| Найти: | на: |
1.Зонная модель развития пожара в помещении. Припотолочная зона и динамика ее развития. Определение времени окончания развития припотолочной зоны
Зонная модель позволяет получить информацию о размерах характерных пространственных зон, возникающих при пожаре в помещении, и средних параметров состояния среды в этих зонах. В качестве характерных пространственных зон можно выделить, например, в начальной стадии пожара приложенную область пространства, область восходящего над горения патока нагретых газов и область незадымленнои холодной части.
Зонные математические модели в основном используются для исследования динамики опасных факторов пожара в начальной стадии пожара. В начальной стадии распределение параметров состояния газовой среды по объему помещения характеризуется большой неоднородностью (неравномерностью). В этот период (отрезок) времени пространство внутри помещения можно условно поделить на ряд характерных зон с существенно различающимися температурами и составами газовых сред. Границы этих зон по мере развития пожара не остаются неизменными и неподвижными. В течение времени геометрическая конфигурация зон меняется и сглаживается контрастное различие параметров состояния газа в этих зонах. В принципе, пространство внутри помещения можно разбить на любое число зон. В этой главе рассмотрим простейшую зонную модель пожара, которая применима при условиях, когда размеры очага горения значительно меньше размеров помещения.
Процесс развития пожара можно представить? следующим образом. После воспламенения горючих веществ образующиеся газообразные продукты устремляются вверх, образуя над очагом, горения конвективную струю. Достигнув потолка помещения, эта струя растекается, образуя припотолочный слой задымленного газа. В течение времени толщина этого слоя увеличивается.
В соответствии с вышесказанным в объеме помещения можно выделить три характерные зоны: конвективную колонку над очагом пожара, припотолочный слой нагретого газа и воздушную зону с практически неизменными параметрами состояния, равными своим начальным значениям. Математическая модель пожара, базирующаяся на разбиении пространства на характерные области, получила название трехзонной модели. Схема этой модели показана на рис. 5.1. На этой схеме использованы следующие Обозначения: ук – координата нижнейграницы припотолочнрго слоя, отсчитываемая от поверхности горения; удв -высота дверного проема;, dэ эквивалентный диаметр очага горения; 2h-высота помещения; GK - поток газа, поступающего в припотолочный слой из конвективной колонки, кг-с"; GB- поток воздуха, поступающий в колонку, из зоны III, кг-с-1; Gr - поток вытесняемого газа из помещения,
кг-с';.. .
- скорость выгорания, кг-с-1; 
- расстояние от пола до поверхности горения, м.
В дальнейшем ограничимся рассмотрением первой фазы начальной стадии пожара. Под понятием "первая фаза начальной стадии пожара" подразумевается отрезок времени, в течение которого нижняя граница прйпотолочного слоя непрерывно опускаясь** достигает верхнего края дверного проема. При первой фазе начальной стадии пожара нагретые газы лишь накапливаются в припотолочной зоне.
При второй фазе нижняя граница II зоны расположена ниже верхнего края дверного проема, С наступлением второй фазы начинается процесс истечения нагретых газов из помещения через дверной проем. До наступления этой фазы имеет место лишь вытеснение (через дверной проем) холодного воздуха из Ш зоны.
2.Принципы построения систем аварийной защиты
технологических процессов. Методы взрывозащиты.
Системы автоматической аварийной защиты представляют собой совокупность элементов и устройств, с помощью которых контролируются параметры процессов, протекающих в защищаемом объекте, и выдача сигналов в критических ситуациях, и использование их для предотвращения аварий, взрывов и пожаров путём переключения режима работы объекта, остановки оборудования, проведения аварийного стравливания или слива горючего вещества, вызова обслуживающего персонала и выдачи ему необходимой информации о причинах и обстоятельствах возникновения отклонений от нормальной работы.
В функции АСЗ входит анализ предаварийного состояния и степени развития аварийной ситуации, а также выбор управляющих защитных воздействий.
