ОФП

Опасные факторы пожара

Наше время, характеризующееся наличием большого количества пожаров, сопряжённых с выделением токсичных продуктов горения, связано с высокой вероятностью отравления человека. К числу наиболее опасных (преобладающих в количественном отношении и характеризующихся высокой биологической активностью) соединений, содержащихся в составе продуктов горения полимерных материалов, относятся моноксид углерода, циановодород, хлороводород, оксиды азота, акролеин.

Продукты неполного горения, термической и термоокислительной деструкции являются токсичными веществами. Под токсичностью обычно понимают степень вредного воздействия химического вещества на живой организм; количественно её определяют как меру несовместимости вещества с жизнью организма.

Важным представляется тот факт, что в процессе пиролиза и горения полимерных материалов выделяются высокотоксичные соединения, трудно предсказуемые классической химией не всегда обнаруживаемые современными техническими средствами. Кроме того, как показывает анализ смертельных случаев на пожарах, в крови погибших обнаруживалось некое специфическое вещество. С помощью электронной микроскопии и некоторых других методов исследования было установлено, что оно состоит из большого количества химических элементов и обладает высочайшей токсичностью.

Согласно статистики, причины случаев смертельных исходов на пожарах распределяются следующим образом: 50% - отравления угарным газом и цианидами; 18% - ожоговая травма; 14% - имеющиеся заболевания сердца; 18% - сочетанное (комбинированное) воздействие на организм теплоты, угарного газа и других факторов.

Известно немало случаев массовых отравлений со смертельными исходами, так как быстрое распространение токсичных газов по помещениям и путям эвакуации происходит уже в начальной стадии пожара. В медицинском отношении, пожар следует рассматривать как внезапное, быстротечное, чрезвычайно опасное для здоровья и жизни людей событие, которое может сопровождаться появлением значительного количества пострадавших. Анализ таких ситуаций показывает, что в большинстве из них присутствует токсикологический фактор.

При этом личный состав Государственной противопожарной службы МЧС России, а также население, подвергаются острому, комбинированному воздействию высоких концентраций СДЯВов и большинство из пострадавших нуждается в неотложной медицинской помощи.

При одновременном поступлении в организм человека большого числа химических соединений, содержащихся в продуктах горения, наблюдаются неоднозначные явления комбинированного действия. К их числу относятся суммирование, потенцирование и антогонизм (снижение эффекта совместного действия ядов). Более распространено явление суммирования. Но и потенцирование может представлять определённую опасность, так как характеризуется тем, что конечный результат больше арифметической суммы отдельных эффектов. Это характерно для таких смесей, как СО + бензол; СО + оксиды азота; диоксины.

Необходимо также учитывать, что вблизи очага пожара действие токсичных продуктов на организм человека происходит на фоне высоких температур и малой концентрации кислорода, которые оказывают существенное влияние на тяжесть отравления.

Угарный газ (моноксид углерода – СО) является наиболее распространённым продуктом неполного горения веществ и материалов, так как практически все органические вещества содержат в своём составе углерод. Почти в 50% случаев, как было отмечено выше, гибель людей на пожаре связана с отравлением угарным газом. Среди известных сейчас 175 химических веществ, присутствующих в дыму пожаров, угарный газ составляет основную ядовитую часть «пожарных» газов.

Окись углерода – газ без цвета, запаха и вкуса, всегда присутствует во взрывных, пороховых и выхлопных газах. Легко проникает через пористый материал, слабо растворим в воде. В присутствии катализаторов (окислов Mn и Cu) окисляется в углекислый газ, что используется в противогазах, применяемых для защиты личного состава от воздействия СО.

