Что такое линейная скорость прогрева

1.2. Развитие пожара

1.2.1. Дальнейшее развитие пожара зависит от места его возникновения, размеров начального очага горения, устойчивости конструкций резервуара, климатических и метеорологических условий, оперативности действий персонала объекта, работы систем противопожарной защиты, времени прибытия пожарных подразделений.

1.2.2. На основе анализа пожаров и аварий, происшедших как у нас в стране, так и за рубежом, а также материалов научных исследований пожары в резервуарах и резервуарных парках могут развиваться по следующим вариантам (рис. 1.2) [9, 10].

Пожары подразделяются на следующие уровни:

1.2.3. На резервуарах с плавающей крышей в результате теплового воздействия локального очага горения происходит разрушение герметизирующего затвора, а полная потеря плавучих свойств и затопление крыши в реальных условиях может произойти через один час.

При низком уровне нефтепродукта, когда горение происходит под понтоном или плавающей крышей, условия тушения пожара усложняются. Проникновению пены на свободную поверхность нефтепродукта препятствуют корпус понтона (плавающей крыши) и элементы герметизирующего затвора.

1.2.4. В железобетонном резервуаре в результате взрыва происходит разрушение части покрытия. Горение на участке образовавшегося проема сопровождается обогревом железобетонных конструкций покрытия. Через 20-30 мин возможно обрушение конструкций и увеличение площади пожара.

1.2.6. Одним из наиболее важных параметров, характеризующих развитие пожара в резервуаре, является его тепловой режим. В зависимости от физико-химических свойств горючих жидкостей возможен различный характер распределения температур в объеме жидкости. При горении керосина, дизельного топлива, индивидуальных жидкостей значение температуры экспоненциально снижается от температуры кипения на поверхности до температуры хранения в глубинных слоях. Характер кривой распределения температуры горючей жидкости изменяется с увеличением времени горения [11, 12].

При горении мазута, нефти, некоторых видов газового конденсата и бензина в горючем образуется прогретый до температуры кипения топлива гомотермический слой [11, 12], увеличивающийся с течением времени.

Линейные скорости выгорания и прогрева нефти и нефтепродуктов во многом зависят от скорости ветра, обводненности продукта, характера обрушения крыши, организации охлаждения стенок резервуара. Значения скоростей выгорания и прогрева горючих жидкостей, необходимые для проведения расчетов, приведены в табл. 1.1.

Накопление тепловой энергии в горючем оказывает значительное влияние на увеличение расходов пенных средств. Кроме того, увеличение времени свободного развития пожара повышает опасность его распространения на соседние резервуары, способствует образованию факторов, усложняющих тушение, создает угрозу вскипания, выброса.

1.2.7. Горение нефти и нефтепродуктов в резервуарах может сопровождаться вскипанием и выбросами. Вскипание горючей жидкости происходит из-за наличия в ней взвешенной воды, которая при прогреве горящей жидкости выше 100 °С испаряется, вызывая вспенивание нефти или нефтепродукта. Вскипание может произойти примерно через 60 мин горения при содержании влаги в нефти (нефтепродукте) более 0,3 %. Вскипание также может произойти в начальный период пенной атаки при подаче пены на поверхность горючей жидкости с температурой кипения выше 100 °С [3]. Этот процесс характеризуется бурным горением вспенившейся массы продукта.

При горении жидкости на верхнем уровне взлива возможен перелив вспенившейся массы через борт резервуара, что создает угрозу людям, увеличивает опасность деформации стенок горящего резервуара и перехода огня на соседние резервуары и сооружения.

Таблица 1.1

Линейная скорость выгорания и прогрева углеводородных жидкостей

Дизельное топливо из газового конденсата

Смесь нефти и газового конденсата

1.2.8. Выброс нефти и темных нефтепродуктов из горящего резервуара происходит при достижении поверхности слоя донной (подтоварной) воды гомотермическим (прогретым) слоем горючей жидкости. Этот слой, соприкасаясь с водой, нагревает ее до температуры значительно большей, чем температура кипения. При этом происходит бурное вскипание воды с выделением большого количества пара, который выбрасывает находящуюся над слоем воды горящую жидкость за пределы резервуара.

