Защита от пожаров и взрывов

14.2.1. Защита на пожароопасных объектах

Пожар — это неконтролируемое горение вне специаль­ного очага. Для реализации процесса горения необходимо наличие горючего (Г), окислителя (О) и источника воспла­менения (И). Горение возникает при одновременном совпа­дении в пространстве компонент Г, О и И. Отсутствие одной из этих компонент делает процесс горения невозможным, если Г и О не самовоспламеняются.

Горючие вещества. Все горючие вещества разделяют на твердые, жидкие и газообразные. Пожарная опасность горючего вещества определяется его склонностью к возник­новению и развитию пожара, характеризуемую температу­рой вспышки и воспламенения вещества.

Жидкости по температуре вспышки их паров делят на горю­чие и легко воспламеняющиеся. Температура вспышки ЛВЖ не выше 66 °С в открытом тигле. Так, температура вспышки керосина — 28 °С, ацетона — 20 °С.

Температурой воспламенения горючего вещества называ­ется его температура, при которой вещество выделяет пары и газы со скоростью, необходимой для поддержания устой­чивого горения, после удаления источника зажигания.

Наибольшую пожарную опасность представляют смеси горючих газов и паров ЛВЖ, обладающие температурой само­воспламенения в пределах 300—700 °С. Аналогичная темпера­тура самовоспламенения (°С) твердых веществ составляет:

дерево, торф, каменный уголь — 250—450;

магний, алюминий — 450—800.

Температура самовоспламенения — это температура горю­чего вещества, при которой горение возможно во всем объ­еме вещества.

Исходя из температур самовоспламенения различают:

горючие вещества, имеющие температуру самовоспла­менения выше температуры окружающей среды;

горючие вещества, имеющие температуру самовоспла­менения ниже температуры окружающей среды. Такие веще­ства представляют наибольшую пожарную опасность, так как могут загораться без внесения теплоты извне. Их называют самовозгорающимися веществами (материал, смесь веществ), т.е. веществами, склонными к возгоранию в естественных условиях хранения.

Самовозгорающиеся вещества подразделяют на три группы.

1. Вещества, способные самовозгораться от воздейст­вия воздуха. К ним относят бурые и каменные угли, торф, древесные опилки, обтирочные концы, загрязненные мас­лами, и т.п.

Вещества, способные самовозгораться при действии на них воды (калий, магний, карбиды кальция и щелочных металлов, негашеная известь и др.).

Вещества, самовозгорающиеся в результате их сме­шения. Хлор, бром, фтор и иод активно соединяются со мно­гими веществами, при этом горение сопровождается сильным выделением теплоты. Ацетилен, водород, метан и этилен в смеси с хлором возгораются при дневном свете, поэтому к хлору предъявляются особые требования по раздельному хранению.

Окислители. На пожарах роль окислителя при горении чаще всего выполняет кислород воздуха, окружающий зону протекания химических реакций, поэтому интенсивность горения определяется не скоростью протекания этих реак­ций, а скоростью поступления кислорода из окружающей среды в зону горения.

Источники воспламенения. К ним относят: пламя, лучи­стую энергию, искры, разряды статического электричества, накаленные поверхности и т.п.

Горение, зоны и виды пожаров. Физико-химический процесс превращения горючих веществ в продукты сгорания, сопровождаемый интенсивным выделением теплоты и све­тового излучения, называется горением. В его основе лежат быстротекущие химические реакции окисления сгораемых материалов кислородом воздуха, с образованием в первую очередь С0₂ и Н₂ О.

В пространстве, в котором развивается пожар, условно рассматриваются три зоны: горения, теплового воздейст­вия и задымления.

Зоной горения называется часть пространства, в которой происходит подготовка горючих веществ к горению (подогрев, испарение, разложение) и их горение. Различают два основ­ных вида горения: гомогенное и гетерогенное.

