CC BY
60
В. Г. Лапа
адъюнкт Федерального государственного образовательного учреждения высшего профессионального образования Восточно-Сибирского института МВД РФ
А. Н. Егоров
канд. хим. наук, доцент, начальник кафедры Федерального государственного образовательного учреждения высшего профессионального образования Восточно-Сибирского института МВД РФ
УДК 614.841.41
СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ МЕТОДИКИ ИССЛЕДОВАНИЯ ОБУГЛЕННЫХ ОСТАТКОВ ДРЕВЕСИНЫ
Проведен анализ методики, разработанной Всероссийским научно-исследовательским институтом противопожарной обороны МВД СССР, широко используемой в Экспертно-криминалистических центрах МВД России и Испытательных пожарных лабораториях МЧС России при производстве пожарно-технических экспертиз. В ходе анализа данной методики нарядус положительными сторонами выявлены недостатки и проведены экспериментальные исследования для ее совершенствования. Построены графики зависимости десятичного логарифма удельного электрического сопротивления и глубины обугливания различных пород древесины от времени горения. Рассчитана относительная погрешность обобщенных номограмм и индивидуальных графиков при определении длительности горения. Определены и обоснованы дальнейшие направления совершенствования существующей методики.
Ключевые слова: древесные материалы, совершенствование методики, десятичный логарифм удельного электрического сопротивления, глубина обугливания, обобщенные номограммы, индивидуальный график зависимости, механизм горения.
Введение
Древесина до настоящего времени находит широкое применение в промышленности благодаря высокой прочности, небольшой плотности, малой теплопроводности, легкости обработки и т.д. Наряду с большим количеством положительных свойств и качеств древесина обладает горючестью, гнилостностью, а также довольно большим разбросом физико-механических показателей в зависимости от места произрастания. На сегодняшний день в старых городах и населенных пунктах сельской местности имеется множество памятников культуры, жилых, общественных, административных и других зданий IV и V степеней огнестойкости, поэтому данное направление является весьма актуальным и имеет большое практическое значение при расследовании пожаров.
Методика экспертного исследования — это система научно-обоснованных методов, приемов и технических средств, применяемых в логической последовательности при изучении объектов судебной экспертизы для установления фактов, относящихся к предмету определенного рода, вида и подвида судебных экспертиз [1].
В настоящее время в пожарных лабораториях Экспертно-криминалистических центров МВД России, Испытательных пожарных лабораториях (ИПЛ) МЧС России при производстве пожарно-
технических экспертиз широко используется методика ВНИИПО МВД СССР по экспресс-определению удельного электрического сопротивления обугленных остатков древесины [2].
1. Особенности методики исследования обугленных остатков древесины
Существующая методика [2] позволяет без производства расчетов определить температуру и длительность горения отдельных предметов и элементов деревянных конструкций. Она основана на принципе изменения физических и химических свойств (электрической прочности) углей в зависимости от температуры и длительности ее воздействия. Дело в том, что электрическое сопротивление древесных углей с развитием процессов карбонизации последовательно снижается от 108—1010 Ом до единиц Ом. В результате уголь, образовавшийся при 350 °С, существенно отличается от угля, который подвергся воздействию температуры 800 °С.
Необходимо отметить, что уголь представляет собой не однородное химическое соединение, а смесь большого числа углеводородных соединений, чья структура остается во многом неизвестной. Он содержит и негорючие соединения, которые остаются после горения в твердой фазе, образуя золу. При горении угля можно выделить три различных процесса:
1) пиролиз угля (образуются летучие соединения и кокс);
2) горение летучих соединений;
3) горение кокса (угля).
Безусловно, все эти процессы взаимодействуют между собой и отдельное влияние каждого из них на горение древесных материалов не рассматривается. Уголь обладает низким давлением насыщенных паров, поэтому выделение летучих соединений и их последующее окисление в газовой фазе не являются основополагающей реакцией. Углерод, находящийся в структуре угля, окисляется до СО молекулами 02 из газовой фазы. Теперь углерод слабо связан с поверхностью угля и прочно связан с кислородом, при этом СО вследствие высокой концентрации у твердой поверхности диффундирует в воздух и окисляется в газовой фазе до С02 [3].