время от начала пожара до ожидаемого момента наступления выброса, ч;

начальная высота слоя горючей жидкости в резервуаре, м;

высота слоя донной (подтоварной) воды, м;

Рис. 1.1. Определение высоты продукта для расчета времени выброса

При затоплении плавающей крыши или понтона за величину Н следует принимать высоту слоя продукта только над крышей или понтоном (рис. 1.1).

1.2.9. При пожаре в резервуаре возможно образование «карманов», которые значительно усложняют процесс тушения. «Карманы» могут иметь различную форму и площадь и образуются как на стадии возникновения в результате перекоса понтона, плавающей крыши, частичного обрушения крыши, так и в процессе развития пожара при деформации стенок.

1.2.10. Устойчивость горящего резервуара зависит от организации действий по его охлаждению. При отсутствии охлаждения горящего резервуара в течение 5-15 мин стенка резервуара деформируется до уровня взлива горючей жидкости.

2. ОГНЕТУШАЩИЕ ВЕЩЕСТВА И СПОСОБЫ ТУШЕНИЯ

2.1. Огнетушащее действие пены

2.1.1. Основным средством тушения нефти и нефтепродуктов в резервуарных парках является воздушно-механическая пена средней и низкой кратности.

Огнетушащее действие воздушно-механической пены заключается в изоляции поверхности горючего от факела пламени, снижении вследствие этого скорости испарения жидкости и сокращении количества горючих паров, поступающих в зону горения, а также в охлаждении горящей жидкости. Роль каждого из этих факторов в процессе тушения изменяется в зависимости от свойств горящей жидкости, качества пены и способа ее подачи.

2.1.2. При подаче пены одновременно происходит разрушение пены от факела пламени и нагретой поверхности горючего. Накапливающийся слой пены экранирует часть поверхности горючего от лучистого теплового потока пламени, уменьшает количество паров, поступающих в зону горения, снижает интенсивность горения. Одновременно выделяющийся из пены раствор пенообразователя охлаждает горючее. Кроме того, в процессе тушения в объеме горючего происходит конвективный тепломассообмен, в результате которого температура жидкости выравнивается по всему объему, за исключением «карманов», в которых тепломассообмен происходит независимо от основной массы жидкости.

Для современных резервуаров типа РВС выравнивание температуры по всему объему горящей жидкости при нормативной интенсивности подачи раствора пенообразователя происходит в течение 15 мин тушения при подаче пены сверху и в течение 10 мин при подаче под слой горючего. Это время необходимо принимать в качестве расчетного при определении запаса пенообразователя для тушения нефти и нефтепродуктов воздушно-механической пеной. Нормативный запас пенообразователя согласно СНиП 2.11.03-93 следует принимать из условия обеспечения трехкратного расхода раствора пенообразователя на один пожар.

Дальность растекания пены средней кратности по поверхности горючей жидкости обычно не превышает 25 м.

2.1.3. При подаче пены в нижний пояс резервуара, непосредственно в слой горючей жидкости (подслойный способ тушения пожара), используются пены низкой кратности, которые получают из фторсодержащих пленкообразующих пенообразователей. Применение фторсодержащих пенообразователей является необходимым условием, поскольку пена на их основе инертна к воздействию углеводородов в процессе длительного подъема пены на поверхность нефтепродукта. Применение пены, получаемой на основе обычных пенообразователей для подачи под слой горючей жидкости, недопустимо, так как при прохождении через слой горючей жидкости она насыщается парами углеводородов и теряет огнетушащую способность.

Быстрой изоляции горящей поверхности пеной способствуют саморастекающаяся из пены водная пленка раствора пенообразователя, имеющая поверхностное натяжение ниже натяжения горючей жидкости, а также конвективные потоки, которые направлены от места выхода пены к стенкам резервуара. В результате конвективного тепломассообмена снижается температура жидкости в прогретом слое до среднеобъемной. Вместе с тем интенсивные восходящие потоки жидкости приводят к образованию на поверхности локальных участков горения, в которых скорость движения жидкости достигает максимальных значений. Эти участки, приподнятые над остальной поверхностью и называемые «бурунами», играют важную роль в процессе тушения. Чем выше «бурун», тем больше пены необходимо накопить для покрытия всей поверхности горящей жидкости. Для снижения высоты «буруна» пена подается через пенные насадки с минимальной скоростью.

