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

Глава 13. Дефлаграционное горение и взрывы пыле-паро-газо-воздушных смесей

Таблица 13.17

Пожароопасные характеристики зерновой муки (при определенной дисперсности, влажности, зольности) [14, 45]

Комплексный показатель взрывоопасности для различных сортов муки может достигать 4. Это означает, что данная пыль в 4 раза взрывоопаснее угольной [43].

Указывается, что слой пыли толщиной 1 мм на поверхности пола и стенах может привести к образованию взрывоопасного количества пыли в помещении [46].

Древесная пыль

Древесная пыль, как в состоянии аэрозоля, так и аэрогеля, представляет собой один из основных пожаропасных факторов на многочисленных предприятиях деревообработки и переработки древесины.

Пожароопасные характеристики древесной пыли, а также пыли, образующейся при производстве и обработке древесных композиционных материалов, приведены выше, в главе 2 книги 1 «Свойства пожарной нагрузки».

Угольная пыль

Угольная пыль, в принципе, взрывоопасна. Взрыво-пожароопасные характеристики зависят от природы и марки угля, дисперсности и др. характеристик.

Во взрыве пыли принимают участие пылинки, начиная от мельчайших до частиц размером 0,75-1 мм в поперечнике, причем взрывоопасные свойства угольной пыли непрерывно возрастают с увеличением дисперсности частиц. По результатам многочисленных экспериментов принято считать, что основным носителем взрывоопасных свойств угольной пыли являются фракции размером менее 75 мкм [46].

Наиболеевзрывоопаснаугольнаяпыльсразмеромчастиц10-60 мкм. Ваэросуспензияхсчастицами размером более 100-170 мкм пламя вообще не распространяется [20].

В первом приближении механизм взрыва угольной пыли представляют следующим образом: за счеттеплаисточниказажиганияпылинкинагреваютсясвыделениемвзрывоопасныхпродуктовпиролиза, образующих вокруг пылинки газовую оболочку. Как только концентрация газов в этой оболочке достигает взрывоопасных пределов, происходит ее воспламенение (вспышка). Тепловой импульс от горящей частицы за счет излучения и теплопроводности передается к негорящим, которые

71

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

воспламеняются, являясьисточникомзажиганияследующих[46]. Такимобразом, вовзрывепринимаетучастиеневсяпыль, атолькочастьееиглавнымобразомлетучиепродуктыпиролиза. Поэтому с уменьшением выхода летучих веществ (есть такая характеристика твердых горючих ископаемых, показывающая, какое количество летучих веществ выделяется при нагреве твердого вещества до определеннойтемпературы) взрывоопасностьугольнойпылиуменьшается, причемприопределенном (малом) их содержании пыль перестает взрываться. В СССР (и, надо полагать, теперь в России) к опасным по пыли относятся пласты угля (горючих сланцев) с выходом летучих веществ 15% и более, а также угли (кроме антрацитов) с меньшим выходом летучих веществ, взрывоопасность пылей которыхустановленалабораторными испытаниями. В Польше, Чехии, Голландии этот предел – более 12-14%, в Англии - 20%, в США – 3,1-7,9%. Значительная разница в граничных пределах взрывоопасности объясняется, ко всему прочему, различиями в методиках определения данных параметров, которая может достигать 6%. В целом, невзрывоопасной признается угольная пыль с выходом летучих веществ ниже 6±1% [46].

Выход летучих веществ в расчете на горючую массу угля является также основным фактором, определяющим величину НКПР угольной пыли.

По данным [47] при изменении выхода летучих веществ от 18,6 до 41,5% НКПР снижается от 133 до 41 г/м3. В [48] указывается, что для разных углей НКПР меняется от 50 до 300 г/м3, а для некоторых углей с высоким содержанием летучих вообще приводится НКПР равный 17-18 г/м3 [49].

