Расследование пожаров / Cheshko - Analiz versiy vozniknoveniya pozhara. Kniga 2 2012

Глава 17. Реконструкция начальной стадии пожара

высокая) скорость горения, при этом данная скорость горения должна поддерживаться некоторый период времени [12, 16]. В [12] приводится пример полного охвата помещения пламенем (общей вспышки), вызванной загоранием отдельного кресла, состоящего из полиуретанового блока, отделанного акриловым покрытием, имитирующем мех. Интенсивность теплового потока в 20 кВт/м2. на уровне пола была достигнута через 280с. после начала возгорания кресла, после чего произошла общая вспышка. Максимальное значение скорости горения при этом составило 150 г/с.

Ваналогичном эксперименте кожаное кресло также обнаружило большую скорость горения (112 г/с), но длительность горения оказалась недостаточно большой, и необходимый для общей вспышки уровень интенсивности теплового потока достигнут не был [1].

Площадь горения в помещении, после достижения которой может (должна) произойти общая вспышка, многие исследователи пытались как определять экспериментально, так и рассчитывать исходя из теоретических моделей.

М. Казиев в 80-х годах ХХ века экспериментально показал, что в стандартном гостиничном номере общая вспышка происходит по достижении площади горения 35-40% [17].

В[1] для оценки минимального размера пожара, который может перерасти в полный охват помещения пламенем, предлагается использовать формулу:

(17.1)

где:

QFO – интенсивность тепловыделения, необходимая для поддержания температуры раскаленного слоя газов под потолком на уровне 500 °С, кВт;

hk - коэффициент эффективного теплоотвода, Вт/ (м2К);

AT – суммарная площадь внутренних поверхностей помещения, включая площадь вентиляционных проемов, м2;

AW – площадь вентиляционного проёма (открытого окна, двери и т.п.), м2; H – высота вентиляционного проёма, м;

Применение этого метода требует, однако, данных об интенсивности (мощность) тепловыделения во время горения отдельных предметов.

Некоторые подобные данные приведены в таблице 17.1.

Таблица 17.1

Примерная мощность тепловыделения при горении в неограниченном пространстве [18, 19]

Скорости выделения энергии при горении отдельных изделий показаны на рис. 17.3–17.8.

331

И.Д. Чешко, В.Г. Плотников. Анализ экспертных версий возникновения пожара

Рис.17.3. Динамика тепловыделения при горении мягкой мебели [20, 21]

Рис. 17.4. Динамика тепловыделения при горении мешков с мусором [20, 21]

Рис. 17.5. Динамика тепловыделения при горении телевизоров [20, 21]

332

Глава 17. Реконструкция начальной стадии пожара

Рис. 17.6. Динамика тепловыделения при горении матраца [20, 21]

Рис. 17.7. Динамика тепловыделения при горении деревянных поддонов (паллет) [20, 21]

Рис. 17.8. Зависимость интенсивности тепловыделения при горении деревянных поддонов (паллет) от высоты штабеля [20, 21]

333

И.Д. Чешко, В.Г. Плотников. Анализ экспертных версий возникновения пожара

Существеннымфакторомявляетсятакжематериал стен впомещении, гдепроисходитгорение. Это хорошо видно на рис. 17.9 [1], который построен согласно приведенной выше формуле (17.1). Если материалы, которыми облицованы стены, имеют хорошие теплоизолирующие свойства (например, ДВП или полистирол), интенсивность тепловыделения, необходимая для общей вспышки, значительно меньше, чем при теплопроводных стенах. Даже, если пренебречь тепловыделением за счет горения этих облицовочных материалов.

Рис. 17.9. Зависимости интенсивности тепловыделения, необходимого для полного охвата помещения пламенем, от параметра вентиляции AW H ½ для различных материалов поверхности стен помещения размером 4х4 м и высотой 2,4м [1]

Материалы с различными эффективными коэффициентами теплоотвода. (hk, кВт/м2·К): 1 – кирпич (hk = 41·10-3);

2 – ДСП (hk = 12·10-3);

3 – сухая штукатурка (hk = 10·10-3);

4 – слоистая теплоизоляционная плита (hk = 3,8·10-3); 5 – пенополистирол (hk = 0,3·10-3).

