Физико-химические основы развития и тушения пожаров

1.

Физико-химические основы
развития и тушения пожаров
Профессор, д.х.н.
Маскаева Л.Н.
Екатеринбург
2023

2.

ТУШЕНИЕ ПОЖАРОВ ВОДОЙ
В механизме прекращения горения водой охлаждающий
эффект. Количество теплоты, отводимое водой при подаче ее
в зону горения, включает теплоту на нагрев воды до
температуры кипения Qнагр, испарения Qисп и нагрев паров до
температуры пламени Qот :
Qотв = Qнагр + Qисп + Qот =Сврmжв(tк-t0) +Lвmв + Спрmпв(tпл -tк)
Количество теплоты, отводимое 1 кг поданной в очаг пожара
воды при t0 = 20оС; tпл. = 1000оС; Свр = 4.18 кДж/кг.град.;
Спр = 2.2 кДж/кг.град. в интервале 100−1000оС; Lв = 2256
кДж/кг,
1 кг воды отводит Qотв ≈ 4570 кДж/кг.
2

3.

ТУШЕНИЕ ПОЖАРОВ
П р и м е р 1. Определить интенсивность подачи
тонкораспылённой воды, теоретически необходимой для
тушения пламени стирола в резервуаре диаметром 3 м.
Приведённая массовая скорость выгорания составляет
0,087 кг/(м2.мин), низшая теплота сгорания 4439
кДж/моль, коэффициент полноты сгорания 0,85.
Температура пламени стирола 1300 0С. Коэффициент
запаса воды Ки = 0,05. Молекулярная масса стирола
МС8Н8 =104 г/моль. Температура потухания - 1000 0С.

4.

'
м
Решение
Количество теплоты, которое необходимо отвести
из очага для прекращения пламенного горения, равно
tпл tпот
'
qп 0,6 βQн
Fп υ м
t
пл
0,6 – коэффициент, характеризующий
долю теплоты,
затрачиваемую на повышение температуры зоны
горения, за вычетом потерь на излучение в
окружающую среду; β - коэффициент полноты сгорания;
Qн - низшая теплота сгорания горючего вещества,
кДж/кг; tпл - температура пламени, оС;
tпот - температура потухания, оС; Fп - площадь пожара;
υ,м - приведённая массовая скорость выгорания

5.

Определить площадь горения стирола
Fп= π r 2 = 3.14×1.52 =7.1 м2
Определить интенсивность теплоотвода для обеспечения
прекращения горения стирола. Предварительно переведём
низшую теплоту сгорания из кДж/моль в кДж/кг
Q н= (Q,н×1000)/М = (4439 ×1000)/104 = 42 681 кДж/кг.
qп =0,6×0,85×42681×[(1300 - 1000)/1300]×7,1×0,087=
=3031кДж/мин
Определить теоретический расход воды, кг/мин
gH2O = qп / Qотв = 3031:4570 = 0.66 кг/мин
Фактический расход воды превышает теоретическую
величину, т.к. коэффициент запаса воды Ки = 0,05, т.е.
0,66/Ки = 0,66/0,05 = 13,2 кг/мин (л/мин).
5

6.

П р и м е р 2. Определить количество воды, которое необходимо подать на раскалённые стальные конструкции, чтобы
снизить их температуру с 1200 оС до 200 оС. Масса
конструкций 150 т, изобарная теплоёмкость стали
Ср=0,46 кДж/(кг град). Принять коэффициент запаса воды
равным Ки = 0,1.
Р е ш е н и е. Найдём количество теплоты, которое
необходимо отвести от стальных конструкций
Qотв=Ср,сталь×mсталь×Δt=0,46 ×1,5 ×105×(1200-200)= 6,9×107кДж
Определим теоретическое количество воды, необходимое для
охлаждения конструкций с 1200 до 200 оС
gH2O = qп / Qотв = 6,9×107 :4570 = 1.51×104 кг
6

7.

