Пожар и его развитие. Параметры развития пожара. (Тема №2)

Лекция.
Тема 2
Пожар и его развитие.
Параметры развития пожара.

Руководящие документы
Федеральный закон от 21 декабря 1994 г. № 69-ФЗ «О пожарной безопасности» с изменениями от 27.12.2019.
Приказ Министерства труда и социальной защиты Российской Федерации от 11 декабря 2020 г. № 881н «Об утверждении Правил по охране труда в подразделениях пожарной охраны» (зарегистрировано в Минюсте РФ от 24 декабря 2020 г. Рег. № 61779).
Приказ МЧС России от 16.10.2017 № 444 «Об утверждении Боевого устава подразделений пожарной охраны, определяющего порядок организации тушения пожаров и проведения аварийно-спасательных работ» с изменениями и дополнениями. Приказ МЧС России от 28.02.2020 г. № 129 «О внесении изменений в некоторые нормативные правовые акты МЧС России в области пожарной безопасности»

Учебные вопросы
1.Понятие пожара и явления его сопровождающие. Классификация пожаров. Зоны пожара. Стадии пожара.
2. Газообмен на пожаре. Интенсивность и плотность задымления (нейтральная зона). Правила применение дымососов при тушении пожаров.
3. Основные параметры развития пожара.

Вопрос 1
Понятие пожара и явления его сопровождающие. Классификация пожаров. Зоны пожара.
Стадии пожара.
В основе процесса горения лежит реакция окисления исходных горючих веществ с кислородом воздуха.
Для горения необходимо:
окислитель
горючее вещество
источник зажигания

Комплекс физико-химических явлений, в основе которых лежат нестационарные
(изменяющиеся во времени и пространстве) процессы горения, тепло- и массообмена.
Пожаром считается неконтролируемое горение вне специального очага, наносящее материальный ущерб.

Место (участок) наиболее интенсивного
горения при трех основных условиях:
Непрерывным поступлением окислителя (воздуха);
Непрерывной подачей топлива (распространении
горения);
Непрерывное выделение теплоты, необходимой для поддержания процесса И ПОДГОТОВКИ ГОРЮЧИХ ВЕЩЕСТВ К ГОРЕНИЮ.
Нарушение хотя бы одного условия вызывает
прекращение горения.

Процесс развития пожара
1 ФАЗА – ПРОИСХОДИТ РАСПРОСТРАНЕНИЕ ГОРЕНИЯ, И ОГОНЬ ОХВАТЫВАЕТ ОСНОВНУЮ ЧАСТЬ ГОРЮЧИХ МАТЕРИАЛОВ.
2 ФАЗА – ПОСЛЕ ДОСТИЖЕНИЯ МАКСИМАЛЬНОЙ СКОРОСТИ ВЫГОРАНИЯ МАТЕРИАЛОВ ПОЖАР СОПРОВОЖДАЕТСЯ АКТИВНЫМ ПЛАМЕННЫМ ГОРЕНИЕМ С ПОСТОЯННОЙ СКОРОСТЬЮ ПОТЕРИ МАССЫ
3 ФАЗА – СКОРОСТЬ ВЫГОРАНИЯ РЕЗКО ПАДАЕТ И ПРОИСХОДИТ ДОГОРАНИЕ ТЛЕЮЩИХ МАТЕРИАЛОВ И КОНСТРУКЦИЙ.

ПРОДОЛЖИТЕЛЬНОСТЬ ПОЖАРА
ОПРЕДЕЛЯЕТСЯ ПО ПОЖАРНОЙ НАГРУЗКЕ
МАССА ВСЕХ ГОРЮЧИХ И ТРУДНОГОРЮЧИХ МАТЕРИАЛОВ, НАХОДЯЩИХСЯ В ПОМЕЩЕНИИ ИЛИ НА ОТКРЫТОМ ПРОСТРАНСТВЕ, ОТНЕСЕННУЮ К ПЛОЩАДИ ПОЛА ПОМЕЩЕНИЯ ИЛИ ПЛОЩАДИ, ЗАНИМАЕМОЙ ЭТИМИ МАТЕРИАЛАМИ НА ОТКРЫТОМ ПРОСТРАНСТВЕ.
В ПОЖАРНУЮ НАГРУЗКУ ВХОДЯТ ТАКЖЕ КОНСТРУКТИВНЫЕ ЭЛЕМЕНТЫ ЗДАНИЙ.