Динамика развития горения на начальной стадии пожара

Известно, что скорость развития пожара (рост интенсивности тепловыделения) примерно пропорциональна квадрату времени [21, 22]:

(17.2)

где:

Q* – интенсивность тепловыделения, кВт; αf – коэффициент нарастания пожара, кВт/с2; τ – время от начала пожара, с;

τ0 – длительность первоначального периода зарождения пожара (индукционного периода), с.

Указывается, что коэффициент αf , по видимому, лежит в диапазоне от 1·10-3 кВт/с для очень медленно развивающихся пожаров до 1 кВт/с2 для очень быстро развивающихся пожаров. Длительность первоначального периода зависит от характера источника зажигания и его расположения, а также характера горючего вещества.

334

Глава 17. Реконструкция начальной стадии пожара

Динамику развития горения отдельных видов мебели и прочих потребительских товаров и изделий трудно охарактеризовать какими-либо конкретными математическими выражениями. Поэтому в ряде литературных источников для подобного рода объектов принято использовать такую характеристику, как время достижения мощности тепловыделения в 1 мегаватт. Соответствующие данные, заимствованные из [21], приведены в таблице 17.2.

Таблица 17.2

Типичное время достижения 1МВт при горении различной пожарной нагрузки [21]

335

И.Д. Чешко, В.Г. Плотников. Анализ экспертных версий возникновения пожара

Данная характеристика зависит от состава и конфигурации изделий. Из таблицы 17.2 видно, что обычные полимерные материалы и изделия «разгораются» медленнее, чем вспененные полимеры, обеспечивающие самое «быстрое» горение. Еще медленнее процесс происходит в случае изделий из обычной древесины. А медленнее всего развивается горение бумажной продукции, плотно упакованной в картонные коробки (461с). Так, например, при примерно одинаковых условиях складирования на высоту 14-15 футов ( ~ 4,5 м), теплоизоляционные плиты из пенополистирола или пенополиуретана при загорании обеспечивают достижение скорости тепловыделения 1 МВт за 6-7 секунд; полиэтиленовая пленка в рулонах – за 38 с, а деревянные поддоны – за 72-115 с.

При ответе на вопросы, связанные с развитием горения, данная информация может быть использована для проведения соответствующих расчетов.

При решении же рассматриваемой в данной книге задачи, параметр «время достижения 1МВт» может быть использован и без расчетов – для качественной оценки и описания процесса разви-

тия пожара.

По сути, величина τ(1МВт) характеризует динамику развития горения данного вида изделий на начальном этапе пожара, после периода индукции.

Известная из обстоятельств дела динамика развития горения на начальном этапе не должна противоречить сделанным экспертом предположениям о месте расположения очага пожара, «первоначальном топливе» и источнике зажигания или процессе, инициировавшем горение. При реконструкции начального этапа может понадобиться, например, отвести (или, наоборот, принять) актуальную версию о поджоге с применением дополнительных интенсификаторов горения. Как объяснить оппоненту, почему так быстро и интенсивно заполыхал штабель изделий из пенополистирола, если оппонент знает, как медленно разгорается аналогичная поленица дров? И потому полагает, что здесь не обошлось без поджога с применением ЛВЖ? Данные таблицы 17.2 помогают более-менее убедительно ответить на этот вопрос, объяснив, что быстрое развитие горения в данном случае вполне естественно, и обусловлено вполне объяснимымифизическимиособенностямипожарнойнагрузки. И, вероятно, нестоитвсоответствиисизвестным афоризмом, «искать черную кошку в темной комнате, особенно, если ее там нет».

