Расчет критического времени эвакуации по развитию опасных факторов пожара

 

Министерство образования и науки Российской Федерации

ГОУ ВПО «Магнитогорский государственный

технический университет им. Г.И. Носова»

Кафедра промышленной экологии

и безопасности жизнедеятельности

методические указания

Расчет критического времени эвакуации по развитию опасных факторов пожара

Магнитогорск, 2009

Предельное необходимое время эвакуации людей зависит oт времени воздействия различных опасных факторов пожара (ОПФ), которые являются или могут стать причиной, приводящей к гибели людей.

Нормированные значения опасных факторов пожара:

·предельная (критическая) температура окружающей среды. В условиях пожара считается, что такой температурой для человеческого организма является 70 °С;

·резкое снижение до опасных значений концентрации кислорода (15% и менее);

·достижение опасных концентраций продуктов горения или термического разложения веществ при пожаре, например: CО2 - 0,11 кг/м3; СО - 1,16·10-3 кг/м3; НCI - 23·10-6 кг/м3;

·потеря видимости на путях эвакуации. Предельная видимость в дыму составляет 20 м;

·интенсивность теплового излучения 7,0 кВт/ м2.

Довольно часто причиной гобели людей при пожаре становится отравление продуктами горения и потеря ориентации в дыму.

Наиболее часто при горении выделяются СО, СО2, НСl, NO2. Описание воздействия продуктов горения на человеческий организм приведено в табл. 1.

Таблица 1. Концентрации летучих токсичных веществ, выделяющихся при пожаре и их действие

