытяжной системы механической вентиляции, а так же с учетом работы системы объемного тушения пожара инертным газом примет следующий вид:

VdP_m/ dф = ш + G_B - G_r + G_пр - G_выт + G_ов, (7)

Вышеуказанная система уравнений решается численными методами с помощью компьютерной программы. Примером может служить программа INTMODEL.

. Расчет динамики ОФП с помощью компьютерной программы INTMODEL

Результаты компьютерного моделирования

Учебная компьютерная программа INTMODEL реализует описанную выше математическую модель пожара и предназначена для расчета динамики развития пожара жидких и твердых горючих веществ и материалов в помещении. Программа позволяет учитывать вскрытие проемов, работу систем механической вентиляции и объемного тушения пожара инертным газом, а также учитывает кислородный баланс пожара, позволяет рассчитывать концентрацию оксидов углерода СО и СО₂, задымленность помещения и дальность видимости в нем.

Таблица 1. Динамика развития параметров газовой среды в помещении и координат ПРД

Вpемя, мин      Температура t_m, ⁰С            Оптическая плотность дыма µ_m, Нп/м        Дальность видимости l_m, м            ,

масс.%,

Изменение среднеобъемных параметров газовой среды во времени

Рис. 2. Изменение среднеобъемной температуры газовой среды во времени

Описание графика: Рост температуры в первые 22 минуты пожара можно объяснить горением в режиме ПРН, что обусловлено достаточным содержанием кислорода в помещении. С 23 минуты пожар переходит в режим ПРВ в связи со значительным снижением концентрации кислорода. С 23 минуты по 50 минуту интенсивность горения постоянно снижается, несмотря на продолжающееся возрастание площади горения. Начиная с 50 минуты, пожар снова переходит в режим ПРН, что связано с увеличением концентрации кислорода в результате выгорания горючей нагрузки.

Выводы по графику: На графике температуры можно условно выделить 3 стадии развития пожара. Первая стадия - нарастание температуры (приблизительно до 22 мин.), вторая - квазистационарная стадия (с 23 мин. до 50 мин.), и третья - стадия затухания (с 50 мин. до полного выгорания горючей нагрузки).

Рис. 3. Изменение оптической плотности дыма во времени

Описание графика: В начальной стадии пожара выделение дыма незначительно, полнота сгорания максимальна. В основном дым начинает выделяться после 22 минуты от начала возгорания, а превышение ПДЗ по среднеобъемному значению плотности дыма произойдет примерно на 34 минуте. Начиная с 52 минуты, с переходом в режим затухания, задымление уменьшается.

Выводы по графику: Выделение значительных количеств дыма началось только с переходом пожара в режим ПРВ. Опасность снижения видимости в дыму в данном помещении невелика - ПДЗ будет превышено ориентировочно только после 34 минут от начала возгорания, что так же можно объяснить наличием в помещении открытых проемов большого размера (дверь).

Рис. 4. Изменение дальности видимости в помещении во времени

Описание графика: На протяжении 26 минут развития пожара дальность видимости в горящем помещении остается удовлетворительной. С переходом в режим ПРВ видимость в горящем помещении быстро ухудшается.

Выводы по графику: Дальность видимости связана с оптической плотностью дыма соотношением . То есть дальность видимости обратно пропорциональна оптической плотности дыма, поэтому при увеличении задымления дальность видимости уменьшается и наоборот.

Рис. 5. Изменение среднеобъемной концентрации кислорода во времени

Описание графика: В первые 9 минут развития пожара (начальная стадия) среднеобъемная концентрация кислорода почти не изменяется, т.е. потребление кислорода пламенем низкое, что может быть объяснено малыми размерами очага горения в это время. По мере увеличения площади горения содержание кислорода в помещении снижается. Примерно с 25 минуты от начала горения содержание кислорода стабилизируется на уровне 10-12 масс.% и остается почти неизменным примерно до 49-й минуты пожара. Таким образом, с 25-й по 49-ю минуту в помещении реализуется режим ПРВ, т.е. горение в условиях недостатка кислорода. Начиная с 50-й минуты содержание кислорода увеличивается, что соответствует стадии затухания, при которой поступающий воздух снова постепенно заполняет помещение.

Выводы по графику: график концентрации кислорода, аналогично графику температуры, позволяет выявить моменты смены режимов и стадий горения. Момент превышения ПДЗ по кислороду на данном графике отследить нельзя, для этого понадобится пересчитать массовую долю кислорода в его парциальную плотность, используя значение среднеобъемной плотности газа и формулу .

Рис. 6. Изменение среднеобъемной концентрации СО во времени развития пожара

Описание графика: сделать описание и выводы по графикам по аналогии с вышеприведенными.

