Расчет сил и средств на тушение пожаров

В статье «Боевые действия подразделений пожарной охраны» даны подробные пояснения содержания понятий «силы и средства пожарной охраны». Далее рассмотрим методику их расчета.

Расчеты сил и средств выполняют в следующих случаях:

• при определении требуемого количества сил и средств на тушение пожара;
• при оперативно-тактическом изучении объекта;
• при разработке планов пожаротушения;
• при подготовке пожарно-тактических занятий;
• при проведении экспериментальных работ по определению эффективности средств тушения;
• при процессе исследования пожара для оценки действий РТП и подразделений.

В соответствии с принятой ранее классификацией пожаров методика расчета сил и средств для различных классов пожаров будет различна. Методику расчета сил и средств также можно классифицировать, например, по видам пожаров (распространяющиеся и нераспространяющиеся), по способу подачи огнетушащего вещества (тушение по площади, объемное тушение) и т.д.

На рис. 1 показана примерная классификация методов расчета сил и средств.

Несмотря на то, что в реальных условиях один вид пожара может переходить в другой (нераспространяющийся в распространяющийся, и наоборот) в методике расчета, в некоторых случаях, распространяющиеся пожары условно приводятся к нераспространяющимся: например, пожары резервуаров, пожары в театрах, пожары лесоскладов, пожары самолетов и т.д. Однако в этом случае за расчетный параметр берется максимальный размер площади пожара. Так, для резервуарных парков – площадь резервуара наибольшего диаметра, для театра – площадь сцены, для лесосклада – половина периметра квартала и т.д.

В общем случае расчет сил и средств сводится к определению требуемого расхода огнетушащих средств, который может быть выражен следующей формулой:

$$\large Q_{тр} = S_п(v_л,\tau)\cdot I_{тр}(v_m,Q^P_H), \tag{1}$$

Проверка возможности локализации пожара прибывшими пожарными подразделениями на данный момент времени определяется из выражения:

$$\large Q_{ф} \ge Q_{тр}; \tag{2}$$

$$\large Q_{ф} = N_{отд} \cdot q_{отд}; \tag{3}$$

где N — количество прибывших отделений на пожар; q_отд — расход огнетушащего вещества, который может обеспечить одно отделение, л/с.

Площадь пожара является, по крайне мере, функцией двух величин: линейной скорости распространения пожара v_л , которая зависит от параметров пожарной нагрузки, вида пожара (открытый, в ограждениях) и т.д., а также времени τ. Нетрудно доказать, что количество тепла, выделяющегося на пожаре, прямопропорционально площади пожара:

$$\large Q_{в} = \beta v_{m} \cdot Q^P_H \cdot S_п; \tag{4}$$

где β — коэффициент недожога; v_m — массовая скорость выгорания, кг/(м²·ч); Q^P_H — удельная теплота сгорания, кДж/кг; S_п — площадь пожара, м².

Остальные параметры являются физическими константами вида пожарной нагрузки, поэтому расчет площади пожара является важным этапом в расчете сил и средств.

Тушение твердых горючих веществ и материалов водой (распространяющийся пожар)

Исходными данными для расчета сил и средств являются:

• характеристика объекта;
• время с момента возникновения пожара до сообщения о нем;
• линейная скорость распространения пожара;
• силы и средства, предусмотренные расписанием выездов и время сосредоточения их;
• интенсивность подачи огнетушащего вещества.

Характеристику объекта получают путем изучения его по технической документации или путем изучения на местности. При этом определяют геометрические размеры помещения, характер пожарной нагрузки и ее размещение на объекте с целью выбора значения линейной скорости распространения пожара, размещение водоисточников относительно объекта и т.д. Время с момента возникновения пожара до сообщения о нем в пожарную охрану зависит от наличия на объекте определенного вида средств охраны, средств связи и сигнализации, их технического состояния. Правильности действий лиц, обнаруживших пожар и др.

