Расчёт основных параметров развития и тушения пожара в здании офисного центра

Расчёт основных параметров развития и тушения пожара в здании офисного центра

Министерство Российской Федерации по делам гражданской обороны, чрезвычайным ситуациям и ликвидации последствий стихийных бедствий

Ивановский институт Государственной противопожарной службы

Кафедра химии, теории горения и взрыва

КуРсовая работа

по дисциплине:

Физико-химические основы развития и тушения пожара

тема:

Расчёт основных параметров развития и тушения пожара в здании офисного центра

Иваново 2013

Содержание

Введение

Задание

. Оперативно-тактическая характеристика объекта

.Определение формы и площади пожара

. Расчет материального баланса процесса горения

.1 Расчет коэффициента избытка воздуха

.2 Расчет объема воздуха

.3 Расчет объема продуктов горения

. Расчет теплового баланса процесса горения

.1 Расчет низшей теплоты сгорания

.2 Расчет температуры горения

. Расчет параметров развития пожаров

.1 Определение приведенной массовой скорости выгорания

.2 Расчет плотности теплового потока

.3 Определение температуры среды в помещении

.4 Определение плотности наружного воздуха

.5 Определение плотности продуктов горения

.6 Определение положения нейтральной зоны

.7 Определение интенсивности газообмена

.8 Определение количества дыма выделяемого в помещении

.9 Определение количества дыма выделяемого из помещения

. Расчет параметров тушения пожара

.1 Определение площади тушения пожара

.2 Определение вида и расхода огнетушащих средств на тушение пожара

.3 Определение количества технических приборов для тушения пожаров и тушения объектов

.3.1 Определение количество стволов на тушение

.3.2 Определение общего количества водяных стволов

.4 Определение фактического расхода воды на тушение пожара и защиту объекта

.4.1 Определение фактического расхода огнетушащего средства на тушение пожара

.4.2 Определение фактического расхода огнетушащего средства на защиту

. Обеспечение правил охраны труда при ведении боевых действий

Заключение

Список используемой литературы

Введение

В современных условиях разработка экономически оптимальных и эффективных противопожарных мероприятий немыслимо без научно-обоснованного прогноза динамики пожара.

Прогнозирование динамики пожара в помещении необходимо:

·        при разработке оперативных планов пожаротушения и планировании боевых действий боевых подразделений при пожаре;

·        для оценки фактических пределов огнестойкости и для многих других целей.

Современные методики прогнозирования пожара не только позволяют «заглядывать в будущее», но и «увидеть» то, что уже когда-то и где-то произошло.

При рассмотрение объекта воздействия опасных факторов пожара (ОФП) на людей используют так называемые предельно-допустимые значения параметров состояния среды в зоне пребывания людей. Предельно-допустимые значения ОФП получены в результате обширных методико-биологических исследований. В процессе этих исследований установлен характер воздействия ОФП на людей в зависимости от значений количественных характеристик. Следует подчеркнуть, что в условиях пожара имеет место одновременное воздействие на человека всех ОФП. Вследствие этого опасность многократно увеличивается.

В строительных конструкциях зданий и сооружений используются различные материалы по происхождению пожарной опасности. Конструктивные элементы из железобетона, кирпича, бетона способны в условиях пожара в течение десяти минут, а иногда нескольких часов сопротивляться воздействию ОФП и не разрушаться. Стальные конструкции зданий не горят, не распространяют огонь, но при 15-20 минутном огневом воздействии теряют несущую способность.

Знать опасные свойства строительных материалов, оценивать поведение конструкций при пожаре, предлагать эффективные способы огнезащиты конструктивных элементов - одна из первоначальных обязанностей инженера пожарной безопасности. При пожаре происходит газообмен среды в помещении с окружающей средой через проемы различного назначения. Перепад давления обусловлен так, что при пожаре плотность газовой среды внутри помещения существенно о плотности наружного воздуха.

Статистические данные о пожарах в РФ.

год: количество пожаров-129322, ущерб - 1485827 тыс. рублей;

погибло людей - 9783 человека;

уничтожено строений - 35420 единиц;

уничтожено техники - 3550 единиц.

Обстановка пожаров в РФ в 1-ом полугодии 2009 года на предприятиях, охраняемых ГПС:

количество пожаров - 437;

потери-61543 тыс. рублей.

Обстановка пожаров в РФ в 2-ом полугодии 2010 года на предприятиях, охраняемых ГПС:

количество пожаров - 342;

потери - 167823 тыс. рублей.

