Курсовая работа: Пожарная опасность электрических кабельных линий

Пожарная опасность кабельных линий - это вероятность возникновения и развития пожара. Электрические линии со слаботочными кабелями часто приводят к возгоранию, причем огонь с одного провода перекидывается на остальные, образуя сильное пламя. Наибольшая опасность - угроза для людей, их жизням, здоровью, имуществу, материальным ценностям.

Пожарную безопасность кабельных линий характеризуют два основных показателя [2]:

- предел распространения горения - наибольшее расстояние, на которое распространяется горение, в каждую из сторон от области действия наружного или внутреннего источника зажигания;

- предел огнестойкости Способность распространять горение определяется по величине удельного количества теплоты сгорания, указанного в таблице показатель сопротивляемости конструкции или материала огню.

Установление вышеуказанной характеристики осуществляется несколькими методами.

1) Метод установления предела распространения горения КЛ путем расчета. Процесс предполагает вычисление удельной теплоты сгорания кабельной линии и сравнение полученной величины с табличными значениями минимума и максимума данной характеристики, представленные в таблице 1.

Таблица - 1 Способность распространения горения по величине удельного количества теплоты сгорания

Примечание - Уmin и Уmax получены экспериментально

Расчет удельной теплоты сгорания КЛ проводят по формуле:

, (1.1)

где W_i - теплота сгорания 1 метра кабеля i -го типоразмера, кДж/см³, определяемая по ГОСТ 147-74 (СТ СЭВ 1463-78) «Топливо твердое. Метод определения высшей теплоты сгорания и вычисление низшей теплоты сгорания;

n - общее количество кабелей в прокладке;

B - расстояние между кабелями в ряду, см;

N - количество рядов;

Н - расстояние между рядами, см;

d_cp - среднеарифметическое значение диаметров кабелей в прокладке, см, которое определяют по формуле:

, (1.2)

где d_i - диаметр i -го кабеля в КЛ, см;

n - число кабелей в КЛ.

Если выполняется неравенство У _max > У > У _min , то такая КЛ относится к линии, распространяющей горение.

2) Метод нахождения предела пожаростойкости КЛ с помощью проведения испытаний.

Для его осуществления необходимы:

- пять образцов кабелей с огнезащитным покрытием;

- высоковольтный источник питания;

- газовая горелка;

- устройство для поддержания образца в конце испытаний.

Тестирование проводится следующим образом: расположенный горизонтально по отношению к газовой горелке образец подключается к источнику питания и подвергается воздействию горелки вместе с поданным напряжением. Как только нарушится изоляция, все приборы удаляются и усилия должны быть сняты. Испытание заключается в следующем: необходимо установить время от начала теста до первой пробоины в изоляции.

Результатом данного метода является среднее арифметическое значение времени, полученное после исследований всех пяти образцов.

2. Параметры, характеризующие пожарную опасность распространения пожара на РВС с ЛВЖ, расположенного рядом с горящим РВС

Одним из опасных условий пожара горящего резервуара для рядом расположенного резервуара считается тепловое излучение от факела пламени. Анализ стабильности технологической системы «РВС-ЛВЖ», находящейся вблизи с пылающим резервуаром, к теплу пожара считается одним из приоритетных вопросов в нормировании противопожарной защиты [3].

Устойчивое состояние резервуара с ЛВЖ обеспечивается при выполнении следующих двух условий [3]:

- текущая температура стенки t_w не достигает опасного значения, равного температуре самовоспламенения паров ЛВЖ t_св;

- рабочие напряжения _р, возникающие в элементах оболочки резервуара под действием избыточного давления паров внутри резервуара, не достигают предела прочности _ПЧ.

Опасность взрыва внутри резервуара с ЛВЖ возникает при выполнении следующих двух условий [3]:

- текущая температура стенки t_w достигает или превышает опасное значение, равное температуре самовоспламенения паров t_св;

- концентрация паров ЛВЖ _р внутри резервуара входит в область взрывоопасных значений;

Опасность факельного горения паров, выходящих из дыхательного клапана резервуара, характеризуется возможностью выполнения следующих двух условий [3]:

- текущая температура стенки t_w достигает или превышает опасное значение, равное температуре самовоспламенения паров t_св.

