firesmiПожаровзрывобезопасность/Fire and Explosion SafetyPozharovzryvobezopasnost/Fire and Explosion Safety0869-74932587-6201ФГБОУ ВО «Национальный исследовательский Московский государственный строительный университет»10.18322/PVB.2019.28.05.19-26firesmi-787Research ArticleПРОЦЕССЫ ГОРЕНИЯ, ДЕТОНАЦИИ И ВЗРЫВАCOMBUSTION, DETONATION AND EXPLOSION PROCESSESОпределение удельного коэффициента образования и критической парциальной плотности циановодорода и моноксида углерода при пожаре в помещенииDefining the specific formation coefficient and the critical partial density of hydrogen cyanide and carbon monoxide at the fire indoorshttps://orcid.org/0000-0001-7234-1339ПузачС. В.PuzachS. V.

Пузач Сергей Викторович, д-р техн. наук, профессор, заслуженный деятель науки РФ, начальник кафедры инженерной теплофизики и гидравлики

Author ID: 7003537835

Researcher ID: U-2907-2019

129366, г. Москва, ул. Бориса Галушкина, 4

Sergey V. Puzach, Dr. Sci. (Eng.), Professor, Honoured Scientist of the Russian Federation, Head of Thermal Physics and Hydraulic Department

Author ID: 7003537835; Researcher ID: U-2907-2019

Borisa Galushkina St., 4, Moscow, 129366

puzachsv@mail.ruhttps://orcid.org/0000-0001-7127-5608БолдрушкиевО. Б.BoldrushkievO. B.

Болдрушкиев Очир Баатрович, адъюнкт кафедры инженерной теплофизики и гидравликиEndFragment ной теплофизики и гидравлики

129366, г. Москва, ул. Бориса Галушкина, 4

Ochir B. Boldrushkiev, Postgraduated Student, Thermal Physics and Hydraulic Department

Borisa Galushkina St., 4, Moscow, 129366

 

avadanonstop@mail.ruАкадемия Государственной противопожарной службы МЧС РоссииРоссияState Fire Academy of Emercom of Russia, Moscow, Russian FederationRussian Federation2019181120192851926Copyright © Пузач С.В., Болдрушкиев О.Б., 20192019Пузач С.В., Болдрушкиев О.Б.Puzach S.V., Boldrushkiev O.B.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://www.fire-smi.ru/jour/article/view/787

Введение. Современные математические модели распространения токсичных газов используют значения удельных коэффициентов образования лишь трех газов, не рассматривая весь спектр токсичных газов, образующихся при горении синтетических материалов, поэтому экспериментальное исследование процесса образования циановодорода представляет собой актуальную задачу. Цель и задачи. Целью статьи является разработка методики получения исходных данных по выделению циано­водорода, необходимых для расчета времени блокирования путей эвакуации. Для ее достижения была обос­нована величина критической концентрации циановодорода, модернизирована экспериментальная установка и проведены экспериментальные исследования парциальных плотностей циановодорода и моно­ксида углерода, а также удельных коэффициентов их выделения при горении современной кабельной продукции. Методы. Используется экспериментальный метод исследования процесса образования циановодорода и ­моноксида углерода при горении образцов кабельной продукции в модернизированной малогабаритной экспериментальной установке. Проведен анализ полученных результатов. Результаты. Обоснована критическая величина парциальной плотности циановодорода, представленная в нормативных документах, на основе анализа данных, приведенных в литературных источниках. Получены экс­периментальные зависимости парциальных плотностей циановодорода и моноксида углерода, а также удельных коэффициентов их выделения от времени проведения испытаний. Показано, что в экспериментах парциальная плотность циановодорода достигает своего критического значения, что обосновывает необходимость расчета времени блокирования путей эвакуации с учетом циановодорода. Заключение.  Модернизация экспериментальной установки дает возможность получить экспериментальные зависимости парциальных плотностей циановодорода и моноксида углерода, а также удельных коэффициентов их выделения от времени. Это позволяет актуализировать (по HCN и СО) существующую базу данных типовой пожарной нагрузки и проводить расчет времени блокирования путей эвакуации при совместном воздействии вышеуказанных газов. При расчете пожарных рисков в случае горения современной кабельной продукции необходимо определять время блокирования путей эвакуации циановодородом.