Название и химическая формулаОписание действияКонцентрацияСимптомы1234Оксид углерода, угарный газ, СОВ результате соединения с гемоглобином крови, образуется неактивный комплекс - карбоксигемоглобин, вызывающий нарушение доставки кислорода к тканям организма. Выделяется при горении полимерных материалов. Выделению способствует медленное горение и недостаток кислорода0,2-1% об.Гибель человека за период от 3 до 60 минутДиоксид углерода, углекислый газ, СО2Вызывает учащение дыхания и увеличение легочной вентиляции, оказывает сосудорасширяющее действие, вызывает сдвиг pH крови, также вызывает повышение уровня адреналина12 % об. 20 % об.Потеря сознания, смерть в течение нескольких минут Немедленная потеря сознания и смертьХлороводород, хлористый водород, HClСнижает возможность ориентации человека: соприкасаясь с влажным глазным яблоком, превращается в соляную кислоту. Вызывает спазмы дыхания, воспалительные отеки и, как следствие, нарушение функции дыхания. Образуется при горении хлорсодержащих полимеров, особенно ПВХ2000-3000 мг/м3Летальная концентрация при действии в течение нескольких минутЦиановодород, (цианистый водород, синильная кислота), HCNВызывает нарушение тканевого дыхания вследствие подавления деятельности железосодержащих ферментов, ответственных за использование кислорода в окислительных процессах. Вызывает паралич нервных центров. Выделяется при горении азотсодержащих материалов (шерсть, полиакрилонитрил, пенополиуретан, бумажно-слоистые пластики, полиамиды и пр.)240-360 мг/м3 420-500 мг/м3Смерть в течение 5-10 минут Быстрая смертьФтороводород, (фтористый водород, HF)Вызывает образование язв на слизистых оболочках глаз и дыхательных путей, носовые кровотечения, спазм гортани и бронхов, поражение ЦНС, печени. Наблюдается сердечно-сосудистая недостаточность. Выделяется при горении фторсодержащих полимерных материалов 45-135 мг/м3Опасен для жизни после нескольких минут действияДиоксид азота, NO2При попадании в кровь, образуются нитриты и нитраты, которые переводят оксигемоглобин в метгемоглобин, что вызывает кислородную недостаточность организма, обусловленную поражением дыхательных путей. Предполагается, что при пожарах в жилых домах отсутствуют условия, необходимые для интенсивного горения. Однако известен случай массовой гибели людей в клинической больнице из-за горения рентгеновской пленки510-760 мг/м3 950 мг/м3При вдыхании в течение 5 минут развивается бронхопневмония Отек легкихАммиак, NH3Оказывает сильное раздражающее и прижигающее действие на слизистые оболочки. Вызывает обильное слезотечение и боль в глазах, удушье, сильные приступы кашля, головокружение, рвоту, отеки голосовых связок и легких. Образуется при горении шерсти, шелка, полиакрилонитрила, полиамида и полиуретана375 мг/м3 1400 мг/м3Допустимая в течение 10 минут Летальная концентрацияАкролеин (акриловый альдегид, СН2=СН-СНО)Легкое головокружение, приливы крови к голове, тошнота, рвота, замедление пульса, потеря сознания, отек легких. Иногда отмечается сильное головокружение и дезориентация. Источники выделения паров - полиэтилен, полипропилен, древесина, бумага, нефтепродукты 13 мг/м3 75-350 мг/м3 Переносимая не более 1 минуты Летальная концентрацияСернистый ангидрид (диоксид серы, сернистый газ, SO2)На влажной поверхности слизистых оболочек последовательно превращаются в сернистую и серную кислоту. Вызывает кашель, носовые кровотечения, нарушает обменные процессы, способствует образованию метгемоглобина в крови, действует на кроветворные органы. Выделяется при горении шерсти, войлока, резины и др. 250-500 мг/м3 1500-2000 мг/м3 Опасная концентрация Смертельная концентрация при действии нескольких минутСероводород, Н2S Раздражение глаз и дыхательных путей. Появление судорог, потеря сознания. Образуется при горении серосодержащих материалов 700 мг/м3 1000 мг/м3Тяжелое отравление Смерть в течение нескольких минутДым, паро-газо-аэрозо-льный комплекс В его составе находятся твердые частицы сажи, жидкие частицы смолы, влаги, аэрозолей конденсации выполняющих транспортную функцию для токсичных веществ при дыхании. Кроме того, частицы дыма сорбируют на своей поверхности кислород, уменьшая его содержание в газовой фазе. Крупные частицы (>2,5 мкм) оседают в верхних дыхательных путях, вызывая механическое и химическое раздражение слизистой оболочки. Мелкие частицы проникают в бронхиолы и альвеолы. При поступлении в большом количестве возможна закупорка дыхательных путей

В настоящее время, нормируются предельные значения опасных факторов пожара, рассмотренные независимо друг от друга. Современные данные показывают, что при одновременном поступлении продуктов горения в организм человека, наблюдается сложный эффект совместного воздействия. Выделяется три типа воздействия: суммирование/аддитивность (конечный результат одновременного действия нескольких ядов равен сумме эффектов каждого из них), потенцирование/синергизм (конечный результат больше арифметической суммы отдельных эффектов) и антагонизм (снижение эффекта совместного действия ядов по сравнению с предполагаемой суммой отдельных эффектов). Эффект совместного воздействия ОФП на организм человека описан в табл. 2.

Таблица 2. Примеры различных типов влияния опасных факторов пожара, выделяющихся при горении

Взаимодействующие веществаОписание воздействияТип действияСО + недостаток кислородаБиологические эффекты суммируютсяАддитивностьСО+СО2Снижение токсичности СО в присутствии СО2АнтагонизмСО+HClПри концентрации близкой к летальной НСl отягощает интоксикацию СО (суммирование эффектов). При невысоких концентрациях, НСL рефлекторно уменьшает частоту дыхания, ограничивая поступление СО в организм (антагонистическое влияние)Аддитивность /антагонизмСО+СО2+ недостаток О2Нивелирует антагонистическое влияние СО2 на токсичность СОСложное комплексное воздействиеСО+NО2+ SО2Присутствие СО и NО2 существенно усиливает токсичность СО и отчасти друг другаСинергизмСО+NО2+ НСl+сажаВедущая роль в формировании токсического эффекта принадлежит СO. При низких уровнях содержания СО, проявляются показатели, характеризующиеся интоксикацией хлороводорода. Влияние аэрозольного компонента проявляется следующим образом. При размере частиц сажи с размером 2-5 мкм обнаружился общий усиливающий, а свыше 5 мкм - ослабляющий эффект. Сложное комплексное воздействиеПримечание. Рост температуры повышает чувствительность организма к токсическому воздействию.