В среднем считается, что НКПР угольной пыли обычно составляет [20]:

–буроугольной – 30-40 г/м3;

–каменноугольной 40-60 г/м3

Хотявозможны, каквидноизприведенныхвышеданных, иисключения. Этоможновидетьипо данным, приводимым в справочниках, которыми обычно пользуются пожарно-технические эксперты. Так, например, по данным [45], уголь марки Г (дисперсностью < 75 мкм) действительно имеет НКПР 52-62 г/м3, однако у марки ОС той же дисперсности – НКПР > 400 г/м3 .

Температура воспламенения аэровзвеси угольной пыли также зависит от степени метаморфизма угля и изменяется в пределах 850–1120 К (580-8500С) [46].

Описанная выше связь содержания летучих веществ и взрывоопасности угольной пыли объясняет, почему с увеличением степени метаморфизма угля взрывоопасность его пыли снижается – потому, что снижается содержание летучих веществ. Поэтому буроугольная пыль взрывается значительно легче, чем каменноугольная. Антрацитовая и графитовая пыль в воздухе практически не способны взрываться [20].

Гремучие смеси в горных выработках образуются обычно из горючих газов и угольной пыли. Их образование увеличивается после массовой отбойки угля и руд, содержащих горючие газы. Большая часть газа выделяется довольно быстро, за 15-30 минут. Взрывоопасность увеличивается, если в газе присутствует водород (такое бывает в некоторых угольных и рудных месторождениях) [20].

В [20] отмечается, что «...пыле-газовые смеси взрываются легче, чем чисто газовые. Это обусловлено тем, что угли и некоторые другие твердые горючие материалы возгораются при более низких температурах, чем газы. Так, буроугольная пыль возгорается. если ее нагреть до 200-300°С, метан же воспламеняется при 600-700°С». Так то оно так, но не будем забывать про такую характеристику, какминимальнаяэнергиязажигания– какотмечалосьвыше, упылевоздушныхсмесейона обычно значительно выше, чем у газо- и паровоздушных.

Источниками инициирования взрывов угольной пыли а шахтах являются:

–пламя детонации взрывчатого вещества;

–взрыв рудничного газа, вызванный различными источниками зажигания;

–электрическая дуга КЗ в электрооборудовании (которое вообще то, по нормам, должно быть во взрывобезопасном исполнении, но, тем не менее...);

–открытое пламя [46].

72

Глава 13. Дефлаграционное горение и взрывы пыле-паро-газо-воздушных смесей

Взрывы угольной пыли в шахтах различных стран случались неоднократно. 10 марта 1906 года на руднике «Курьер» (Франция) произошел взрыв угольной пыли, в результате которого из 1664 горнорабочих погибло 1099. В состав рудника входило 6 шахт, горные выработки которых были соединены между собой. Шахты разрабатывали три пласта угля с выходом летучих веществ 27,3-33,3%. За время их работы ни разу не было обнаружено следов метана. Результатырасследованияпоказали, чтопроизошелвзрывугольнойпыли, котораявбольшомколичестве находились в горных выработках. Причиной взрыва пыли послужили взрывные работы, производившиеся динамитом [48].

Крупнейшей катастрофой в угольной промышленности был взрыв пыли и газа на шахте «Хонкейко» в Манчжурии 26 апреля 1942 года, в результате которого погибло 1527 горняков [50, 51].

С1962 по1966 годнарядешахтЯпонииврезультатевзрывовпылиигазапогибло1149 человек[51].

Внастоящее время мировое лидерство по количеству взрывов в шахтах удерживает Китай. Так, за 2006 год в Китае погибло 4700 шахтеров.

На украинских угольных шахтах самая масштабная катастрофа последних 20 лет произошла 18 ноября 2007 года на шахте им. Засядько в Донецке Погиб 101 шахтер. Через 2 недели, 1 декабря 2007, на том же горизонте произошел второй взрыв – пострадали 52 горняка; на следующий день погибли 5 горноспасателей, занимавшихся ликвидацией последствий авариии.

ВРоссии на крупнейшей угольной шахте Распадская 8-9 мая 2010 года произошло последовательно 2 взрыва. Первый – 8 мая 2010 года в 23.55, второй – 9 мая в 03.55 по местному времени, уже после того, как в шахту спустились спасатели. Экспертная комиссия Ростехнадзора констатировала, что «…основные причины возникновения аварии и дальнейшего ее развития – нарушение пылевого режима шахты; отсутствие должного контроля за признаками самонагревания угля;.. неустойчивость электроснабжения шахты».