В зависимости от конкретных условий применения АСЗ должны обеспечить:
возможность обнаружения любых опасных ситуаций в объекте защиты по контролируемой совокупности параметров;
прекращение хода контролируемого процесса в опасном направлении для любой возможной аварийной ситуации в объекте защиты;
высокое быстродействие, создающее возможность своевременного выполнения противоаварийных действий;
высокую чувствительность к контролируемому параметру;
стабильность характеристик во времени, т.е. сведение к минимуму влияния таких явлений, как старение и утомляемость отдельных элементов;
минимальное влияние внешних факторов (температуры, влажности, атмосферного давления, ударов, операций, электрических помех и т.п.);
минимальное обратное влияние на объект защиты при нормальных значениях контролируемого параметра);
безотказность в условиях длительной непрерывной работы (устройства защиты должны обладать более высокой надёжностью, чем объект защиты);
высокую перегрузочную способность;
взаимозаменяемость (повторимость характеристик), обеспечивающую возможность замены вышедших из строя элементов без существенной перестройки системы защиты;
возможность использования стандартных и унифицированных элементов;
взрывонепроницаемость;
удобство и простоту монтажа, настройки и обслуживания;
минимальное потребление энергии в дежурном режиме.
Несмотря на большое разнообразие устройств защиты, применяемых в различных областях техники, они строятся по общим законам и в них почти всегда удаётся выявить следующие основные элементы; ИАС – индикаторы аварийных ситуаций; ИП – измерительные преобразователи; УС – устройства сравнения; УПУ – усилительно-преобразующие устройства; ЛУ – логические устройства; ИМ – исполнительные механизмы; ЗУ – задающие устройства.
Взрыв горючей среды внутри оборудования и производственных помещений является одной из наиболее опасных для предприятия аварийных ситуаций. Взрывы в производственных помещениях часто являются следствием предшествующих им взрывов в оборудовании. Поэтому взрывозащита технологического оборудования – это одна из главных задач при обеспечении взрывобезопасности производств. Под взрывозащитой технологического оборудования понимается предупреждение его разрушения вследствие воспламенения находящихся в нем газовых или пылегазовых смесей.
Для предотвращения возникновения взрыва разработан комплекс конструктивных и профилактических мероприятий, предполагающих, главным образом,
1) исключение возможности образования взрывоопасных смесей, воспламенения горючих газов, пылей и паров горючих жидкостей
2) снижение уровня опасных концентраций с помощью систем вентиляции, продува и разбавления газовых сред с целью вывода состава смеси за пределы возможного воспламенения. Предусматриваются также меры, не допускающие взрывоопасное исполнение агрегатов, двигателей, электросистем и других технических устройств. В тех случаях, когда указанных мер недостаточно, применяют способы нейтрализации пожаро- и взрывоопасной среды путем введения нейтральных газов и другие профилактические приемы и методы.
Существуют, однако, такие специфические устройства и такие виды производства, где применение конструктивных и профилактических мер не позволяет полностью исключить опасность возникновения взрыва. Особые условия ведения технологических процессов, когда при вынужденном форсировании их параметров, возникает возможность взрыва, поэтому требуется применение активных способов взрывозащиты. К таким способам относятся автоматические системы локализации и подавления взрывов. Они основанны на быстрой регистрации очага воспламенения и последующем воздействии на него огнетушащим веществом. Возможность широкого внедрения таких систем обусловлена достижениями науки в области точной механики, полупроводниковой техники и современной химии, позволяющими создавать высокочувствительные датчики температуры, давления, излучения, а также высокоэффективные ингибиторы и флегматизаторы горения.
Основные принципы, на которых базируются системы автоматической локализации и подавления взрывов, сводятся к отдельному или совместному выполнению комплекса следующих технических мероприятий:
-аварийной разгерметизации технологического оборудования с целью ограничения давления в аппаратах в пределах допустимых значений;
-блокированию аварийного оборудования от смежных технологических аппаратов, обеспечивающему исключение пожара и взрыва в смежных аппаратах;
-активному подавлению взрыва в аппарате путем воздействия огнетушащего вещества на пламя в зоне взрыва.
3.Сущность и характеристика типичных причин пожаров от электроустановок (пожарная опасность проводок и кабелей, электрических машин, аппаратов управления и защиты, электроустановочных изделий, причины повреждения изоляции, зависимость мощности возгорания от сопротивления изоляции)
Пожарная опасность электрических проводок и кабелей обусловливается возможным образованием в условиях эксплуатации источников зажигания: электрических искр, дуг, нагретых контактных соединений и токоведущих жил, частиц расплавленного металла и открытого огня воспламенившейся изоляции, а также способностью электрических проводок распространять горение вдоль их прокладки. Каждый из перечисленных источников зажигания характеризуется своими особенностями. Пожарная опасность нагрева токоведущих жил заключается в опасности загорания изоляции, а также горючих материалов, находящихся в непосредственном контакте с электрической проводкой. Нагрев токоведущих жил может быть локальный, местный и общий. Локальный нагрев - это такой нагрев, когда линейным размером зоны нагрева можно пренебречь. Местный нагрев - это нагрев, охватывающий часть длины проводника, а общий - нагрев, охватывающий весь проводник.
