Выбор средств пожарной автоматики => 4. расчет критического времени развития пожара. 5. выбор огнетушащего вещества, способа пожаротушения. И типа аупт....

4. РАСЧЕТ КРИТИЧЕСКОГО ВРЕМЕНИ РАЗВИТИЯ ПОЖАРА

 

В зависимости от особенностей защищаемого помещения (наличие людей, минимизация ущерба от пожара, исключение его распространения) определяют критическую продолжительность (время) развития пожара для одного или нескольких вариантов:

- обеспечения своевременной эвакуации людей;

- развития пожара до начальной стадии;

- предотвращения распространения пожара за пределы помещения.

4.1. Расчет критического времени пожара, необходимого для обеспечения своевременной эвакуации людей, проводят по методике, изложенной в ГОСТ 12.1.004.

Задача заключается в выборе схемы пожара, которая приводит к наиболее быстрому развитию одного из опасных факторов пожара (ОФП).

Развитие ОФП зависит от вида горючих веществ и материалов и площади горения, которая, в свою очередь, обуславливается свойствами самих материалов, а также способом их укладки и размещения.

4.1.1. Выбор схемы пожара.

Первоначально выбирают возможные расчетные схемы развития пожара, которые могут быть реализованы при пожаре на защищаемом объекте. Для каждой схемы вычисляют комплексы A, n; B, z.

4.1.1.1. Каждая расчетная схема характеризуется значениями комплекса А и n, которые зависят от формы поверхности горения, характеристик горючих веществ и материалов и определяются следующим образом:

а) для горения легковоспламеняющихся и горючих жидкостей, разлитых на площади S:

- при горении жидкости с установившейся скоростью горения

А = yS, n = 1, (4.1)

где y - удельная массовая скорость выгорания, кг×м^-2×с^-1;

А - размерный параметр, учитывающий удельную массовую скорость выгорания горючего материала и площадь пожара, кг×с^-n ;

n - расчетный параметр (показатель степени), учитывающий изменение массы выгоревшего материала во времени;

- при горении жидкости с неустановившейся скоростью горения

А = 0,67yS/, n = 1,5, (4.2)

где t_ст - время установления стационарного режима выгорания жидкости.

Значение t_ст принимают в зависимости от температуры кипения жидкости:

до 100 °С - 180 с;

от 101 до 150 °С - 240 с;

более 150 °С - 360 с.

б) для кругового распространения пламени по поверхности равномерно распределенного в горизонтальной плоскости горючего материала:

А = 1,05y, n = 3, (4.3)

где v_л - линейная скорость распространения пламени по поверхности горючего материала;

в) для вертикальной или горизонтальной поверхности горения в виде прямоугольника, одна из сторон которого увеличивается в двух направлениях за счет распространения пламени (например, горизонтальное направление огня по занавесу после охвата его пламенем по всей высоте):

А = y v_лb, n = 2, (4.4)

где b - размер зоны горения, перпендикулярный направлению движения пламени;

г) для вертикальной поверхности горения, имеющей форму прямоугольника (горение занавеса, одиночных декораций, горючих или облицовочных материалов стен при воспламенении снизу до момента достижения пламенем верхнего края материала):

А = 0,667yv_гv_в, n = 3, (4.5)

где v_г - среднее значение горизонтальной скорости распространения пламени;

v_в - среднее значение вертикальной скорости распространения пламени;

д) для поверхности горения, имеющей форму цилиндра (горение пакета декораций или тканей, размещенных с зазором):

А = 2,09y v_гv_в, n = 3. (4.6)

Для вычисления комплексов B и z определяют геометрические характеристики защищаемого помещения. К ним относятся его геометрический объем, приведенная высота и высота каждой из рабочих зон.

4.1.1.2. Вычисление комплексов В и z.

Определяют геометрический объем на основе размеров и конфигурации помещения. Приведенную высоту вычисляют как отношение геометрического объема к площади горизонтальной проекции помещения. Высоту рабочей зоны h рассчитывают по формуле

h = h_отм + 1,7 - 0,5d, (4.7)

где h_отм - высота отметки зоны нахождения людей над полом помещения;

d - разность высот пола; d = 0 - при его горизонтальном расположении.