Пыль горючих сланцев

Взрывоопасность пыли горючих сланцев определяется теми же факторами, что и угольной. Она зависит от дисперсного состава и содержания летучих веществ.

При дисперсности пыли 50-63 мкм НКПР составляет 50-150 г/м3, при 160-200 мкм – 5003700 г/м3 [46].

Выход летучих веществ может составлять 41-98%.

НКПР сухой пыли горючих сланцев в зависимости от выхода летучих веществ изменяется от 6 до 400 г/м3 и при выходе летучих (V) от 75 до 95% описывается формулой [46]:

δс = 1286 – 13,4 V.

НКПР отложившейся пыли горючих сланцев (аэрогеля) значительно выше витающей (аэрозоля). Чем выше влажность аэрозоля, тем выше НКПР. При влажности порядка 20% осевшая пыль практически теряет способность переходить во взвешенное состояние и не представляет опасности взрыва. По данным МакНИИ, НКПР отложившейся сухой (W= 3,6%) пыли горючих сланцев равен 75 г/м3.

Минимальнаяэнергиязажиганиясланцевразличногосоставаразлична– чемвышевыходлетучих веществ и меньше зольность, тем энергия зажигания меньше. Для самых взрывоопасных пылей она составляет 0,16 Дж, что в несколько раз меньше, чем у сильно взрывоопасных угольных пылей [46].

Некоторые особенности взрывов пылей

Возможность множественных взрывов.

Какужеотмечалосьвыше, взрывпыли(илипаров, газов) воднойзонеможетприводитькподъемуввоздухдополнительныхколичествпыливсоседнейзоне, гдеконцентрацияпылидоэтогобыла вбезопасныхпределах. Поэтомувзрывыпылинапроизводствеиногдапроисходятсериями. Первоначальное зажигание и взрыв чаще всего менее сильны, чем последующие взрывы. Однако первый

73

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

взрыв добавляет пыли в суспензию, из-за чего происходят дополнительные взрывы. Механизм взрыва в данном случае такой: структурная вибрация, обязанная происхождением одному взрыву, будет распространяться быстрее, чем волна сгорания, поднимая пыль впереди нее. На таких предприятиях, как зерновой элеватор, эти вторичные взрывы часто переходят от одного района к другому или от здания к зданию [2].

В [34] отмечается, что цепочка вторичных пылевых взрывов возрастающей разрушительной силы, каждый из которых инициирует последующий, может возникнуть в результате сравнительно слабого первоначального «хлопка».

Но, надо сказать, что цепной характер взрывов пыли, к счастью, реализуется далеко не всегда. Так, в частности, Н.Л. Полетаев акцентирует внимание на том, что подобный режим самоподдерживающегося распространения вторичного пылевого взрыва (пламени аэровзвеси) над неограниченной поверхностью аэрозоля возможен лишь при условии создания движущимся пламенем «ветра», способного достаточно интенсивно взвихривать отложения пыли перед фронтом пламени, чтобы образовалась горючая аэровзвесь. Практическая реализация такого режима тем вероятнее, чем выше скорость «ветра» перед фронтом пламени и ниже величина НКПР аэровзвеси [52]. Автор считает, что возможность реализации режима самоподдерживающегося распространения вторичного пылевого взрыва наступает для типичных мелкодисперсных взвесей при НКПР менее 5 г/м3. На практике такие низкие значения НКПР не наблюдаются (типичные значения НКПР для наиболее взрывоопасных веществ – не менее 25 г/м3) [52].

Но режим множественных взрывов возможен, по мнению [52], при добавлении в среду горючего газа. В этом случае образуется гибридная смесь «пыль–горючий газ–воздух».

