- •И. Д. Чешко
- •Экспертиза пожаров (объекты, методы, методики исследования)
- •Часть I
- •Глава 1 физические закономерности формирования очаговых признаков и методические принципы их выявления
- •1.1. Формирование очаговых признаков на конструкциях
- •1.2. О некоторых методических принципах выявления очага пожара и возможностях визуальных и инструментальных методов в поисках очага
- •Глава 2
- •2.1. Процесс обугливания древесины, свойства обугленных
- •Экспериментальные данные для расчета кинетических параметров процесса обугливания древесины вглубь
- •2.2. Методические принципы решения задачи определения температуры и длительности горения древесины. Работа на месте пожара. Отбор проб углей и подготовка их к исследованию
- •2.4. Определение остаточного содержания летучих веществ
- •2.5. Элементный анализ
- •2.7. Флуоресцентная спектроскопия
- •2.8. Термогравиметрический и дифференциальный
- •Результаты термогравиметрического и дифференциального термического анализа обугленных остатков древесины
- •Величина убыли массы образцов (%) в отдельных
- •2.9. Определение плотностных характеристик углей
- •2.10. Исследование обгоревших остатков древесно-стружечных плит
- •Глава 3
- •3.1. Некоторые особенности поведения полимерных
- •Температуры плавления некоторых полимеров, 0с [56]
- •Некоторые характеристики процесса термического разложения полимеров [56]
- •3.2. Свойства коксовых остатков полимеров и их связь с условиями горения
- •3.3. Определение удельного электросопротивления обугленных остатков полимеров
- •Удельное электросопротивление обугленных остатков поролона
- •3.4. Термогравиметрический и дифференциальный
- •3.5. Инфракрасная спектроскопия
- •Изменение соотношения оптических плотностей
- •При пиролизе некоторых полимерных материалов и ватина
- •3.6. Химический анализ водных экстрактов
- •Глава 4
- •4.1. Превращения лакокрасочных покрытий в ходе
- •Содержание углерода (% масc.) в нативных лкп и их остатках после нагрева (длительность изотермического нагрева - 20 мин)
- •4.2. Визуальная оценка степени термического поражения лкп. Отбор и подготовка проб для лабораторных
- •Изменение цвета нитроцеллюлозных (нц-), масляных (ма-) и пентафталевых (пф-) покрытий при нагревании
- •Изменение цветности воднодисперсионного покрытия при нагревании
- •4.3. Определение зольности
- •Ориентировочные температурные диапазоны нагрева окрашенной конструкции
- •4.4. Инфракрасная спектроскопия
- •Характеристические полосы поглощения
- •Данные о наличии характеристических полос в ик-спектрах
- •Перечень спектральных соотношений Dх/Dу и спектральных коэффициентов Кх для основных типов лкп
- •4.5. Натурные эксперименты
- •Результаты исследования проб лкп (эмали нц-25, зеленой) при проведении натурного эксперимента
- •Глава 5
- •5.1. Визуальные признаки термических поражений
- •Окисные пленки, образующиеся на поверхности стали при нагревании, и их цвета (цвета побежалости) [83]
- •Температуры плавления меди: чистой и в контакте с расплавленными металлами [88]
- •Температуры самовоспламенения алюмомагниевых сплавов
- •Предельные давления кислорода, при которых возможно горение различных металлов [95]
- •Скорости горения металлов и сплавов в кислороде при давлении газа 1-10 мПа
- •5.2. Инструментальные методы исследования
- •5.3. Окалинообразование на пожаре и исследование окалины
- •5.3.1. Закономерности процесса окалинообразования.