Пожар развивается на определенной площади или в объеме и может быть условно разделен на три зоны, не имеющих, однако, четких границ: горения, теплового воздействия, задымления.
Занимает часть пространства, в котором протекают процессы термического разложения твердых горючих материалов или испарения жидкостей, горения газов и паров в объеме диффузного факела пламени. Зона горения может ограничиваться ограждениями здания, стенками различных технологических установок, аппаратов, резервуаров и т.д.

Зона теплового воздействия
Прилегающая к зоне горения часть пространства, в пределах которого протекают процессы теплообме-на между поверхностью пламени, окружающими строительными конструкциями и горючими материалами.
Теплота в окружающую среду передается тремя способами :
конвекцией;
излучением;
теплопроводностью.

Дым представляет собой дисперсную систему, твердые частицы которой, как и ядовитые газы, вредны для человека.
Зоны задымления при пожаре в зданиях, внутри помещений и на открытых пространствах имеют свои особенности. Внутри помещений площадь зоны зависит от условий распространения потоков продуктов горения и газообмена с внешней средой , а также свойств горящих веществ и материалов. Продукты сгорания, поднимающиеся над зоной горения в виде конвенктной (тепловой) струи, образуют в верхней зоне под перекрытием слой дыма.
При повышенном давлении в этой зоне газообразные нагретые продукты горения устремляются из горящего помещения через различные проемы и щели в атмосферу или в смежные или в выше-расположенные помещения.

На открытом пространстве объем и площадь задымления зависят главным образом от мощности источника горения, скорости выгорания материалов, избыточной температуры( разности температур окружающего воздуха и зоны горения) и скорости движения газов.
Значительно влияет на обстановку при открытых пожарах высота зоны пламенного горения, так как от нее зависят площадь поверхности излучения и интенсивность теплового потока по направлению к негорящим объектам. Высота (длина факела) пламени прямо пропорциональна скорости выгорания материала и площади зоны горения.
При пожарах на открытом пространстве различных горючих материалов факел пламени отклоняется ветром и создает опасную обстановку для окружающих объектов, пожарной
техники и личного состава пожарных подразделений с под-ветренной стороны. Угол наклона факела пламени зависит от скорости вертикальных потоков в зоне горения и скорости приземного ветра.

ОБЩАЯ КЛАССИФИКАЦИЯ ПОЖАРОВ
По условиям газообмена и теплообмена с окружающей средой все пожары разделяются на два обширных класса:
I КЛАСС
ПОЖАРЫ НА ОТКРЫТОМ ПРОСТРАНСТВЕ
II КЛАСС
ПОЖАРЫ В ОГРАЖДЕНИЯХ

ПОЖАРЫ НА ОТКРЫТОМ ПРОСТРАНСТВЕ
I класс:
РАСПРОСТРАНЯЮЩИЕСЯ
НЕРАСПРОСТРАНЯЮЩИЕСЯ
МАССОВЫЕ

РАСПРОСТРАНЯЮЩИЕСЯ ПОЖАРЫ
класс Iа
Пожары с увеличивающимися размерами (шири-на фронта, периметр, радиус, протяженность флангов пожара и т.д).
Пожары на открытом пространстве распространяются в различных направлениях и с разной скоростью в зависимости от условий теплообмена, величины разрывов, размеров факела пламени, критических тепловых потоков, вызывающих возгорание материалов, направления и скорости ветра и других факторов.

НЕРАСПРОСТРАНЯЮЩИЕСЯ ПОЖАРЫ
класс I б
Пожары, у которых размеры остаются неизменными. Локальный пожар представляет собой частный случай распространяющегося, когда возгорание окружающих пожар объектов от лучистой теплоты исключено.
В этих условиях действуют метеорологические параметры.
Так, например, из достаточно мощного очага горения огонь может распространяться в результате переброса искр, головней в сторону негорящих объектов.

МАССОВЫЕ ПОЖАРЫ
класс I в
Это совокупность сплошных и отдельных пожаров в зданиях или открытых крупных складов различных горючих материалов.
Под отдельным пожаром подразумевают пожар, возникший в каком-либо отдельном объекте. Под сплошным пожаром подразумевается одновременное интенсивное горение преобладающего числа объектов на данном участке. Сплошной пожар может быть распространяющимся и нераспространяющимся.