Использование результатов реконструкции в решении вопроса о причине пожара

Результаты реконструкции возникновения и развития пожара могут подтвердить предполагаемую экспертом непосредственную причину пожара, а могут ее поставить под сомнение и даже опровергнуть. Может, например, выясниться, что известные факты по пожару и последствия пожара (термические поражения материалов и конструкций и др.) не «состыковываются» с предполагаемым очагом пожара. Значит, очаг расположен не там, где предполагает эксперт, или этих очагов несколько, или существовали какие-то серьезные обстоятельства, повлиявшие на ход развития пожара и его последствия, которые эксперт не учитывает. Неопределенность же с очагом пожара ставит, соответственно, под сомнение и предварительные выводы по причине пожара.

Возможны также ситуации, когда последствия и известные обстоятельства пожара не объяснимы, если исходить из предполагаемого экспертом источника зажигания, его энергетических и иных характеристик.

Поясним сказанное выше на примерах.

В более ранних публикациях [4, 23] приводился пример пожара в оздоровительном центре. Там очаг пожара был установлен в коридоре центра, по месту нахождения одного из электрофенов для сушки волос. Однако на стадии судебного разбирательства одной из сторон была выдвинута версия о расположении очага совершенно в другом месте, в массажном кабинете. Соответственно, ставилась под сомнение установленная причина пожара (аварийный режим в электрофене) и наиболее вероятной причиной назывался поджог.

336

Глава 17. Реконструкция начальной стадии пожара

Логический анализ второй версии показал: в случае, если бы она имела место, то, учитывая особенности отделки массажного кабинета, горение развивалось бы значительно быстрее, чем было на самом деле, и физически не могли сложиться те термические поражения конструкций

ипредметов, которые были зафиксированы на данном пожаре. Необъяснимы, при условии поджога и развития пожара из массажного кабинета, и характерные термические повреждения одного из фенов, в котором предполагался «первичный» аварийный режим по первой версии.

Таким образом, реконструкция возникновения и развития пожара по «второму сценарию» показала его несостоятельность.

Второйпример[4] относилсякгораздоболеесложномуиинтересномуспрофессиональнойточки зрения пожару, произошедшему в Большой физической аудитории Технологического института Санкт-Петербурга. Там с помощью комплексного инструментального исследования стен, стальных ферм перекрытия был выявлен очаг пожара – он располагался по месту нахождения остатков стола (кафедры) преподавателя. Там же были найдены провода с дуговыми оплавлениями, одно из которых имело признаки первичного КЗ.

Вывод по причине пожара из вышесказанного был очевиден. Однако реконструкция развития пожараизпредполагаемогоочагапоказаланевозможностьописатьтермическиепораженияводной из комнат, примыкающей к аудитории. Если же предположить развитие пожара в обратном направлении – предположить, что очаг пожара располагался в этой комнате и далее распространился в Большую физическую аудиторию, то теперь уже термические поражения аудитории не соответствовали такому развитию событий.

Из вышесказанного эксперты сделали один вывод – в данном случае имели место два очага пожара. Они не имели между собой «электрической» и «огневой» связи, было очевидно, что это самостоятельные очаги пожара. Соответственно, пришлось пересмотреть выводы по причине пожара – «электротехническую» причину заменило «искусственное инициирование горения» [4].

Приведем и еще один, более свежий пример.

Пожар произошел в декабре месяце в одном из дальневосточных городов, в двухэтажном жилом доме. В доме, несмотря на зимнюю погоду, проводили ремонтные работы на чердаке

икровле. Была полностью заменена стропильная система, к ней прикреплена деревянная обрешетка и уложена гидроизоляция (рубероид); часть крыши была уже закрыта металлическим гофрированным профилем. Один из фронтонов чердачного помещения уже был зашит досками, другой еще нет.

Для производства ремонтно-строительных работ с трех сторон здания были установлены деревянные строительные леса. Кроме того, в каждом из двух подъездов имелся люк для выхода на чердак, закрытый на замок.

Перекрытия здания, в том числе между вторым этажом и чердаком, были пустотными, деревянными; пространство между деревянными балками было заполнено керамзитом (слой 8–10 см). Со стороны чердака был насыпан шлак, со стороны потолка имелся слой штукатурки толщиной 1–2 см.

