Общие сведения о методах прогнозирования

Тема. Общие сведения о методах прогнозирования

ОФП в помещении

Общие понятия и сведения об опасных факторах пожара

2. Методы прогнозирования ОПФ

Общие понятия и сведения об опасных факторах пожара

Разработка экономически оптимальных и эффективных противопожарных мероприятий основана на научно-обоснованном прогнозе динамики ОФП.

Прогнозирование ОФП необходимо:

При разработке рекомендаций по обеспечению безопасной эвакуации людей при пожаре
При создании и совершенствовании систем сигнализации и автоматических систем пожаротушения
При разработке оперативных планов тушения (планирование действий боевых подразделений на пожаре)
При оценке фактических пределов огнестойкости.

Современные методы прогнозирования пожара позволяют воспроизвести (восстановить) картину развития реального пожара. Это необходимо при криминалистической или пожарно-технической экспертизе пожара.

Пожаром называется неконтролируемое горение, причиняющее материальный ущерб, вред жизни и здоровью граждан, интересам общества и государства. Каждый пожар характеризуется наличием опасных факторов.

Опасный фактор пожара (ОФП) — фактор пожара, воздействие которого приводит к материальному ущербу:

открытое пламя и искры;
повышенная температура окружающей среды;
токсичные продукты горения;
дым;
пониженная концентрация кислорода;
последствия разрушения и повреждения объекта;
опасные факторы, проявляющиеся в результате взрыва(ударная волна, пламя, обрушение конструкций и разлет осколков, образование вредных веществ с концентрацией в воздухе существенно выше ПДК).

К опасным факторам пожара, воздействующим на людей и имущество, относятся:

пламя и искры;
тепловой поток;
повышенная температура окружающей среды;
повышенная концентрация токсичных продуктов горения и термического разложения;
пониженная концентрация кислорода;
снижение видимости в дыму.

При оценке первичных ОФП необходимо помнить, что основными из них являются токсические продукты горения и термического разложения, представляющие собой раскаленную до 300–400 °C смесь высокотоксичных отравляющих веществ, парализующих органы дыхания человека за один-два вдоха. Статистика гибели людей на пожарах показывает, что около 80 % погибших были поражены именно этим ОФП.

К сопутствующим проявлениям опасных факторов пожара относятся:

осколки, части разрушившихся зданий, сооружений, строений, транспортных средств, технологических установок, оборудования, агрегатов, изделий и иного имущества;
радиоактивные и токсичные вещества и материалы, попавшие в окружающую среду из разрушенных технологических установок, оборудования, агрегатов, изделий и иного имущества;
вынос высокого напряжения на токопроводящие части технологических установок, оборудования, агрегатов, изделий и иного имущества;
опасные факторы взрыва, ГОСТ 12.1.010 происшедшего вследствие пожара;
воздействие огнетушащих веществ[3].

Основными факторами, характеризующими опасность взрыва, являются:

1.максимальное давление и температура взрыва;

2.скорость нарастания давления при взрыве;

3.давление во фронте ударной волны;

4.дробящие и фугасные свойства взрывоопасной среды.

ОФП - физические понятия, каждый из ОФП представлен в количественном отношении одной или несколькими физическими величинами

Первый опасный фактор – Пламя.

Пламя – видимая часть пространства (пламенная зона), внутри которой протекает процесс окисления (горения) и происходит тепловыделение, а также генерируются токсичные газообразные продукты, и поглощается забираемый из окружающего пространства кислород. Кроме того, в границах этой части пространства (зоны) образуется специфическая дисперсная среда, особые оптические свойства которой обусловлены процессами рассеяния энергии световых волн вследствие их многократного отражения от мельчайших твердых (и жидких) частиц. Этот процесс образования дисперсной среды, ухудшающей видимость, принято называть процессом дымообразования.

