Тема № 3 «Возникновение и развитие газообмена на пожаре. Основны. План конспект проведения занятия в школе оперативного мастерства с начальствующим составом уотп и паср главного управления Тема 3 Возникновение и развитие газообмена на пожаре. Основные параметры
![]()
|
УТВЕРЖДАЮ Заместитель начальника Главного управления МЧС России по Ростовской области (по ГПС) полковник внутренней службы В.Б.Завер «____»____________2022 год ПЛАН – КОНСПЕКТ проведения занятия в школе оперативного мастерства с начальствующим составом УОТП и ПАСР Главного управления Тема № 3: «Возникновение и развитие газообмена на пожаре. Основные параметры». Вид занятия: семинар: Отводимое время: 45 минут (1 учебный час) Цель занятия: изучить с руководящим составом основы возникновения и развития газообмена при пожаре и его основные параметры. Литература, используемая при проведении занятия: Приказ МЧС России от 16 октября 2017 г. N 444 «Об утверждении Боевого устава подразделений пожарной охраны, определяющего порядок организации тушения пожаров и проведения аварийно-спасательных работ»; Физико-химические основы развития и тушения пожара: учеб. пособие / И.И. Рашоян. — Тольятти: Изд-во ТГУ, 2013. - 107 с. Физико-химические основы развития и тушения пожаров: учеб. пособие С. А. Бобков, А. В. Бабурин, П. В. Комраков. - М.: Академия ГПС МЧС России, 2014. - 210 с.; Развернутый план занятия: Учебный вопрос № 1: Возникновение и развитие газообмена при пожаре. Его основные параметры, время 25 (мин.) Согласно статистических данных, большее количество пожаров во всем мире происходит внутри различных помещений. Такие пожары наносят наибольший суммарный социальный, экономический и экологический ущерб. При пожарах в помещениях ежегодно погибает людей больше, чем в различных войнах и вооруженных конфликтах. Даже грубый расчет показывает, что при горении мебели на рядовом пожаре в городской квартире, который имеет среднестатистическую площадь около 5 м2, среднеобъемную температуру 500-600 °С, за время свободного развития (около 20 мин) в окружающую среду выбрасывается 500-900 м3 продуктов горения. В их состав входит, как известно, ряд вредных и отравляющих веществ. Только в Москве суммарный объем выбросов в атмосферу от квартирных пожаров ежегодно составляет (6-12)106 м3. Первичный очаг пожара в большинстве случаев является точечным. То есть его площадь в момент возникновения намного меньше площади поверхности горючей нагрузки в помещении. Возникший процесс горения сначала стремится охватить максимально возможную площадь, если его вовремя не ликвидировать, он может распространиться на все помещение очага пожара, затем на смежные помещения, в результате пламенем будет охвачено все здание. При этом обстановка на пожаре во многом определяется развитием пожара в помещении первичного очага. В данном учебном вопросе рассматриваются основные особенности и взаимосвязь процессов горения, тепло- и газообмена, их влияние на динамику и параметры внутренних пожаров. Анализ проводится в рамках интегральной модели, согласно которой принимается, что газовая среда в помещении в каждый момент времени представляет собой хорошо перемешанную однородную смесь. Состояние этой смеси характеризуется среднеобъемными значениями температуры, плотности, давления. Статическое давление газовой смеси внутри помещения и воздуха снаружи изменяется по высоте в соответствии с законом Паскаля. В первом приближении можно считать, что это распределение является линейным и описывается выражением: ![]() ![]() ![]() ![]() До пожара распределение давлений воздуха по высоте внутри и снаружи помещения, как правило, складывается так, что в верхней части давление больше, а в нижней части - меньше атмосферного (рис. 1). ![]() Рис. № 1. Распределение давлений внутри и снаружи помещения: сплошная линия - эпюра давлений воздуха снаружи; пунктирная линия - эпюра давлений воздуха внутри помещения На некоторой высоте давление воздуха внутри равно давлению снаружи. На этом уровне располагается условная горизонтальная плоскость, которая называется плоскостью равных давлений (ПРД) или нейтральной зоной. Расстояние от ПРД до пола считается высотой нейтральной зоны и обозначается ![]() Через все отверстия, расположенные выше