Расчет критического времени эвакуации по развитию опасных факторов пожара

МетодичкаПомощь в написанииУзнать стоимостьмоей работы

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… Читать ещё >

Расчет критического времени эвакуации по развитию опасных факторов пожара (реферат, курсовая, диплом, контрольная)

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 °C;

· 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 формула	Описание действия	Концентрация	Симптомы

Оксид углерода, угарный газ, СО	В 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 кислорода	0,2−1% об.	Гибель человека за период от 3 до 60 минут
Диоксид углерода, углекислый газ, СО₂	Вызывает учащение дыхания и увеличение легочной вентиляции, оказывает сосудорасширяющее действие, вызывает сдвиг pH крови, также вызывает повышение уровня адреналина	12% об. 20% об.	Потеря сознания, смерть в течение нескольких минут Немедленная потеря сознания и смерть
Хлороводород, хлористый водород, HCl	Снижает 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 ПВХ	2000;3000 мг/м³	Летальная концентрация при действии в течение нескольких минут
Циановодород, (цианистый водород, синильная кислота), HCN	Вызывает 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/м³	Смерть в течение 5−10 минут Быстрая смерть
Фтороводород, (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/м³	Опасен для жизни после нескольких минут действия
Диоксид азота, NO₂	При 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 пленки	510−760 мг/м³ 950 мг/м³	При вдыхании в течение 5 минут развивается бронхопневмония Отек легких
Аммиак, NH₃	Оказывает 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 полиуретана	375 мг/м³ 1400 мг/м³	Допустимая в течение 10 минут Летальная концентрация
Акролеин (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 концентрация
Сернистый 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 минут
Сероводород, Н₂S	Раздражение глаз и дыхательных путей. Появление судорог, потеря сознания. Образуется при горении серосодержащих материалов	700 мг/м³ 1000 мг/м³	Тяжелое отравление Смерть в течение нескольких минут
Дым, 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 вещества	Описание воздействия	Тип действия
СО + недостаток кислорода	Биологические эффекты суммируются	Аддитивность
СО+СО₂	Снижение токсичности СО в присутствии СО₂	Антагонизм
СО+HCl	При 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 /антагонизм
СО+СО₂+ недостаток О₂	Нивелирует антагонистическое влияние СО₂ на токсичность СО	Сложное комплексное воздействие
СО+NО₂+ SО₂	Присутствие СО и NО₂ существенно усиливает токсичность СО и отчасти друг друга	Синергизм
СО+NО₂+ НСl+сажа	Ведущая 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 воздействие

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

1. По повышенной температуре (t_кр^Т, час.):

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

С_р — 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.

V — 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.

ц — коэффициент теплопотерь. Учитывает потери тепла на нагрев конструкций и оборудования;

з — коэффициент полноты горения;

Q — 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 _F — удельная массовая скорость выгорания горючего вещества, кг· м^-2·с^-1, (см. табл. 5);

б) при горении жидкости с неустановившейся скоростью горения:

где _ст — время установления стационарного режима выгорания жидкости, с.

Значение _ст 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 — 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 _F· _г·_в,

где _г — среднее значение горизонтальной скорости распространения пламени, м с^-1;

_в — среднее значение вертикальной скорости распространения пламени, м с^-1.

n — показатель степени, учитывающий изменение массы выгорающего материала во времени:

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;

д) для поверхности горения, имеющей форму цилиндра (горение пакета декораций или тканей, размещенных с зазором) n =3.

t_о — начальная температура воздуха в помещении, °С;

z — 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 h_пл — высота площадки, на которой находятся люди, над полом помещения, м;

д — 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 (t_кр^В, час.)

где параметры А, В, z, n — смотри выше.

a — 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.

D_m — дымообразующая способность горящего материала, м²· кг ^-1; (см. табл. 6).

3. По пониженному содержанию кислорода (t_кр^К, час.):

где параметры А, В, V, n — смотри выше.

L_К — удельный расход кислорода, кг· кг ^-1, т. е. расход кислорода на сгорание 1 кг горючего вещества, (см. табл. 3).

4. По каждому из газообразных токсичных продуктов горения (t_кр^Г, час.)

где параметры А, В, V, n, z — смотри выше.

L_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:

t_кр = min {t_кр^Т, t_кр^В, t_кр^К, t_кр^Г}.

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

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

m = A* t_кр,

где t_кр — 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 материал	Удельный выход (потребление) газов, L, кг· кг ^-1
	L_СО	L_СО2	L_О2	L_HCL
Хлопок	0,0052	0,57	2,3	;
Лен	0,0039	0,36	1,83	;
Хлопок + капрон (3:1)	0,012	1,045	3,55	;
Турбинное масло	0,122	0,7	0,282	;
Кабель АВВГ	0,11	;	;	0,023
Кабель АПВГ	0,150	;	;	0,016
Древесина	0,024	1,51	1,15	;
Керосин	0,148	2,92	3,34	;
Древесина, огнезащищенная препаратом СДФ — 552	0,12	1,96	1,42	;
Бензин	0,13	0,65	0,25	;
Ацетон	0,2	0,67	0,26	;

