Характерные схемы развития некоторых видов пожаров

Для прогнозирования обстановки на пожаре, для правильной организации боевых действий по ведению спасательных работ, по локализации и тушению пожара, для проектирования автоматических систем сигнализации и тушения пожара необходимо знать законы развития и изменения параметров пожара во времени и в пространстве.

Рассмотрим зависимость интенсивности развития пожара от вида и характера пожарной нагрузки, состояния горючих материалов и некоторых их специфических особенностей. Если горючий материал, составляющий пожарную нагрузку, однороден (например, древесина, кипы бумаги или другие горючие материалы) и равномерно размещен по площади пола и если в помещении нет ориентированных газовых потоков, то процесс горения будет распространяться равномерно во все стороны, и будет иметь форму, близкую к круговой (рис. 43). Чем более горючий материал составляет пожарную нагрузку, тем интенсивнее развитие пожара. Чем больше скорость линейного распространения пламени, тем выше скорость роста площади пожара; чем выше теплота сгорания данного материала, тем больше скорость роста интенсивности тепловыделения на пожаре, выше скорость роста температуры пожара; чем мельче частицы материала (больше дисперсность), тем больше скорость выгорания его. Чем менее компактно уложен материал, тем больше коэффициент поверхности горения К_п , тем больше поверхность нагревания горючего материала, легче поступает воздух в зону горения и интенсивнее выходят летучие фракции из горючего материала и тем, соответственно, выше скорость линейного распространения пожара и т.д. Но поскольку неизвестно истинное значение зависимости скорости распространения пожара, то во время его развития n_p=f(r), которая выражается через n_p=f₁(t_п), где t_п - температура пожара, которая также переменна во времени t_п=x(r) и зависит от n_p=f(r), то в расчетные формулы для определения площади пожара в начальной стадии его развития и после введения первых стволов для тушения вводят поправочный коэффициент к скорости распространения пожара а< 1. Условно а принят равным 0, 5. Также условно принято, что этот коэффициент в формулу F_П= k(an_p r )ⁿ вводится для расчета площади пожара до 10 мин развития пожара и после введения первых стволов, независимо от того, насколько I_ф и Q_ф соответствует I_Тр и Q_Тр.

Пример. Рассчитать изменение площади пожара во времени для здания мебельного цеха.

Рис. 43 Схема помещения.

 

Здание цеха по производству мебели, где произошел пожар, одноэтажное П-образной формы с пристроенными в торцах бытовыми помещениями, с общей площадью 2000 м² (рис. 43). Стены кирпичные, покрытие горючее (По металлодеревянным фермам уложен рабочий настил на ребро из досок. На тесовую подшивку уложен утеплитель, сверху он закрыт двумя слоями тёса. Кровля в два слоя из рубероида). Цех состоял из трех отделений с площадью: заготовительного 1 - 508 м², сборочного 2 - 900 м², отделочного 3 - 500 м². Заготовительное и сборочное отделения разгорожены гипсовой перегородкой, доходящей до нижнего пояса металлодеревянной фермы, верхняя часть перегородки обшита тесом. Эти помещения соединялись проёмом а защищенным противопожарной дверью. Сборочное и отделочное отделения разделены капитальной стеной, в которой было два технологических проема б и в без противопожарной защиты.

В день пожара в заготовительном отделении, кроме технологического оборудования, было около 10 м³ заготовок теса, щитов, в отделочном отделении находились две покрасочные камеры, кирпичная кладовая для хранения сменной потребности лаков, цеховая лаборатория и более 160 шкафов.

Для такого объекта линейную скорость распространения пожара можно условно принять равной 2 м/мин.

Расчет площади пожара при свободном развитии производится исходя из предположения о равновероятном распространении пламени в горизонтальной плоскости. В рассматриваемом случае пожар возник на некотором удалении от угла помещения (см. рис. 43). Пожар в этом случае будет распространяться по форме полукруга (показан пунктиром) до того момента, пока пламя не достигнет торцевой стены сборочного отделения. Однако дальше рассчитать F_П невозможно, так как форма площади становится неопределенной. В аналогичных случаях искусственно переносят место возникновения пожара в угол помещения. Тогда распространение пожара по сектору будет осуществляться до того момента, пока фронт горения не достигнет стены, разделяющей сборочное и заготовительное отделения, т.е. пройдет путь в 19 м. В первые 10 мин развития пожара скорость распространения пламени принимается равной 0, 5 Vp^табл (в рассматриваемом случае - 1 м/мин).