Пламенную зону (по отношению) к V помещения, заполненному газом), можно рассматривать:

Во-первых, как «источник», поставляющий в помещение тепловую энергию и токсичные продукты, а также мельчайшие твердые (жидкие) частицы, из-за которых ухудшается видимость

Во-вторых, «пламенная зона» рассматривается как «сток», в который уходит кислород из помещения.

Содержание понятия «пламя» представлено в количественном отношении следующими величинами:

1) характерными размерами пламенной зоны (очага горения), например площадью горения (площадью пожара) Fr,м2;

2) количеством сгорающего (окисляемого) за единицу времени горючего материала (ГМ) (скоростью выгорания) y, кг·с-1;

3) мощностью тепловыделения Qпож, Вт; Qпож = yQРН, где QРН - теплота сгорания, Дж·кг-1;

4) количеством генерируемых за единицу времени в пламенной зоне токсичных газов yLi, кг·с-1, где Li - количество i-го токсичного газа, образующегося при сгорании единицы массы ГМ;

5) количеством кислорода, потребляемого в зоне горения yLi, кг·с-1, где Li - количество кислорода, необходимое для сгорания (окисления) единицы массы ГМ;

6) оптическим количеством дыма, образующегося в очаге горения yD,Непер·м2·с-1, где D - дымообразующая способность горючего материала, Непер·м2·кг-1.

Второй опасный фактор –повышенная температура среды

Температура среды, заполняющей помещение, является параметром состояния, он обозначается Т, если используется размерность Кельвин или t, если используется размерность градусы Цельсия.

Третий опасный фактор пожара - тепловой поток.

Четвертый опасный фактор – токсичные продукты горения. Этот фактор количественно характеризуется парциальной плотностью (или концентрацией) каждого токсичного газа. Парциальная плотность компонентов газовой среды в помещении является параметром состояния. Обозначается , размерность - кг·м-3. Сумма парциальных плотностей всех компонентов газовой среды равна плотности газа p. Концентрацией токсичного i-го газа обычно называют отношение парциальной плотности этого газа pi к плотности газа , т. е.

Если умножить отношение на 100 процентов, то получим значение концентрации продукта в процентах.

Пятый опасный фактор пожара – дым. Этот фактор количественно представляют параметром, называемым оптической концентрацией дыма. Этот параметр обозначают буквой µ, его размерность - Непер·м-1. (Иногда параметр µ называют натуральным показателем ослабления.) Расстояние видимости в дыму lвид и оптическая концентрация дыма связаны между собой простым соотношением

Шестой опасный фактор пожара- пониженная концентрация кислорода в помещении. Этот фактор количественно характеризуется значением парциальной плотности кислорода pi или отношением ее к плотности газовой среды в помещении p,

т. е.

Вышеприведенные величины: температура среды, парциальные плотности (концентрации) токсичных газов и кислорода, оптическая плотность дыма - являются параметрами состояния среды, заполняющей помещение при пожаре. Они характеризуют свойства газовой среды в помещении. Начиная с возникновения пожара, в процессе его развития эти параметры состояния непрерывно изменяются во времени, т.е.

, , , .

Совокупность этих зависимостей составляет суть динамики ОФП.

При рассмотрении воздействия ОФП на людей используются так называемые предельно допустимые значения (ПДЗ) параметров состояния среды в зоне пребывания людей (рабочей зоне). Предельно допустимые значения ОФП получены в результате обширных медико-биологических исследований, в процессе которых установлен характер воздействия ОФП на людей в зависимости от значений их количественных характеристик.

Так например, установлено, что если концентрация кислорода уменьшится вдвое по сравнению с нормальной концентрацией его в воздухе (нормальная концентрация составляет 23%, т.е приблизительно 270г О2 в м3 воздуха, то нарушается деятельность сердечно-сосудистой системы и органов дыхания человека. Также он теряе способность реальной оценки событий. При уменьшении концентрации кислорода в 3 раза по сравнению с нормальной концентрацией, останввливается дыхание и через 5 мин отанавливается работа сердца.