Introduction. Modern mathematical models of the distribution of toxic gases use the values of specific coefficients of formation of only three gases. It is not considered the whole spectrum of toxic gases produced during the combustion of synthetic materials. Therefore, the experimental study of the process of hydrogen cyanide formation is an important task. Aims and purposes. The purpose of this article is to develop a methodology for obtaining initial data on the release of hydrogen cyanide. These data are necessary to calculate the time of blocking evacuation ways. To achieve it, the value of the critical concentration of hydrogen cyanide was justified. The experimental unit was modernized and experimental studies of partial densities of hydrogen cyanide and carbon monoxide, as well as specific coefficients of their release, were carried out during combustion of modern cable products. Methods. An experimental method is used to study the process of formation of hydrogen cyanide and carbon mono­xide during the combustion of samples of cable products in a modernized small-size experimental unit. The results were analyzed. Results. The critical value of the partial density of hydrogen cyanide, presented in normative documents, on the basis of analysis of data given in the literature sources, is substantiated. Experimental dependences between the time of testing and partial densities of hydrogen cyanide and carbon monoxide, as well as their specific coefficients of release, were obtained. This study reveals that the experimental value of the partial density of hydrogen cyanide reaches a critical value. That fact justifies the need to calculate the time of blocking the escape routes with con­sidering influence of hydrogen cyanide. Conclusion. The modernization of the experimental unit makes it possible to obtain experimental dependencies on the time of partial densities of hydrogen cyanide and carbon monoxide, as well as specific coefficients of their separation. This makes it possible to update (by HCN and CO) the existing database of typical fire load and to calculate the time of blocking the escape routes in case of combined effects of the above mentioned gases. When calculating fire risks in case of the burning of modern cable products, it is necessary to determine the time of blocking evacuation routes by hydrogen cyanide.

