Расчетно-аналитическое исследование показателей пожарной опасности веществ и прогнозирование динамики развития пожаров в помещении

(кДж/кмоль)

Т.к. ≤ , уточним искомую температуру линейной интерполяцией:

 

 

 

Определим давление взрыва:

 

(атм)

 

Определение концентрационных пределов воспламенения веществ

 

а) Дипропиловый эфир:

 

 

б) Смесь газов:

 

 

 

Определение температуры  вспышки и температурных пределов воспламенения паров дипропилового эфира

 

а) Определение температуры  вспышки.

Т_ВСП определим из уравнения Блинова:

 

 

 

С помощью уравнения  Антуана определим Р:

 

 

где A = 6,2408; В = 1397,34; С_А = 240,177 – постоянные Антуана

Примем t₁= -7 ; Т₁=266 К

Выбираем t₂= -6 ; Т₂=267 К

Так как  то методом линейной интерполяции определяем :

 

 

б) Определение температурных пределов:

 

 

Где A = 6,2408; В = 1397,34; С_А = 240,177 – постоянные Антуана

 

Сравнение расчетных  значений показателей пожарной опасности  дипропилового эфира со справочными  и расчет относительной погрешности

 

Таблица 1. Расчетные и справочные данные

№ п/п	Показатель	Размерность	Расчетные значения	Справочные значения	Относительная погрешность
1.	Теплота горения Qн	кДж/моль	3761,5	3760,0	0,04
2.	Темпер. горения Тгор		2118	1536,0	40,6
3.	Давление взрыва Рвзр	атм	9,66	-	-
4.	НКПВ (φн)	%	1,21	1,22	0,8
5.	ВКПВ (φв)	%	7,43	-	-
6.	НТПВ (tн)		- 14	- 14	0
7.	ВТПВ (tв)		19	18	5,5
8.	Темпер. вспышки Твсп		267	271	1,5

 

Определение относительной  погрешности:

 

 

Динамика развития внутреннего  пожара

 

Исходные данные:

Размеры помещения: а = 5 м; h = 5 м.

Предел огнестойкости  дверей, Q_дв = 0,1 ч.

Размеры дверных проемов: а ∙ в = 3 ∙ 2,5 м.

Размеры оконных проемов: а ∙ в = 1,8 ∙ 1,4 м.

Линейная скорость распространения  пламени, V_л = 0,5 м/мин.

Пожарная нагрузка аналогична древесине.

Расстояние от пола до оконных проемов: 0,5 м.

 

Расчет изменения  площади пожара в зависимости  от времени свободного развития пожара

 

Предположим, что в  момент возникновения пожара дверные  проемы были закрыты, распространение  пожара во все стороны происходит с одинаковой скоростью. Определим, через которое время вскроется оконный проем (рис. 2).

Расстояние от места  пожара до оконного проема составляет: м (проемы в стенах расположены симметрично). В первые 10 мин развития пожара принимаем скорость равной 0,5 ∙ V_л. Тогда время, за которое фронт пламени пройдет расстояние 2,5 м, будет равно:

 

 

Определим расстояние, которое  пройдет фронт пламени за 5 минут:

, то есть еще не дойдет до стен с дверным проемом и окном, т.к место возникновения пожара – центр помещения.

Определим площадь пожара через 5 минут после его возникновения:

 

 

В этом случае фронт распространения  пламени имеет форму круга  с радиусом 1,25 м.

Определим площадь пожара через 10 минут после его возникновения:

 

 

В этот момент фронт пламени распространяется по всей площади помещения 1.

На 15 минуте согласно 4 допущению [5], площадь пожара будет также равна 25 м².

Во второе и третье помещение пожар распространится через дверные проемы, огнестойкость которых 0,1 часа, т.е. 6 мин. Тогда распространение пожара во втором и третьем помещении начнется одновременно через 10 + 6 = 16 мин после его начала. До достижения продольных ограждений форма пожара будет иметь форму полукруга. Расстояние до ограждений составляет 2,5 м.

Расстояние в 2,5 м фронт  пламени пройдет за:

 

 

Таким образом, площадь пожара в двух направлениях на момент времени 21 мин составит:

 

 

 

С этого момента фронт горения принимает прямоугольную форму и, уточнив S_п на 21 минуте получим:

Оставшееся расстояние в 5 м фронт горения пройдет за время

Площадь пожара на момент времени 26 мин составит:

 

 

Таким образом, через 26 мин после возникновения пожара, все здание будет охвачено пламенем.

 

Рис. 1. Изменение площади пожара во времени

 

Расчет температуры  пожара в заданные промежутки времени

 

Температуру рассчитаем для четырех моментов времени: 12, 17, 23, 27 мин, выбранных произвольным образом на разных участках рис. 3.

а) Установим когда  и какие проемы вскроются. Найдем их общую площадь (F_пр) и площадь приточной части (F₁) приняв, что она составляет примерно 1/3 F_пр.

При τ = 12 мин фронт  горения достигнет 1 оконного и 2-х  дверных проемов, но дверные проемы не вскроются т.к. имеют предел огнестойкости 6 мин.

К 17 мин вскроются 2 дверных проема и 1 окно. Тогда:

К 23 мин будут вскрыты 2 оконных проема:

К 27 мин будут вскрыты  последние 4 оконных проема:

Для удобства все данные сводим в таблицу 2.

 

Таблица 2.

