Методы снижения пожарного риска при использовании растворов тетрахлорметана Текст научной статьи по специальности «Химические технологии»

фрагментами снега.

Разработанная компьютерная программа позволяет рассчитать и вывести для анализа значительное количество характеристик процесса выноса (пространственные и временные распределения параметров, числовые оценки), а также выявить физические причины наблюдаемых закономерностей.

Предложенная модель выноса лавины позволяет получать результаты, хорошо совпадающие качественно и количественно со статистическими данными по выбегу лавин. Наиболее сравнимыми являются зависимости, в которых независимыми переменными являются высота очага зарождения лавины и угол склона, а зависимыми переменными - расстояние выноса, максимальная скорость снежной массы, динамическое давление снежной массы, характерная высота снежного завала.

Модель хорошо воспроизводит тенденции (возрастание, убывание) и характер зависимостей (квадратичный, квадратно-коренной, линейный). Количественное различие между модельными и статистическими данными составляет от 0 до 20% в зависимости от показателя и диапазона входного параметра. В целом, по совокупности всех сравниваемых результатов, уровень несоответствия модели и статистических данных составляет около 10%.

МЕТОДЫ СНИЖЕНИЯ ПОЖАРНОГО РИСКА ПРИ ИСПОЛЬЗОВАНИИ РАСТВОРОВ ТЕТРАХЛОРМЕТАНА

М.А. Преображенский, доцент, к.ф.-м.н., доцент О.Б. Рудаков, заведующий кафедрой, профессор Воронежский государственный архитектурно-строительный

университет, г. Воронеж

Широкое применение тетрахлорметана - СС14 (технические названия: четыреххлористый углерод, ЧХУ, фреон 10, хладон 10) определяется высокой растворяющей способностью, устойчивостью к действию воздуха, света, концентрированной серной кислоты, химической инертностью и дешевизной. Однако некоторые химические свойства ЧХУ приводят к возникновению полей опасных факторов пожара и развитию неблагоприятных сценариев аварийных ситуаций. Во-первых, ЧХУ

-5

достаточно токсичен (второй класс опасности, ПДК - 20 мг/м ) [1] и плотность его паров значительно выше плотности воздуха. Поэтому зона загазованности, возникающая при его испарении, перекрывает наиболее безопасную зону дыхания в нижней части помещения и стандартная стратегия эвакуации в этом случае неприменима. Вследствие этого даже

вне зоны открытого пламени (в частности, на путях эвакуации) увеличение концентрации ЧХУ, особенно интенсивное при кипении, приводит к образованию поля опасных факторов. Наличие в его химическом составе сравнительно слабых связей С-С1 (энергия связи 284,5 кДж/моль) приводит к реализации еще двух особо опасных сценариев развития пожарной ситуации в зонах повышения температуры. При нагревании с водой до 250 С0 происходит гидролиз ЧХУ с образованием боевого отравляющего вещества фосгена (гихлорангидрида угольной кислоты - СОС12). При дальнейшем повышении температуры до 500 С0 ЧХУ превращается в смесь тетрахлорэтилена и гексахлорэтана с выделением свободного хлора [2]. Все эти продукты имеют плотность превышающую плотность воздуха и, как и ЧХУ, образуют зоны заражения в нижней части помещений.

Данная работа посвящена анализу сценариев зарождения пожароопасной ситуации и развития пожара на объектах использования ЧХУ и растворов на его основе и формулировке архитектурно -планировочных и технических мер, позволяющих уменьшит пожарные риски.

Как показано в работе [3] количественной мерой опасности отдельного этапа развития пожароопасной ситуации и пожара является сигмоидная целевая функция. В первом приближении, не учитывающем синергетический или антагонистический характер взаимодействия механизмов возникновении полей опасных факторов, интегральный локальный риск можно получить, суммируя парциальные риски отдельных механизмов с весами С, определяющими относительную степень тяжести последствий реализации соответствующего механизма:

N

я = Е С

г=1

агс1ап[аг- • (Т — Т )] 1

(1)

7 2

Здесь N - количество механизмов образования полей опасных факторов; - оценка парциального риска; Т - локальная температура в окрестности точки определения пожарного риска; Т - критическая температура реализации процесса образования полей фактора опасности; а - коэффициент эластичности, описывающий скорость роста целевой

функции. В рассматриваемой задаче N=3, что позволяет учесть механизмы кипения тетрахлорметана и растворов на его основе, образования фосгена, образования свободного хлора. Зависимость суммарного пожарного риска от температуры при использовании ЧХУ приведена на рисунке 1.