За 10 мин с этой скоростью пожар распространится на 10 м и площадь его составит (117):                              (117)

В последующие моменты времени (свыше 10 мин) скорость распространения пламени принимается равной 2 м/мин. Оставшееся расстояние в 9 м со скоростью 2 м/мин пламя пройдет за 4, 5 мин, и площадь пожара на 15 мин составит (118):

(118)

Для упрощения дальнейших расчетов условно примем, что фронт горения распространяется по ширине помещения. Тогда площадь пожара составит F_П⁽¹⁵⁾ =360 м².

Далее фронт горения будет распространяться до стены, разделяющей сборочное и отделочное отделения. Оставшийся путь в 28 м пламя пройдет за 14 мин, т.е. к 29 мин свободного развития пожара его площадь составит: F_П⁽²⁹⁾ =900 м².

Распространение пламени в сборочное отделение не будет происходить, так как проём а защищен противопожарной дверью. Через проемы б и в пожар распространится в отделочное отношение. Для расчета площади пожара условно принимаем (как и в предыдущем случае), что распространение пожара по отделочному отделению начинается из угла (потому что расчет F_п с учетом распространения пожара через проемы б и в с некоторого момента становится невозможным). Тогда пожар будет распространяться по форме сектора до того момента, пока фронт горения не пройдет путь в 13 м со скоростью 2 м/мин, т.е. до 35, 5 минуты. Далее предполагается, что фронт горения распространяется по ширине помещения и с учетом этого площадь пожара на 35, 5 мин будет равна:

Наконец, оставшееся расстояние в 20 м фронт горения пройдет за 10 мин и площадь пожара на 45, 5 мин составит:

По полученным данным строят график зависимости площади пожара от времени (рис. 44). Следует заметить, что пожар может распространиться и в заготовительное отделение, по горючему покрытию, т.е., приведенный расчет площади пожара является приближенным.

Эти взаимосвязи просматриваются при принятых ранее условиях: однородной пожарной нагрузке; равномерном ее расположении в горизонтальной плоскости; отсутствии ярко выраженных других факторов, влияющих на скорость и направление развития пожара (при равномерном и однородном поле температур, отсутствии внешних принудительных газовых потоков и др.).

Если пожарная нагрузка неоднородна, а состоит из более и менее горючих материалов, то распространение и развитие пожара существенно изменится. В характере распространения процесса горения появится доминирующее направление v^dom_p. Этот фактор и будет определять направление и скорость распространения процесса горения, а стало быть, величину и форму площади пожара, и все остальные параметры динамики его развития.

То же самое произойдет в случае, если однородная пожарная нагрузка размещена неравномерно. Особенно если часть ее расположена горизонтально (т.е. размещена в плоскости пола или на некотором уровне от пола), а значительная часть ее размещена вертикально (обшивка стен горючими материалами, картины, занавеси, стеллажи книгохранилищ, складов и др.). При прочих равных условиях доминирующим направлением распространения процесса горения станет вертикальное. Причем v^dom_p может быть в 2-3 раза больше, чем ν _p. Характер зависимости ν _p = f(а), где а - угол наклона плоскости размещения горючего материала, рассмотрены в гл. 2, рис. 9.

Рассмотрим некоторые простейшие схемы распространения и развития пожара, когда пожарная нагрузка неоднородна или размещена неравномерно.

Пожарная нагрузка неоднородна. Таких вариантов множество. Одного и того же вида пожарная нагрузка неравномерно размещена (рис. 45). При разнородной пожарной нагрузке (рис. 46) пожар будет распространяться быстрее и интенсивнее по более легкогорючим материалам. Если пожарная нагрузка размещена неравномерно и различается по структуре (рис. 47), в реальных условиях процесс горения будет распространяться неравномерно и по направлению, и по скорости.

 

Рис. 44. График роста площади пожара во времени

 

Рис. 45. Схема распространения пожара при неравномерном размещении пожарной нагрузки.

 

Рис. 46. Схема распространения пожара при разнородной пожарной нагрузке

 

Рис. 47. Схема распространения пожара, когда пожарная нагрузка размещена неравномерно и различается по структуре

 

Рис. 48. Схема распространения пожара в высокоэтажных складах

 

Пространственное размещение однородной и неоднородной, пожарной нагрузки. При пространственном (наиболее реальном) размещении пожарной однородной нагрузки преимущество распространения пожара будет определяться направлением действия сил конвекции. Примером может служить распространение пожара в высотных зданиях и высокостеллажных складах (рис. 48).

Известно, что, когда вектор распространения горения совпадает с вектором конвективных потоков, скорость распространения горения увеличивается в 2-3 раза и более. И наоборот, если направление вектора распространения горения не совпадает с вектором конвективных потоков, скорость распространения горения начинает убывать и в пределе может стать равной нулю.