В рассматриваемой методике [2] в целях быстрого определения температуры и длительности горения используются три номограммы, построенные на обобщенных данных по различным породам древесины. Известно, что горючесть древесины зависит от таких факторов, как:
1) порода (ель, сосна, береза, дуб, ясень, клен, ольха и др.);
2) строение и химический состав;
3) качество обработки поверхности;
4) местность произрастания;
5) влажность древесины.
Многообразие указанных факторов свидетельствует о том, что эта методика не позволяет эксперту глубоко подойти к исследованию, особенно при определении температуры и длительности горения редкой породы древесины. Авторами статьи на базе ИПЛ МЧС Иркутской области были проведены исследования по тестированной методике с обжигом 8 брусков различных пород (сосна, береза, дуб, бук, лиственница, махагони, кедр, осина).
2. Экспериментальная часть
2.1. Подготовка образцов для исследования на установке ОТМ (ГОСТ 12.1.044-89* [4])
Для испытаний было подготовлено 8 образцов каждой породы размером 150x60x25 мм. Подготовленные образцы выдерживали в вентилируемом сушильном шкафу при температуре (60+5) °С не менее 20 ч, затем охлаждали до температуры окружающей среды, не вынимая из шкафа. После кондиционирования образцы взвешивали с погрешностью не более +0,1 г. Результаты заносились в таблицы.
2.2. Проведение испытаний
Образец исследуемого материала закреплялся в держателе и при помощи шаблона проверялось его положение относительно вертикальной оси. Про-
цесс обжига производился в два этапа по 4 образца в каждом. Для построения графика зависимости десятичного логарифма удельного электрического сопротивления от времени пиролиза древесины производился обжиг породы при заданном временном интервале. Временной интервал испытаний составлял 3, 5, 7 и 10 мин (продолжительность испытания определялась только временем). После включения прибора для регистрации температуры зажигалась газовая горелка и регулировался расход газа так, чтобы контролируемая температура отходящих газов в течение трех минут составляла (200+5) °С. Держатель с образцом вводился в камеру за время не более 5 с, включался секундомер и испытание проводилось в соответствии с заданным интервалом времени. После выключения горелки образец извлекался из камеры и высушивался в сушильном шкафу. Затем очищался от сажи рабочий спай термоэлектрического преобразователя для следующего образца. Второй этап обжига полностью идентичен первому.
На первом этапе исследования первых четырех образцов предусматривались получение зависимости десятичного логарифма удельного электрического сопротивления от времени пиролиза и построение по ней графика для конкретной породы древесины. Второй этап исследования следующих четырех образцов этой же породы заключался в проверке достоверности данных первого этапа исследования (ЬН и Р), а также в определении времени горения этих образцов с использованием построенного графика зависимости десятичного логарифма удельного электросопротивления данной породы от времени горения (рис. 1) и обобщенной номограммы (рис. 2).
2.3. Исследование образцов сосновой породы
2.3.1. Первый этап
Образец № 1 (время обжига тжсп = 3 мин).
Определяем массу образца до (т0) и после (т) испытания (обжига), г:
т0 = 115,6; т = 82,2.
Разница массы образцов до и после испытания составляет, г:
Ат = т0 - т = 33,4.
С помощью пресса, пресс-формы и мегомметра ЭС 0202/2-Г определяем сопротивление углей данного образца:
Я = 18 МОм.
Находим удельное электрическое сопротивление: г = 0,7Я = 12,6 МОм-см.
Вычисляем десятичный логарифм удельного электросопротивления пробы:
Р = 1нт = 7,1.
Р = \%г
Рис. 1. Зависимость от времени горения десятичного логарифма удельного электрического сопротивления углей разных пород древесины: 1 — сосна; 2 — береза; 3 — дуб; 4 — бук; 5 — лиственница; 6 — красное дерево (махаго-ни); 7 — кедр; 8 — осина
Измеряем толщину слоя угля:
Ну = 3 мм.
Определяем величину потери сечения конструкции:
Нп =1 мм.
Находим глубину обугливания:
Н = Ну + Нп = 4 мм.
Вычисляем значение коэффициента Ь, учитывающего влияние толщины конструкции на кинетику процесса обугливания:
Ь = л/Н/6 = л/25/6 = 0,83.
Определяем величину
Ь ■ Н =0,83 • 4 = 3,32.
С помощью секундомера фиксируем время задержки воспламенения:
Полученные данные подставляем в следующую формулу и вычисляем теоретическую температуру [5]:
4540
Т =
1п
ЬНР
= 1070 К.