С учетом эффекта тушения можно выделить следующие стадии развития пожара (рис. 2):

• I, II – стадии свободного развития пожара, причем на начальной стадии – I стадии (τ до 10 мин) линейная скорость распространения принимается равной 50% ее максимального значения (v_л = 0,5v_л^табл), характерного для данной категории объектов, а с момента времени более 10 мин она принимается равной максимальному значению (II стадия);
• III стадия характеризуется началом введения первых стволов на тушение пожара, в результате чего линейная скорость распространения пожара уменьшается, поэтому в промежутке времени с момента введения первых стволов до момента ограничения распространения пожара (момента локализации) ее значение снова принимают равным 0,5v_л^табл. В момент выполнения условий локализации v_л = 0;
• IV стадия – ликвидация горения.

В инженерных расчетах площадь пожара стремятся свести к простейшим геометрическим фигурам: площади круга (или его частей), площади прямоугольника и т.д. При этом делается допущение, что пожарная нагрузка равномерно размещена, а следовательно, значение линейной скорости во всех направлениях одинаковое (рис. 3).

Форма площади пожара зависит от места возникновения пожара в помещении (в центре, в углу, вблизи стены здания и т.д.) и времени; с течением времени форма площади пожара может изменяться; например, из круговой переходить в прямоугольную.

При круговом развитии пожара и времени распространения до 10 мин (I стадия) площадь пожара вычисляется по следующей формуле:

$$\large S_{п} = \pi (0,5 \cdot v_{л} \cdot \tau_1)^2, \tag{5}$$

где τ₁ ≤ 10 мин; v_л = 0,5v_л^табл.

Выражение в скобках есть не что иное как радиус пожара

$$\large R_{п} = 0,5 v_{л} \cdot \tau_1 \tag{6}$$

При времени распространения пожара более 10 мин до момента введения первых стволов на тушение пожара (II стадия) площадь пожара и его радиус рассчитываются соответственно по формулам:

$$\large \begin{array}{l} S_п=\pi(5v_{л}+v_{л}\tau_2); \\ R_{п} = 5 v_{л} + v_{л}\tau_2, \end{array} \bigg\} \tag{7}$$

где τ₂ = τ – 10.

При ограничении распространения пожара стенами помещения площадь пожара будет принимать форму полукруга или сектора при загорании у одной стены или в углу помещения. Тогда расчетные формулы будут выглядеть следующим образом:

$$\large S_{п} = \frac{\pi}{2} (0,5v_{л}\tau_л)^2 \quad \tau_1 \le 10 мин \tag{8}$$

$$\large S_{п} = \frac{\pi}{2} (5v_{л}\tau_2)^2 \quad \tau \ge 10 мин \tag{9}$$

$$\large S_{п} = \frac{\pi}{2} (0,5v_{л}\tau_1)^2 \quad \tau_1 \le 10 мин \tag{10}$$

$$\large S_{п} = \frac{\pi}{2} (5v_{л}\tau_2)^2 \quad \tau \ge 10 мин \tag{11}$$

В помещениях, у которых длина в несколько раз превышает ширину, например, в коридорах гостиничных комплексов и т.д., пожар только на самой ранней стадии будет иметь круговую форму, а затем переходить в прямоугольную. В зависимости от места возникновения пожар будет распространятся в одном направлении или в нескольких одновременно.

При этом расчетные формулы будут иметь следующий вид:

$$\large \begin{array}{} S_{п} = na (0,5v_{л}\tau_1)^2 ; \quad при \tau_1 \le 10 мин, \\ S_{п} = na (5v_{л}\tau_2)^2 ; \quad при \tau_2 \ge 10 мин, \end{array} \tag{12}$$

где a и n — соответственно ширина помещения и количество направлений распространения пожара.