 

 

Рис. 49. Схема распространения пожара при наличии отделочных и декоративных материалов

 

Еще больше усложнится задача прогнозирования обстановки го материала, то пламя распространяется по ней, как по «пороховой дорожке», как по специальному пламяпроводу (рис. 49). Тогда, по законам действия конвективных газовых и тепловых потоков, пламя по стеллажу пойдет вверх, а по пегкогорючей и легковоспламенимой ковровой дорожке распространяется до противоположной стены книгохранилища. Боли стеллажи по торцам отделаны декоративным легковоспламенимым и быстрогорящим пластиком, лаком, масляной краской и другими горючими покрытиями, то по ним пламя будет распространяться еще быстрее. Распространение пожара по этим видам горючих материалов вверх и в направлении их размещения будет еще интенсивнее, а задача правильного расчета и прогнозирования направлений и скорости развития пожара - еще сложнее. И, тем не менее, уметь хотя бы приблизительно оценивать направление и интенсивность развития пожара в реальных условиях крайне необходимо. Необходимо это и инженерам-конструкторам и проектировщикам, разрабатывающим автоматические системы сигнализации о пожаре и системы автоматического пожаротушения.

Исследования, проведенные за рубежом, показали, что при возникновении пожара в складе у основания стеллажей уже через 3 мин скорость его распространения достигает 10 м/мин. Увеличение высоты стеллажей с 2, 5 м до 5 м повышает интенсивность тепловыделения в 9-10 раз, а поскольку в этих условиях она пропорциональна интенсивности выгорания пожарной нагрузки, значит, и скорость выгорания возрастает более чем в 10 раз. Локальная температура под крышей уже через 3-5 мин достигает 870°С, а прочность металлических конструкций резко снижается при t_П=350 - 400 С, и при 450°С происходит потеря устойчивости.

Динамика распространения и развития пожара во многом зависит от интенсивности газообмена. Искусственные и естественные газовые потоки, существующие в зданиях и помещениях, а особенно естественные конвективные потоки, возникающие при пожарах, существенно влияют не только локально на процессы горения в зоне уже распространяющегося факела пламени, но и определяют весь ход развития и распространения пожара в целом.

Увеличение скорости распространения горения с ростом скорости попутных газовых потоков, приводящее к двух-, трехкратному увеличению линейной скорости распространения пожара и скорости распространения процессов горения вверх по направлению конвективных газовых потоков, приводит к резкой интенсификации пожаров на таких объектах, как: театры, высотные здания, туннели, шахты, ангары, выставочные павильоны и т.п. Эти воздушные потоки, резко интенсифицируя динамику пожаров, создавая неожиданные, иногда трудно поддающиеся учету и прогнозированию, направления интенсивного распространения пожара, сильно осложняют обстановку на пожаре. При этом уделяется особое внимание опасности распространения пожара по вентиляционным каналам и лифтовым шахтам, по лестничным клеткам и коммуникациям, по покрытиям больших площадей и другим конструктивным элементам зданий.

Нередко на направление и интенсивность распространения пожара решающее влияние оказывают даже такие непредвиденные обстоятельства, как изменения агрегатного состояния горючих материалов. К ним относится растекание расплавленных горящих масс горючих веществ, которые при нормальных условиях являются твердыми материалами, например, проникновение и развитие пожара внутрь здания при горении покрытий больших площадей. Расплавленные смолы, битум, пенополистирол или пенополиуретан горят и стекают через неплотности в покрытии, что является причиной пожара внутри зданий и помещений (рис. 50).

Знание всех этих особенностей необходимо для правильной оценки обстановки на пожаре. И в первую очередь, это необходимо знать РТП, в задачи и обязанности которого входит, проводя боевую разведку, достаточно точно прогнозировать обстановку на пожаре, определить решающее направление и характер боевых действий, количество и положение отдельных боевых участков и их задачу, необходимость вызова дополнительных сил и средств и т.д.

Распространение пожара за пределы одного помещения.

 

Рис. 50. Схема перехода пожара извне внутрь помещения

 

Как известно, реальные пожары сравнительно редко ограничиваются зоной их первоначального возникновения. Если не будут приняты специальные активные меры по их локализации и тушению, то через некоторое время, после разрушения остекления, прогорания дверей, изолирующих перегородок, перекрытий или по другим каналам пожар перебрасывается за пределы одного помещения и начинает интенсивно распространяться дальше.

Обычно раньше всего пламя пожара выходит за пределы помещения, где оно первоначально возникло, через оконные проемы, если дверь помещения была при этом плотно закрыта. Это происходит, во-первых, потому, что остекление окон, как правило, разрушается при среднеобъемной температуре пожара 250-300°С (т.е. через 10-15 мин после начала пожара); во-вторых, при недостатке воздуха в зоне горения, который обычно имеет место при внутренних пожарах, эти горючие газы сгорают за пределами помещения, в оконных проемах и над ними. Языки пламени из окна с разрушившимся остеклением вместе, с горячими продуктами горения устремляются вверх и достигают оконных переплетов верхних этажей, которые могут воспламениться (рис. 51).