При гомогенном (пламенном) горении окислитель и горю­чее находятся в газовой фазе. Гомогенное горение имеет место при сгорании горючего газа или газовых сред, образующихся при испарении горючих жидкостей, или при плавлении, раз­ложении, испарении или выделении газообразных фракций в результате нагрева твердых веществ. Полученная любым из этих превращений газообразная среда смешивается с воз­духом и горит.

При гетерогенном (беспламенном) горении горючее нахо­дится в твердом состоянии, а окислитель в газообразном. Процесс горения происходит в твердой фазе и проявляется в покраснении твердого вещества в результате экзотермиче­ских реакций окисления.

Зоной теплового воздействия называется часть пространства, примыкающая к зоне горения, в которой тепловое воздействие пламени приводит к заметному изменению состояния окру­жающих материалов и конструкций и делает невозможным пребывание в ней людей без средств специальной защиты.

Зоной задымления называется часть пространства, в кото­рой от дыма создается угроза жизни и здоровью людей.

Пожары подразделяют:

по признаку изменения площади — на распространя­ющиеся и нераспространяющиеся;

условиям массо- и теплообмена с окружающей средой — на пожары в ограждениях (внутренние пожары) и открытой местности (открытые пожары).

Большинство внутренних пожаров, связанных с горением твердых материалов, начинается с возникновения локального открытого пламенного горения. Далее вокруг зоны горения возникает конвективный газовый поток, обеспечивающий необходимый газовый обмен. Постепенно увеличивается тем­пература горючего материала вблизи зоны горения, интенси­фицируются физико-химические процессы горения, растет факел пламени, горение переходит в общее.

При достижении температуры примерно 100 °С начина­ется разрушение оконных стекол и в связи с этим сущест­венно изменяется газообмен, горение усиливается и пламя начинает выходить за пределы помещения, что может явиться причиной загорания соседних сооружений.

Распространение пламени на соседние здания и соору­жения возможно также за счет излучения и переброса на значительные расстояния горящих конструктивных эле­ментов (головни) или несгоревших частиц (искры).

За пределами помещений, в которых возник пожар, тем­пература продуктов горения может оказаться неопасной для человека, но содержание продуктов сгорания в воздухе может стать опасным. Это характерно для высоких зданий и зданий коридорной системы, в которых опасность для человека насту­пает через 0, 5—6 мин после начала пожара, поэтому при воз­никновении пожара необходима немедленная эвакуация.

Показатель опасности при пожаре — время, по истече­нии которого возникают критические ситуации с угрозой для жизни людей. Время эвакуации, при превышении кото­рого могут сложится такие ситуации, называется критиче­ским временем эвакуации. Различают критическое время по температуре (это время очень мало, так как опасная для человека температура невелика и составляет 60 С), крити­ческое время по образованию опасных концентраций вред­ных веществ (скорость распространения продуктов сгорания по коридорам 30 м/мин), а также критическое время по потере видимости (задымлению).

Необходимость срочной эвакуации определяется также тем обстоятельством, что пожары могут сопровождаться взры­вами, деформациями и обрушением конструкций, вскипанием и выбросом различных жидкостей, в том числе легковоспла­меняющихся и сильно ядовитых.

К открытым относятся пожары газовых и нефтяных фонтанов, складов древесины, пожары на открытых тех­нологических установках, пожары на складах каменного угля и др.

Общей особенностью всех открытых пожаров является отсутствие накопления теплоты в газовом пространстве. Теплообмен происходит с неограниченным окружаю­щим пространством, газообмен не ограничивается конст­руктивными элементами зданий и сооружений, он более интенсивен. Процессы, протекающие на открытых пожа­рах, в значительной степени зависят от интенсивности и направления ветра.

Зона горения на открытом пожаре в основном определя­ется распределением горючих веществ в пространстве и фор­мирующими зону горения газовыми потоками. Зона теплового воздействия в основном определяется лучистым тепловым потоком, так как конвективные тепловые потоки уходят вверх и мало влияют на зону теплового воздействия на поверх­ности Земли. За исключением лесных и торфяных пожа­ров зона задымления на открытых пожарах несущественно препятствует тушению пожаров. В среднем максимальная температура пламени открытого пожара для горючих газов составляет 1200—1350, для жидкостей — 1100—1300 и для твердых горючих материалов органического происхожде­ния - 1100-1250 °С.