ПОЖАРЫ В ОГРАЖДЕНИЯХ
II класс
ОТКРЫТЫЕ ПОЖАРЫ
ЗАКРЫТЫЕ ПОЖАРЫ

ОТКРЫТЫЕ ПОЖАРЫ
КЛАСС IIа
Развиваются при полностью или частично открытых проемах (ограниченная вентиляция). Они характеризуются высокой скоростью распространения горения с преобладающим направлением в сторону открытых, хотя бы и незначительно, проемов и переброса через них факела пламени. Вследствие этого создается угроза перехода огня в верхние этажи и на соседние здания (сооружения). При открытых пожарах скорость выгорания материалов зависит от их физико-химических свойств, распределения в объеме помещения и условий газообмена.

Открытые пожары обычно подразделяют на две группы.
К первой группе относятся пожары в помещениях высотой до 6 м, в которых оконные проемы расположены на одном уровне и газообмен происходит в пределах высоты этих проемов через общий эквивалентный проем (жилые помещения, школы, больницы, административные и подобные помещения).
Ко второй группе относятся пожары в помещениях высотой белее 6 м, в которых проемы в ограждениях располагаются на разных уровнях, а расстояния между центрами приточных и вытяжных проемов могут быть весьма значительными. В таких помещениях и частях здания наблюдаются большие перепады давления по высоте и, следовательно высокие скорости движения газовых потоков, а также скорость выгорания пожарной нагрузки. К таким помещениям относятся машинные и технологические залы промышленных зданий, зрительные и сценические
комплексы театров и т.д.

ЗАКРЫТЫЕ ПОЖАРЫ
КЛАСС IIб
Протекают при полностью закрытых проемах, когда газообмен осуществляется только вследствие инфильтрации воздуха и удаляющихся из зоны горения газов через неплотности в ограждениях, притворах дверей, оконных рам, при действующих системах естественной вытяжной вентиляции без организованного притока воздуха, а также в отсутствии систем вытяжной вентиляции.

Закрытые пожары могут быть разделены на три группы:
в помещениях с остекленными оконными проемами (помещения жилых и общественных зданий);
в помещениях с дверными проемами без остекления (склады, производственные помещения, гаражи и т.д.);
в замкнутых объемах без оконных проемов (подвалах промышленных зданий, камерах холодильников, некоторых материальных складах, трюмах, элеваторах, бесфонарных зданиях промышленных предприятий).

Вопрос 2.
Газообмен на пожаре. Интенсивность и плотность задымления (нейтральная зона). Правила применение дымососов при тушении пожаров.
Газовый обмен на пожаре – это движение нагретых газообразных продуктов горения от зоны горения в незадымленное пространство и воздуха к зоне горения.
Основными и существенными параметрами, определяющими газовый обмен на пожаре являются:
скорость движения воздуха или продуктов сгорания – скорость газообмена;
интенсивность газового обмена;
коэффициент избытка воздуха.

Движение воздуха при естественной вентиляции в здании
При нагревании газов их плотность уменьшается, и они вытесняются более плотными слоями холодного атмосферного воздуха и поднимаются вверх. У основания факела пламени создается разрежение, которое способствует притоку воздуха в зону горения, а над факелом пламени (за счет нагретых продуктов горения) — избыточное давление.

Управление газовыми потоками при тушении пожара является важным оперативно-тактическим действием, выполняемым целью создания условий, способствующих успешному тушению пожара и проведению АСР.
Интенсивность газообмена – это скорость притока воздуха к зоне горения.
Нагретые продукты горения в зоне реакции из-за меньшей плотности по сравнению с плотностью поступающего в помещение воздуха поднимается вверх, создавая избыточное давление. В нижней части помещения из-за снижения давления кислорода в воздухе, участвующего в реакции окисления, создается разрежение. Высота в помещении, на котором давление в его объеме равно наружному или давлению с соседнем помещении, называется уровнем равных давлений или нейтральной зоной на пожаре.

Чтобы успешно бороться с пожарами, личный состав пожарных подразделений должен знать способы управления газовыми потоками на пожаре.
1 способ – управление аэрацией здания, т.е. усиление естественного воздухообмена в нем, этого можно достичь изменением площадей приточных и вытяжных проемов, т.е. открыванием или закрыванием существующих в здании окон, дверей, созданием проемов в ограждающих конструкциях, применением перемычек.
2 способ – применение принудительной вентиляции с использованием пожарных дымососов, устанавливаемых как на нагнетание воздуха, так и на удаление продуктов сгорания.

