Расчет основных параметров развития пожара в здании завода гелиевого машиностроения

Расчет основных параметров развития пожара в здании завода гелиевого машиностроения

Курсовая РАБОТА

по дисциплине

физико-химические основы развития и тушения пожара

Тема: расчет основных параметров развития пожара в здании завода гелиевого машиностроения

Оглавление

Введение

Задание №75

. Оперативно-тактическая характеристика объекта

Объект №7. Завод гелиевого машиностроения

. Определение формы и площади пожара

. Расчет материального баланса процесса горения

.1 Расчет коэффициента избытка воздуха

.2 Расчет объема воздуха

.3 Расчет объема и состава продуктов горения

. Расчет низшей теплоты сгорания и температуры горения

.1 Расчет низшей теплоты сгорания

.2 Расчет температуры горения

. Расчет параметров пожара

.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, удаляемого из помещения

Заключение.

Используемая литература.

Введение

В нашей стране происходит большое колличество пожаров. Так, за январь-март 2013 г. произошло 37752 пожара. Прямой материальный ущерб от пожаров 2692701 тыс. руб. (в целых), погибло 3591 человек. По статистике большое количество пожаров случается в жилом секторе (70%). Однако, пожары в производственных зданиях, на складах и базах производственных предприятий дают третью часть от всех материальных потерь на пожрах.

Чтобы уменьшить количество пожаров на данных объектах нужно уметь производить соответствующие расчёты. Таким образом, зная в теории для конкретного здания ход распространения пламени и огня, пожарные подразделения могут координировать свои действия по тушению пожаров. Также РТП должен знать , что при пожарах в электроподвалах машинных залов большой площади и высотой до 6м., а также если в них расположены кабели на подвесных конструкциях под потолком, применение пены не всегда эффективно. В таких случаях принимают меры к выпуску дыма и раскалённых продуктов горения через проёмы, подают высокократную пену для ликвидации горения в подвалах и нижней части электрооборудования, масла, вытекающего из повреждённых электроустановок, а затем вводят водяные стволы для ликвидации горения.

Именно поэтому выполнение данной курсовой работы помогает нам научиться производить расчёт , связанный с определением формы и площади пожара, высотой нейтральной зоны и т.д. Навыки, полученные при выполнении курсовой работы помогут нам в дальнейшем при выполнении служебных обязанностей начальника караула, руководящего состава органов ГПС и при составлении или утверждении планов пожаротушения на объект, а также непосредственно при тушении пожаров, при этом допущенными к должности руководителя тушения пожара.

Задание №75

Номер объекта - 7

Место возгорания - т. 6

Вид пожарной нагрузки - стеклопластик

Колличество вещества - 100 кг

Начальная темератра - 190С = 292К

Атмосферное давление - 101025Па

Потери тепла излучением - 14%

Размер наружных дверей в помещении - 3.5х3.5 м

Разиер оконных проёмов на высоте от уровня пола - 1.5х3.5 , h=2 м

Высота до покрытия - 6 м

Временные интервалы развития пожара, мин. - 8, 15, 20.

Состав горючего вещества:

ωС=40%;

ωН=25%;

ωО=34%;

ωN=1%.

1. Оперативно-тактическая характеристика объекта

 

Объект №7. Завод гелиевого машиностроения

Здание завода гелиевого машиностроения одноэтажное, имеет размеры в плане 40 х 26 м.

Стены кирпичные толщиной 510 мм. Колонны железобетонные сечением 400 х 400 мм. Здание разделено на складские помещения противопожарными стенами. Перегородки кирпичные толщиной 125 мм. Покрытие совмещенное из сборных железобетонных плит по железобетонным фермам (Пф = 1,5 ч). Утеплитель из несгораемого материала. Кровля - из 3-х слоев рубероида на битумной мастике. Дверные проемы в наружных и противопожарных стенах имеют размеры 3.5 х 3 м , в перегородках 2.2 х 1.4 м. В наружных стенах завода имеются оконные проемы размерами 1.4 x 4 на высоте 2.5. Полы асфальтовые. Вентиляция - приточно-вытяжная с механическим побуждением. Электроснабжение от электросети напряжением 380/220 В. Здание оборудовано внутренним пожарным водопроводом, на котором установлены внутренние пожарные краны. Одновременно можно использовать 2 пожарных крана. Автоматические установки обнаружения и тушения пожара в здании отсутствуют.

