36. Причины и опасные факторы пожара и взрыва

Пожар – неконтролируемое горение, причиняющее материальный ущерб, вред жизни и здоровью граждан, интересам общества и государства [1].

В РФ ежегодно происходит до 140 тыс. пожаров, погибает порядка 15 тыс. человек. Основной причиной пожаров в промышленности является несоблюдение технологической дисциплины (до 40% всех случаев), неисправность электрооборудования, самовозгорание промасленной ветоши и обтирочных материалов, несоблюдение пожарной безопасности при выполнении огневых работ, конструктивные недостатки оборудования и его несвоевременный ремонт. Также причинами пожаров могут быть разряды статического электричества, молний, неосторожное обращение с огнем и умышленный поджег.

Опасными факторами пожара (ОФП), воздействующими на людей и материальные ценности, являются:

- пламя и искры;

- повышенная температура окружающей среды;

- токсичные продукты горения и термического разложения;

- дым;

- пониженная концентрация кислорода.

Воздействие факторов пожара на людей происходит комплексно, что и определяет их опасность: человек способен выдержать до 20 мин температуру окружающего воздуха в 100÷120 ºС, а при температуре 150 ºС происходит ожег дыхательных путей; понижение содержания кислорода в воздухе от начального – 20,95 % до 6% приводит к удушью и смерти; более 70 % погибших умерли от отравления продуктами горения. Для человека предельными значениями опасных факторов пожара принято считать: температуру среды 70 ºС, интенсивность теплового излучения 500 Вт/м², содержание в воздухе оксида углерода 0,1 % и диоксида углерода 6 %, содержание кислорода менее 17 %, дальность видимости в дыму менее 20 м.

Процесс пожара сопровождается проявлением вторичных опасных факторов, к которым относятся:

- осколки, части разрушившихся аппаратов, агрегатов, установок, конструкций;

- радиоактивные и токсичные вещества и материалы, вышедшие из разрушенных аппаратов и установок;

- электрический ток, возникший в результате выноса высокого напряжения на токопроводящие части конструкций, аппаратов, агрегатов;

огнетушащие вещества [2].

Взрыв – быстрое экзотермическое химическое превращение взрывоопасной среды, сопровождающееся выделением энергии и образованием сжатых газов, способных проводить работу. Основными опасными факторами взрыва, являются:

- максимальное давление и температура взрыва;

- скорость нарастания давления при взрыве;

- давление во фронте ударной волны;

- дробящие и фугасные свойства взрывоопасной среды.

Опасными и вредными факторами, воздействующими на работающих в результате взрыва, являются:

- ударная волна, во фронте которой давление превышает допустимое значение;

- пламя;

- обрушивающиеся конструкции, оборудование, коммуникации, здания и сооружения и их разлетающиеся части;

- образовавшиеся при взрыве и (или) выделившиеся из поврежденного оборудования вредные вещества, содержание которых в воздухе рабочей зоны превышает предельно допустимые концентрации [3].

37. Общие сведения о горении

Горение – экзотермическая реакция, протекающая в условиях ее прогрессивного самоускорения, сопровождающаяся, по крайней мере, одним из трех факторов: пламенем, свечением, выделением дыма.

Для возникновения и развития процесса горения необходимы горючие вещество, окислитель и источник воспламенения, инициирующий реакцию между горючим и окислителем. Источник должен обладать определенным запасом энергии и иметь температуру, достаточную для начала реакции. Горючее и окислитель должны находиться в определенных соотношениях друг с другом. Горение, как правило, происходит в газовой фазе, поэтому горючие вещества, находящиеся в конденсированном состоянии (жидкости, твердые материалы), для возникновения и поддержания горения должны подвергнуться газификации (испарению, разложению) с образованием горючих паров и газов, в количестве, достаточном для горения. Горение отличается многообразием видов и особенностей, обуславливаемыми процессами тепломассообмена, газодинамическими эффектами, кинетикой химических превращений и др., а также обратной связью между внешними условиями и характером развития горения.

Одним из таких важнейших факторов является стехиометрическое соотношение – исходное соотношение компонентов горючей смеси, при сгорании которой ни один из исходных компонентов не остается в избытке в продуктах реакции.

В зависимости от содержания в смеси горючего и окислителя принято различать:

- полное горение (бедная смесь) – в избытке окислитель и в недостатке горючее;

- неполное горение (богатая смесь) – в избытке горючее и вы недостатке окислитель.

В зависимости от агрегатного состояния горючих веществ горение может быть:

- гомогенным – компоненты смеси в начальном газообразном состоянии;

- кинетическим – гомогенное горение, когда компоненты смеси предварительно перемешены;

- диффузионным – гомогенное горение, когда компоненты смеси предварительно не перемешены;

- гетерогенным – характеризуемое наличием раздела фаз компонентов горючей системы.