Выводы по графику:

Рис. 7. Изменение среднеобъемной концентрации СО₂ во времени

Описание графика:

Выводы по графику:

Рис. 8. Изменение среднеобъемной плотности газовой среды во времени

Описание графика:

Выводы по графику:

Рис. 9. Изменение положения плоскости равных давлений во времени

Описание графика:

Выводы по графику:

Рис. 10. Изменение притока свежего воздуха в помещение от времени развития пожара

Описание графика:

Выводы по графику:

Рис. 11. Изменение оттока нагретых газов из помещения от времени развития пожара

Описание графика:

Выводы по графику:

Рис. 12. Изменение разности давлений во времени

Описание графика:

Выводы по графику:

Рис. 13. Изменение площади горения при пожаре во времени

Описание графика:

Выводы по графику:

Описание обстановки на пожаре в момент времени 11 минут

Согласно п. 1 ст. 76 ФЗ-123 «Технический регламент о требованиях пожарной безопасности», время прибытия первого подразделения пожарной охраны к месту вызова в городских поселениях и городских округах не должно превышать 10 минут. Таким образом, описание обстановки на пожаре проводится на 11 минуту от начала пожара.

В начальные моменты времени при свободном развитии пожара параметры газовой среды в помещении достигают следующих значений:

− достигается температура 97°С (переходит пороговое значение 70°C);

− дальность видимости практически не изменилась и составляет 64,62 м, т.е. еще не переходит пороговое значение в 20 м;

− парциальная плотность газов составляет:

с= 0,208 кг/м³, что меньше предельной парциальной плотности по кислороду;

с= 0,005 кг/м³, что меньше предельной парциальной плотности по углекислому газу;

с= 0,4*10^-4 кг/м³, что меньше предельной парциальной плотности по угарному газу;

- ПРД будет находиться на уровне 0,91 м;

площадь горения составит 24,17 м².

Таким образом, расчеты показали, что на 11 минуту свободного развития пожара, следующие ОФП достигнут своего предельно допустимого значения: среднеобъемная температура газовой среды (на 10 минуте).

. Время достижения пороговых и критических значений ОФП

Согласно ФЗ-123 «Технический регламент о требованиях пожарной безопасности», необходимым временем эвакуации считается минимальное время достижения одним из опасных факторов пожара своего критического значения.

Необходимое время эвакуации из помещения по данным математического моделирования

Таблица 2. Время достижения пороговых значений

В данном случае минимальным временем для эвакуации из помещения склада является время достижения предельной температуры газовой среды, равное 10 мин.

Вывод:

а) охарактеризовать динамику развития отдельных ОФП, последовательность наступления различных событий и в целом описать прогноз развития пожара;

b) сделать вывод о своевременности срабатывания пожарных извещателей, установленных в помещении (см. п. 8 таблица 2). В случае неэффективной работы пожарных извещателей предложить им альтернативу (приложение 3).

Определение времени от начала пожара до блокирования
эвакуационных путей опасными факторами пожара

Рассчитаем необходимое время эвакуации для помещения с размерами 60·24·6, пожарной нагрузкой в котором является хлопок в тюках. Начальная температура в помещении 20°С.

Исходные данные:

помещение

свободный объем

 м³;

безразмерный параметр

;

температура t₀ = 20 ⁰С;

горючая нагрузка

вид горючего материала - хлопок в тюках - ТГМ, n=3;

теплота сгорания Q = 16,7 ;

удельная скорость выгорания = 0,0167 ;

скорость распространения пламени по поверхности ГМ  ;

дымообразующая способность D = 0,6 ;

потребление кислорода = 1,15 ;

выделение диоксида углерода  = 0,578 ;

выделение оксида углерода  = 0,0052 ;

полнота сгорания ГМ ;

другие параметры

коэффициент отражения б = 0,3;

начальная освещенность Е = 50 Лк;

удельная изобарная теплоемкость С_р = 1,003·10 ^-3 МДж/кг·К;

предельная дальность видимости =20 м;

предельные значения концентрации токсичных газов:

 = 0,11 кг/м³;

= 1,16·10^-3 кг/м³;

Расчет вспомогательных параметров

А = 1,05·· = 1,05·0,0167· (0,0042)² = 3,093·10^-7 кг/с³

В = 353·С_р·V/(1-) ··Q = 353·1,003·10^-3·6912/(1-0.6)·0,97·16,7 = 377,6 кг

В/А = 377,69/3,093·10^-7 = 1,22·10⁹ c³

Расчет времени наступления ПДЗ ОФП:

1)       по повышенной температуре:

с.

2)       по потере видимости:

под знаком логарифма получается отрицательное число, поэтому данный фактор не представляет опасности.

3)       по пониженному содержанию кислорода:

4)       по углекислому газу СО₂

 −

под знаком логарифма получается отрицательное число, поэтому данный фактор не представляет опасности.

5)       по угарному газу СО

 −

под знаком логарифма получается отрицательное число, поэтому данный фактор не представляет опасности.