- •Содержание кислорода в окалине, образующейся при нагревании стали в воздушной атмосфере
- •Дифракционные характеристики окислов железа
- •5.3.2. Методика рентгеноструктурного и химического анализа окалины. Определение температуры и длительности теплового воздействия на стальную конструкцию
- •5.4. Исследование холоднодеформированных изделий
- •5.4.1. Магнитный метод (измерение коэрцитивной силы
- •5.4.2. Определение микротвердости
- •Результаты измерения микротвердости болтов м 12 после их нагрева в динамическом режиме
- •5.4.3. Металлография
- •Изменение линейных размеров зерна и коэффициента формы зерна (к) при нагревании холоднодеформированных стальных изделий
- •5.4.4. Рентгеноструктурный анализ
- •Параметры съемки для определения полуширины рентгеновской линии при работе с кобальтовой рентгеновской трубкой [63]
- •Глава 6
- •6.1. Изменение структуры и свойств неорганических
- •6.1.1. Материалы с цементным и известковым связующим
- •Глубина прогрева бетонной конструкции до заданных температур [10]
- •6.1.2. Материалы с гипсовым связующим
- •Визуальные признаки термических поражений гипсовой штукатурки при различных температурах [10]
- •6.2. Основные методики исследования
- •6.2.1. Выбор объектов исследования, отбор и подготовка проб
- •6.2.2. Ультразвуковая дефектоскопия бетона и железобетона
- •6.2.3. Инфракрасная спектроскопия
- •6.2.3.1. Определение зон термических поражений и ориентировочной
- •Характеристические полосы поглощения в ик-спектрах гипса при различных температурах нагрева
- •6.2.3.2. Определение длительности нагрева неорганических строительных материалов
- •Дифракционные характеристики гидратных форм гипса [ ]
- •6.2.5. Весовой метод определения остаточного содержания термолабильных компонентов
- •Изменение массы образцов гипсовых плит (% масс.) в процессе нагрева в изотермических условиях
- •6.3. О возможностях исследования материалов, изготовленных обжиговым методом
- •6.3.1. Кирпич, керамическая плитка
- •6.3.2. Неорганические эмали на металле
- •Глава 7
- •Теплоты сгорания некоторых полимеров, конструкционных и отделочных материалов
- •Тепловые потенциалы отечественной жесткой мебели
- •Тепловые потенциалы отечественной мягкой мебели
- •8.1. Фиксация температурных зон на окружающих конструкциях
- •Изменение состава, структуры и свойств бетона при нагревании [127]
- •Часть II
- •Глава 1
- •1.1. Медные и алюминиевые проводники
- •1.1.1. Установление причины разрушения проводника (кз, перегрузка, тепловое воздействие пожара, механическое воздействие)
- •Морфологические признаки на поверхности
- •1.1.2. Дифференциация момента (первичности или вторичности) короткого замыкания медных проводников
- •Критерии дифференциации коротких замыканий
- •1.1.3. Дифференциация первичного и вторичного кз
- •Критерии дифференциации оплавлений алюминиевых проводников [11]
- •1.1.4. Использование результатов инструментальных исследований при формировании вывода о причине пожара
- •1.2. Трубы и металлорукава с электропроводкой, имеющие сквозные разрушения (прожоги)
- •Минимально допустимая толщина стенки трубы
- •Признаки первичного (вторичного) кз стальных оболочек
- •Признаки проплавления стальной трубы расплавленным алюминием и ее прожога дугой кз [11]
- •1.3. Электронагревательные приборы
- •1.3.1. Электрочайники
- •1.3.2. Электроутюги
- •1.3.3. Бытовые электрокипятильники
- •1.3.3.1. Кипятильники с трубкой из медных сплавов и стали (с покрытием)
- •1.3.3.2. Кипятильники с трубкой из алюминиевого сплава
- •1.3.4. Прочие нагревательные устройства с тэНами
- •1.4. Лампы накаливания и люминесцентные светильники
- •Температура на колбе и вблизи лампы накаливания [29,30]
- •Вероятность зажигания некоторых горючих материалов никелевыми частицами в зависимости от высоты их падения
- •1.5. Устройства электрозащиты, выключатели,
- •1.5.1. Плавкие предохранители
- •1.5.2. Автоматические выключатели (автоматы)
- •1.5.3. Электроустановочные изделия, коммутационные устройства
- •1.5.4. Выключатели в электро- радиоаппаратуре
- •Глава 2
- •2.1. Полевые методы обнаружения остатков лвж и гж
- •Цвета люминесценции в уф-свете пятен некоторых жидкостей на фильтровальной бумаге [62]
- •2.2. Осмотр места пожара, отбор и упаковка проб
- •2.3. Выделение остатков лвж и гж из объектов-носителей
- •Миксотропный ряд растворителей [74]
- •Средняя степень извлечения (% масс.) углеводородов модельной смеси с древесного угля
- •Средний выход углеводородных компонентов после концентрирования пентанового раствора эталонной смеси различными способами
- •2.4. Лабораторные исследования; общий методический подход
- •Минимальные количества (мл) бензина а-76 и осветительного керосина, остатки от сгорания которых обнаруживаются на поверхности древесины и обгоревших тканях
- •Некоторые методы фотометрического определения
- •2.5. Анализ газовой фазы над образцом и веществ,
- •2.6. Молекулярная спектроскопия в ик- и уф- области
- •Данные по интенсивности поглощения в уф-области экстрактов сажи, образующихся при сгорании снп
- •2.7. Газожидкостная хроматография
- •Состав н-алканов и их содержание в некоторых нефтепродуктах [99]
- •2.8. Тонкослойная хроматография
- •Значения Rf и цвета зон при проявлении индивидуальных углеводородов
- •Результаты тонкослойной хроматографии на силуфоле
- •Цвета пятен и Rf продуктов разделения красителей этилированных бензинов на силуфоле [94]
- •2.9. Флуоресцентная спектроскопия
- •2.10. Элементный анализ
- •Элементный состав некоторых марок моторных
- •Элементный состав некоторых смазок [83]
- •2.11. Экстрактивные вещества объектов-носителей,
- •2.12. "Нетрадиционные" инициаторы горения
- •Проявление хроматограмм
- •Глава 3
- •3.1. Возникновение пожара от источника зажигания
- •3.2. Самовозгорание
- •3.3. Дополнительная информация, получаемая
- •3.3.1. Исследование обугленных остатков древесины и других органических материалов.
- •Характеристики слоев древесного угля
- •Результаты измерения удельного электросопротивления карбонизованных остатков цилиндрового масла из масляной рубашки ванны n2
- •3.3.2. Исследование стальных конструкций и предметов
- •Результаты исследования проб окалины
- •Часть III
- •Глава 1
- •1.1. Термогравиметрический и дифференциальный
- •Сравнительные данные по определению температуры самовоспламенения бурых и каменных углей методом дта и классическим методом
- •Показатели пожарной опасности и термогравиметрические параметры некоторых опасных грузов [7]
- •1.2. Специальные приборы и методики
- •1.3. Пиролитическая газовая хроматография
- •Глава 2
- •2.1. Обнаружение остатков антипиренов в древесных углях
- •Данные о сохранности отдельных компонентов антипирирующих составов при сгорании пропитанной ими древесины
- •Результаты количественного определения фосфора до и после сжигания в образцах древесины, антипирированной составом дмф-551
- •2.2. Экспресс-методы исследования негоревшей
- •Глава 3
- •3.1. Общая схема исследования
- •3.2. Инфракрасная спектроскопия
- •3.2. Оптическая микроскопия.
- •3.3.1 Дифференциация обугленных остатков текстильных волокон
- •Морфологические признаки некоторых обгоревших волокон и тканей (по данным [42])
- •3.2.2. Дифференциация обгоревших растительных остатков и бумаги
- •3.4. Пиролитическая газовая хроматография
- •Параметры удерживания характерных компонентов продуктов пиролиза некоторых волокнообразующих полимеров при пиролитической гжх [52, 53]
- •Параметры удерживания характерных компонентов продуктов пиролиза (пгх) некоторых распространенных смесей полимеров [52]
- •3.5. Химический анализ; исследование продуктов
- •3.6. Исследование сажевых частиц и возможности установления природы сгоревшего материала
- •Средний размер частиц дыма различных материалов [54]
- •Элементный состав образцов копоти некоторых авиационных материалов [55]
- •Данные рентгенограмм копоти некоторых авиационных материалов [55]
- •Данные рентгенограмм отожженых образцов копоти [55]
- •Часть IV
- •4.1. Пожар в Библиотеке ан ссср (Ленинград)
- •4.2. Пожар во Фрунзенском универмаге (Ленинград)
- •4.3. Пожар на теплоходе "Приамурье" в порту г. Осака (Япония)
- •4.4. Пожар в Ленинградском технологическом институте им. Ленсовета
- •Результаты рентгеноструктурного анализа оплавленного медного проводника
1.3.3. Бытовые электрокипятильники
1.3.3.1. Кипятильники с трубкой из медных сплавов и стали (с покрытием)
Малогабаритные кипятильники этой серии (типа ЭПМ-0,3/220 и им подобные) наиболее распространены в быту. Они предназначены для нагревания и кипячения воды, слабокислых и слабощелочных водных растворов. Конструктивно основной элемент электрокипятильника -ТЭН- представляет собой трубчатую оболочку из меди, латуни или стали марок 10 и 20, внутри которой находится проволока сопротивления и наполнитель - изолятор (периклаз). Удельная мощность кипятильников этого типа довольно велика, согласно ГОСТ 19108-73 она может достигать 10 Вт/см2. Поэтому в аварийной ситуации, оказавшись без водяного охлаждения в результате выкипания воды или опрокидывания емкости, включенный в электросеть кипятильник довольно быстро (в течение минуты, не более) раскаляется докрасна. Температура нагрева трубки достигает 700-750 0С и в этом состоянии кипятильник является мощным источником зажигания, способным воспламенить при непосредственном контакте многие сгораемые материалы.
