Интенсивность подачи и удельный расход огнетушащих веществ

Интенсивность подачи и удельный расход огнетушащих веществ

Огнетушащие вещества имеют первостепенное значение в прекращении горения. Однако горение может быть ликвидировано лишь в том случае, когда для его прекращения подается определенное количество огнетушащего вещества.

В практических расчетах необходимого количества огнетушащего вещества для прекращения горения пользуются величиной интенсивности его подачи.

Под интенсивностью подачи огнетушащих веществ (J) понимается их количество, подаваемое в единицу времени на единицу расчетного параметра пожара (площади, периметра, фронта или объема).

Различают: линейную — Jл, л/(с·м); кг/(с·м); поверхностную — Js, л/(с·м2); кг/(с·м2); объемную — Jv, л/(с·м3); кг/(с·м3) интенсивности подачи. Они определяются опытным путем и расчетами при анализе потушенных пожаров. Можно воспользоваться соотношением:

$$\large J=Q_{ов}/П_{\tau}\cdot\tau\cdot60, \tag{1}$$

где Qов — расход огнетушащего вещества за время проведения опыта или тушения пожара, л; кг; м3; Пτ — величина расчетного параметра пожара, м; м2; м3; τ — время проведения опыта или тушения пожара, мин.

Наиболее часто в расчетах используется поверхностная интенсивность подачи (по площади пожара). Некоторые значения требуемой интенсивности подачи огнетушащих веществ, которыми пользуются при расчетах сил и средств, приводятся ниже. Например, для воды, л/(с·м2):

  • Административные здания ... 0,08-0,1
  • Жилые здания, гостиницы, здания II-III степени огнестойкости ... 0,08-0,1
  • Животноводческие здания ... 0,1-0,2
  • Производственные цеха и помещения категорий А, Б, В ... 0,06-0,2

Это обобщенные цифры. В справочной литературе они даются конкретно для того или иного объекта. Обобщение сделано с целью демонстрации интервала разброса и необходимости учета конкретной обстановки.

В зависимости от вида пожара, способа прекращения горения расчет огнетушащих веществ производится на различные параметры пожара. Например, метр (м) периметра площади тушения или ее части (фронта, флангов и т.п.), метр квадратный (м2) площади тушения, метр кубический (м3) объема помещения, установки, здания, дебита газонефтяного фонтана и т.д. Такие параметры пожара называются расчетными.

Расход огнетушащего вещества на расчетный параметр пожара за все время тушения называется удельным расходом и определяется по формуле:

$$\large q_{уд}=q_{п}/П_{\tau}, \tag{2}$$

где qп — расход огнетушащего вещества за время тушения, л, м3; qуд — удельный расход л/м2; л/м3; кг/м3; Пτ — величина расчетного параметра пожара (рассмотрено выше).

Удельный расход огнетушащего вещества является одним из основных параметров тушения пожара. Он зависит от физико-химических свойств пожарной нагрузки ρ и огнетушащих веществ W, коэффициента поверхности веществ пожарной нагрузки Кп удельных потерь огнетушащего вещества qпот, которые происходят в процессе подачи его в зону горения и нахождения в ней, т.е.

$$\large q_{уд}=f(\rho, w, K_п, q_{пот})$$

При этом:

$$\large q_{пот}=f(K_{пот}, K_р, \tau)$$

где Кпот — коэффициент потерь огнетушащего вещества при подаче в зону горения; Кр — коэффициент потерь (разрушения) огнетушащего вещества в зоне горения; τ — время тушения.

Фактический удельный расход огнетушащего вещества в некоторой степени позволяет оценить деятельность РТП и подразделений по тушению пожаров в сравнении с подобными по виду и классу пожарами. Снижение удельного расхода служит одним из показателей успешного тушения пожара. Фактический и необходимый удельный расходы можно определить так:

$$\large q_{ф}=Q_{ф}\cdot\tau_т, \tag{3}$$ $$\large q_{н}=Q_{тр}\cdot\tau_р, \tag{4}$$

где Qф и Qтр — фактическое, требуемое количество огнетушащего вещества, подаваемого в единицу времени (фактический, требуемый расход), л/с, л/мин; τт — время подачи огнетушащего вещества в зону горения (время тушения пожара), с; мин; τр — расчетное время тушения, с; мин.

Фактический удельный расход огнетушащих веществ qф представляет собой сумму необходимого удельного расхода qн и его потерь qпот:

$$\large q_{ф}=q_{н}+q_{пот}, \tag{5}$$

Это выражение справедливо для всех принципов прекращения горения.

