Диссертация (Экспериментально-теоретический подход к расчету времени блокирования путей эвакуации токсичными продуктами горения при пожаре в производственных зданиях гидроэлектростанций), страница 6

Наиболее применимымидляцелейопределениястепенипотенциальнойопасностивеществи материалов и возможности ранжирования (классификации) их между собойявляются маломасштабные испытания. Однако отметим, что маломасштабныеиспытания имеют как преимущества – экономичность, возможность изменениярежимов испытаний образцов (горение, тление, недожог [71] (горениес пониженной концентрацией кислорода)), небольшие размеры образцов,достаточнаятакисходимостьнедостаткирезультатов–приповторныхтермогазодинамическийиспытаниях,процессвнутри39экспериментальногообъемаявляетсясущественнонестационарными неоднородным, сложность получения исследуемой смеси газов, близкойк реальному поведению исследуемых материалов при пожаре, и переносаполученных результатов на реальное помещение. Целью маломасштабныхиспытаний является получение численных данных о токсичности продуктовгорения веществ и материалов для дальнейшего использования полученныхданныхдляопределениявозможностиихприменениявразличныхпомещениях, в том числе на путях эвакуации.

Как правило, это испытания,проведенные для ранжирования материалов по степени их потенциальнойопасности (классификация), получение исходных данных для математическогомоделированияпожара,исследованиегазоввыделяющихсяпритерморазложении современных веществ и материалов, исследовательскиеиспытания и т.д.Современные методы оценки токсичности продуктов горения можноразделить на группы [18]:1. Методы биологической оценки (токсикометрия) продуктов горения,использующие при испытаниях подопытных животных, как правило, белыхкрыс и белых мышей, кроликов, морских свинок и др. [50] (могутиспользоватьсякакмодельчеловека),содновременнойрегистрациейколичественных параметров газовой среды – концентраций выделяемых пригорении наиболее опасных газов в объеме затравочной камеры, температуры.2.

Методы оценки по данным химического анализа, основанныенарасчетномопределениипредполагаемоготоксическоговоздействия(коэффициента токсичности) и использующие результаты экспериментальныхизмерений концентраций наиболее опасных газов.3. Экспериментально-расчетные методы, использующие как основу дляполучения данных (концентрации основных токсичных газов, выделяемых притерморазложении веществ и материалов) методы оценки по даннымхимического анализа и расчета на их базе показателя токсичности продуктов40горения с последующим контрольным экспериментом – проверкой методомбиологической оценки с экспозицией животных [64].Применение методов биологической оценки предполагает использованиелабораторных животных для определения токсического действия продуктовгорения [7].Реализация метода биологической оценки осуществляется посредствомиспользованияметодаэкспериментальногоопределенияпоказателятоксичности продуктов горения полимерных материалов по ГОСТ 12.1.044–89п.

4.20 [7]. Данный метод предусматривает испытания веществ и материаловв камере в одном из двух режимов – термоокислительного разложения илипламенного горения (выбирается наиболее способствующий выделению болеетоксичных смесей летучих веществ) [7].В процессе испытаний в протоколе регистрируют показания значенийконцентрациимонооксидауглерода,оксидауглеродаикислородав экспозиционной камере. После достижения наивысших концентрацийгазовоздушнуюсмесьвнутрикамерыперемешиваютвентилятором.Регистрируют число погибших и выживших белых мышей после испытаний,а также в течение последующих 14 суток. Затравку животных (не менее8 белых мышей массой (20+/–2) г.

