Васильев В.И. Устойчивость объектов экономики в ЧС

Подождите немного. Документ загружается.

121

Количетсво теплоты, отдаваемое искрой, имеющей температуру t

горючей среде при температуре самовозгорания (самовоспламенения)

горючей среды t

св

, вычисляется по формуле (3.21), а время остывания по

формуле:

·с

, с, (3.24)

где F

- критерий Фурье, определяемый как функция критерия Био и

отношения температур

вн

свн

−

, где t

– температура воздуха,

С;

– диаметр искры, м;

– плотность металла искры при температуре t

св

, кг/м

;

– теплоемкость металла искры при температуре t

св

, Дж/(кг·°К).

Критерий Био вычисляют по формуле:

⋅

где

- коэффициент теплоотдачи, вычисляемый в данном случае по

формуле

=188

; Вт/(м

·°К);

gHWu 2=

, м/с - скорость полета искры, образующейся при ударе

свободно падающего тела. При ударе о вращающееся тело ее вычисляют

по формуле W

nR, где n – частота вращения тела, с

-1

, а R – его радиус,

м. При работе с ударным инструментом W

принимают равной 16 м/с, а

высекаемой обувью с металлическими набойками или гвоздями – 12 м/с;

– коэффициент теплопроводности металла искры при температуре

св

, Вт/(м

⋅°К).

Энергия электрического разряда

Q, Дж

U, кВ

0 5 10 15 20 25 30 35 40

-1

-2

-3

-4

Потенциал на человеке или теле, заряженном

статическим электричеством.

Рис. 3.5. Зависимость энергии электрического разряда от потенциала

зарядов статического электричества.

122

Зависимость F

=f(Bi,Θ

) приведена на рис. 3.6. На графике r -

расстояние от оси тела, генерирующего искру, R – радиус тела.

Пожарная опасность искр котельных, транспортных средств и т.п. в

значительной мере определяется их размером и температурой. Искры

пожароопасны при диаметре 2мм и температуре около 1000

С, диаметре 3

мм и температуре 800

С, диаметре 5 мм и температуре 600

С. Количество

теплоты, имеющееся в искре в начале, вычисляют по формуле:

·t

, Дж, (3.25)

где m

– масса искры, кг;

– удельная теплоемкость материала искры при температуре,

соответствующей по пожароопасности ее диаметру t

, Дж/(кг·°К);

- температура искры, °К.

Для определения времени остывания искры (частицы металла)

используется зависимость (3.24.) При расчете диаметр искры принимают

равным 3 мм, а скорость ее полета вычисляют по формуле:

H5W5,0

, (3.26)

где W

– скорость ветра, м/с;

H – высота трубы, м.

1,0

0,8

0,6

0,4

0,2

0 0,01 0,05 0,1 0,3 1 5 10 50 100 500 1000

Fо

Рис. 3.6. Зависимость критерия Фурье от критерия Био

и отношение температур Θ

r | R=1

1000

0,4

0,1

0,04

0,01

0,04

0,001

123

Источником зажигания может стать провод, нагреваемый током

короткого замыкания или током при перегрузке сети. Количество теплоты,

которое при этом будет передано горючей среде, может быть вычислено с

использованием зависимостей (3.21) и (3.22). При этом температура

проводника, нагреваемого током короткого замыкания, вычисляется по

формуле:

прпр

кзкз

нпр

mс

⋅

°С, (3.27)

где t

и с

пр

– начальная температура (

С) и теплоемкость (Дж/(кг·°К))

проводника;

кз

– ток короткого замыкания, А;

R – сопротивление проводника, Ом;

кз

- время короткого замыкания, с

пр

- масса проводника, кг.

Если температура проводника и время короткого замыкания

превышают температуру самовоспламенения t

св

и время, необходимое для

нагрева горючей среды до температуры 0,8t

св

, проводник является

реальным источником зажигания этой горючей среды.

Температуру нагрева электропровода при перегрузке вычисляют по

формуле

()

срh

српр

tt +

⎟

⎠

⎞

⎜

⎝

⎛

С (3.28)

где t

ср

и t

– температура среды и нормативная температура провода,

С;

и I

- фактический и допустимый ток провода, А.

Лампы накаливания как источники зажигания представляют

опасность при их разрушении с образованием искр и длительном контакте

с горючей средой. Для расчёта передаваемой горючей среде энергии и

времени её передачи лампами и другими нагретыми телами могут быть

использованы формулы (3.21) и (3.22).

