1.2.3.3. Вопросы безопасности при авариях на пожаро-взрывоопасных объектах

Ежегодно в Российской Федерации на промышленных объектах и в жилом секторе происходит около 300 тысяч пожаров. В прошлом году материальные потери от пожаров составили 21,2 трлн.руб. При этом погибло 13811 человек (в том числе 815 детей) и 14116 человек получили травмы.

Можно с уверенностью сказать, что сейчас в России пожаров в 10 раз больше, чем 100 лет назад. Относительный уровень потерь от пожаров в России самый высокий среди высокоразвитых стран мира. Он превышает сопоставимые показатели потерь США -в 3 раза, Японии в 3,5 раза, Великобритании - в 4,5 раза, а показатели гибели людей в результате пожаров — в 4-9 раз.

К 2020 г. по сравнению с существующим уровнем, количество пожаров может возрасти в 2,6-3 раза, а ущерб от них - в 3,5-4 раза.

Пожарами наносится значительный экономический ущерб, который часто становится катастрофическим (пожары на нефтяных месторождениях, химических предприятиях и др.)

Пожаро- и взрывоопасные объекты (ПВОО) — предприятия, на которых производятся, хранятся, транспортируются взрывоопасные продукты или продукты, приобретающие при определенных условиях способность к возгоранию или взрыву.

К ним прежде всего относятся производства, где используются взрывчатые и имеющие высокую степень возгораемости вещества, а также железнодорожный и трубо­проводный транспорт, как несущий основную нагрузку при доставке жидких, газообразных пожаро- и взрывоопасных грузов. К пожаро-взрывоопасным объектам относятся объекты нефтяной, газовой, химической, металлургической, лесной, деревоперерабатывающей, текстильной, хлебопродуктовой промышленности и другие. Особенно опасны объекты, на которых в больших количествах применяются углеводородные газы (метан, этан, пропан).

Под пожарной обстановкой (ПО) понимаются масштабы и плотность пожаров, возникающих и развивающихся на промышленных объектах и в прилегающих к ним объектах, оказывающие влияние на работу объектов, жизнедеятельность их персонала и населения, а также на ликвидацию последствий аварий.

Реакция горения может происходить в форме собственного горения, взрыва и детонации.

Как известно, горением называют быстро протекающую химическую реакцию, сопровождающуюся выделением большого количества тепла и свечением.

Сущность горения заключается в нагревании источником зажигания горючего материала до начала его теплового разложения. Когда горючий материал разлагается, он выделяет пары углерода и водорода, которые соединяясь с кислородом воздуха в реакции горения, образуют двуокись углерода, окись углерода (угарный газ), выделяют много тепла, а также и сажу.

Для возникновения процесса горения необходимы:

• источник зажигания (открытый огонь, искра и др.)

• горючее (это вещество, способное самостоятельно гореть после удаления источника зажигания)

• окислитель (чаще это кислород; если количество кислорода в воздухе уменьшается до 14-15% - горение прекращается)

Горение прекращается при отсутствии какого-либо из этих компонентов!!!

В практике различают полное и неполное горение. Полное горение достигается при достаточном количестве кислорода, а неполное — при недостатке кислорода. При неполном горении, как правило, образуются едкие, ядовитые и взрывоопасные смеси. Наибольшая скорость горения происходит в чистом кислороде. Наименьшая - при содержании в воздухе 14-15% объема кислорода.

Расчетами установлено, что для сгорания 1 кг древесины необходимо 5,04 м³ воздуха, а для 1 кг нефтепродукта — 11,6.

Расширение разогретых пламенем газов и ускорение их движения способствуют формированию скорости распространения пламени до нескольких сот метров в секунду, что вызывает взрывы.

Взрыв — кратковременный процесс превращения веще­ства, сопровождающееся выделением большого количества тепла и образованием большого количества газов, создающих ударную волну.

При взрывах некоторых газов, паров и смесей горение переходит в особую форму — детонацию. Детонация – процесс химического превращения взрывчатого вещества, сопровождающийся освобождением энергии и распространяющийся по веществу в виде волны от одного слоя к другому со сверхзвуковой скоростью. При этом скорость распространения пламени достигает 1000—4000 м/с, что превышает скорость распространения звука. Детонация, как правило, происходит в трубах, имеющих достаточный диаметр и длину, может возникать при определенном подогреве смеси и сильной ударной волне, а также при специальном поджигании взрывоопасного вещества.