Пожары происходили на следующих основных предприятиях:

·        производственные здания - 196;

·        слады, базы, производственные предприятия - 13;

·        строящиеся объекты - 9

Задание

Номер объекта - 3;

Место пожара - т.1

Количество вещества (кг) - 490;

Начальная температура Т₀ (⁰С) - 16;

Атмосферное давление Р₀ (Па) - 98425;

Потери тепла излучением, % - 21;

Размер наружных дверей в помещении (м) - 2 х 0.9

Размер оконных проемов на высоте от уровня пола, м - (2х2 на h = 0.7)

Высота до покрытия Н, м - 3.5;

Время - Т(1) - 12 мин.

Время- Т(2) - 31 мин.

Время - Т(3) - 40 мин.

Состав горючего вещества:

ω ( С)= 43%;

ω ( Н₂)= 5%;

ω ( О₂)= 36%;

ω ( N₂)= 16.2%;

ω=0%;

1. Оперативно-тактическая характеристика объекта

Здание торгового центра

Здание одноэтажное, имеет размеры в плане 33х15 м. Стены кирпичные толщиной 650 мм. Покрытие совмещённое из сборных железобетонных плит по железобетонным фермам. Утеплитель из несгораемых материалов. Кровля из трёх слоёв рубероида на битумной мастике. Здание разделено стенами на несколько помещений. Потолок подвесной Amstrong. Дверные проёмы внутри помещения имеют размер 0.8х2. Дверные проёмы в наружных стенах имеют размеры: 2х0.9; оконные проемы размером 2х2. Система вентиляции соответствует требованиям норм. Электрооборудование осветительное 220В.

Основным горючим материалом является кожа влажностью 0%.

2. Определение формы и площади пожара

Определение масштаба:

Здание торгового центра имеет размеры в плане: 35х19

Составим пропорцию:

(м) - 15 (см.)

Х - 1 (см.)

=>Х=2.2(м)

(м.) - 7(см)

Y - 1(см)

=>Y=2.1(см)

Определение формы и площади пожара

, м

где V_Л - линейная скорость распространения фронта пламени, м/мин. (принимаем по спр. РТП равной 05м/мин).

Определим путь, пройденный огнем:

l₁ = 0,5*0,9*10+0,9(12-10) = 6.3 м;

l₂ = 6.3+0,5*0.9(31-12) = 14.8 м;

l₃ =14.8+ 0,5*0,9(40-31)=18.8 м;

Найдем площадь пожара:

S_n1 = πr²/4=3.14х6.3=19.7 м²;

S_n2=8.8х14.8=130.2 м²;

S_{n 3}= S₃¹+ S₃²= 168.4+ 51=219.4 м²;₃¹=19х8.8=168.4 м²;₃²=6х8.5=51 м²;

3. Расчет материального баланса процесса горения

3.1 Расчет коэффициента избытка воздуха

Расчет коэффициента избытка воздуха α определяется по графику рис. №1 методических указаний по выполнению к/р , по численному значению S_п / S_пол определяется вид кривой, а по полученным значениям S₁ / S_п и величине количества воздуха, необходимого для полного сгорания 1кг вещества V_B⁰, определяется порядковый номер кривой.

S_пола=33х15=495 м²;

Площадь проема:

S₁=2х0.9=1.8 м²;

Найдем отношение S₁/S_пола:

= > (линия 3) = > (линия 1)

Рассчитаем объем воздуха для (1 кг) вещества:

, м³ ,

где - массовые доли углерода, водорода, кислорода и серы в горючем веществе, %;

т - заданное количество горючего вещества, кг;

α - коэффициент избытка воздуха (1).

 м³;

.2 Расчет объема воздуха.

, м³ ,

где - массовые доли углерода, водорода, кислорода и серы в горючем веществе, %;

т - заданное количество горючего вещества, кг;

α - коэффициент избытка воздуха;

Полученное значение рассчитываем при н.у.:

где  - объем воздуха необходимый для сгорания заданно количества вещества при нормальных условиях;

Р₀ - давление при нормальных условиях, Па;

Р - заданное давление, Па;

Т₀ - температура при нормальных условиях, К;

Т - заданная температура, К;

.3 Расчет объема продуктов горения

V⁰_co2=

V⁰_н2o=

V⁰_N2=

Так как коэфф. избытка воздуха (α>1), то рассчитаем объем избытка воздуха:

, м³ ,

где - массовые доли углерода, водорода, кислорода и серы в горючем веществе, %;

α - коэффициент избытка воздуха;

;

Найдем общий объем продуктов горения:

Общий объём продуктов горения, выделяющихся при сгорании 1 кг вещества в нормальных условиях, определяем, суммируя объёмы компонентов продуктов горения:

, м³,

где:- объёмы образующихся при нормальных условиях газов: оксида углерода (IV), водяного пара, оксида серы (IV), оксида фосфора (V), азота и кислорода, м³.