Обнаружению пожара в форме открытого пламенного горения предшествовали следующие события. На втором этаже находилась квартира № 15, в которой имелась охранная сигнализация. Хозяева в ней на момент пожара отсутствовали; сигнализация, выведенная на центральный пункт охраны, включена. Около 5 часов ночи сигнализация в квартире сработала. На место в05.24 прибыладежурнаягруппа, новнешнихследовпроникновениянеобнаружила; металлическая дверь квартиры была не нарушена и закрыта на замок. Ни в окнах квартиры, ни на чердаке

икрышедомаоткрытогоогнянебыло, какие-либопризнакипожараотсутствовали. Вскрывать квартиру не стали, но через 5 минут после прибытия охраны через слуховые отверстия крыши пошелдым. Ссевернойстороныдома, гдеотсутствовалфронтон, сталивыходитьклубыдыма, а из под козырька крыши по всему периметру стали выбиваться дымовые струйки. Пожарную охрану вызвали в 05 часов 45 минут, а еще через некоторое время охранник увидел, как «окно квартиры, выходящее на западную сторону, как вакуумом затянуло вовнутрь комнаты, раздался

337

И.Д. Чешко, В.Г. Плотников. Анализ экспертных версий возникновения пожара

сильный хлопок и... из под козырька и конька крыши стало выбиваться пламя. Огонь затягивался

воконный проем комнаты и уходил под потолок».

Врезультате пожара огнем оказалась повреждена крыша дома на всей площади, выгорела комната в квартире № 15.

Эксперт, анализируя возможные версии по причине пожара, остановился, как на наиболее вероятной, на версии загорания находившихся на чердаке материалов под воздействием тлеющего табачного изделия. Накануне днем на чердаке проводились строительные работы и указанные источники зажигания потенциально могли присутствовать. На чердаке в ходе ремонта пилили древесину, имелись опилки и, возможно, другие материалы, склонные к самоподдерживающемуся тлению. Тлениенауровнеполамогловозникнутьподдействиемуказанныхисточниковзажигания, уйти в перекрытие и там развиваться вплоть до образования прогара перекрытия. При горении

вперекрытиидым, какполагалэксперт, постепеннопросачивалсявквартиру, чтоипривелоксрабатыванию расположенных в квартире датчиков. В какой то момент перекрытие окончательно прогорело, его фрагменты посыпались в комнату, произошла резкая интенсификация горения, что снаружи и наблюдала прибывшая охрана.

Вподобной экспертной реконструкции развития пожара на его начальной стадии есть несколько сомнительных и даже спорных моментов.

Во-первых, чтобыразвиватьсявтечение10-12 часов(еслипредположить, чтостроительныйработы накануне закончились в 17–19 вечера), тлению нужна соответствующая среда. Предположим, там и было какое то количество опилок, но не кучи же и метровые слои, это ведь не деревообрабатываюший цех. А наполнение пустот перекрытия и внешнюю засыпку составляли шлак и керамзит – негорючие материалы. Как в них много часов мог существовать и развиваться очаг тления,

вконечном счете, обеспечив прогорание еще и досок перекрытия, не очень понятно.

Во-вторых, обратимвнимание, чтоделопроисходилонаСевере, вдекабре, впределахнеотапливаемого чердачного помещения, т.е. при, надо полагать, минусовой температуре. Практически исключено, что при этом возможно было накопление тепла, необходимого для развития процессов тления, инициированных источником зажигания малой мощности.

В-третьих, непонятно, почему дым спускался сверху вниз, в закрытый объем квартиры (причем

вколичествах, при которых произошло срабатывание охранной (!) сигнализации), а не выходил вверх, в свободное пространство чердака и в атмосферу? Как отмечалось выше, чердак на время ремонтных работ был раскрыт с одной стороны и выход дыма должны бы были заметить, как заметили его, причем сразу достаточно интенсивный, около 05 часов 30 минут.