При собственно горении скорость распространения пламени не превышает десятков метров в секунду, при взрыве — сотни метров в секунду, а при детонации — тысячи метров в секунду.

По горючести все твердые вещества можно объединить в три группы:

негорючие - не способны к горению в воздухе, но могут быть пожароопасными в виде окислителей и веществ, выделяющих горючие продукты при взаимодействии с водой (карбид кальция);

трудногорючие - способны возгораться от источника зажигания, но самостоятельно не горят, когда этот источник удаляют;

горючие - самовозгораются, а также возгораются от источника зажигания.

Все горючие вещества и материалы имеют свою температуру воспламенения. Воспламенением называется процесс возникновения горения, происходящий в результате нагрева горючего вещества источником зажигания.

Температура воспламенения горючих веществ и материалов колеблется от отрицательных (бензин, керосин, лаки, краски) до положительных величин и не превышает для большинства твердых материалов 300°С.

Горящая спичка и тлеющая сигарета способны воспламенить многие горючие вещества и материалы. Многим твердым веществам и материалам присуще самовозгорание.

Самовозгорание - явление скачкообразного увеличения инертности реакции, приводящей к началу горения вещества (материала, смеси) при отсутствии видимого источника зажигания. Сущность этого процесса заключается в том, что при продолжительном воздействии тепла на материал происходит аккумуляция (накопление) его в материале и при достижении температуры самонагревания тление или воспламенение. Аккумуляции тепла может продолжаться от нескольких дней до нескольких месяцев.

Для большинства горючих веществ процесс самовозгорания выгладит, как совокупность тепловой, химической и микробиологической реакции.

Температура самовозгорания торфа и бурого угля составляет 50-60°С, хлопка - 120°С, бумаги - 100°С, линолеума - 80°С - это тепловое самовозгорание под действием постоянного источника нагревания.

Химическое самовозгорание связано со способностью веществ и материалов вступать в химическую реакцию с воздухом или другими окислителями при нормальных условиях с выделением теплоты, достаточной для их возгорания.

Самовозгораются промышленная ветошь и фосфор на воздухе, легковоспламеняющаяся жидкость при контакте с марганцовкой, древесные опилки при контакте с кислотами.

Микробиологическое самовозгорание связано с деятельностью мельчайших насекомых. Они в огромном количестве размножаются в спрессованных материалах, поедают все органическое и там же погибают, вместе со своим разложением выделяя определению температуру, которая накапливается внутри материала. Наиболее характерным примером является самовозгорание прошлогодних скирд сена.

Жидкости

Все горючие жидкости пожароопасны. Они горят в воз­духе при определенных условиях, зависящих от концентрации их паров. Горючие жидкости постоянно испаряются, образуя над поверхностью насыщенные взрывоопасные пары.

По температуре вспышки горючие жидкости делятся на четыре класса. К первому классу относятся жидкости (бензин, эфир и др.), вспыхивающие при температуре менее 28°С, ко второму классу — жидкости (керосин, уайт-спирит и др.), имеющие температуру вспышки от 29 до 61.

В практике I и II классы относятся к легковоспламеняющимся жидкостям (ЛВЖ), III и IV к горючим жидкостям (ГЖ).

Пожар — неконтролируемый процесс горения, сопровождающийся уничтожением материальных ценностей и создающий опасность для жизни людей.

Пожары по своим масштабам и интенсивности подразделяются на виды: отдельный, сплошной, массовый и огневой шторм.

Отдельный пожар – пожар, возникший в отдельном здании или сооружении. Продвижение людей и техники по застроенной территории между отдельными пожарами возможно без средств защиты от те­плового излучения.

Сплошной пожар – одновременное интенсивное горение преоб­ладающего количества зданий и сооружений на данном участке за­стройки. Продвижение людей и техники через участок сплошного по­жара невозможно без средств защиты от теплового излучения.

Массовый пожар – совокупность отдельных и сплошных пожаров. Совокупность отдельных пожаров, охватывающих более 25% зданий, называют массовыми пожарами.

Огневой шторм – особая форма распространяющегося сплош­ного пожара. Он характеризуется наличием восходящих потоков сильно нагретых газов, а также притоком с периферии воздушных масс с ураганной скоростью (50-100км/час). При таком ветре разрушаются здания, вырываются с корнем деревья. При огненном шторме в пожар вовлекается более 90% зданий.

Оценка пожарной обстановки заключается в определении:

устойчивости отдельных элементов и объекта в целом к огневому воздействию;

возможности возгорания зданий и сооружений и распространения пожара;

влияния ПО на работу отдельных элементов и ОЭ в целом, а также на жизнедеятельность населения;

способов, сил и средств для локализации и ликвидации пожаров.

Пожарная обстановка зависит от:

степени огнестойкости и этажности зданий;

категории пожарной опасности производства;

характера (плотности) застройки;

метеорологических условий (облачности, направления и скорости ветра, сезона года).

Под огнестойкостью строительных элементов, конструкций зданий и сооружений понимают их способность не достигать при огневом воздействии предельного состояния огнестойкости. Таким образом, основной характеристикой огнестойкости строительных элементов и конструкций являются предел огнестойкости и предел распространения огня.

Пределом огнестойкости называется отрезок времени до воз­никновения одного из предельных состояний огнестойкости: образования в конструкциях сквозных трещин или сквозных отверстий, через которые проникают продукты горения или пламени или потери несущей способности (обрушение).

Все строительные материалы и конструкции из них делятся на три группы: несгораемые, трудносгораемые и сгораемые.

Несгораемые — это материалы, которые под воздействием огня или высокой температуры не воспламеняются, не тлеют и не обугливаются (кирпич, бетон).

Трудносгораемые — это материалы, которые под воздействием огня или высокой температуры с трудом воспламеняются, тлеют или обугливаются и продолжают гореть при наличии источника огня (гипсовые и бетонные изделия с органическим заполнением, древесина, пропитанная антипиренами).

Сгораемые — это материалы, которые под воздействием огня или высокой температуры воспламеняются или тлеют и продолжают гореть и тлеть после удаления источника огня (органические материалы, не подвергнутые специальной обработке).

Здания и сооружения по огнестойкости (по степени устойчивости к огневому воздействию) подразделяются на пять степеней: I. II. III. IV. V.

К I и II степеням огнестойкости относятся здания, все основные конструктивные элементы которых выполнены из несгораемых элементов, кроме междуэтажных и чердачных перекрытий. Время огнестойкости не менее 2-х часов (II степень имеет чердачные и подвальные помещения).

К III степени огнестойкости относятся здания, все основные кон­структивные элементы которых выполнены из трудносгораемых элементов, кроме междуэтажных и чердачных перекрытий. Огнестойкость до 1,5 часов.

К зданиям IV и V степеней огнестойкости относятся здания, вы­полненные из сгораемых материалов — деревянные (IV степени — отштукатуренные).

Плотность застройки — процентное отношение суммы площадей зданий и сооружений (в плане) к площади территории, которой они расположены в пределах всей территории промышленного объекта.

Плотность застройки оказывает значительное влияние на развитие пожаров в застройке, т.к. зависит от расположения зданий и сооружений и расстояний между ними.

На ХОО плотность застройки (Пз) должна быть не более 30%.

При плотности застройки менее критической на участках городской застройки зданиями и сооружениями определенной степени огнестойкости могут возникнуть отдельные пожары. При превышении критической плотности застройки могут возникнуть сплошные пожары и огневые штормы.

Разрывы между зданиями более 100 м резко уменьшают пожароопасность территории.

По пожарной опасности применяемых и хранимых веществ, материалов и имущества все производства в соответствии с НПБ 105-95 делятся на пять категорий: А, Б, В, Г, Д.

Категория А — взрывопожароопасная. К этой категории относятся производства, связанные с обработкой, применением и хранением:

а) горючих газов, нижний предел воспламенения которых 10% и менее объёма воздуха (например, склады баллонов с горючими газа­ми);

б) жидкостей с температурой вспышки паров до 28°С включительно при условии, что указанные жидкости могут образовывать взрывоопасные смеси в объеме, превышающем 5% объема помещения (насосные по перекачке бензинов, хранилища спиртов, нитролаков и нитрокрасок);

в) веществ, способных взрываться и гореть при взаимодействии с водой (щелочные металлы, кремниеводородистые соединения);

г) веществ, способных взрываться и гореть при контакте с кислородом воздуха или друг с другом (азотная кислота, пероксид натрия, пероксид водорода, хромовый ангидрид).

Категория Б — взрывопожароопасная. К этой категории относятся производства, связанные с применением и хранением:

а) горючих газов, нижний предел воспламенения которых более 10% объема воздуха (компрессорные по перекачке аммиака, склады с аммиаком);

б) жидкостей с температурой вспышки паров от 29 до 61°С включительно; жидкостей, нагретых в условиях производства до температуры вспышки и выше (насосные по перекачке топлива для реактивных двигателей и дизельного топлива, промывочно-пропарочные станции, сливно-наливные устройства, хранилища ЛВЖII класса);

в) горючих пылей и волокон с нижним пределом воспламенения до 65 г/м³ (мельницы, цеха по переработке волокнистых материалов).

Категория В — пожароопасная. К этой категории относятся про­изводства, связанные с применением и хранением:

а) горючих жидкостей с температурой вспышки паров выше 61°С (насосные по перекачке смазочных масел, мазутов, хранилища со смазочными маслами в таре);

б) веществ, способных гореть только при взаимодействии с водой, кислородом воздуха или друг с другом (гидриды щелочных металлов, белого фосфора);

в) твердых горючих веществ и материалов; помещения, связанные с выделением пыли с нижним концентрационным пределом воспламенения не более 65 г/и³.

Категория Г. К этой категории относятся:

а) производства, связанные с применением негорючих веществ и материалов в горячем, раскаленном или расплавленном состоянии, процесс обработки которых сопровождается выделением лучистого тепла, искр и пламени (цеха электро- и газосварки, кузнечные, прессовые);

б) помещения, связанные с применением твердых, жидких и газообразных веществ, которые сжигаются или утилизируются в качестве топлива (котельные на жидком и газовом топливе).

Категория Д. К этой категории относятся производства, связанные с обработкой и хранением негорючих веществ и материалов в холодном состоянии.

Время охвата огнем зданий на пожарах мирного времени зависит от степени огнестойкости и этажности зданий, сооружений и составляет:

для зданий IV и V степени огнестойкости — не более 60 мин;

для зданий III степени огнестойкости — не более 1,5 ч.;

для зданий I и II степени огнестойкости — не более 2 ч.

Время развития сплошных пожаров по участку застройки зависит от многих факторов и в первую очередь от количества первоначально загоревшихся зданий (первоначальной плотности пожаров), протяженности участка застройки, линейной скорости распространения пожара и др.

Продолжительность сплошного пожара может изменяться в широких пределах и зависит от огнестойкости зданий и сооружений, степени их разрушения ударной волной:

IV и V степени огнестойкости не более 7 ч.;

III степени огнестойкости не более 18ч.;

I и II степени огнестойкости не более 24 ч.;

пожаров в завалах не менее 24 ч.

Метеоусловия

При сухой погоде в дневное время, когда скорость ветра 10-20м/сек, пожар распространяется до 40-70км/час, а ночью интенсивность его распространения снижается примерно в 2 раза.

Последствия пожаров и взрывов обусловлены действием их поражающих факторов.

Основными поражающими факторами пожара являются непосредственное действие огня на горящий предмет (горение) и дистан­ционное воздействие на предметы и объекты высоких температур за счет излучения, а также токсические воздействия дыма (ядовитых продуктов неполного сгорания — СО, СО₂, SО₂, цианистых соединений, фосгена и др.).

Статистика показывает, что на пожаре люди гибнут в основном не от пламени, а от дыма (ядовитых продуктов горения). Порой хватает нескольких вдохов, чтобы потерять сознание и отравиться продуктами горения. Очень часто получают ожоги и обгорают уже трупы.

Основными поражающими факторами взрыва являются:

• воздушная ударная волна (ВУВ); вызываемая высокими температурами и давлением.

• осколочные поля, создаваемые летящими обломками разного рода объектов технологического оборудования, строительных деталей и т.д.

Взрывная воздушная ударная волна — это область резкого сжатия воздуха, которая в виде сферического слоя распространяется во все стороны с огромной скоростью. Основными критериями, характеризующими ее разрушающее и поражающее действие, являются избыточное давление во фронте ударной волны, давление скоростного напора и продолжительность действия. При встрече с преградой ударная волна образует дав­ление отражения, которое, взаимодействуя с избыточным давлением, может увеличить его в 2 и более раза. Поэтому взрывы внутри помещений оказывают значительно большее разрушающее действие, чем на открытой местности. Помимо избыточного давления преграды на пути движения ударной волны испытывают динамические нагрузки, созда­ваемые потоком движущегося воздуха, — давление скоростного напора. Оно выражается в тех же единицах, что и избыточное давление, и может значительно превышать его. Продолжительность действия ударной волны прямо зависит от силы взрыва, а производимые ею разрушения — от продолжительности действия избыточного давления.