Фактический расход воды превышает теоретическую
величину, т.к. коэффициент запаса воды Ки = 0,1, т.е.
1.51×104 /0,1 = 0,66/0,05 = 15,1 т.
При мер 3. Определить коэффициент использования воды,
если для тушения пожара Fп=60 м2 использованы 2 ручных
ствола с расходом 3,5 л/с каждый. Время тушения 18 мин.
Р е ш е н и е. Фактический удельный расход воды определяют по формуле:
gН2О =(gН2О×Nстволов ×τтуш.)/Fп =[3,5 ×2×(18×60)]/60 =126 л
При площади пожара Fп ≥ 40м2 минимальный удельный
расход воды на тушения равен gmin=0,5Fп=0,5×60= 30 л/м2.
Коэффициент использования Ки= gmin/gН2О=30/126= 0.24

8.

П р и м е р 4. Рассчитать требуемый секундный расход
воды и количество ручных стволов, необходимых для
тушения пожара площадью Fп =150 м2, если требуемая для
тушения интенсивность подачи составляет I = 0,12 л/(м2 . с).
Р е ш е н и е.
Требуемый секундный расход воды определят как
g = I×Fп= 0,12 ×150 = 18 л/с
При подаче стволов с расходом gств = 3,5 л/с требуемое их
количество Nств составит
Nств = 18:3,5 =5,14 (6 стволов).
При подаче ручных стволов с расходом воды gств = 7 л/с их
потребуется
Nств = 18:7 = 2,57, т.е. 3 ствола
8

9.

П р и м е р 5. Определить фактическую интенсивность
подачи и удельный расход воды, если на тушение пожара
площадью 80 м2 было подано 2 ручных ствола с расходом
gств = 7 л/с, время тушения 7 мин.
Р е ш е н и е.
Суммарный секундный расход воды составляет
g = gств = 7×2 = 14 л/с.
Фактическая интенсивность подачи равна
I = g/Fп=14 : 80 = 0,175 л/(с×м2).
Удельный расход воды за время тушения составит
gуд= 0.175×(7×60)= 73,5 л/м2
9

10.

П р и м е р 6. Определить теоретический секундный расход
воды для прекращения пламенного горения газового фонтана мощностью 4,5 млн. м3/сут. при коэффициенте запаса
воды, равном Ки = 0,3, удельный расход воды на тушение
факела пламени метано-воздушной смеси gуд.H2O≈ 1 л/м3.
Р е ш е н и е.
Расчёт секундного расхода воды для прекращения пламенного горения газового фонтана проводят по эмпирической
формуле
Vв =(Vг×gуд.H2O):Ки = (4,5×106 ×1) /(24 ×3600 ×0,3) =176 л/с
Vг - секундный расход газа, м3/c.
На практике эта величина в 5-6 раз больше, т.е. 870 л/с.
10

11.

П р и м е р 7. Определить критическую и оптимальную
интенсивность подачи раствора пенообразователя в резервуар с горящим керосином. Пена подавалась в течение 30 с
двумя ГПС-600. Площадь зеркала жидкости – 30 м2. Толщина
слоя пены после тушения составила 0,24 м. Производительность ГПС-200 – 6 л/с. Кратность пены Kп = 80.
11

12.

Решение
Определить интенсивность подачи раствора, л/(м2 . с) по
формуле I=(g×N)/Fп;
g - производительность пеногенератора, л/с; N – число
пеногенераторов; Fп- площадь поверхности горения, м2.
I =(g×N)/Fп = (6 ×2):30 =0.4 л/(м2 . с)
Интенсивность накопления пены определяют по формуле
Iнак.=H/(τ×Kп)=0,24:(30 ×80)=0,0001 м3/(м2 .с)=0,1 л(м2 . с)
Критическую
интенсивность
подачи
пены
Iкрит.= I - Iнак.= 0,4 – 0,1= 0,3 л/(м2 . с).
Оптимальная интенсивность подачи пены
Iопт.=(2-3) I крит.= 2,5 × 0,3 = 0,75 л/(м2 . с).
12

13.

Благодарю за внимание!