Общий характер токсического действия моноксида углерода заключается в том, что он, попадая в кровь, вытесняет кислород из оксигемоглобина крови, образуя карбоксигемоглобин. Химическое сродство СО к гемоглобину в 300 раз выше, чем у кислорода. Содержание кислорода в крови может понижаться с 18-20% до 7-8%, вызывая понижение содержания оксигемоглобина, и являясь причиной острого кислородного голодания – гипоксии, к которой очень чувствительна нервная и сердечно-сосудистая системы. Помимо этого, моноксид углерода способен соединяться с геминовыми ферментами (биокатализаторами), например, миоглобином (мышечным белком), блокируя его работу и вызывая лавиноподобное нарастание общей и особенно мышечной слабости.

Таким образом, моноксид углерода оказывает непосредственное токсическое действие на клетки, нарушая процесс тканевого дыхания, уменьшая потребление кислорода тканями. Возможны острые и хронические отравления угарным газом. Особенно чувствительны к ним молодые люди и беременные женщины. Пониженная или повышенная температура воздуха, высокая физическая нагрузка, шум – усиливают токсическое действие СО.

Концентрации СО, обуславливающие гибель человека за временной промежуток до 3 минут, находятся в пределах 0,2 – 1%. Максимально допустимые концентрации угарного газа, вызывающие снижение работоспособности человека, при различном времени пребывания в опасной зоне, но позволяющие ему выйти из неё и принять участие в ликвидации аварии, составляют (в мг/м³):

• 10 минут – 600;

• 15 минут – 400;

• 30 минут – 300;

• 60 минут – 200.

Эти данные можно и нужно использовать при разработке и обосновании нормативных требований по обеспечению безопасности людей в условиях пожара.

Тяжесть состояния пострадавшего зависит прежде всего от концентрации угарного газа во вдыхаемом воздухе и от продолжительности контакта. При вдыхании концентрации СО выше указанных > 600 мг/м³ возникает сильная пульсирующая боль в висках, головокружение, тошнота, рвота, вялость, затем – нарастающая слабость («онемение ног»), нарушение походки – «походка пьяного», снижение зрения и слуха; учащение пульса, одышка (частое, поверхностное дыхание), дезориентация в пространстве и времени, сужение сознания (вплоть до его потери), порозовение (и даже покраснение) кожных покровов, особенно – лица и шеи; синюшные губы; далее - угасание жизненных функций и наступление гибели пострадавшего.

Основными поражающими факторами, например, при землетрясениях являются разрушения зданий, возникновение крупных очагов пожаров, возможность заражения аварийными химически опасными веществами, что создаёт серьёзную угрозу жизни оставшихся в живых людей, и без того, находящихся в экстремальных условиях.

Пожар необходимо рассматривать, как внезапное, быстротечное, чрезвычайно опасное для здоровья и жизни людей событие, которое может сопровождаться появлением большого количества пострадавших. Анализ таких ситуаций показывает, что в подавляющем большинстве случаев пожаров присутствует токсический фактор. При этом, личный состав ГПС МЧС России, ВС РФ, а также население подвергается острому комбинированному воздействию высоких концентраций СДЯВов, что определяет необходимость оказания неотложной медицинской помощи.

И именно поэтому решение проблемы защиты организма человека от отравления продуктами горения имеет большое практическое и социальное значение. До недавнего времени наиболее эффективными средствами лечения при отравлении моноксидом углерода являлась гипербарооксигенотерапия (ГБОТ) и обменное переливание крови. Но для этого требуется определённое время и специфические условия (стационар, большой запас крови соответствующей группы, наличие барокамеры и т.д.).

В реальных условиях спасателям приходится пытаться как можно быстрее удалить пострадавшего из опасной зоны на свежий воздух; при невозможности покинуть загазованное помещение – немедленно организовать его проветривание, пострадавшего необходимо уложить, расстегнуть стесняющие элементы одежды, провести первичную диагностику, если дыхание и пульс сохранены - дать подышать парами нашатырного спирта и (или), по возможности, кислородом.

Как можно скорее необходимо ввести специфическое противоядие (антидот) при отравлении угарным газом – ацизол – внутримышечно 1 мл или развести содержимое одной ампулы в 100 мл воды и дать выпить пострадавшему (через 1 час процедуру можно повторить).