- до и в процессе нагрева жидкости концентрация паров _р внутри резервуара превышает верхний концентрационный предел распространения пламени;

Резервуары с ЛВЖ, расположенные рядом с горящим резервуаром иногда взрываются, а иногда в течение всего пожара остаются невредимыми. В отдельных случаях наблюдается факельное горение в местах выхода паров из резервуара или происходит механическое разрушение резервуара из-за повышения давления вследствие интенсивного кипения ЛВЖ.

Термические и геометрические параметры факела пожара:

1) Максимальную среднеповерхностную плотность излучения, Втм^-2, которую факел пламени горящей ЛВЖ имеет в штиль, можно определить по следующей формуле:

q_ф = (335 + 7112 / d_р) m_выг10³, (2.1)

где d_р - диаметр горящего резервуара, м;

m_выг - массовая скорость выгорания ЛВЖ, кгс^-1м^-2.

2) В условиях штиля форму факела пламени рассматривают в виде качающегося цилиндра. Высоту факела пламени, м, определяют по формуле

(2.2)

где _в - плотность воздуха, кгм^-3 (допускается принимать 1,2 кгм^-3);

- ускорение свободного падения, равное 9,81 мс^-2.

3) Опасные конструктивные элементы резервуара, расположенные рядом с горящим резервуаром, могут быть нагреты до температуры самовоспламенения, и послужить источником зажигания взрывоопасной паровоздушной смеси.

4) Плотность падающего теплового потока от факела горящего резервуара на элемент конструкции облучаемого резервуара, расположенной по нормали к основанию факела пожара, Втм^-2.

q_w = q_{ф н}. (2.3)

5) Коэффициент облученности _н для элементарной площадки соседнего резервуара, расположенного по нормали к основанию факела пламени, определяем на основании расчетной схемы, показанной на рисунке 1, по формуле:

(2.4)

B₁ = x₁/2y₁ ; (2.5)

C₁ = h_ф/y₁. (2.6)

1 горящий РВС; 2 соседний РВС; dF_w элемент конструкции резервуара, расположенный по нормали к основанию факела пламени; l_р расстояние между резервуарами; y₁ расчетное расстояние между пламенем и элементарной площадкой с учетом фактора видимости; x₁ расчетная ширина пламени с учетом фактора видимости.

Рисунок 1 - Расчетная схема к определению температуры элемента конструкции РВС, расположенного рядом с горящим РВС

6) Значения x₁ и y₁ определяют по следующим формулам:

(2.7)

(2.8)

Возможность и продолжительность нагрева элемента конструкции резервуара до температуры самовоспламенения.

7) Максимальная температура элемента конструкции резервуара:

(2.9)

где t_f - температура окружающей среды, ^оС.

Если выполняется условие:

(2.10)

то делают заключение о том, что элемент конструкции облучаемого резервуара может послужить источником зажигания, и определяют текущую температуру.

8) Коэффициент теплоотдачи, Втм^-2 К^-1:

. (2.11)

9) Температура элемента конструкции через ,с, облучения, ^oC,

(2.12)

где c_w - теплоемкость материала конструкции, Джкг^-1К^-1 (для стали, c_w = 500 Джкг^-1К^-1);

_w - плотность материала конструкции, кгм^-3 (для стали, _w = 7800 кгм^-3);

_w - толщина стенки резервуара, м.

Температура поверхностного слоя ЛВЖ в РВС, расположенном рядом с горящим РВС.

В основу формирования нагретого поверхностного слоя ЛВЖ в резервуаре, расположенном рядом с горящим резервуаром положена следующая модель.

Тепловой поток от факела пламени приводит к интенсивному нагреву боковой поверхности соседнего резервуара, расположенного рядом с горящим.

В пристенном пограничном слое появляются подъемные силы, которые заставляют слой более нагретой ЛВЖ подниматься вдоль корпуса резервуара и растекаться по поверхности основной массы ЛВЖ.

Это существенно влияет на температуру поверхностного слоя ЛВЖ.

Одновременно к этому всплывшему слою ЛВЖ передается тепло от стенок, ограничивающих газовое пространство резервуара, от крыши и парового пространства. В процессе теплообмена поверхностный слой ЛВЖ отдает часть тепла на испарение жидкости, а также нижележащим слоям путем теплопроводности.

Количество тепла, подводимого к поверхностному слою ЛВЖ:

9) Количество тепла, выносимое на поверхность ЛВЖ пограничным всплывающим тепловым слоем ЛВЖ от теплообмена с облучаемой стенкой, которая контактирует с ЛВЖ, определяют в следующей последовательности:

10) Коэффициент облученности для элементарной площадки облучаемой стенки, контактирующей с ЛВЖ (рисунок 2):

h_р - высота РВС; h_ж - уровень взлива ЛВЖ; d_р - диаметр РВС; l_р - расстояние между РВС; h_ф - высота факела;y₂ - расчетное расстояние между пламенем и облучаемой площадкой с учетом фактора видимости; х₂ - расчетная ширина c учетом фактора видимости.

Рисунок 2 - Расчетная схема

; (2.13)

11) Вспомогательные величины, необходимые для расчета коэффициента облученности, определяют по формулам:

; (2.14)

. (2.15)

12) Площадь облучаемой стенки резервуара, м², ограничивающей жидкость,

f₁ = x₂ h_ж . (2.16)

13) Количество тепла, выносимое на поверхность ЛВЖ вдоль нагретой стенки пограничным всплывающим тепловым слоем, в единицу времени, Вт:

Q₁ = 0,86 q_{ф 1} f₁ . (2.17)

14) Количество тепла, получаемого поверхностным слоем ЛВЖ при теплообмене с облучаемой стенкой, ограничивающей газовое пространство, определяют в следующей последовательности:

15) Коэффициент облученности для элементарной площадки облучаемой стенки, ограничивающей газовое пространство резервуара:

. (2.18)

16) Площадь облучаемой стенки резервуара, м², ограничивающей газовое пространство:

f₂ = x₂ (h_р - h_ж). (2.19)

17) Количество тепла, получаемое поверхностным слоем ЛВЖ при теплообмене с облучаемой стенкой, в единицу времени, Вт:

Q₂ = 0,47 q_{ф 2} f₂ . (2.20)

18) Количество тепла, получаемого поверхностным слоем ЛВЖ при теплообмене с крышей облучаемого резервуара, в единицу времени определяют в следующей последовательности:

Коэффициент облученности для элементарной площадки облучаемой крыши резервуара:

. (2.21)

Вспомогательные величины В₂ и С₂ рассчитывают по формулам:

. (2.22)

. (2.23)

19) Площадь крыши резервуара принимают равной площади поверхности зеркала испарения ЛВЖ, м²:

. (2.24)

20) Количество тепла, получаемого поверхностным слоем ЛВЖ от теплообмена с крышей облучаемого резервуара, в единицу времени, Вт:

Q₃ = 0,28 q_{ф 3} f₃ . (2.25)

Температура поверхностного слоя ЛВЖ.

21) Температуру поверхностного слоя ЛВЖ, ^оС, через , с, облучения определяют по формуле:

, (2.26)

где c_п - теплоемкость паровоздушной смеси, Джкг^-1К^-1 (допускается принимать с_п = 1010 Джкг^-1К^-1);

_п - плотность паровоздушной смеси, кгм ^-3 (допускается принимать _п = 1,21 кгм ^-3);

c_ж - теплоемкость ЛВЖ, Джкг^-1К^-1 (допускается принимать с_ж = 2000 Джкг^-1К^-1);

_ж - плотность ЛВЖ, кгм -³ ;

t_ж - температура основной массы ЛВЖ в резервуаре, ^оС;