Таблица 4. Линейная скорость распространения пламени по поверхности материала


Материал	· 10², м с^-1
Хлопок разрыхленный	4,2
Лен разрыхленный	5,0
Хлопок + капрон (3: 1)	2,8
Древесина
Подвешенные ворсистые ткани	6,7−10
Текстильные изделия в закрытом складе при загрузке 100 кг· м^-2	0,6
Бумага (книги, журналы)	0,5
Синтетический каучук	0,7
Деревянные покрытия цехов большой площади, деревянные стены, отделанные древесно-волокнистыми плитами	2,8−5,3
Соломенные изделия	6,7
Ткани:
по горизонтали	1,3
в вертикальном направлении
в направлении, перпендикулярном к поверхности тканей, при расстоянии между ними 0,2 м	4.0
Резина	1,7−2
Синтетическое напольное покрытие	0,07
Торфоплиты в штабелях	1,7
Кабель ААШв, АПВГ, АВВГ
сверху вниз в горизонтальном тоннеле при расстоянии между полками 0,2 м	0,3
В горизонтальном направлении	0,33
В горизонтальном направлении в вертикальном тоннеле при расстоянии между рядами 0,2−0,4 м	0,083
Бензин	0,45
Ацетон	0,44
Дизельное топливо	0,4
Керосин	0,43
Толуол	0,388
Турбинное масло	0,5
Полиэтилен	0,32
Пенопласт ПВХ-9	0,37

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


Вещества и материалы	_F, удельная массовая скорость выгорания, х10^-³, кг м ^-2 с ^-1	Низшая теплота сгорания, Q, кДж· кг ^-1
Бензин	61,7
Ацетон	59,6
Диэтиловый эфир	108,3
Бензол	73,3
Дизельное топливо	42,0
Керосин	48,3
Мазут	34,7
Нефть	28,3
Этиловый спирт
Турбинное масло
Изопропиловый спирт	31,3
Изопентан	10,3
Толуол
Натрий металлический	17,5
Древесина (бруски)	39,3
Древесина (мебель в жилых и административных зданиях)
Бумага разрыхленная
Бумага (книги, журналы)	4,2
Книги на деревянных стеллажах	16,7
Кинопленка триацетатная
Каучук синтетический
Каучук натуральный
Органическое стекло	16,1
Полистирол
Резина	11,2
Текстолит	6,7
Пенопласт ПВХ-9	2,8
Волокно штапельное	6,7
Полиэтилен	10,3
Полипропилен	14,5
Хлопок в тюках 190 кг*м^-3	2,4
Хлопок разрыхленный	21,3
Лен разрыхленный	21,3
Хлопок + капрон (3:10)	12,5

Таблица 6. Дымообразующая способность веществ и материалов


Вещество или материал	Дымообразующая способность, D_m, м²· кг ^-1
	Тление	Горение
Бутиловый спирт	;
Бензин А-76	;
Этилацетат	;
Циклогексан	;
Толуол	;
Дизельное топливо	;
Древесина.
ДСП — древесно-стружечная плита
Сосна
Береза
ДВП — древесно-волокнистая плита
Линолеум ПВХ
Стеклопластик
Полиэтилен
Табак «Юбилейный»
Пенопласт ПВХ-9
Резина
Полиэтилен высокого давления ПЭВФ
Пленка ПВХ марки ПДО — 15
Пленка марки ПДСО — 12
Турбинное масло	;
Лен разрыхленный	;	33,7
Ткань вискозная
Атлас декоративный
Репс
Ткань мебельная полушерстяная
Полотно палаточное
Фанера
Хлопок	;

Варианты заданий:

опасный фактор пожар Рассчитать по своему варианту:

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

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

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

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


№ Варианта	Размер помещения	t_о, ^оС	Высота рабочей зоны, h,_,м	Горючее вещество	Масса, кг	Форма поверхности горения (табл.8)	Площадь горения, F, м²	ОФП, по которому вести расчет

	20х 10х		1,7	бензин		а		По темпе ратуре и потере видимости
				керосин		б		По понижен ному содержа нию О₂ и по токсич ным продуктам горения
	15×15х6			толуол		а		*
				ацетон		б		**
	10×30х4		1,8	древесина		в		*
				хлопок		в		**
	20×20х4		2,1	полиэтилен		в		*
				лен		в		**
	40×10х3		1,8	резина		в		*
				хлопок+капрон		в		**
	25×30х5		2,0	турбинное масло		а		*
				древесина		в		**
	30×10х5		1,8	лен		в		*
				бензин		а		**
	20×20х6		2,5	дизельное топливо		а		*
				турбинное масло		б		**
	40×10х5		2,2	пенопласт		в		*
				хлопок		в		**
	30×8х4		1,9	хлопок		в		*
				лен		в		**
	20×10х4		2,3	бензин		а		*
				турбинное масло		б		**
	20×20х3		1,8	толуол		а		*
				бензин		б		**
	30×6х3		1,7	древесина		в		*
				хлопок + капрон		в		**
	30×10х5		2,4	полиэтилен		в		*
				керосин		а		**
	20×10х6		2,0	резина		в		*
				древесина		в		**
	25×10х4		1,8	турбинное масло		б		*
				ацетон		а		**
	30×10х5		2,2	лен		в		*
				хлопок		в		**
	15×15х4		2,0	дизельное топливо		а		*
				лен		в		**
	30×10х4		2,3	пенопласт		в		*
				хлопок+капрон		в		**
	30×20х5		2,0	хлопок		в		*
				турбинное масло		а		**
	30×30х4		1,8	бензин		а		*
				древесина		в		**
	40×10х4		2,0	толуол		а		*
				керосин		б		**
	25×10х3		2,2	древесина		в		*
				ацетон		а		**
	25×25х4		2,0	полиэтилен		в		*
				бензин		а		**
	30×20х3		2,0	резина		в		*
				хлопок		в		**
	25×25х4		1,8	турбинное масло		а		*
				лен		в		**
	40×10х5		2,4	лен		в		*
				хлопок+ капрон		в		**
	20×20х6		2,0	дизельное топливо		б		*
				турбинное масло		а		**
	25×10х4		1,8	пенопласт		в		*
				древесина		в		**
	30×20х6		2,2	хлопок		в		*
				керосин		а		**

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


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

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

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

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

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

Показать весь текст

Заполнить форму текущей работой