2.2. Безопасность проведения аварийно-спасательных работ при пожарах, взрывах на объектах промышленности
2.2.1. Основные опасные факторы при пожарах и взрывах
Многие процессы в природе, технике и повседневной жизни протекают в виде экзотермических реакций и сопровождаются выделением тепла. Быстро протекающая экзотермическая реакция соединения или разложения, сопровождающаяся выделением большого количества тепла и излучением света, представляет собой процесс горения. Взрыв - частный случай горения, протекающий мгновенно и сопровождающийся кратковременным выделением значительного количества тепла и света.
Для протекания процесса горения необходимо наличие горючей среды, включающей в себя горючее вещество и кислород (воздух), и источника воспламенения. Для того чтобы возник процесс горения, горючая среда должна быть нагрета до определенной температуры при помощи источника воспламенения (пламени, искры электрического или механического происхождения, накаленного тела, теплового проявления химической, электрической или механической энергии). После возникновения горения постоянным источником воспламенения является зона горения, т.е. тот участок, где протекает экзотермическая реакция, сопровождающаяся выделением тепла и света. Возникновение и продолжение горения возможно при определенном количественном соотношении горючего вещества и кислорода и при определенных температурах и запасе тепловой энергии источника воспламенения. Горение веществ может протекать не только в среде кислорода, но также и при соединении с другими веществами. Так, многие вещества горят при наличии хлора, паров брома, серы и т.д.
Горючие вещества могут быть в трех агрегатных состояниях жидком, твердом и газообразном.
Твердые горючие вещества при нагревании ведут себя различно, например, сера, канифоль, нафталин, каучук плавятся и испаряются. Древесина, бумага, ткани, сланцы, торф разлагаются и выделяют газообразные продукты, в том числе горючий и твердый остаток в виде шлака, кокса, антрацита, древесного угля. Наличие горючей среды, т.е. определенной концентрации горючего вещества и кислорода, представляет значительную пожарную опасность, поскольку воспламенение горючей смеси может произойти даже от маломощного и кратковременного источника воспламенения.
Пространство, в котором развивается пожар, условно подразделяется на три зоны: горения, теплового воздействия и задымления.
Зоной горения называется часть пространства, в котором протекают процессы термического разложения или испарения горючих веществ и материалов в объеме диффузорного факела пламени. Данная зона может ограничиваться ограждениями здания (сооружения) стенками технологических аппаратов, резервуаров.
Зона теплового воздействия примыкает к границам зоны горения. В этой части пространства протекают процессы теплообмена между поверхностью пламени, окружающими строительными конструкциями и горючими материалами. Передача теплоты в окружающую среду осуществляется тремя способами: конвекцией, излучением, теплопроводностью. Границы зоны проходят там, где тепловое воздействие, приводит к заметному изменению состояния материалов, конструкций и создает невозможные условия для пребывания людей без противотепловой защиты.
Зоной задымления называется часть пространства, примыкающая к зоне горения и заполненная дымовыми газами в концентрациях, создающих угрозу для жизни и здоровья людей или затрудняющих действия спасательных и пожарных подразделений.
При пожарах в зданиях и на открытых пространствах зоны задымления имеют характерные особенности и зависят от различных факторов. Зона задымления может включать в себя всю зону теплового воздействия и значительно ее превышать. Внешними границами зоны задымления считаются места, где плотность дыма составляет 0,0001-0,0006 кг/м3, видимость 6-12 м, концентрация кислорода в дыме не менее 16 % и токсичность газов не представляет опасности для людей, находящихся без средств противодымной защиты. В процессе развития пожара различают три фазы. В первой фазе горения охватывается до 80 % пожарной нагрузки. Во второй фазе происходит активное пламенное горение с потерей массы пожарной нагрузки. Скорость выгорания непрерывно увеличивается и до- стигает максимальных величин. В третьей фазе скорость выгорания резко падает. Процесс характеризуется догоранием тлеющих материалов и конструкций. В каждом конкретном случае процесс развития пожара протекает при определенных условиях сосредоточения или рассредоточения пожарной нагрузки и газообмена, т.е. притока воздуха в зону горения и удаления из нее нагретых продуктов сгорания, а также дымовых газов. Газовый обмен является постоянным явлением любого пожара. При пожарах на открытом пространстве газообмен характеризуется наличием восходящего столба или движущейся колонны газообразных продуктов сгорания. При пожарах в ограждениях (зданиях) газообмен зависит от наличия, состояния и площади проемов, высоты их расположения, удельной пожарной нагрузки и других факторов.
Наиболее интенсивно газообмен протекает при наружных пожарах и пожарах в производственных зданиях. Мощные потоки газов, особенно при наружных пожарах, способны переносить искры, горящие угли и головни на значительные расстояния, создавая условия для возникновения новых очагов горения, что следует учитывать при организации спасательных работ. При газообмене в зданиях, когда доступ свежего воздуха к зоне горения сокращается, происходит обильное выделение продуктов неполного сгорания и теплового разложения. Указанные обстоятельства осложняют обстановку, создают наибольшую опасность для жизни людей и затрудняют оперативные действия спасателей.
В развитии любого пожара различают три периода (см. рисунок): свободного развития дсв, локализации длок и ликвидации длик пожара.
График интенсивности пожара
В первый период развитие пожара происходит беспрепятственно от начала его возникновения до принятых начальных мер по тушению. Этот период характерен ростом площади пожара, выгоранием пожарной нагрузки, нагревом строительных конструкций, их обрушением, возможностью взрывов и других опасных факторов. Продолжительность периода определяется по формуле:
, (1)
где Ддс - время от начала возникновения пожара до сообщения о нем в пожарную часть;
ДСБ - время сбора личного состава пожарных расчетов;
ДБР1 - время боевого развертывания пожарной бригады;
ДСЛ - время следования подразделения на пожар;
,
(2)
где L - протяженность маршрута следования пожарных расчетов от пожарного депо до места пожара, км;
Vсл - скорость следования пожарных расчетов от пожарного депо до места пожара, км/ч.
Во второй период пожар развивается до момента ограничения распространения горения по площади сосредоточенными силами, средствами и исключения опасных ситуаций. Этот период характеризуется дальнейшим увеличением площади пожара, сокращением скорости распространения горения за счет внедренных средств тушения, выгоранием пожарной нагрузки на участках свободного горения и тления, а также другими явлениями и опасными факторами. Продолжительность локализации зависит от быстрого проведения разведки пожара, оценки обстановки, скорости сосредоточения огнетушащих средств, грамотного управления силами и т.д. Практически определить точно время локализации пожара невозможно. Его можно рассчитать в процессе тушения и исследования потушенных пожаров.
В третий период (период ликвидации) площадь пожара сокращается и приостанавливается до момента полного прекращения горения на всех поверхностях пожарной нагрузки и завершается исключением возможности повторного возобновления горения в этих местах. Выявить время третьего периода также практически невозможно.
Какие опасные факторы пожара должен знать спасатель?
К основным опасным факторам пожара относятся:
тепловое излучение, затрудняющее поисково-спасательные работы;
высокая температура и тепловое воздействие;
продукты сгорания и разложения при неполном сгорании материалов, выделение токсических веществ, плотный дым и т.д.;
вскипание и выброс жидких горючих веществ из емкостей, резервуаров и, как следствие, взрывы емкостей с горючими жидкостями;
избыточное давление газов в объеме горящего и смежного помещений;
сопровождающие пожар опасные явления - разрушения и обрушения строительных конструкций, возгорание смежных объектов и спецодежды пожарных расчетов, машин, взрывы, летальные факторы от взрывов и восходящих тепловых потоков воздуха;
пониженная концентрация кислорода.
Температура пожара не является величиной постоянной. Она изменяется во времени и пространстве. Изменение температуры пожара во времени и пространстве называется температурным режимом пожара. Распределение температур на пожаре по высоте происходит неравномерно. Максимальная температура образуется в зоне горения, а минимальная - по мере удаления от нее к границам зоны теплового воздействия (граница располагается там, где температура сгорания не превышает 50-60 °С). Температура горения некоторых веществ: ацетилена в воздухе - 2150-2200 °С, древесины - 700-1000 °С, керосина - 780-1030 °С, серы – 1820 °С. Температура плавления некоторых веществ: алюминия - 600-660 °С, стали – 1400 °С, глины огнеупорной – 1580 °С.
Высокая температура в зонах горения является, как правило, главной причиной гибели людей, деформации и обрушения строительных конструкций, взрывов. Человек при температуре 80-100 °С в сухом воздухе и 50-60 °С во влажном может находиться без средств специальной защиты несколько минут. При повышении температуры возможны ожоги, тепловые удары, потеря сознания и даже смерть.
Тепловое излучение, особенно при наружных пожарах, создает трудности для доступа спасателей к границам горения. Воздействие теплового импульса 0,25 кал/см в течение 3 мин на незащищенные кожные покровы человека вызывает болевые ощущения. Продукты сгорания и разложения, выделяемые на пожаре, являются составными частями дыма. При работе в таких условиях необходимо применять различные специальные изолирующие и защитные средства, проводить мероприятия по удалению дыма и снижению температуры. По характеру дыма можно определить род горящих веществ и присутствие в нем вредных газов:
бумага, сено, солома имеет цвет дыма беловатый (желтый) с кислым вкусом;
древесина – серовато-черный с запахом смолы;
нефтепродукты - черный дым с раздражающим запахом.
При неполном сгорании материалов, содержащих жиры и мыла, кроме обычных, выделяются продукты термического разложения: акролеин и альдегиды. Малейшее количество акролеина (около 0,002 мг/л) вызывает жжение носа, кашель. Вдыхание более высоких концентраций акролеина может вызвать воспаление легких со смертельным исходом.
При неполном сгорании целлулоида и кинопленки выделяется окись углерода (до 35 %), окислы азота (до 35 %), синильная кислота (до 1 %) и др.
Некоторые показатели по влиянию на организм человека опасных газов и паров:
- аммиак при дозе 3,5 мг/л и нахождении в зоне 5-10 мин. смертелен для человека;
- смертельная доза синильной кислоты - 0,2 мг/л, окиси углерода - 6,0 мг/л. При горении нефтепродуктов в резервуарах опасными факторами пожара являются вскипание и выбросы. Вскипание нефтепродукта происходит из-за наличия в жидкости мелких капель воды, обводненной жидкости во время тушения пожара водой и пенами, прогревом нефтепродукта в процессе горения до температуры выше 100 °С. Вскипание сопровождается переливом вспенившейся массы продукта через борт резервуара вследствие увеличения ее объема в 4-5 раз по отношению к объему нагретой жидкости. Выбросы происходят при наличии под слоем нефтепродукта на дне резервуара воды (водяная подушка). Нефтепродукт состоит из смеси легких и тяжелых компонентов (т.е. неоднороден), жидкость прогревается вглубь до слоя воды, температура прогретого слоя нефтепродукта на границе с водяной подушкой значительно превышает 100 °С и давление паров на границе с водяной подушкой превышает гидростатическое давление столба жидкости в резервуаре. Поэтому важно знать характерные явления, предшествующие выбросу:
- усиление шума процесса горения, вызванное бурным кипением жидкости;
дрожание металлических стенок резервуара;
уменьшение дыма и посветление пламени;
образование вытянутых языков пламени в виде огненных стрел.
Обычно при проведении спасательных работ в ходе пожара спасатель подвержен комплексному воздействию поражающих факторов пожара. Недооценка любого из них может привести к трагическим последствиям, поэтому всегда должен быть разумный подход к решению возложенных задач. Недопустим неоправданный риск, недопустимо пренебрежительное отношение к материально-техническому оснащению поисково-спасательных отрядов.