Человек должен иметь возможность покинуть горящий объект до достижения опасными факторами пожара предельных значений, угрожающих жизни человека. Необходимое время эвакуации рассчитывается как произведение критической для человека продолжительности пожара на коэффициент безопасности. Предполагается, что каждый опасный фактор воздействует на человека независимо от других. Критическая продолжительность пожара для людей, находящихся на этаже очага пожара, определяется из условия достижения одним из ОФП в поэтажном коридоре своего предельно допустимого значения. В качестве критерия опасности для людей, находящихся выше очага пожара, рассматривается условие достижения одним из ОФП предельно допустимого значения в лестничной клетке на уровне этажа пожара.

Расчет (tнб ) производится для наиболее опасного варианта развития пожара, характеризующегося наибольшим темпом нарастания ОФП в рассматриваемом помещении. Сначала рассчитывают значения критической продолжительности пожара (tкр) по условию достижения каждым из ОФП предельно допустимых значений в зоне пребывания людей (рабочей зоне).

1.По повышенной температуре (tкрТ , час.):

где В - размерный комплекс, зависящий от теплоты сгорания материала и свободного объема помещения, кг.

Ср - удельная изобарная теплоемкость газа кДж кг -1.

В случае, когда рассчитывается температура воздуха в помещении, это - теплоемкость воздуха, которая равна 1,01 кДж кг-1.- свободный объем помещения, м3.

Свободный объем помещения соответствует разности между геометрическим объемом и объемом оборудования или предметов, находящихся внутри. Если рассчитывать свободный объем невозможно, допускается принимать его равным 80% геометрического объема.

? - коэффициент теплопотерь. Учитывает потери тепла на нагрев конструкций и оборудования;

? - коэффициент полноты горения; - низшая теплота сгорания материала, кДж кг -1 (табл. 5);

А - размерный параметр, учитывающий удельную массовую скорость выгорания горючего материала, площадь пожара и форму поверхности горения, кг·с-n. Вычисляется следующим образом:

а) для случая горения жидкости с установившейся скоростью при неизменной площади горения F (такие процессы горения характерны для горения складов ЛВЖ и ГЖ при конструктивно ограниченной площади разлива):

где YF - удельная массовая скорость выгорания горючего вещества, кг·м-2·с-1, (см. табл. 5);

б) при горении жидкости с неустановившейся скоростью горения:

где tст - время установления стационарного режима выгорания жидкости, с.

Значение tст принимают в зависимости от температуры кипения жидкости:

До 100 оС - 180 с;

От 101 до 150 оС - 240 с;

Более 150 оС - 360 с.

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

где J - линейная скорость распространения пламени по поверхности горючего материала, м с-1, (см. табл. 4).

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

где b - перпендикулярный к направлению движения пламени размер зоны горения, м.