Очевидно, чтовозникновениегибриднойсмеси(например, смесиметанасугольнойпыльювшахтах) многократноувеличиваетвероятностьцепочкивзрывов. Нонеследует, понашемумнению, игнорировать и возможность возникновения таких взрывов и без участия газа. Более того, при проведе- ниипожарно-техническихэкспертизсвидетельстваомножественныхвзрывахцепочечногохарактера должны рассматриваться как один из характерных признаков именно взрывов пылевых аэрозолей.

Отсутствие явления детонации

Обычно скорость взрыва в системе «пыль–воздух» бывает дозвуковой и поэтому детонации не происходит. Исключением являются отмеченные выше взрывы угольной пыли в шахтах, а также других аэрозолей в протяженных цехах, галереях [46, 48–51].

Опасность тлеющих отложений пыли

Необходимо отметить, что весьма серьёзную опасность представляют собой тлеющие пыли, поскольку даже при слабом встряхивании тлеющая масса может самовоспламениться вследствие резкого притока кислорода воздуха и вызвать взрыв аэрозоля.

Взрывы пылей при контакте с другими (кроме воздуха) окислителями

Взрывыпылейпроисходятнетольковконтактескислородомвоздуха, ноипривзаимодействии с другими окислителями. Так, галоиды могут вызвать разрушительные взрывы пылей. Наиболее сильные взрывы наблюдаются в атмосфере фтора с металлическими пылями, пылями смол, пищевых продуктов, дерева и др.

Некоторые наиболее опасные технологические процессы, аппараты, источники зажигания

Среди опасных технологических процессов, в которых происходят пылевые взрывы, в литера-

туре в первую очередь отмечают пневмотранспорт сыпучих материалов.

Пневмотранспортслужитдляперемещениячастицтвердогоматериалапотокомтранспортирующего газа по вертикальным, горизонтальным, наклонным и криволинейным трубопроводам, соединяющим технологические установки, бункеры-хранилища и вспомогательное оборудование. Движение частиц обеспечивается разностью давлений в начале и конце пневмолинии. Происходит это движение в развитомтурбулентномрежиме. Вкачестветранспортирующегогазаобычноприменяютвоздух.

74

Глава 13. Дефлаграционное горение и взрывы пыле-паро-газо-воздушных смесей

Даже если транспортируется относительно крупнодисперсный материал, в установке пневмотранспорта за счет взаимных соударений, а также при ударах частиц о стенки и конструктивные элементы трубопроводов транспортируемый материал дополнительно измельчается и содержание мелкодисперсных (пылевых) частиц в нем возрастает.

Пневмотранспорт горючих пылей обладает повышенной пожарной опасностью. Концентрация аэровзвеси внутри пневмотранспортной установки, как правило, выше нижнего концентрационного предела (НКПР). Поэтому при разгерметизации оборудования возникает опасность воспламенения аэровзвеси. Кроме того, движение аэровзвесей осуществляется с высокой скоростью и в случае возникновения пожара это дополнительно повышает скорость распространения пламени по пылевоздушной среде [55].

Взрывы и аппараты в циклонах и фильтрах, установленных на линиях пневмотранспорта, описаны в литературе (см., например, [57, 58]).

Вотрасли хлебопродуктов пожары на пневмотранспорте чаще всего возникают при установке на линии дополнительных очистных устройств после воздуходувок [7].

Ввозникновении пожара в пневмотранспортной установке могут участвовать две разновидности горючей среды – собственно пылевоздушная смесь и отложения на стенках трубопроводов

идругих конструктивных элементов.

Фрикционные искры

Образование фрикционных искр возможно при попадании внутрь системы посторонних твердых предметов, при механическом воздействии (разрушении) установки, при аварийной работе одного из узлов установки. Так, например, в [53] приводится пример взрыва на мукомольном заводе в результате вспышки аэровзвеси в пылеосадочной камере после воздуходувки вследствие расшатывания подшипника воздуходувки, биения ротора о крышку, интенсивного нагрева

иискрообразования.