Локальный нагрев возникает при КЗ токоведущих жил в точке их касания. Если образуется контакт с большим переходным сопротивлением (например, при слабом нажатии), то выделяется большое количество теплоты, что ведет к быстрому нагреву контактной зоны. Нагрев может вызвать оплавление проводов в зоне контакта, а также их пережог. Учитывая, что температура нагрева токоведущих жил в зоне контакта очень высокая, следует ожидать воспламенения изоляции, находящейся вблизи зоны нагрева. Ее воспламенению способствует также тепловой эффект электрической дуги, которая, как правило, неизбежно возникает при КЗ. Возможность воспламенения изоляции в зоне КЗ определяется длительностью аварийного режима и временем, необходимым для подготовки изоляции к воспламенению (время индукции).
Пожарная опасность электрических машин.
В результате перегрузки электрических машин, из-за засорения вентиляционных каналов системы охлаждения, а также при покрытии теплоизолирующим слоем волокон, пуха и пыли внутренней полости машин возникает их перегрев.
Равномерный перегрев всей обмотки статора происходит, если электродвигатель перегружен или нарушен режим его охлаждения, обмотка статора соединена “треугольником”, напряжение на зажимах двигателя ниже нормального, вследствие чего в двигателе при номинальной мощности возникают токи перегрузки.
Перегрев обмотки ротора (якоря) возникает при перегрузке двигателя и нарушении режима его охлаждения, в результате плохого контакта в пайках любых частей обмотки, при слабом контакте или искрении в щеточном аппарате.
Перегрев электрических машин может быть вызван их работой на двух фазах, что является наиболее частой причиной выхода из строя трехфазных асинхронных двигателей
Перегрев обмоток электрических машин может вызвать воспламенение изоляции проводов, что нередко приводит к пожару, особенно в тех случаях, когда вблизи электрических машин имеются горючие материалы пли на их поверхности находятся отложения волокон и пыли.
Распространенной причиной возникновения пожаров является пробой изоляции обмоток на корпус электрических машин.
Большие переходные сопротивления у электрических машин наиболее часто возникают в распределительных коробках и местах соединения подводящих проводов с выводными концами статорной обмотки (у асинхронных двигателей).
При эксплуатации электрических машин под действием вибрации, резких колебаний и толчков плотность контактов нарушается.
Особую пожарную опасность представляют искрение щеток и пригорание контактных колец у электрических машин, так как образующиеся искры могут вызвать загорание горючих материалов.
Причиной пожара может быть также перегрев подшипников электрических машин из-за недостаточной их смазки, перекосов вала и т. п.
Пожарная опасность электрических аппаратов управления и защиты.
Как показывает статистика, более 20 % всех пожаров, связанных с эксплуатацией электроустановок, приходится на электрические аппараты управления, регулирования и защиты.
На промышленных предприятиях в электроустановках широко применяются магнитные пускатели. В магнитном пускателе, из-за дефектов при изготовлении и неправильного режима эксплуатации возникают неисправности, как правило, в виде чрезмерного повышения температуры деталей. Недопустимое повышение температуры катушки в большинстве случаев связано с появлением в ней междувитковых КЗ. Экспериментально установлено, что причиной повышенного нагрева катушки может быть также увеличение напряжения сети выше допустимого предела (105 % номинального). Чрезмерный нагрев токоведущих частей получается при перегрузке пускателя, ослаблении затяжки контактных соединений, загрязнении контактных поверхностей и износе главных контактов.
Для защиты от токов КЗ и значительных перегрузок на отходящих линиях силовых трансформаторов, батарей статических конденсаторов электродвигателей, светильников и других электроустановок применяют в основном плавкие предохранители и воздушные автоматические выключатели. Плавкий предохранитель состоит из металлической плавкой вставки, поддерживающего ее контактного устройства и корпуса. Некоторые предохранители имеют также устройства для гашения дуги, образующейся при расплавлении плавкой вставки. При увеличении тока в цепи до определенного значения плавкая вставка предохранителя нагревается до температуры плавления металла и расплавляется (перегорает), отключая перегруженную или закороченную цепь. Чем больше ток, проходящий через плавкую вставку, тем она быстрее расплавляется и отключает цепь.
Пожарная опасность аппаратов защиты заключается в появлении электрической дуги и искрообразования при перегорании плавкой вставки, а также в возможности нагрева токоведущих частей при нарушении плотности контактов. Часто пожары являются результатом ненадежной работы аппаратов зашиты и наличия плавких вставок завышенного сечения.