По масштабам и интенсивности пожары можно подраз­делить:

на отдельный пожар, возникающий в отдельном зда­нии (сооружении) или в небольшой группе зданий;

сплошной пожар, характеризующийся одновремен­ным интенсивным горением преобладающего числа зданий и сооружений на определенном участке застройки (более 50%);

огневой шторм, особая форма распространяющегося сплошного пожара, образующаяся в условиях восходящего потока нагретых продуктов сгорания и быстрого поступле­ния в сторону центра огневого шторма значительного коли­чества свежего воздуха (ветер со скоростью 15 м/с);

массовый пожар, образующийся при наличии в местно­сти совокупности отдельных и сплошных пожаров.

Распространение пожаров и превращение их в сплошные пожары при прочих равных условиях определяется плотно­стью застройки территории объекта. О влиянии плотности размещения зданий и сооружений на вероятность распро­странения пожара можно судить по ориентировочным дан­ным, приведенным ниже:

расстояние между

зданиями, м 0 5 10 15 20 30 40 50 70 90

вероятность распространения

пожара, %... 1, 0 0, 87 0, 66 0, 47 0, 27 0, 23 0, 09 0, 03 0, 02 0

Быстрое распространение пожара возможно при следую­щих сочетаниях степени огнестойкости зданий и сооруже­ний (см. ниже) с плотностью застройки: для зданий I и II степени огнестойкости плотность застройки должна быть не более 30%; для зданий III степени — 20%; для зданий IV и V степени — не более 10%.

Влияние трех факторов (плотности застройки, степени огнестойкости здания и скорости ветра) на скорость распро­странения огня отражают следующие цифры:

при скорости ветра до 5 м/с в зданиях I и II степени огнестойкости скорость распространения пожара составляет примерно 120 м/ч; в зданиях IV степени огнестойкости — при­мерно 300 м/ч, а в случае сгораемой кровли — до 900 м/ч;

при скорости ветра до 15 м/с в зданиях I и II степени огнестойкости скорость распространения пожара достигает 360 м/ч.

Параметры и опасные факторы пожаров. К основным параметрам пожаров относятся пожарная нагрузка, массовая скорость выгорания, скорость распространения пожара, тем­пература пожара, интенсивность выделения теплоты и др.

Пожарная нагрузка характеризует энергетический потен­циал сгораемых материалов, приходящихся на единицу пло­щади пола или участка земли. Она измеряется в единицах энергии или единицах массы сгораемых материалов (в пере­счете на древесину) на единицу площади (Дж/м², кг/м²). Пересчет на древесину осуществляется исходя из того, что при сгорании 1 кг древесины в среднем выделяется 18, 8 МДж энергии.

Массовая скорость выгорания — это потеря массы горю­чего материала в единицу времени. Она зависит от отно­шения площади поверхности горения веществ к их объему, плотности упаковки, условий газообмена и других причин. Например, скорость выгорания мебели — 50, бревен и круп­ных деревянных элементов — 25, пиломатериалов в штабе­лях — 400 кг/(м²ч).

Скорость распространения пожара определяется скоро­стью распространения пламени по поверхности горючего материала. Она зависит от вида материала, его способности к воспламенению, начальной температуры, направления газо­вого потока, степени измельчения материала и др. Скорость распространения пламени варьируется в широких пределах в зависимости от угла наклона поверхности: при угле наклона 90° скорость распространения пламени вниз в два раза меньше средней скорости для горизонтальной поверхности данного материала, а вверх — в 8—10 раз больше.

Скорость распространения пламени (м/с) в смесях газов, используемых в промышленности, следующая:

углевоздушные смеси — 0, 3—0, 5;

водородовоздушная смесь — 2, 8;

водородокислородная смесь — 13, 8;