Количество огнетушащего вещества, необходимое для прекращения горения на расчетном параметре пожара, при условии, что оно полностью расходуется на прекращение горения (qпот), называется необходимым удельным расходом qн.

На удельный расход влияет не только стадия развития пожара, свойства (природа) огнетушащего вещества, но и степень соприкосновения его с поверхностью горения.

В тех случаях, когда за расчетный параметр принимается площадь пожара, для более точного определения фактического удельного расхода вводится коэффициент поверхности горения Kп:

$$\large q_{ф}=K_п(q_{н}+q_{пот}), \tag{6}$$

Коэффициент поверхности твердых горючих материалов изменяется при изменении пожарной нагрузки прямопропорционально. Следовательно, увеличивается и удельный расход огнетушащих веществ.

Кроме того, в реальных условиях процесс прекращения горения сопровождается сравнительно большими потерями огнетушащих веществ вследствие их разрушения и по другим причинам. Отношение фактического удельного расхода огнетушащего вещества qф к необходимому qн называется коэффициентом потерь Kпот:

$$\large K_{пот}=q_{ф}/q_{н}, \tag{7}$$

Причинами потерь огнетушащих веществ могут быть отсутствие видимости зоны горения из-за задымления, воздействия высокой температуры как на огнетушащее вещество, так и на ствольщика, который не может приблизиться к зоне горения на необходимое для эффективной работы расстояние; отклонение струй огнетушащих веществ газовыми потоками или ветром, наличие в зоне горения скрытых поверхностей горючего материала от воздействия огнетушащего средства и т.п. Кроме того, потери огнетушащих веществ зависят от опыта работы ствольщика, вида и технического уровня средств подачи, оснащенности пожарных подразделений и др.

Анализ тушения пожаров показывает, что фактические удельные расходы воды при тушении пожаров в гражданских и промышленных зданиях колеблются в пределах 400-600 л/м2. Если подойти к определению Qн с позиции теплового баланса на внутреннем пожаре и принять, что за время свободного развития пожара выгорает примерно до 50% пожарной нагрузки (типа древесины), то численное значение необходимого удельного расхода воды на охлаждение пожарной нагрузки, конструктивных элементов здания и нагретых газов составит 80-160 л/м2.

Там, где выполняются условия:

$$\large Q_{ф}\ge Q_{тр}, \tag{8}$$ $$\large I_{ф}\ge I_{тр}, \tag{9}$$

где Iф — количество огнетушащего вещества, которое фактически подается в единицу времени на единицу геометрического параметра пожара (фактическая интенсивность подачи), л/(с·м); л/(с·м2); л/(с·м3); Iтр — количество огнетушащего вещества, которое требуется подавать в единицу времени на единицу геометрического параметра пожара для прекращения горения (требуемая интенсивность подачи), л/(с·м); л/(с·м2); л/(с·м3).

Фактический удельный расход огнетушащего вещества не применяется непосредственно для расчета сил и средств, а потребляемая для определения фактической интенсивности подачи огнетушащих веществ при исследовании пожаров и других необходимых случаях:

$$\large I_{ф} = q_ф / \tau_т, \tag{10}$$

Интенсивность подачи огнетушащих веществ находится в функциональной зависимости от времени тушения пожара. Чем больше расчетное время тушения, тем меньше интенсивность подачи огнетушащих веществ и наоборот. Область интенсивности подачи от нижнего до верхнего пределов называется областью тушения. Все интенсивности, лежащие в этой области, могут применяться для тушения. Это дает возможность РТП широко маневрировать имеющимися у него в распоряжении силами и средствами пожаротушения. В справочной литературе требуемая интенсивность подачи огнетушащих веществ соответствует ее оптимальным значениям для тех или иных горючих веществ и материалов и называется нормативной или требуемой.

Требуемая интенсивность подачи огнетушащего вещества даже для одного и того же вида пожарной нагрузки изменяется в широких пределах и зависит от коэффициента поверхности горения, плотности самой пожарной нагрузки и др. Зависимость требуемой интенсивности подачи воды, например для тушения твердых горючих материалов, от интенсивности тепловыделения на пожаре приведена ниже:

Интенсивность тепловыделения, Q Вт/м2 Требуемая интенсивность подачи воды, л/(с·м2)
0,14 0,05
0,29 0,10
0,58 0,20
1,06 0,40

РТП должен учитывать и тот факт, что на интенсивность подачи огнетушащих веществ оказывает влияние расположение пожарной нагрузки и по высоте помещения.

В практике пожаротушения целесообразно использовать такие интенсивности подачи огнетушащих веществ, которые могут быть реализованы существующими техническими средствами подачи и обеспечивают эффективность тушения с минимальными расходами огнетушащих веществ и за оптимальное время.