Новый метод расчета концентраций монооксида углерода при пожаре в помещении объектов энергетики Вьетнама

Нгуен Тат Дат, Пузач С.В

E-mail: nguyentatdat1308@gmail.com

Академия Государственной противопожарной службы МЧС России

Предложен новый теоретико-экспериментальный подход по расчету концентраций монооксида углерода токсичных газов при пожаре в помещении объектов энергетики Вьетнама. Получена формула для расчета зависимости среднеобъемной плотности СО от среднеобъемной плотности О₂ при пожаре в помещении объектов энергетики Вьетнама.

Ключевые слова: концентрация монооксида углерода; кислород; объекты энергетики Вьетнама.

NEW METHOD OF CALCULATING THE CONCENTRATIONS OF CARBON MONOXIDE AT FIRE IN THE ROOM OF ENERGY OBJECTS OF VIETNAM

Nguyen Tat Dat, Puzach S.V

A new theoretical and experimental approach is proposed for calculating carbon monoxide concentrations in case of a fire in a room of energy objects of Vietnam . Formula is proposed for calculating the dependence of the mean bulk density of CO on the average bulk density of O₂ for a fire in a room of energy objects of Vietnam.

Keywords: concentration of carbon monoxide; oxygen; energy objects of Vietnam.

В существующих методах расчета концентраций СО при пожаре в дифференциальные уравнения входит удельной коэффициент образования СО, одноко как показано в работах [1, 2] величина этого коэффициента не достаточно обоснована для практического применения.

В данной работе предложен новый подход, при котором не решается дифференциальные уравнения закона сохранения массы СО, а используются экспериментальные зависимости среднеобъемной плотности СО от среднеобъемной плотности О₂.

В научной литературе отсутствуют экспериментальные данные по одновременно измеренным полям температур и концентраций СО и О₂ в полномасштабных помещениях, которые позволяют обработать результаты в виде зависимостей  _СО.ср=f( _O2.ср). Поэтому проведем численные эксперименты по сравнению результатов расчетов  _СО.ср по формулам (1) и (2), а также с использованием полных систем уравнений интегральной и зонной моделей [3] для типовых помещений ТЭС и ГЭС.

В статьях [1, 2] предложен новый подход к расчету плотностей токсичных продуктов горения, который заключается в определении среднеобъемных плотностей токсичных газов в каждый момент времени по их экспериментальным зависимостям от среднеобъемной температуры, полученным в разработанной экспериментальной установке.

Зависимость плотности монооксида углерода от температуры [1, 2]:

 , (1)

где  _СО – среднеобъемная плотность СО, кг/м³;     характерная плотность, кг/м³; L_CO – удельный коэффициент выделения монооксида углерода;   – коэффициент пропорциональности между среднеобъемной плотностью токсичного газа и отношением L_СО/Q_н^р, Дж/м³; Q_н^р – низшая рабочая теплота сгорания горючего материала, Дж/кг; T_ср – среднеобъемная температура газовой среды, К; T_в – температура воздуха в помещении, К;     коэффициент теплопотерь.

Однако, точность метода расчета [1, 2] в значительной степени зависит от погрешности определения коэффициента теплопотерь в экспериментальной мелкомасштабной установке и в реальном полномасштабном помещении.

Для устранения этого недостатка с использованием экспериментальных данных, полученных на мелкомасштабной установке [1, 2], предлагаем другой подход, в котором используются экспериментальные зависимости среднеобъемных плотностей токсичных газов от среднеобъемной плотности кислорода. При этом нет необходимости определять коэффициент теплопотерь и решать дифференциальные уравнения законов сохранения масс токсичных газов.

Зависимость плотности монооксида углерода от плотности кислорода в каждый момент времени от начала горения:

 , (2)

где  _О2.в - плотность кислорода в атмосферном воздухе, кг/м³;  _О2 – среднеобъемная плотность О₂, кг/м³; L_O2 - удельный коэффициент поглощения кислорода; L_СО – удельный коэффициент выделения монооксида углерода.

Основным достоинством предложенной формулы (2) по сравнению с выражением (1) является отсутствие необходимости экспериментального или теоретического определения коэффициента теплопотерь  .

Рассмотрим типовые помещения ТЭС и ГЭС Вьетнама:

- ГЭС Лай Чау: кабельный зал 35 25 5,5 м;

- ТЭС Тхай Бинь: кабельный тоннель 30 2 3,1 м.

Рис 1. Зависимости среднеобъемной плотности монооксида углерода от изменения среднеобъемной плотности кислорода: расчет по интегральной модели : а – закрытый проем: 1 – кабельный зал ; 2 – кабельный тоннель; 3 – расчет по формуле (2) ; б – открытый проем: 4 – кабельный зал; 5 – кабельный тоннель; 6 – расчет по формуле (2); 7 – _CO.кр;

Из рис. 1, а видно, что, несмотря на существенное отличие размеров помещений кабельных тоннелей, зависимости среднеобъемных плотностей СО от изменения среднеобъемной плотности О₂, полученные с использованием решения полной системы уравнений интегральной модели (кривые 1 и 2) для условно герметичных помещений, а также уравнения (2) (кривая 3), совпадают друг с другом с погрешностью, не превышающей 19 %.

В случае помещений с открытыми проемами (рис. 1, б) вышеуказанная погрешность достигает 1100%. Это объясняется тем, что в помещениях с открытыми проемами выражение (2) несправедливо, так как граничные условия в этом случае существенно отличаются от аналогичных условий в условно герметичном помещении.

Таким образом, масштабный фактор практически не влияет на точность расчета плотности СО по формуле (2) только в случае условно герметичного помещения.

Литература

1. Пузач С. В., Сулейкин Е. В. Новый теоретико-экспериментальный подход к расчету распространения токсичных газов при пожаре в помещении // Пожаровзрывобезопасность. — 2016. — Т. 25, № 2. — С. 13–20. DOI: 10.18322/PVB.2016.25.02.13-20.
2. Пузач С. В., Акперов Р. Г. Экспериментальное определение удельного коэффициента образования монооксида углерода при пожаре в помещении // Пожаровзрывобезопасность. – 2016. – T.25. – №5. – С. 18-25. DOI: 10.18322/PVB.2016.25.05.18-25.
3. Пузач С. В. Методы расчета тепломассообмена при пожаре в помещении и их применение при решении практических задач пожаровзрывобезопасности. - М.: Академия ГПС МЧС России, 2005. - 336 с.