Следует подчеркнуть, что в условиях пожара имеет место одновременное воздействие на человека всех ОФП. Вследствие этого опасность многократно увеличивается. Предельно допустимые значения ОФП указаны в ГОСТ 12.1.004-91 и СП 11.13130.2009

Таблица.

Недопустимые значения опасных факторов пожара

Опасный фактор пожара	Его критические (недопустимые) значения
Интенсивность теплового излучения	более 7,0 кВт/м2
Температура	более 70 градусов Цельсия
Минимальная видимость	менее 20м
Концентрация СО2	более 0.11 кг/м3
Концентрация СО	более 1.16 х 10-3 кг/м3
Концентрация HCL	более 2,3 x 10-7 кг/м3
Концентрация О2	менее 15%

При рассмотрении воздействия ОФП на элементы конструкций и оборудование используются критические значения параметров, характеризующих термическое воздействие пожара на них. Например, при оценке воздействия пожара на железобетонные конструкции применяется понятие критического значения температуры арматуры этих конструкций. Обычно считается, что при нагревании арматуры до температуры, равной 500 - 550 °С, происходит разрушение железобетонной конструкции. При оценке воздействия пожара на остекление предполагается, что при температуре газовой среды в помещении, равной 300 - 350 °С, будет происходить разрушение остекления.

В динамике развития пожара выделяют несколько основных фаз.

Первая фаза (до 10 мин.) – начальная стадия, включающая переход возгорания в пожар за время примерно в 1–3 минуты и рост зоны горения в течение 5–6 минут. При этом происходит преимущественно линейное распространение огня вдоль горючих веществ и материалов, что сопровождается обильным дымовыделением. На этой фазе очень важно обеспечить изоляцию помещения от поступления наружного воздуха, так как в некоторых случаях в герметичном помещении наступает самозатухание пожара.

Вторая фаза – стадия объемного развития пожара, занимающая по времени 30–40 минут. Характеризуется бурным процессом горения с переходом в объемное горение; процесс распространения пламени происходит дистанционно за счет передачи энергии горения на другие материалы.

Через 15–20 минут происходит разрушение остекления, резко увеличивается приток кислорода, максимальных значений достигают температура (до 800–900 °C) и скорость выгорания. Стабилизация пожара при максимальных его значениях происходит на 20–25 минутах и продолжается еще 20–30 минут. При этом выгорает основная масса горючих материалов.

Третья фаза – стадия затухания пожара, т. е. догорание в виде медленного тления, после которого пожар прекращается.

Анализ динамики развития пожара позволяет сделать следующие выводы.

Технические системы пожарной безопасности (сигнализации и автоматического тушения пожара) должны сработать до достижения максимальной интенсивности горения, а лучше – в начальной стадии пожара. Это позволит руководителю учреждения иметь запас времени, чтобы организовать мероприятия по защите людей.

Пожарные подразделения прибывают, как правило, через 10–15 минут после вызова, т. е. через 15–20 минут после возникновения пожара, когда он принимает объемнуюформу и максимальную интенсивность.

Методы прогнозирования ОФП различают в зависимости от вида математической модели пожара и делятся на три класса (три вида) : интегральные, зонные, полевые (дифференциальные).

Интегральная модель пожара позволяет получить информацию, т.е. сделать прогноз, о средних значениях параметров состояния среды в помещении для любого момента развития пожара.

Зонная модель позволяет получить информацию о размерах характерных зон, возникающих при пожаре в помещениях и средних параметров состояния среды в этих зонах.

Полевая дифференциальная модель позволяет рассчитать для любого момента развития пожара значения всех локальных параметров состояния во всех точках пространства внутри помещения.

Перечисленные модели отличаются друг от друга объемом той информации, которую они могут дать о состоянии газовой среды в помещении и взаимодействующих с нею конструкций на разных этапах пожара.

В математическом отношении три вышеуказанных вида моделей пожара характеризуются разным уровнем сложности. Наиболее сложной в математическом отношении является полевая модель.

PAGE \* MERGEFORMAT 1

Общие сведения о методах прогнозирования