Пена, всплывающая на поверхность через слой горючего, способна обтекать затонувшие конструкции и растекаться по всей поверхности горючего. Значительное снижение интенсивности горения достигается через 90-120 с с момента появления пены на поверхности. В это время наблюдаются отдельные очаги горения у разогретых металлических конструкций резервуара и в местах образования «бурунов». В дальнейшем, в течение 120-180 с происходит полное прекращение горения.

После прекращения подачи пены при полной ликвидации горения на всей поверхности горючей жидкости образуется устойчивый пенный слой толщиной до 10 см, который в течение 2-3 ч защищает поверхность горючей жидкости от повторного воспламенения.

2.1.4. Вода для приготовления раствора пенообразователя не должна содержать примесей нефтепродуктов.

Использование оборотной воды для приготовления раствора пенообразователя не допускается.

2.2. Нормативные интенсивности подачи пенных средств

2.2.1. Нормативные интенсивности подачи раствора пенообразователя являются одним из наиболее важных показателей в расчете сил и средств, требуемых для тушения пожара в резервуаре, определения запаса пенообразователя.

2.2.2. Главными факторами, определяющими нормативную интенсивность подачи раствора пенообразователя, являются:

физико-химические свойства горючего;

физико-химические свойства пенообразователя и самой пены;

условия горения и тепловой режим в зоне пожара к моменту начала пенной атаки;

способ и условия подачи пены на тушение.

2.2.3. В табл. 2.1 и 2.2 приведены нормативные интенсивности подачи раствора пенообразователя для тушения нефти и нефтепродуктов в резервуарах. Характеристики отечественных и зарубежных пенообразователей, имеющих сертификат соответствия, представлены в прил. 2.

2.2.4. При расчете сил и средств нормативная интенсивность выбирается по табл. 2.1 и 2.2 с учетом времени свободного развития пожара.

Нормативную интенсивность подачи раствора пенообразователя при подаче пены на поверхность горючей жидкости следует увеличивать в 1,5 раза при свободном развитии пожара от 3 до 6 ч; в 2 раза при свободном развитии пожара от 6 до 10 ч и в 2,5 раза при свободном развитии пожара более 10 ч.

Источник

Методика расчета сил и средств для тушения пожара

Расчеты сил и средств выполняют в следующих случаях:

при определении требуемого количества сил и средств на тушение пожара;

при оперативно-тактическом изучении объекта;

при подготовке пожарно-тактических учений и занятий;

при проведении экспериментальных работ по определению эффектив­ности средств тушения;

в процессе исследования пожара для оценки действий РТП и подразделений.

Расчет сил и средств для тушения пожаров твердых горючих веществ и материалов водой (распространяющийся пожар).

Исходные данные для расчета сил и средств:

характеристика объекта (геометрические размеры, характер пожарной нагрузки и ее размещение на объекте, размещение водоисточников относительно объекта);

время с момента возникновения пожара до сообщения о нем (зависит от наличия на объекте вида средств охраны, средств связи и сигнализации, правильности действий лиц, обнаруживших пожар и т.д.);

линейная скорость распространения пожара V_л;

силы и средства, предусмотренные расписанием выездов и время их сосредоточения;

интенсивность подачи огнетушащих средств I_тр.

1) Определение времени развития пожара на различные моменты времени.

Выделяются следующие стадии развития пожара:

1, 2 стадии свободного развития пожара, причем на 1 стадии (t до 10 мин) линейная скорость распространения принимается равной 50% ее максимального значения (табличного), характерного для данной категории объектов, а с момента времени более 10 мин она принимается равной максимальному значению;

3 стадия характеризуется началом введения первых стволов на туше­ние пожара, в результате чего линейная скорость распространения пожара уменьшается, поэтому в промежутке времени с момента введения первых стволов до момента ограничения распространения пожара (момент локали­зации), ее значение принимается равным 0,5V_л. В момент выполнения условий локализации V_л = 0.