Пересчитываем общий объём продуктов горения на заданное количество вещества:

, м³

а именно:

Находим объём продуктов горения при заданных условиях:

, м³

где: V_пг ^0/ - объем продуктов горения, выделившейся при сгорании заданного количества вещества, м³;

Р_о - давление при нормальных условиях, Па;

Т_о - температура при нормальных условиях, К;

Р - заданное давление, Па;

Т - заданная температура, К.

Рассчитаем объем компонентов п.г.:

Объём компонентов продуктов горения определяется по формулам:

, м³; , м³ и т.д.

При нахождении процентного состава компонентов продуктов горения их общий объём  принимается за 100% и определяется из соотношения:

j, %; j, % и т.д.

V(со2)₁=0.8*490*10455.7/ 9594.2 = 427.1 м3;

V(со2)₂=0.8*490*5224/ 4797.1 = 426.8 м3;

V(со2)₃=0.8*490*5224/ 4797.1 = 426.8 м3;

V(Н2О)₁ =0.56*490*10455.7/ 9594.2 =299 м3;

V(Н2О)₂ =0.56*490*5224/ 4797.1 =298.8 м3;

V(Н2О)₃ =0.56*490*5224/ 4797.1 =298.8 м3;

V( N2) ₁=2.13*490*10455.7/ 9594.2 =1137.4 м3;

V( N2) ₂=2.13*490*5224/ 4797.1 =1336.5 м3;

V( N2) ₃=2.13*490*5224/ 4797.1 =1336.5 м3;

Рассчитаем процентный состав компонентов:

Ф(со2)₁=427.1*100/10455.7= 4.0%

Ф(со2)₂=426.8*100/5224= 8.1%

Ф(со2)₃=426.8*100/5224= 8.1%

Ф(Н2О) 1=299*100/10455.7=2.8%

Ф(Н2О) 2=298.8*100/5224=5.7%

Ф(Н2О) 3=298.8*100/5224=5.7%

Ф(N2)1 =1137.4 *100/10455.7= 10.8%

Ф(N2)2 =1336.5 *100/5224= 25.5%

Ф(N2)3 =1336.5 *100/5224= 25.5%

4. Расчет теплового баланса процесса горения

4.1 Расчет низшей теплоты сгорания

, кДж/кг

где 339,4; 1257; 108,9; 25,1; 9 - коэффициенты при углероде, водороде,

кислороде и т.д. - величины безразмерные;

 - массовые доли кислорода, водорода, азота,

углерода и серы, %;

 - массовая доля влаги в горючем веществе, %.

огнетушащий технический защита пожар

 кДж/кг.

4.2 Расчет температуры горения

Qп.г.=Q_н-Q_недож-Q_п.из.=0.79хQ_н=0.79х 13847.4 =10939.4 , кДж/кг

ТГ=1173 К

т.к. в смеси воздуха присутствует азот, то понижаем температуру на 100 градусов

ТГ=1073 К

 }

возд.=6.3*1108.2=6981.6

∑ Нср.=11948.1 > Qп.г =10939.4 кДж/кг;

Понижаем на 100 градусов, получим:

ТГ=973 К

возд. =6.3*960.3=6049.8

9891.5<Qп.г =10939.4 кДж/кг;

Методом интерполяции определяем ТГ:

11948.1 Дж/моль - 1073К

.4 кДж/моль - Т_Г

Т_Г = 1023.9 К.

5. Расчет параметров развития пожара

.1 Определение приведенной массовой скорости выгорания

По справочнику РТП стр.100

V_М1=0.35/60=0.0058 ,кг/(м²/с);

V_М2=0.35/60=0.0058 , кг/(м²/с);

V_М3=0.35/60=0.0058 , кг/(м²/с);

5.2 Расчет плотности теплового потока

где η - коэффициент химического недожога, принимается по справочнику РТП стр.97

V_{M пр} - массовая скорость выгорания, кг/(м²/с);

S_п - площадь пожара на определенный момент времени, м²;

Q_P^H - низшая теплота сгорания, кДж/моль;

S_огр- площадь поверхности ограждающих конструкций, м²;

5.3 Определение температуры среды в помещении

По монограмме Рис.3 на стр. 16 М/У по полученным значениям q, α определяется температура среды в помещении на определенные, заданные моменты времени.

