Процес розвитку та поширення пожежі в приміщеннях будівель деревообробних підприємств

Розглянуто процес розвитку та поширення пожежі в закритих приміщеннях будівель деревообробних підприємств. На підставі результатів аналізу отримано напрямки для прогнозування заходів до зменшення ризику виникнення пожежі, а у випадку її виникнення до зменшення площі її розповсюдження. що є дуже важливим для для зменшення збитків від пожежі. Встановлено, що використання протипожежних перегородок між дільницями механічної обробки деревини зменшує імовірність розповсюдження пожежі по приміщенню цеху приблизно в 1,5 рази.

Ключові слова: пожежа, процес поширення пожежі, імовірність поширення пожежі, оптична густина диму.

Сучасний стан проблеми. Розроблення будь-яких моделей розвитку та поширення пожежі в приміщеннях будівель деревообробних підприємств не можливо без досконалого вивчення конструктивних особливостей цих об'єктів, а саме існуючих на даний час просторових конструкцій приміщень будівель. Деревообробна галузь об'єднує значну групу виробництв, які пов’язані з механічною обробкою деревини. Цю галузь можна поділити на чотири основних групи виробництв: 1) лісопильно-деревообробне; 2) виробництво клеєних матеріалів і плит; 3) виробів з деревини; 4) спеціальні виробництва [1]. Для кожної з цих груп виробництв використовують відповідні споруди з певними типами конструкцій виробничих приміщень і складів. Схема класифікації споруд деревообробних підприємств зображена на рис. 1. деревообробний протипожежна перегородка.

Рис. 1 Схема класифікації споруд деревообробних підприємств

Аналізуючи схему класифікації споруд деревообробних підприємств (рис. 1) можна зауважити, що найбільш пожежонебезпечними спорудами є закриті цехи, в яких обробляється деревина. Ці цехи мають значну площу (розміром ВхL до 72×144 м) до 10 368 м², тому що в них розміщують деревообробні комплекси. Наприклад, тільки один комплекс моделі ОК250С для виготовлення віконних блоків і балконних дверей зі спареними і роздільними стулками займає площу 9100 м² [1]. Безумовно обладнання, яке входить до складу цього комплексу, можна використовувати самостійно для виконання окремих технологічних операцій на всіх деревообробних підприємствах. Крім цього, в цеху повинні бути дільниці розкрою пиломатеріалів, виготовлення погонажу, зрощування заготовок за довжиною, ремонту брусків, профільного оброблення, шліфування тощо. На всіх дільницях механічної обробки деревини в більшості випадків виділяється пил, який видаляють з цеху притоково-витяжною вентиляцією. Але повністю очистити повітря цеху від пилу неможливо, що спонукає до можливого виникнення пожежі внаслідок дії на пил на робочих місцях високих температур. Наприклад, в процесі розрізки деревини фрезою зубці фрези зі сталі Р6М5 нагріваються до температури 600…650 °С, що може бути причиною спалаху пилу і відповідно виникненню пожежі.

Тому ставиться задача розглянути процес розвитку та поширення пожежі в закритих приміщеннях будівель деревообробних підприємств з метою розроблення заходів для її запобігання, а у випадку виникнення? для її швидкої ліквідації.

Мета роботи. Проаналізувати процес розвитку та поширення пожежі в закритих приміщеннях будівель деревообробних підприємств з використанням математичних моделей.

Постановка задачі та її розв’язання. В деревообробних цехах знаходяться матеріали, горіння яких супроводжується термічним розкладом (піролізом) з виділенням газоподібних продуктів та утворенням перевугленного поверхневого шару, що потовщується на протязі часу горіння. Швидкість вигоряння твердих матеріалів залежить не тільки від фізичної природи матеріалу, а і від геометричної структури пожежного навантаження. Наприклад, деревина може бути у вигляді брусків різного поперечного перерізу, дощок, відходів деревообробки тощо, а швидкість їх вигоряння залежить від розмірів площі підлоги, на якій вони розміщені, товщини та ступеня дисперсності шару. Крім цього, швидкість вигоряння в закритому приміщені відрізняється від швидкості вигоряння на відкритому просторі.

Можливі два режими горіння матеріалів в приміщені: 1) з наявністю достатньої кількості кисню (повітря), тобто пожежа, яка виникла, регулюється пожежним навантаженням; 2) з недостатньою кількістю кисню (повітря), тобто пожежа, яка виникла, регулюється вентиляцією.

В закритому приміщені в реальних умовах перший режим пожежі поступово переходить в другий, а після досягнення температури в приміщені, при якій руйнуються шибки вікон, процес газообміну стає двостороннім і пожежа переходить до першого режиму.

Для першого режиму пожежі масова швидкість вигоряння ш може бути визначена за залежністю [2].

кг/с (1).

де шп — питома швидкість вигоряння, кг•с-1•м-2; SП — площа пожежі, м2.

З іншого боку площу пожежі за перші 10 хв пожежі можна визначити за залежністю.

м2 (2).

де б — кут форми пожежі: кругова б = 6,28 радіан; кутова (180є) б = 3,14 радіан; кутова (90є) б = 1,57 радіан; vл — лінійна швидкість розповсюдження полум’я пожежі, м/с; ф — час пожежі, с.

У випадку, коли розглядають площу пожежі після 10 хв її дії, то в цьому випадку використовують залежність.

м2. (3).

Для визначення часу кінця першого режиму пожежі можна використати залежність для встановлення критичного часу підтримки вогнища пожежі за рахунок наявності необхідної концентрації кисню в приміщені, наприклад, для кругової пожежі класу, А [2].

с (4).

де ср — теплоємність газового середовища в приміщенні, Дж· кг-1·К-1; с0· Т0? 3· 102 кг· м-3·К; з? 1 — коефіцієнт повноти згоряння; ц? 0,5 — коефіцієнт тепловтрат; Qmin — найнижча теплота згоряння речовини, яка знаходиться в осередку пожежі, Дж/кг; шп — питома швидкість вигоряння, кг· м-2с-1; V — вільний об'єм приміщення, м3; vл — лінійна швидкість розповсюдження полум’я, м/с; L1 — стехіометричний коефіцієнт, що визначає кількість кисню в кг, яка необхідна для згоряння 1 кг матеріалу, що горить при пожежі; с01 = 0,27 кг/м3 — початкова густина кисню в приміщенні; с1к = 0,19 кг/м3 — критична густина кисню, при якій може припинитися горіння; п = 3 — для кругової пожежі.

Крім цього, в процесі розвитку пожежі газове середовище приміщення містить найдрібніші тверді частинки діаметром 0,2…1 мкм, які впливають на оптичні властивості середовища. Це призводить до розсіювання енергії світлових хвиль внаслідок багатократного дифузного відбиття від цих частинок і погіршення видимості. Оптичні властивості середовища приміщення характеризуються середньооб'ємною оптичною густиною диму м, значення якої можна визначити за залежністю [3].

Нп· м-1. (5).

Значення Qmin, шп та vл, наведені в ГОСТ 12.1.004 — 91 (додаток 4) [4], а значення питомого димовиділення D та L1 — в монографії [5, додаток 2].

Для визначення та аналізу температурного режиму в об'ємі приміщення цеху в процесі пожежі скористуємося емпіричною залежністю, яка була отримана за результатами факторного експерименту та перевірена на адекватність за критерієм Фішера [6].

єС (6).

де То.п. — температура осередку пожежі; G — пожежне навантаження в приміщенні, кг/м2; фв.г. — час вільного горіння. хв; Z — висота, на якій визначається температура, м; SП — площа пожежі, м2; R — відстань, на якій визначається температура, м; СТ — коефіцієнт пропорційності та обезрозмірювання складових елементів дробу.

Для визначення температури Tо. п в осередку пожежі використовуємо залежність [7].

єС (7).

де — значення найнижчої робочої теплоти згорання горючого навантаження для даного приміщення, в якому розглядається пожежа, МДж/кг; сp — теплоємність для даного приміщення, в якому розглядається пожежа, кДж/кг?K; фп. г — тривалість до повного горіння, при якому осередок пожежі досягає максимальної температури, с (фп.г = 600…720 c [5]).

Наведені залежності (1)…(7) дозволяють проаналізувати процес розвитку та поширення пожежі в приміщеннях будівель деревообробних підприємств. Для цього розглянемо приклад виникнення пожежі в закритому цеху деревообробного підприємства.

Приклад. В закритому деревообробному цеху розміром ВхLхН = 72×144×6 м, в його центральній частині, виникла пожежа. В цеху обробляють деревину (пожежне навантаженням G = 80 кг/м2) Qmin = 13 800 кДж/кг; vл = 0,022 м/с; шп = 0,0145 кг/м2с; D = 57 Нп•м2/кг; L1 = -1,15 кг/кг; ср = 1,7 кДж/кг?K [2; 4;5].

Розв’язок.

1. Визначаємо об'єм приміщення цеху.

м3.

2. Визначаємо критичний час підтримки вогнища пожежі за рахунок наявності необхідної концентрації кисню в приміщені за залежністю (4).

= 1069 с.

Отримане значення критичного часу підтримки вогнища пожежі вказує на те, що через фк. О2 = 1069 с або через 18 хв закінчується перший режим пожежі. Але для підтвердження цього висновку необхідно з урахуванням цього часу визначити температуру, яка буде діяти на шибки вікон цеху, що розміщені по периметру цеху.

3. Визначаємо температуру осередку пожежі за залежністю (7).

4. За залежністю (3) визначаємо площу пожежі.

м2.

5. Визначаємо температуру біля шибок вікон, тобто на відстані В/2 = 36 м від центру осередку пожежі на висоті Z = 3 м.

Визначене значення температури вказує на те, що шибки вікон на 18 хв пожежі вже будуть зруйновані і повернеться перший режим пожежі. Тому необхідно визначити час пожежі, при якому шибки вікон прогріються до температури 300…350 єС, що приведе їх до руйнування. Таким часом, як показали результати аналогічних розрахунків, є час 10 хв (600 c), за тривалість якого утворюється площа пожежі 136 м² і на шибки вікон діє температура Т3;36 = 324єС, що виконує їх руйнування, тобто вже приблизно за половину часу дії першого періоду пожежі здійснюється поступлення достатньої кількості кисню. Тобто можна стверджувати, що в деревообробних цехах з об'ємом приміщення більше 60 000 м³ в процесі пожежі діє тільки перший режим пожежі з наявністю достатньої кількості кисню (повітря) і пожежа, яка виникла, регулюється тільки пожежним навантаженням.

6. Визначаємо оптичну густину диму на 10 хв (600 с) розвитку пожежі за залежністю (5) при SП = 136 м².

Аналізуючи отриманий результат м можна зробити висновок про те, що за 10 хв пожежі в деревообробному цеху видимість буде приблизно до 2,5 м (рис. 2), що є допустимим значенням. Крім цього, навіть за 18 хв пожежі м = 1,56 Нп/м, що також є допустимим значенням, тому що видимість буде приблизно 1,5 м.

Рис. 2 Залежність граничної видимості від оптичної густини диму згідно з ГОСТ 12.1.004 — 91

Результати аналізу процесу розвитку та поширення пожежі в приміщені будівлі деревообробного цеху із загальною площею 10 368 м² показали, що швидкість розповсюдження пожежі дуже велика і для її зменшення необхідно дільниці механічної обробки деревини розділяти протипожежними перегородками (рис. 3).

Рис. 3 План деревообробного цеху з протипожежними перегородками

Використання протипожежних перегородок на багато зменшує імовірність розповсюдження пожежі по приміщенню цеху. Розглянемо це питання з використанням графа переходу пожежі, наприклад, з дільниці 1 на дільницю 2 (рис. 4).

Рис. 4 Граф переходу пожежі з дільниці 1 до дільниці 2

Для розгляду графа (рис. 4) введемо такі позначення: 1) вершини графу — події, які проходять в процесі розвитку пожежі; 2) ребра, які з'єднують вершини графу — імовірності виникнення відповідних подій. Розглянемо всі події та імовірності процесу переходу пожежі з дільниці 1 до дільниці 2. Подія 11 — виникнення пожежі на дільниці 1, а 12 — гасіння пожежі первинними засобами на дільниці 1; Р12 — імовірність ліквідації пожежі первинними засобами (значення цієї імовірності можна приймати Р12 = 0,5). Подія 13 — закінчення початкової стадії пожежі, а Р23 — імовірність закінчення початкової стадії пожежі (значення цієї імовірності можна приймати Р23 = 0,8).

Після події 13 можливе розгалуження подальшого розвитку пожежі, а саме перший шлях — це вихід пожежі на центральний проїзд цеху — подія П1 з імовірністю Р3П1 (значення цієї імовірності можна приймати Р3П1 = 0,9), розповсюдження пожежі по центральному проїзду цеху — подія П2 з імовірністю РП1П2 (значення цієї імовірності можна приймати РП1П2 = 0,95), а далі подія 2 — поява вогню (пожежі) на дільниці 2 з імовірністю РП22 (значення цієї імовірності можна приймати РП22 = 0,95) Другий шлях, який може відбутися одночасно з першим, це перехід пожежі з дільниці 1 до дільниці 2 через протипожежну перегородку між цими дільницями з імовірністю Р32 (значення цієї імовірності можна приймати Р32 = 0,1…0,2) Такий випадок можливий при низькій вогнестійкості перегородки.

На підставі наведеного графа можна визначити сумарну імовірність РУ розповсюдження пожежі між дільницями цеху з використанням протипожежних перегородок.

. (8).

Визначимо сумарну імовірність РУ розповсюдження пожежі між дільницями цеху з використанням протипожежних перегородок за залежністю (8).

.

Без використання протипожежних перегородок РУ2 = Р12 = 0,5. Тоді використання протипожежних перегородок зменшує імовірність розповсюдження пожежі по приміщенню цеху приблизно в РУ2/РУ1 = 0,5/0,336? 1,5 рази.

Висновки

• 1. Виконано аналіз процесу розвитку та поширення пожежі в приміщеннях будівель деревообробних підприємств, результати якого дозволяють прогнозувати заходи до зменшення ризику виникнення пожежі, а у випадку її виникнення до зменшення площі її розповсюдження.
• 2. Для деревообробних цехів із загальною площею Sцеху? 10 000 м² в процесі пожежі діє тільки перший режим пожежі з наявністю достатньої кількості кисню (повітря) і пожежа, яка виникла, регулюється тільки пожежним навантаженням.
• 3. В деревообробних цехах з об'ємом приміщення V? 60 000 м³ оптична густина диму в межах критичного часу пожежі не перевищує допустимого значення для евакуації людей.
• 4. Використання протипожежних перегородок між дільницями механічної обробки деревини зменшує імовірність розповсюдження пожежі по приміщенню цеху приблизно в 1,5 рази.
• 5. Необхідно продовжити наукову роботу в цьому напрямку для поширення отримання адекватних результатів процесу розвитку та поширення пожежі в приміщеннях будівель деревообробних підприємств.

Список літератури

• 1. Ференц О. Б. Технологія столярних виробів / О. Б. Ференц, В.М. Максимів, Навчальний посібник. — Львів: НЛТУ України, 2011. — 400 с.
• 2. Кошмаров Ю. А. Прогнозирование опасных факторов пожара в помещении. / Ю. А. Кошмаров. — М.: Академия ГПС МВД России, 2000. — 118 с.
• 3. Гуліда Е. М. Прогнозування величини оптичної густини диму при пожежі в приміщені / Гуліда Е.М. // Зб. наукових праць «Пожежна безпека» № 18, 2011 / Львів: ЛДУ БЖД. — С. 65−70.
• 4. ГОСТ 12.1.004 — 91. Пожарная безопасность. — М.: Издательство стандартов, 1991. — 31 с.
• 5. Пузач С. В. Методы расчета тепломассообмена при пожаре в помещении и их применение при решении практических задач пожаровзрывобезопасности / С. В. Пузач. — М.: Академия ГПС МЧС России, 2005. — 336 с.
• 6. Гуліда Е. М. Моделювання пожежі в закритому приміщені / Е.М. Гуліда, О. В. Меньшикова, А. А. Ренкас // Науковий вісник НЛТУ України. — Львів: НЛТУ, 2012. — Вип. 22.6. — С. 307−317.
• 7. Гуліда Е. М. Метод статистичного моделювання пожежі в приміщенні / Е.М. Гуліда, О. В. Меньшикова // Проблемы пожарной безопасности. — Харьков: НУГЗУ, 2010. — Вып.28. — С. 65−73.