1.2 Характеристика чс техногенного характера

К техногенным относятся ЧС, происхождение которых связано с производственно-хозяйственной деятельностью человека на объектах техносферы. Как правило, техногенные ЧС возникают вследствие аварий, сопровождающихся самопроизвольным выходом в окружающее пространство вещества и (или) энергии.

Базовая классификация ЧС техногенного характера строится по типам и видам чрезвычайных событий, инициирующих ЧС:

- транспортные аварии (катастрофы);

- пожары, взрывы, угроза взрывов;

- аварии с выбросом (угрозой выброса) ХОВ;

- аварии с выбросом (угрозой выброса) РВ;

- аварии с выбросом (угрозой выброса) биологически опасных веществ;

- внезапное обрушение зданий, сооружений;

- аварии на электроэнергетических системах;

- аварии в коммунальных системах жизнеобеспечения;

- аварии на очистных сооружениях;

- гидродинамические аварии.

1.3 Чрезвычайные ситуации, вызванные возникновением пожаров и взрывами

Пожары и взрывы объектов промышленности, транспорта, административных зданий, общественного и жилищного фонда наносят значительный материальный ущерб и зачастую приводят к гибели людей.

Пожар — это комплекс физико-химических явлений, в основе которых лежат неконтролируемые процессы горения, тепло- и массообмена, сопровождающиеся уничтожением материальных ценностей и создающие опасность для жизни людей.

Взрыв — это неконтролируемое освобождение большого количества энергии в ограниченном объеме за короткий промежуток времени.

Пожары и взрывы зачастую представляют собой взаимосвязанные явления. Взрывы могут быть вторичными последствиями пожаров как результат сильного нагрева емкостей с горючими газами (ГГ), легковоспламеняющимися жидкостями (ЛВЖ), горючими жидкостями (ГЖ), а также пылевоздушных смесей (ГП), находящихся в закрытом пространстве помещений, зданий, сооружений. В свою очередь, взрывы, как правило, приводят к возникновению пожара на объекте, так как в результате взрыва образуется сильно нагретый газ (плазма) с очень высоким давлением, который оказывает не только ударное механическое, но и воспламеняющее воздействие на окружающие предметы, в том числе горючие вещества.

Объекты, на которых производятся, хранятся или транспортируются вещества, приобретающие при некоторых условиях способность к возгоранию (взрыву), относятся соответственно к пожаро- или взрывоопасным объектам.

Процесс горения возможен при следующих основных условиях: непрерывное поступление окислителя (кислорода воздуха); наличие горючего вещества или его непрерывная подача в зону горения; непрерывное выделение теплоты, необходимой для поддержания горения.

Зона наиболее интенсивного горения, в которой имеются все -те условия, называется очагом пожара. Процесс развития пожара состоит из следующих фаз: распространение горения по площади и пространству; активное пламенное горение с постоянной скоростью потери массы горючих веществ; догорание тлеющих материалов и конструкций.

Пожар происходит в определенном пространстве (на площади или в объеме), которое условно может быть разделено на зоны горения, теплового воздействия и задымления, не имеющие четких границ.

Зона горения занимает часть пространства, в котором протекают процессы термического разложения твердых горючих материалов (ТГМ) или испарения ЛВЖ и ГЖ, горения ГГ и паров в объеме диффузионного давления пламени.

Зона теплового воздействия представляет собой прилегающее к зоне горения пространство, в пределах которого происходит интенсивный теплообмен между поверхностью пламени, окружающими строительными конструкциями и горючими материалами.

В начальной стадии пожара теплота в основном передается теплопроводностью через металлические строительные конструкции, трубы и инженерные коммуникации. При пожарах в зданиях излучение является основным способом передачи теплоты по всем направлениям до момента интенсивного задымления, когда дым в результате рассеивания и поглощения лучистой энергии ослабляет тепловой поток. В период сильного задымления зоны пожара конвекцией передается значительно больше теплоты, чем иными способами; при этом нагретые до высоких температур газы способны с легкостью вызывать возгорание горючих материалов на пути своего движения: в коридорах, проходах, лифтовых шахтах, лестничных клетках, вентиляционных люках и т.д.

При пожарах на открытых пространствах распространение огня происходит в основном за счет возгорания окружающих горючих веществ при передаче им значительной теплоты излучением. Несмотря на то, что доля теплоты, передаваемой конвекцией, достигает ориентировочно 75%, значительная ее часть передается верхним слоям атмосферы и не изменяет обстановки на пожаре. По условиям газообмена и теплообмена с окружающей средой все пожары подразделяются на два обширных класса: 1-й класс — пожары на открытом пространстве; 2-й класс — пожары в ограждениях.

Пожары I -го класса условно могут быть разделены на следующие виды:

- локальные, или не распространяющиеся, когда их размеры остаются неизменными во времени;

- распространяющиеся, когда ширина фронта, периметр или радиус пожара постоянно изменяются по различным направлениям;

- отдельные, когда пожаром охвачены отдельные объекты на территории, так что между ними возможны перемещения людей и техники без защиты от теплового воздействия;

- сплошные, когда одновременно пожаром охвачено преобладающее число объектов на данной территории, так что передвижение людей и техники через участок пожара невозможно без средств защиты от теплового воздействия;

- массовые как совокупность отдельных и сплошных пожаров;

- огневой шторм как особая форма не распространяющегося сплошного пожара, когда имеется значительный восходящий поток продуктов горения и нагретого воздуха и приток свежего воздуха со скоростью не менее 50 км/ч со всех сторон по направлению к границам огня.

Пожары 2-го класса могут быть двух видов: открытые, когда их развитие идет при полностью или частично открытых дверных, оконных и вентиляционных проемах; закрытые, которые протекают при полностью закрытых проемах.

Пожарная опасность объектов техносферы, в которых находятся ТГМ, определяется удельной пожарной нагрузкой g, МДж/м2, по формуле

, (1.1)

где Gi -количество i-го материала пожарной нагрузки, кг;

Q - низшая теплота сгорания i-го материала пожарной нагрузки,

МДж/кг;

n - количество видов материалов пожарной нагрузки;

S - площадь размещения пожарной нагрузки, м2 (не менее 10 м2).

Пожарная нагрузка в помещениях представляет собой различные виды мебели, материалов, инвентаря, оборудования и т.п., а на открытых пространствах — отдельные объекты (здания, штабели пиломатериалов, емкости и сооружения), материалы в россыпи, растительный покров (трава, кустарник, лес), торфоразработки и т. п.

Пожароопасность горючих материалов (ГГ, ЛВЖ, ГЖ, ГП и ТГМ) определяется их физико-химическими свойствами через систему показателей, включающих температуру вспышки, температуру воспламенения, температуру самовоспламенения, нижний и верхний пределы распространения пламени, температурные пределы распространения пламени, скорость выгорания, теплоту горения, коэффициент дымообразования и др. физико-химические и пожароопасные свойства горючих веществ, их отношение к огнетушащим веществам определяют особенности пожаров.

С этой точки зрения пожары подразделяются на следующие классы:

А - пожары ТГМ, в основном органического происхождения;

Б - пожары ГЖ и плавящихся ТГМ;

С - пожары ЛВЖ и ГГ;

Д - пожары металлов и их сплавов;

Е - горение электроустановок.

Взрывопожарная и пожарная опасность помещений и зданий производственного и складского назначений определяется в зависимости от количества и пожаровзрывных свойств горючих веществ, находящихся в них, и особенностей осуществляемых технологических процессов. Нормами пожарной безопасности все производства и помещения подразделяются на категории пожарной опасности А, Б, В1—В4, Г, Д (табл. 4.1, 4.2). Категории зданий по взрывопожарной и пожарной опасности определяются по соотношению площадей помещений, имеющих соответствующие категории взрывов и пожароопасности, к общей площади здания.

Таблица 1.1

Категории пожарной опасности производств и помещении

Категория помещения	Характеристика веществ и материалов, находящихся (обращающихся) в помещении
1	2
А(взрывопо-жароопасная)	ГГ, ЛВЖ с температурой вспышки не более 28оС, в таком количестве, что могут образоваться взрывоопасные смеси, при воспламенении которых развивается расчетное избыточное давление взрыва в помещении, превышающее 5 кПа. Вещества и материалы, способные взрываться и гореть при взаимодействии с сводой, кислородом воздуха или друг с другом в таком количестве, что расчетное итзбыточное давление взрыва в помещении превышает 5 кПа
Б(взрыво-пожароопасная)	ГП, волокна, ЛВЖ с температурой вспышки более 28оС, ГЖ в таком количестве, что могут образовываться взрывоопасные пылевоздушные или паровоздушные смеси, при воспламенеии которых развивается расчетное избыточное давление взрыва в помещении, превышающее 5 кПа

продолжение таблицы 1.1

1	2
В1-В4 (пожаро- опасные)	ГЖ, ТГЖ, ТГМ, ТТГМ (в том числе пыли и волокна), веществаи материалы, способные при взаимодействии с водой, кислородом воздуха или друг с другом только гореть при условии, что помещения, в которых они имеются в наличии или обращаются, не относятся к категории А или Б
Г	Негорючие вещества и материлалы в горячем, раскаленном или расплавленном состоянии, процесс обработки которых сопровождается выделением лучистой теплоты, искр и пламени; ГГ, ГЖ и ТГВ, которые снимаются или утилизируются в качестве топлива
Д	Негорючие вещества и материалы в холодном состоянии

Таблица 1.2

Характеристика пожарной нагрузки помещений категории В

Категории	Удельная пожарная нагрузка на участке, МДж/м2
В1 В2 В3 В4	Более 2200 От 1401 до 2200 От 181 до 1400 От 1 до 180

Здание относится к категории А, если в нем суммарная площадь помещений категории А превышает 5% площади всех помещений или 200 м². Допускается не относить здание к категории А, если суммарная площадь помещений категории А не превышает 25% общей площади здания (но не более 1000 м²) и эти помещения оборудованы установками автоматического пожаротушения.

Здание относится к категории Б, если одновременно выполнены два условия: здание не относится к категории А; суммарная площадь помещений категории А и Б превышает 5% общей площади здания или 200 м². Допускается не относить здание к категории Б, если суммарная площадь помещений категории А и Б не превышает 25% общей площади здания (но не более 1000 м2) и эти помещения оборудованы установками автоматического пожаротушения.

Здания относятся к категории В, если одновременно выполнены два условия: здание не относится к категориям А или Б; суммарная площадь помещений категорий А, Б и В превышает 5% суммарной площади всех помещений (10%, если в здании отсутствуют помещения категорий А и Б). Допускается не относить значение к категории В, если суммарная площадь помещений категорий А, Б и В в здании не превышает 25% общей площади (но не более 3500 мг) и эти помещения оборудованы установками автоматического пожаротушения.

Здания относятся к категории Г, если одновременно выполнены два условия: здания не относятся к категориям А, Б или В; суммарная площадь помещений категорий А, Б, В и Г превышает 5 % общей площади здания. Допускается не относить здания к категории Г, если суммарная площадь помещений категорий А, Б, В и Г в здании не превышает 25 % общей площади (но не более 5000 м2) и помещения категорий А, Б и В оборудованы установками пожаротушения.

Здания относятся к категории Д, если они не относятся к категориям А, Б, В или Г.

Пожар представляет большую опасность для здоровья и жизни людей, оказавшихся в зоне его воздействия. Результатами воздействия пожара являются ожоги, травмы и гибель людей. Опасностями пожара являются: повышенная температура окружающей среды; открытый огонь и искры; лучистые тепловые потоки; дымовые газы и токсичные продукты горения; пониженная концентрация кислорода в воздухе; разрушение строительных конструкций; взрывы емкостей с газом и перегретыми парами жидкостей и др.; психофизиологические факторы.

Особую опасность для жизни людей на пожарах представляет воздействие на их организм дымовых газов, содержащих токсичные продукты горения и разложения различных веществ и материалов. Наиболее опасным является продукт неполного горения -оксид углерода, 0,5% концентрация которого вызывает смертельное отравление в течение 20 мин, а при концентрации 1,3% смерть наступает в результате 2-3 вдохов. При горении полимерных материалов в воздух выделяются такие токсичные соединения, как цианистый водород, фосген, оксид азота, сероводород, хлористый водород и др., незначительные концентрации которых являются смертельными для человека.

Углекислый газ, который является постоянным спутником пожара, менее опасен, так как вызывает реальную опасность для жизни только при концентрациях, достигающих 8- 10 %.

Взрывы могут иметь химическую или физическую природу. При химических взрывах в твердых, жидких, газообразных взрывчатых веществах или аэровзвесях (мелкодисперсных частиц ГЖ или ГП в воздухе) горючих веществ, находящихся в окислительной среде, с огромной скоростью протекают экзотермические окислительно-восстановительные реакции или реакции термического разложения с выделением тепловой энергии.

Физический взрыв возникает вследствие неконтролируемого высвобождения потенциальной энергии сжатых газов из замкнутых объемов технологического оборудования, трубопроводов и других сосудов, работающих под давлением.

Параметрами, определяющими мощность взрыва, являются энергия взрыва и скорость ее выделения. Энергия взрыва обусловливается физико-химическими превращениями, протекающими при различных видах взрывов.

Основными поражающими факторами взрыва являются ударная волна (воздушная — при взрыве в газовой среде — или гидравлическая — при взрыве в жидкой среде) и осколочные поля.

Осколочные поля — площади территории, поражаемые разлетающимися осколками разорвавшихся объектов и объектов, разрушенных ударной волной. Осколочные поля условно делятся на две зоны. Первая зона определяется площадью круга при ненаправленном взрыве и площадью кругового сектора при направленном взрыве, на которую разлетается до 80 % всех осколков. Вторая зона непосредственно примыкает к первой и определяется площадью падения оставшихся 20 % осколков. Радиус этой зоны превышает радиус первой зоны в 20 и более раз, в зависимости от мощности взрыва.

Воздушная ударная волна образуется за счет энергии, выделенной в центре взрыва, которая приводит к возникновению в нем очень высокой температуры и огромного давления. Продукты взрыва, воздействуя на окружающие слои воздуха, создают в нем затухающее волновое поле, в котором переносятся на значительное расстояние тепловая, акустическая и кинетическая энергии взрыва. В воздушном пространстве образуются подвижные зоны сжатия и разрежения слоев воздуха, давление в которых будет значительно отличаться от нормального атмосферного. По сферической границе зоны сжатия возникает фронт ударной волны.

На объектах техносферы имеют место следующие основные типы взрывов: свободный воздушный, наземный на открытой территории, наземный в непосредственной близости от объекта и взрыв внутри объекта. Характеры распространения воздушных ударных волн при свободном воздушном взрыве (рис. 1.2) и наземном взрыве на открытой территории во многом сходны. В случае наземного взрыва в непосредственной близости от объекта (здания или сооружения) ударная волна подходит сначала к его фронтальной поверхности, затем, обтекая объект, воздействует на него с боков и сзади. Отраженная от преграды ударная волна тормозит движущиеся на фронтальную часть объекта массы воздуха в прямой волне, при этом происходит повышение избыточного давления в 2 — 8 раз.

Э — эпицентр взрыва; П — фронт падающей волны; Г — фронт головной волны; Т — траектория тройной точки; О — фронт отраженной волны

Рисунок 1.2 - Образование ударной волны при воздушном взрыве;

Взрыв внутри объекта характерен тем, что ударная волна распространяется в ограниченном преградами объеме помещения, поэтому, с учетом дополнительного давления отражения, его разрушающее действие значительно больше, чем на открытой местности. В общем случае последствия взрыва внутри помещения во многом определяются избыточным давлением, которое создается в момент взрыва. При наличии горючих газов, жидкостей, веществ, состоящих из атомов С, Н, О, N, Cl, Br, I, F, избыточное давление взрыва ∆Р, кПа, определяется по формуле

(1.2)

где P_max - максимальное давление взрыва стехиометрической газовоздушной или паровоздушной смеси в замкнутом объеме, кПа (допускается принимать Р_max = 900 кПа); Р₀ - начальное давление, кПа (допускается принимать Р0 =101 кПа); т - масса ГГ или паров ЛВЖ и ГЖ, вышедших в результате аварии в помещение, кг; Z - коэффициент участия горючего во взрыве (допускается принимать следующие значения Z: для водорода — 1,0; других ГГ, кроме водорода, — 0,5; ЛВЖ и ГЖ, нагретых до температуры вспышки и выше, а также ниже с образованием аэрозоля - 0,3; ЛВЖ и ГЖ, нагретых ниже температуры вспышки при отсутствии возможности образования аэрозоля, - 0); V_cи -свободный объем помещения, м3; рг..п. — плотность газа или пара при расчетной температуре, кг/м³; С_ст - стехиометрическая концентрация ГГ или паров ЛВЖ и ГЖ, %; К_н - коэффициент, учитывающий негерметичность помещения (допускается принимать К_н=3).

Характер и степень поражения людей зависят от мощности взрыва и степени их защищенности. Избыточное давление во фронте воздушной ударной волны, не превышающее 10 кПа, считается безопасным для находящихся на открытой местности людей, хотя и в этом случае они могут получить тяжелые или смертельные поражения разлетающимися осколками. Поэтому такое давление является определяющим при расчете осколочных полей.

При избыточном давлении 35 кПа плотность летящих со скоростью до 50 м/с обломков и камней может достигать 3500 единиц на 1 м2. Давление, создающееся при таком взрыве, может поднимать в воздух части объекта весом несколько сотен килограммов. Ущерб, причиняемый ударной волной жилым и промышленным зданиям, может носить характер полных разрушений при избыточном давлении более 50 кПа, сильных — при 50 — 30 кПа; средних — при 30 — 20 кПа; слабых — при 20—10 кПа.