т

Рис. 1. Зависимость суммарного пожарного риска от температуры для чистого тетрахлорметана при недостатке воды

На рисунке 1 видны области реализации механизмов кипения тетрахлорметана (Т=76 С0), образования фосгена (Т=250 С0), образования свободного хлора (Т=500 С0). Максимальное значение коэффициента эластичности для образования фосгена (на графике - наибольшая скорость изменения оценки риска в окрестности температуры Т=250 С0) и наибольшее значение коэффициента С отражает максимальный пожарный риск этого процесса.

Технические меры, состоящие в увеличении влажности при использовании ЧХУ, позволяют значительно снизить риск образования фосгена, поскольку при избытке воды значительная часть ЧХУ разлагается с образованием углекислого газа [2]. График оценки пожарного риска в этом случае приведен на рисунке 2. В этом случае пожарный риск меньше, чем при недостатке воды и наибольшую опасность представляет механизм образования свободного хлора при Т=500 С0.

Рис. 2. Зависимость суммарного пожарного риска от температуры для ЧХУ при избытке воды

Оптимизация архитектурно-планировочных решений, позволяющих снизить пожарные риски, требует учета пространственного распределения полей опасных факторов, имеющий вид

I агсгап [а. --Т - Т )] ЯУ

1

7ГУ

где температура Т (г) является функцией положения, задаваемого радиус-вектором г.

Рассмотрим локальное горение в газовой фазе. Физически эта модель описывает капельное разбрызгивание горючей жидкости. В этой модели поле температуры изотропно относительно центра горения и быстро спадает с увеличением расстояния от него. В сферической системе координат, начало которой совпадает с центром горения, функция Т(г) имеет вид

Т(г) = То + (Ттах - То)ехр(- а - г). (4)

Здесь Ттах, То - температуры в центре горения и в окружающем пространстве соответственно; параметр а описывает скорость уменьшения температуры с удалением от центра. Подставляя функцию (4) в формулу (3) , получим

| агс1ап [А + В ехр (-а - г)] ЯУ

7ГУ

1

2

(5)

где введены обозначения

А = аг (Т-Т); В = а (7^-То). (6)

Первообразная (5) выражается через мнимую часть полилогарифмической функции ь(п, г) [4]. С относительной погрешностью на интервале [0;1] не превышающей 1% , получим выражение оценки риска через элементарные функции в виде

Я =

з(Т

- То)

тах

7

2

г=1 а

2

а2 + 2аг + 2 + г2

Г

V

А 7

—I--

з2

131 81)

(7)

Из формулы (6) видны области быстрого роста риска при увеличении плотности горящих капель и перекрывании областей токсического заражения (в пределе гтах ^ 0) и область малых плотностей, в которой большая часть объема помещения имеет фиксированную температуру То, вследствие чего и оценка риска принимает постоянное значение.

Альтернативный механизм гомогенного горения в газовой фазе реализуется при объемном кипении жидкостей. Этот механизм реализуется в зоне открытого пламени. Кроме того, даже и в отсутствие отрытого пламени, возможно локальное повышение температуры за счет теплопередачи по строительным конструкциям (в первую очередь металлическим) до величин, приводящих к разложению ЧХУ до фосгена. Из зон разложения ЧХУ за счет конвекционного или диффузионного переноса отравляющие вещества транспортируются в зону нахождения

г=1

г=1

людей или на пути их эвакуации. Эффективность действия механизма увеличения пожарной опасности, связанного с кипением, значительно возрастает при использовании многокомпонетных растворов по сравнению с чистыми жидкостями. Этот эффект определяется отклонением температуры кипения сложной системы от аддитивного значения для идеального бесконечно разбавленного раствора [5].

