Общие положения. Прогнозирование последствий аварий, связанных с пожарами

Прогнозирование последствий аварий, связанных с пожарами

Одним из поражающих факторов пожара является тепловое воздействие от продуктов горения. Подобное воздействие определяется величиной плотности потока поглощенного излучения – q_погл, кВт/м² и временем теплового излучения – t, с. Плотность потока поглощенного излучения связана с плотностью потока падающего излучения соотношением q_погл=ε∙q_пад , где ε – степень черноты (поглощательная способность) тепловоспринимающей поверхности; α – угол между направлением теплового потока и нормалью к поверхности тела. Чем меньше степень черноты облучаемого тела (больше отражательная способность поверхности тел), тем меньше величина поглощения, т.е. q_погл при прочих равных условиях. Некоторые коэффициенты поглощения материалов, окрашенных в различные цвета приблизительно равны: красный цвет – 0,85; оранжевый – 0,5; желтый – 0,25; зеленый – 0,8; голубой – 0,5; синий – 0,65; фиолетовый – 0,9; черный – 0,98; белый – 0,17; светло-серый – 0,45.

Человек ощущает сильную («едва переносимую») боль, когда температура верхнего слоя кожи превышает 45 . Время достижения «порога боли» τ, с, определяется зависимостью τ=(35/q)^1,33, с.

Здесь и в дальнейшем (если это не оговаривается) под «q» следует понимать «q_погл».

В табл.12.31. приведены степени термического ожога кожи человека.

Таблица 12.31. Характеристики ожогов кожи человека

Степень	Повреждение	Температура t	Тепловая доза q∙τ, кДж/м^2	Характеристика
I	Эпидермиса	<55	<42	Покраснение кожи (q^1,15∙τ=5500)
II	Дермы	>55	42-84	Волдыри (q^1,33∙τ=8700)
III	Подкожного слоя		>84	Летальный исход при поражении более 20% кожи

Время воспламенения горючих материалов при воздействии на них теплового потока плотностью q, кВт/м² определяется зависимостью

τ =A/(q – q_кр)ⁿ, с, (12.4.1)

где q_кр – критическая плотность теплового потока, кВт/м²;

A и n – константы для конкретных веществ (так, для древесины A=4360, а n=1,61)

Значения q_кр для разных материалов и результаты расчета по формуле (1) приведены в табл.12.32. [26].

Таблица 12.32. Характеристики критических тепловых нагрузок (q_кр) и времени воспламенения (τ) от плотности теплового потока (q) для различных веществ и материалов

Вещество, материалы	qкр, кВт/м^2	Время воспламенения, τ, с
Плотность теплового потока, q, кВт/м^2
Солома	7,0	70,3	10,2	2,9	1,4	0,91
Пенопласт	7,40	73,7	10,3	2,9	1.5	0,91
Хлопок-волокно	7,50	74,7	10,4	2,9	1,5	0,92
Х/б ткани	8,37	83,9	10,7	3,0	1,5	0,92
Торф кусковой	9,8	103,6	11,4	3,1	1,5	0,93
Картон серый	10,8	122,4	11.8	3.1	1,5	0,94
Картон фибровый	10,88	124,1	11.9	3,1	1,5	0,94
Темная древесина, ДСП	12,56	172,3	12,7	3.2	1,5	0,96
Бензин А-66	12,6	173,8	12,8	3,2	1,6	0,96
Древесина сосновая	12,8	181,5	12,9	3.3	1,6	0,96
Резина	7,0	70,3	10,2	3,4	1,6	1,02
Битумная кровля	7,0	70,3	10,2	3,4	1,6	1,02
Пластик слоистый	7,0	70,3	10,2	3,4	1,6	0,97
Фанера	7,0	70,3	10,2	3,4	1,6	0,97
Бензин А-78	7,0	70,3	10,2	3,4	1,7	0,98
Древесина крашенная	7,0	70,3	10,2	3,4	1,7	0,99
Древесина обугленная	7,0	70,3	10,2	3,4	1,7	1,0

Особо опасны нагревы емкостей с нефтепродуктами, которые могут воспламеняться через τ, с, при воздействии на них теплового потока q, кВт/м². Некоторые зависимости приведены в табл.12.33.

Таблица 12.33. Зависимость времени воспламенения (τ, с) емкости с нефтепродуктами от величины теплового потока излучения (q, кВт/м²)

τ						>30
q	34,9	27,6	24,8	21,4	19,9	19,5

Вероятность поражения человека от теплового воздействия с летальным исходом можно определить по значению для пробит-функции P_r, вычисляемой по зависимости

P_r =-9,5+2,56 ^1,33∙τ). (12.4.2)

Значения пробит-функции приведены в табл. 12.34.