Пламя – видимая зона горения, проявляющаяся видимым свечением и излучением тепла.

В зависимости от скорости распространения пламени горение может быть: дифлягр-ционным (в пределах нескольких м/сек); взрывным (десятки и сотни м/сек) и детонационным (тысячи м/сек). Кроме того, различают ламинарное горение, характеризуемое послойным распространением фронта пламени по свежей горючей смеси, и турбулентное, характеризуемое перемешиванием слоев потока и повышенной скоростью выгорания.

Реальные пожары характеризуются, как правило, диффузионным, гетерогенным, турбулентным и дифляграционным горением.

Вспышка – быстрое сгорание газопаровоздушной смеси над поверхностью горючего вещества, сопровождающееся кратковременным видимым свечением.

Воспламенение – пламенное горение вещества, инициированное источником зажигания и продолжающееся после его удаления.

Самовоспламенение – резкое увеличение скорости экзотермических объемных реакций, сопровождающееся пламенным горением и или взрывом.

Классификация и вероятность возникновения пожаров

Пожары классифицируются с целью определения способов и приемов их тушения раз-личными силами и средствами. Пожары классифицируются по следующим факторам:

- по масштабам:

отдельные пожары (в зданиях и сооружениях);

группы отдельных пожаров;

сплошные пожары, когда отдельные пожары сливаются в один общий (горят 50 % зданий на участке застройки), так называемые массовые пожары;

огненный шторм особый вид устойчивого пожара, охватывающего более 90 % зданий в городах и характеризующегося наличием восходящего вверх столба продуктов сгорания и нагретого воздуха, а также притоком со всех сторон к центру шторма свежего воздуха с ураганной скоростью;

- по месту возникновения:

пожары в городах и населенных пунктах;

пожары на транспортных средствах, в том числе на трубопроводах;

ландшафтные пожары, возникающие по различным причинам вне населенных пунктов:

лесные, полевые и т. д., их относят к природным пожарам и квалифицируют как стихийное бедствие;

- по агрегатному состоянию горючих веществ и материалов:

пожары газов – веществ, давление насыщенных паров которых при окружающей температуре 25 ºС и атмосферном давлении 101,3 кПа (1 атм) превышает это давление;

пожары жидкостей – веществ, давление насыщенных паров которых при окружающей температуре 25 ºС меньше атмосферного давлении 101,3 кПа (1 атм). К жидкостям относят также твердые плавающие вещества с температурой плавления или каплепадения меньше 50 ºС;

пожары твердых веществ, которые не имеют температуру плавления (например, древесина, ткани) или большей 50 ºС (например, вазелин);

пожары пылей – диспергированных (измельченных) твердых веществ и материалов с размерами частиц менее 850 мкм (0,85 мм).

Вероятность возникновения пожара или взрыва в течение года определяется зависимостью

Q_В = Q_ГС Q_ИЗ , (1)

где Q_ГС = Q_Г Q_О – вероятность образования горючей смеси;

Q_Г – вероятность появления горючего вещества;

Q_ИЗ – вероятность появления окислителя (обычно Q_ИЗ = 1);

Q_ИЗ = Q_Т Q_Э Q_И – вероятность появления источника зажигания;

Q_Т – вероятность появления источника тепла;

Q_Э – вероятность достаточности энергии источника;

Q_И – вероятность достаточности времени существования источника.

Показателем оценки уровня обеспечения пожарной безопасности людей на объектах является вероятность предотвращения воздействия P_В опасных факторов пожара (ОФП). Вероятность предотвращения воздействия ОФП P_В на людей в объекте вычисляют по формуле

Р_В = 1 – Q_В, (2)

где Q_В – расчетная вероятность воздействия ОФП на отдельного человека в год.

Вероятность Q_В вычисляют для людей в каждом здании (помещении) по формуле

Q_В = Q_П (1 – Р_Э)( 1 – Р_ПЗ), (3)

где Q_П – вероятность пожара в здании в год;

Р_Э – вероятность эвакуации людей;

Р_ПЗ – вероятность эффективной работы технических решений противопожарной защиты.

Вероятность эвакуации Р_Э вычисляют по формуле

Р_Э = 1 – (1 – Р_ЭП)( 1 – Р_ДВ), (4)

где Р_ЭП – вероятность эвакуации по эвакуационным путям;

Р_ДВ – вероятность эвакуации по наружным эвакуационным лестницам, переходам в смежные секции здания.

Уровень обеспечения безопасности людей при пожарах отвечает требуемому, если

Q_В ≤ Q_В^Н, (5)

где Q_В^Н – допустимая вероятность воздействия ОФП на отдельного человека в год (принимается по ГОСТ 12.1.004-91 [2]).

Уровень обеспечения безопасности людей для проектируемых зданий (сооружений) оценивается по (3) при Р_Э=0 . Если при этом выполняется условие (4), то безопасность людей в зданиях (сооружениях) обеспечена на требуемом уровне системой предотвращения пожара. При невыполнении это условия, расчет вероятности воздействия ОФП на людей Q_Е для эксплуатируемых зданий (сооружений) допускается проверять окончательно с использованием статистических данных по формуле

Q_Е = n М_Ж / (T N₀) , (6)

где n – коэффициент, учитывающий пострадавших людей;

М_Ж – число жертв пожара в рассматриваемой группе зданий (сооружений) за период;

Т – рассматриваемый период эксплуатации однотипных зданий (сооружений), год;

N₀ – общее число людей, находящихся в зданиях (сооружениях).

Однотипными считают здания (сооружения) с одинаковой категорией пожарной опасности, одинакового функционального назначения и с близкими основными параметрами: геометрическими размерами, конструктивными характеристиками, количеством горючей нагрузки, вместимостью (числом людей в здании), производственными мощностями. Допускается уровень обеспечения безопасности людей в зданиях (сооружениях) оценивать по вероятности Q_Е, в одном или нескольких помещениях, наиболее удаленный от выходов в безопасную зону (например верхние этажи многоэтажных зданий).

Показатели пожароопасности веществ и материалов

Определение пожароопасных свойств веществ и материалов производится на основании результатов испытаний или расчетов по стандартным методикам с учетом параметров состояния (давления, температуры и т.д.).

Пожаровзрывоопасность веществ и материалов – совокупность свойств, характеризующих их способность к возникновению и распространению горения. Следствием горения, в зависимости от его скорости и условий протекания, могут быть пожар или взрыв. Изучение пожаровзрывоопасных свойств вещества и материалы, обращающихся в процессе производства, является одной из основных задач пожарной профилактики, направленной на исключение горючей среды из системы пожара. С этой целью ГОСТ 12.1.044-89 подразделяет по агрегатному состоянию все вещества и материалы на: газы, жидкости, твердые и пыли (диспергированные твердые вещества и материалы с размером частиц менее 0,85 мм) и вводит показатели их пожаровзрывоопасности [4].

Группа горючести – классификационная характеристика способности веществ и материалов к горению. По горючести вещества и материалы подразделяют на три группы:

- негорючие (несгораемые) – вещества и материалы, не способные к горению в воздухе;

- трудногорючие (трудносгораемые) – вещества и материалы, способные гореть в воздухе при воздействии источника зажигания, но не способные самостоятельно гореть после его удаления:

- горючие (сгораемые) – вещества и материалы, способные самовозгораться, а также возгораться при воздействии источника зажигания и самостоятельно гореть после его удаления.

Температура вспышки Т_всп (только для жидкостей) – наименьшая температура конденсированного вещества, при которой в условиях специальных испытаний над его поверхностью образуются пары, способные вспыхивать в воздухе от источника зажигания; устойчивое горение при этом не возникает.

По температуре вспышке судят о летучести жидкостей, т. е. о их способности образовывать взрывоопасные паровоздушные смеси. По ней жидкости подразделяются на легко-воспламеняющиеся (ЛВЖ) Т_всп ≤ 61ºС и горючие (ГЖ) Т_всп ≥ 61ºС жидкости.

Концентрационные пределы распространения пламени (воспламенения) (кроме твердых). Однородные смеси горючих веществ с окислительной средой образуют нижний (верхний) концентрационные пределы распространения пламени (воспламенения) – минимальное (максимальное) содержание горючего вещества (НКП или ВКП), при котором возможно распространение пламени по смеси на любое расстояние от источника зажигания.

Температурные пределы распространения пламени – такие температуры вещества, при которых его насыщенный пар образует в окислительной среде концентрации, равные соответственно нижнему (нижний температурный предел) и верхнему (верхний температурный предел) концентрационным пределам распространения пламени.

Способность взрываться и гореть при взаимодействии с водой, кислородом воздуха и другими веществами (взаимный контакт веществ) – это качественный показатель, характеризующий особую пожарную опасность некоторых веществ.

Максимальное давление взрыва – наибольшее избыточное давление, возникающее при дефлаграционном сгорании газо-, паро- или пылевоздушной смеси в замкнутом сосу-де при начальном давлении смеси 101,3 кПа.