токсичностьпродукты горенияматематическое моделированиеэкспериментальная установкакритическая концентрациятерморазложениеизоляция кабеляtoxicitycombustion productsmathematical modelingexperimental unitcritical concentrationthermal decompositioncable insulationReferencesБелешников И. Л. Судебно-медицинская оценка содержания цианидов в органах и тканях людей, погибших в условиях пожара : автореф. дис. … канд. мед. наук. — СПб., 1996. — 11 с.I. L. Beleshnikov. Forensic medical assessment of the content of cyanide in the organs and tissues of people who died in a fire. Abstr. Cand. Sci. (Med.) Diss. Saint Petersburg, 1996. 11 p. (in Russian).Stec A. A., Hull T. R. Assessment of the fire toxicity of building insulation materials // Energy and Buildings. — 2011. — Vol. 43, Issue 2-3. — P. 498–506. DOI: 10.1016/j.enbuild.2010.10.015.A. A. Stec, T. R. Hull. Assessment of the fire toxicity of building insulation materials. Energy and Build¬ings, 2011, vol. 43, issue 2-3, pp. 498–506. DOI: 10.1016/j.enbuild.2010.10.015.Пузач С. В., Доан В. М., Нгуен Т. Д., Сулейкин Е. В., Акперов Р. Г. Образование, распространение и воздействие на человека токсичных продуктов горения при пожаре в помещении : монография / Под ред. С. В. Пузача. — М. : Академия ГПС МЧС России, 2017. — 130 с.S. V. Puzach, V. M. Doan, T. D. Nguen, E. V. Suleykin, R. G. Akperov. Obrazovaniye, rasprostraneniye i vozdeystviye na cheloveka toksichnykh produktov goreniya pri pozhare v pomeshchenii [The formation, distribution and effects on humans of toxic products of combustion at the fire indoors]. Moscow, State Fire Academy of Emercom of Russia Publ., 2017. 130 p. (in Russian).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.S. V. Puzach. Metody rascheta teplomassoobmena pri pozhare v pomeshchenii i ikh primeneniye pri reshenii prakticheskikh zadach pozharovzryvobezopasnosti [Methods for calculating the heat and mass transfer in a fire at the premises and their application in solving practical problems of fire safety]. Moscow, State Fire Academy of Emercom of Russia Publ., 2005. 336 p. (in Russian).Kim N.-K., Cho N.-W., Rie D.-H. A study on the risk of particulate materials included in the combustion products of building materials // Fire Science and Engineering. — 2016. — Vol. 30, Issue 1. — P. 43–48. DOI: 10.7731/KIFSE.2016.30.1.043.N.-K. Kim, N.-W. Cho, D.-H. Rie. A study on the risk of particulate materials included in the combustion products of building materials. Fire Science and Engineering, 2016, vol. 30, issue 1, pp. 43–48. DOI: 10.7731/KIFSE.2016.30.1.043.Кошмаров Ю. А. Прогнозирование опасных факторов пожара в помещении. — М. : Академия ГПС МВД России, 2000. — 118 с.Yu. A. Koshmarov. Prognozirovaniye opasnykh faktorov pozhara v pomeshchenii [Тhe prediction of dangerous fire factors in the room]. Moscow, State Fire Academy of Ministry of Internal Affairs of Russia Publ., 2000. 118 p. (in Russian).Пузач С. В., Смагин А. В., Лебедченко О. С., Абакумов Е. С. Новые представления о расчете не¬обходимого времени эвакуации людей и об эффективности использования портативных фильтрующих самоспасателей при эвакуации на пожарах. — М. : Академия ГПС МЧС России, 2007. — 222 с.S. V. Puzach, A. V. Smagin, O. S. Lebedchenko, E. S. Abakumov. Novyye predstavleniya o raschete neobkhodimogo vremeni evakuatsii lyudey i ob effektivnosti ispolzovaniya portativnykh filtruyushchikh samospasateley pri evakuatsii na pozharakh [New ideas about the calculation of necessary time of evacuation of people and the effectiveness of using a portable filter self-rescuers during evacuation at fires]. Moscow, State Fire Academy of Emercom of Russia Publ., 2007. 