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

А = 2,09 YF·Jг·Jв,

где Jг - среднее значение горизонтальной скорости распространения пламени, м с-1;

Jв - среднее значение вертикальной скорости распространения пламени, м с-1.- показатель степени, учитывающий изменение массы выгорающего материала во времени:

а) для случая горения жидкости с установившейся скоростью при неизменной площади горения F (такие процессы горения характерны для горения складов ЛВЖ и ГЖ при конструктивно ограниченной площади разлива) n = 1;

б) при горении жидкости с неустановившейся скоростью горения n = 1,5;

в) для кругового распространения пламени по поверхности равномерно распределенного в горизонтальной плоскости горючего материала n = 3;

г) для вертикальной или горизонтальной поверхности горения в виде прямоугольника, одна из сторон которого увеличивается в двух направлениях за счет распространения пламени (например, распространение огня в горизонтальном направлении по занавесу после охвата его пламенем по всей высоте) n = 2;

д) для поверхности горения, имеющей форму цилиндра (горение пакета декораций или тканей, размещенных с зазором) n =3.о - начальная температура воздуха в помещении, °С; - безразмерный параметр, учитывающий неравномерность распределения ОФП по высоте помещения;

Параметр z вычисляют по формуле (при Н £ 6 м):

где h - высота рабочей зоны, м;

Н - высота помещения, м.

Высоту рабочей зоны рассчитывают по формуле:

где hпл - высота площадки, на которой находятся люди, над полом помещения, м;

? - разность высот пола, равная нулю при горизонтальном его расположении, м.

При расположении людей на различных по высоте площадках необходимое время эвакуации следует определять для каждой площадки.

Следует иметь в виду, что наибольшей опасности при пожаре подвергаются люди, находящиеся на более высокой отметке. Поэтому, например, при определении необходимого времени эвакуации людей из партера зрительного зала с наклонным полом значение h следует находить, ориентируясь на наиболее высоко расположенные ряды кресел.

2.По потере видимости (tкрВ , час.)

где параметры А, В, z, n - смотри выше.- коэффициент отражения предметов на путях эвакуации. При отсутствии специальных требований значение a принимается равным 0,3.

Е - начальная освещенность, лк. При отсутствии данных принимается равным 50 лк.

?пр - предельная дальность видимости в дыму, м. Составляет 20 м. m - дымообразующая способность горящего материала, м2·кг -1; (см. табл. 6).

. По пониженному содержанию кислорода (tкрК ,час.):

где параметры А, В, V, n - смотри выше.К - удельный расход кислорода, кг·кг -1, т.е. расход кислорода на сгорание 1 кг горючего вещества, (см. табл. 3).

. По каждому из газообразных токсичных продуктов горения (tкрГ ,час.)

где параметры А, В, V, n , z - смотри выше.Г - удельный выход токсичных газов при сгорании 1 кг материала, кг·кг -1, (см. табл. 3).

Х - предельно допустимое содержание токсичного газа в помещении, кг м -3.

Для СО2 - Х =0,11 кг м -3;

для СО - Х = 1,16·10 -3 кг м -3;

для HCL - Х =23·10 -6 кг м -3.

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

Из полученных в результате расчетов значений критической продолжительности пожара выбирается минимальное:

кр = min {tкрТ, tкрВ, tкрК, tкрГ}.

Необходимое время эвакуации людей (tнб), мин, из рассматриваемого помещения рассчитывают по формуле:

Далее находят количество материала (m), выгоревшего к моменту tкр:

m = A* tкр,

где tкр - критическая продолжительность пожара, часы.

Полученную массу сравнивают с массой горючего материала (М) на защищаемом объекте. Если m > М (расчетная масса горючего вещества, при сгорании которой ОФП достигают предельного значения, превышает фактическую массу горючего вещества, имеющегося на объекте), то можно сделать вывод, что данное горючее вещество не представляет опасности. То есть при сгорании всей массы этого горючего вещества уровень опасного фактора пожара, по которому производился расчет, не достигнет предельного (опасного для человека) значения.

