CC BY
60
ПОЖАРНАЯ БЕЗОПАСНОСТЬ ЗДАНИЙ, СООРУЖЕНИЙ, ОБЪЕКТОВ
УДК 614.841.48
ПРОТИВОПОЖАРНЫЕ РАССТОЯНИЯ МЕЖДУ АВТОТРАНСПОРТНЫМИ СРЕДСТВАМИ НА ОТКРЫТЫХ ПРОСТРАНСТВАХ
Предложена методика экспериментального исследования противопожарных расстояний между автомобилями, автомобилем и специальным модельным очагом пожара (СМОП) разлитого топлива на открытом пространстве, обосновываются параметры СМОП для определения признаков пожарной опасности ограждающих конструкций автомобиля.
Из семи миллионов пожаров, ежегодно происходящих в мире, около 10% относятся к автотранспортным средствам [1,2]. Пожары автомобилей занимают второе место после пожаров в жилом секторе. Последствия от них для людей и окружающей среды приобрели большое социально-экономическое значение, особенно в крупных мегаполисах.
Пожары на открытых автостоянках и стихийных стоянках в жилом секторе составляют до 20% от их общего числа. Возгорание легкового или грузового автомобиля вызывает его повреждение и пожары рядом стоящих автомобилей, пожар автобуса и автоцистерны с топливом нередко приводит к групповым загораниям автомобилей. От 10 до 32% пожаров автомобилей происходят вследствие поджогов. Получили распространение массовые поджоги, в результате которых сгорели и были повреждены тысячи легковых автомобилей и автобусов. При этом большинство этих автомобилей находились на уличных магистралях, в жилом секторе.
Расстояния между автотранспортными средствами на автомобильных стоянках и стоянках в жилом секторе, автозаправочных станциях, автомагистралях при заторах в ряде случаев существенно меньше противопожарных расстояний, что при сильном ветре на автострадах и перекрестках нередко приводит к массовым пожарам.
В настоящее время противопожарные расстояния между объектами определяются опытным или расчетным путем (ГОСТ 12.004-91*):
РЧг - 8 прс0
т
и 100
пд 100
Ф 2 -1>
(1)
где Р — коэффициент безопасности;
дг — пожароопасная плотность теплового излучения материала или вещества, Вт/м ;
с.
^пр 0 —
— приведенная степень черноты системы; коэффициент излучения абсолютно черного тела;
Ти — температура излучающей поверхности; Тпд — предельно допустимая температура материала или вещества;
Ф2-1 — коэффициент облученности между излучающей и облучаемой поверхностями. Превышение Тпд приводит к потере теплоустойчивости системы или теплостойкости вещества или материала, а также предшествует признакам их пожарной опасности, одним из которых является время воспламенения. Признаком пожарной опасности, повышающим противопожарное расстояние, является газопаровоздушная среда (ГПВС), образующаяся при воздействии теплового излучения на лакокрасочные покрытия (ЛКП) и пластмассы кузова и кабины автомобиля. Также повышает противопожарное расстояние воздействие ветра на пламя специального модельного очага пожара (СМОП) разлитого топлива или автомобиля.
Методика расчета теплового излучения от СМОП основана на работах Д. Драйздела, Гос-НИИ ГА и Академии ГПС МЧС РФ [2-4]:
ПОЖАРОВЗРЫВОБЕЗОПАСНОСТЬ 2006 ТОМ 15 №3
Ипл = 0,23ес2'5 - 1,02В; Яс = т ЯНЪг ,
/1С С-0,65 г- 1,5
цг = 45Л ' Ь ',
(2)
(3)
(4)
где Нпл — высота факела пламени очага, м;
Яс — интенсивность тепловыделения очага пожара, Вт;
В — приведенный диаметр очага пожара, м; Яр —низшая теплота сгорания топлива, Дж/кг;
^г
Ь
И о-0,65 \-1,5
приведенное расстояние, (I ■ Ъ ) ' ;
I — расстояние от СМОП до облучаемого объекта.
Предельно допустимое противопожарное расстояние между автомобилями определяется по зависимости:
Ьпд Ькр + ЬГ
+ Ьп
(5)
где Ьк
кр значение противопожарного расстояния по уравнению (1);
ЬГПВС — горизонтальная проекция ГПВС; Ьпл — горизонтальная проекция факела пламени автомобиля и СМОП при воздействии ветра. Признаки пожарной опасности конструкций автомобиля определяются критерием безопасности по теплоустойчивости:
Кбх хэ /Хпд ,
(6)
где хэ — время воздействия теплового излучения или время тепловой экспозиции (рис. 1); хпд — время наступления предельно допустимой температуры элемента системы, материала или вещества.