В[55] отмечается, что пожар и взрыв в пневмотранспортных установках возможен при попадании в них раскаленных частиц с температурой 700К и выше. Такие частицы не всегда зажигают движущийся поток аэрозоля, но, попадая в циклоны или фильтры, инициируют в них пожар или взрыв [55]. В принципе, с этим мнением можно согласиться (700К равно 427 °С, т.е. превышает температуру самовоспламенения большинства органических веществ); следует только уточнить, что частица должна быть достаточно крупной, дабы обладать запасом тепла и не остыть, прежде, чем долетит до циклона или фильтра, до температуры ниже критической (Т самовоспламенения или Т тления) для данного транспортируемого вещества.

Нагрев при трении. Особенно опасен в движущихся с большой скоростью узлах и деталях установок. В первую очередь нагрев при трении опасен с точки зрения возможности самовозгорания указанных выше отложений транспортируемого горючего материала.

Источник зажигания может появиться и вне установки. Так, например, перегрев подшипников питателей или попадание инородных предметов в затворы аппаратов может вызвать их заклинивание. Продолжающееся движение приводного ремня может вызвать его нагрев до состояния, когда произойдет воспламенение находящейся вокруг него пыли. Возникшее пламя, проникая через неплотности в пневмотранспортную установку, может привести к воспламенению пыли и взрыву внутри установки [55].

Самовозгорание отложений в трубопроводах и оборудовании

При пневмотранспорте порошкообразных материалов с низкой температурой плавления на внутренних поверхностях трубопроводов часто образуются пленки из этих материалов. Такое явление наблюдается, в частности, при транспортировке органических красителей, порошков и гранулполимеров, химическихсредствзащитырастений, серы, глюкозыит.д. Прискоростидвижения потока 5-10 м/с тепловой энергии, выделяемой при соударении частиц со стенками трубопровода, оказывается достаточно для их подплавления и залипания на стенках. Образование слоя транспортируемого продукта на стенках трубопровода может происходить и под действием сил межмолекулярноговзаимодействия, засчетэлектростатическихзарядовидр. Уматериаловсвысокими

75

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

диэлектрическими свойствами электростатическая составляющая силы адгезии часто превалирует над всеми остальными [34, 59]. Отложения значительной толщины могут образовывать также вещества гигроскопичные (активно поглощающие влагу из воздуха (например, аммиачная селитра)). Указанные отложения часто склонны к самовозгоранию [55].

Кроме вышеперечисленных, вещества и материалы, склонные к самовозгоранию, рассмотрены в главе 12 книги 1.

Специфические особенности пневмотранспортных установок способствуют подогреву отложений на стенках трубопроводов, что увеличивает вероятность теплового самовозгорания. Увеличениетолщиныотложенийприводиткснижениютемпературысамовозгорания. Иприслое, превышающем 20-25 мм, самовозгорание может произойти [55]. Кроме того, при наличии на стенках большого слоя отложений, заземление, предназначенное для отвода зарядов статического электричества, становится неэффективным.

Разряд статического электричества

Частицы сыпучих материалов, контактируя со стенками и конструктивными элементами пневмоустановок, заряжают их и сами электризуются. Подробно механизм электризации, возникновения разряда статического электричества и инициирования им горения рассмотрен

вглаве 10 книги 1. Здесь же отметим только некоторые специфические особенности протекания подобных процессов в пневмотранспортных установках.

Известно, что в подобных установках накопление зарядов и их разряд не носит хаотического характера – существуют зоны генерирования зарядов и их рассеивания [35]. Дисперсные материалы, обладающие высоким удельным электросопротивлением, преимущественно заряжаются

вэжекторах и трубопроводах, т.е. в тех местах, где происходят энергичные удары частиц о стенки. Разряжаются частицы в циклонах, фильтрах и бункерах-накопителях. Подобное разграничение зон накопления и рассеяния зарядов характерно только для крупных, размером в несколько миллиметров, частиц материалов [60]. При транспортировании мелкодисперсных материалов рассеивание или разряд электрических зарядов происходит на тех участках пневмотранспортной системы, на которых меняется аэродинамика потока – падает скорость газа, увеличивается концентрация материала, изменяется скорость потока по отношению к стенкам оборудования. Подобное происходит

вциклонах, на поворотах линии и т.д. [55]. Например, при пневмотранспортировании мелкоизмельченной сахарной пудры электризация происходит в эжекторном питателе, а в пневмопроводе

ипылеулавливающем устройстве происходит разряд [61].