Таблица 3. Удельный выход (потребление) газов при горении веществ и материалов

Вещество или материалУдельный выход (потребление) газов, L, кг·кг -1LСОLСО2LО2LHCLХлопок0,00520,572,3-Лен0,00390,361,83-Хлопок + капрон (3:1)0,0121,0453,55-Турбинное масло0,1220,70,282-Кабель АВВГ0,11--0,023Кабель АПВГ0,150--0,016Древесина0,0241,511,15-Керосин0,1482,923,34-Древесина, огнезащищенная препаратом СДФ - 5520,121,961,42-Бензин0,130,650,25-Ацетон0,20,670,26-

Таблица 4. Линейная скорость распространения пламени по поверхности материала

МатериалJ·102, м с-1Хлопок разрыхленный4,2Лен разрыхленный5,0Хлопок + капрон (3 : 1)2,8Древесина 4Подвешенные ворсистые ткани6,7-10Текстильные изделия в закрытом складе при загрузке 100 кг·м-20,6Бумага (книги, журналы)0,5Синтетический каучук 0,7Деревянные покрытия цехов большой площади, деревянные стены, отделанные древесно-волокнистыми плитами2,8-5,3Соломенные изделия6,7Ткани:по горизонтали1,3в вертикальном направлении30в направлении, перпендикулярном к поверхности тканей, при расстоянии между ними 0,2 м4.0Резина1,7-2Синтетическое напольное покрытие0,07Торфоплиты в штабелях1,7Кабель ААШв, АПВГ, АВВГсверху вниз в горизонтальном тоннеле при расстоянии между полками 0,2 м0,3В горизонтальном направлении0,33В горизонтальном направлении в вертикальном тоннеле при расстоянии между рядами 0,2-0,4 м0,083Бензин0,45Ацетон0,44Дизельное топливо0,4Керосин0,43Толуол0,388Турбинное масло0,5Полиэтилен0,32Пенопласт ПВХ-90,37

Таблица 5. Средняя скорость выгорания и низшая теплота сгорания веществ и материалов

Вещества и материалыYF, удельная массовая скорость выгорания, х10-3 , кг м -2 с -1Низшая теплота сгорания, Q, кДж·кг -1Бензин61,741870Ацетон59,628890Диэтиловый эфир108,333500Бензол73,338520Дизельное топливо42,048870Керосин48,343540Мазут34,739770Нефть28,341870Этиловый спирт3327200Турбинное масло3041870Изопропиловый спирт31,330145Изопентан10,345220Толуол8541030Натрий металлический17,510900Древесина (бруски)39,313800Древесина (мебель в жилых и административных зданиях)1413800Бумага разрыхленная813400Бумага (книги, журналы)4,213400Книги на деревянных стеллажах16,713400Кинопленка триацетатная918800Каучук синтетический1343890Каучук натуральный1944725Органическое стекло16,127670Полистирол439000Резина11,233520Текстолит6,720900Пенопласт ПВХ-92,824300Волокно штапельное6,713800Полиэтилен10,347140Полипропилен14,545670Хлопок в тюках 190 кг*м-32,416750Хлопок разрыхленный21,315700Лен разрыхленный21,315700Хлопок + капрон (3:10)12,516200

Таблица 6. Дымообразующая способность веществ и материалов

Вещество или материалДымообразующая способность, Dm, м2·кг -1ТлениеГорениеБутиловый спирт-80Бензин А-76-256Этилацетат-330Циклогексан-470Толуол-562Дизельное топливо-620Древесина. 345123ДСП - древесно-стружечная плита76090Сосна759145Береза756160ДВП - древесно-волокнистая плита879130Линолеум ПВХ200270Стеклопластик640340Полиэтилен1290890Табак «Юбилейный»240120Пенопласт ПВХ-920901290Резина1680850Полиэтилен высокого давления ПЭВФ1930790Пленка ПВХ марки ПДО - 15640400Пленка марки ПДСО - 12820470Турбинное масло-243Лен разрыхленный-33,7Ткань вискозная 6363Атлас декоративный3232Репс5050Ткань мебельная полушерстяная103116Полотно палаточное5758Фанера700140Хлопок -35

Варианты заданий:

опасный фактор пожар

Рассчитать по своему варианту:

. Критическое и необходимое время эвакуации для каждого из веществ, находящихся в помещении (расчет вести для горения).