Температура нагрева колбы электрической лампы

накаливания

зависит от её мощности, размеров и расположения в пространстве.

Зависимости максимальной температуры на колбе горизонтально

расположенной лампы от её мощности и времени приведены на рис. 3.7.

Интенсивность теплового потока источников зажигания,

воспламеняющих горючую среду при контакте с ней, определяется по

формуле

⋅

, вт/м

, (3.29)

где Q – количество отдаваемого источником тепла, Дж;

F- площадь поверхности источника, м

;

- время передачи тепла, с.

124

Для капли металла она с учётом формулы (3.21) может быть

представлена в виде

)

(

167,0

cвktkk

ttCpd

−

⋅⋅⋅

⋅=

, вт/м

, (3.30)

а для искрового разряда и провода, по которому протекает ток короткого

замыкания, если их представить в виде стержня с длиной, равной толщине

горючего материала, через который они проходят, по формуле

)

(

25,0

cвkttk

ttCpd

−

⋅⋅⋅

⋅=

, вт/м

, (3.31)

где d

- диаметр канала разряда (провода), м;

и C

- плотность воздуха (провода), кг/м

, и теплоёмкость воздуха

(материала провода) при температуре 0,5(t

св

), Дж/кг⋅град;

и t

св

- температура канала (провода) и самовозгорания горючего

материала,

С.

В других случаях может быть использована формула

)(

свизtиз

из

ttCр

J −⋅⋅⋅

⋅

, вт/м

, (3.32)

где V

из

(м

) и F

из

(м

)- объем и площадь поверхности источника зажигания;

из

(кг/м

) и C

(Дж/(кг⋅град))- плотность и теплоёмкость источника

зажигания;

из

и t

св

- соответственно температура источника зажигания и

самовозгорания горючего материала,

С. Величина теплового импульса,

передаваемого горючему материалу за время контакта

с ним

Рис. 3.7. Зависимость максимальной температуры на

колбе лампы от мощности и времени

125

или

⋅

Возможность возникновения пожара на ОЭ определяется не только

наличием потенциальных источников зажигания, но и пожароопасностью

имеющихся на нём горючих материалов, которая зависит от физико-

химических свойств материалов и их агрегатного состояния.

Горение различных, в том числе и твёрдых материалов, происходит,

как правило, в газовой фазе. Газы горят послойно от зоны

горения до

полного выгорания горючей смеси. Горение горючих жидкостей имеет

место в тонком светящемся слое газов, в который с поверхности

поступают горючие пары, а из воздуха диффундирует кислород. При

горении твёрдых материалов газы образуются в результате их разложения

(пиролиза) при нагреве или испарении (для плавящихся материалов).

Основными температурными показателями пожароопасности

твёрдых материалов являются температуры самонагревания t

сн

самовозгорания t

св

и окружающей среды t, при которой при благоприятных

условиях аккумуляции тепла достигается температура самовозгорания.

При достижении температуры t

сн

в материале начинаются экзотермические

физико-химические превращения и он начинает нагреваться. Температура

сн

зависит не только от свойств вещества, но и от условий, и поэтому не

может являться константой. При достижении температуры самовозгорания

св

горение возникает обязательно, независимо от условий её достижения.

Поэтому температура t

св

является специфическим показателем,

определяемым физико-химическими свойствами вещества и имеющим

характер его константы. Возникновение горения при температуре t

св

может

носить характер самовоспламенения или тления. Температурным

показателем пожароопасности горючих материалов является также

температура воспламенения t

. Температура t

характеризует минимальную

температуру, при которых интенсивность выделения газообразных

горючих продуктов разложения достаточна для их зажигания внешним

источником и поддержании самостоятельного горения вещества при его

устранении. Температура t

так же, как и температура t

сн

, зависит не только

от свойств вещества, но и от условий, при которых происходит нагревание,

и поэтому также не является его физической константой. При достижении

температуры t

в процессе нагревания горючего вещества источником

зажигания его воспламенение произойдёт лишь в том случае, если

теплопоглощение превысит теплопотери, что возможно лишь при

определённых условиях. Таким образом, наиболее фундаментальным

температурным показателем пожароопасности горючего вещества является

температура самовозгорания.

Самовозгорание некоторых веществ происходит самопроизвольно

при определённой температуре окружающей среды.