4 стадия – ликвидация пожара.

t_св = t_обн + t_сооб + t_сб + t_сл + t_бр (мин.), где

t_св — время свободного развития пожара на момент прибытия подразделения;

t_обн — время развития пожара с момента его возникновения до момента его обнаружения (2 мин. — при наличии АПС или АУПТ, 2-5 мин. — при наличии круглосуточного дежурства, 5 мин. – во всех остальных случаях);

t_сооб – время сообщения о пожаре в пожарную охрану (1 мин. – если телефон находится в помещении дежурного, 2 мин. – если телефон в другом помещении);

t_сб = 1 мин. – время сбора личного состава по тревоге;

t_сл — время следования пожарного подразделения (2 мин. на 1 км пути);

t_бр — время боевого развертывания (3 мин. при подаче 1-го ствола, 5 мин. в остальных случаях).

2) Определение расстояния R, пройденного фронтом горения, за времяt.

при t_св ≤ 10 мин.: R = 0,5·V_л ·t_св (м);

при t_вв > 10 мин.: R = 0,5·V_л ·10 + V_л ·(t_вв — 10)= 5·V_л + V_л·(t_вв — 10) (м);

при t_вв

При прогнозировании развития пожара следует учитывать, что форма площади пожара может меняться. Так, при достижении фронтом пламени ограждающей конструкции или края площадки, принято считать, что фронт пожара спрямляется и форма площади пожара изменяется (Рис. 6).

а) Площадь пожара при круговой форме развития пожара.

S_п = k ·p · R 2 (м 2 ),

k = 1 – при круговой форме развития пожара (рис. 2),

k = 0,5 – при полукруговой форме развития пожара (рис. 4),

k = 0,25 – при угловой форме развития пожара (рис. 3).

б) Площадь пожара при прямоугольной форме развития пожара.

S_п = n ·b · R (м 2 ),

где n — количество направлений развития пожара,

b – ширина помещения.

в) Площадь пожара при комбинированной форме развития пожара (рис 7)

S_п = S₁ + S₂ (м 2 )

4) Определение площади тушения пожара.

Площадь тушения S_т – это часть площади пожара, на которую осуществляется эффективное воздействие огнетушащими веществами.

Для практических расчетов используется параметр, называемый глубиной тушения h_т, который равен для ручных стволов h_т = 5 м, для лафетных h_т = 10 м.

Тушение пожара производят, вводя стволы либо со всех сторон пожара – по периметру пожара (Рис. 8), либо на одном или нескольких направлениях, как правило, по фронту пожара (Рис. 9).

В некоторых случаях пожарные подразделения не могут подать огнетушащее средство одновременно на всю площадь пожара, например, при недостатке сил и средств, тогда тушение осуществляется по фронту распространяющегося пожара. При этом пожар локализуется на решающем направлении, а затем осуществляется процесс его тушения на других направлениях

а) Площадь тушения пожара по периметру при круговой форме развития пожара.

h_т — глубина тушения стволов (для ручных стволов – 5м, для лафетных — 10 м).

б) Площадь тушения пожара по периметру при прямоугольной форме развития пожара.

S_т = 2·h_т· (a + b — 2·h_т) (м 2 )- по всему периметру пожара,

где а и b — соответственно длина и ширина фронта пожара.

S_т = n·b·h_т (м 2 )- по фронту распространяющегося пожара,

где b иn – соответственно ширина помещения и количество направлений подачи стволов.

5) Определение требуемого расхода воды на тушение пожара.

Интенсивность подачи огнетушащих веществ I_тр – это количество огнетушащего вещества, подаваемое за единицу времени на единицу расчетного параметра.

Различают следующие виды интенсивности:

Линейная – когда в качестве расчетного принят линейный параметр: например, фронт или периметр. Единицы измерения – л/с∙м. Линейная интенсивность используется, например, при определении количества стволов на охлаждение горящих и соседних с горящим резервуаров с нефтепродуктами.

Требуемая I_тр – количество огнетушащего вещества, которое необходимо подавать за единицу времени на единицу расчетного параметра тушения. Определяется требуемая интенсивность на основе расчетов, экспериментов, статистических данных по результатам тушения реальных пожаров и т.д.

Фактическая I_ф – количество огнетушащего вещества, которое фактически подано за единицу времени на единицу расчетного параметра тушения.

6) Определение требуемого количества стволов на тушение.