Т, °с
1пд
хпд 1 хпд2
хуст 2 хуст 3 х, с
Рис. 1. Зоны пожарной опасности (I) и теплоустойчивости (II) системы: хпд — время достижения предельно допустимой температуры Тпд; хуст — время установления температурного режима системы; 1 — режим системы без теплоотвода(Т = Т0 + кх); 21,22
тепловой режим системы с результирующей тепловой нагрузкой, Кт = Ерез/(Сгт); 31, 32 — установившийся тепловой режим системы, Кт = Т /Тпд
Признаками пожарной опасности автомобиля при воздействии лучистого теплового потока на ограждающие конструкции и горючие элементы автомобиля являются:
• образование ГПВС ЛКП и пластмасс;
• изменение цвета, вспучивание и обгорание ЛКП, пиролиз и загорание резинотехнических уплотнений остекления и пластмасс;
• загорание шин, утепления кузова, нагрев ограждающих элементов до критических температур по условию воспламенения и самовоспламенения;
• утечка топлива вследствие потери герметичности в элементах системы питания;
• утечка смазочных материалов из агрегатов вследствие потери герметичности;
• образование пузырей в трехслойном остеклении;
• разрушение остекления салона и кабины автомобиля;
• истечение топливовоздушной смеси из топливных баков.
Требования к СМОП в зависимости от решаемой задачи [5] таковы: площадь очага горения, определяемая средними значениями емкости топливного бака автомобиля и разлива топлива из автоцистерн; ширина очага горения, определяемая условиями горения; длина очага пожара, определяемая условием облучения автомобиля по его поверхностям на расстоянии между автомобилями на автостоянке и полосами движения на автостраде; длина очага пожара для легкового, грузового автомобилей среднего класса и автобуса (автоцистерны для перевозки нефтепродукта, автомобильного поезда) составляет соответственно 6,0; 9,0 и 14,0 м.
Параметры информационно-измерительной системы температур элементов автомобиля и ограждающих конструкций, окружающей среды приведены в работе [6]. Лучистый тепловой поток СМОП определялся по зависимостям (2)-(4) и сравнивался с опытными показаниями.
Геометрические параметры пламени определялись по методике [3]. В опытах значения высоты пламени и угла от оси СМОП определялись по мерным вешкам, данным обработки видеозаписей и фотографий пожаров автомобилей. Аналогично определялись параметры ГПВС.
Противопожарные расстояния между легковым и специальным грузовым автомобилями, между автомобилем и СМОП изучались на полигоне Академии ГПС МЧС РФ. Полигон позволял моделировать фрагмент улицы с четырехсторонним движением (рис. 2), автостоянку.
Определялись признаки пожарной опасности ограждающих конструкций автомобилей в резуль-
2
0
ООЖАРООЗРЫООБЕЗООАСНОСТЬ 2006 ТОМ 15 №3
51
2,3 1
3,5 м
3,51
1,7 м
5
6
3,5 м
3,5 м
20,01
Таблица 1. Параметры пламени автомобиля
Рис. 2. Схема полигона для исследования признаков пожарной опасности кузова автомобиля и противопожарного расстояния между автомобилями, автомобилем и СМОП: 1, 4 — грузовой и легковой автомобили соответственно; 2 — СМОП; 3 — площадка для проведения экспериментов; 5 — информационно-измерительная система; 6 — радиометр
тате воздействия теплового излучения СМОП и пожара автомобилей для нахождения противопожарных расстояний между ними. Пожарная опасность автомобиля определялась по излучению теплового потока СМОП.
При развитии пожара от внутренних модельных источников зажигания салона и кабины происходило разрушение остекления, в результате которого внутренний пожар становился внешним и пламя последнего воздействовало на рядом расположенные объекты. Потеря герметичности элементов системы питания двигателя и утечка горюче-смазочных материалов увеличивают пожароопасную зону.
При скорости ветра 8-10 м/с по оси автомобиля время задержки начальной стадии пожара снижается в багажном отсеке и увеличивается — в моторном. При этом условная пожарная опасность автомобиля определяется температурой поверхности двигателя, равной 0,8 температуры самовоспламенения Тсеп горючей жидкости (ГОСТ 12.004-91*) и составляющей около 240°С.
В табл. 1 приведены результаты воздействия теплового излучения СМОП разлитого топлива. Опыты показали, что при плотности потока теплового излучения около 4 кВт/м2 отсутствует видимое изменение ЛКП и уплотнений остекления, а их температура ниже предельно допустимой.
При изучении указанного воздействия были определены признаки пожарной опасности элементов кузова и соответствующие им предельно допустимые температуры, а также время экспозиции (рис. 3).
Вид автомобиля ам аз 2 я , ¿и Высота Н„,, м Ширина Вп, , м Боковая поверхность 5, м2 Мощность Мд, МВт н В к йд
Легковой 3,0 2,0 2-3,0 8-10 4-7 28-65
Грузовой: кабина 2,0 2,0 2,5-3,0 15-20 5 28-50
автомобиль 8,0 3-10 28-50
Автоцис-
терна: кабина 2,5 2,5 2,8-3,3 6,25 5 28-65
автомобиль 8-10 3,0 3,5 35 100 50
- Центр облучаемой --- Колесо
поверхности ........... Багажник
- Боковая облучаемая ------Крышка капота
поверхность ---Крыша
250
200
150
100
50
Рис. 3. Температура элементов ограждения легкового автомобиля на расстоянии 1 м от
Тпд 1 = 80°С — предельно допустимая температура ЛКП по условию начала образования ГПВС; Тпд 2 = 130°С — предельно допустимая температура ЛКП по условию теплостойкости; Тпд 3 = 0,8Тсвп — предельно допустимая температура элемента ограждения по условию самовоспламенения паров ГЖ; значения тпд 1 - твд 3 соответствуют времени наступления Тпд 1 - Тпд 3
На рис. 4 показаны результаты воздействия на ГПВС ветра и пламени пожара салона автомобиля. Начиная с 80°С ЛКП под воздействием лучистого потока образуют пожароопасную ГПВС. При воздействии лучистого теплового потока 14 кВт/м2 на ЛКП кузова ЗИЛ-130 образуется ГПВС толщиной до 0,5 м, легкового автомобиля — до 2 м. Время существования ГПВС в зависимости от значения лучистого теплового потока составляет от 5 до 30 с. При этом происходит поглощение лучистого потока слоем ГПВС и снижение скорости нагрева в диапазоне температур ЛКП и пластмасс от 80 до 130°С.
2
3
1
4
6
Т,
0
52
ООЖАРООЗРЫООБЕЗООАСНОСТЬ 2006 ТОМ 15 №3
Рис. 4. Результат воздействия теплового излучения СМОП и ветра на ограждение автомобиля г = 14 кВт/м): а1, а2 — начало и завершение образования ГПВС; б1, б2 — результат воздействия ветра на пламя салона автомобиля при скорости ветра 4,0 и 10,0 м/с соответственно
Обобщенные экспериментальные данные по пламени автомобиля приведены в табл. 1.
Таким образом, воздействие лучистого теплового потока на ограждающие конструкции и топливный бак вызывает снижение значений противопожарного расстояния за счет ГПВС горючих материалов. Лучистый тепловой поток от боковой поверхности пламени автомобиля определяет значение противопожарного расстояния между автомобилями в одном ряду, от передней и задней поверхностей — между автомобилями в одной полосе. Средняя температура пламени в оконном проеме салона и кабины автомобиля в установившейся стадии пожара составляет 600-800°С.
В табл. 1 высота пламени Нт определяется от нижней кромки оконного проема, ширина Впл равна ширине автомобиля плюс 1 м, длина Ьпл — длине бокового остекления кабины грузового автомобиля, салона автобуса и легкового автомобиля. В табл. 2 приведены обобщенные данные по пре-
дельным параметрам веществ и материалов конструкции ограждения автомобиля.