При очень интенсивном горении пожар может переброситься на близрасположенное здание по механизму передачи лучистой энергии или от искр и головней[3] (рис. 52).

Еще более естественным и опасным путем распространения пожара за пределы помещения, где он первоначально возник, являются дверные проемы, если дверь в момент возникновения пожара не была закрыта или если она самопроизвольно открылась под действием избыточного давления газовой среды в горящем помещении. Даже если дверь плотно закрыта, это одно из слабых мест в отношении опасности распространения пожара за пределы горящего помещения, так как огнестойкость дверей, как правило, сравнительно мала и составляет 10-15 мин, а иногда и 4-5 мин. Огнестойкость двери зависит от конструкции материала, из которого она изготовлена, от режима горения в помещении, а также от характера размещения пожарной нагрузки и относительного расположения первоначального очага пожара.

Рис. 51. Схема перехода пожара с нижних этажей на верхние	Рис. 52. Схема распространения пожара при интенсивном излучении

Рис. 53. Схема распространения пожара за пределы помещения через ограждающие конструкции.

Если очаг пожара расположен далеко от двери, то до начала ее загорания она будет испытывать в течение некоторого времени более или менее интенсивное тепловое воздействие процесса горения внутри помещения. Поэтому она будет разогрета и подготовлена к горению. Кроме того, когда пламя достигнет двери и начнется процесс ее горения, он будет протекать под интенсивным воздействием лучистого теплового потока от зоны горения, расположенной внутри помещения. Поэтому огнестойкость двери как огнепреграждающей конструкции, с момента ее воспламенения будет минимальна, она прогорит быстро, и пламя пожара (а также продукты полного и неполного горения) начнет распространяться на смежные помещения. Но с момента начала пожара это произойдет не сразу, а через более или менее продолжительный, промежуток времени (складывающийся из времени, за которое пламя пожара достигнет двери r₁ , и времени, за которое прогорит сама дверь r₂ - огнестойкость двери). Если же очаг пожара находится в непосредственной близости от двери, например, при загорании бумаги и мусора в урне, стоящей под дверью, она загорится практически сразу, как только ее поверхность прогреется до температуры начала пиролиза древесины (t^нач_пир ≈ 250°С). А окрашенная краской или оклеенная горючими синтетическими декоративно-отделочными материалами дверь загорится еще раньше. При этом огнестойкость двери r₂ будет даже выше, чем в предыдущем случае r ₂. Но пожар выйдет за пределы горящего помещения еще быстрее, чем в первом случае, так как r ' ₂ < r₂ +r₁.

Другой путь распространения пожара за пределы помещения - его переход горения через вертикальные и горизонтальные ограждающие конструкции (рис. 53). По вертикальным ограждающим конструкциям пожар может интенсивно распространяться с обогреваемой стороны в пределах того же помещения, если эти конструкции покрыты горючими, а тем более легковоспламеняемыми декоративно-отделочными синтетическими материалами. Если же ограждающие конструкции обладают низкой огнестойкостью и способны прогореть или частично разрушиться под воздействием пламени или высоких температур на обогреваемой поверхности, то пожар распространится в смежное помещение. В некоторых специальных помещениях вертикальные ограждающие конструкции обладают столь высокой теплопроводностью, что способны так интенсивно передавать тепло на необогреваемую сторону, что на ней произойдет воспламенение горючих покрытий или даже горючих элементов близлежащей пожарной нагрузки. Такими конструкциями являются переборки в судовых каютах, лабораторные боксы, перегородки, смонтированные из металлических сборных или сварных элементов, и т.д.

Через горизонтальные ограждающие конструкции пожар может распространиться через перекрытия в этажи здания, расположенные выше горящего помещения. Пожар лишь в редких случаях переходит через перекрытие в этажи, расположенные ниже горящего помещения. Чаще всего он распространяется в верхние этажи.

Наиболее опасными путями распространения пожара в верхние этажи здания являются различные пустоты в строительных конструкциях, вентиляционные и кабельные каналы и т.п. Продукты неполного сгорания, интенсивно выделяющиеся в горящем помещении, по законам естественной конвекции устремляются по таким каналам вверх. Скопление их с последующим внезапным воспламенением может вызвать даже взрыв с разрушением элементов конструкции здания и выбросом пламени и продуктов горения в смежные помещения [13].

⇐ Предыдущая6789101112131415Следующая ⇒

Поделиться: