13

Курс «БЖД: Защита в ЧС и ГО»

«АВАРИИ НА ПОЖАРООПАСНЫХ ОБЪЕКТАХ»

1.Общие сведения о пожарах.

1. Физико-химические основы пожаров.

Согласно ГОСТу пожар это неконтролируемое горение вне специального очага, наносящее материальный ущерб. Горение представляет собой слож­ный физико-химический процесс превращения горючих веществ и материалов в продукты сгорания, сопровождаемый интенсивным выделением тепла, про­дуктов сгорания, световым излучением.

В основе горения в подавляющем большинстве лежат быстротекущие химические реакции окисления сгораемых материалов кислородом воздуха, в первую очередь углерода с образованием СО₂, и водорода с образовани­ем Н₂О.

При пожарах со свободным притоком воздуха состав воздуха условно можно считать постоянным: 21% кислорода и 79% азота (по объему) или 23% и 77% (по весу).

Для всех пожаров характерны:

-горение с выделением тепла и продуктов сгорания;

-газообмен, осуществляемый по механизму конвективных газовых по­токов, обеспечивающий приток кислорода воздуха в зону горения и отвод продуктов сгорания из нее;

-передача тепла из зоны горения в окружающее пространство, в том числе горючим материалам, без чего невозможен непрерывный процесс го­рения.

Основной механизм распространения горения при пожаре - теплопере­дача. Это сравнительно медленный процесс, поскольку теплопроводность распространенных сгораемых веществ невысока. Ограничена и лучевая и конвективная теплопередача.

1. Виды горения при пожарах.

Под воздействием тепла, выделяемого источником зажигания, газы, жидкости, твер­дые вещества и пыли ведут себя по-разному. При пожарах различают два основных вида горения: гомогенное и гетерогенное.

При гомогенном горении окислитель и горючее находятся в газовой фазе. Помимо того, что гомогенное горение имеет место при сгорании го­рючего газа, все горючие жидкости перед воспламенением испаряются, об­разуя газообразную среду. Большинство твердых веществ в процессе наг­рева при пожаре плавятся, разлагаются и испаряются, выделяя газообраз­ные фракции. Полученная любым из этих превращений газообразная среда смешивается с воздухом и горит.

При гетерогенном горении горючее находится в твердом состоянии, а окислитель в газообразном, и реакция окисления горючего происходит в твердой фазе. Твердые вещества, превращенные в пыль (угольную, метал­лическую, текстильную), при перемешивании с воздухом образуют пожа­ровзрывоопасные пылевоздушные смеси.

Поскольку при горении на пожарах роль окислителя чаще всего вы­полняет кислород воздуха, окружающего зону протекания химических реак­ций, интенсивность горения определяется не скоростью протекания этих реакций, а скоростью поступления кислорода из окружающей среды в зону горения.

1. Зоны пожара.

В пространстве, в котором развивается пожар, условно рассматрива­ют три зоны: горения, теплового воздействия и задымления.

Зоной горения называется часть пространства, в которой происходит подготовка горючих веществ к горению (подогрев, испарение, разложение) и их горение.

Зоной теплового воздействия называется часть пространства примы­кающая к зоне горения, в которой тепловое воздействие приводит к замет­ному изменению состояния материалов и конструкций и делает невозможным пребывание в ней людей без специальной защиты. Внешняя граница этой зоны соответствует температуре 60-70^оС.

Зоной задымления называется часть пространства в которой от дыма создается угроза жизни и здоровью людей (статистика показывает, что большая часть людей на пожаре гибнет от удушья).

2.Участвующие в горении вещества и характеризующие их параметры.

1. Основные положения

По агрегатному состоянию участвующие в горении вещества подразде­ляют на газообразные, жидкие и твердые.

К газам относятся вещества, абсолютное давление паров которых при температуре 50^оС равно или превышает 300кПа, или критическая тем­пература которых менее 50^оС.

К жидкостям - вещества, температура плавления (каплепадения) которых менее 50^оС.

К твердым - вещества с температурой плавления (каплепадения) 50^оС и выше. В твердых ве­ществах особую группу составляют пыли, т.е. диспергированные вещества с размером частиц менее 850мкм.

По возможности возгорания вещества подразделяют на негорючие, трудногорючие и горючие. Негорючие (несгораемые) - это вещества и ма­териалы, не способные гореть на воздухе. Трудногорючие (трудносгораемые) - это вещества и материалы, способные возгораться в воздухе от источника зажигания, но не способные самостоятельно гореть после его удаления. Горючие (сгораемые) - это вещества и материалы способные са­мовозгораться, а также возгораться от источника зажигания и самостоя­тельно гореть после его удаления.

Из группы горючих выделяют легковоспламеняющиеся вещества и мате­риалы, т.е. такие, которые способны воспламеняться от кратковременного (до 30 секунд) воздействия источника зажигания с низкой энергией (пла­мя спички, искра, сигарета и т.п.). К легковоспламеняющимся относятся жидкости с температурой вспышки не выше 61^оС в закрытом тигле или 66^оС в открытом тигле.

Вспышка - быстрое горение горючей смеси, не сопровождающееся об­разованием сжатых газов и не переходящее в стационарное горение.

Температурой вспышки называется самая низкая температура горючего вещества, при которой в условиях специальных испытаний над его поверх­ностью образуются пары или газы, способные вспыхивать от источника за­жигания, но скорость их образования еще недостаточна для возникновения устойчивого горения.

Температурой воспламенения называется наименьшая температура ве­щества, при которой в условиях специальных испытаний вещество выделяет пары и газы с такой скоростью, что после их зажигания возникает устой­чивое пламенное горение.

Температура самовоспламенения - самая низкая температура вещест­ва, при которой в условиях специальных испытаний происходит резкое увеличение экзотермических реакций, заканчивающееся пламенным горени­ем. Эта температура, не являясь физико-химической константой, сущест­венно зависит от формы и объема вещества, а также ряда других факто­ров. Поэтому для определения температуры самовоспламенения использует­ся специальная установка.

1. Параметры пожаров.

К основным параметрам пожара относятся: пожарная нагрузка, массовая скорость выгорания, скорость распространения пожара, температура пожара, интенсивность выделения тепла и др.

Пожарная нагрузка характеризует энергетический потенциал сгорае­мых материалов, приходящийся на единицу соответствующей площади (пола или участка земли). Она измеряется в единицах энергии или количества сгораемых материалов (в пересчете на древесину) на единице площади, например, Дж/м.кв (при пересчете на энергию, выделяющуюся при горении) или кг/м.кв (в пересчете на древесину - исходя из того, что при сгора­нии одного кг древесины выделяется 18,8 МДж энергии).

Пожарная нагрузка помещения состоит из постоянной (все сгораемые конструкции сооружения) и временной (находящиеся в помещении материа­лы). В зданиях пожарная нагрузка каждого этажа определяется отдельно и лимитируется соответствующими нормативами.

Массовая скорость выгорания - потеря массы горящего материала в единицу времени. Она зависит от отношения площади поверхности горения веществ к их объему, плотности упаковки, условий газообмена и других причин. (Например, скорость выгорания мебели 50 кг/м.кв.ч, бревен и крупных деревянных элементов 25 кг/м.кв.ч; пиломатериалов в штабелях 400 кг/м.кв.ч). Чем больше скорость выгорания, тем выше температу­ра, развиваемая при пожаре.

Скорость распространения пожара определяется скоростью распрост­ранения пламени по поверхности горючего материала. Она зависит от мно­гих факторов (вида материала, способности к воспламенению, начальной температуры, направления газового потока, степени измельчения материа­ла и др.). Кроме того, она непостоянна во времени. На практике при про­ведении расчетов пользуются средними значениями этого параметра:

при горении легковоспламеняющихся горючих жидкостей 30 м/мин,

по штабелям пиломатериалов 4 м/мин,

по деревянным покрытиям 1 м/мин,

по пустотам деревянных конструкций до 2 м/мин.

Скорость распространения пламени по поверхности материалов варь­ируется в широких пределах в зависимости от угла наклона этой поверхности к горизонтали. При угле наклона 90 градусов скорость распростра­нения пламени вниз меньше указанных значений в 2 раза, а вверх - в 8-10 раз больше.

При увеличении температуры скорость увеличивается, а при достиже­нии температуры самовоспламенения материалов их поверхность охватыва­ется пламенем почти мгновенно.

Значения скорости распространения пламени в различных газах при атмосферном давлении и комнатной температуре:

углеводородо-воздушные смеси 0,3 -0,5 м/с 18-30 м/мин

водородо-воздушная смесь 2,8 м/с 168 м/мин

водородо-кислородная смесь 13,8 м/с 828 м/мин

ацителено-кислородная смесь 15,4 м/с 924 м/мин

Под температурой внутреннего пожара понимают среднеобъемную тем­пературу газовой среды помещения, а для открытого пожара - температуру пламени. Поэтому температура внутренних пожаров, как правило, ниже чем открытых.

На практике при проведении различных оценочных расчетов (например при оценке огнестойкости конструктивных элементов зданий) широко ис­пользуется понятие "стандартный пожар". При "стандартном пожаре" изме­нение температуры T во времени t описывается эмпирическими формулами, полученными усреднением натурных измерений:

T(t) ^ОС= A + 345 lg(8t+1) ,

где А - температура в помеще­нии до начала пожара в ^ОС,

t - в минутах.

Формула рекомендована международной организацией по стандартизации ИСО (ISO) для оп­ределения T при "стандартном пожаре". Результат расчетов по этой формуле дает следующие значения:

часы	минуты	ТоС		часы	минуты	ТоС
0	5	576		1	30	1006
0	15	738		2	00	1049
0	30	841		3	00	1110
0	50	915		4	00	1153
1	00	945		5	00	1186

Интенсивность выделения тепла определяется массовой скоростью выгорания горючих материалов и их теплосодержанием. Она равна теплу, вы­деляющемуся при пожаре за единицу времени.

1. Классификация пожаров.

В зависимости от вида горящего материала различают пожары классов А,В,С,Д.

При пожарах класса А - горят твердые вещества,

класса В - горят жидкости,

класса С - горят газы,

класса Д - горят металлы.

Каждый из рассмотренных классов делится на подклассы (Классификация ИСО).

По признаку изменения площади пожары делятся на распространяющие­ся и нераспространяющиеся.

По масштабу различают отдельный пожар (горит одно здание или одно сооружение),сплошной пожар (одновременное горение преобладающего числа зданий и сооружений на данном участке застройки), массовый пожар (со­вокупность отдельных и сплошных пожаров). При слабом ветре массовый пожар может перейти в огненный шторм (образование одного гигантского турбулентного факела и радиального притока воздуха).

По условиям массо и теплообмена с окружающей средой различают по­жары в ограждениях (внутренние пожары) и на открытой местности ( отк­рытые пожары).

3.Внутренние пожары.

1. Общая характеристика внутренних пожаров.

Большинство внутренних пожаров, связанных с горением твердых мате­риалов начинается с возникновения открытого пламенного горения.

Вокруг зоны горения возникает конвективный газовый поток, обеспе­чивающий необходимый газовый обмен. Постепенно увеличивается темпера­тура горючего материала вблизи зоны горения, интенсифицируются физи­ко-химические процессы горения, растет факел пламени, локальное горе­ние переходит в общее.

При достижении температуры примерно 100^оС начинается разруше­ние оконных стекол и в связи с этим существенно изменяется газообмен (считается, что 1/3 проема окна работает на приток воздуха, а 2/3 - на вытяжку). Горение усиливается, тепло и пламя начинают выходить за пре­делы помещения, что может явиться причиной загорания соседних сооруже­ний.

Распространение пламени на соседние здания и сооружения возможно за счет излучения и переброса на значительные расстояния горящих конс­труктивных элементов (головни) или несгоревших частиц (искры). Извест­ны случаи, когда головни перебрасывало на расстояние свыше 200 м. На таком уровне пожар продолжается 20-30 и более минут, а затем интенсив­ность пожара постепенно падает. В последней фазе наступает догорание.

1. Стадии пожара в помещении.

При пожарах в помещении выделяют три стадии - начальную, основную (развитую), конечную.

Начальная стадия - развитие пожара от небольшого источника зажи­гания до момента, когда помещение полностью охвачено пламенем.

Основная стадия - повышение среднеобъемной температуры помещения до максимальной. На этой стадии сгорает 80-90% объемной массы сгорае­мых материалов.

Конечная стадия - завершение процесса горения и снижение темпера­туры.

1. Критическое время эвакуации.

За пределами помещений, в которых возник пожар, температура про­дуктов горения может оказаться неопасной для человека, зато содержание продуктов неполного сгорания в воздухе может стать опасным для жизни или здоровья. Это особенно характерно для высоких зданий и зданий ко­ридорной системы.