проводят статическим способом.Длительность экспозиции составляет 30 мин, при этом температура воздухав предкамере за время экспозиции животных не должна превышать 30 °С,а концентрация кислорода должна быть не менее 16 % об. [7].Показатель токсичности продуктов горения определяется как отношениеколичества испытуемого материала к единице объема замкнутого пространства,вобъемекоторогообразующиесяприихтермическомразложениигазообразные продукты вызывают гибель 50 % подопытных животных [7].В зависимости от полученного показателя HCL50 вещества и материалымогут быть классифицированы следующим образом: чрезвычайно опасные,высоко опасные, умеренно опасные и малоопасные по токсичности продуктовгорения [1, 7].41Существенным преимуществом данного метода является учет влияния нетолько отдельных аддитивных составляющих выделяемых токсичных газов,но и их комбинированного воздействия на животных.Методы оценки токсичности продуктов горения по данным химическогоанализа и экспериментально-расчетные методы [11, 13, 14, 15, 104] болееприменимы для исследовательских целей и получения параметров (исходныхданных) для моделирования пожаров в помещении и имеют существенноменьшие трудовые и временные затраты [18].

Однако данные методы требуютбольшого количества систематизированной информации о свойствах продуктовтерморазложения, взаимосвязи токсических эффектов и концентрациямивыделяемых токсичных газов, а также временем экспозиции и др. [18].Достоверность и надежность метода может быть определена двумяусловиями [18]:–параметрытерморазложениявеществиматериаловдолжнысоответствовать пожару в крупномасштабном помещении и метод должен бытьапробирован на крупномасштабных экспериментах;– возможность средств измерений проводить измерения достаточного,для поставленной задачи, числа параметров газовой смеси.Методика стандартных испытаний для целей сертификации веществи материалов по ГОСТ 12.1.044–89 п.

4.20 имеет ряд недостатков [24].Достоверность и надежность данной методики не отвечает вышеприведеннымусловиям(невоспроизводятсяусловияреальногополномасштабногопомещения и не производятся измерения концентраций всех токсичных газоввыделяемыхпритерморазложенииматериалов)[24].Всоответствиис п. 4.20.3.5 [7] необходимо определять количественный выход не толькооксида углерода и диоксида углерода, но и оксидов азота, цианистого водорода,альдегидов и других веществ выделяющихся при терморазложении веществи материалов, а для оценки вклада оксида углерода в суммарный токсическийэффект необходимо предусмотреть измерения содержания карбоксигемоглобинав крови подопытных животных. Отметим, что данным нормативным42документом [7] не предложено метода определения следов других токсичныхгазов в организме подопытных животных, а предложенный в п.

4.20.1.5газоанализаторГИАМ-5М,непозволяетизмерятьконцентрациивышеприведенных газов, кроме СО, СО2 и О2, что не соответствует реальнойтоксикологической картине пожара. Комбинированное воздействие токсичныхгазов на организм животных определяется путем подсчета количествавыживших и погибших животных по истечению 14 суток, что не даетвозможность отслеживать в процессе испытаний постадийно симптоматику приотравлении токсичными продуктами горения [24].Выявленные недостатки приведенного метода при сертификационныхиспытаниях могут приводить к занижению степени потенциальной опасностииспытуемых веществ и материалов, что может послужить причиной отравленияи гибели людей на реальном пожаре.Таким образом:1.

Методы биологической оценки продуктов горения, с учетомопределенияирегистрацииколичественныхзначенийконцентрацийвыделяемых при терморазложении газов, как правило, не дают адекватной(реальной) токсикологической картины при пожаре из-за неосуществимостивоспроизведения при проведении экспериментов термогазодинамическихусловий, протекающих при пожаре в полномасштабных помещениях.2. Методы оценки по данным химического анализа, основанные нарасчетномопределениипредполагаемоготоксическоговоздействия(коэффициента токсичности) и использующие результаты экспериментальныхизмерений концентраций выделяемых при горении наиболее опасных газовявляются наиболее подходящими для использования в математических моделяхдля целей моделирования пожаров и определения критических значенийпродолжительности пожара по токсичным продуктам горения для обеспечениябезопасной эвакуации людей из зданий и сооружений.431.5 Упрощенный метод расчета необходимого времениэвакуации людей при пожареУпрощенный метод расчета необходимого времени эвакуации людей припожаре приведен в работах [6, 23].