Время, мин	12	17	23	27
Fпола, м2	25	125	125	125
Sn, м2	25	25	95	125
F1, м2	0,84	5,84	1,68	3,36
F1/Sn	3,36∙10-2	0,23	1,77∙10-2	2,69∙10-2
Sn/Fпола	1	0,2	0,76	1
αв	1,9	4,9	1,9	1,9
Fпр, м2	2,52	17,52	5,04	10,08
Fпр/Sn	0,1	0,7	0,053	0,081
Vм, кг/( м2∙с)	0,009	0,014	0,014	0,008
Fогр, м2	147,48	185,6	732,5	1022,42
q, кВт/м2	22,7	26,4	29,9	34,3
t, °С	450	950	700	700

 

Плотность теплового  потока на заданные моменты времени  составит:

 

 

 

Рис. 2. Изменение температуры пожара во времени

 

Время свободного развития пожара составляет приблизительно 20 мин. Из рис. 1 видно, что площадь пожара в это время будет 70 м², т.е. огнем будет охвачено полностью первое помещение и часть второго и третьего помещений. К этому времени температура пожара достигнет 800 °С. Следовательно работа личного состава без снижения температуры невозможна.

 

Определение характеристик  поражающих факторов и степени их воздействия на людей и окружающую среду

 

Исходные данные:

Масса хранящихся на объекте  ГСМ (СУГ), Q = 100 т.

Размер объекта: 2х4 км.

Плотность рабочего персонала  на объекте, П_р = 2 тыс. чел./м².

Плотность населения  в поселке, П_н = 2 тыс. чел./м².

Расстояние от объекта  до поселка, х = 0,5 км.

Наименование СДЯВ, А  – сероуглерод.

Количество выброшенного СДЯВ, Q₀ – 50 т.

Степень вертикальной устойчивости воздуха: изотермия.

Температура воздуха, t = 0 °С.

Скорость ветра, V_в = 5 м/с.

Характер разлива: свободно.

Определить:

1. При взрыве хранилища СУГ:

1. Ожидаемую степень разрушения производственного кирпичного здания на расстоянии 300 м от хранилища сжиженных углеводородных газов;

2. Является ли объект экономики потенциально опасным при:

а) мгновенном и полном разрушении резервуара с СУГ;

б) неполном разрушении резервуара.

2. При взрыве склада ГСМ:

1. Величину радиуса смертельного поражения при взрыве топливовоздушной смеси (ТВС) в результате полного разрушения емкостей с бензином;

2. Ожидаемую степень разрушения зданий и сооружений в поселке на расстоянии 500 м от склада ГСМ.

Решение.

1. При взрыве хранилища СУГ:
1. В очаге взрыва газовоздушной смеси (ГВС) (Рис. 3) выделяются зоны, имеющие форму полусфер: I зона (детонационной волны) радиусом R₁ .

II зона (действия продуктов взрыва), радиус которой R₂ R₁ 1,7 ∙ 81 138 м.

 

 

 

 

 

Рис. 3. Зоны в очаге поражения при взрыве ТВС.

 

2. Производственное здание находится за пределами этих двух зон и оказалось в третьей зоне ударной воздушной волны. По графику (рис. 8 [5]), находим, что при массе взрывоопасной ГВС 100 т на расстоянии 300 м от центра взрыва величина избыточного давления должна составить 50 кПа (или 0,5 кг/см²).
3. Избыточное давление величиной 50 кПа вызовет сильные разрушения производственного кирпичного здания (табл. 12 приложения 2 [5]).
1. При мгновенном и полном разрушении резервуара во зрыве участвует вся масса СУГ (100 т). По табл. 9 [5] определяем, что число погибших из числа персонала 129 чел., а радиус смертельного поражения достигнет 139 м. Хотя среди населения жертв нет, так как расстояние от объекта экономики до поселка больше 139 м, объект при полном разрушении резервуара является потенциально опасным (погибло больше 10 человек).
2. При неполном разрушении резервуара облако ТВС образуется из 50 % массы СУГ, т.е. Q = 50 т. Среди населения в этом случае так же жертв нет, а среди персонала они достигнут 51 человека. Радиус смертельных поражений составит 88 м.

Следовательно, при неполном разрушении резервуара объект экономики  является потенциально опасным.

II. При взрыве склада ГСМ:

2.1. В очаге взрыва  топливовоздушной смеси (Рис. 5) выделяются зоны, имеющие форму полусфер: I зона (детонационной волны) радиусом R₁ ; II зона (действия продуктов взрыва), радиус которой R₂ R₁ 1,7 ∙ 81 138 м. В расчетах принимаем, что весь объем хранящихся ГСМ принимает участие во взрыве.

2.2. Поселок находится за пределами этих двух зон и оказался в третьей зоне ударной волны. По графику (рис. 8 [5]) находим, что при массе взрывоопасной ТВС 100 т на расстоянии 500 м от центра взрыва величина избыточного давления должна составить 23 кПа (0,23 кг/см²).

Избыточное давление величиной 0,23 кг/см² вызовет сильные разрушения деревянных и кирпичных зданий в поселке (табл. 12 приложения 2 [5]).

При мгновенном и полном разрушении емкостей с ГСМ во взрыве участвует вся масса ГСМ (100 т). По таблице 9 определяем, что число погибших из числа персонала 26 чел., а радиус смертельного поражения достигнет 139 м. Среди населения поселка жертв нет т.к. расстояние от объекта экономики до поселка больше 139 м.