2,15
10 - Р ,
Переводим температуру в градусы Цельсия:
і = Т -273 = 797 °С.
Определяем теоретическое время пиролиза [5]:
тд = ехр
1,38 1п( ЬН) + 0,3811п
10 - Р
-1,19
= 2,70,79 = 2,19 мин.
Для более точного определения расчетного времени пиролиза учтем время задержки воспламенения тзе, тогда:
Ърасч = + Ъв = 2,19 + 0,36 = 2,55 мин.
Образец № 2 (время обжига тжсп = 5 мин): т0 = 108,8 г; т = 60,2 г; Ат = 48,6 г;
Я = 7 МОм; г = 0,49 МОмсм;
Р = 6,69; Ну = 4 мм; Нп = 2 мм; Н =6 мм;
Ь = 0,83; ЬН =0,83 • 6 = 4,98;
хзв = 20 с = 0,33 мин; Т = 1020 К, г = 747 °С;
хд = 2,71,27 = 3,5 мин;
Храсч = 3,5 + 0,33 = 3,83 Ц0У.
Образец № 3 (время обжига тжсп = 7 мин): т0 = 112,4 г; т = 47,2 г; Ат = 65,2 г;
Я = 0,17 МОм; г = 119 кОм см;
Р = 5,08; Ну = 9 мм; Нп = 2 мм; Н =11 мм;
Ь = 0,83; ЬН =0,83 • 11 = 9,13;
хзв = 21 с = 0,35 мин; Т = 1034 К, г = 761 °С;
хд = 2,71,87 = 6,4 мин;
трасч = 6,4 + 0,35 = 6,75 мин.
Образец № 4 (время обжига тэксп = 10 мин):
т0 = 108,9 г; т = 40,3 г; Ат = 68,6 г;
Я = 30 кОм; г = 21 кОм см; Р = 4,32;
Ну = 14 мм; Нп = 2 мм; Н = 16 мм;
Ь = 0,83; ЬН = 0,83 • 16 = 13,28;
хзв = 21 с = 0,35 мин; Т = 1017 К, г = 744 °С;
хд = 2,72,27 = 9,5 мин;
трасч = 9,5 + 0,35 = 9,85 мин.
Результаты исследований по всем четырем испытанным образцам заносим в табл. 1.
Таблица 1. Результаты исследования сосновой породы
тзе = 22 с = 0,36 мин
№ образца Ш0, г т, г Ат, г Н, мм к, мм Ь ЬН я, МОм г, МОм-см Р = Т, К г, °С тЭКСП , мин трасч , мин
1 115,6 82,2 33,4 4 25 0,83 3,3 18 12,6 7,1 1070 797 3 2,55
2 108,8 60,2 48,6 6 25 0,83 4,98 7 4,9 6,69 1020 747 5 3,83
3 112,4 51,2 61,2 11 25 0,83 9,13 0,17 0,119 5,08 1034 761 7 6,75
4 108,9 40,3 68,6 16 25 0,83 13,28 0,03 0,021 4,32 1017 744 10 9,85
Из табл. 1 видно, что расчетное время горения отличается от экспериментального, так как данная методика [2] предусматривает получение ориентировочных значений температуры и времени горения. Исходя из этого, для построения графика зависимости десятичного логарифма электрического сопротивления углей сосны от времени горения за основу будут взяты экспериментальные данные времени горения (см. рис. 1, кривая 1). Примечание: данный график будет справедлив для исследований сосновой породы, при этом значения глубины обугливания (ЬН, см. табл. 1) для идентичного времени пиролиза должны совпадать.
2.3.2. Второй этап
Значения глубины обугливания образцов второго этапа исследования существенно не отличались от первого этапа.
Образец № 1 (время обжига тзксп = 3 мин):
Я = 19 МОм;
г = 0,7Я = 13,3 МОм см;
Р = ^г = 7,12.
Определяем время горения образцов т1 и т2, используя соответственно построенный график (см. рис. 1) и обобщенную номограмму для всех пород древесины (см. рис. 2):
т1 = 2,9 мин, т2 = 2,6 мин.
Образец № 2 (время обжига тэксп = 5 мин):
Я = 6,5 МОм; г = 4,55 МОм см;
Р = 6,65; т1 = 5,1 мин; т2 = 4,9 мин.
Образец № 3 (время обжига тжсп = 7 мин):
Я =183 кОм; г = 128,1 кОм см;
Р = 5,1; т1 =6,9 мин; т2 = 7 мин.
Образец № 4 (время обжига тэксп = 10 мин):
Я = 23 кОм; г = 16,1 кОм см;
Р = 4,2; т1 = 10,1 мин; т2 = 9 мин.
Рассчитаем максимальные относительные погрешности определения времени горения сосновой породы 51 и 52, используя соответственно индивидуальный график (см. рис. 1, кривая 1) и обобщенную номограмму (см. рис. 2):
*,° С
10 -10,1 10
100 = 1 %;
т — т-
5 ЭКСП 2
2 =
10 - 9 10
100 = 10 %.
В целях изучения механизма деструкции сосновой породы древесины по полученным данным строим график зависимости глубины обугливания образцов от температурного воздействия (рис. 3, кривая 1). Внешний вид образцов сосновой породы древесины после испытаний представлен нарис. 4.
Рис. 2. Номограмма для определения температуры и длительности горения древесины по величинам ЬН (---) и
Р (-) проб угля (при Р > 2); цифры над кривыми—зна-
чения ЬН и Р соответственно
10
„мин
Рис. 3. Зависимость глубины обугливания разных пород древесины от времени горения: 1 — сосна; 2 — береза; 3 — дуб; 4 — бук; 5 — лиственница; 6 — красное дерево (ма-хагони); 7 — кедр; 8 — осина
Рис. 4. Обожженные образцы сосновой породы
ЭКСП
ЭКСП
Таблица 2. Результаты исследования березовой породы
№ образца т0, г т, г Ат, г Н, мм Н, мм Ь ЬН Я, МОм г, кОм-см Р = 1§г г, °С тэксп , мин трасч , мин
1 138,1 104,6 33,5 4 25 0,83 3,3 8,5 5950 6,7 847 3 3,9
2 134 70,1 63,9 7 25 0,83 5,81 0,63 440 5,6 820 5 4,3
3 136,6 43,1 93,5 12 25 0,83 9,9 0,022 15 4,2 831 7 6,78
4 140,6 24,6 116 25 25 0,83 20,75 0,0002 0,14 2,15 894 10 15,1
2.4. Исследование образцов березовой породы
2.4.1. Первый этап
Результаты исследования березовой породы древесины сведены в табл. 2. Зависимости десятичного логарифма удельного электрического сопротивления и глубины обугливания березовой породы от времени горения показаны на рис. 1 и 3 соответственно (кривые 2). Внешний вид образцов березовой породы древесины после испытаний представлен на рис. 5.
2.4.2. Второй этап
По полученным данным определяем время горения образцов т1 и т2, используя соответственно построенный график (см. рис. 1, кривая 2) и обобщенную номограмму для всех пород древесины (см. рис. 2).
Образец № 1 (время обжига тжсп = 3 мин):
Р = 6,65; т1 = 3 мин; т2 = 2,9 мин.
Образец № 2 (время обжига тжсп = 5 мин):
Р = 5,5; т 1 = 5,1 мин; т2 = 3,5 мин.
Образец № 3 (время обжига тжсп = 7 мин):
Р = 4,28; т1 = 6,9 мин; т2 = 7 мин.
Образец № 4 (время обжига тжсп = 10 мин):
Р = 1,7; т1 = 10,4 мин; т2 = 13 мин.
Тогда максимальные относительные погрешности определения времени горения березовой породы древесины составят:
31 = 10 ТШ’4 • 100 = 4%;
8 2 =
10
10 -13 10
100 = 30 %.
2.5. Исследование образцов дубовой породы
2.5.1. Первый этап
Результаты исследования дубовой породы древесины сведены в табл. 3. Зависимости десятичного логарифма удельного электрического сопротивления и глубины обугливания дубовой породы от времени горения показаны на рис. 1 и 3 соответственно (кривые 3). Внешний вид образцов дуба после испытаний представлен на рис. 6.
2.5.2. Второй этап
Определяем время горения образцов т1 и т2, используя соответственно построенный график (см.
Рис. 5. Обожженные образцы березовой породы древеси- Рис. 6. Обожженные образцы дубовой породы древесины
ны (образец № 4 отсутствует из-за сильной деструкции) (образец № 4 отсутствует из-за сильной деструкции)
Таблица № образца 3. Резул т0, г ьтаты ис т, г зледован Ат, г ия дубов Н, мм ой пород Н, мм ы Ь ЬН Я, МОм г, кОм-см Р = г, °С тэксп , мин трасч , мин
1 117,8 84,2 33,6 4 25 0,83 3,3 18 12600 7,1 807 3 2,6
2 120,8 60,4 60,4 6 25 0,83 4,98 0,073 51,1 4,7 988 5 3
3 122,2 44,1 78,1 24 25 0,83 19,9 4,410-3 3,08 3,4 742 7 14,4
4 117,3 23,4 93,9 24 25 0,83 19,9 9510-6 0,066 1,8 981 10 10,5
рис. 1, кривая 3) и обобщенную номограмму для всех пород древесины (см. рис. 2).
Образец № 1 (время обжига тжсп = 3мин):
Р = 7,2; т1 = 2,9 мин; т2 = 2,5 мин.
Образец № 2 (время обжига тжсп = 5 мин):
Р = 4,6; т 1 = 5,1 мин; т2 = 4,5 мин.
Образец № 3 (время обжига тжсп = 7 мин):
Р = 3,5; т1 = 7,2 мин; т2 = 14 мин.
Образец № 4 (время обжига тжсп = 10 мин):
Р = 1,9; т1 = 9,9 мин; т2 = 14 мин.
Тогда максимальные относительные погрешности определения времени горения дубовой породы составят:
81 = 7 - 7,2 • 100 = 2,8 %;
1 7
7 -14
8 2 = ------ 100 = 100 %.
2 7
2.6. Исследование образцов буковой породы
2.6.1. Первый этап
Результаты исследования буковой породы древесины сведены в табл. 4. Зависимости десятичного логарифма удельного электрического сопротивления и глубины обугливания буковой породы от времени горения показаны на рис. 1 и 3 соответственно (кривые 4). Внешний вид образцов бука после испытаний представлен на рис. 7.
2.6.2. Второй этап
Определяем время горения образцов т1 и т2, используя соответственно построенный график (см. рис. 1, кривая 4) и обобщенную номограмму для всех пород древесины (см. рис. 2).
Рис. 7. Обожженные образцы буковой породы древесины (образец № 4 отсутствует из-за сильной деструкции)
Таблица 4. Результаты исследования буковой породы
Образец № 1 (время обжига тжсп = 3 мин):
Р = 6,7; т1 = 3,2 мин; т2 = 2,6 мин.
Образец № 2 (время обжига тжсп = 5 мин):
Р = 5,8; т1 = 4,9 мин; т2 = 4 мин.
Образец № 3 (время обжига тжсп = 7 мин):
Р = 3,1; т1 = 7 мин; т2 = 13 мин.
Образец № 4 (время обжига тжсп = 10 мин):
Р = 2,5; т1 = 9,9 мин; т2 = 12 мин.
Тогда максимальные относительные погрешности определения времени горения буковой породы составят:
8, = • 100 = 6,6%;
13
8 2 = 7^15 • 100 = 114 %.
2 7
2.7. Исследование образцов лиственничной породы
2.7.1. Первый этап
Результаты исследования лиственничной породы древесины сведены в табл. 5. Зависимости десятичного логарифма удельного электрического сопротивления и глубины обугливания лиственничной породы от времени горения показаны на рис. 1 и 3 соответственно (кривые 5). Внешний вид образцов лиственницы после испытаний представлен на рис. 8.
2.7.2. Второй этап
Определяем время горения образцов т1 и т2, используя соответственно построенный график (см. рис. 1, кривая 5) и обобщенную номограмму для всех пород древесины (см. рис. 2).
№ 1 № 2 № 3 № 4
Рис. 8. Обожженные образцы лиственничной породы древесины
№ образца т0, г т, г Ат, г Н, мм Н, мм Ь ЬН Я, МОм г, кОм-см Р = г, °С тэксп , мин т'расч , мин
1 132,5 102,6 29,9 4 25 0,83 3,3 10,5 7350 6,86 829 3 2,5
2 136,5 89,4 47,1 7 25 0,83 5,81 0,7 5810 5,69 813 5 4,28
3 135,4 72,4 63 24 25 0,83 19,9 210-3 1,4 3,1 773 7 13,7
4 136,8 59,4 77,4 24 25 0,83 19,9 0,3210-3 0,224 2,35 873 10 12
Таблица 5. Результаты исследования лиственничной породы
№ образца ш0, г ш, г Аш, г Н, мм к, мм Ь ЬН я, МОм г, кОм-см Р = ^г ґ, °С ^ЭКСП , мин ^расч , мин
1 132,4 109,1 23,3 3 25 0,83 2,49 11,8 8260 6,9 903 3 1,9
2 137,5 99,3 38,2 4 25 0,83 3,3 4 2800 6,45 879 5 2,5
3 133,4 75,7 57,5 6 25 0,83 4,98 1,3 910 5,96 823 7 3,6
4 137,5 54,9 82,6 9 25 0,83 7,47 0,2 140 5,14 807 10 5,4
Образец № 1 (время обжига тжсп = 3 мин):
Р = 6,95; т1 = 3 мин; т2 = 2,6 мин.
Образец № 2 (время обжига тжсп = 5 мин):
Р = 6,6; т1 = 4,9 мин; т2 = 2,7 мин.
Образец № 3 (время обжига тжсп = 7 мин):
Р = 5,85; т1 = 7,1 мин; т2 = 5 мин.
Образец № 4 (время обжига тжсп = 10 мин):
Р = 5,02; т1 = 10,1 мин; т2 = 7 мин.
Тогда максимальные относительные погрешности определения времени горения лиственничной породы составят:
5 - 4 9 81 = 5 „ ,9 • 100 = 2%;
8 2 =
5
10 - 7 10
100 = 30 %.
2.8. Исследование образцов породы махагони (красное дерево)
2.8.1. Первый этап
Результаты исследования красного дерева (махагони) сведены в табл. 6. Зависимости десятичного логарифма удельного электрического сопротивления и глубины обугливания породы махагони от
Рис. 9. Обожженные образцы породы махагони (образец № 4 отсутствует из-за сильной деструкции)
времени горения показаны на рис. 1 и 3 соответственно (кривые 6). Внешний вид образцов красного дерева после испытаний представлен на рис. 9.
2.8.2. Второй этап
Определяем время горения образцов т1 и т2, используя соответственно построенный график (см. рис. 1, кривая 6) и обобщенную номограмму для всех пород древесины (см. рис. 2).
Образец № 1 (время обжига тжсп = 3 мин):
Р = 8,1; т1 = 2,9 мин; т2 = 2,8 мин.
Образец № 2 (время обжига тжсп = 5 мин):
Р = 6,02; т1 = 5,1 мин; т2 = 3,5 мин.
Образец № 3 (время обжига тжсп = 7 мин):
Р = 4,75; т1 = 6,9 мин; т2 = 7 мин.
Образец № 4 (время обжига тжсп = 10 мин):
Р = 3,21; т1 = 10,2 мин; т2 = 15 мин.
Тогда максимальные относительные погрешности определения времени горения породы махагони составят:
81 = 10^02 ^ 100 = 20%;
8 2 =
10
10 -15 10
100 = 50 %.
2.9. Исследование образцов кедровой породы
2.9.1. Первый этап
Результаты исследования кедровой породы древесины сведены в табл. 7. Зависимости десятичного логарифма удельного электрического сопротивления и глубины обугливания кедровой породы от времени горения показаны на рис. 1 и 3 соответственно (кривые 7). Внешний вид образцов кедра после испытаний представлен на рис. 10.
Таблиц № образца (а 6. Резу Ш0, г льтаты и ш, г сследова Аш, г ния поро Н, мм ды махаї к, мм 'они Ь ЬН я, МОм г, кОм-см Р = ^г ґ, °С ^ЭКСП , мин ^расч , мин
1 123,3 98,5 24,8 3 25 0,83 2,49 140 98000 7,99 749 3 2,4
2 126,7 75,6 51,1 5 25 0,83 4,15 1,8 1260 6,1 856 5 3,1
3 126,2 58,0 68,2 12 25 0,83 9,96 0,065 45,5 4,66 782 7 7,4
4 123,9 30,9 93 25 25 0,83 20,75 3,510-3 2,45 3,39 735 10 15,7
Таблиц № образца а 7. Рез' Ш0, г ультаты ш, г ісследова Аш, г ния кедр Н, мм овой пор к, мм оды Ь ЬН я, МОм г, кОм-см II г, °С ^ЭКСП , мин ^расч , мин
1 96,3 69,2 27,1 5 25 0,83 4,15 9,6 6720 6,8 777 5 3,1
2 100,2 52,9 47,3 9 25 0,83 7,47 0,9 630 5,79 742 7 5,7
3 97,0 35,9 61,1 25 25 0,83 20,75 12 8,4 3,92 684 10 16,4
4 Испытания не проводились, так как образец сгорел на 8-й мин
Рис. 11. Обожженные образцы осиновой породы (обра-Рис. 1-0. Обожженные образцы кедровой породы зец № 4 отсутствует из-за сильной деструкции)
2.9.2. Второй этап
Определяем время горения образцов т1 и т2, используя соответственно построенный график (см. рис. 1, кривая 7) и обобщенную номограмму для всех пород древесины (см. рис. 2).