Раскаленный кипятильник может выйти из строя и обесточиться через 3-5 минут, а может и продолжать работать. Зависит это от качества его изготовления. Как показали эксперименты, на отдельных экземплярах кипятильников при перегреве в коммутационной колодке нарушаются (расплавляются) контактные соединения шнура питания и выводов спирали ТЭНа, в результате чего кипятильник обесточивается. Наверное, это один из тех редких случаев, когда производственный брак оказывается во благо общества. Качественно же сделанный кипятильник может продолжать работать в аварийном режиме десятки минут, час, иногда и более, пока в ходе возникшего пожара не перегорят питающие его провода. Защита электросети, как правило, до этого момента не срабатывает.
Бытовой малогабаритный электрокипятильник способен поджечь сгораемые материалы не только при непосредственном контакте, но и опосредованно. В ЛФ ВНИИПО проводились опыты, в которых кипятильник помещали в алюминиевую и стальную эмалированные кружки, устанавливали на подставку из древесины сосны. В результате нагрева кипятильником кружки древесина под ее днищем медленно пиролизовалась. В течение 2-3 часов в доске толщиной 40 мм образовывался сквозной локальный прогар. Несомненно, что при определенных условиях, обеспечивающих аккумуляцию тепла и накопление газообразных продуктов пиролиза, при наличии лакокрасочного покрытия и других легковоспламеняющихся материалов в зоне контакта такой процесс способен перейти в открытое пламенное горение.
Визуальные признаки работы электрокипятильника в аварийном режиме
После пожара от кипятильника сохраняется, как правило, лишь сам трубчатый нагревательный элемент без соединительной колодки, а иногда и без проводов, которые, как отмечалось выше, на развившемся пожаре часто разрушаются.
У нагревательного элемента кипятильника, который работал в аварийном режиме, в ряде случаев уже визуально фиксируются определенные характерные признаки. Трубчатая оболочка его в зоне, где имеется нагревательная спираль, имеет более темный оттенок, нежели оболочка в той ее части, которая не погружается в воду и где спираль отсутствует. На спиральном участке трубка более легко гнется руками. Эти признаки, однако, в определенной мере субъективны и для выявления признаков работы кипятильника в аварийном режиме (без воды) лучше использовать инструментальные методы.
Наиболее простой и эффективный из них (по крайней мере, по нашему мнению) - определение твердости трубчатой оболочки ТЭНа в различных ее зонах.
Определение твердости
Методика установления при пожарно-технической экспертизе факта работы кипятильника без водяного охлаждения методом измерения твердости трубки ТЭНа была предложена в [25].
Оболочки ТЭНов кипятильников на заводах изготавливают из холоднодеформированной трубки. Перед навивкой в спираль она проходит отжиг, но, как показывают исследования образцов кипятильников, процесс рекристаллизации при этом протекает не полностью и свойства холоднодеформированного изделия трубка частично сохраняет. При работе без водяного охлаждения трубка ТЭНа в зоне расположения спирали отжигается полностью и это приводит к заметному снижению ее прочности в данной зоне, что, собственно, и отмечается указанной выше пробой на изгиб.
Для инструментального исследования, т.е. определения микротвердости трубки ТЭНа, от изъятого с места пожара нагревательного элемента отрезают фрагмент, включающий выводной участок (участок I, рис. 2.8) и участок с нагревательной спиралью, примерно один виток (участок II). Вдоль всей боковой поверхности образца стачивают и отшлифовывают плоскость, после чего в 10-12 точках с помощью микротвердомера типа ПМТ-3 или другого аналогичного прибора измеряют твердость трубчатой оболочки.
Если аварийного режима работы кипятильника не было или, если он отожжен в результате внешнего нагрева (воздействия тепла пожара), трубка ТЭНа по твердости оказывается примерно одинаковой по всей своей длине (рис. 2.8). При аварийной же работе без охлаждения разогрев трубчатой оболочки изнутри, раскаленной спиралью, приводит к рекристаллизации металла трубки на локальном участке II, где заложена спираль. В результате на данном участке твердость металла в 1,5-2,0 и более раз ниже, чем на вводном участке. И по измеренной величине твердости между участками I и II наблюдается четко выраженная граница.
а)
б)
в)
Рис. 2.8. Твердость трубки ТЭНа
электрокипятильника в различных
ситуациях (микротвердомер ПМТ-3м):
а - до пожара;
б - после пожара, в случае работы
кипятильника в аварийном режиме;
в - кипятильник пострадал от внешнего
теплового воздействия пожара
Необходимо отметить, что данное правило установления факта аварийного режима обратной силы не имеет - отсутствие различий в величине твердости в двух зонах трубки не исключает причастности кипятильника к возникновению пожара. Ибо весьма вероятна ситуация, что трубка ТЭНа полностью отожглась в результате последующего нагрева в ходе пожара и перешла из состояния, показанного на рис. 2.6, б, в состояние изображенное на рис. 2.6, в. При этом сформировавшиеся ранее признаки работы в аварийном режиме нивелируются. Здесь многое зависит от температурной зоны, где во время пожара оказался кипятильник. ТЭНы, находившиеся на полу, как правило, сохраняют искомые признаки.
Возможно, что для выявления различий в физико-механических свойствах трубок ТЭНов, изготовленных из стали, может быть использован и метод определения коэрцитивной силы (тока размагничивания), о котором шла речь в ч.I. Такого рода эксперименты пока, насколько нам известно, не проводились.
Металлографические исследования
Рекристаллизация холоднодеформированного металла трубчатой оболочки ТЭНа на локальном (спиральном) участке при работе кипятильника в аварийном режиме может быть, естественно, зафиксирована и методом металлографии.
Для металлографического исследования, согласно рекомендациям [26], на трубке ТЭНа делают два продольных микрошлифа: первый на участке у края трубки, второй в средней ее части, по месту расположения нагревательной спирали. Травление шлифов на стенке стальной трубки производится трехпроцентным раствором азотной кислоты в этиловом спирте; на нержавеющей стали марки 12Х18Н10Т - смесью соляной (500 см3), серной (35 см3) кислот и медного купороса (150 г). Исследование шлифов проводят на металлографическом микроскопе при 50-250 - кратном увеличении.
О работе кипятильника в аварийном режиме будет свидетельствовать наличие в зоне расположения спирали литой и деформированной структуры рекристаллизации или, по крайней мере, различие в размерах зерна. У краев трубки структура металла - мелкозернистая, в средней части - крупнозернистая. Увеличение среднего размера зерен в три и более раз может считаться, по мнению [26], квалификационным признаком локального нагрева кипятильника в условиях пониженного теплообмена или, иначе говоря, работы кипятильника в аварийном режиме, без водяного охлаждения.
Необходимо отметить, что само по себе обнаружение на месте пожара кипятильника с признаками режима аварийной работы (даже установленными инструментальными методами), строго говоря, еще не является доказательством его причастности к возникновению пожара. Любой оппонент эксперта сможет заявить, что кипятильник пострадал от работы без воды до пожара и к последнему не имеет никакого отношения. Поэтому категорические выводы о причастности кипятильника к возникновению пожара делаются только на основе совокупности, как минимум, трех признаков:
совпадения места обнаружения остатков кипятильника с установленным местом возникновения пожара (естественно, если расположение кипятильника в слое пожарного мусора исключает его перемещение в процессе тушения);
наличия у кипятильника признаков его работы в аварийном режиме;
соответствия динамики возникновения и развития горения данному источнику зажигания.