Глубина фронта пожара рассчитывается по формулам:

$$\large \begin{array}{} l_{фп} = 0,5v_{л}\tau_1 ; \quad при \tau \le 10 мин, \\ l_{фп} = 0,5v_{л}+v_{л}\tau_2 ; \quad при \tau \ge 10 мин, \end{array} \tag{13}$$

На третьей стадии пожара – с момента введения первых стволов и до момента локализации пожара – значение скорости в расчетах принимается равным 50% табличного значения, т.е. v_л = 0,5v_л^табл. В этом случае расчет площади пожара производится по следующим формулам:

$$\large S_{п} = \pi (5v_{л} + v_{л}\tau_2 + 0,5v_{л}\tau_3)^2 – (круговое\ развитие) \tag{14}$$

$$\large S_{п} = \frac{\pi}{2} (5v_{л} + v_{л}\tau_2 + 0,5v_{л}\tau_3)^2 – (полукруговое\ развитие) \tag{15}$$

$$\large S_{п} = \frac{\pi}{4} (5v_{л} + v_{л}\tau_2 + 0,5v_{л}\tau_3)^2 – (угловое\ развитие) \tag{16}$$

$$\large S_{п} = na (5v_{л} + v_{л}\tau_2 + 0,5v_{л}\tau_3)^2 – (прямоугольное\ развитие) \tag{17}$$

где τ₃ = τ_т – τ_вв; τ_т – текущий момент времени; τ_вв – время введения первых стволов на тушение τ₃^max = τ_лок – τ_вв, где τ_лок — время локализации пожара, мин.

Однако в некоторых случаях пожарные подразделения не могут подать огнетушащее вещество одновременно на всю площадь пожара, например, при недостатке сил и средств, недостаточной дальнобойности струй пожарных стволов, тогда тушения осуществляется по фронту распространения пожара, т.е. по площади тушения, которая составляет некоторую часть от площади пожара. При этом пожар локализуется на решающем направлении, а затем осуществляется процесс его тушения на других направлениях.

Площадь тушения S_т (часть площади пожара, на которую подается огнетушащее вещество) для указанных выше геометрических форм площади пожара определяется по формулам:

а) по круговой форме

$$\large S_{т} = \pi (R^2 – r^2); \tag{18}$$

$$\large S_{т} = \pi h_т (2R – h_т); \tag{19}$$

Где h_т – глубина тушения стволов соответственно принимается равной для ручных стволов 5 м; для лафетных – 10 м.

б) при полукруговой и угловой соответственно

$$\large S_{т} = 0,5\pi h_т (2R – h_т); \tag{20}$$

$$\large S_{т} = 0,25\pi h_т (2R – h_т); \tag{21}$$

Нетрудно заметить что при круговом развитии пожара площадь тушения имеет кольцевое сечение с толщиной кольца, равной глубине тушения ствола;

в) при прямоугольной форме при подаче стволов по всему периметру пожара

$$\large S_{т} = 2 h_т (a+b-2h_т), \tag{22}$$

где а и b — соответственно ширина и длина фронта пожара;

г) при прямоугольной форме пожара при подаче стволов по фронту распространения пожара

$$\large S_{т} = nah_т, \tag{23}$$

где а и n — соответственно ширина помещения и количество направленной подачи стволов.

В зависимости от формы площади тушения процесс тушения пожара может протекать по-разному (рис. 4).

Тушение пожаров, у которых площадь тушения переменная

При круговом развитии пожара или при тушении прямоугольного пожара по всему периметру значение площади тушения есть функция времени. После достижения условия локализации, в процессе тушения пожара, площадь тушения будет уменьшаться, если принять, что глубина тушения стволов не изменяется (h_т = const = 5-10 м). Тогда возможны два случая тушения пожара.

1-й случай (рис. 4, а). Процесс тушения ведут до самого конца с постоянным расходом воды Q_ф = Q_тр = const, который был достигнут в момент локализации пожара. В этом случае по мере тушения пожара и продвижения ствольщиков к центру очага возникновения пожара площадь тушения будет уменьшаться. Следовательно, при неизменном расходе воды фактическое значение интенсивности подачи будет возрастать и в пределе стремиться к бесконечности.

При этом время ликвидации пожара будет минимальным.

2-й случай (рис. 4, б). После достижения условия локализации пожара (Q_ф ≥ Q_тр) процесс тушения пожара ведут с переменным расходом огнетушащего вещества, т.е. обеспечивая постоянство интенсивности подачи уменьшением площади тушения. В этом случае время ликвидации пожара будет больше, чем в первом случае.