Критическая продолжительность пожара:

t_кр= miníý = í746; 772; ý = 746 с.

Критическая продолжительность пожара обусловлена временем наступления предельно допустимого значения температуры в помещении.

Необходимое время эвакуации людей из складского помещения:

t_нв = 0,8*t_кр/60 = 0,8*746/60 = 9,94 мин.

Сделать заключение о достаточности / недостаточности времени на эвакуацию по данным расчета.

Вывод: сравнить необходимое время эвакуации, полученное различными методами, и, при необходимости, объяснить различия в результатах.

. Расчет динамики ОФП для уровня рабочей зоны. Анализ обстановки на пожаре на момент времени 11 минут

Уровень рабочей зоны согласно ГОСТ 12.1.004-91 «Пожарная безопасность. Общие требования» принимается равным 1,7 метра.

Связь между локальными и среднеобъемными значениями ОФП по высоте помещения имеет следующий вид:

(ОФП− ОФП_о) = (ОФП− ОФП_о)·Z,

где ОФП− локальное (пороговое) значение ОФП;

ОФП_о − начальное значение ОФП;

ОФП − среднеобъемное значение опасного фактора;

Z − безразмерный параметр, вычисленный по формуле (см. п. 4.2).

Таблица 3. Динамика развития ОФП на уровне рабочей зоны

Время, мин             Тm, ^оС   , масс%,

Площадь пожара составляет 24,17 м.

Температура на уровне рабочей зоны составляет 52,4 ⁰С, что не достигает ПДЗ, равное 70 ⁰С.

Дальность видимости в помещении не изменилась и составляет

= 2,38/0,00042 = 5666 м.

Концентрация кислорода в норме: 22,513 масс%.

Парциальные плотности О₂, СО и СО₂ на уровне рабочей зоны равны соответственно:

 =  = 1,09948·22,513/100 = 0,247 кг/м³;

 =  = 1,09948·0,00211/100 = 2,3*10^-5 кг/м³;

 =  = 1,09948·0,22328/100 = 0,00245 кг/м³.

Таким образом, расчеты показали, что парциальная плотность кислорода находится выше ПДЗ, а токсичных газов - ниже.

Рис. 14. Схема газообмена в помещении в момент времени 11 минут

На 11 минуте горения газообмен протекает со следующими показателями: приток холодного воздуха составляет 3,26 кг/с, а отток нагретых газов из помещения - 10,051 кг/с.

В верхней части дверного проема идет отток задымленных нагретых газов из помещения, плоскость равных давлений находится на уровне 1,251 м, что ниже уровня рабочей зоны.

Вывод: на основании результатов расчетов дать подробную характеристику оперативной обстановки на момент прибытия пожарных подразделений, предложить меры по проведению безопасной эвакуации людей.

Общий вывод по работе

Сделать общий вывод по работе, включающий:

а) краткое описание объекта;

b) общая характеристика динамики ОФП при свободном развитии пожара;

c) сравнение критического времени наступления ПДЗ по опасным факторам пожара согласно расчетам компьютерной программы INTMODEL и методики определения времени от начала пожара до блокирования эвакуационных путей в результате распространения на них опасных факторов пожара согласно приложению №5 к приказу МЧС России от 10.07.2009 №404;

d) анализ срабатывания установленных в помещении пожарных извещателей при необходимости предложения по их замене;

e) характеристика оперативной обстановки на момент прибытия пожарных подразделений, предложения по проведению безопасной эвакуации людей;

f) вывод о целесообразности и перспективах использования компьютерных программ для расчета динамики ОФП при пожаре.

Литература

1.   Терентьев Д.И. Прогнозирование опасных факторов пожара. Курс лекций / Д.И. Терентьев, А.А. Субачева, Н.А. Третьякова, Н.М. Барбин // ФГБОУ ВПО «Уральский институт ГПС МЧС России». - Екатеринбург, 2012. - 182 с.

2.       Кошмаров Ю.А. Прогнозирование ОФП в помещении: Учебное пособие / Ю.А. Кошмаров/ - М.: Академия ГПС МВД России, 2000. -118 с.

.         Федеральный закон Российской Федерации от 22 июля 2008 г. №123-ФЗ «Технический регламент о требованиях пожарной безопасности».

.         Приказ МЧС РФ от 10.07.2009 №404 (с изменениями от 14 декабря 2010 г.) «Об утверждении методики определения расчетных величин пожарного риска на производственных объектах». - Пожаровзрывобезопасность. - №8. - 2009. - Стр. 7-12.

.         Приказ МЧС РФ от 30.06.2009 №382 (с изменениями от 11 апреля 2011) «Об утверждении методики определения расчетных величин пожарного риска в зданиях, сооружениях и строениях различных классов функциональной пожарной опасности». - Пожарная безопасность №3. - 2009. - Стр. 7-13.