ПРД, воздух вытекает из помещения, ниже ПРД - поступает в помещение (см. рис. 1). Возникновение очага горения в помещении сразу вызывает повышение давления газовой среды, так как объем продуктов горения, даже при нормальных условиях, больше объема израсходованного воздуха. Среднеобъемная температура и, соответственно, плотность газовой среды в первый момент изменяются незначительно. В соответствии с выражением ![]() По мере развития процесса горения среднеобъемная температура повышается, плотность газовой среды уменьшается - эпюра давлений поворачивается. Одновременно с этим снижается концентрация кислорода в газовой среде, которая поступает в зону горения - в результате скорость выгорания уменьшается. Соответственно уменьшается скорость расширения газовой среды, и давление внутри помещения начинает снижаться - эпюра давлений смещается влево, ПРД поднимается (см. рис. 2). Через проемы, расположенные ниже ПРД, в помещение поступает воздух, через проемы, расположенные выше ПРД, выталкивается образующаяся смесь газов, состав которой изменяется по мере развития процесса горения. ![]() Рис. № 2. Изменение положения ПРД при появлении и развитии очага горения. Газообменом на внутреннем пожаре является вентиляция помещения, инициируемая процессом горения и тесно с ним взаимосвязанная. Основными параметрами газообмена являются: требуемый расход воздуха ![]() фактический расход воздуха ![]() коэффициент избытка воздуха α, равный отношению:
Требуемый расход воздуха находится по формуле
где ![]() ![]() ![]() ![]() В качестве примера рассмотрим пожар в помещении с одним открытым проемом. В ходе развития пожара параметры процессов горения, тепло- и газообмена изменяются. Во многом это определяется положением плоскости равных давлений относительно верхней и нижней отметок проема. В начальный момент возникновения притока воздуха в помещение плоскость равных давлений, как правило, оказывается на уровне потолка. По мере развития процесса горения и, соответственно, увеличения объема выделяющихся газов она опускается. Это продолжается до тех пор, пока массовая скорость выгорания горючего ![]() Пока ПРД располагается выше верхней отметки проема, газы из помещения не удаляются, и проем работает только на приток воздуха. Если ПРД находится между верхней и нижней отметками проема, выше ПРД из помещения выходят нагретые газы, ниже - в помещение поступает воздух. В тех случаях, когда ПРД опускается ниже нижней отметки проема, приток воздуха в помещение прекращается, интенсивность горения уменьшается, массовая скорость выгорания падает. Вследствие этого уменьшается объем выделяющихся газов и, соответственно, давление в помещении. Плоскость равных давлений поднимается, и в помещение поступает воздух. Для оценки фактического расхода воздуха ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() Рис. № 3. Схема распределения давлений и газовых потоков при пожаре в помещении: стрелками показано направление движения газовых потоков; сплошная линия - эпюра давлений воздуха снаружи; пунктирная линия - эпюра давлений газовой среды внутри помещения Тогда на расстоянии h от ПРД давление газов будет равно ![]() ![]() ![]() ![]() Разность давлений газа (внутри помещения) и воздуха (снаружи) на расстоянии h будет равна: выше ПРД ![]() ниже ПРД ![]() Поскольку нас интересует не направление действия ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]()
Массовые расходы газа ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() Очевидно, что массовые расходы газов и воздуха находятся по выражениям:
где ![]() ![]() ![]() ![]() После интегрирования получим:
При достижении стационарного режима газообмена, когда ![]() ![]() Это позволяет в каждый момент времени считать процесс газообмена квазистационарным при ![]()
Подставив выражение (9) в выражение (8) и учитывая, что произведение ![]() ![]()
Проведем анализ этой формулы. Коэффициент сопротивления проема изменяется в пределах 0,6-0,7. Можно считать, что ![]()
где ![]() ![]() Плотность воздуха обычно принимается равной 1,2 кг/м3, а ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]()