 

2. Определение формы и площади пожара

Если время развития пожара менее 10 минут, то расчет ведём по следующей формуле: Lп = 0.5.Vр.t1п1 = 0.5.1.8=4 м

Если время свободного развития пожара больше десяти минут величину Vр принимают равной ее табличному значению. В этом случае расстояние, на которое переместится фронт пламени, рассчитывают по формуле:

п = 0.5.Vр.10 + Vр(t - 10), м

где: Lп - расстояние, на которое переместится фронт пламени за указанное время, м;р - линейная скорость распространения горения (м/мин) по пожарной нагрузке (принимается по таблице из «Справочника руководителя тушения пожара» [11]);

t - время свободного развития пожара, мин.

Lп2 = 0.5.1.10 + 1(15 - 10)=10 М;п3 = 0.5∙1.10 +1(20 - 10)=15 м.

Sп1=3.14∙42=50.24 м2

Sп2=10∙10+3∙5+3.14∙52/4 +3.14∙22/2=140.9 м2

Sп3= 10∙10+6∙10+7∙5+2∙4+3.14∙22/2+3.14∙42/4+3∙6=238.84 м2

 

3. Расчет материального баланса процесса горения

 

.1 Расчет коэффициента избытка воздуха

горение дым помещение тепловой

Коэффициент избытка воздуха (a) определяют по графику (рис. 1).

Для этого сначала необходимо определить порядковый номер кривой (с № 1 по № 6). С этой целью находят численное значение отношения площади приточных проемов (S1, м2) к площади пожара (SП, м2) S1/Sп1, на заданный момент времени.

Найдём площадь приточных проёмов:прит.1,2=3.5∙3.5=12.25 м2прит.3=3∙3.5∙3.5=36.75 м2

 линия 5

линия 5

линия 3

Найдём площадь пола, где распространяется пожар:пола1=10∙10=100 м2пола1=100+240+5=345 м2пола3. =540 м2в=0.276∙(40/3+25+(0-34)/8)=9.1м3/кг

 сплошная линия, принимаем α1=1.8

сплошная линия, принимаем α2=1.9

сплошная линия, принимаем α3=1.6

Рис.1. Зависимость коэффициента избытка воздуха от расхода воздуха на горение. Стрелками показана схема определения a. Номер линии (1) при S1/SП < 1/24, (2) при S1/SП = 1/18, (3) при S1/SП = 1/10, (4) при S1/SП = 1/6, (5) при S1/SП = 1/4, (6) при S1/SП = 1/3. Отношению SП/Sпола £ 0.25 соответствует пунктирная линия (- - - - -), отношению 0.25 < SП/Sпола £ 1 соответствует сплошная линия (¾¾¾).

 

.2 Расчет объема воздуха

Расчёт объема воздуха, необходимого для полного сгорания заданного количества сложного вещества переменного состава при нормальных условиях, проводится по формуле:

, м3

где: ωС, ωН, ωS и ωО - массовые проценты углерода, водорода, серы и кислорода в горючем веществе, %;- заданное количество горючего вещества, кг;

a - коэффициент избытка воздуха, рассчитанный в п. 3.1.

Рассчитываем при α=7.5

Полученное значение объёма воздуха, рассчитанное при нормальных условиях, пересчитывается на заданные условия по формуле:

, м3,

где:

- объем воздуха необходимый для сгорания заданного количества вещества при нормальных условиях, м3;

Рну - давление при нормальных условиях, равное 101325 Па;

Тну - температура при нормальных условиях, равная 273 К;

Р - заданное по условию давление, Па;

Т - заданная по условию температура, К.

 

.3 Расчет объема и состава продуктов горения

, м3

, м3

, м3

, м3

где: ωС, ωН, ωО, ωN, ωS, ωW - массовые проценты углерода, водорода, кислорода, азота, серы и влаги в горючем веществе, %.

Так как коэффициент избытка воздуха больше единицы (a > 1), то в продуктах горения будет содержаться воздух, не принявший участие в реакции горения. Его объем рассчитывается по формуле:

, м3

Здесь ωС, ωН, ωО, ωS массовые проценты, соответственно, углерода, водорода, кислорода и серы в горючем веществе.

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

, м3,

где: - объёмы газов (углекислого газа, водяного пара, оксида серы, азота и избыточного воздуха), образующихся при сгорании 1 кг горючего вещества при нормальных условиях.

Общий объём продуктов горения, образующихся при сгорании 1 кг горючего вещества, пересчитывают на заданное количество вещества (m), используя формулу:

, м3

Затем находят объём продуктов горения при заданных условиях по формуле:

, м3

где: - объем продуктов горения, выделившейся при сгорании заданного количества вещества при нормальных условиях, м3;

Рну - давление при нормальных условиях, равное 101325Па;

Тну - температура при нормальных условиях, равная 273 К;

Р - заданное по условию давление, Па;

Т - заданная по условию температура, К.