Находят значения комплексов В и z:

В = ; (4.8)

, при h £ 6 м, (4.9)

где B - размерный комплекс, зависящий от теплоты сгорания материала и свободного объема помещения, кг;

z - безразмерный параметр, учитывающий неравномерность распределения ОФП по высоте;

V - объем объекта (помещения), м³;

Q - низшая теплота сгорания, мДж×кг^-1;

h - высота рабочей зоны, м;

Н - высота объекта, м;

j - коэффициент теплопотерь,

h - коэффициент полноты горения.

С_р - удельная изобарная теплоемкость газа, МДж×кг^-1.

4.1.1.3. Развитие ОФП.

Каждой рассмотренной выше расчетной схеме присваивают порядковый номер (индекс j). Вычисляют значение критической продолжительности пожара (t_крj) по условию достижения каждым из ОФП предельно допустимых значений в зоне пребывания людей (рабочей зоне):

а) по повышенной температуре

, (4.10)

где Т₀ - начальная температура в помещении до начала пожара;

б) по потере видимости

, (4.11)

где a - коэффициент отражения (альбедо) предметов на путях эвакуации;

E - начальная освещенность путей эвакуации, лк;

D - дымообразующая способность горящего материала, Нп×м²×кг^-1 (значения приведены в табл. 3, прил. 2);

l_пр - предельная дальность видимости в дыму, м.

При отсутствии специальных требований значения a и Е принимаются равными соответственно 0,3 и 50 лк;

в) по пониженному содержанию кислорода

. (4.12)

где - удельный расход кислорода, кг×кг^-1 (прил. 2, табл. 4);

г) по предельно допустимому содержанию каждого из газообразных токсичных продуктов горения

. (4.13)

где X - предельно допустимое содержание токсичного газа в помещении, кг×м^-3 ( = 0,11 кг×м^-3; X_СО = 1,16×10^-3 кг×м^-3; X_HCL = 23×10^-6 кг×м^-3);

L - удельный выход токсичных газов при сгорании одного кг материала, кг×кг^-1 (значения приведены в прил. 2, табл. 4).

Если под знаком логарифма получается отрицательное число, то данный ОФП не представляет опасности.

Последующий расчет производят для наиболее опасного варианта развития пожара, который характеризуется наибольшим темпом нарастания ОФП в рассматриваемом помещении.

Для этого выбирают наиболее опасные схемы развития пожара, для которых определяют критическую продолжительность пожара ():

= min. (4.14)

Находят количество выгоревшего к моменту материала

m_j = A_j. (4.15)

Каждое значение m_j в выбранной j-й схеме сравнивают с общей массой горючего материала на защищаемом объекте М. Расчетные схемы, для которых m_j > М, исключают из дальнейшего рассмотрения.

Из оставшихся расчетных схем выбирают наиболее опасную, для которой критическая продолжительность пожара минимальна:

m_j = min . (4.16)

Полученное значение t_кр и есть критическая продолжительность пожара для расчетной схемы обеспечения безопасности людей.

Определяют время, необходимое для эвакуации людей:

= К_б » 0,8 . (4.17)

По методике, приведенной в ГОСТ 12.1.004 определяют время эвакуации людей из защищаемого объекта _.

Значение должно удовлетворять следующему неравенству:

£ . (4.18)

4.2. Расчет критического времени пожара на начальной стадии.

В соответствии с ГОСТ 12.3.046-91 АУПТ должна срабатывать до окончания начальной стадии пожара.

Минимальную продолжительность начальной стадии пожара t_нсп в помещении определяют в соответствии с ГОСТ 2.1.004 следующим методом.

4.2.1. Рассчитывают количество приведенной пожарной нагрузки (g) по формуле

, (4.19)

где g_i - количество приведенной пожарной нагрузки, состоящей из i-го горючего и трудногорючего материала.

Значение g_i вычисляют по формуле:

, (4.20)

где - количество горючего и трудногорючего i-го материала на единицу площади, кг×м^-2;

- теплота сгорания i-го материала, мДж×кг^-1.