Конечно, на отмеченное выше зонирование влияют различные факторы, свойственные конкретным установкам. Так, например, отложения транспортируемого материала на стенках трубопроводов могут менять расположение зон генерирования и рассеивания зарядов, влиять на уровень электризации движущихся частиц. Тем не менее, приведенные выше данные представляют, по нашему мнению, определенный интерес с экспертной точки зрения, т.к. позволяют очертить круг зон (узловустановок), гденаиболеевероятнавспышка, инициированнаяименноразрядомстатического электричества, а не иного источника зажигания.

Электрические узлы и детали

Любое находящееся постоянно или периодически под напряжением электрооборудование, принадлежащее самой пневмоустановке или располагающееся вблизи нее – электродвигатели, коммутационные устройства, пускатели, провода и кабели и др. – может инициировать горение

ивзрыв пылевоздушной смеси. Возникающие в процессе функционирования этого оборудования потенциальные источники зажигания и пожароопасные аварийные процессы рассмотрены

вглавах 7 и 8 книги 1.

Еслиэлектрооборудованиебылоподнапряжениемвмоментвозникновенияпожараиливзрыва, соответствующая версия должна выдвигаться и анализироваться в обязательном порядке.

76

Глава 13. Дефлаграционное горение и взрывы пыле-паро-газо-воздушных смесей

13.12.Вспышки и взрывы, возникающие в ходе пожара

•«Обратнаятяга»

•«Пробежкапламени»

•«Общаявспышка»

•Взрывыпритушениитлеющихмассивов

Вспышки, хлопки и даже взрывы, необъяснимо быстрое развитие горения на отдельных этапах пожара являются неотъемлемой часть большинства крупных (и не только крупных) пожаров. Описанные выше вспышки и взрывы иногда приводят к пожару, но они могут возникать в ходе развития пожара как естественное проявление происходящих на нём процессов.

На эмоциональном уровне любая достаточно сильная вспышка, хлопок на пожаре, произошедший в ходе его развития, обычно воспринимается не только обывателем, но и многими пожарными как взрыв; часто отмечается, что после этого происходит интенсификация горения.

Конечно, на пожаре могут иметь место разрушение электровакуумных приборов (электроламп, кинескопов), технологического оборудования, находящегося под давлением, наконец, взрывы баллонов со сжатым или сжиженным (в том числе, инертным) газом. Но чаще всего причина кроется в других, вполне закономерных именно для пожара явлениях.

«Обратная тяга»

ВРоссии данный процесс иногда называют также «эффектом сауны». За рубежом кроме термина «обратная тяга», применяется термин «взрыв дыма». Все это, по сути дела, один и тот же процесс.

Вспышка (взрыв) в помещении происходит в момент открывания туда двери, разрушения какого-либо проема и попадания в помещение порции свежего воздуха.

Причинойтакойвспышкиявляетсянакоплениевзакрытомпомещениигазообразныхпродуктов пиролиза горючих веществ и материалов.

Обычно в помещении перед проявлением данного эффекта происходит горение в условиях ограниченной вентиляции, наблюдается затухание пламенного горения из-за недостатка кислорода.

Вэтих случаях из-за неполного сгорания пожарной нагрузки в объеме помещения образуются высокие концентрации нагретых частиц и аэрозолей, оксида углерода и других воспламеняемых газов.

Впомещении может находиться функционирующий источник тепловыделения (например, включеннаяэлектропечь), способствующийтермическомуразложению(пиролизу) находящихсявпомещении горючих материалов и изделий и дополнительному выделению газообразных горючих продуктов.

Впомещении при этом может присутствовать источник зажигания (например, нагретые поверхности), но вспышки не происходит, так как концентрация горючих летучих находится выше верхнего концентрационного предела распространения пламени (ВКПР, В момент же открытия двери, в помещение попадает воздух, концентрация газообразных горючих веществ резко снижается до необходимой для взрыва концентрации со всеми вытекающими отсюда последствиями. Вспышка может произойти и при отсутствии источника зажигания, по механизму самовоспламенения, если газообразные продукты в помещении перегреты выше соответствующей температуры (ориентировочно 400–450 °С).

