Критическая концентрация монооксида углерода при пожаре в помещении

КРИТИЧЕСКАЯ КОНЦЕНТРАЦИЯ МОНООКСИДА УГЛЕРОДА ПРИ ПОЖАРЕ В ПОМЕЩЕНИИ

С.В. Пузач, начальник кафедры, д.т.н., профессор,

Нгуен Тат Дат, адъюнкт, Академия ГПС МЧС России, г. Москва

Время блокирования путей эвакуации монооксидом углерода определяется из условия достижения величиной его концентрации критического значения,

-5

равного рСО.кр=1,16-10-3 кг/м [1, 2]. Однако, экспериментальные исследования влияния СО на человека проводились в условиях, когда не было других опасных факторов пожара. В этом случае дыхание человека было спокойным с объемной скоростью легочной вентиляции порядка 5 л/мин. [3]. При повышенной концентрации углекислого газа, пониженной концентрации кислорода и интенсивной работе глубина и частота дыхания существенно изменяются, и объемная скорость легочной вентиляции может достигать 100-150 л/мин. [3]. Поэтому поглощение СО организмом человека значительно увеличивается.

Рассмотрены особенности поражения организма человека монооксидом углерода. Показано, что процентное содержание карбоксигемоглобина в крови определяет степень интоксикации человека.

Разработана математическая модель расчета процентного содержания карбоксигемоглобина в крови человека при воздействии СО. В модели учитывается концентрация СО во вдыхаемом воздухе, масса гемоглобина в крови человека, объемная скорость вентиляции легких, объем мертвого дыхательного пространства, диффузионная способность легких по СО и время экспозиции СО.

Принимаем, что отравление легкой степени тяжести наступает при массовой доле гемоглобина, перешедшей в карбоксигемоглобин, МИЬСО=0,2, а средней тяжести - при МИЬСО=0,5.

Результаты сопоставления расчетной массовой доли гемоглобина, перешедшей в карбоксигемоглобин, с экспериментальными данными, приведенными в [4] и полученными при воздействии на человека постоянной концентрации СО при спокойном дыхании, представлены на рисунке 1, где рСО-

-5

плотность СО в воздухе, кг/м ; тэ - время экспозиции, мин.

Анализ рисунка 1 показал, что расчетные величины совпадают с экспериментальными значениями с погрешностью, не превышающей 27 %.

Представлены результаты численных экспериментов по определению концентрации карбоксигемоглобина при повышенной скорости легочной вентиляции, характерной для условий пожара в помещении.

РСО: кг М"

Рис. 1. Зависимости процентного содержания карбоксигемоглобина от плотности СО при спокойном дыхании: тэ=5 мин.: 1 - расчет; 2 - эксперимент [4]; тэ=10 мин.: 3 - расчет; 4 - эксперимент [4]; 5 - легкое отравление; 6 - среднетяжелое отравление.

Рис. 2. Расчетные зависимости времени экспозиции от объемной скорости легочной вентиляции для случая рСО=0,0012 кг/м3 при (МНЬ)ср (а) и (МНЬ)мин (б):

1 - Мьсо = 0,2; 2 - Мтсо = 0,5; 3 - Ж=ЖШ

Расчетные зависимости времени экспозиции, при которой происходит отравление организма легкой и средней тяжести, от объемной скорости легочной вентиляции (Ж, л/мин.) при рсо.кр=0,00116 кг/м представлены на рисунке 2, где

Wmax - максимальная объемная скорость вентиляции легких, соответствующая диффузионной способности легких по СО [3], л/мин.; (МНЬ)ср и (МНЬ)мин -средняя и минимальная масса гемоглобина в крови взрослого человека.

Анализ рисунка 2 показывает, что критическая величина концентрации монооксида углерода, принятая в нормативной и научной литературе по пожарной безопасности, может сделать невозможной при определенных условиях безопасную эвакуацию людей. Например, при Wmax в случае средней массы гемоглобина взрослый человек через 1,06 мин. почувствует головную боль и слабость, а через 2,64 мин. могут наступить кома, судороги, нарушения дыхания и сердечно-сосудистой деятельности.

В соответствии с [5] критические концентрации токсичных продуктов горения принимаются по литературным данным для условий одноразового воздействия на эвакуирующихся в течение нескольких минут при средних физических нагрузках и по критерию сохранения ими способности реально оценивать окружающую обстановку, уверенно принимать и выполнять соответствующие решения. Разработанная в данной работе математическая модель расчета процентного содержания карбоксигемоглобина в крови человека при воздействии СО позволяет обосновать критические значения плотности СО с учетом динамики опасных факторов пожара и конкретных характеристик человека (возраста, пола, массы крови и т.д.).

Список использованной литературы

1. Кошмаров Ю.А. Прогнозирование опасных факторов пожара в помещении: учеб. пособие / Ю.А. Кошмаров.- М.: Академия ГПС МВД России, 2000. - 118 с.

2. Методика определения расчетных величин пожарного риска в зданиях, сооружениях и строениях различных классов функциональной пожарной опасности. - М.: МЧС России, 2009. - 45 с.

3. Харрисон Т.Р. Внутренние болезни. В 10 кн. Кн. 6. Болезни дыхательных путей. Болезни почек и мочевых путей: Пер. с англ. / Под ред. Е. Браунвальда, К.Дж. Иссельбахера, Р.Г. Петерсдорфа и др. - М.: Медицина, 1995. -416 с.

4. Матвиенко Н.Н., Поташников П.Ф., Федоров Н.П., Баюкин М.В., Матвиенко А.Н. Фильтрующие самоспасатели и защита от монооксида углерода // Пожаровзрывобезопасность. - 2006. - Т. 15, № 5. - С. 48-51.

5. СП 11.13130.2009. Места дислокации подразделений пожарной охраны. Порядок и методика определения. Введ. 01.05.2009. - М.: ФГУ ВНИИПО МЧС России, 2009. - 14 с.