Как отмечается во многих работах [24, 26,57, 86], этот метод достаточно упрощенный и неадекватный реальнойтермогазодинамической картине пожара.Время блокирования путей эвакуации в результате распространения наних ОФП определяется как время, когда достигается хотя бы одно предельнодопустимое для людей значение ОФП на высоте рабочей зоны.Необходимоекритическойдлявремяэвакуациичеловекарассчитываетсяпродолжительностикакпожарапроизведение(иливремениблокирования путей эвакуации) на коэффициент безопасности [6]. При этомпредполагается, что каждый ОФП воздействует на человека независимоот других.Для определения критической продолжительности пожара для людей,которые находятся на этаже очага пожара, необходимо найти моментдостижения любым из существующих ОФП (повышенная температура, потерявидимости,повышеннаяконцентрациятоксичныхпродуктовгорения,пониженная концентрация кислорода и др.) предельно допустимого значения.В случае нахождения людей на этажах выше очага, в качестве критериянеобходимо найти момент достижения любым из существующих ОФПпредельно допустимого значения в лестничной клетке на этом этаже.Численныезначениятемпературы,оптическойплотностидыма,концентрации токсичных продуктов горения определяются посредствомрешения системы уравнений теплогазообмена для данных помещений.Расчет необходимого времени эвакуации из зальных помещений,проводится для наихудшего сценария развития пожара, при котором скоростьнарастания ОФП для данного помещения является максимальной.Вначале для мест нахождения людей (рабочая зона) рассчитывают44значения критической продолжительности пожара (tкр) по условию достижениякаждым из ОФП своего предельно допустимого значения [6, 23]:– по повышенной температуре:1/ n В  70 − t0  353СрVt =  ln , , В =(1 − φ)ηQ А  (273 + t0 ) z  (1.5.1)ткр– по потере видимости:1/ nп.вtкр−1 В  V ln(1, 05αE )  =  ln 1 −  ,А lпр ВDm z  (1.5.2)– по пониженному содержанию кислорода:1/ nО2tкр−1  0, 044В =  ln 1 −  ,BLА ( O2 + 0, 27)   V(1.5.3)– по каждому из газообразных токсичных продуктов горения1/ ntт.гкр−1 В  VX  =  ln 1 −АBLz ,(1.5.4)где В – размерный комплекс, зависящий от теплоты сгорания материалаи свободного объема помещения, кг;t0 – начальная температура воздуха в помещении, °С;n – показатель степени, учитывающий изменение массы выгорающегоматериала во времени;А – размерный параметр, учитывающий удельную массовую скоростьвыгорания горючего материала и площадь пожара, кг⋅с-n;z–безразмерныйпараметр,учитывающийраспределения ОФП по высоте помещения;Q – низшая теплота сгорания материала, МДж⋅кг-1;Ср – удельная изобарная теплоемкость газа МДж⋅(кг К)-1;ϕ – коэффициент теплопотерь;η – коэффициент полноты горения;V – свободный объем помещения, м3,неравномерность45α – коэффициент отражения предметов на путях эвакуации;Е – начальная освещенность, лк;lпр – предельная дальность видимости в дыму, м;Dm –дымообразующая способность горящего материала, Нп⋅м2⋅кг-1.L – удельный выход токсичных газов при сгорании 1 кг материала, кг⋅кг-1,Х – предельно допустимое содержание токсичного газа в помещении, кг⋅м-3( Х СО = 0,11 кг⋅м–3; ХСО = 1,16 10–3 кг⋅м-3; ХHCL= 23⋅10–6 кг⋅м-3);2-1LO2 – удельный расход кислорода, кг⋅кг .В случае поучения под знаком логарифма отрицательного значения, тосчитается что, данный ОФП не опасен для человека.Параметр z вычисляется по формулеZ=hhexp 1, 4  , при H ≤ 6 м,HH(1.5.5)где h – высота рабочей зоны, м;Н – высота помещения, м.Далее рассчитывают высоту рабочей зоны:h = hпл + 1, 7 − 0, 5δ,(1.5.6)где hпл – высота площадки, на которой находятся люди, под полом помещения, м;δ – разность высот пола, равная нулю при горизонтальном егорасположении, м.Наибольшему риску подвергаются люди при пожаре, находящиеся наверхних отметках.