Сгорание газообразных продуктов пиролиза при подобной вспышке обычно протекает по механизму дефлаграции. При этом происходит комплекс явлений, которые свидетели воспринимают как взрыв – раздается хлопок, разрушаются оконные стекла, иногда – легкие перегородки, двери, происходит выброс пламени в отрытую дверь и разрушенные окна. Давление при этом в помещении, где произошел данный инцидент повышается, но не сильно – избыточное давление в ограничивающей структуре обычно меньше 10-14 кПа [2]. Тем не менее, этого достаточно,

77

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

чтобы привести к разрушениям легких конструкций, сбить с ног и обжечь выхлопом пламени человека, открывшего дверь.

Известны ситуации, когда помещение заполнялось продуктами неполного сгорания полностью и «взрыв дыма» приобретал последствия полноценного объемного взрыва. В Англии в 70-х годах произошёл взрыв, разрушивший многоэтажное здание армейского склада. Причиной взрыва, по мнению экспертов, стало тление латексных матрацев, которые в большом количестве хранились на складе. Выделяющиеся в процессе тления газообразные продукты пиролиза, судя по характеру разрушений здания, заполнили объём одного или нескольких помещений склада, превысив нижнийконцентрационныйпределраспространенияпламени(НКПР). Источникомзажиганияприэтом могла стать искра в любом электропотребителе.

Имелись подобные примеры и в отечественной практике. Запомнился взрыв в одной из саун Ленинграда, когда разлетающиеся осколки толстых стекол, выбитых взрывом, буквально изрешетили прибывшую на пожар и стоявшую рядом с баней пожарную автоцистерну.

Очевидно, что последствия «взрыва дыма» зависят от ряда факторов – объема помещения, полностью или частично оно заполнено продуктами неполного сгорания, концентрации этих продуктов, наличием возможностей сброса давления при взрыве (окон и иных «вышибных» проемов), других архитектурно-строительных особенностей сооружения.

Установление причины подобного инцидента экспертным путем не представляет особых сложностей. Описанные выше признаки (закрытое помещение с отсутствующей или ограниченной вентиляцией, мощный источник тепловыделения, совпадения «взрыва» по времени с моментом открытия двери или иного проема, характерные последствия) позволяют довольно уверенно квалифицировать произошедшее.

«Пробежка пламени»

Если необходимая для распространения пламени концентрация газообразных продуктов пиролизасоздаласьвлокальнойзоне, например, вприпотолочномслое, взрываможетнебыть; номожет произойти тоже достаточно специфический и опасный процесс распространения горения по газовой фазе – пробежка пламени. Особенно это характерно для длинных коридоров, вентиляционных и лифтовых шахт и т.п. протяжённых помещений.

В1991 году произошёл известный по своим масштабам и тяжким последствиям пожар в гостинице «Ленинград». Самым странным при расследовании этого пожара казалось необъяснимо быстрое развитие горения из одного из номеров по коридору седьмого этажа гостиницы.

Анализ обстоятельств пожара и соответствующие расчёты показали, что в номере, при имеющейся пожарной нагрузке, даже при открытой двери происходило так называемое «горение, ограниченное вентиляцией», т.е. горение в условиях относительной нехватки кислорода. В этом случае при сгорании твёрдых горючих материалов выделяется значительное количество газообразных продуктов неполного сгорания. Они выходили в коридор, накапливаясь в припотолочном слое.

Рост давления при пробежке пламени меньше, чем при обычном взрыве, но и его бывает достаточно для разрушения остекления окон, дверей. В данном случае вдребезги были разбиты двери из толстого закалённого стекла, ведущие из коридора в лифтовой холл, а форс пламени, по словам очевидца, выбросило на два-три метра в лифтовой холл.

Пробежка пламени, если на её пути имеются легкогорючие материалы, приводит обычно к их воспламенению и образованию множественных очагов горения.