Т₁ = 80 С=353К

Т₂= 340 С=613К

Т₃ = 410 С=683К

5.4 Определение плотности наружного воздуха

где 354 - постоянная величина;

Т - температура окружающего воздуха, К.

.5 Определяем плотность продуктов горения

где 354 - величина постоянная;

Т_пⁱ - температура среды в помещении, где произошел пожар, К

5.6 Определение положения нейтральной зоны

Так как проемы расположены на разных уровнях, то высота нейтральной зоны определяется по формуле:

где: h_НЗ - высота нейтральной зоны, м;

Н_П - высота приточного проема, м;

Н - расстояние между центрами приточных и вытяжных отверстий, м, (для определения Н выполняется отдельный рисунок в тексте курсовой работы, с указанием размеров приточных и вытяжных проемов);  - плотность воздуха, кг/м³_;  - плотность продуктов горения, кг/м³; S_пр - площадь приточных проемов, м²; S_в - площадь вытяжных проемов, м²;

5.7 Определение интенсивности газообмена

Требуемая интенсивность газообмена рассчитывается по формуле:

где: I_Г^ТР - требуемая интенсивность газообмена на определенный момент времени, кг/ (м²с);

V_м.пр - приведенная массовая скорость выгорания;

V_в⁰ - теоретически необходимый расход воздуха, м³/кг;

 - плотность наружного воздуха, кг/м³.

Фактическая интенсивность газообмена рассчитывается по формуле:

где: I_г^ф - фактическая интенсивность газообмена, на определенный

момент времени, кг/(м² с);

m - коэффициент учитывающий пропускную способность проема, принимается равным 0,65;

p_в - плотность наружного воздуха, кг/м³;

p_пг - плотность продуктов горения, кг/м³;

S₁ - площадь приточных проемов, м²;

S_п - площадь пожара на определенный момент времени, м²;

h_прит. - расстояние от центра приточного проема до нейтральной зоны, м (для определения h_прит. выполняется отдельный рисунок в тексте курсовой работы, с указанием размеров приточного проема и высоты нейтральной зоны);

g - ускорение свободного падения, равное 9,81 м/с²;

5.8 Определение количества дыма, выделяемого в помещении

где V_gⁱ - количества дыма, выделяемого с площади горения

V_м.пр - приведенная массовая скорость выгорания, м³/кг;

V_ПГ - количество продуктов горения, выделяемое при сгорании м³/кг;

 - коэффициент пропорциональности, принимаемый 1-1,2 (величина безразмерная);

S_Пⁱ - площадь пожара на определенный момент времени, м²;

Т_П - температура пожара в определенный момент времени, К;

Т₀ - начальная температура, К.

.9 Определение количества дыма, удаляемого из помещения

где V_удⁱ - количества дыма, удаляемого из помещения;

 = 0,65- коэффициент, учитывающий расход воздуха через вытяжные проемы;

g - ускорение свободного падения, м/с²;

 - плотность наружного воздуха;

 - плотность продуктов горения, кг/м³;

S_в - площадь вытяжных проемов, м²;

h - расстояние от оси (центра) вытяжного отверстия до Н.З., м;

6. Расчет параметров тушения пожара

.1 Определение площади тушения пожара

В зависимости от вида и режима горения, площади пожара, направлений распространения на момент ввода сил и средств, принимается решение на тушение пожара по всей площади или части, т.е. тушение производится по фронту или периметру пожара.

Принимаем тушение пожара по фронту пожара:

S_т¹=k*π*h_ст*(2*l_t-h_ст)=0.25х3.14х5(2*6.3-5)=29.8 м²;

S_т²=А+В+С= 44+39.2+39.2+39.2=161.1м²;

А=8.8*5=44 м²;

С= π*r²/2=3.14*5²/2=39.2 м2;

Д= π*r²/2=3.14*5²/2=39.2 м2;

Е= π*r²/2=3.14*5²/2=39.2 м2;

S_т³=А+В+С+Б+Е=44+39.2+9.2+30+39.2=162.2м²;

А=8.8*5=44 м²;

Б= π*r²/2=3.14*5²/2=39.2 м2;

С= π*r²/4=3.14*5²/4=39.2 м2;

В=6*5=30 м²;

Е= π*r²/2=3.14*5²/2=39.2 м2;

.2 Определение вида и расхода огнетушащих средств на тушение пожара

,

где - требуемый расход огнетушащего вещества на тушение пожара, л/с, кг/с, м³/с; - требуемый расход огнетушащего вещества на защиту объекта, л/с, кг/с, м³/с.