Объёмы компонентов продуктов горения, образующихся из заданной массы горючего вещества при заданных условиях, определяются по формулам:

, м3;

, м3

, м3

, м3

Процентный состав компонентов продуктов горения определяется по соотношениям, принимая их общий объём  за 100 %.

, %                         %

, %                          %

, %       %

, %     %

, %                       %

, %               %

, %             %

, % %

4. Расчет низшей теплоты сгорания и температуры горения

 

.1 Расчет низшей теплоты сгорания

 = 339.4×ωС + 1257×ωН - 108.9(ωО + ωN - ωS) - 25.1(9×ωН + ωW), (кДж/кг)

где: 339.4; 1257; 108.9; 25.1; 9 - постоянные безразмерные коэффициенты;

ωС, ωН, ωО, ωN, ωS, ωW - массовые проценты углерода, водорода, кислорода, азота, серы и влаги в горючем веществе, %.

 = 339.4×40 + 1257×25 - 108.9(34 + 1) - 25.1(9×25)=35524 кДж/кг

 

.2 Расчет температуры горения

Исходя из того, что потери тепла по условию равны 20%, получаем Qп.г.=0.86Qнп.г.=0.86∙35524=30550.12 кДж/кг

.7 ближе к 395.4, поэтому по таблице 1 приниамем T=1573К, берём на 100 К меньше - это 1473 К.

Тг,1 = 1473 К.

= 0.744 × 2718.5 = 2022.56 кДж/м3

= 2.8 × 1233.9 = 5974.92 кДж/м3

= 7.163 × 1705.3 = 12215.6 кДж/м3

= 7.28 × 1720.4 = 7827.82 кДж/м3

Таблица 1.

Изменение объёмной энтальпии процесса горения при температуре 273 - 3273 К

№ п/п	Тем-ра, К	Энтальпия, кДж/м3
		О2	N2	воздух	СО2	Н2О	SO2
1	273	0	0	0	0	0	0
2	373	131.8	130.1	130.1	170.1	150.6	181.4
3	473	267.2	260.9	261.6	357.7	304.7	377.9
4	573	407.1	393.6	395.4	559.7	463.0	587.0
5	673	551.4	528.7	532.1	772.6	626.8	824.6
6	773	669.3	666.6	672.0	925.1	786.2	1034.9
7	873	850.6	807.8	814.5	1225.6	969.5	1269.6
8	973	1004.7	951.9	960.3	1463.1	1149.7	1507.5
9	1073	1160.6	1098.2	1108.2	1706.2	1335.3	1746.4
10	1173	1319.0	1246.9	1258.7	1953.8	1527.2	1994.8
11	1273	1478.6	1398.2	1410.7	2205.2	1724.2	2237.4
12	1373	1639.5	1551.1	1564.9	2460.4	1926.5	2488.8
13	1473	1802.1	1705.3	1720.4	2718.5	2133.9	2735.2
14	1573	1965.1	1861.3	1877.5	2979.1	2345.5	2979.5
15	1673	2129.8	2010.0	2035.5	3241.4	2560.9	3238.0
16	1773	2295.7	2176.7	2194.7	3505.7	2781.3	3488.2
17	1873	2462.4	2335.5	2355.2	3771.4	3004.2	3747.5
18	1973	2630.5	2495.9	2515.7	4039.6	3231.7	4003.1
19	2073	2799.7	2656.4	2678.2	4307.3	3461.3	4261.2
20	2173	2969.4	2818.2	2840.4	4579.7	3693.5	4529.8
21	2273	3140.8	2979.9	3004.2	4847.8	3928.5	4667.6
22	2373	3311.7	3142.9	3167.6	5118.2	4166.1	5059.4
23	3497.8	3306.3	3332.3	5392.5	4405.8	5337.2
24	2573	3659.1	3469.3	3497.4	5660.7	4667.1	5608.7
25	2673	3834.3	3633.1	3663.3	5933.0	4890.9	5892.8
26	2773	4009.8	3797.4	3828.8	6209.6	5136.5	6169.8
27	2873	4184.9	3953.9	3988.4	6487.4	5387.1	6460.1
28	2973	4368.9	4135.9	4156.5	6761.8	5639.3	6753.8
29	3073	4546.1	4304.4	4320.7	7033.3	5897.8	7050.9
30	3173	4729.2	4469.0	4484.9	7311.1	6159.3	7351.3
31	3273	4914.9	4634.5	4652.1	7589.7	6425.8	7655.1

Определяем общую энтальпию продуктов горения.