Таким образом, характеристики физико-химических процессов, происходящих при кипении ЧХУ и растворов на его основе, определяют следующие архитектурно-планировочные и технические методы снижения пожарного риска. Во-первых, расположение всех помещений постоянного нахождения людей и путей их эвакуации должно быть выше емкостей хранения и использования тетрахлорметана. Пути эвакуации и помещения должны иметь вентиляционные отверстия в нижней своей части. Для предотвращения образования зон локального повышения температуры до значений, обеспечивающих разложение тетрахлорметана с образованием высокотоксичных компонентов, пути эвакуации и зоны горения должны быть разделены перегородками с малой теплопроводностью и, в частности, недопустимы нетеплоизолированные металлические детали. При возможности капельного горения объем помещения должен обеспечивать достаточно большое среднее расстояние между областями локального повышения температуры, определяемое областью быстрого роста целевой функции. При использовании сложных смесей «тетрахлорметан - горючий органический растворитель» необходимо предусмотреть меры по понижению температуры до минимальных значений температуры кипения, определяемого отклонениями от закона Рауля.

Список использованной литературы

1. Закон РСФСР «О санитарно-эпидемиологическом благополучии населения» № 52-ФЗ от 30 марта 1999 г. Приложение «Предельно допустимые концентрации (ПДК) вредных веществ в воздухе рабочей зоны» (http://base.garant.ru/12115118). Проверено 10.07.2014.

2. Куценко С.А., Бутомо Н.В., Гребенюк А.Н. и др. Военная токсикология, радиобиология и медицинская защита: Учебник для слушателей и курсантов военно-медицинских вузов. - СПб.: Изд-во Военно-медицинской академии, 2003. - 524 с.

3. Рудаков О.Б., Преображенский М.А., Калач А.В., Спичкин Ю.В. Информационно-аналитическая система в оценке технико-эксплуатационных свойств жидких сред. Пожаровзрывобезопасность, 2013. - №4. - С. 22-27

4. Бейтмен Г., Эрдейи А. Высшие трансцендентные функции. Т.1. Гипергеометрическая функция, функции Лежандра. - М: Наука, 1973. -411 с.

5. Преображенский М.А., Рудаков О.Б., Черепахин А.М. Применение сигмоидных функций для оценки пожарной опасности водно-органических смесей. Научный вестник ВГАСУ. Серия: Физико-химические проблемы и высокие технологии строительного материаловедения, 2014. - № 8. - С. 135-141.

УСЛОВИЯ И ФАКТОРЫ, ВЛИЯЮЩИЕ НА ПРОВЕДЕНИЕ ВСЕРОССИЙСКОГО МОЛОДЕЖНОГО ФОРУМА «СЕЛИГЕР-2014»

М.Б. Шмырева, старший преподаватель, к.э.н.

Воронежский институт ГПС МЧС России, г.Воронеж

Всероссийский молодежный форум «Селигер» проводится уже 10 лет. В этом году Воронежский институт ГПС МЧС России впервые принял участие в этом форуме.

Форум создан для того, чтобы обучить и развивать целеустремленную и активную молодежь всех регионов России. Для того, чтобы принять участие в форуме, необходимо было пройти конкурсный отбор. Прошедшие этот отбор, были включены в квоту представительства от своего региона, которым предоставлялся бесплатный проезд до места проведения форума и обратно. Я и мой коллега капитан Вытовтов успешно прошли конкурсный отбор и были включены в квоту от Воронежской области.

На форуме существует четкий распорядок дня, который включает в себя ряд мероприятий, основными из которых является посещение пяти лекций (одна из них обязательно лекция с важным гостем) Среди них были: ШЛЯКОВ СЕРГЕЙ АНАТОЛЬЕВИЧ, первый заместитель Министра Российской Федерации по делам гражданской обороны, чрезвычайным ситуациям и ликвидации последствий стихийных бедствий, Колокольцев, министр внутренних дел РФ, Чайка Ю.Я. - генеральный прокурор РФ.

Участникам форум могли обменяться опытом, представить и защитить свои проекты, а также в неформальной обстановке пообщаться с видными учеными и известными деятелями культуры. Так, в рамках третьей смены «Экономика будущего» были прослушаны лекции видных ученых: депутата Государственной Думы РФ, Президента Ассоциации региональных банков России А.Г. Аксакова; экономиста, публициста, теле-и радиоведущего М.Л. Хазина; профессора кафедры «Микроэкономика» Финансового университета, доктора экономических наук Г.В. Колодняя; учредителя и научного руководителя НИЦ «Неокономика» О.В. Григорьева; профессора экономического факультета МГУ им. М.В. Ломоносова, доктора экономических наук, заслуженного деятеля