Если пострадавший без сознания (особенно в положении лёжа на спине) - принять экстренные меры по обеспечению проходимости дыхательных путей; при угнетении жизненных функций организма, прежде всего дыхания, – приступить к немедленной реанимации организма (искусственной вентиляции лёгких при помощи АДР или методом «изо рта в рот»; при отсутствии пульса на сонных артериях - к наружному массажу сердца). Принять меры к срочной госпитализации пострадавшего в медицинское учреждение. Ни в коем случае не давать отравленному алкоголь, это может только усилить отравление и привести к более тяжёлым последствиям.

Под пожаром понимается неконтролируемый процесс горения, развивающийся во времени и пространстве, сопровождающийся уничтожением материальных ценностей и создающий опасность для здоровья и жизни людей.

Пожар возникает только в результате возгорания или самовозгорания отдельных веществ и материалов. За счёт их определённых свойств (распространять горение по поверхности и в объёме) этот процесс может перейти в стадию развившегося огня, характеризуемую как пожар (как таковой), или самолокализоваться в стадии загорания.

Таким образом, характерными особенностями пожара как такового являются:

• неконтролируемое горение вне специального очага;

• развивается во времени и пространстве;

• сопровождается социальным и (или) экономическим ущербом;

• самоускоряющаяся физико-химическая реакция с выделением тепла и света;

• массо- и теплообмен.

Основным условием процесса горения является наличие трёх обязательных условий:

• присутствие горючего вещества (ГВ);

• поступление в зону химической реакции окислителя (как правило, кислорода воздуха);

• наличие источника зажигания – ИЗ (импульса, воздействующего извне на вещество и вызывающего его возгорание).

ОКИСЛИТЕЛЬ

ГВ ИЗ

При отсутствии выделения тепла – главного, характеризующего горение, фактора и связанного с ним нагрева и разложения горючих веществ и материалов, возможность возникновения пожара резко исключается. Отсутствие запаха дыма не всегда позволяет сделать аналогичный вывод. Горение, например, водорода не сопровождается специфическим запахом и дымом. Последние также могут своевременно не обнаруживаться из-за поглощения, к примеру, некоторыми волокнистыми материалами.

При пожаре процесс горения в течение иногда длительного промежутка времени не управляется человеком и, как следствие, это приводит к большим материальным потерям. В определённых условиях выделяемая теплота может привести к нагреванию и загоранию горючего материала. Нагрев горючего материала (раздельно или совместно) может осуществляться тремя способами:

1. Теплопроводностью (кондукцией) - при непосредственном соприкосновении материала с источником тепла.

2. Радиацией – при воздействии тепла от источника нагрева.

3. Конвекцией – при передаче тепла материалу посредством воздуха или иного газа, находящегося в движении.

Преимущественно процесс горения возникает и развивается в режиме, при котором горючее вещество и воздух первоначально разделены, затем – происходит так называемое диффузное горение, которое возможно лишь в области перемешивания. Скорость горения зависит от количества поступающего воздуха и газообразного горючего.

При горении твёрдых и жидких веществ вышеописанная зависимость особенно велика, в этом случае скорость поступления летучих веществ продуктов реакции непосредственно связана с интенсивностью теплообмена между пламенем и горючим.

В начале процесса горения, когда уровень теплового излучения ещё невысок, особенно важную роль играет конвективный обмен. Передача тепла, при этом, осуществляется при движении горячих газообразных продуктов сгорания вверх с удалением от источника загорания. Тепловой поток движется из района с высокой температурой в район с низкой температурой. Скорость движения потока движения пропорциональна разности температур между двумя указанными районами. Как только эти газообразные продукты сгорания соприкасаются с поверхностью стен, потолков, других элементов здания, тепловая энергия передаётся этой поверхности, а сами продукты сгорания охлаждаются.