 л/с;

 л/с;

На второй момент времени, площадь защиты будет определяться как:

) Площадь защиты, равное площади тушения по фронту;

) Площадь защиты, требующаяся для защиты внутренней стены от теплового потока, для предотвращения развития пожара

S^защ₂=V+D=14.3*5+8.8*5=44+71.5=115.5 м²

На третий момент времени, площадь защиты будет определяться как:

) Площадь защиты, равное площади тушения по фронту;

) Площадь защиты, требующаяся для защиты внутренней стены от теплового потока, для предотвращения развития пожара

S^защ₃=H+L= =74 м²

 л/с;

где I=0.20 (справочник РТП)

Qтр=5.96+1.49=7.45 л/с;

Qтр=32.4+3.7=36.1 л/с;

6.3 Определение количества технических приборов для тушения пожара и защиты объекта

.3.1 Определяем количество стволов на тушение и защиту

,

где Q_туш - расход на тушение;

- расход ствола;

,

,

На тушение принимаем 10 стволов РС-50

На защиту принимаем 2 ствола РС-50

6.3.2 Определяем общее число водяных стволов

где - количество стволов на защиту, шт;

 - количество стволов на тушение, шт;

6.4 Определение фактического расхода подачи воды на тушение пожара и защиту объектов

,

где - фактический расход огнетушащего вещества на тушение и защиту, л/с;

- фактический расход огнетушащего средства на тушение пожара, л/с;

- фактический расход огнетушащего средства на защиту объекта, л/с.

6.4.1 Определение фактического расхода огнетушащего вещества на тушение пожара

,

где - расход воды из ствола при соответствующем пожаре, л/с;

- общее количество стволов на тушение пожара, шт.

.4.2 Определение фактического расхода огнетушащего средства на защиту

,

где - расход воды из ствола при соответствующем пожаре, л/с;

- общее количество стволов на защиту объекта, шт.

Определим фактический расход подачи воды на тушение пожара и защиту объектов:

Qф1=7+3.5=10.5 , (л/с)

Qф2=35+7=42 , (л/с)

Qф3=35+7=42 , (л/с

7. Обеспечение правил охраны труда при ведении боевых действий

При ликвидации пожаров на промышленных предприятиях и производственных цехах участники тушения должны следить за изменением обстановки, поведением строительных конструкций. В случае возникновения опасности, немедленно предупредить всех работающих на боевых участках, РТП, СПТ и других должностных лиц.

Установленные при работе на покрытиях ручные пожарные лестницы должны быть надежно закреплены. Работу со стволом на покрытии осуществляют не менее двух человек. В этом случае требуется страховка спасательной веревкой.

Электрические сети и установки с напряжением выше 220В отключают представители электрослужбы.

Заключение

В результате выполнения расчетов динамики развития пожара, изменения его параметров с течением времени можно сделать вывод, что из-за характеристики горючего материала и продолжительности пожара на момент ввода пожарных стволов последним прибывшим на пожар отделением площадь пожара приняла значительные размеры S_п3 =219.4 м² Температура среды в помещении на момент локализации пожара равна 683⁰С. Для тушения данного пожара применяем воду, подаваемую из 10 ручных стволов «Б» (на момент локализации). На защиту помещения и кровли подаем 2 ручных ствола «Б». Общий фактический расход воды составляет 42 л/с.

Список используемой литературы:

1. Приказ МЧС России №630 от 31.12.2002 «Об утверждении и введении в действие Правил по охране труда в подразделениях государственной противопожарной службы МЧС России» (ПОТРО-01-2002);

2.      Справочник руководителя тушения пожара. В.П. Иванников, П.П. Клюс. - М: Стройиздат, 1987 - 286 с;

.        Материальный баланс процесса горения. Д.Г. Снегирев. Учебно-методическое пособие. Иваново 2003 - 33 с;

.        Тепловой баланс процесса горения. Д.Г. Снегирев. Учебно-методическое пособие. Иваново 2003 - 33 с;

.        Прогнозирование опасных факторов пожара. М.Ю. Кошмаров. - М: 2002 г.

.        Нормы пожарной безопасности НПБ 1.05-03 г;

.        Физико-химические основы развития и тушения пожаров. Задания и методические указания по выполнению контрольной работы. Иваново, 2009.