«Общая вспышка»

Ещё однодовольно характерноедля пожараявление – такназываемая«общаявспышка». В отечественной пожарно-технической литературе, в отличие от зарубежной [2, 12, 62, 63], этому явле-

78

Глава 13. Дефлаграционное горение и взрывы пыле-паро-газо-воздушных смесей

нию уделяют почему-то незаслуженно мало внимания. Механизм возникновения общей вспышки следующий. При горении в помещении газообразные продукты сгорания, включая твёрдые частицы дыма, поднимаются вверх, образуя в припотолочном слое раскалённое газово-дымное облако. Этооблакопрогреваетпотолокиприлегающуюкнемучастьстен, атакжеизлучаетмощныйтепловой поток на расположенные внизу предметы, мебель. Таким образом, помимо факела, возникающего непосредственно над очагом пожара, источниками лучистых тепловых потоков, нагревающих еще не горящие предметы в пределах помещения, являются:

–раскаленные поверхности верхних частей помещения;

–пламена, охватившие потолок;

–раскаленные продукты сгорания.

Может наступить момент, когда суммарно эти тепловые потоки нагреют до температуры самовоспламенения находящиеся внизу предметы и они практически одновременно вспыхнут на всей площади помещения. Площадь горения при этом может мгновенно возрасти от 20-40% площади помещения до 90% и более.

Для возникновения общей вспышки обязательно нужен потолок, иначе газообразные продукты просто будут улетучиваться, не формируя теплоизлучающего облака, да и излучение самого нагретого (или горящего) потолка будет отсутствовать.

Более подробно об условиях, в которых возникает общая вспышка – см. главу 17.

Интересно отметить, что бывает, оказывается, локальная общая вспышка. Если помещение маленькое, то оно при общей вспышке загорится по всей площади. А если большое и длинное, то общая вспышка может быть локализована. Вспыхнет сначала одна часть помещения, затем другая и т.д. Подобное распространение горения происходило на известном пожаре в американском отеле «Дюпон-Плаза» [63].

Взрывы при тушении тлеющих массивов

Пожарным хорошо известно, что при разборке тлеющих материалов и вскрытии конструкций возможна резкая интенсификация горения за счет поступления кислорода в труднодоступные для него до этого момента зоны.

Оказывается, интенсификация горения и даже взрывы могут происходить не только за счет указанного фактора, но и за счет попадания воды при тушении, при дожде и т.д.

Процитируем в связи с этим вполне заслуживающий доверия источник [20]: «Типичны взры-

вы в результате попадания воды в пожарный очаг, когда вследствие высокой температуры происходит раскисление воды с образованием водорода и СО. Например, если при тушении большого очага в него подают струю воды, недостаточно сильную для того, чтобы быстро снизить температуру. При свободном доступе воздуха образующийся горючий газ немедленно взрывается.

Попадание дождевой воды нередко служит причиной взрывов горящих отвалов угольных шахт. Сильные взрывы иногда происходят при разборе отвала с целью ликвидировать его горение. В этом случае главную роль играет быстрое обнажение очага, в котором скопился горючий пожарный газ».

К приведенному выше добавим, что под «горючим пожарным газом» понимается, надо полагать, горючие газы – продукты пиролиза материалов в условиях ограниченной вентиляции. Отметим также, что попадание воды при тушении в замкнутые высокотемпературные зоны (очаги тления) может приводить и к явлению «физического взрыва» за счет интенсивного испарения воды и повышения давления.

79

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

13.13. Дифференциация взрывов конденсированных ВВ

итопливо-воздушных смесей. Отработка версии

•Дифференцирующиепризнаки

•Отработкаверсии

Приведенные выше сведения о механизме и последствиях взрывов различной природы могут служить основой для установления природы взрыва. В том числе, для решения наиболее актуальной и часто встречающейся задачи – дифференциации взрыва ТВС и взрыва конденсированных ВВ.

Вобобщенном виде дифференцирующие признаки взрывов паро-газо-пылевоздушных смесей

иконденсированных взрывчатых веществ приведены в таблице 13.18.

80