Исхаков X.И., Пахомов А.В., Каминский Я.Н. Пожарная безопасность автомобиля - файл n1.doc

приобрести
Исхаков X.И., Пахомов А.В., Каминский Я.Н. Пожарная безопасность автомобиля
скачать (780 kb.)
Доступные файлы (1):
n1.doc780kb.01.06.2012 14:45скачать

n1.doc

1   2   3
Глава 2. ПАССИВНАЯ ПОЖАРНАЯ БЕЗОПАСНОСТЬ

2.1. ПОЖАРНАЯ ОПАСНОСТЬ ТОПЛИВА

Средства защиты людей и автотранспортных средств от опас­ных факторов пожара предусматривают конструктивные реше­ния для предотвращения вероятности загорания и ограничения пожара. Причинами наиболее тяжелых, послеаварийных пожа­ров являются неисправности топливной системы: повреждение и разгерметизация топливных баков, разрывы топливопроводов, течь топлива в местах соединения топливопроводов при меха­ническом и тепловом воздействиях. Поэтому к конструкции топ­ливных систем АТС предъявляются определенные требования.

В соответствии с МС 3437–75 «Определение утечки топлива при столкновении» топливная система автомобиля должна быть устойчивой к удару. Испытывается автомобиль при ударе сзади и опереди в соответствии с МС 3560–75. Топливный бак запол­няется на 90 %. Скорость движения автомобиля 50 км/ч. Стан­дарт устанавливает методику определения утечки топлива при столкновении автомобилей. Методика основывается на предпо­ложении, что, когда утечка из топливной системы отсутствует, воспламенение равно нулю или очень мало. Повреждения бака обнаруживают методом контрастных красок. После удара про­водят визуальные наблюдения и отбирают три пробы: первую — после удара в течение 5 мин; вторую и третью – через 1 мин со­ответственно после 1-й и 2-й проб. Скорость утечки топлива не должна превышать 30 г/мин. Не допускается скопление разлив­шегося топлива в кузове автомобиля при повреждении любого элемента топливной системы. При опрокидывании автомобиля на элементы топливной системы не должны воздействовать удар­ные нагрузки и силы сжатия.

Топливный бак испытывается также на ударопрочность и ог­нестойкость. При ударе или тепловом воздействии внутри бака повышается давление, поэтому топливные баки испытывают при повышенном давлении. Энергия направленного удара на топ­ливный бак при испытаниях составляет 1,42 кДж. Испытания на удар включают сбрасывание топливного бака с высоты 20 м на бетонную площадку. При этом в нем резко возрастает дав­ление. Это ведет к выбиванию крышки заливной горловины, а при достаточной прочности ее крепления – взрыву стенок. При проектировании рекомендуется ограничивать прочность крепления крышек заливных горловин, так как при выбивании крышки утечка топлива меньше, чем при разрыве стенок топ­ливного бака. Альтернативным решением, способствующим сни­жению вероятности утечки топлива при этом, может быть при­менение эластичной заливной горловины. Пластмассовые топ­ливные баки испытывают при воздействии открытого пламени. [редел огнестойкости заполненного топливом бака до потери герметичности должен быть не менее 2 мин. Теплостойкость пластмассовых баков определяется предельной температурой топлива 323 К при воздействии пламени с температурой 823...1273 К в течение 2,5 мин. Необходимо отметить, что пластмас­совые топливные, баки менее взрывоопасны, чем металлические, так как в них не происходит быстрого нарастания давления благодаря упругости стенок. Требования пожарной безопасности к топливным системам соответствуют стандарту США № 301–75. Введение их привело к сокращению числа послеаварийных пожаров автомобилей, а также раненых и погибших.