222 p. (in Russian).Anderson R. A., Harland W. A. Fire Deaths in the Glasgow Area: III the Role of Hydrogen Cyanide // Medicine, Science and the Law. — 1982. — Vol. 22, Issue 1. — P. 35–40. DOI: 10.1177/002580248202200106.R. A. Anderson, W. A. Harland. Fire deaths in the Glasgow Area: III the role of hydrogen cyanide. Medicine, Science and the Law, 1982, vol. 22, issue 1, pp. 35–40. DOI: 10.1177/002580248202200106.Sweeney L. M., Sommerville D. R., Goodwin M. R., James R. A., Channel S. R. Acute toxicity when concentration varies with time: A case study with carbon monoxide inhalation by rats // Regulatory Toxicology and Pharmacology. — 2016. — Vol. 80. — P. 102–115. DOI: 10.1016/j.yrtph.2016.06.014.L. M. Sweeney, D. R. Sommerville, M. R. Goodwin, R. A. James, S. R. Channel. Acute toxicity when concentration varies with time: A case study with carbon monoxide inhalation by rats. Regulatory Toxicology and Pharmacology, 2016, vol. 80, pp. 102–115. DOI: 10.1016/j.yrtph.2016.06.014.Pauluhn J. Acute inhalation toxicity of carbon monoxide and hydrogen cyanide revisited: Comparison of models to disentangle the concentration × time conundrum of lethality and incapacitation // Regulatory Toxicology and Pharmacology. — 2016. — Vol. 80. — P. 173–182. DOI: 10.1016/j.yrtph.2016.06.017.J. Pauluhn. Acute inhalation toxicity of carbon monoxide and hydrogen cyanide revisited: Comparison of models to disentangle the concentration × time conundrum of lethality and incapacitation. Regulatory Toxicology and Pharmacology, 2016, vol. 80, pp. 173–182. DOI: 10.1016/j.yrtph.2016.06.017.Эркенов Р. Х., Эгизов С. К., Мещеряков А. В., Плаксицкий А. Б. Технические исследования процессов механодеструкции строительных полимерных материалов // Пожарная безопасность: проблемы и перспективы. — 2018. — T. 1, № 9. — С. 1018–1019.R. H. Erkenov, S. K. Egizov, A. V. Meshcheryakov, A. B. Plaksitsky. Technical research of processes of mehanodestruction of building polymer materials. Pozharnaya bezopasnost: problemy i perspektivy/Fire Safety: Problems and Prospects, 2018, vol. 1, no. 9, pp. 1018–1019 (in Russian).Treitman R. D., Burgess W. A., Gold A. Air contaminants encountered by firefighters // American ¬Industrial Hygiene Association Journal. — 1980. — Vol. 41, Issue 11. — P. 796–802. DOI: 10.1080/15298668091425662.R. D. Treitman, W. A. Burgess, A. Gold. Air contaminants encountered by firefighters. American Industrial Hygiene Association Journal, 1980, vol. 41, issue 11, pp. 796–802. DOI: 10.1080/15298668091425662.Холщевников В. В., Самошин Д. А., Парфененко А. П., Кудрин И. С., Истратов Р. Н., Белосохов И. Р. Эвакуация и поведение людей при пожарах. — М. : Академия ГПС МЧС России, 2015. — 262 с.V. V. Kholshchevnikov, D. A. Samoshin, A. P. Parfenenko, I. S. Kudrin, R. N. Istratov, I. R. Belosokhov. Evakuatsiya i povedeniye lyudey pri pozharakh [Evacuation and behavior of people during fires]. Moscow, State Fire Academy of Emercom of Russia Publ., 2015. 262 p. (in Russian).Самошин Д. А. Состав людских потоков и параметры их движения при эвакуации. — М. : Академия ГПС МЧС России, 2016. — 210 с.D. A. Samoshin. Sostav lyudskikh potokov i parametry ikh dvizheniya pri evakuatsii [The composition of human flows and the parameters of their movement during evacuation]. Moscow, State Fire Aca¬demy of Emercom of Russia Publ., 2016. 210 p. (in Russian).Orloff K. G., Kaplan B., Kowalski P. Hydrogen cyanide in ambient air near a gold heap leach field: Measur¬ed vs. modeled concentrations // Atmospheric Environment. — 2006. — Vol. 40, Issue 17. — P. 3022–3029. DOI: 10.1016/j.atmosenv.2005.09.089.K. G. Orloff, B. Kaplan, P. Kowalski. Hydrogen cyanide in ambient air near a gold heap leach field: Measured vs. modeled concentrations. Atmospheric Environment, 2006, vol. 40, issue 17, pp. 3022–3029. DOI: 10.1016/j.atmosenv.2005.09.089.Anseeuw K., Delvau N., Burillo-Putze G., De Iaco F., Geldner G., Holmström P., Lambert Y., Sabbe M. Cyanide poisoning by fire smoke inhalation: a European expert consensus // European Journal of Emergency Medicine. — 2013. — Vol. 20, Issue 1. — P. 2–9. DOI: 10.1097/MEJ.0b013e328357170b.K. Anseeuw, N. Delvau, G. Burillo-Putze, F. De Iaco, G. Geldner, P. Holmström, Y. Lambert, M. Sabbe. Cyanide poisoning by fire smoke inhalation: a European expert consensus. European Journal of Emergency Medicine, 2013, vol. 20, issue 1, pp. 2–9. DOI: 10.1097/MEJ.0b013e328357170b.Иличкин В. С., Фукалова А. А. Токсичность продуктов горения полимерных материалов : обзорная информация. — М. : ГИЦ, 1987. — 68 с.V. S. Ilichkin, A. A. Fukalova. Toksichnost produktov goreniya polimernykh materialov: obzornaya informatsiya [Toxicity of combustion products of polymeric materials. Overview]. Moscow, GITs Publ., 1987. 68 p. (in Russian).Hartzell G. E., Priest D. N., Switzer W. G. Modeling of toxicological effects of fire gases: II. Mathematical modeling of intoxication of rats by carbon monoxide and hydrogen cyanide // Journal of Fire Sciences. — 1985. — Vol. 3, Issue 2. — P. 115–128. DOI: 10.1177/073490418500300204.G. E. Hartzell, D. N. Priest, W. G. Switzer. Modeling of toxicological effects of fire gases: II. Mathematical modeling of intoxication of rats by carbon monoxide and hydrogen cyanide. Journal of Fire Sciences, 1985, vol. 3, issue 2, pp. 115–128. DOI: 10.1177/073490418500300204.Kaplan H. L., Hartzell G. E. Modeling of toxicological effects of fire gases: I. Incapacitation effects of narcotic fire gases // Journal of Fire Sciences. — 1984. — Vol. 2, Issue 4. — P. 286–305. DOI: 10.1177/073490418400200404.H. L. Kaplan, G. E. Hartzell. Modeling of toxicological effects of fire gases: I. Incapacitation effects of narcotic fire gases. Journal of Fire Sciences, 1984, vol. 2, issue 4, pp. 286–305. DOI: 10.1177/073490418400200404.Пузач С. В., Нгуен Тат Дат. Критическая концентрация монооксида углерода при пожаре в помещении // Пожарная безопасность: проблемы и перспективы. — 2016. — Т. 1, № 1. — С. 181–183.S. V. Puzach, Tat Dat Nguen. Critical carbon monoxide concentration in an indoor fire. Pozharnaya bezopasnost: problemy i perspektivy / Fire Safety: Problems and Prospects, 2016, vol. 1 no. 1, pp. 181–183 (in Russian).Пузач С. В., Акперов Р. Г. Экспериментальное определение удельного коэффициента образования моноксида углерода при пожаре в помещении // Пожаровзрывобезопасность/Fire and Explosion Safety. — 2016. — T. 25, № 5. — С. 18–25. DOI: 10.18322/PVB.2016.25.05.18-25.S. V. Puzach, R. G. Akperov. Experimental determination of the specific coefficient of release of carbon monoxide during a fire in the room. Pozharovzryvobezopasnost/Fire and Explosion Safety, 2016, vol. 25, no. 5, pp. 18–25 (in Russian). DOI: 10.18322/PVB.2016.25.05.18-25.Пузач С. В., Сулейкин Е. В. Новый теоретико-экспериментальный подход к расчету распространения токсичных газов при пожаре в помещении // Пожаровзрывобезопасность/Fire and Ex¬plosion Safety. — 2016. — Т. 25, № 2. — С. 13–20. DOI: 10.18322/PVB.2016.25.02.13-20.S. V. Puzach, E. V. Suleykin. New united theoretical and experimental approach to the calculation of the distribution of toxic gases in case of fire in the room. Pozharovzryvobezopasnost/Fire and Explosion Safety, 2016, vol. 25, no. 2, pp. 13–20 (in Russian). DOI: 10.18322/PVB.2016.25.02.13-20.Пузач С. В., Сулейкин Е. В., Акперов Р. Г., Пузач В. Г. Об экспериментальной оценке токсичности продуктов горения при пожаре в помещении // Технологии техносферной безопасности. — 2013. — Вып. 4(50). — 11 c.S. V. Puzach, E. V. Suleikin, R. G. Akperov, V. G. Puzach. About experimental toxicity assessment of combustion products at fire in premise. Tekhnologii tekhnosfernoy bezopasnosti / Technology of Technosphere Safety, 2013, issue 4(50). 11 p. (in Russian).

The authors declare that there are no conflicts of interest present.