С момента образования продуктов сгорания в большей степени происходит нагрев потолков и верхней части стен. Когда поверхность твёрдых материалов нагревается от контакта с газообразными продуктами сгорания, получаемое тепло проходит внутрь этих материалов за счёт их теплопроводности. Наиболее высокую теплопроводность имеют металлы, низкую – пористые материалы с малой плотностью (минеральная шерсть, пенопласт), но что определяет их высокие изоляционные свойства. Изоляционные свойства, однако, способствуют более быстрому нагреву поверхности соответствующих материалов до высоких температур, тем самым, максимально ускоряя развитие пожара, особенно, если эти материалы обладают горючими свойствами.

Количество тепла, передаваемого в единицу времени, при конвекции и при теплопроводности примерно пропорционально разнице температур между источником тепла и поглощающей тепло поверхности. Как следствие – малая разница между этими температурами сказывается изменениями в скорости передачи тепла.

Связанное с конвекцией движение газов, возникающее при горении в естественных условиях, определяется подъёмной силой, которая также оказывает влияние на форму и характеристику диффузного пламени. Иногда возникает необходимость знать размер пламени над очагом, так как от этого размера зависит взаимодействие пламени с окружающими предметами, в частности, - достижения им потолка помещения, возможность выделения тепла путём излучения, достаточного для зажигания находящихся поблизости горючих материалов.

При каждом пожаре возникают характерные для горения опасные факторы, приводящие в последствии, к отравлению или даже гибели людей, серьёзному материально-экономическому ущербу. Существует даже специальный термин, определяющий эту группу – «опасные факторы пожара» (ОФП), который определяет сущность этих факторов в плане опасности, прежде всего, для здоровья и жизни человека.

Согласно пункта 15 ГОСТа 12.1.004 – 91 ОФП являются:

• пламя и искры;

• повышенная температура окружающей среды;

• токсичные продукты горения и температурного разложения;

• дым;

• пониженная концентрация кислорода.

Существуют также и вторичные проявления ОФП, которые воздействуют на людей (и материальные ценности) опосредованным образом, к ним относятся:

• осколки, части разрушающихся аппаратов, агрегатов, установок, конструкций;

• радиоактивные и токсичные вещества, появляющиеся из разрушенных аппаратов, установок, конструкций;

• электрический ток, возникающий в результате «выноса» высокого напряжения на токопроводящие части конструкций, аппаратов, агрегатов;

• опасные факторы взрыва, происходящего в результате пожара.

ОФП взаимосвязаны между собой, они характеризуются определёнными соответствующими параметрами. По данным мировой статистики, случаи смертельных исходов на пожаре в настоящее время занимают третье место в общем списке причин смерти. Вероятность таких исходов для всего населения составляет 0,4 на 10 тыс. человек, но для пожарных, как профессиональной группы риска, этот показатель повышается в 100 и более раз.

Труд пожарных связан со значительным физическим и эмоциональным напряжением, так как он выполняется в опасных для здоровья и жизни условиях, которые охватывают всю номенклатуру принятой в нашей стране классификации опасных и вредных факторов. При выполнении своих обязанностей личный состав подразделений Государственной противопожарной службы подвергается воздействию различных факторов риска (нервно-психический стресс, высокие температуры, химическое, радиационное заражение и т.п.). Кроме того, тушение большинства пожаров связано с вероятностью отравления высокими концентрациями токсичных продуктов горения веществ и материалов.

Помимо высокой опасности травматизма при ликвидации огня, на пожарных воздействует целый комплекс вредных химических, физических и биологических факторов: экстремальный температурно-влажностный режим, загазованность, пыль, шум, вибрация, недостаток освещения. Сопутствует ещё и высокое нервно-психическое напряжение, связанное и с непосредственной угрозой жизни, и с решением сложных задач при дефиците времени, преодолении препятствий, и с постоянной готовностью к неожиданностям.

Особую актуальность представляет проблема комбинированного воздействия на организм пожарных поражающих факторов в различных сочетаниях, реально возможных на пожарах. Прежде всего, это касается сочетания факторов физической природы, таких как высокая температура, угарный газ, физическая нагрузка, психоэмоциональное напряжение и различных факторов химической природы. Сочетанное однонаправленное действие факторов физической и химической природы представляется особо опасным для лиц, предрасположенных к сердечно-сосудистым заболеваниям. Всё это диктует необходимость жёсткого профессионального отбора.