. Определить будут ли представлять опасность при эвакуации людей из помещения в случае пожара горючие вещества, находящиеся в помещении.

Считать, что коэффициент теплопотерь ? =0,1. Коэффициент полноты горения ?=0,9.

Таблица 7. Данные по вариантам для выполнения расчета критического времени эвакуации

№ ВариантаРазмер помещенияtо, оСВысота рабочей зоны, h,,мГорючее веществоМасса, кгФорма поверхности горения (табл.8)Площадь горения, F, м2ОФП, по которому вести расчет123456789120х 10х 5201,7бензин400а200По темпе ратуре и потере видимостикеросин200б200По понижен ному содержа нию О2 и по токсич ным продуктам горения215х15х6182толуол200а200*ацетон1200б200**310х30х4221,8древесина300в50*хлопок500в300**420х20х4252,1полиэтилен400в100*лен400в200**540х10х3221,8резина700в400*хлопок+капрон1000в200**625х30х5262,0турбинное масло500а500*древесина1300в100**730х10х5201,8лен1300в100*бензин600а300**820х20х6222,5дизельное топливо600а400*турбинное масло1400б400**940х10х5252,2пенопласт100в400*хлопок500в200**1030х8х4181,9хлопок500в120*лен500в120**1120х10х4272,3бензин1000а200*турбинное масло500б200**1220х20х3201,8толуол400а400*бензин500б400**1330х6х3221,7древесина800в100*хлопок + капрон600в80**1430х10х5252,4полиэтилен700в100*керосин900а300**1520х10х6232,0резина500в100*древесина500в200**1625х10х4221,8турбинное масло600б250*ацетон500а250**1730х10х5202,2лен300в300*хлопок400в150**1815х15х4222,0дизельное топливо400а200*лен700в50**1930х10х4182,3пенопласт800в200*хлопок+капрон600в100**2030х20х5232,0хлопок1000в400*турбинное масло1200а500**2130х30х4201,8бензин1000а900*древесина1300в400**2240х10х4222,0толуол1200а400*керосин1000б400**2325х10х3182,2древесина1000в100*ацетон500а250**2425х25х4232,0полиэтилен800в200*бензин800а600**2530х20х3242,0резина750в400*хлопок1250в500**2625х25х4251,8турбинное масло800а350*лен1200в200**2740х10х5272,4лен800в200*хлопок+ капрон900в200**2820х20х6242,0дизельное топливо1500б400*турбинное масло1000а400**2925х10х4201,8пенопласт600в200*древесина1200в150**3030х20х6222,2хлопок500в200*керосин1500а600**Примечание:

* - Расчет необходимо вести по температуре и потере видимости.

** - Расчет вести по пониженному содержанию О2 и по токсичным продуктам горения.

Таблица 8. Форма поверхности горения

аГорение жидкости с установившейся скоростью при неизменной площади горения F (такие процессы горения характерны для горения складов ЛВЖ и ГЖ при конструктивно ограниченной площади разлива)бГорение жидкости с неустановившейся скоростью горениявКруговое распространение пламени по поверхности равномерно распределенного в горизонтальной плоскости горючего материала

Список литературы

1.ГОСТ 12.1.004 ССБТ. Пожарная безопасность. Общие требования.

.ППБ-01-03. Правила пожарной безопасности в Российской Федерации.

.Корольченко А.Я. Пожаровзрывоопасность веществ и материалов и средства их тушения: Справочник в 2-х томах.- М.:Ассоциация «Пожнаука», 2000.

.Пожаровзрывоопасность веществ и материалов и средства их тушения: Справочник в 2-х томах / А.Н. Баратов, А.Я. Корольченко и др. - М.:Химия, 1990.

Министерство образования и науки Российской Федерации ГОУ ВПО «Магнитогорский государственный технический университет им. Г.И. Носова»

Больше работ по теме: