CC BY
42
ТУШЕНИЕ ПОЖАРОВ
«йй
А. Н.Денисов
канд. техн. наук, доцент, доцент Академии ГПС МЧС РФ, г. Москва, Россия
АЙН
А. А. Лукьянченко
канд. техн. наук, научный сотрудникАкадемии ГПС МЧС РФ, г. Москва, Россия
А. В. Соколов
генеральный директор ООО «Дельта-С», г. Зеленоград, Россия
А*
А. Н.Григорьев
старший преподаватель Академии ГПС МЧС РФ, г. Москва, Россия
УДК 614.842.8:681.518
ИССЛЕДОВАНИЕ ФАКТОРОВ, ВЛИЯЮЩИХ НА УПРАВЛЕНИЕ ПОЖАРНЫМИ ПОДРАЗДЕЛЕНИЯМИ ПРИ ТУШЕНИИ ПОЖАРОВ В ПОМЕЩЕНИЯХ
Представлены некоторые результаты экспериментальных исследований опасных факторов пожара, влияющие на выбор решающего направления при введении огнетушащих средств в помещениях с ухудшенным газообменом.
Ключевые слова: пожар; тушение; методика; управление; локализация пожара; начальная стадия пожара; опасные факторы пожара; задымление; газовыделение материалов; пожарный извещатель.
Знание и учет особенностей развития пожаров являются основой для выбора рациональных управленческих решений при их тушении. Глубина познания определяет успех борьбы с неконтролируемым горением в помещениях, создает предпосылки для перехода к гибкому нормированию [1].
В ноябре 2008 г. в Москве было проведено показательное пожарно-тактическое учение, направленное на исследование факторов, влияющих на управление пожарными подразделениями при тушении пожаров в жилых зданиях традиционными и перспективными средствами. В рамках учений осуществлено наблюдение за изменениями основных параметров во времени: площади пожара, температуры пожара, интенсивности задымления на пожаре, состава газовой среды при развитии пожара и его тушении в жилом здании и др. Информация о динамике пожара в жилых зданиях имеет практический интерес, так как основное число пожаров регистрируется в быту [2-4].
Первые систематические исследования пожаров в ограждениях относятся к концу 50-х - началу 60-х годов. К этому периоду относятся обширные национальные научные программы, проводившиеся в СССР, США, Англии, Швеции, Японии и несколько позже во Франции на интернациональном уровне под эгидой Международной организации по стандарти-
зации и Международного совета по научным исследованиям и обмену опытом в области строительства. Эти программы включали исследования по тушению пожаров твердых горючих материалов в ограждениях в СССР (50-е годы), а также в США, ФРГ и Польше (70-е годы). Несокращающийся поток публикаций в настоящее время свидетельствует об интенсивности продолжающихся исследований в этой сфере и о сохранившейся до сих пор неясности по ряду аспектов, касающихся количественных оценок того или иного явления, протекающего при пожаре в ограждении [1, 5-9].
Целью проведения экспериментального исследования являлось изучение: изменения параметров пожара во времени и в пространстве с момента загорания пожарной нагрузки до выхода его на стационарный режим в помещениях с ухудшенным газообменом; процессов задымления при пожаре и работы автоматической пожарной сигнализации, а также применения устройств подачи огнетуша-щих веществ на пожаре, стоящих на вооружении подразделений Московского гарнизона пожарной охраны, и новационных технологий тушения пожаров; поведения материалов и конструкций при пожаре с известной пожарной нагрузкой; действий руководителя тушения пожара и оперативного штаба по тушению пожара и проведению аварийно-спаса-
© Денисов А. Н., Лукьянченко А. А., Соколов А. В., Григорьев А. Н., 2011
тельных работ в жилых зданиях; взаимодействия подразделений пожарной охраны со службами жизнеобеспечения города для дальнейшего развития моделирования.
Для достижения указанной цели в ходе проведения учений поставлена задача осуществить прогноз и фиксирование:
• временных характеристик: времени прибытия пожарных подразделений, подачи первого ствола, локализации пожара; длительности начальной стадии пожара, интенсивности задымления в комнате (квартире, подъезде), тушения пожара и работы штаба тушения пожара; времени обнаружения пожара;
• температурных и тепловых режимов в комнате, квартире, подъезде;
• пространственных параметров: площади пожара, площади тушения; фактического расхода ог-нетушащих веществ и интенсивности их подачи; газовыделения на начальной стадии. Исследуемый объект. Пятиэтажное здание 1953 г.
постройки, панельное; перекрытия, перегородки и наружные стены железобетонные. На одно окно — одна панель. Высота потолков 2,7 м. На этаже находятся 3-4 квартиры. Квартиры в доме одно-, двух-и трехкомнатные.
Эксперимент проводился при следующих начальных условиях в помещении: влажность воздуха —
55%, температура+3,8 °С, скорость воздушного потока—менее 0,01м/с, давление — 738 мм рт. ст.
Методика проведения эксперимента. Исследования проводились по методике, разработанной на кафедре пожарной тактики и службы Академии ГПС МЧС России [2].
Предварительная стадия эксперимента. На этой стадии ставилась цель проверить возможности раннего обнаружения пожара с помощью газочувствительных детекторов газов, реагирующих на вещества, выделяющиеся при пиролизе различных материалов (табл. 1). Для оценки закономерностей влияния термического разложения на параметры газовыделения на начальной стадии процесса горения была проведена настройка газоанализаторов.
Физические свойства выделяющихся и исследуемых газов, по которым настраивались газоанализаторы и проводились измерения, представлены в табл. 2. По другим газовым компонентам, также выделяющимся при плавлении и горении, измерения не проводились из-за сложности их селективного измерения.
В экспериментальном помещении (комнате) объемом 32 м3 окна и двери находились в закрытом состоянии, чтобы посторонние воздушные потоки не мешали движению газа. Во время проведения эксперимента все, что могло вызвать перемешивание воздушных потоков в помещении (движение людей
Таблица 1. Приборы и оборудование для измерений
Наименование Марка Документ Примечание
Термометр ТЛ-4 ГОСТ 2854-90 Диапазон измерения 0.. .50 °С
Психрометр аспирационный электрический М-34 ТУ 25.1607.054.85 Диапазон измерения 10.100 %
Барометр-анероид БАММ-1 ТУ 25.04.1513-79 Диапазон измерения 80.106 кПа
Секундомер СОПпр-2а-3 ГОСТ 5072-79 Диапазон измерения 0.60 мин
Ротаметр РКС-1-0,25 ГОСТ 99323-75 -
Термопреобразователь ТПК 011-0,7/10 - Диапазон измерения -4 0.+800 °С
Тепловизор БиПагё Т3 МАХ - Маркировка уровня нагрева среды и объектов
Переносные мультигазосигна-лизаторы серии ИГС-98 Комета-М ТУ 4215-001-07518800- 99 № 7070 (И28, С02, СН4, СН); 7071 (Н28, С02, СН4, СН); 7072 (Н28, С02, СН4, СН); 8596 (С02, СН, СО); 8454 (СО, 02, СН4)
Индивидуальный газосигнализатор серии ИГС-98 на кислород Клевер-В ТУ 4215-001-07518800- 99 О2 2 4
Термоанемометр УТ-50 - Диапазон измерений 50.0,01 м/с
Термоанимометр Теэ1:о 405-У1 - Диапазон измерения от 0,01 м/с; 0,1 °С
Автономный дымовой извещатель ДИП-212-31 - Чувствительность извещателя 0,05.0,2 дБ/м
Указатель температуры 8-канальный УКТ38Щ4ТП ТУ 4211-006-46526536- 03 Диапазон измерений -90.. .+1700 °С. Погрешность 0,25 %
Таблица 2. Физические свойства газов
Газ Химическая формула Плотность при 0 °С, кг/м3 Вязкость при 25 °С, 10 8 кг/(м-с) Коэффициент диффузии в воздухе, м2/с Относительная масса d
Воздух О2+К2 1,2928 1837 N = 0,17'Ю-4 О2 = 0,18-10-4 1,00
Водород Н2 0,08987 890 1,28-Ю-4 0,070
Оксид углерода (угарный газ) СО 1,2500 1766 0,175 -10-4 0,967
Диоксид углерода СО2 1,9768 1486 0,097-10-4 1,529
Метан СН4 0,7168 1168 0,206-10-4 0,555
Пропан С3Н8 2,0037 739 - 1,562
и пр.), было исключено. В центре комнаты на металлическом основании диаметром 0,8 м последовательно сжигали материалы известной массы (бумага газетная, ткань белая, сигарета с фильтром, хлопок натуральный непряденый) (рис. 1) и измеряли концентрации выделяющихся газов под потолком, у пола и на уровне поверхности постели (0,50 м). Отбор проб на верхнем уровне (под потолком) проводился с помощью пробоотборной силиконовой трубки с внутренним диаметром 4 мм, длиной 3 м, а на нижнем уровне — без пробоотборной трубки и фильтров. Для измерения концентраций газа использовали группу измерительных мультига-зосигнализаторов "Комета-М" со встроенным электрическим насосом для аспирации контролируемого газа через гибкую эластичную трубку с максимальной чувствительностью сенсоров. Концентрацию кислорода дополнительно контролировали индивидуальным кислородомером "Клевер-В". Приборы автоматически измеряли параметры и сохраняли их в памяти с частотой 1 раз в 9 с. После окончания замеров полученные экспериментальные данные переносились в персональный компьютер и обрабатывались с помощью прикладных программ.
При сжигании хлопка натурального непряденого была зафиксирована среднеобъемная концентрация угарного газа 25 мг/м3. Кроме того, регистрировались время реагирования детекторов с момента начала эксперимента и скорость нарастания концентрации: на уровне потолка над очагом — 250 с и 0,08-0,1 мг/с, у пола — 400 с и 0,1 мг/с соответственно. Максимальные концентрации газов под потолком и на уровне пола совпадали. Запаздывание в реагировании на разных уровнях размещения детектора составляло 150 с. При детектировании на уровне потолка наблюдались скачки концентрации, обусловленные наличием турбулентных потоков. При проветривании помещения концентрация газов быстрее снижалась у пола за счет воздушных потоков.
В этом эксперименте в точках отбора проб, расположенных на уровне постели, срабатывание из-вещателей на суммарное выделение углеводородов
о" о
9
и Н
а
О 200 400 600 800 1000 1200 Время, мин
б
О 200
400 600
800 1000 1200
Время, мин
Рис. 1. Изменение концентрации оксида углерода (а) и углеводородов (б), выделяющихся при тлении 7,5 г хлопка (натурального непряденого) в замкнутом помещении объемом 32 м3
происходило через 450 с после начала процесса плавления.
В отличие от детекторов угарного газа у детекторов углеводородов наблюдалась задержка реагирования (400 с), связанная, возможно, с тем, что выделение углеводородов происходит на более поздней стадии по сравнению с СО. Об этом свидетельствует и большая скорость нарастания их концентрации. Шкала концентрации условная, суммарная концентрация углеводородов не превышает
И
О
В" »
О
и
€
о И
2500
2250
2000
1750
1500
1250
1000
750
500
250
1996 г. -А- 1997 г. 2001 г. 2002 г.
- 2006 г. -х- 2007 г.
5 6 7 8 9 10
Время прибытия первого караула, мин
11-15 16-20 21-30 >30
Рис. 2. Распределение числа погибших по времени прибытия первого караула к месту пожара в 1995-2008 гг.
20 мг/м3 в пересчете на метан. Эксперимент свидетельствует о возможности использовать чувствительные детекторы углеводородов для обнаружения пожара на начальной стадии (см. рис. 1, б).
Скорость распространения газов, выделяющихся на начальной стадии горения материалов в закрытом помещении, таких как оксид углерода (СО), водород (Н2), диоксид углерода (СО2), углеводороды (СН), метан (СН4), зависит как от наличия конвективной струи над очагом загорания, так и от величины диффузии газа от него. При малых концентрациях молекулы всех газов практически не испытывают аэродинамического сопротивления, а также большего по сравнению с воздухом действия гравитационных сил. Явление диффузии способствует расширению области распространения газов, поэтому она больше, чем у тяжелых аэрозольных частиц дыма. Таким образом, угарный газ и водород достаточно быстро и равномерно распределяются в защищаемом помещении за счет существующих до начала пожара воздушных потоков. Оксид углерода распространяется четко в направлении движения воздуха при естественной конвективной циркуляции,
т. е. подъем к потолку с теплым воздухом происходит не за счет конвективной воронки от очага, а за счет конвективных потоков от нагревательных устройств.
По мере распространения газа в помещении его концентрация уменьшается пропорционально заполняемому объему. Любой конвективный поток (в том числе образованный в результате плавления в зоне очага) ускоряет этот процесс. В связи с этим за рубежом используется индивидуальный подход при настройке (программировании) извещателя, смысл которого заключается в установке порога превышения над фоновым уровнем в конкретном помещении, а также в использовании пороговой скорости нарастания концентрации, что значительно расширяет перечень объектов и условий применения газовых пожарных извещателей [10].
Установка порогов срабатывания должна быть гибкой — по скорости нарастания каждого газа над фоновым уровнем. Наиболее целесообразным является включение газовых пожарных извещателей в адресно-аналоговые системы автоматической пожарной сигнализации с целью быстрого выявления
места загорания, так как нарастание концентрации газа может проходить с достаточно высокой скоростью.
Анализ экспериментальных данных. Пожары в жилых зданиях относятся к пожарам, развитие которых лимитируется газообменом, обуславливающим многостадийность процесса. На ранней стадии возникновения загорания (стадии плавления) выделяется значительное количество газообразных продуктов горения (газы и частицы аэрозоля — дыма), что ведет к гибели людей (рис. 2). Чтобы предотвратить это, возможно применение газовых пожарных извещателей, для оценки эффективности которых необходимо пересмотреть общие принципы их использования [11].
В настоящее время в России действуют нормы пожарной безопасности на газовые пожарные из-
вещатели, устанавливающие общие технические требования к ним и методы их испытаний. Однако отсутствуют нормативные документы, регламентирующие их размещение в защищаемых помещениях, что не позволяет эффективно использовать газовые пожарные извещатели и ограничивает их применение.
Результаты экспериментальных и теоретических исследований явились основой для определения области применения газовых пожарных извещате-лей на объектах различного назначения и обоснования времени оперативного реагирования на пожар. Новые методы измерения дают возможность предупреждать пожары за счет раннего обнаружения признаков возгорания. Проведение натурных экспериментов — основа отработки новых противопожарных технологий.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Молчадский И. С. Пожар в помещении. — М. : ВНИИПО, 2005. — 456 с.
2. Исследование факторов, влияющих на управление пожарными подразделениями при тушении пожаров в жилых зданиях традиционными и перспективными средствами : методическая разработка. — М. : Академия ГПС МЧС России, 2008. — 47 с.
3. Пожары и пожарная безопасность в 2008 году : статистический сборник / Под общ. ред. Н. П. Копылова. — М. : ВНИИПО, 2008. — 137 с.
4. Статистика пожаров в Российской Федерации за 2003-2010 гг. URL : http://www. mchs.gov.ru/stats.
5. Панин Е. Н. Оптимизация параметров тушения пожаров в жилых зданиях повышенной этажности : дис. ... канд. техн. наук. — М. : ВИПТШ МВД СССР, 1991. — 281 с.
6. Петров И. И. Некоторые проблемы тушения пожаров в помещениях // Пожарная безопасность. — 2009. — № 2. — С. 90-95.
7. Страхов В. Л., Мельников А. С., Каледин Вл. О. Математическое моделирование высокотемпературного тепломассопереноса в бетонных конструкциях // Пожаровзрывобезопас-ность. — 2009. — Т. 18, № 6. — С. 29-36.
8. Яворски Г. Исследование методов повышения коэффициента использования воды при тушении малых пожаров внутри современных зданий : автореф. дис. ... канд. техн. наук. — М. : ВИПТШ, 1979. — 28 с.
9. Нго Ван Сием. Разработка рекомендаций по тушению пожаров текстильных материалов в складских помещениях : автореф. дисю. ... канд. техн. наук. — М. : ВИПТШ, 1984. — 21 с.
10. Федоров А. В., Членов А. Н., Лукьянченко А. А., Буцынская Т. А., Демёхин Ф. В. Системы и технические средства раннего обнаружения пожара : монография. — М. : Академия ГПС МЧС России, 2009. — 155 с.
11. Гундар С. В., Денисов А. Н. Критерии риска в подготовке слушателей Академии ГПС МЧС России к изучению действий работников организаций и граждан в случае обнаружения пожара // Вестник Академии Государственной противопожарной службы. — М. : Академия ГПС МЧС России, 2007. — № 8. — С. 123-131.
Материал поступил в редакцию 30 мая 2011 г.
Электронные адреса авторов: dan_aleks@mail.ru; alex07.70@mail.ru, sok44@yandex.ru, lcurina@mail.ru.