Тушение пожара с постоянной площадью тушения

Площадь тушения имеет постоянное значение у пожаров прямоугольной формы с односторонним или многосторонним развитием. В этом случае возможен только один из вариантов тушения пожара, т.е. фактическое значение расходов огнетушащего вещества поддерживается в течение всего времени тушения постоянным, так как в противном случае будет нарушено условие локализации пожара (рис. 4, в).

Определение требуемого расхода воды на тушение и защиту

В зависимости от обстановки на пожаре требуемый расход огнетушащего вещества для тушения твердых горючих материалов определяют на всю площадь пожара или только на площадь тушения.

Расчет ведут по формулам:

$$\large Q_{тр}^{т} = S_п I_{тр}, \tag{24}$$

$$\large Q_{тр}^{лок} = S_п I_{тр}, \tag{25}$$

Нередко обстановка на пожаре требует подачи определенных расходов воды на защиту негорящего объекта (помещения, резервуара, выше расположенного этажа и т.д.), расположенного вблизи объекта пожара. В таких случаях чаще всего исходят из количества мест защиты, например, один-два ствола с расходом 3,5-7,0 л/с на этаж, лестничную клетку, подвальное и чердачное помещения и др. Расходы огнетушащих веществ на защиту определяют по площади, на которую возможно распространение пожара, или периметру защищаемого объекта. Интенсивность подачи огнетушащих веществ на защиту объекта, которому угрожает распространение пожара, принимают исходя из опыта тушения пожаров, обычно в 2-3 раза меньше по сравнению с интенсивностью на непосредственное тушение.

Поскольку процесс развития и тушения распространяющихся пожаров носит динамический характер, следовательно, и критерий расчета требуемого количества сил и средств должен учитывать динамику развития пожара и динамику сосредоточения и введения сил и средств на тушение пожара в соответствии с расписанием выезда пожарных подразделений на пожар.

Определение требуемого количества стволов и отделений

Количество стволов на тушение определяют по формулам:

$$\large N_{ст}^{т} = \frac{Q_{тр}^{т}}{q_{ст}} \tag{26}$$

$$\large N_{ст}^{з} = \frac{Q_{тр}^{з}}{q_{ст}} \tag{27}$$

где, Q_тр^з — расход воды на защиту (л/с), N_ст^з — количество стволов на защиту.

Общее количество стволов на тушение пожара и защиту смежных объектов будет равно:

$$\large N_{ст}^{общ} = N_{ст}^{т} + N_{ст}^{з} \tag{28}$$

Количество отделений, которые необходимо вызвать на пожар, определяют исходя из тактических возможностей их боевых расчетов. Практически количеств отделений находят делением требуемого расхода огнетушащего вещества на расход, который может подать одно отделение (один боевой расчет).

$$\large N_{отд} = \frac{Q_{тр}}{Q_{отд}} \tag{29}$$

Количество отделений можно рассчитывать также по формуле:

$$\large N_{отд} = \frac{N_{ст}}{N_{ст.отд}} \tag{30}$$

где N_ст и N_ст.отд — соответственно требуемое количество стволов на тушение и количества стволов, которое может подать одно отделение.

В большинстве случае, как показала практика, одно отделение может подать на тушение горящих и защиту соседних объектов не более 14-20 л/с воды. Поэтому при решении задачи, безотносительно к какому-либо гарнизону, эти величины принимаются как средние.

На водоисточники устанавливают не всю технику, которая прибывает на пожар, а такое ее количеств, которое обеспечивало бы подачу расчетного расхода, т.е.

$$\large N_{н} = \frac{Q_{тр}}{0,8Q_{н}} \tag{31}$$

где Q_н — подача насоса, л/с.

Такой оптимальный расход проверяют по принятым схемам боевого развертывания с учетом длины рукавных линий и расчетного количества стволов. В любом из указанных случаев, если позволяют условия (в частности, насосно-рукавная система), боевые расчеты прибывающих подразделений должны использоваться для работы от уже установленных на водоисточники автомобилей.

Это не только обеспечит использование техники на полную мощность, но и ускорит введение сил и средств на тушение пожара.

Тушение пожаров воздушно-механической пеной на площади (нераспространяющиеся пожары или условно приводящиеся к ним)

Исходные данные для расчета:

• площадь пожара;
• интенсивность подачи раствора пенообразователя;
• интенсивность подачи воды на охлаждение;
• расчетное время тушения.

При пожарах в резервуарных парках за расчетный параметр берут площадь зеркала жидкости наибольшего резервуара или площадь в обваловании, наибольшую возможную площадь разлива ЛВЖ при пожарах на самолетах.

На первом этапе боевых действий производят охлаждение горящих и соседних резервуаров. Расход воды на охлаждение (защиту) горящего вертикального металлического резервуара определяют по формуле:

$$\large Q_{тр}^{з.г} = \pi \cdot D \cdot I_{тр}^{г} \tag{32}$$

где I_тр^г — требуемая интенсивность подачи воды 0,8 л/(м·с); (при горении жидкости в обваловании интенсивность увеличивается до 1 л/(м·с) длины окружности резервуара, находящегося в зоне непосредственного воздействия пламени) но не менее 3-х стволов.

На защиту соседних с горящим резервуаров и отстоящих от него до двух нормативных расстояний требуемый расход воды определяется по формуле:

$$\large Q_{тр}^{з.г} = 0,5\pi \cdot D \cdot I_{тр}^{с} \tag{33}$$

где I_тр^с = 0,3 л/(м·с); но не менее 2-х стволов.

Расход воды на охлаждение подземных резервуаров (горящих и соседних с ними) принимают по СНиПу в зависимости от объема резервуара.

Определение требуемого расхода раствора пенообразователя производят по формуле:

$$\large Q_{тр}^{р-ра} = S_п I_{тр} = \pi R^2 I_{тр} \tag{34}$$

где R — радиус горящего резервуара, м; I_тр — интенсивность подачи раствора пенообразователя, которая при тушении пеной средней кратности в зависимости от температуры вспышки паров горящей жидкости находится в следующих пределах:

при t_всп ≤ 28°С l_тр = 0,08 л/(м²·с);

при t_всп > 28°С l_тр = 0,05 л/(м²·с).

Требуемое количество генераторов пены средней кратности типа ГПС рассчитывается по формуле:

$$\large N_{ГПС} = \frac{Q_{тр}^{р-ра}}{q_{ГПС}} = \pi \cdot R^2 \frac{I_{тр}}{q_{ГПС}}, \tag{35}$$

где q_ГПС — расход раствора пенообразователя для ГПС-600 и ГПС-2000 принимается соответственно равным 6 и 20 л/с.

Для проведения приближенных расчетов принимают, что один ствол ГПС-600 обеспечивает тушение пожара нефтепродуктов с температурой вспышки 28°С и ниже на площади 75 м² и тушение нефти и жидкости с температурой вспышки свыше 28°С на площади 120 м².

При тушении пожаров жидкостей пенами необходимо сосредоточить у места пожара и подготовить к действию расчетное количество и резерв пенообразующих средств.

Требуемое количество пенообразователя для тушения пожара определяют по формуле:

$$\large W_{по} = N_{ГПС} \cdot q_{ГПС} \cdot \tau_н \cdot 60K \tag{36}$$

где N_ГПС — количество генераторов пены; q_ГПС — расход пенообразователя через генератор, л/с; τ_н — нормативное время тушения пожара, принимается равным 10 мин; К — коэффициент запаса, принимается равным 3.

Требуемое количество отделений на тушение пожара определяется по формуле:

$$\large N_{отд}^т = \frac{N_{ст}^т}{n_{ст.отд}}, \tag{37}$$

где n_ст.отд — количество стволов ГПС, которое может подать одно отделение.

