CC BY
37
С. Л. Барботько
канд. техн. наук, начальник сектора ФГУП "Всероссийский научно-исследовательский институт авиационных материалов"
Н. И.Голиков
канд. техн. наук, заведующий центром коллективного пользования Института физико-технических проблем Севера СО РАН
УДК 614.841.345
о комплексной оценке пожарной опасности материалов1
Предложен подход копределению индексов пожарной опасности материалов на основании расчетов по экспериментальным данным для различных методов испытаний и сравнению материалов на основе комплексного индекса пожарной опасности. Проведены расчеты для нескольких материалов различных классов. Ключевые слова: пожарная опасность, комплексный индекс, метод испытаний.
Введение
Во время пожара на людей действуют различные поражающие факторы, такие как распространение открытого пламени, повышенная температура, снижение видимости, наличие токсичных продуктов горения. Вследствие этого пожарная опасность материалов и элементов конструкций может быть охарактеризована такими параметрами, как способность материала воспламеняться под действием внешнего теплового потока и/или открытого пламени, гореть, распространяя пламя, погасать по мере удаления от источника воспламенения, выделять при сгорании тепло, токсичные газообразные продукты и взвешенные непрозрачные частицы (дым), а также противостоять (сохранять работоспособность) воздействию температуры и открытого пламени. То есть пожарная опасность материалов является комплексной величиной и складывается из характеристик, определяемых различными методами.
В настоящее время к материалам, используемым в отделке зданий и сооружений, предъявляются нормативные требования [1], основанные на экспериментальной оценке следующих характеристик: горючести [2], воспламеняемости [3], распространения пламени [4], дымообразующей способности и токсичности продуктов сгорания [5, п.п. 4.18 и 4.20]. Сравнение материалов фактически возможно проводить только по какому-либо одному параметру. В научной, а тем более в нормативной литературе практически не рассматривается вопрос о том, какое сочетание свойств материала (например, ком-
1 Свое мнение по данной статье вы можете высказать на е-шаП автора: [email protected].
плекс групп пожаробезопасности Г2-В2-РП1-Д3-Т4 или Г3-В3-РП3-Д2-Т1 и т.д.) является более опасным при заданном функциональном назначении. Если же по какому-либо методу определяется одновременно несколько характеристик (есть несколько регламентируемых критериев оценки), то сравнение свойств материалов даже на основании единственного метода становится проблематичным, так как по первой характеристике может быть лучше один материал, по второй — другой и т.д.
В силу специфики работы авторов статьи дальнейшее рассмотрение ситуации по оценке пожарной безопасности проводится в основном с точки зрения авиационных норм и методов испытаний материалов для гражданской авиационной техники.
Для авиационных неметаллических материалов, используемых для внутренней отделки пассажирских самолетов, в соответствии с требованиями нормативных документов [6-9] наиболее часто определяемыми характеристиками являются:
• способность материала гореть (воспламеняться под воздействием внешнего пламени, распространять огонь по поверхности и затухать при прекращении воздействия пламени) — четыре варианта методики (An/FAR-25 Приложение F Часть I [6], ОСТ 1 90094-79);
• дымообразующая способность (Приложение F Часть V [6], ГОСТ 24632-81);
• интенсивность тепловыделения при горении (Приложение F Часть IV [6]);
• токсичность продуктов горения (концентрации токсичных газов) (AITM 3.0005);
• способность противостоять сквозному прогоранию — две методики (Приложение F Части I и III [6]).
Кроме того, определяются: потеря массы при горении пассажирских кресел (Приложение Б Часть II АП/ЕЛЯ-25 [6]), способность материалов тепловой и акустической изоляции гореть (распространять пламя по поверхности) при комбинированном воздействии огня и теплового потока (Приложение Б Часть VI [6]), не прогорать и не пропускать тепло при воздействии мощного пламени (Приложение Б Часть VII [6]).
Практически каждый метод испытаний имеет несколько показателей, по которым материал сравнивается с критериями оценки, предписанными нормативными документами. Так как имеется несколько критериальных параметров, то затруднительно сравнивать между собой материалы, имеющие неодинаковые значения по нескольким параметрам, даже для какого-либо одного метода испытаний. Кроме того, вполне закономерно требует решения и задача сравнения свойств различных материалов при определении всего комплекса характеристик пожаробезопасности.
Основная часть
Директивные документы, регламентируя предельно допустимые значения отдельных характеристик, не нормируют комплексную (общую, интегральную) допустимую опасность материала или элемента конструкции. Да и в научно-исследовательских работах общая опасность как совокупность воздействия различных поражающих факторов, как правило, не рассматривается. Одно из исключений - общая опасность от воздействия нескольких токсичных газов, например [10, 11].
Комплексная опасность может быть описана как арифметическая сумма составных опасностей:
Робщ > (1а)
где Робщ, — общая и отдельная (по г-му компоненту) опасность соответственно. Однако складывать опасности, имеющие различные размерности (метры, секунды, градусы и т.п.) или диапазоны допустимых значений, некорректно. Поэтому в расчетах, как правило, используют нормированные (приведенные) величины:
I = Х ?поРмЛ=Т , (1б)
где I — индекс опасности;
Рщ>рм г — нормированная опасность по г-му параметру;
— максимально допустимое значение г-го параметра.
Если регламентируются минимально допустимые значения параметра, то для нормирования надо
использовать несколько видоизмененную формулу:
1 = Z Рнорм.] = Z Sj/Pj > (1в)
где gj — минимально допустимое значение данного
параметра.
Тогда в общем случае формула принимает вид:
i = Z рНОрм = Z Pi Ift + Z gj /pj. (ir)
В соответствии с формулами (1а) - (1г), чем больше различных видов опасностей учитывается при расчетах, тем аддитивно выше индекс общей опасности материала, что не всегда верно. Так как в общем случае действие поражающих факторов не является однонаправленным, то и арифметическая сумма слагаемых дает существенно завышенную опасность. Например, общий токсический эффект (смертность) от смеси газов окиси углерода (СО) и хлороводорода (HCl) будет существенно меньше, чем рассчитанный по аддитивности их ПДК, что подтверждено испытаниями на живых организмах (мыши)2.
Следовательно, необходимо учитывать возможное взаимодействие между различными критериальными параметрами и выбирать подходящие формулы расчета общей опасности для каждого конкретного случая. Так как весь спектр возможных вариантов в силу большого разнообразия материалов, методов их испытаний и функционального назначения охватить невозможно, можно попытаться классифицировать все разновидности параметров по типам взаимодействия.
Можно выделить следующие наиболее часто встречающиеся основные группы:
1) однонаправленные — параметры, поражающе действующие в одном направлении, например токсичные газы одинакового спектра действия;
2) независимые — параметры, взаимное влияние которых друг на друга отсутствует, слабо или им можно пренебречь;
3) зависимые — параметры, которые с высокой степенью достоверности могут быть рассчитаны один из другого;
4) параллельные — оценка поражающего эффекта производится по наихудшему из параметров;
5) сцепленные — параметры, определяемые последовательно один за другим в различные интервалы времени;
6) комплексные — параметры, имеющие различную размерность, но определяемые на основании хода одной и той же экспериментальной кинетической кривой.
2 Данные были предоставлены канд. техн. наук, ведущим научным сотрудником ВНИИПО МЧС РФ | А. В. Труневым|.
ISSN 0869-7493 ПОЖАРОВЗРЫВОБЕЗОПАСНаСТЬ 2008 ТОМ 17
17
Остановимся на характеристиках перечисленных групп подробнее.
Однонаправленные параметры
Использование формул типа (1б) - (1г) оправдано при подсчете опасности, возникающей при влиянии однонаправлено вредно воздействующих факторов (рис. 1), например для долей опасных концентраций галогеноводородов (HF, HCl, HBr), выделяющихся при термодеструкции огнезащищен-ных полимеров.
Рис. 1. Схема взаимодействия однонаправленных параметров: I — величина опасности; Еь Р2 и Е3 — величины определяемых параметров
Если нормируемые характеристики не являются однонаправленными параметрами (например, совместное воздействие галогеноводородов, угарного газа и цианистого водорода), представляется целесообразным использовать другие формулы для расчетов коэффициентов опасности.
Независимые параметры
В большинстве видов испытаний одновременно нормируется несколько непосредственно не связанных между собой параметров. Например, при испы-
3
таниях авиационных материалов на горючесть при вертикальном положении образца критериями оценки являются: продолжительность остаточного горения (тления) материала после отвода пламени (с), максимальная высота прогорания материала (мм) и продолжительность самостоятельного горения падающих капель (с). Непосредственно величина одного параметра не связана с величиной другого (один материал может очень долго гореть с малой скоростью и в результате длина прогорания будет мала, другой — очень быстро прогорать на большое расстояние и почти мгновенно погасать), а воздействие этих параметров как поражающих факторов различно. Вследствие сказанного определяемые параметры можно отнести к группе "независимых", хотя, конечно, некоторое взаимодействие между этими параметрами имеется. Схема взаимодействия независимых факторов приведена на рис. 2. Нормированный индекс опасности для независи-
Необходимо отметить, что при употреблении одного и того же термина "горючесть" используются различные методы испытаний применительно к строительной (ГОСТ 30244-94) и авиационной (ОСТ 1 90094-79) отраслям.
Рис. 2. Схема взаимодействия независимых параметров: F1 и Р2 — измеренные величины опасностей Н1 и Н2; I — общая опасность
мых параметров представляется целесообразным рассчитывать по формуле:
I =
Ш-
норм.1 •
(2)
Зависимые параметры
Появление и использование зависимых параметров возможно при замене одного метода испытаний на другой (расчет отсутствующих данных для одного вида испытаний на основании имеющихся корреляционных кривых для другого вида испытаний) или при вариациях одного и того же метода испытаний. Пересчет значений зависимых параметров производится по формуле:
F = f(F2),
(3)
где/— функциональная зависимость одного параметра от другого.
В каждом конкретном случае функциональные зависимости могут быть различны. Например, имеется экспоненциальная зависимость скорости распространения пламени от давления воздуха и может быть сделан расчет скорости при любом другом давлении, если есть данные при атмосферном давлении [12]. Или, существует прямая пропорциональная зависимость величины кислородного индекса от значений коксового числа и, соответственно, может быть ориентировочно рассчитан кислородный индекс материала по данным его коксооб-разования [13].
Параллельные параметры
Иногда производятся испытания материалов в различных режимах и результаты, являющиеся наихудшими, сравниваются с допустимыми характеристиками (рис. 3). Следовательно, определяемые параметры являются параллельными (не путать с параллельными испытаниями — многократным
3
Рис. 3. Схема взаимодействия параллельных параметров: I — величина опасности; Р1 и Р2 — величины определяемых параметров
определением одной и той же величины на одном или нескольких образцах). Например, определение дымообразующей способности материалов при одной и той же заданной величине внешнего падающего теплового потока проводят в двух режимах (горение и пиролиз); для режима, являющегося наиболее жестким для данного материала, результаты измерений сравниваются с допустимыми значениями.
При параллельных параметрах предлагается использовать следующую формулу:
I = max(FHopM. i),
(4)
где max — функция выбора максимального (наихудшего) значения из ряда определяемых параметров.
Сцепленные параметры
В ряде испытаний критериями оценки выступают сцепленные, т.е. последовательно измеряемые показатели. Например, определяющими для дымооб-разования являются характеристики интенсивности оптической плотности дыма через 2 или 1,5 мин (в зависимости от нормативной документации), либо 4 мин и максимально достигаемая плотность дыма в процессе эксперимента. Цель использования таких "сцепленных" параметров — дискретно последовательно описать область, которую не долж-
Т! т2
Время от начала эксперимента, с
Рис. 4. Пример использования сцепленных параметров: Р2 и Р3 — допустимые величины определяемых параметров опасности Н1
на покидать кинетическая кривая (рис. 4), т.е. в течение времени от начала эксперимента до момента времени т1 все значения кривой не должны превышать величину Г1 параметра Н1, до т2 — Р2, за все время эксперимента — Р3.
При определении пожарной опасности, характеризуемой набором сцепленных параметров, представляется целесообразным также использовать формулу (4).
Комплексные параметры
Для некоторых испытаний в качестве критериев оценки одновременно может использоваться несколько разных характеристик одной кинетической кривой: кроме максимальных значений, которые может достигать кривая за заданные промежутки времени, регламентируются также величины площадей под этой кривой или средних значений за определенный период (рис. 5). Так, при измерении кинетики тепловыделения при горении в соответствии с требованиями Авиационных правил [6] определяющими характеристиками выступают максимальная зарегистрированная скорость тепловыделения за 5-мин период эксперимента (кВт/м2) и общее количество выделившегося тепла за первые 2 мин испытания (кВт-мин/м2).
Из анализа рис. 5 можно сделать вывод, что общую опасность материалов, определяемую на основе таких комплексных параметров, целесообразно вычислять аналогично независимым параметрам, т.е. по формуле (2).
В случае сомнений, к какой группе отнести определяемые параметры, расчеты предлагается проводить по наиболее жесткой формуле (1б) - (1в).
Для авиационных материалов сравнение свойств по характеристикам горючести, прожигаемости, дымообразования и тепловыделения предлагается
Ь Т4
Время от начала эксперимента, с
Рис. 5. Схема использования комбинированных параметров: Н1 —характеристика вида опасности; Рср и Рмакс — допустимые величины определяемых параметров; Ть Т2 и т.д. — площади под кинетической кривой за период времени т1, т2 и т.д.
ISSN 0869-7493 ППЖАРПВЗРЫВПБЕЗППАСНПСТЬ 2008 ТОМ 17 №6
19
проводить по соответствующим индексам опасности, рассчитываемым по следующим формулам:
I™ =
(
\2
(
^доп.ост.гор у
( I
прог
V
у v доп.гор. капель у 1/2
доп.прог у
дым
прож
= max
(
" ост.гор
\
(
\ ' доп.ост.гор у
D2 Л ( D4
^ доп. прог
2
D2
доп
D4
\ прог у
D
D
доп.
макс
HRR,
HRR
доп. макс
THR2 THR2 до,
(5)
(6)
(7)
(8)
где 1гор, 1прож, 1дым и 1тепл
индексы приведенной пожарной опасности по горючести, прожига-емости, дымообразованию и тепловыделению соответственно;
" ост.гор
продолжительность самостоятельного остаточного горения (тления) после удаления инициирующего пламени, с; хпРог—продолжительность времени до сквозного прогорания, с;
1прог — максимальная длина прогорания (повреждения), мм;
хгор.каПель — продолжительность горения падающих капель, с;
В2, В4 и Вмакс — оптическая плотность дыма за 2, 4 мин и максимально достигаемая в процессе эксперимента соответственно (безразмерные величины);
ИЯЯмакс и ТИЯ2 — максимальная скорость выделения тепла, кВт/м2, и общее количество выделившегося тепла за первые 2 мин эксперимента, кВт-мин/м2, соответственно. Параметры с индексами "доп" относятся к максимально допустимым значениям соответствующих параметров согласно требованиям нормативных документов.
Необходимо обратить внимание, что при проведении испытаний на прожигаемость материал должен выдержать время, не меньшее регламентированного (т.е. чем продолжительнее материал сопротивляется воздействию пламени, тем он более безопасный), поэтому при расчетах используется вариант с обратным отношением полученного и допустимого значений.
Как уже отмечалось выше, дымообразующая способность материалов определяется в двух режи-
мах — при горении и пиролизе; при расчетах используются значения для режима с наихудшими данными.
В настоящее время токсичность продуктов горения не регламентируется федеральными (государственными) авиационными нормами (АП/FÄR), однако имеются требования в нормах ведущих авиастроительных компаний ("Boeing", "Airbus") по максимально допустимым концентрациям отдельных токсичных газов4, образующихся при проведении испытаний в дымовой камере. В соответствии с методом определения соответствия (МОС) требованиям по токсичности [14] дополнительно к ранее действующим нормам летной годности СССР накоплен большой объем данных по токсичности продуктов горения, определенных биологическим методом (по смертности лабораторных животных) [15]. Так как токсичность является важной составляющей поражающей способности пожара, то введение этой характеристики (в том или ином виде) в действующие федеральные авиационные нормы — только вопрос времени и, хочется надеяться, ближайшего времени.
Индексы опасности токсичных продуктов горения предлагается рассчитывать по формулам: • при определении токсичности биологическим
методом:
PSLä
^доп.50 .
PSL
(9а)
50
• при измерении концентраций токсичных газов:
[CO] JCO] доп
[HCN] [HCN]
доп
[SO2 + H2S] Л2 . ( 2[NO/ л2
[SO2 + H2S] доп
[NO я
] доп
' [HCl] + [HF]
[HCl] доп [HF] доп
. 1/2
(9б)
где 1токс — индекс пожарной опасности по характеристике токсичности газообразных продуктов горения;
Р8Ь50 — смертельная весовая насыщенность материала, при горении которой выделяющиеся газообразные продукты деструкции вызывают 50%-ную гибель подопытных животных, г/м3;
Максимально допустимые значения концентраций токсичных газов в дымовой камере многократно превышают разовые ПДК воздуха рабочей зоны, так как предназначены для определения возможности выживания в случае экстренных событий (пожара) при малом времени экспозиции (как правило, не более 2-5 мин).
гор. капель
max
2
тепл
токс
токс
2
4
[CO], [HCN], [SO2 + H2S], [NOx ], [HCl] и [HF] — концентрации угарного газа, цианистого водорода, двуокиси серы и сероводорода, окислов азота, хлористого водорода, фтористого водорода соответственно, ppm.
Так как действие таких токсичных газов, как HCl и HF, однонаправленное, то в соответствии с формулой (16) сначала складываются их концентрационные доли, а только потом происходит возведение в степень. В связи с тем, что при определении сернистого газа одновременно с той же интенсивностью измеряется и концентрация сероводорода, то нормируется их совместная концентрация. Аналогичная ситуация при измерении концентраций окислов азота (при горении азотсодержащих материалов о6разуются в основном NO и NO2) — окись азота доокисляется до двуокиси, для которой и производится измерение концентрации.
Предполагается, что характеристики, рассчитываемые по формулам (9а) и (96), являются зависимыми параметрами, следовательно индексы токсичности, определенные первым или вторым методом, должны быть примерно равны.
Индекс общей пожарной опасности, используемый для сравнения материалов (ICI — Integral Comparative Index), представляется целесообразным рассчитывать по формуле среднего геометрического:
тального варианта испытаний предлагается рассчитывать по формуле:
ICI = njr I I I I
Д/ гор дым тепл токе прож '
(10а)
Полноценное сравнение пожароопасных свойств материалов возможно только при наличии всех однотипных составляющих, т.е. должно быть одинаковое количество идентичных слагаемых и все нормируемые (допустимые) характеристики должны быть одинаковы5.
В случае отсутствия данных по какому-либо одному параметру его значение, с известной долей допуска, может быть принято превышающим максимально допустимый уровень и примерно равным 1,5-2,0.
Для ряда материалов определяется не продолжительность остаточного горения (вертикальная ориентация образца, горение снизу вверх), а скорость распространения пламени по горизонтально расположенному образцу. Так как все материалы, распространяющие пламя по горизонтальной поверхности, являются сгорающими, то сравнительный индекс опасности по горючести для горизон-
В зависимости от функционального назначения материала (элемента конструкции) допустимые критериальные характеристики (Л или ^^ ) могут существенно различаться. Поэтому для сравнения различных материалов при расчетах Рнорм всегда необходимо использовать одни и те же значения Л или ^^.
I гор
1,52
Г V.
Y
раепр . пламени
V,
(56)
доп.раепр.пламени J
где Ураспр.пламени — скорость распространения пламени по верхней поверхности горизонтально расположенного образца, мм/мин. При использовании формулы (5б) появляется возможность достаточно адекватно сравнивать между собой самозатухающие (вертикальный вариант испытаний на горючесть) и медленно сгорающие (горизонтальный вариант) материалы.
На основании изложенного подхода к комплексной оценке пожарной опасности проведены расчеты для некоторых материалов (см. таблицу). Видно, что индексы опасности как по отдельным видам, так и комплексные могут существенно различаться по абсолютной величине, причем наибольший вклад в величину общей опасности в различных случаях может быть внесен не от одних и тех же видов испытаний.
О регламентировании допустимых значений обобщенных характеристик
В настоящее время оценка пожароопасных свойств материалов в основном проводится на основании формулы (4) — как для параллельных параметров, т.е. из всей группы выбирается наихудший показатель и сравнивается с максимально допустимым значением, на основании чего и делается вывод об опасности (безопасности) данного материала и, соответственно, о недопустимости (допустимости) его применения. Такое положение проще реализуемо при выполнении сертификационных испытаний, но не совсем адекватно отражает действительный комплекс свойств материала и совершенно не соответствует задачам сравнения и выбора наилучшего варианта, что является первостепенно важным как для разработчика (изготовителя), так и для конечного потребителя товара.
Рассмотрим сказанное подробнее. Если какой-либо материал имеет два или более значения критериальных параметров, равных максимально допустимым величинам, то такой материал в соответствии с требованиями нормативных документов признается менее опасным, чем материал с одним значением параметра, несколько большим максимально допустимой величины, и остальными, имеющими нулевые значения. Поясним сказанное на схеме (рис. 6).
Допустим, имеется две не связанных между собой характеристики, по которым производится оценка опасности в соответствии с определенным видом испытаний — Н1 и Н2. Рассмотрим три случая.
5
ISSN 0869-7493 ПОЖАРОВЗРЫВОБЕЗОПАСНОСТЬ 2008 ТОМ 17 №6
21
Примеры расчета индексов пожарной опасности для некоторых авиационных материалов
Продолжение таблицы
Наименование материала
Показатели пожарной опасности и их значения [16]
Ткань декоративная состава: шерсть 40%, капрон + ацето-хлорин 60%
Горючесть:
^ост.гор 8 С 1прог = 95 ММ
т =0
гор.капелъ
Дымообразо-
*1
вание
Режим пиролиза: D2 = 100 D4 = 122 Режим горения: D2 = 97 D4= 138
Тепловыделение
Токсичность*2: PSL50 = 14 г/м3
Токсичность Режим горения: [HCN] = 20 ppm [CO] = 50 ppm [NOX ] = 20 ppm [SO2 + H2S] =0 [HF] = 0
[HCl] = 100 ppm
Комплексные индексы: ICI IRI
Номер Индекс
Допус- расчет- пожар-
тимые ной ной
значения фор- опас-
мулы ности
15 203 (5) 0,71
5
100
200 (4), (7) 1,00
100
200
Не нор- 1,5 (а)
мируется 0 (б)
10*3 (9а) 0,71
*4
150 1000 100 100 100 150
(9б) 0,71
*5
(10а) (10б)
0,93 1,42
Напольный
ковровый
материал
состава:
ворс —
шерсть с
антипи-
реном,
основа —
хлопок,
джут
Горючесть: т = 1 с
ост.гор 1прог = 68 мм
т =0
гор.капелъ
21053 (5) 0,34 5
Дымообразование Режим пиролиза: D2 = 46 D4 = 105 Режим горения: D2 = 64 D4 = 214
100
200 (4), (7) 1,07
100
200
Тепловыделение Не нор- 1,5 (а)
мируется 0 (б)
Токсичность*6
Режим пиролиза:
[HCN] = 15 ppm 150
[CO] = 10 ppm 1000
[NOx ] = 2 ppm 100
[SO2+H2S] = 10 ppm 100
[HF] = 0 100
[HCl] = 0 150
Режим горения:
[HCN] = 30 ppm 150
[CO] = 50 ppm 1000
[NOX ] = 20 ppm 100
(4), (9б)
0,35
Наименование материала Показатели пожарной опасности и их значения [16] Допустимые значения Номер расчетной формулы Индекс пожарной опасности
[SO2+H2S] = 20 ppm [HF2]= 02 [HCl]= 0 100 100 150
Комплексные индексы: ICI IRI (10а) (10б) 0,66 1,18
Лента техническая Горючесть: V = распр.пл = 45 мм/мин 63 (5б) 1,66 (а) 0,71 (б)
капроновая
Дымообразование
Режим пиролиза:
D2 = 8 100
D4 = 126 200
Режим горения:
D2 =15 100
D4 = 15 200
(4), (7) 0,63
Тепловыделение Не нор- 1,5 (а)
мируется - 0 (б)
Токсичность: PSL50 = 4,4 г/м3
Комплексные индексы: ICI IRI
10 (9а) 2,27
(10а) 1,37 (10б) 2,46
Трехслойная сотовая панель на фе-нольном связующем. Декор — пленка Акёес-И (ПВХ + ПВФ)
Горючесть: т = 1 c
ост.гор
1прог = 40 ММ
т =0
гор.капелъ
Дымообразование Режим пиролиза: D2 = 50 D4 = 75
Режим горения: D2 = 98
D4 = 105_
Токсичность*7 Режим горения: [HCN] = 10 ppm [CO] = 300 ppm [NOx ] = 10 ppm [SO2+H2S] = 10 ppm [HF] = -70 ppm [HCl] = 120 ppm
15 152
3
100
200
100
200
150 1000 100 100 100 150
(5) 0,27
(4), (7) 0,98
(9б) 1,12
Тепловыделение: Пик = 48 кВт/м2 Общее за 2 мин = = 39 кВт-мин/м2
Комплексные индексы:
ICI IRI
65 65
(8) 0,95
(10а) 0,73 (10б) 2,08
Продолжение таблицы
Наименование материала
Показатели пожарной опасности и их значения [16]
Стеклопластик (связующее — полиэфир-сульфон)
Горючесть: т = 1 c
ост.гор 1прог = 44 ММ
т =0
гор.капелъ
Дымообразование Режим горения: D2 = 0 D4 = 1
Токсичность Режим горения: [HCN] = 0 ppm [CO] = 200 ppm [NOx ] = 0 ppm [SO2+H2S] = 7 ppm [HF] = 0 ppm [HCl] = 0 ppm
Тепловыделение: Пик = 20 кВт/м2 Общее за 2 мин = = 2 кВт-мин/м2
Номер Индекс
Допус- расчет- пожар-
тимые ной ной
значения фор- опас-
мулы ности
15 152 (5) 0,30
3
100 (4), (7) 0,005
200
150
1000
100
100 100 (9б) 0,21
150
65 (8) 0,31
65
Комплексные индексы:
ICI (10а) 0,10 _IRI_(10б) 0,48
* Определяется по ГОСТ 24632-81.
*2 По данным [15].
*3 В соответствии с требованиями [14]. *4 В соответствии с требованиями AITM 3.0005 ("Airbus") допустимые концентрации токсичных газов через 4 мин испытания в дымовой камере ASTM E-662. *5 Точное совпадение индексов токсичности, определенных по разным методикам, по всей вероятности является случайным. Предполагалось, что совпадение должно составлять 80-90%.
*6 Результаты предоставлены ООО /Компания ПИРСС". Испытания проведены фирмой "Siemens", Германия. *7 По данным информационного листка "Airvolt composites" фирмы "Isovolta AG", Австрия.
В первом случае (') обе характеристики имеют максимально допустимые значения и С учетом существующих требований материал с такими характеристиками признается соответствующим нормам. Величина индекса комплексной опасности больше единицы. Во втором случае (") обе характеристики значительно меньше допустимых значений и этот материал бесспорно лучше первого. Величина индекса комплексной опасности меньше единицы. В третьем случае ("') значение первой характеристики несколько превышает допустимый уровень, но величина второй существенно меньше его. Индекс комплексной опасности варианта ("')
Рис. 6. Схема взаимоотношений индексов пожарной опасности: F1 и Р2 — измеренные величины опасностей Н1 и Н2; I — общая опасность
больше единицы, но меньше, чем для варианта ('), т.е. (I"'< I').
В соответствии с существующими требованиями материал ("') признается не отвечающим нормам и не может быть допущен к использованию. Так как I' > I"', то следует считать, что принятое решение о допустимости применения материала (') не является однозначно правильным. Следовательно, необходимо уточнение нормативных требований с введением максимально допустимой величины комплексного индекса пожарной опасности, позволяющей отбраковывать материалы с характеристиками типа (').
В общем случае пожарная опасность зависит от функционального назначения материалов и определяется видом регламентируемых характеристик. Индекс регламентируемой комплексной пожарной опасности материала (IRI—Integral Regulate Index) предлагается рассчитывать по формуле:
IRI = л I
гор
дыгм
прож
(10б)
Чем большее количество составляющих параметров учитывается, тем выше получается величина рассчитываемого по формуле (10б) индекса. При введении требований к максимально допустимой величине индекса существуют два варианта.
В первом случае допускается использование материала с величиной комплексного индекса опасности больше единицы. Предлагается, что условиям безопасности отвечает допустимый комплексный индекс общей опасности, составляющий не более 70-80% максимального, когда все составляющие индивидуальные индексы равны единице. Тогда:
доп
0,75^
(11а)
где 1доп — максимальное допустимое значение общего комплексного индекса;
ISSN 0869-7493 ППЖАРПВЗРЫВПБЕЗППАСНПСТЬ 2008 ТОМ 17 №6
23
пажаровзрывоопаснасть веществ и материалов
п — количество индивидуальных индексов, принимаемых в расчет (т.е. 1доп = 1,1; 1,3; 1,5; 1,7; 1,8ит.д. при п = 2,3,4,5, бит.д. соответственно). Другой, более предпочтительный, на взгляд авторов, вариант — использование весовых коэффициентов, т.е. при определении комплексного индекса пожарной опасности значения индивидуальных индексов складываются с учетом различных (индивидуальных) коэффициентов, учитывающих вклад каждого показателя в общую пожарную опасность (например: 0,б для горючести, 0,5 для дымообразо-вания, 0,4 для токсичности). Таким образом, формула (10б) должна быть несколько видоизменена:
7-2
IRI= [kzopI^op + kdûMIilM + k
_i_ / Т ^ i i J 2
moKcmoêc npoœ npoœ
I
menM mem -i1/2
(10в)
где ^ кдьш, кmeпл, ктоКc, кпрож — весовые коэффициенты при индексах горючести, дымообразования, тепловыделения, токсичности и прожигаемости соответственно.
Величины индексов для каждого вида испытаний могут быть различны в зависимости от функционального назначения материала. Например: для панелей стен ктепл = 0,6, а для привязных ремней
ктепл = 0,1; для багажных отсеков ктоКС = 0,1, а для материалов интерьера пассажирских салонов ктокС = 0,4 и т.д. Предлагается сумму всех коэффициентов, стоящих перед индивидуальными индексами, рассчитывать по формуле:
X ki «V0,75n.
(11б)
В этом случае максимальное допустимое значение комплексного индекса общей опасности (при соответствии материала нормам) должно быть принято равным единице.
Выводы
Предложенный подход к оценке комплексной величины пожарной опасности позволяет обоснованно осуществлять сопоставление различных материалов и типовых конструкций на их основе.
На основании проведенного анализа представляется целесообразным рассмотреть необходимость введения в нормативные документы дополнительных требований, регламентирующих не только отдельные значения характеристик, но и допустимое максимальное значение комплексного индекса общей опасности и методику его расчета.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
I. СНиП 21-O1-97*. Пожарная безопасность зданий и сооружений.
T. ГОСТ 3O244-94. Материалы строительные. Методы испытаний на горючесть.
3. ГОСТ 3O4O2-96. Материалы строительные. Метод испытания на воспламеняемость.
4. ГОСТ P 51O32-97. Материалы строительные. Метод испытания на распространение пламени.
5. ГОСТ 12.1.O44-89. Пожаровзрывоопасность веществ и материалов. Номенклатура показателей и методы их определения.
6. Авиационные правила. Глава TS. Нормы летной годности самолетов транспортной категории i утв. Межгос. авиационным комитетом. — Л. i Изд-во ЛИИ им. М. М. Громова, 1994. — З^ с.
7. Airworthiness Standards; Transport Category Airplanes, DOT/FAA, Federal Aviation Regulations, Part TS.
8. ATS 1OOO.OO1. fire-Smoke-Toxicity (FST) Test Specification, Airbus Industrie Technical Specification, 1979.
9. Нормы летной годности гражданских самолетов СССР. - Изд. З-е. — 1984.
10. Speitel, L. С. Toxicity Assessment of Combustion Gases and Development of a Survival Model Z L. C. Speitel ZZ DOT/FAA/AR-9S/S.
II. Шафран, Л. M. Гармонизация методов оценки токсичности продуктов горения полимеров с международными требованиями [Электронный ресурс] / Л. М. Шафран, И. А. Харченко ZZ httpi//www.medved.kiev.ua/arhiv mg/st TOOЗ/OЗ З T.htm.
1T. Лалаян, В. M. Z В. М. Лалаян, Н. А. Халтуринский, Ал. Ал. Берлин ZZ Высокомолекулярные соединения. — 1979. — T. T1h, № 4. — С. 11-1З.
13. Vankrevelen, D. W. ZZ Polymer. — 197S. — Vol. 1б, № 8. — P. 61S-6T1.
14. Методические указания по оценке сравнительной токсичности авиационных полимерных материалов при горении. — Утв. М-вом здравоохранения, М-вом гражданской авиации СССР ; согл. М-ом авиационной промышленности. — М. i ВИАМ, 198З.
15. Токсикологические и санитарно-химические характеристики полимерных материалов при горении i справочно-методическое пособие. — М. i ВИАМ, 198S. — 18S с.
16. Барботько, С. Л. Пожаробезопасность авиационных материалов и элементов конструкций: справочник / С. Л. Барботько, В. Н. Воробьев ; под общ. ред. E. Н. Каблова. — М. i ВИАМ, TOO7. — S4З с.
Mamepurn nocmynuM в редакцию 10.09.08. © Eapáombm С. Л., ^urne H. И., 2008 z. (mea. +7 (495) 263-89-13).