Таблица 12.34. Зависимость степени поражения (разрушения) от пробит-функции

P пор %
		2,67	2.95	3,12	3.25	3,38	3,45	3,52	3,59	3,66
	3,72	3,77	3,82	3,87	3.92	3,96	4,01	4,05	4,08	4,12
	4,16	4,19	4,23	4,26	4.26	4,33	4,36	4,39	4,42	4,45
	4,48	4,50	4,53	4,56	4,59	4,61	4,64	4,67	4,69	4,72
	4,75	4,77	4,80	4,82	4,85	4,87	4,90	4,92	4,95	4.97
	5,00	5,03	5,05	5,08	5,10	5,13	5,15	5,18	5,20	5,23
	5,25	5,28	5,31	5,33	5,36	5,39	5,41	5,44	5,47	5,50
	5,52	5,55	5,58	5,61	5,64	5.67	5,71	5,74	5,77	5,82
	5,84	5,88	5,92	5,95	5,99	6,04	6,08	6,13	6,18	6,23
	6.28	6,34	6,41	6,48	6,55	6,64	6,75	6,88	7,05	7,33
	7,33	7,37	7,41	7,46	7,51	7,58	7,65	7,75	7,88	8,09

Время теплового воздействия τ, с, для случаев пожара разлития и горения здания (сооружения, штабеля и т.п.) определяется по зависимости

τ =τ₀+x/V,

где τ₀ – время обнаружения пожара (допускается принимать 5 с);

x – расстояние (м) от места нахождения человека до зоны, где q не превышает 4 кВт/м²;

V- скорость движения человека (V 5 м/с).

Для случая огненного шара время теплового воздействия определяется длительностью огненного шара.

12.4.2. Пожар разлития [26]

При утечке сжиженного углеводородного газа (СУГ) или жидкости в поддон или обваловку глубина заполнения h, м, может определяться по зависимости

h = _жF_под), м, (12.4.3)

где m_ж, ρ_ж – масса и плотность разлившейся жидкости, кг и кг/м³;

F – площадь поддона, м².

Если поддона или обвалования нет, то площадь разлива F_раз = _ж. При свободном разливе высота (толщина) слоя принимается равной h=0,05 м.

Пламя пожара разлития при расчетах представляют в виде наклонного по направлению ветра цилиндра. Диаметр этого цилиндра равен диаметру «зеркала» разлива (или поддона, обвалования), т.е. D = 2r = . Угол наклона цилиндра θ зависит от безразмерной скорости ветра W_в^с. =0,75 (W_в)^-0,49, а

W_в^с =W(m_выг · gD/ρ_n)^-1/3.

Геометрические параметры факела пожара разлития определяются зависимостью (формула Томаса)

(12.4.4)

где W_в^с – безразмерная скорость ветра; m_выг – массовая скорость выгорания, кг/(м²∙с); ρ_п, ρ_в – плотность пара и воздуха, кг/м³; D – диаметр зеркала разлива, м; W – скорость ветра, м/с; g – ускорение свободного падения, м/с².

Коэффициенты в формуле Томаса: А=55; В=0,67; с= -0,21 справедливы для широкого диапазона параметров

Скорость выгорания m_выг=С∙ρ_ж∙Q_н^р/ L_исп,

где ρ_ж – плотность жидкости, кг/м³; Q_н^р – низшая теплота сгорания топлива, Дж/кг; L_исп – скрытая теплота испарения жидкости, Дж/кг; С=1,25∙10^-6 м/с – коэффициент пропорциональности.

Схема пожара разлития показана на рисунке 12.1.

Рис 12.1

Отличительной чертой пожаров разлития является «накрытие» с подветренной стороны. Это накрытие может составлять25-50% диаметра обвалования (зеркала разлива).

Плотность потока, падающего на элементарную площадку, расположенную параллельно (X=0) и перпендикулярно (X=90 ), q_пад, кВт/м²

q_пад =q_соб ∙exp[-7,0∙10^-4(R-r)]∙φ, (12.4.5)

где φ – угловой коэффициент излучения с площадки боковой поверхности пламени пожара разлива на единичную площадку, расположенную на уровне грунта;

q_соб – средняя по поверхности плотность потока собственного излучения пламени, кВт/м². Ее значения приведены в табл.12.35. для некоторых жидких топлив.

Таблица 12.35. Значения q_соб, кВт/м² для некоторых жидких углеводородных топлив

Топливо	qсоб, кВт/м^2	mвыг, кг/(м^2∙с)
d=10 м	d=20 м	d=30 м	d=40 м	d=50 м
СПГ (метан)						0,08
СУГ (пропан)						0,10
Бензин						0,06
Диз. топливо						0,04
Нефть						0,04

Примечание: Для очагов с диаметром менее 10 м и более 50 м следует принимать величинуq_соб такой же, как и для очагов диаметром 10 и 50 м соответственно.

При горении топлива в котлованах без ограничивающих стенок (очаг горения на уровне земли) имеет место «переливание» пламени под действием ветра за пределы очага горения в радиусе r^*, который равен

(12.4.6)

Для углеводородных топлив: K₁=1,0; K₂=0,069; K₃=0,416.

Для сжиженного газа: K₁=1,5; K₂=0,069; K₃=0.

Дата добавления: 2014-12-29