4.2.2. Вычисляют продолжительность начальной стадии пожара по формулам:

а) для помещения объемом V £ 3^.10³ м³

t_нсп = ; (4.21)

б) для помещения объемом V > 3^.10³ м³

t_нсп = , (4.22)

где - минимальная (приведенная) продолжительность начальной стадии пожара (с), в зависимости от объема помещения определяется графически по данным рис. 4.1 или 4.2;

 

 

H = 6,6; 1-g = (2,4-14) кг×м^-2; 2-g = (67-110) кг×м^-2; 3-g = 640 кг×м^-2;

H = 7,2 м; 1-g =( 60-66) кг×м^-2; 2-g = (82-155) кг×м^-2; 3-g = 200 кг×м^-2;

H = 8 м; 1-g=60 кг×м^-2; 2-g = (140-160) кг×м^-2 ; 3-g = (210-250) кг×м^-2;

H = 4,8; g = (169-70) кг×м^-2

 

Рис. 4.1. Зависимость минимальной продолжительности начальной стадии пожара в помещении в зависимости от объема помещения высоты помещения и количества приведенной пожарной нагрузки

 

 

Зависимость минимальной продолжительности начальной стадии пожара в помещении в зависимости от объема помещения высоты помещения и количества приведенной пожарной нагрузки:

1-H = 3 м; 2-H = 6 м; 3-H = 12 м

 

- средняя скорость потери массы пожарной нагрузки в начальной стадии пожара,

кг×м^-2×с^-1, вычисляют по формуле

=, (4.23)

где - скорость потери массы в начальной стадии пожара i-го материала пожарной нагрузки, кг×м^-2×с^-1;

- средняя теплота сгорания пожарной нагрузки, мДж×кг^-1, вычисляют по формуле

; (4.24)

v - линейная скорость распространения пламени, м×с^-1.

Допускается в качестве величины v брать максимальное значение для составляющих пожарную нагрузку материалов.

Значения величин v, y_i, для основных горючих материалов приведены в прил. 2.

4.2.3. Критическое время на начальной стадии пожара может быть принято равным минимальной продолжительности начальной стадии пожара t_нсп:

= t_нсп. (4.25)

С целью минимизации ущерба от пожара критическое время может быть уменьшено с учетом коэффициента безопасности К_б

= К_бt_нсп. (4.26)

4.3. Обоснование критического времени для предотвращения распространения пожара за пределы защищаемого объекта.

В ряде случаев по требованию заказчика проектирование АУПТ производится с целью предотвращения распространения пожара за пределы защищаемого объекта. Обычно это достигается при сохранении целостности элемента конструкции защищаемого объекта с минимальной огнестойкостью.

При этом продолжительность пожара в защищаемом объекте определяется по ГОСТ 12.1.004 и другим действующим нормативным документам.

 

5. ВЫБОР огнетушащего вещества, СПОСОБА ПОЖАРОТУШЕНИЯ

и типа АУПТ

 

5.1. Возможные ОТВ выбирают в соответствии с НПБ 88-2001*. Учитывают также рекомендуемые сведения, приведенные в таблице 5.1, о применимости огнетушащих веществ для АУП в зависимости от класса вероятного пожара по ГОСТ 27331 (см. табл. 4.1), свойств находящихся на объекте материальных ценностей.

Для объектов, функциональная пожарная опасность которых отнесена к классам Ф2 или Ф3, учитывают также приведенные прил. 1 (табл. 3, 4) сведения о токсичности ОТВ.

Данные табл. 5.1 получены методом экспертного опроса. Дисперсность воды, применяемой для тушения легковоспламеняющихся жидкостей (ЛВЖ) и горючих жидкостей (ГЖ), зависит от температуры их вспышки.

При использовании пенообразователя учитывают температуру кипения летучих жидкостей.