В табл. 3 представлены значения противопожарных расстояний между автомобилями, автомо-
Таблица 2. Предельно допустимые и пожароопасные параметры веществ и материалов
Материал, Предельно допустимые параметры Пожароопасные признаки
вещество Tпд, °С $пд , кВт/м2 ^пд , с Т °С пп $пп , кВт/м2 ^ пп , с
Пластмасса, ЛКП 100 4 900 140 7 300
Резинотехнические изделия: уплотнения, шины 120 4 900 200 7 360
Остекление: оргстекло закаленное триплекс 100 140 160 4 6 6 000 000 999 150 180 200 7 8 10 300 360 400
ПОЖАРОНЗРЫНОБЕЗОПАСНОСТЬ 2006 ТОМ 15 №3
53
Таблица 3. Противопожарные расстояния между автомобилями на открытых пространствах
Противопожарное расстояние, м
Вид автомобиля крити- предельно безопас-
ческое Ькр допустимое Ьпд ное Ь(,
Легковой класса:
малого 1 2,5 3,5
среднего 2 3,5 4,5
Прицеп-дом 2 4,5 6,0
Грузовой:
автоцистерна 2 5,0 8,0
кабина:
ЗИЛ 1 3,0 4,0
МАЗ-543 2 5 6,0
кузов КУНГ 2 4,5 6,0
Автобус среднего 2 4,0 7,0
класса
билем и СМОП разлитого топлива на открытых пространствах. Значения Ькр соответствуют расположению легкового автомобиля на автостоянках у зданий и сооружений; Ь6 для легкового автомобиля и автоцистерны с топливом ниже значения для автозаправочных станций.
Выводы
1. Разработана методика экспериментального исследования противопожарных расстояний между автомобилями, автомобилем и СМОП разлитого топлива на открытом пространстве.
2. Обоснованы параметры СМОП для определения признаков пожарной опасности ограждающих конструкций автомобиля, требования к полигону для исследования противопожарных расстояний между отдельными автомобилями, группами автомобилей, автомобилем и СМОП.
3. Определены признаки пожарной опасности ограждающих конструкций автомобиля при воздействии теплового излучения и их параметры: температура Тпп и плотность лучистых тепловых потоков цпп материалов и веществ конструкций, дополняющие показатели пожарной опасности веществ и материалов.
4. Найдены противопожарные расстояния между автомобилями, автомобилем и СМОП (см. табл. 3): расстояние по признакам пожарной опасности элементов ограждающих конструкций; горизонтальная проекция пламени СМОП от скорости ветра; горизонтальная проекция ГПВС, образующейся при тепловом облучении горючих материалов и веществ. Горизонтальная составляющая пламени салона автомобиля и СМОП изменяется в пределах от 0 до 2,0 м. Горизонтальная составляющая ГПВС (0,3-2,0 м) соизмерима с расстояниями между автомобилями.
Результаты исследований пожарной опасности автомобилей могут быть использованы в моделях развития пожаров автотранспортных средств во время землетрясения на улицах городов и при других чрезвычайных ситуациях, служить основой для разработки планов пожаротушения.
ЛИТЕРАТУРА
1. Исхаков X. И., Каминский Я. Н., Пахомов А. В. Пожарная безопасность автомобиля. — М.: Транспорт, 1987.
2. Исхаков X. И., Логачев Е. Н. Пожаровзрывобезопасность автотранспортных средств для перевозки нефтепродуктов. — М.: Калан-Форт, Академия ГПС МЧС РФ, 2003.
3. Драйздел Д. Введение в динамику пожара / Пер. с англ. — М.: Стройиздат, 1990.
4. Зайцев В. В., Исхаков X. И., Назаров В. П. Противопожарные расстояния между автотранспортными средствами. — М.: Академия ГПС МЧС РФ, 2004.
5. Рогов И. В., Зайцев В. В., Логачев Е. Н. и др. Информационно-измерительная система оценки теплоустойчивости пожарного автомобиля для полигонных условий // Системы безопасности: Материалы XIII науч.-техн. конф. — М.: Академия ГПС МЧС РФ, 2004.
6. Зайцев В. В., Исхаков X. И., Логачев Е. Н. Влияние испарения горючих материалов ограждающих конструкций и элементов автомобиля на противопожарный разрыв // Системы безопасности: Материалы XI науч.-техн. конф. — М.: Академия ГПС МЧС РФ, 2002.
7. Исхаков X. И., Назаров В. П., Зайцев В. В. и др. О проведении огневых полигонных экспериментов по оценке пожарной безопасности автотранспортных средств // Системы безопасности: Материалы XIII науч.-техн. конф. — М.: Академия ГПС МЧС РФ, 2004.
Поступила в редакцию 01.03.06.
54
ПОЖАРООЗРЫООБЕЗОПАСНОСТЬ 2006 ТОМ 15 №3