Недавними исследованиями (Радионов И.Г., 2001 г.) установлено, что за последнее десятилетие более чем в 1,5 раза увеличился коэффициент тяжести травматизма пожарных. Причём отмечается, что среди пострадавших преобладают пожарные старше 35 лет и те, кто имеет служебный стаж менее 5 лет. В структуре производственного травматизма пожарных первое место занимают механические травмы костно-мышечной системы, за ними следуют ожоги и черепно-мозговые травмы. На долю отравлений ядовитыми выделениями приходится 3%.

По последним данным, показатель трудопотерь пожарных превысил среднероссийский более чем на 20%. Сохраняется неблагоприятная картина заболеваемости с временной утратой трудоспособности по показателям случаев, дней нетрудоспособности и средней длительности одного случая. С учётом одновременного снижения числа выездов на пожаротушение всё это можно расценивать лишь как ухудшение общего состояния здоровья пожарных. Подтверждением тому служит и средний возраст при первичном выходе на инвалидность, составляющий 41 год, в то время как в целом по стране в последние годы среди первично признанных инвалидами преобладают лица пенсионного возраста. Это означает, что период трудовой активности у пожарных сокращается почти на 20 лет, а это, в свою очередь, является существенной добавкой в общие экономические потери страны.

При клиническом обследовании пожарных, несмотря на их молодой возраст, практически у каждого обнаруживались симптомы хронического нарушения здоровья: в 78% случаев выявлялись однотипные жалобы, разнообразные функциональные нарушения нервной системы (расстройства адаптации, неврастенические, ипохондрические реакции и акцентуация личности по истерическому типу); более чем в 50% случаев выявлялись нарушения со стороны иммунной системы. Кроме того, на фоне хронического стресса, сопровождающего пожарного в течение всей его службы, отсутствовал и должный эффект от проводимых лечебных мероприятий.

Всё это заставляет говорить об очевидной связи выявленных изменений организма при регулярном сочетанном воздействии на него ОФП и длительным нервно-эмоциональным напряжением.

Ретроспективный анализ последствий современных пожаров и аварий позволяет не только расширить перечень средовых компонентов пожара, но и говорить о необходимости учёта их сочетанного воздействия. Кроме того, следует принимать во внимание как опасность гибели и травмирования личного состава на пожаре, так и отдалённые последствия воздействия вредных факторов на здоровье, репродуктивную функцию и продолжительность жизни пожарных.

Профессиональные опасности

Условно профессиональные опасности пожарных можно разделить на:

- несчастные случаи и травмы (падения ликвидатора с высоты, падение элементов конструкций, перенапряжение и травматизация при проведении аварийно-спасательных работ, соприкосновение с раскалёнными предметами, вдыхание открытого пламени, или раскалённого воздуха, кислородное голодание во время пожаротушения);

- риск физической природы (обрушение элементов конструкций, внезапное воспламенение (взрыв) газообразных продуктов и ЛВЖ, воздействие шума и вибрации при работе пожарно-спасательного оборудования, охлаждение и переохлаждение при работе в зимний период или в условиях повышенной влажности) ;

- риск химической природы (дефицит кислорода, наличие монооксида углерода и комплекса токсических веществ во вдыхаемом воздухе);

- риск биологической природы (возможное заражение при контактах (например, эвакуация, оказание первой помощи и т.п.) с пострадавшими);

- психосоциальные факторы (психологический стресс, посттравматическое стрессовое расстройство);

- эргономические факторы (перенапряжение и травмы костно-мышечной системы от передвижения тяжёлых, неудобных предметов (пожарных рукавов, аварийно-спасательного оборудования), а также в результате длительного ношения тяжёлого оборудования личной защиты).