Пенообразователи целевого назначения используют как для тушения конкретных веществ (например, пенообразователи ПО-6ТФ-У, ПО-6ЦФП и др. - для полярных (водорастворимых) горючих жидкостей, ПО-6ЦТ и ПО-6НП особенно эффективны при тушении нефтепродуктов), так и для специфических условий (например, пенообразователь ПО-6ЦНТ и ПО-6МТ и др. - для условий Крайнего Севера, пенообразователи “Морпен”, ПО-6ТС-М, ПО-6НП-М и др. - для получения пены кратностью от 10 до 1000 с применением морской воды; пленкообразующие фторсинтетические пенообразователи ПО-6А3F, ПО-6ТФ, ПО-6ЦФ и другие совместимы с пресной, оборотной и морской водой и со стандартным пожарным оборудованием).

Для выбранных ОТВ проверяют противопоказания к их применению по данным НПБ 88-2001*, таблицы 5.1 и справочным материалам.

Так, водопенные ОТВ нельзя применять для тушения следующих материалов:

- алюминийорганических соединений (реакция со взрывом);

- литийорганических соединений; азида свинца; карбидов щелочных металлов; гидридов ряда металлов - алюминия, магния, цинка; карбидов кальция, алюминия, бария (разложение с выделением горючих газов);

- гидросульфита натрия (самовозгорание);

- серной кислоты, термитов, хлорида титана (сильный экзотермический эффект);

- битума, перекиси натрия, жиров, масел, петролатума (усиление горения в результате выброса, разбрызгивания, вскипания).

Газовые ОТВ не применяют для тушении пожаров:

- волокнистых, сыпучих, пористых и других горючих материалов, склонных к самовозгоранию и тлению внутри объема вещества (древесные опилки, хлопок, травяная мука и др.);

- химических веществ и их смесей, полимерных материалов, склонных к тлению и горению без доступа воздуха;

- гидридов металлов и пирофорных веществ;

- порошков металлов (натрий, калий, магний, титан и др.).

 

Примечание. Тушение пожаров класса С предусматривается, если при этом не происходит образования взрывоопасной атмосферы. Озоноопасные газовые ОТВ (хладон 114В2, хладон 13В1 и др.) применяют в соответствии только для противопожарной защиты объектов особой важности.

 

Порошки огнетушащие не обеспечивают полного прекращения горения и не должны применяться для тушении пожаров:

- горючих материалов, склонных с самовозгоранию и тлению внутри объема вещества (древесные опилки, хлопок, травяная мука, бумага и др.);

- химических веществ и их смесей, пирофорных и полимерных материалов, склонных к тлению и горению без доступа воздуха.

Огнетушащие аэрозоли не применяют для тушения пожара горючих материалов подкласса А1, если количество материала велико и его пожаротушение не может быть осуществлено штатными ручными средствами, предусмотренными ППБ 01 и НПБ 155. Другие ограничения к применению огнетушащих аэрозолей приведены в гл. 9 НПБ 88-2001*.

По результатам проверки исключают ОТВ, которые не могут быть применены на объекте защиты.

Проверяют противопоказания к применению ОТВ в зависимости от объема и высоты защищаемого помещения.

Огнетушащие аэрозоли не применяют в помещениях высотой более 10 м. Объем помещений не должен превышать 10000 м³, объем кабельных сооружений (полуэтажи, коллекторы, шахты) - 3000 м³.

5.2. Определяют вероятный способ пожаротушения для выбранных ОТВ по данным НПБ 88-2001* и таблицы 5.2.

Применяют способы пожаротушения по поверхности (локальный по поверхности) или объемный (локальный по объему).

Объемный способ пожаротушения обеспечивает создания среды, не поддерживающей горение во всем объеме защищаемого помещения (сооружения). При пожаротушении по поверхности огнетушащее вещество воздействует на горящую поверхность защищаемого помещения (сооружения).

Локальный способ пожаротушения по объему обеспечивает воздействие огнетушащего вещества на часть объема помещения и/или на отдельную технологическую единицу.

Локальный способ пожаротушения по поверхности предусматривает воздействие огнетушащего вещества на часть площади помещения и/или на отдельную технологическую единицу.

При выборе способа пожаротушения следует учитывать экранирующее действие конструктивных элементов помещения, которые препятствуют подаче ОТВ непосредственно на поверхность вероятного очага пожара.