Пожарная опасность электроустановочных изделий связана с нагревом их пластмассовых деталей до температуры воспламенения за счет тепла, выделяемого токоведущими элементами, контактами или коммутационными дугами.
«Сухие» радиаторы, или точнее отопительные панели, имеют ряд преимуществ по сравнению с электрорадиаторами с промежуточным теплоносителем: они просты по конструкции, нет опасности перегрева масла или воды и нарушения герметичности, значительно менее инерционны.
Пожарная опасность люминесцентных светильников определяется тремя составляющими: схемой зажигания (пуска), материалом рассеивателя и качеством пускорегулирующей аппаратуры.
Особую опасность в люминесцентной светотехнической аппаратуре представляют рассеиватели, которые до настоящего времени выпускаются только из горючих материалов.
На уровень пожарной опасности люминесцентных светильников оказывает существенное влияние качество их пускорегулирующей аппаратуры.
Наибольшую опасность представляют пускорегулирующие аппараты тех светильников, которые включены в систему так называемого дежурного освещения объектов.
В помещениях с горючей пылью пожарная опасность светильников увеличивается благодаря прониканию пыли к нагретым частям и токоведущим деталям через неплотности поврежденных защитных стекол.
Повреждения изоляции в период эксплуатации электроустановок могут происходить по следующим причинам:
1. Электрические:
? перенапряжения,
? сверхтоки.
2. Механические:
? удар, нажим, сдавливание,
? изгиб,
? повреждение инородным телом.
3. Воздействие окружающей среды:
? влажность,
? тепло,
? солнечный свет,
? излучение (ультрафиолет),
? старение,
? химическое воздействие.
Величина предельных значений мощности, при которой начинается процесс термического разложения конструкционных материалов, определяет характеристики уставки тока.
На рис.2.2.1 на примере простой цепи (рис. 2.2.2) показана зависимость мощности, выделяемой в месте дефекта изоляции, от сопротивления изоляции (локального тока утечки).
Рис2.2.1. График зависимости мощности возгорания от сопротивления изоляции: P – мощность, R – сопротивление изоляции
Из графика следует, что уже при сопротивлении изоляции ниже 1000 Ом возможно выделение мощности, достаточной для воспламенения изоляции.
Расчет мощности, выделяемой на сопротивлении изоляции, ОПРЕДЕЛЯЕТСЯ по следующим формулам:
где: U – напряжение;
Iут – ток утечки;
Uн ?напряжение сети;
Рут ? мощность, выделяемая на сопротивлении изоляции;
R? ? суммарное сопротивление в цепи утечки;
Rиз ? сопротивление изоляции (локальное);
Rз ? сопротивление заземлителя.
4.Химическая реакция горения и взрыва.
Энергия химических соединений сосредоточена главным образом в
химических связях. Чтобы разрушить связь между двумя атомами, требуется
затратить энергию. Когда химическая связь образуется, энергия выделяется.
Любая химическая реакция заключается в разрыве одних химических связей
и образовании других.
Когда в результате химической реакции при образовании новых связей
выделяется энергии больше, чем потребовалось для разрушения "старых"
связей в исходных веществах, то избыток энергии высвобождается в виде
тепла. Примером могут служить реакции горения. Например, природный газ
(метан CH4) сгорает в кислороде воздуха с выделением большого количества
Теплоты. Такие реакции являются экзотермическими.
. Реакции, протекающие с выделением теплоты, проявляют положительный
тепловой эффект (Q>0, DH<0) и называются экзотермическими.
В других случаях на разрушение связей в исходных веществах требуется
энергии больше, чем может выделиться при образовании новых связей. Такие реакции происходят только при подводе энергии извне и называются
эндотермическими.
.Реакции, которые идут с поглощением теплоты из окружающей среды (Q<0,
DH>0), т.е. с отрицательным тепловым эффектом, являются
эндотермическими.
Примером является образование оксида углерода (II) CO и водорода H2 из
угля и воды, которое происходит только при нагревании
Тепловой эффект и энергия активации.
Тепловой эффект реакции
В ходе реакции происходит разрыв связей в исходных веществах и образование новых связей в продуктах реакции. Поскольку образование связи идет с выделением, а ее разрыв - с поглощением энергии, то химические реакции сопровождаются энергетическими эффектами. Энергия выделяется, если рвущиеся связи в исходных веществах менее прочны, чем связи, образующиеся в продуктах реакции, в противном случае - энергия поглощается. Обычно энергия выделяется и поглощается в форме теплоты, т.е. химическая форма энергии преобразуется в тепловую. Таким образом, химические реакции сопровождаются тепловыми эффектами.