Причины гибели пожарных изучаются и анализируются во всех странах мира, и везде они практически однозначны. В основном это механические и термические травмы при обрушении конструкций, отравление продуктами горения и острая сердечная недостаточность как реакция организма на пожарную ситуацию. В то же время остаются малоизученными профессиональные заболевания пожарных и причины их естественной смерти.

Поэтому очевидна необходимость научного обоснования и разработки регламентирующих официальных документов, учитывающих специфику комплексного воздействия ОФП и иных негативных факторов на здоровье сотрудников ГПС.

На основании информации об экстремальных ситуациях, связанных с авариями, стихийными бедствиями и техногенными катастрофами, к ликвидации которых активно привлекается личный состав пожарных подразделений, а также принимая во внимание причины травмирования и гибели пожарных и комплекс средовых вредностей, можно сделать вывод о необходимости создания интегральной программы профилактики травм и заболеваний пожарных путём организации комплексных разработок специалистов разного профиля (биологов, медиков, физиков, химиков и пожарного дела).

Пламя представляет собой святящуюся газовую оболочку, в которой происходит экзотермическая реакция газообразных продуктов разложения материала с окислителем. Пламя может возникнуть при горении веществ, находящихся в практически любом агрегатном состоянии.

Для газообразных систем весь процесс горения протекает в пламени, поэтому понятия «горение» и «пламя» часто используют как синонимы.

При горении конденсированных систем часть физико-химических превращений (нагревание, плавление, испарение, разложение, взаимодействие реагентов) может происходить вне пламени – как непосредственно в исходном образце, так и на его поверхности. Пламенное горение веществ и материалов обусловлено тем, что они выделяют горючие газы в количествах, соответствующих концентрационному пределу воспламенения.

Пламя или его часть характеризуется видимым излучением, хотя известны и прозрачные варианты пламени. Образующееся пламя излучает довольно большое количество энергии, что играет важную роль в распространении огня. Представление о силе светящегося излучения пламени дают цифры, полученные, например, для пламени ацетилена. В ацетилене 28,2% всего тепла излучается светящимся спектром пламени и лишь 6,9% - несветящимся. В сильно объединённых горючих смесях около 10% теплоты сгорания теряется вследствие излучения.

Экспериментально установлено, что в пламени около 25% выделяемой химической энергии расходуется на излучение в окружающую среду. При горении напалма или бензина, например, эта доля составляет до 40% от общего тепловыделения.

Пламя, свечение которого обусловлено наличием частиц углерода, является наиболее общим типом светящегося пламени. Оно возникает при горении, к примеру, углеводородов (или других органических веществ и материалов).

Присутствие частиц сажи в пламени повышает теплоотдачу, поэтому чем больше сажи в пламени, тем ниже его средняя температура. Несветящееся пламя, образующееся при горении метанола, имеет среднюю температуру 1200° С, а светящиеся пламенна керосина и бензола – соответственно 990° С и 921° С.

Свечение пламен может быть обусловлено и наличием в них твёрдых веществ, так, например, при горении металлов таких как магний, пламя получается светящимся вследствие образования твёрдых окислов.

Пламенна газовых смесей по способу их приготовления различаются лишь до горения, как предварительно перемешанные (кинетические) и диффузные. К числу первых вариантов могут относится пламенна бунзеновской горелки, газовой плиты, сварочной горелки и т.д. Диффузное горение возникает в том случае, когда вначале окислитель и горючее пространственно разделены и химическая реакция между ними происходит только после их смешения в результате молекулярной или турбулентной диффузии. При диффузном горении углеводородсодержащих топлив, их пламя характеризуется образованием продукта неполного сгорания – сажи. Частицы сажи обусловливают сильное свечение, например, керосиновой осветительной лампы, при горении дров, каменного угля.

Примером процесса горения плавящихся материалов, которым пламя даёт тепло достаточное для их плавления и разложения, является горение свечи. По некоторым данным, стеариновая свеча имеет минимальную температуру пламени 940°С, а парафиновая – 1400°С.