3 способ – применение личным составом пожарных подразделений соответствующих огнетушащих средств. Это воздушно-механическая пена средней или высокой кратности, распыленная вода и др.
При наружных пожарах в зависимости от скорости ветра может увеличиваться скорость выгорания, а, следовательно, и интенсивность газового обмена. Кроме того, скорость газообмена зависит от разности температур продуктов сгорания и окружающего атмосферного воздуха.

Вопрос 3
Основные параметры развития пожара.
При решении пожарно-тактических задач используют следующие параметры развития пожара:
Пространственные:
площадь пожара S п, м²;
периметр пожара Р п, м;
фронт пожара Ф п, м.
Скоростные:
линейная скорость распространения пламени Vл, м/мин;
Временные:
время свободного развития пожара τ св. р, мин.

Площадь пожара - площадь проекции зоны горения на горизонтальную (вертикальную) плоскость, м².
Периметр пожара - длина внешней границы площади пожара, м.
Фронт пожара - часть периметра (или периметр) пожара, в направлении которого происходит наиболее интенсивное распространение горения, м

Линейная скорость распространения горения характеризует способность горючего материала к перемещению по своей поверхности высокотемпературной зоны химических превращений (пламенной зоны горения).
Средние значения V л при пожарах на различных объектах приведены в таблицах справочников РТП, сводов правил и другой нормативной документации.

Время свободного развития пожара - временной промежуток от момента возникновения горения до начала подачи первых приборов тушения на его ликвидацию:
где: τ д. с - время от возникновения до сообщения о пожаре (принимается 8-10 мин для городских населённых пунктов, 10-14 мин - для сельских населенных пунктов или исходя из опыта тушения пожаров), мин;
τ сб. - время, затрачиваемое на обработку вызова диспетчером, сбор и выезд по тревоге; составляет 1 мин;
τ сл. - время следования к месту пожара расчётов пожарных подразделений, мин;
τ б. р. - время боевого развёртывания, мин;

Для вычисления площади пожара, его периметра и фронта необходимо знать его геометрическую форму.
При определении формы площади пожара задаются следующими условиями (ограничениями):
Огонь от очага воспламенения распространяется по всем направлениям с одинаковой скоростью. Поэтому, первоначально пожар имеет круговую форму и его площадь можно определить по формуле:

где: k - коэффициент, учитывающий величину угла α , в направлении которого происходит распространение пламени;
k = 1, если α = 360º; (рис. 1)
k = 0,5 , если α = 180º; (рис. 2)
k = 0,25 , если α = 90º; (рис. 3)

Рис. 1. Форма площади пожара при k = 1
Рис. 2. Форма площади пожара при k = 0,5
Рис.3. Форма площади пожара при k = 0,25

π-математическая постоянная, равная отношению длины окружности к её диаметру и равно 3,14.
L - путь, пройденный пламенем за время τ.
При достижении пламенем границ горючей нагрузки или ограждающих стен здания (помещения), фронт горения спрямляется и распространение пламени идет вдоль границы горючей нагрузки или стен здания; (рис. 4)
Рис. 4 Форма площади пожара при достижении пламенем ограждающих стен здания (границ горючей нагрузки)

Если путь пройденный огнём (Lп) достиг границ горючей нагрузки или ограждающих стен помещения (здания), фронт горения выпрямляется и распространение пожара протекает вдоль границ загрузки или стен, в одном или двух направлениях, принимая прямоугольную форму развития:
Sп =n·a·L
где:
n - число направлений развития пожара,
a - ширина площади пожара (здания, помещения).

Линейная скорость распространения пламени (V л) с развитием пожара меняется:
в первые 10 мин свободного развития пожара Vл принимается равной половине нормативного значения;
после 10 мин - нормативные значения Vл, с началом подачи первых стволов на тушение до локализации пожара, уменьшаются в два раза.
с началом подачи первых стволов на тушения до локализации, Vл принимается равной половине нормативного значения

Для определения формы и численных значений площади пожара на конкретный момент времени необходимо знать путь, пройденный пламенем на этот момент времени.
Путь пройденный пламенем за промежуток времени определяется по формуле:
L = Vл · τ;

При известных значениях путь, пройденный пламенем, для характерных временных промежутков развития пожара, будет определяться по следующим формулам:
1) в первые 10 минут: L = 0,5 . Vл . τ
2) с начала возникновения пожара до начала подачи первых приборов тушения:
L = 0,5 . Vл . 10 + Vл . (τ - 10)
3) с начала возникновения пожара до локализации:
L = 0,5 . Vл . 10+Vл . (τ св. р. - 10) + 0,5 . Vл . (τ - τ св. р.)