В-четвертых, не очень понятна (не объяснима с физической точки зрения) резкая вспышка

вквартире, причем приведшая к разрушению оконного остекления. Эксперт попытался объяснить это накоплением в объеме квартиры продуктов неполного сгорания и вспышкой при прогорании

илокальном разрушении перекрытия. Но тоже непонятно, почему эти горячие газообразные продуктыпиролиза, которыелегчехолодноговоздуха, неуходиливверхначердакинаулицу, анапрессовывались в объеме комнаты?

Очевидно, что реконструкция событий исходя из предполагаемого очага пожара (на чердаке)

ипричины (источник зажигания – тлеющее табачное изделие) показывает явные противоречия того, что предполагает эксперт, физическим законам развития горения и фактическим данным по пожару. Соответственно, ставится под сомнение предполагаемая причина пожара.

Позволим себе предположить иную картину развития событий.

Хотя прибывшая охрана обнаружила закрытую металлическую дверь в квартиру и констатировала ложное срабатывание, проникновение в квартиру, вероятно, всё-таки было, причем не через дверь, а через пролом (или пропил) в потолке, со стороны открытого чердака. (Очень маловероятно, но не исключено, что в квартире мог существовать и какой-то дополнительный люк, выходящий на чердак – это должно выяснить следствие у хозяев квартиры). Таким образом, «прямое сообщение» между квартирой и чердаком образовалось не во время пожара, а еще до него. И не за счет медленного прогорания перекрытия, а, так сказать, «механическим» путём.

338

Глава 17. Реконструкция начальной стадии пожара

Такое предположение многое объясняет и кардинально меняет ситуацию с предполагаемым механизмом возникновения горения.

Вспомним, что пожар был обнаружен по внезапному и интенсивному дымовыделению с чердака здания, а через некоторое время и вспышке в комнате с разрушением остекления.

Кстати, в своем заключении эксперт отмечает, что на месте пожара отмечался запах, похожий на запах бензина. Но дальнейшего исследования это важнейшее обстоятельство не получило – эксперт сослался на отсутствие в ИПЛ соответствующих приборов, необходимость назначения химической экспертизы для решения вопроса, есть ли остатки горючей жидкости и какой? При анализе экспертных версий по причине пожара возможное наличие следов ЛВЖ /ГЖ также не учитывалось – уж больно это не вписывалось в версию об окурке – причине пожара; и потом, охрана ведь утверждала, что проникновения в квартиру посторонних лиц не было, а владельцы квартиры уехали задолго до пожара.

Исходя из вышесказанного, вполне логичным представляется предположение, что причиной данного пожара является всё же искусственное инициирование горения (поджог). Злоумышленник, вероятно, забрался в квартиру через пролом в потолке, а, уходя по прибытии охраны, поджог ее, воспользовавшись для этого, по всей вероятности, легковоспламеняющейся жидкостью. Отсюда достаточно быстрая динамика развития пожара на стадии, которую наблюдали свидетели – то «ни дымка», то резко, по нарастающей, повалил дым. Затем же произошло, вероятно, описанное выше явление – «общая вспышка» в помещении, приведшая к разрушению окна. Фаза отрицательного давления, на проявление которой обратил внимание свидетель («окно квар-

тиры, выходящее на западную сторону, как вакуумом затянуло вовнутрь комнаты») характерна как для объемного взрыва паро-газовоздушных смесей (см. главу 13), так и для второй стадии общей вспышки. А то, что, по показанию свидетеля, «огонь затягивался в оконный проем комнаты и уходил под потолок» свидетельствует о наличии мощной тяги через окно на чердак, возможное только при наличии прямого сообщения между комнатой и чердаком.

Данная причина пожара (поджог с применением ЛВЖ), расположение очага пожара в самой квартире (а не на чердаке или в перекрытии), наличие прямого сообщения (очевидно, в виде пролома) междуобъёмомквартирыичердакомвсовокупностипозволяют, понашемумнению, описать механизм возникновения и развития горения в данном случае, вполне логично и не в противоречии

сизвестными фактами.