а) N т _ст = Q т _тр / q т _ст – по требуемому расходу воды,

б) N т _ст = Р_п / Р_ст – по периметру пожара,

Р_п – часть периметра, на тушение которого вводятся стволы

Р_ст = q_ст / I_тр ∙ h_т – часть периметра пожара, которая тушится одним стволом. Р = 2·p ·L (длина окружности), Р = 2·а + 2·b (прямоугольник)

в) N т _ст = n· (m + A) – в складах со стеллажным хранением (рис. 11),

где n — количество направлений развития пожара (ввода стволов),

m – количество проходов между горящими стеллажами,

A — количество проходов между горящим и соседним негорящим стеллажами.

7) Определение требуемого количества отделений для подачи стволов на тушение.

где n_{ст отд} – количество стволов, которое может подать одно отделение.

8) Определение требуемого расхода воды на защиту конструкций.

Q з _тр = S_з · I з _тр (л/с),

где S_з – защищаемая площадь (перекрытия, покрытия, стены, перегородки, оборудование и т.п.),

I з _тр = (0,3-0,5)·I_тр — интенсивность подачи воды на защиту.

9) Определение требуемого количества стволов на защиту конструкций.

Также количество стволов часто определяется без аналитического расчета из тактических соображений, исходя из мест размещения стволов и количества защищаемых объектов, например, на каждую ферму по одному лафетному стволу, в каждое смежное помещение по стволу РС-50.

10) Определение требуемого количества отделений для подачи стволов на защиту конструкций.

N з _отд = N з _ст / n_{ст отд}

11) Определение требуемого количества отделений для выполнения других работ (эвакуация людей, мат. ценностей, вскрытия и разборки конструкций).

N л _отд = N_л / n_{л отд} , N мц _отд = N_мц / n_{мц отд} , N вск _отд = S_вск / S_{вск отд}

12) Определение общего требуемого количества отделений.

N общ _отд = N т _ст + N з _ст + N л _отд + N мц _отд + N вск _отд

На основании полученного результата РТП делает вывод о достаточности привлеченных к тушению пожара сил и средств. Если сил и средств недостаточно, то РТП делает новый расчет на момент прибытия последнего подразделения по следующему повышенному номеру (рангу) пожара.

13) Сравнение фактического расхода воды Q_ф на тушение, защиту и водоотдачи сети Q_вод противопожарного водоснабжения

Q_ф = N т _ст·q т _ст + N з _ст·q з _ст ≤ Q_вод

14) Определение количества АЦ, устанавливаемых на водоисточники для подачи расчетного расхода воды.

На водоисточники устанавливают не всю технику, которая прибывает на пожар, а такое количество, которое обеспечило бы подачу расчетного расхода, т.е.

где Q_н — подача насоса, л/с

Такой оптимальный расход проверяют по принятым схемам боевого развертывания, с учетом длинны рукавных линий и расчетного количества стволов. В любом из указанных случаев, если позволяют условия (в частности, насосно-рукавная система), боевые расчеты прибывающих подразделений должны использоваться для работы от уже установленных на водоисточники автомобилей.

Это не только обеспечит использование техники на полную мощность, но и ускорит введение сил и средств на тушение пожара.

В зависимости от обстановки на пожаре требуемый расход огнетушащего вещества определяют на всю площадь пожара или на площадь тушения пожара. На основании полученного результата РТП может сделать вывод о достаточности привлеченных к тушению пожара сил и средств.

Расчет сил и средств для тушения пожаров воздушно-механической пеной на площади (не распространяющиеся пожары или условно приводящиеся к ним).

Исходные данные для расчета сил и средств:

При пожарах в резервуарных парках за расчетный параметр принимают площадь зеркала жидкости резервуара или наибольшую возможную площадь разлива ЛВЖ при пожарах на самолетах.

На первом этапе боевых действий производят охлаждение горящих и соседних резервуаров.

1) Требуемое количество стволов на охлаждение горящего резервуара.

N зг _ств = Q зг _тр / q_ств = n ∙ π ∙ D_гор∙ I зг _тр / q_ств, но не менее 3 х стволов,

I зг _тр = 0,8 л/с∙м — требуемая интенсивность для охлаждения горящего резервуара,

I зг _тр = 1,2 л/с∙м — требуемая интенсивность для охлаждения горящего резервуара при пожаре в обваловании,

Охлаждение резервуаров W_рез ≥ 5000 м 3 и более целесообразно осуществлять лафетными стволами.