S∆Нпг,1 = 229.7 + 2.13 + 756.6 + 15416 = 32737.05 кДж/м3

Общая энтальпия продуктов горения при температуре 1473 К больше значения Qпг (30550.12 кДж/м3). Поэтому понижаем температуру на 100 К и повторяем расчёт во втором приближении при Тг,2 = 1373 К.

Тг,2 = 573 К.

= 0.744 × 2460.4 = 1830.53 кДж/м3

= 2.8 × 1551.1 = 11110.52 кДж/м3

= 7.163 × 1926.5 = 5394.62 кДж/м3

= 7.28 × 1564.9 = 11392.47 кДж/м3

S∆Нпг,2 = 29728.14 кДж/м3

Общая энтальпия продуктов горения при температуре 1373 К меньше значения Qпг (30550.12 кДж/м3).

Таким образом, найдены два значения общей энтальпии продуктов горения, одно из которых больше значения теплоты, пошедшей на нагрев продуктов горения, а другое - меньше ее. При этом разность соответствующих температур составляет 100 К.

Температуру горения находим методом линейной интерполяции по формуле:

= 1389 К.

5. Расчет параметров пожара

 

.1 Определение приведенной массовой скорости выгорания

Приведенная массовая скорость выгорания - это количество вещества или материала, выгорающее с единицы площади поверхности в единицу времени - Vм.пр. (кг/м2 ∙с).м.пр=0.9 кг/м2∙мин=0.015 кг/м2∙с (из справочника РТП)

 

.2 Расчет плотности теплового потока

Плотность теплового потока - это количество тепла, проходящее через 1 м2 изотермической поверхности за единицу времени (q, Вт/м2).

Плотность теплового потока определяется по формуле:

где: h - коэффициент химического недожога;м.пр - приведенная массовая скорость выгорания, кг/(м2 с);п - площадь пожара на определенный момент времени, м2;

 - массовая низшая теплота сгорания вещества, Дж/кг;

Sогр - площадь поверхности ограждающих конструкций, м2;

Значения h и Vм.пр определяются, исходя из вида горючего материала из «Справочника руководителя тушения пожара».

Площадь поверхности ограждающих конструкций рассчитывают по формуле:

огр = Sстены + Sпола+ Sпотолка - Sпроёмов., м2огр = Sогр.ц.1 + Sогр.ц.2 + Sогр.кор + Sогр.ц.з.б. + Sогр.А + Sогр.скл., м2

На первый момент времени:огр.ц.1 =417.25 м2

На второй момент времени:огр.ц.2 =417.25 м2

На третий момент времени:огр.ц.3 = 1770.5м2

5.3 Определение температуры среды в помещении

Температура внутреннего пожара определяется по номограмме и рассчитанным значениям q, a и t. Определение проводится на каждый заданный момент развития пожара.

Рис. 2. Номограмма для определения температуры среды при пожаре в помещении.

Т1=6500С=943К Т2=7250С=1018К Т3=10250С=1318К

 

.4 Определение плотности наружного воздуха

Плотность наружного воздуха может быть определена и по формуле:

где: 354 - постоянная величина;

ТВ - температура окружающего воздуха, К.

 

.5 Определение плотности продуктов горения

Плотность продуктов горения может быть рассчитана по формуле:

где: 354 - постоянная величина;

Тп - температура среды в помещении, где произошел пожар, К.

 

 

.6 Определение положения нейтральной зоны

Уже на первый момент времени остекление в здании разрушится, так как температура пожара выше 3000С и решать будем по формуле:

где: hНЗ - высота нейтральной зоны, м;

НП - высота наибольшего приточного проема, м;

Н - расстояние между центрами приточных и вытяжных проемов, м.

 - плотность воздуха, кг/м3;

- плотность продуктов горения, кг/м3;- площадь приточных проемов, м2;- площадь вытяжных проемов, м2;

В этом случае величина Н составит Н = 3.5-2.5 = 1 м.

Таким образом, мы видим, что при температуре пожара, ниже 3000С высота нейтральной зоны снижается, но с разрушением окон она начинает подниматься. Исходя из максимальной высоты нейтральной зоны, можно сделать вывод о необходимости пременения СИЗОД личным составом при ведении работ,так как нейтральная зона ниже органов дыхания и зрения.

5.7 Определение интенсивности газообмена

Интенсивностью газообмена - Iг, [кг/(м2∙с)] называется количество воздуха, притекающее в единицу времени к единице площади пожара.

Расчет требуемой и фактической интенсивности газообмена производим на три момента времени.

Требуемая интенсивность газообмена рассчитывается по формуле;

где: IГТР - требуемая интенсивность газообмена, кг/(м2 с);м.пр - приведенная массовая скорость выгорания, кг/(м2 с);в0 - теоретически необходимый расход воздуха, м3/кг;

 - плотность наружного воздуха, кг/м3.