Общее количество отделений будет равно:

$$\large N_{отд}^{общ} = N_{отд}^{з} + N_{отд}^{т}, \tag{38}$$

Тушение пожаров в помещениях воздушно-механической пеной по объему

При пожарах в помещениях иногда прибегают к тушению пожара объемным способом, т.е. заполняют весь объем воздушно-механической пеной (трюмы судов, кабельные тоннели, подвальные помещения и т.д.).

В этом случае требуемое количество стволов ГПС получают из следующих выражений:

$$\large W_{пены}^{тр} = N_{пом} \cdot K \tag{39}$$

или

$$\large N_{ГПС} \cdot q_{ГПС} \cdot K_{п} \cdot \tau_н = W_{пом} \cdot K_{р}; \tag{40}$$

$$\large N_{ГПС}^{тр} = \frac{W_{пом} \cdot K_{р}}{q_{ГПС} \cdot K_{п} \cdot \tau_н}; \tag{41}$$

где W_пом — объем помещения, м³; q_ГПС — расход пены из ГПС, м³/мин; τ_н — нормативное время тушения пожара, принимается равным 10 мин; К_р — коэффициент запаса, принимается равным 3.

Требуемое количество раствора пенообразователя определяется так же, как и при тушении ЛВЖ и ГЖ по площади пожара.

Тушение пожаров порошковыми составами

В последнее время все шире входит в практику пожаротушения, порошковые огнетушащие составы, которые эффективно тушат пожары классов: А (ТГМ), В (жидкостей), С (газов), Д (металлов) и т.д. На вооружении подразделений пожарной охраны находятся автомобили порошкового тушения и автомобили комбинированного тушения.

В зависимости от обстановки на пожаре ликвидация горения осуществляется лафетными стволами с расходом порошка 30-40 кг/с или ручными с расходом 2-4 кг/с. Подача ПОС на площади пожара производится при тушении пожаров твердых горючих материалов, жидкостей, металлов.

При этом методика расчета сил и средств в общем виде сводится к определению следующих параметров:

требуемого расхода порошка

$$\large Q_{тр} = S_{п} \cdot I_{тр}, \tag{42}$$

где I_тр — для порошков общего назначения принимается равной 0,3 кг/(м²·с);

количество стволов

$$\large N_{ст}^{тр} = \frac{Q_{тр}}{q_{ст}}; \tag{43}$$

количество порошка для тушения пожара

$$\large W_{п}^{тр} = S_{п} \cdot I_{тр} \cdot \tau_р \quad или \quad W = S_п \cdot q_{уд} \tag{44}$$

где τ_р — расчетное время тушения, принимается равным 30 с; q_уд — требуемый удельный расход порошка, кг/м².

Удельный расход порошка общего назначения при тушении пожаров ТГМ и жидкостей ориентировочно составляет 2-5 кг/м², порошков специального назначения при тушении пожаров металлов 30-50 кг/м².

требуемого количества автомобилей порошкового тушения

$$\large N_{АП}^{тр} = \frac{W_{п}^{тр}}{W_{АП}}; \tag{45}$$

W_АП – объем порошка вывозимого на автомобиле.

Пожары на открытых технологических установках в виде факельного горения или пожары газовых и нефтяных фонтанов тушатся объемным способом, т.е. подачей порошка в объем зоны горения. Подача порошка на тушение может производиться с помощью порошковых автомобилей и других технических средств. Методика расчета сил и средств при тушении порошковыми автомобилями сводится к определению следующих параметров:

требуемого расхода порошка

$$\large Q_{п}^{тр} = Q_г \cdot q_{уд}, \tag{46}$$

где Q_г — расход аварийно истекающего горючего газа, м³/с; q_уд — удельный расход порошка, принимается равным 1 кг/м³ или 25-30 кг/м²;

количество стволов

$$\large N_{ст}^{тр} = \frac{Q_{тр}}{q_{ст}}; \tag{47}$$

количество порошка

$$\large W = Q_г \cdot q_{уд} \cdot \tau_р, \tag{48}$$

где τ_р — расчетное время тушения, принимается равным 30 с.