2) Требуемое количество стволов на охлаждение соседнего не горящего резервуара.

N зс _ств = Q зс _тр / q_ств = n ∙ 0,5 ∙ π ∙ D_сос∙ I зс _тр / q_ств, но не менее 2 х стволов,

I зс _тр = 0,3 л/с∙м — требуемая интенсивность для охлаждения соседнего не горящего резервуара,

n – количество горящих или соседних резервуаров соответственно,

D_гор, D_сос — диаметр горящего или соседнего резервуара соответственно (м),

q_ств — производительность одного пожарного ствола (л/с),

Q зг _тр, Q зс _тр – требуемый расход воды на охлаждение (л/с).

3) Требуемое количество ГПС N_гпс на тушение горящего резервуара.

N_гпс = S_п ∙ I р-ор _тр / q р-ор _гпс (шт.),

S_п — площадь пожара (м 2 ),

q р-ор _гпс — производительность ГПС по раствору пенообразователя (л/с).

4) Требуемое количество пенообразователя W_по на тушение резервуара.

W_по = N_гпс ∙ q по _гпс ∙ 60 ∙ τ_р ∙ К_з (л),

τ_р = 15 минут — расчетное время тушения при подаче ВМП сверху,

τ_р = 10 минут — расчетное время тушения при подаче ВМП под слой горючего,

К_з = 3 — коэффициент запаса (на три пенные атаки),

q по _гпс — производительность ГПС по пенообразователю (л/с).

5) Требуемое количество воды W_в т на тушение резервуара.

W_в т = N_гпс ∙ q в _гпс ∙ 60 ∙ τ_р ∙ К_з (л),

q в _гпс — производительность ГПС по воде (л/с).

6) Требуемое количество воды W_в з на охлаждение резервуаров.

W_в з = N з _ств ∙ q_ств ∙ τ_р ∙ 3600 (л),

N з _ств — общее количество стволов на охлаждение резервуаров,

q_ств — производительность одного пожарного ствола (л/с),

τ_р = 6 часов –расчетное время охлаждения наземных резервуаров от передвижной пожарной техники (СНиП 2.11.03-93),

τ_р = 3 часа –расчетное время охлаждения подземных резервуаров от передвижной пожарной техники (СНиП 2.11.03-93).

7) Общее требуемое количество воды на охлаждение и тушение резервуаров.

W_в общ = W_в т + W_в з (л)

8) Ориентировочное время наступления возможного выброса Т нефтепродуктов из горящего резервуара.

T= (H — h) / (W+ u + V) (ч), где

H — начальная высота слоя горючей жидкости в резервуаре, м;

h — высота слоя донной (подтоварной) воды, м;

W — линейная скорость прогрева горючей жидкости, м/ч(табличное значение);

u — линейная скорость выгорания горючей жидкости, м/ч (табличное значение);

V — линейная скорость понижения уровня вследствие откачки, м/ч (если откачка не производится, то V= 0).

3.3. Тушение пожаров в помещениях воздушно-механической пеной по объему.

При пожарах в помещениях иногда прибегают к тушению пожара объемным способом, т.е. заполняют весь объем воздушно-механической пеной средней кратности (трюмы кораблей, кабельные тоннели, подвальные помещения и т.д.).

При подаче ВМП в объем помещения должно быть не менее двух проемов. Через один проем подают ВМП, а через другой происходит вытеснение дыма и избыточного давления воздуха, что способствует лучшему продвижению ВМП в помещении.

1) Определение требуемого количества ГПС для объемного тушения.

W_пом – объем помещения (м 3 );

К_р = 3 – коэффициент, учитывающий разрушение и потерю пены;

q_гпс – расход пены из ГПС (м 3 /мин.);

t_н = 10 мин – нормативное время тушения пожара.

2) Определение требуемого количества пенообразователя W_по для объемного тушения.

W_по = N_гпс ∙ q по _гпс ∙ 60 ∙ τ_р ∙ К_з (л),

Источник