Ксожалению, в приведенном примере авторы вынуждены анализировать ситуацию чисто умозрительно. Безусловно, лучше, когда реконструкция подкрепляется фактическим данными и, совсем хорошо, когда ещё и расчетами. Надеемся, что в ближайшие годы это станет возможно благодаря соответствующим компьютерным программам, а также качественной работе дознавателей и экспертов на месте пожара по сбору необходимой информации.

339

И.Д. Чешко, В.Г. Плотников. Анализ экспертных версий возникновения пожара

Литература к главе 17

1.Д. Драйздейл Введение в динамику пожаров. – М.: Стройиздат, 1990. – 424 с.

2.Morris, W.A., Hopkinson, J.S. Fire behaviour of foamed plastics ceilings used in dwellings. Building Research Establishment. BRE CP 73/76. 1976.

3.Lee, B.T. Quarter scale modeling of room fire tests of interior finish. National Bureau of Standards, 1982, NBSIR 81-2453.

4.ЧешкоИ.Д. Экспертизапожаров(объекты, методы, методикиисследования). – СПб., СПбИПБ МВД России, 1997 – 560 с.

5.Theobald, C.R. The critical distance for ignition from some items of furniture. Fire Research note No. 736. 1968.

6.Pape, R., Waterman, T.E. Understanding and modeling preflashover compartment fires, in Design of Building for Fire Safety, eds E.E. Smith and T.Z. Harmathy, 1979, American Society for testing and Materials, STP 685.

7.Fang, J.B. Measurement of the Behavior of Incidental Fires in a Compartment. National Bureau of Standards. NBSIR 75-679, 1975.

8.Babrauskas, V. Will the second item ignite. Fire Safety Journal, 1982, 4, р. 281-292.

9.Friedman, R., Behavior of Fires in Compartments,” International Symposium Fire Safety of Combustible Materials, Edinburgh, Scotland, October 13-17, 1975, p. 100-113.

10.Takeda, H., Akita, K. Critical phenomena in Compartment Fires with liquid fuels. 18th Symposium (International) on Combustion, 1981, р. 519-527. The Combustion Institute, Pittsburgh.

11.Thomas, P.H., Bowes, P.C. Thermal ignition in a slab with one face at a constant high temperature. Transactions of the Faraday Society, 1961b, 57, р. 2007-2016.

12.Babrauskas, V. Williamson, R.B. Post flashover compartment fires. Application of a Theoretical Model, Fire and Materials, 1979, р. 3, 1-7.

13.Waterman, T.E. Room flashover – criteria and synthesis. Fire Technology, 1968, 4, р. 25-31.

14.Fang, J.B. Measurement of the Behavior of Incidental Fires in a Compartment. National Bureau of Standards. NBSIR 75-679, 1975.

15.Hagglund, B., Jansson, R., Onnermark, B. Fire development in residential rooms after ignitions from nuclear explosions. FOA Report C20126-D6 (A3), Forsvarets Forskningsanstalt; Stockholm; 1974.

16.Klitgaard, P.F., Williamson, R.B. Impact of contents on building fires, J. Fire and Flammability, 1975, Consumer Product Flammabiliry Supplement, 1975, 2, р. 84–113.

17.Казиев М. Дисс. на соиск. уч. ст. к.т.н. ВИПТШ, 1989.

18.Снегирев, А. Ю. Теоретические основы пожаро- и взрывобезопасности: горение неперемешанных реагентов : учеб. пособие/А. Ю. Снегирев, В. А. Талалов ; СПбГПУ. — СПб.: Изд-во Политехн. ун-та, 2008. – 211 с.: ил.

19.NFPA-921. Guide for Fire and Explosion Investigations. NFPA, 2004.

20.Handbook of fire Protection Engineering. Copyright 1995, NFPA, Quincy, MA 02269.

21.Quintiere J.B. Principles of Fire Behavior. Delmar Publishers, N.Y. 1997 – 258 p.

22.Heskestad, G. Engineering relations for fire plumes. Society of Fire Protection Engineers, Technology Report 82-8, 1982.

23.Чешко И.Д. Технические основы расследования пожаров: Методическое пособие / М.;

ВНИИПО, 2001, 254 с.

340