Например, если технологическое оборудование и площадки, горизонтально или наклонно установленные вентиляционные короба с шириной или диаметром сечения свыше 0,75 м, расположенные на высоте не менее 0,7 м от плоскости пола, препятствуют орошению защищаемой поверхности, то для подачи водопенных ОТВ следует дополнительно устанавливать спринклерные или дренчерные оросители с побудительной системой под площадки, оборудование и короба.

Подача огнетушащих порошков должна обеспечивать равномерное заполнение порошком защищаемого объема или равномерного орошение площади с учетом диаграмм распыла (приведенных в технической документации на модуль). При наличии небольших экранов определяют площадь затенения - площадь части защищаемого участка, где возможно образование очага возгорания, к которому движение порошка от насадка-распылителя по прямой линии преграждается непроницаемыми для порошка элементами конструкции.

 

 

Таблица 5.1

 

Применимость огнетушащих веществ в АУП для тушения пожара различных классов

 

Класс пожара	Горючие вещества и материалы (объекты)	Распыленная вода	Тонкораспыленная вода		Распыленная вода со смачивателем		Воздушно-механическая пена				Газовые ОТВ			Порошки		Огнетушащие аэрозоли (АОС)
							кратностью			на основе пенообразователей фторированных пленкообразующих	Азот, аргон, "Инерген" и т.п.	СО2	Озонобезопасные хладоны	общего назначения	специального назначения
							низкой	средней	высокой
А	Твердые тлеющие вещества, смачиваемые водой	3	3		3		2	2	-	2	2	2	2	2	-	-/1
	Твердые тлеющие вещества, не смачиваемые водой (хлопок, торф, резина и др.)	1	1		2		2	2	-	2	2	2	2	2	-	-/1
	Твердые нетлеющие вещества (пластмассы и др.)	2	3		3		2	2	2	2	3	3	3	2	-	3
	Резинотехнические изделия (нетлеющие)	2	2		3		2	2	2	2	3	3	3	2	-	2
В	Предельные и непредельные углеводороды (гептан, бензин и др.)	1 (для ЛВЖ и ГЖ с Твсп < 90 °С)					3	3	3	3	3	3	3	3	3	3
							-	-	-	3	3	3	3	3	3	3
	Спирты водорастворимые (С1-С3)						1	1	-	3	3	3	3	3	3	3
	Спирты ограничено растворимые и водонерастворимые (С4 и выше)
	Кислоты ограниченно водорастворимые и водорастворимые	3 (для ЛВЖ и ГЖ с Твсп > 90 °С)					-/1	-/1	-/1	2	3	3	3	3	3	3
							-	1	1	2	3	3	3	3	3	3
	Эфиры простые и сложные Альдегиды и кетоны						-	1	-	2	3	3	3	3	3	3
С	Углеводородные газы (метан и др.)	-		-		-	-	-	-	-	-	-	2	2	2	1
	Газы, образующие при реакции вещества с водой (ацетилен и др.)	-		-		-	-	-	-	-	1	1	1	2	2	1
	Водород	-		-		-	-	-	-	-	1	1	1	1	1	1
Е*	ЭВЦ	1		2		1	1	1	1	1	3	3	3	1	-	-
	Телефонные узлы	2		2		2	1	1	2	1	3	3	3	1	-	-
	Кабельные сооружения	3		3		3	3	2	-	1	2	2	3	1	-	2
	Трансформаторные подстанции	2		2		2	1	1	2	1	3	3	3	2	-	2
	Электроника	1		1		1	1	1	1	1	3	3	3	1	-	-
НЕ ПРИМЕНЯТЬ ПРИ ТУШЕНИИ
		веществ взрывоопасных и пирофорных, вступающих в взаимодействие с водой					веществ, вступающих во взаимодействие с водой, взрывоопасных и пирофорных, летучих жидкостей с Ткип< 50 оС				веществ, способных к самовозгоранию и тлению, волокнистых, сыпучих, пористых, химически активных металлов, аппаратных с большим количеством мелких контактов
Условные обозначения: 3 - подходит отлично; 2 - подходит хорошо; 1 - подходит, но не рекомендуется; "-" не подходит; "*" - электрооборудование под напряжением; Твсп, Ткип - температуры соответственно вспышки и кипения.