Минимальную температуру среды, при

которой происходит

126

тепловое самовозгорание, вычисляют из выражения

SnAt

ppc

lglg ⋅+=

, (3.33)

а время нагревания вещества до момента самовозгорания из выражения

)lg(

+⋅=

, (3.34)

где t

– температура окружающей среды,

С;

- время нагрева, ч;

, А

, n

- эмпирические константы;

S - удельная поверхность тел, 1/м.

⎟

⎠

⎞

⎜

⎝

⎛

++=

hbV

111



где F- полная наружная поверхность тела, м

;

V- объём тела, м

;

ℓ, b, h - размеры тела вдоль соответствующей координатной оси, м.

Для прямоугольного параллелепипеда: ℓ - длина, b - ширина, h -

высота; для цилиндра: ℓ = b = D

, h - высота; для шара: ℓ =b=h=D

и т.д.

Возникновение горения при воздействии внешних источников с

температурой ниже t

св

относится к явлению самовозгорания, а при

воздействии источников с температурой, равной t

св

и выше - явлению

возгорания. Наиболее характерной отличительной особенностью

возгорания является то, что горение в этом случае всегда начинается

локально в месте действия внешнего источника зажигания. Дальнейшее

развитие процесса горения зависит от скорости химического превращения

горючей смеси и от скорости тепломассообмена между пламенем, ещё не

сгоревшим горючим материалом и окружающей средой.

Характеризуют

этот процесс горючесть, т.е. способность распространять горение; скорость

распространения пламени и скорость выгорания горючего вещества. По

горючести материалы разделяют на три группы:

негорючие (несгораемые), не способные гореть в воздухе

нормального состава;

трудногорючие (трудносгораемые), способные загораться под

действием источника зажигания, но не способные самостоятельно гореть

после его удаления;

горючие (сгораемые) материалы, способные к

самостоятельному горению в воздухе нормального состава.

Пожароопасные и теплофизические свойства некоторых веществ и

материалов приведены в табл. 3.12.

Возможность возникновения пожара связана с потенциальным

действием источников зажигания на горючие, а при определённых

условиях и трудногорючие, вещества и материалы ОЭ, в число которых

входят горючие вещества и материалы

, используемые в производственном

127

процессе, а также горючие материалы строительных конструкций зданий и

сооружений. Количество горючих материалов на ОЭ определяется его

производственными потребностями и огнестойкостью зданий и

сооружений. Пожароопасные свойства применяемых в технологическом

процессе веществ и материалов определяют пожаровзрывоопасность

производства.

Огнестойкость зданий и сооружений кроме возгораемости

материалов, из которых они построены, включает в себя понятие

огнестойкости строительных конструкций. Под огнестойкостью

строительных конструкций понимается их свойство сохранять несущую и

ограждающую способность в условиях пожара. Под потерей несущей

способности подразумевается обрушение строительных конструкций.

Признаком потери ограждающей способности строительной конструкции

при пожаре принято считать образование в конструкции сквозных трещин

или отверстий, повышение температуры на её обогреваемой стороне в

среднем более чем на 140

С или в любой точке этой поверхности более

чем на 180

С по сравнению с первоначальной температурой или более чем

на 220

С независимо от первоначальной температуры. Для оценки

огнестойкости пользуются понятием предела огнестойкости. Под

понятием предела огнестойкости подразумевается время, по истечении

которого конструкция теряет несущую или ограждающую способность.

Измеряется предел огнестойкости в часах и минутах.

В соответствии со строительными нормами и правилами [35] здания

и сооружения по степени огнестойкости делятся на пять степеней

(Ι-V).

Степень огнестойкости характеризуется горючестью материалов и

пределом огнестойкости конструкций здания или сооружения (несущих

стен, стен лестничных клеток, перекрытий, перегородок, заполнений

между стенами, брандмауэров).

В зависимости от характера технологического процесса,

пожароопасности используемого в нём сырья и полуфабрикатов, их

количества предприятия и помещения по пожаровзрывоопасности в

соответствии с нормативным документом [36] делятся

на пять категорий

(А, Б, В, Г, Д).

К категории А (взрывоопасной) относятся предприятия (помещения),

в которых имеются горючие газы, легковоспламеняющиеся жидкости

(ЛВЖ) с температурой вспышки менее или равной 28

С и материалы,

способные взрываться и гореть при взаимодействии с водой, кислородом

воздуха или друг с другом в таком количестве, что расчётное избыточное

давление в помещениях более 5 кПа. К таким предприятиям относятся

нефтеперерабатывающие, химические предприятия, предприятия по

производству искусственного топлива, взрывчатых веществ, склады и базы

для их хранения и т.п

. предприятия.

128

Массовая

скорость

выгорания,

, кг/(м

·с)

0,08

—

0,015

—

0,0112

0,0067

0,016

—

0,0067

Линейная

скорость

выгорания,

/ρ,

-4

м/с

0,7…1,1

—

0,3

—

0,093

0,048…

0,052

0,136

—

0,84

Самовоспла-

менения,

св

360

165

399

500

400

—

460

372

460

Температура,

Воспламе-

нения,

238

165

255

350

270

—

260

235

Теплота

сгорания,

МДж/кг

13,4

21,5

18,4...

20,9

18,9..20,9

31,4..36,8

33,4

20,9

27,7

17,6

13,8

Коэффициент

тепло-

проводности,

λ,

вт/(м·град)

0,14

—

0,18

0,09

—

0,16

0,23...0,34

0,184

0,042

—

Удельная

теплоемкость,

С,

кДж/(кг·град)

1,51

—

2,3

—

1,38

1,47...1,51

—

1,5

—

Плотность

ρ,

кг/м

700…1150

—

500

1200...1500

1200

1300...1400

1180

—

Табл. 3.12.

Пожароопасные и теплофизические свойства

некото

ых го

ючих ве

еств и мате

иалов!Ошибка в

ле

Вещество или

материал

Бумага

Дермантин

Древесина сосновая

Вдоль волоокон

Поперек волокон

Каменный уголь

Резина

Текстолит

Органическое

стекло

Хлопок, ветошь

Штапельное

волокно

129

0,017

—

0,24

—

0,0143

0,021...0,18

—

0,01...0,026

0,0472

—

0,283

—

4,0

—

0,95…

2,1...14,3

—

2,38...3,3

0,6

—

360…427

400

407

345

440

500

450...600

600...650

500

510…545

368…397

410

495

238...

255

303

210

222

210…310

400...426

300

325...345

-20…+6

450....460

285...351

300

335

20,3

29,5

15,7

17,35...20,9

31,0...42,0

20,0

14,2...18,0

20,0...30,0

28,7

21,0

—

17,6...

27,2

21,0

0,12

0,17

0,06...0,15

0,05...0,038

0,04...0,052

0,23...0,38

0,029...0,041

0,15...0,17

0,038...0,047

0,27

0,16

0,047

2,3

1,68

2,3

1,34

1,26

1,47

2,03

1,68

0,17...

1,68

1,38

1,68

600

200...1000

40..150

100…125

1400...1800

40...80

791

40...100

1000...1400

1200

1300…1500

Фанера клееная

Рубероид

Толь

Плиты

ДВП и ДСП

Пенополистирол

Пенопласт ПВХ

Линолеум ПВХ

Пенополиуретан

Ацетон

Пенопласт

Резольно-

формальдегидный

Битумы нефтяные,

строительные и

кровельные

Резиновый

линолеум (релин)

Бумажно-слоистый

пластик

130

—

0,0058…

0,0066

0,0383

0,0483

—

0,03

0,035

0,020

0,0383

0,28..2,0

0,0083…

0,0143

—

0,58…

0,66

0,53…0,56

0,575...0,6

—

0,03

0,35...0,385

0,235...0,263

0,442

0,436

2,1…14,3

0,078...0,136

0,42...0,67

540

530

230

290

475

400

240

300

550

626

550…580

405...475

420

397

400

-36...+7

4...35

6…39

11...40

—

7…30

-15...12

270...290

295...365

—

18,0

21,0

43,7

43,0

26,4

30,2

39,7

—

38,0

40,8

17,1..18,1

34,6…

40,8

20,0

—

0,047

0,11...0,145

0,141...0,149

0,205...0,214

0,172...0,19

0,115...0,119

—

0,112...0,141

0,12..0,151

0,15...0,17

0,093...0,162

0,056

—

1,68

1,42

2,09

2,43

2,3

—

1,63

0,96

1..2,13

1,34

0,84

100…125

100

680...720

810...840

792

790

910…990

760...850

866

879

1350...1430

1050...1070

1200...1400

Пенопласт «Минора»

Строительные

материалы на основе

эпоксидных олигомеров

Бензин

Керосин

Метиловый спирт

Этиловый спирт

Мазут

Нефть

Толуол

Бензол

Прессованные

материалы из

поливинилхлорида

Прессованные

материалы из

полистирола

Стеклопластики