Пожарная безопасность топливной системы во многом опре­деляется расположением топливного бака. Установка топливно­го бака в непосредственной близости к двигателю, позволяющая уменьшить длину топливопровода и увеличить общую надеж­ность подачи топлива увеличивает пожарную опасность и пере­грузку колес переднего или заднего моста соответственно при переднем или заднем расположении двигателя. Поэтому в авто­мобилях с передним расположением двигателя топливный бак располагают сзади (рис. 2.1, а и б). На автомобилях с неболь­шой вместимостью топливного бака его располагают сбоку или сзади (рис. 2.1, в). В автомобилях с задним расположением дви­гателя топливный бак помещают спереди (рис. 2.1,г). В «безо­пасных» автомобилях топливные баки расположены в пределах базы автомобиля. У переднеприводного автомобиля с располо­жением двигателя спереди наиболее рациональным является расположение топливного бака за задним сиденьем. При этом снижается вероятность загорания топлива при боковом и фронтальном ударах, в то же время эта вероятность несколько уве­личивается при ударе сзади.

Чтобы избежать опасности возникновения пожара при ДТП в результате повреждения топливного бака, целесообразно рас­полагать его возможно дальше от наружных закруглений кор­пуса автомобиля. Это увеличивает зону деформации автомобиля без повреждения топливного бака.




г)

Оптимальным с точки зрения пожарной опасности автотранс­портного средства является расположение топливного бака в пределах базы.




Рис. 2.1. Способы размещения топливного бака в автомобиле:

а — за спинкой заднего сидения; б — сзади под полом багажника; в — в багажнике сбокv, сзади кожуха заднего колеса; г —спереди в багажнике


Таблица 2.1.


Топливо



Ks

Топливо

So

Ks





Грунт

Ас­фальт

Бетон





Грунт

Ас­фальт

Бетон

Бензин

17,2

0,1

0,1

0,3

Дизельное

топливо

3,5

0,4

0.6

0,5

Керосин

18,7

0,1

0,2

0,5

Масло



0,9

1,4

1,3


При ударе в топливный бак возможны нарушение его герме­тичности и вытекание топлива. Средняя массовая скорость ис­течения бензина vm зависит от места расположения на баке пробитого отверстия и его диаметра (рис. 2.2).

Площадь растекающегося топлива SТ определяется эмпири­ческой зависимостью:

ST =S0 Ks V

где S0 – коэффициент растекаемости жидкости, м-1;

Ks — коэффициент, учи­тывающий материал поверхности;

V объем жидкости, м3.

Значения S0 и Ks для некоторых ГЖ в зависимости от типов дорожного покрытия даны в табл. 2.1.

При расположении топливного бака спереди или сзади автомобиля горловины устанавливают по центру. При заднем размещении двигателя и переднем топ­ливного бака разрешается смещение его горловины вправо от продоль­ной оси автомобиля на расстояние, допускающее заправку топливом от колонок, расположенных слева.



Рис. 2.2. Массовая скорость ис­течения бензина из топливного ' бака легкового автомобиля при нижнем расположении отвер­стия:

/ — ось истечения —вертикаль; 2 — ось истечения — горизонталь

Требования к топливным систе­мам автомобилей в направлении по­вышения конструктивной пожар­ной безопасности можно сформули­ровать следующим образом: корро­зионная стойкость и герметичность системы питания в целом; прочность, гепло- и огнестойкость топливного бака и топливопровода; надежность крепления элементов, наличие огне­стойкой перегородки между баком и салоном; заливная горловина не должна размещаться в салоне, ба­гажнике, моторном отсеке и высту­пать за габариты автомобиля; про­литое при заправке и нарушении герметичности топливо не должно задерживаться на авто­мобиле.

Автомобильные топлива огнеопасны, а смесь паров топлива с воздухом взрывоопасна (табл. 2.2).

Конструкция топливной системы автомобиля исключает кон­тактирование топлива с окружающей средой, что делает невоз­можным его воспламенение за счет воздействия повышенной тепловой радиации или разрядов статического электричества, Однако при ДТП возможно повреждение топливного бака и топливопроводов с последующим воспламенением топлива. Вос­пламенение топлива, вытекающего из системы, возможно из-за грубого нарушения правил технической эксплуатации или из-за скрытых дефектов топливной системы.

Условием воспламенения топлива является его нагрев до температуры, равной температуре самовоспламенения, при ко­торой резко увеличивается скорость экзотермических реакций и возникает пламенное горение.

При испарении топлива с открытых поверхностей образовы­вается смесь паров топлива с воздухом. Для ее воспламенения необходимы следующие условия:

- смесь должна быть вполне однородна;

- между топливом и воздухом должно быть определенное соот­ношение;

- в какой-то части объема или во всем объеме горючей смеси должна быть достигнута такая температура или накопиться та­кое количество активных промежуточных продуктов реакции, при которых возможно быстрое прогрессивное самоускорение реакции окисления до воспламенения.

Таблица 2.2





Температура, К

Температурные пределы взрывоопасности насыщен







ных паров

в воздухе, К




воспламене-

самовоспла-










ния

мнения

нижний

верхний

Бензин А-66

194

528

194

528

Бензин А-76

197

573

197

573

Дизтопливо 3

351

513

342

513

Дизтопливо Л

344

583

335

583

Примечания.

1. Температура воспламенения – самая низкая температура, при которой над поверхностью топлива образуются лары, способные вспыхивать, но скорость их образования еще недостаточна для последующего горения.

  1. Температура самовоспламенения – самая низкая температура, при которой возникает пламенное горение топлива.

3. Температурные пределы взрывоопасности – температура, при которой пары топлива образуют концентрированные пределы воспламенения. Ниже нижнего предела смесь паров топлива с воздухом не взрывоопасна и не горюча, выше верхнего предела – невзрывоопасна, но горюча. Боли температура топлива находится внутри температурного предела взрывоопасности, то при наличии источника зажигания возможен взрыв.

Существует минимальная концентрация паров топлива в воз­духе, при которой возможно воспламенение паровоздушной смеси. Предельно допустимая взрывобезопасная (невоспламеняе­мая) концентрация (ГОСТ 12.1.044-84):

ПДВК=ф°н/К'б,

где ф°н — нижний концентрационный предел воспламенения паров топлива в. воздухе при атмосферном давлении; К'б — коэффициент безопасности к нижнему концентрационному пределу.

Данные ф°н и /К'б по ГОСТ 12.l.004—85 дают возможность определить ПДКВ для автомобильных топлив (табл. 2.3).

В автомобиле топливо может скапливаться только в нишах двигателя и в некоторых местах мотоотсека. Поскольку мотоот­секи не герметизированы, в них существует интенсивный возду­хообмен с окружающей средой. В этом случае концентрация паров в зоне испаряющегося топлива ограничивается верхним пределом в зависимости от скорости воздуха в этой зоне. При скорости воздуха 0,15...0,18 м/с концентрация паров не может превысить 0,01 мг/л, при скорости 0,25...0,3 м/с —0,001 мг/л [9]. Учитывая, что скорости воздуха в мотоотсеках автомобилей пре­вышают приведенные значения на порядок и больше (1,5...5 м/с), концентрация паров пролитого (скопившегося) топлива не мо­жет достигнуть опасных значений и воспламенение исключа­ется.

Пожар автотранспортного средства может возникнуть из-за воспламенения жидкой фазы топлива, вытекающего из повреж­денной топливной системы двигателя. Непременным условием воспламенения топлива является воздействие повышенного теп­лового излучения, искрение поврежденной электрической сети или возникновение разрядов статического электричества. Опыт эксплуатации и анализ пожаров автотранспортных средств по­казывает, что наименее распространенной причиной пожара яв­ляется воспламенение топлива разрядом статического электри­чества. Это объясняется следующим. Статическое элек­тричество может быть источ­ником воспламенения при соблюдении четырех усло­вий:

– существование источника статических разрядов. Он может возникнуть при изме­нении положения контакти­рующих поверхностей, исте­чении воздуха или газа, со­держащих конденсирован­ную влагу, движении при­водных ремней;

– накопление зарядов на контактирующих поверхностях. Разность потенциалов должна быть достаточна для возник­новения электрического разряда;

– наличие электрических разрядов с энергией, достаточной для воспламенения данного топлива;

– возникновение электрических разрядов в горючей среде.

Отсутствие хотя бы одного из условий делает невозможным возникновение очага пожара от статического электричества.

В моторном отсеке автомобиля не может возникнуть и су­ществовать источник статического электричества достаточной мощности. Фильтрование топлива в фильтрах грубой и тонкой очистки в топливной системе автомобилей также не может при­вести к возникновению зарядов статического электричества большой мощности из-за малых количеств топлива, проходяще­го через фильтр.

Таким образом, при соблюдении правил технической эксплуа­тации воспламенение топлива, вытекающего из поврежденной топливной системы, разрядами статического электричества не­возможно. Это справедливо для автотранспортных средств об­щего пользования. На объектах, где производятся операции сли­ва и налива автомобильного топлива в автоцистерны и другие емкости, такие пожары возможны. При этом статическое элек­тричество достаточной мощности возникает в результате пере­мещения больших масс топлива относительно твердой поверх­ности, разбрызгивания, интенсивного перемешивания, испарения и фильтрации топлива при его очистке. Известно несколько случаев вспышек бензина при использовании для заправки ав­томобиля пластмассовой лейки.

Для оценки возможности пожара из-за воспламенения топ­лива была исследована его способность к воспламенению при вытекании из поврежденной топливной системы двигателя. Ис­следовались следующие варианты возможного попадания топли­ва на нагретые части двигателя и его систем:

– струйное истечение топлива на нагретую металлическую по­верхность;

– капельное истечение топлива на нагретую металлическую поверхность;

– капельное и струйное Истечение топлива с попаданием его на горящее топливо.

При струйном истечении относительно больших количеств топлива скорость истечения (50...60 г/с) на нагретую металли­ческую поверхность наблюдалось его воспламенение при тем­пературах 563,..593 К.

При попадании капель топлива на нагретую металлическую
поверхность капельные порции интенсивно испарялись, температура капли снижалась и топливо не воспламенялось. Кроме того, масса топлива не скапливалась в одном месте из-за значительной подвижности кипящей капли. Практически при темпе падения до 60 капель за 1 мин каждая последующая порция топлива попадала на сухую металлическую поверхность.

Для оценки возможности расширения зоны горения исследо­вали распространение пламени по струе топлива. С этой целью наблюдали падение капель или струи топлива в зону горения. Было обнаружено следующее:

– подъем пламени зафиксирован только по непрерывной струе бензина. Струя дизельного топлива не воспламенялась;

– при капельном истечении топлива пламя вверх не распро­странялось;

– высота подъема пламени горящего топлива зависит от пло­щади горящей поверхности. При горении концентрического пят­на капельной дозы топлива размером 15...25 мм высота подъе­ма пламени составляет 40...150 мм.

Натурные исследования, проведенные совместно Всесоюзным научно-исследовательским институтом противопожарной оборо­ны (ВНИИПО) и Всесоюзным конструкторско-экспериментальным институтом автобусостроения, показали, что даже струй­ное истечение дизельного топлива на нагретые детали выпуск­ного тракта не приводит к его воспламенению. При контакти­ровании дизельного топлива с проводом, нагретым током корот­кого замыкания, загорания не происходит. Несмотря на то что температура оголенной жилы провода на 20...30 % превышала температуру самовоспламенения бензина, он интенсивно испа­рялся, кипел, но не воспламенялся. То же происходило и с ди­зельным топливом. Однако при повреждении изоляции провода, нагретого током короткого замыкания, или при ДТП возможно искрение в месте контакта жилы провода с кузовом автомобиля. Возникновение электрической искры является достаточным ус­ловием для воспламенения жидкой фазы топлива или его паров.

Проведенные исследования позволяют сделать вывод, что при случайной или аварийной разгерметизации топливной систе­мы и капельном истечении топлива пожар автомобиля малове­роятен. Рациональная трасса топливопровода, исключающая по­падание топлива на нагретые детали двигателя и его систем, отопительных установок и других нагреваемых агрегатов и ме­ханизмов, практически исключает возможность пожара при слу­чайных повреждениях топливной системы.

Таким образом, пожарная безопасность топливной системы должна обеспечиваться в основном ее конструктивным испол­нением с соблюдением определенных требований, выполнение которых обязательно как на стадии изготовления автомобиля, так и при ремонтах его.

Требования к конструктивному исполнению топливной систе­мы автотранспортных средств достаточно полно регламентируют отечественные и международные нормативные документы (ГОСТ 25478-82, Правила ЕЭК ООН № 34 и № 36). Основные требо­вания следующие:

1. Все топливные баки должны располагаться таким обра­зом, чтобы в случае лобового столкновения автомобиля или удара сзади их защита обеспечивалась конструкцией автотранс­портного средства. В автобусах топливные баки должны размещаться на расстоянии не менее 60 см от передней части транс­портного средства;

2. Топливный бак не должен располагаться в пассажирском
салоне (кабине) или граничить с ним. Устанавливать его следует так, чтобы топливо, которое может вытечь из топливного бака и наливной горловины, попадало на землю. Топливный бак должен отделяться от пассажирского салона перегородкой. Для своевременной эвакуации пассажиров перегородка должна выдерживать в течение 2 мин воздействие свободного пламени при ее горизонтальном расположении в 20 см над уровнем горящего
бензина. В перегородке допускаются отверстия (например, для проводов) при условии, что через них топливо не сможет сво бодно вытекать в пассажирский салон;

  1. Наливные горловины топливных баков должны быть доступны только с наружной стороны автотранспортного средства. В автобусах наливные горловины должны размещаться на расстоянии не менее 50 см от любого дверного проема, если бак предназначен для бензина, и 25 см —для дизельного топлива. Они должны располагаться таким образом, чтобы исключить возможность попадания топлива во время заправки на двига­тель, детали выпускной системы и нагретые элементы отопите л ей;

  2. Элементы топливной системы должны быть защищены от соприкосновения с возможными препятствиями на грунте. За­щита не требуется, если эти элементы располагаются по отношению к грунту выше шасси и кузова.






Этан

Пропан

Бутан

Бензин

Параметры

С2Н6

С3Н8

С,Н10

АИ -76

Плотность жидкости, кг/м3

0,446

0,509

0,582

0,72

Плотность паров, кг/м3

1,273

1,867

2,460



Теплота сгорания низшая:













МДж/м3

59,9

85,8

111,7

212,6

МДж/кг

47,2

45,9

45,4

44,0

Теплота сгорания смеси, МДж/кг

3,40

3,52

3,58

3,56

Октановое число

125

120

95

89
Таблица 2.4.


5. В пассажирском салоне (кабине водителя) не должно размещаться никаких приборов и аппаратов топливной системы. Трасса топливопроводов долж­на проходить таким образом, чтобы топливо, вытекающее из поврежденных соединений топливопроводов, не попадало на нагретые элементы систем выпуска и отопления. Проверяют герметичность топливной системы карбюраторных и дизельных дви­гателей визуально. Подтекание топлива при работающем и остановленном двигателе не допускается.

Пожарная безопасность газобаллонных автомобилей. В каче­стве газообразных топлив обычно используют нефтяной и при­родный газы. Первый является побочным продуктом перегонки нефти и представляет собой высокооктановое топливо, состоя­щее из пропана, бутана и пентана. В качестве топлива для ав­томобилей наиболее распространены пропано-бутиловые смеси, которые при сравнительно невысоком давлении (1...2 МПа) и нормальной температуре окружающего воздуха (288 К) пере­ходят в жидкое состояние. Сжиженные газы состоят в основном из смеси легких углеводородов (пропана, пропилена, бутана, бутилена) и незначительных количеств этана и этилена.

Основные физико-химические свойства отдельных составляю­щих сжиженных газов (при нормальных условиях 288 К и 0,1 МПа) приведены в табл. 2.4.

Другим, менее распространенным автомобильным топливом: служит природный газ, состоящий главным образом из метана. Для его сжижения требуется глубокое охлаждение (до 111 К). Поэтому хранят его в баллонах высокого давления (20-25 МПа). Газобаллонные автомобили имеют существенные преи­мущества перед бензиновыми:

– снижается выброс в атмосферу вредных веществ, содержа­щихся в отработавших газах, - на 70...90 % окиси углерода и уг­леводородов и на 35...60 % окислов азота. Это объясняется луч­шим смесеобразованием, равномерным распределением газового» топлива по отдельным цилиндрам, более совершенным протека­нием процесса сгорания и возможностью повышения степени-сжатия двигателя;

– практически исключается загрязнение атмосферы парами топ­лива.

Безопасность эксплуатации газобаллонных автомобилей за­ложена в самой конструкции — в них применяют толстостенные емкости и баллоны, рассчитанные на хранение топлива под избы­точным давлением. В случае столкновения или удара менее ве­роятно разрушение газового баллона, чем обычного бензобака.

Пожары на газобаллонных автомобилях-такси в период экс­периментальной эксплуатации их в г. Ташкенте были крайне редки, не выходили за пределы подкапотного пространства дви­гателя и быстро ликвидировались, не причиняя существенных, убытков. Причинами пожаров были негерметичность соединений газовых коммуникаций и неопытность ремонтного персонала. Однако в случае утечки газа из баллона образуется легковос­пламеняющаяся смесь газа с воздухом, которая может взорвать­ся от искры.

Приведенные в табл. 2.5 данные указывают на то, что при: работе с газовым оборудованием должна соблюдаться определенная осторожность. Не допускаются удары, вызывающие по­явление искр, не разрешается пользоваться открытым огнем, курить в зоне хранения, в помещениях обслуживания и ремонта газобаллонных автомобилей.

В случае возникновения пожара на автомобиле необходимо закрыть магистральный и расходный вентили. Если пожар воз­ник при работающем двигателе, его не следует останавливать. Нужно закрыть расходные вентили и увеличить частоту враще­ния коленчатого вала, чтобы как можно быстрее выработать газ из газопровода от вентиля до карбюратора-смесителя, а за­тем закрыть магистральный вентиль.

В зимнее время при безгаражном хранении газобаллонных автомобилей и низких температурах предварительно подогре­вать двигатель и устранять ледяные пробки в газовых коммуникациях следует горячей водой, паром или горячим воздухом.

Наполняют баллоны автомобиля сжатым природным газом на газонаполнительных компрессорных станциях. Из соображе­ний пожаро- и взрывобезопасности на этих станциях должны быть установлены газоанализаторы, указывающие на появление опасных концентраций газа в воздухе.

Баллоны для сжатого природного газа должны быть прочно укреплены на автомобилях и герметично присоединены к отхо­дящим газопроводам, окрашены в красный цвет, иметь табличку с указанием параметров, обусловленных требованиями Госгортехнадзора СССР, а также надпись (например, «метан»).
2.2. ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ СЕТЬ - ИСТОЧНИК ПОЖАРНОЙ ОПАСНОСТИ

Большинство функциональных систем АТС содержат элек­трифицированные приборы и аппараты, нормальная работа ко­торых возможна при подведении к ним электроэнергии опреде­ленного качества. Электроэнергия, вырабатываемая источника­ми электроснабжения автомобиля, передается по проводам к распределительным устройствам, с помощью которых распре­деляется между светотехническими приборами и другими потребителями электроэнергии. Провода электрической сети прокла­дываются в непосредственной близости от элементов конструк­ции автомобиля, выполненных из горючих материалов – обли­цовочных и обивочных панелей, тепло- и звукоизоляционных плит и т. д. Значительное число электрифицированных механиз­мов и аппаратов сосредоточено в моторном отсеке, где условия их эксплуатации и работы самой электрической сети наиболее неблагоприятны: повышенные температуры, высокое тепловое излучение, наличие топливопроводов. Электрическая сеть играет особую роль в пожароопасности любого АТС.
1   2   3


Глава 2. ПАССИВНАЯ ПОЖАРНАЯ БЕЗОПАСНОСТЬ
Учебный материал
© nashaucheba.ru
При копировании укажите ссылку.
обратиться к администрации