- Тепловой эффект - количество теплоты, выделившееся или поглощенное химической системой при протекании в ней химической реакции.
Тепловой эффект обозначается символами Q или DH (Q = -DH). Его величина соответствует разности между энергиями исходного и конечного состояний реакции:
DH = Hкон.- Hисх. = Eкон.- Eисх.
- Реакции, протекающие с выделением теплоты, проявляют положительный тепловой эффект (Q>0, DH<0) и называются экзотермическими.
- Реакции, которые идут с поглощением теплоты из окружающей среды (Q<0, DH>0), т.е. с отрицательным тепловым эффектом, являются эндотермическими.
Энергия активации
Скорость химической реакции зависит от энергии ее активации. Эта энергия необходима для эффективного соударения молекул (частиц), приводящего к их взаимодействию.
- Энергия активации (Еа) - энергия, необходимая для достижения системой переходного состояния, называемого активированным (или переходным) комплексом, который превращается в продукты реакции уже самопроизвольно .
Изменение энергии в ходе реакции
Энергия активации Еа равна разности энергий переходного и исходного состояний:
Еа = Еперех.сост. - Еисх.сост.
Чем меньше энергия активации реакции, тем выше ее скорость. Эта зависимость выражается уравнением Аррениуса, которое связывает константу скорости реакции k с Еа:
5.Способы снижения пожарной опасности полимерных строительных материалов (поливинилхлорид, полистирол, полиуретан)
Под снижением пожарной опасности строительных материалов понимается:
— снижение горючести и воспламеняемости;
— снижение скорости распространения пламени по поверхности;
— уменьшение дымообразования при горении;
— снижение токсичности.
Необходимый результат по снижению пожарной опасности достигается химическими (изменением химической структуры компонентов, входящих в состав материала, введение в его состав антипиренов и наполнителей) и физическими (нанесением на поверхность композиций, затрудняющих воспламенение и горение) методами.
Химическими способами изменяют химическое строение и структуру полимеров, состав и соотношение компонентов, используемых для изготовления строительных материалов. Это приводит к изменению механизма и кинетики химических реакций в конденсированной и газовой фазах при термических воздействиях на материалы, флегматизации и ингибированию реакции горения продуктов пиролиза.
Физическим методом снижают интенсивность тепло- и массообмена между пламенем и конденсированной фазой. Это достигается созданием на поверхности строительных материалов теплозащитных экранов, затрудняющих прогрев материала от факела пламени и препятствующих поступлению горючих газообразных продуктов из конденсированной в газовую фазу.
Способ снижения пожарной опасности ПВХ материалов заключается во введении в состав полимерных композиций наполнителей, использовании галоидсодержащих пластификаторов.
Самым распространенным классом антипиренов являются галоидсодержащие соединения. Это связано с их высокой пламягосящей способностью, доступностью и относительно невысокой стоимостью. Наиболее широкое применение получили хром- и бромсодержащие замедлители горения. Йод- и фторсодержащие соединения для снижения горючести пластмасс практически не применяются из-за их нестабильности при температурах переработки полимерных материалов.
Механизм действия галогеносодержащих соединений заключается:
— в участии в химических процессах, протекающих в зоне пламени, путем обрыва цепей окисления;
— во влиянии на механизм термического разложения полимера в направлении образования термостойких продуктов;
— в разбавлении горючих газов в зоне горения.
Наиболее эффективными способами получения полиуретанов пониженной пожарной опасности являются направленный синтез и химическая модификация с целью получения материалов с высокой термостойкостью, карбонизирующихся при повышенных температурах. Для этого в качестве исходных компонентов используют полифункциональные соединения с наличием ароматических циклов: циклоалифатические и ароматические изоцианаты и полиолы, фенолальдегидные олигомеры резольного и поволочного типов.
Наиболее эффективным методом создания полистирольных пластиковых пониженной горючести является их химическая модификация путем радикальной сополимиризации стирола с галоид- и фосфоросодержащими мономерами. Преимущества подобного метода в том, что кислородный индекс полистирола, содержащего 30% пентабромэтана (21,7% брома), равен 30, а сополимера стирола с винилбромидом (17,6% брома) – 49%. Вводимые на стадии синтеза полимеров стирола полимеризационноспособные антипирены образуют привитые сополимеры, обладающие пониженной горючестью.