Образец № 1 (время обжига тжсп = 3 мин):
Р = 6,7; т 1 = 3,1 мин; т2 = 2,5 мин.
Образец № 2 (время обжига тжсп = 5 мин):
Р = 5,73; т1 = 5 мин; т2 = 5,5 мин.
Образец № 3 (время обжига тжсп = 7 мин):
Р = 3,86; т1 = 6,9 мин; т2 = 15 мин.
Тогда максимальные относительные погрешности определения времени горения кедровой породы составят:
7 - 6 9
51 = —^ • 100 = 1,4%;
8 2 =
7
7 -15 7
100 = 114 %.
2.10. Исследование образцов осиновой породы
2.10.1. Первый этап
Результаты исследования осиновой породы древесины сведены в табл. 8. Зависимости десятичного логарифма удельного электрического сопротивле-
ния и глубины обугливания осиновой породы от времени горения показаны на рис. 1 и 3 соответственно (кривые 8). Внешний вид образцов осины после испытаний представлен на рис. 11.
2.10.2. Второй этап
Определяем время горения образцов т1 и т2, используя соответственно построенный график (см. рис. 1, кривая 8) и обобщенную номограмму для всех пород древесины (см. рис. 2).
Образец № 1 (время обжига тжсп = 3 мин):
Р = 6,98; т1 = 2,9 мин; т2 = 2,5 мин.
Образец № 2 (время обжига тжсп = 5 мин):
Р = 5,3; т1 = 5 мин; т2 = 5 мин.
Образец № 3 (время обжига тжсп = 7 мин):
Р = 4,35; т1 = 7,1 мин; т2 = 7 мин.
Образец № 4 (время обжига тжсп = 10 мин):
Р = 2,1; т1 = 9,9 мин; т2 = 15 мин.
Тогда максимальные относительные погрешности определения времени горения осиновой породы составят:
10 - 9,9 51 = —7^ • 100 = 1%;
8 2 =
10
10 -15 10
100 = 50 %.
Таблица 8. Результаты исследования осиновой породы
№ образца Ш0, г ш, г Аш, г Н, мм к, мм Ь ЬН Я, МОм г, кОм-см Р = 1^- г,°С ^ЭКСП , мин ^расч , мин
1 144,8 108,5 36,3 4 25 0,83 3,32 12 8400 6,9 820 3 2,5
2 140,0 73,4 66,6 9 25 0,83 7,47 0,3 210 5,32 785 5 5,4
3 135,8 45,5 90,3 14 25 0,83 11,62 0,042 29,4 4,46 763 7 8,5
4 144,0 39,3 104,7 25 25 0,83 20,75 14010-6 0,098 1,99 937 10 11,2
52
0869-7493 ПОЖАРОВЗРЫВОБЕЗОПАСНОСТЬ 2009 ТОМ 18 №4
3. Обсуждение результатов
Анализ экспериментальных данных, полученных по рассматриваемой методике [2] исследования обугленных остатков древесины, свидетельствует об индивидуальности протекания горения для каждой породы древесины. Использование индивидуальных графиков и обобщенных номограмм показало, что величины относительных погрешностей последних значительно различаются: для буковой и кедровой пород при определении времени горения они достигают 114%, лиственничной и березовой — 30 %, осиновой и махагони — 50 %, сосновой — 10 %, дубовой — 100 %. Так, например, при одном и том же времени горения (7 мин) значение глубины обугливания у сосновой породы составило 11 мм, а у дубовой 24 мм. Это, в свою очередь, указывает на необходимость совершенствования и дополнения существующей методики исследования обугленных остатков древесины.