Фактическая интенсивность газообмена рассчитывается по формуле:

где:  - фактическая интенсивность газообмена, кг/(м2 с);

m - коэффициент учитывающий пропускную способность проема, принимается равным 0.65;

rв - плотность наружного воздуха, кг/м3;

rпг - плотность продуктов горения, кг/м3;- площадь приточных проемов, м2;п - площадь пожара на определенный момент времени, м2;- ускорение свободного падения, равное 9,81 м/с2;-расстояние от центра приточного проема до нейтральной зоны, м

5.8 Определение количества дыма, выделяемого в помещении

Количество дыма, выделяемого в помещении, определяется на три момента времени по формуле (5.8.1).

где: Vgi - объем дыма, выделяемого с площади горения, м3/с;

φ - коэффициент пропорциональности, принимаемый 1 - 1.2;м.пр - приведенная массовая скорость выгорания, кг/(м2∙с);

 - количество продуктов горения, выделяемое при сгорании 1 кг горючего, м3/кг;

 - площадь пожара на определенный момент времени, м2;

ТП - температура пожара в определенный момент времени, К;

Т0 - начальная температура, К.

5.9 Определение количества дыма, удаляемого из помещения

Объем дыма, удаляемого из помещения, определяется на три момента времени по формуле:

где: Vудi - объем дыма, удаляемого из помещения, м3/с;

μ - коэффициент, учитывающий расход воздуха через вытяжные проемы, принимается равным 0,65;- площадь вытяжных проемов, м2;- ускорение свободного падения, равное 9,81 м/с2;

- плотность наружного воздуха, кг/м3;

- плотность продуктов горения, кг/м3;- расстояние от оси (центра) вытяжного отверстия до нейтральной зоны, м.

При расположении приточных и вытяжных проемов на разных уровнях величина h2 рассчитывается по формуле:

= h - hНЗ + 0.5с

Здесь c - высота оконного проема, h - расстояние от уровня пола до нижнего края оконного проема.выт3 = 2 - 1.95 + 0.5∙1.5=0.8 мвыт3 = 2 - 1.82 + 0.5∙1.5=0.93 мвыт3 = 2 - 1.83 + 0.5∙1.5=0.92 м

Заключение

В результате выполнения расчётов динамики развития пожара и изменения его параметров с течением времени можно сделать вывод, что из-за характеристики горючего материала, продолжительности пожара, наличия дополнительного воздуха для поддержания горения на три момента времени площадь пожара приняла следующие размеры: Sп1=50.24 м2, Sп2=140.9 м2, Sп1=238.84 м2. Среднеобъёмная температура среды в помещении составила t1=6500С, t2=7250С и t3=10250С. Температуры хватило, чтобы на все три момента времени окна от воздействия теплового потока успели разрушиться, поэтому были задействованы ещё и окна. Количество дыма на все три момента времени гораздо больше количества дыма, удаляемого из помещения, соответственно исходя из этого, целесообразна установка автомобиля дымоудаления для обеспечения более продуктивной эвакуации людей из здания. Также для удаления продуктов горения можно разбить часть остекления на объекте, однако это может послужить причиной увеличения так называемой «тяги», в результате чего интенсивность горения ещё более увеличится. Работа личного состава прибывших пожарных подразделения внутри здания по спасанию людей и тушению развившегося пожара должна проводиться в средствах индивидуальной защиты органов дыхания, хотя положение рассчитанной нами нейтральной зоны выше уровня расположения органов дыхания работающего личного состава.

Используемая литература

1. Задания и методичсевкие указания по выполнению курсовой работы по дисциплине «Физико-химические основы развития и тушения пожара» для обучающихс очного отделения и слушателей - зочников (для всех специальностей) /сост. Д. В. Батов, Т. А. Мочалова, Н. А. Таратанов, А. В. Петров. - Иваново: ООНИ ЭКО ИвИ ГПС МЧС России, 2013. - 74 с.

. Теребнёв В. В. Справочник руководителя тушения пожара. Тактические возможности пожарных подраздеений/ В. В. Теребнёв. - М.: ПожКнига, 2014. - 248 с., ил. - Пожарная тактика.

. В.В.Теребнёв, Н.С.Артемьев, А.В.Подгрушный, В.А.Грачёв. Пожаротушение в промышленных зданиях и сооружениях: Учеб. Пособие. - М.: Академия ГПС МЧС России, 2009. - 124.с.

4. Интернет - ресурс: <http://www.mchs.gov.ru/>