Произведение ![]() Учебный вопрос № 2: Тепловой баланс помещения при пожаре, время 10 (мин.) На пожаре источником тепла является зона горения. Интенсивность тепловыделения прямо пропорциональна массовой скорости выгорания, что следует из формулы ![]() Если бы тепло, выделяющееся в зоне горения, расходовалось только на нагрев газовой среды внутри помещения, то ее максимальная температура постепенно достигала бы температуры пламени. Максимальная температура диффузионного пламени газов составляет около 1350 °С, большинства жидкостей - 1250 °С, твердых материалов - 1150 °С. Однако часть тепла, выделяющегося в зоне горения, поглощают строительные конструкции, часть теряется в результате излучения через открытые проемы, затрачивается на нагрев горючих материалов (главным образом в ходе начальной стадии пожара), уходит из помещения вместе с продуктами горения через проемы. Все это приводит к тому, что температура внутреннего пожара всегда ниже температуры пламени. В общем виде тепловой баланс внутреннего пожара может быть представлен следующим уравнением:
где ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() Температура газовой среды в помещении определяется величиной ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() Интенсивность поглощения тепла горючими веществами зависит от их теплофизических свойств, проявляется главным образом на начальной стадии пожара и на ![]() Таким образом, ![]() ![]() ![]() ![]()
где ![]() ![]() ![]() Представим сумму ![]() ![]() ![]() ![]() или
Если ![]() ![]() ![]() Если ![]() ![]() ![]() Если ![]() ![]() Учебный вопрос № 3: Режимы внутренних пожаров, время 10 (мин.) Поскольку ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() Рис. № 4. Вид зависимости массовой скорости выгорания от проемности помещения Если при данной проемности помещения скорость притока воздуха к поверхности горения не обеспечивает максимальную скорость выгорания, увеличение ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() Таким образом, ПРН - режим пожара, при котором массовая скорость выгорания определяется характеристиками пожарной нагрузки и не зависит от изменения притока воздуха в помещение, ПРВ - режим пожара, при котором расход воздуха, поступающего в помещение, лимитирует массовую скорость выгорания. ![]() Рис. № 5. Вид зависимости максимальной температуры пожара от проемности помещения Как видно из рис. 5, в помещениях с различной проемностью может устанавливаться одинаковая среднеобъемная температура. Однако обстановка на пожаре может существенно различаться. Как правило, пожары, регулируемые вентиляцией, более опасны, чем пожары, регулируемые нагрузкой. Они протекают при недостатке воздуха. Поэтому горючие газы, выделяющиеся в результате пиролиза или испарения горючего материала, внутри помещения полностью не сгорают. Это приводит к увеличению объема пламени, выбрасываемого наружу через проем, что увеличивает опасность распространения пожара на верхние этажи здания. Следует отметить, что большую роль в этом играет форма проема - соотношение его ширины ![]() ![]() Недостаток воздуха при ПРВ приводит к тому, что дым, проникающий в смежные помещения, также содержит продукты неполного сгорания и несгоревшие газы. Концентрация этих веществ за время свободного развития пожара может превысить верхний концентрационный предел распространения пламени. При вскрытии проема в такое помещение (например, для подачи ствола) происходит образование и воспламенение горючей смеси, сопровождающееся выбросом пламени. Искусственное увеличение притока воздуха при ПРВ в первый момент вызывает некоторое понижение среднеобъемной температуры газов. Однако в дальнейшем новый приток воздуха к поверхности горения приводит к росту массовой скорости выгорания и повышению температуры пожара. Как показали исследования ВНИИПО, в результате увеличения площади проема при ПРВ температура пожара может возрасти в 2 раза. То же самое при ПРН может вызвать снижение ![]() Таким образом, в зависимости от режима пожара вмешательство в газообмен при его тушении может привести к прямо противоположным результатам, что является следствием взаимосвязи и взаимозависимости процессов горения, тепло- и газообмена. Пособия и оборудование, используемые на занятии: плакаты, план конспект. Главный специалист ООСПСП УОПТ и ПАСР Главного управления капитан внутренней службы Д.В. Кулик « » 2022 |