4. Предложения по совершенствованию методики
По мнению авторов, для улучшения воспроизводимости и повышения точности получаемых данных при исследовании обугленных остатков древесины необходимо:
1) в рамках пожарно-технической экспертизы проводить идентификацию пород древесины при пожарах с крупными ущербами, в гостиницах высокого класса, музеях, церквях, на выставках;
2) использовать нативный образец для индивидуального исследования и построения графика зависимости десятичного логарифма удельного электрического сопротивления обугленных остатков идентифицированной породы древесины от времени пиролиза;
3) применять построенные индивидуальные графики удельного электрического сопротивления для конкретных пород древесины как основную альтернативу для более точного воспроизведения
динамики пожара и определения места его возникновения;
4) дополнить индивидуальные графики зависимости десятичного логарифма удельного электрического сопротивления для более длительного времени пиролиза;
5) дополнить действующую методику методами математического моделирования развития горения деревянных конструкций и изделий в условиях пожара с использованием заранее известных данных (размер конструкции, порода древесины, ее теплофизические свойства, ориентация в помещении, наличие проемов и т.д.);
6) ввести дополнительный поправочный коэффициент для величины обугливания, учитывающий индивидуальность процесса горения редких пород древесины.
Выводы
Наряду с имеющимися достоинствами действующая методика исследования обугленных остатков древесины [2] характеризуется и рядом существенных недоработок. Относительные погрешности при определении времени горения обугленных остатков древесины с использованием обобщенных номограмм достигают 114 %. Следовательно, при применении номограммы время горения будет определяться с выше указанной погрешностью. При проведении исследований в ходе производства пожарно-технической экспертизы данные погрешности могут привести к ошибке, которая впоследствии может перейти в ошибку судебную. Предлагаемый вариант построения индивидуальных графиков представляется целесообразным, так как является более точным. Авторами определены и обоснованы дальнейшие направления по совершенствованию методики, которые позволят избежать возможных ошибок и повысить точность определения времени горения обугленных деревянных предметов и изделий.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Оповарь о^овныхтерминов cyдeбныxэкcпepтиз. — М. і BHИИCЭ, 198O. — C. 43.
2. Cyдeбнaя пoжapнo-тexничecкaя этепертиза і потобие для этепертов, оледователей и cyqe^ — М. : BHИИCЭ, 1994. — Ч. 1. — C. 65-79.
3. Варнац, Ю. Горение. Физиче^ие иxимичecкиeacпeкты, моделирование, экcпepимeнты, образование зaгpязняющиxвеществ/Ю. Варнац, У. Маас, Р.Диббар. — М. і Физ.-мат. лит., 2OO3. — 351 c.
4. ГОСТ 12.1.044-89*. ^БТ. Пожаровзрывобезопа^ость веществ и материалов. Hoмeнклaтypa показателей и методы иx определения. — Bвeд. 1991-O1-O1. — М. і ИПК Изд-во стандартов, 2OO1.
5. Егоров, А. Н. Paccлeдoвaниe и этепертиза пожаров і лабораторный практи^м / А. Н. Егоров,
А. А. Шеков. — Иркутск, 2OO7. — 52 c.
Материал поступил е редакцию 31.03.09.
© Лапа В. Г., Егорое А. Н., 2009 г. (e-mail: 123qwer01@inbox.ru).
представляем новую книгу
<£
СО
Бабуров В.П., Бабурин В.В., Фомин В. И.
Автоматические установки пожаротушения. Вчера. Сегодня: Завтра: Учебно-справочное пособие. —294 с.
В учебно-справочном пособии рассматриваются принципы построения технических средств пожарной автоматики. Даны методы расчета установок водяного, пенного, газового, порошкового и аэрозольного пожаротушения.
Изложены принципы построения систем автоматической противопожарной защиты объектов. Раскрыты основные принципы проектирования и организации эксплуатации систем автоматической противопожарной защиты.
Пособие предназначено для студентов высших учебных заведений, инженерно-технических работников, занимающихся проектированием, монтажом и эксплуатацией установок и систем автоматического пожаротушения.
121352 Москва, уд. Давыдковская, д. 12, стр. 7; тел./факс: {495)228-09-03; е-таіі: flrepress@gmail.com
