Лекция по теме "Пожары и взрывы: общие сведения и классификация"

Пожары и взрывы являются распространёнными чрезвычайными ситуациями в современном индустриальном мире. Они сопровождаются, как правило, тяжкими социальными и экономическими последствиями.

Пожары

В соответствии со статистикой за последние 5 лет в Украине произошло более 230 тысяч пожаров, в которых погибло 10,8 тыс. человек, уничтожено огнём 11,2 тыс. домов, 6,2 тыс. единиц различной техники. Показатель гибели людей в пересчёте на 1 млн. населения в Украине превышает этот показатель в передовых странах мира в 2,8 раза. Причинами трагедий являются в основном незнание гражданами элементарных правил пожарной безопасности и отсутствие постоянного их соблюдения.

Пожары возникают на пожароопасных объектах. Основная причина пожаров на таких объектах – разрушение котельных, емкостей и трубопроводов с легко воспламеняющимися или взрывоопасными веществами и газами, короткие замыкания электропроводки в повреждённых и частично разрушенных домах и сооружениях.

Процесс горения представляет собой химическую реакцию соединения горящего вещества с кислородом, который начинается под воздействием некоторого количества тепла. Тепловая энергия в этой реакции расходуется на разложение топлива на горючие газы и пары, смешивание их с кислородом воздуха, разрушение молекул газов, паров и кислорода и формирование новых молекул, сопровождающееся выделением тепла в количестве, значительно превышающем начальные затраты.

При горении образуются тепловая энергия, световое излучение, дым и токсические газы. При достаточном поступлении тепла и кислорода происходит полное сгорание топлива, при котором весь углерод переходит в углекислый газ, водород – в водяной пар, другие элементы топлива, такие, как азот, сера – в окислы этих элементов. Но в большинстве случаев полного сгорания топлива не происходит, в результате чего образуется ряд промежуточных продуктов, таких, как окись углерода (СО), цианистый водород, акролеин и пары уксусной кислоты, являющихся токсичными агентами. Частицы не полностью сгоревших углеродистых материалов образуют дым, в котором иногда присутствует и водяной пар.

Горение включает три необходимых ингредиента: топливо, тепло и кислород – так называемый пожарный треугольник. Пожар возникает только тогда, когда все три находятся вместе. Достаточно удалить один из них – и пожар затухает. Это может быть сделано тремя путями: охлаждением огня (удаление тепла) обычно с помощью воды; лишение огня топлива; подавление огня путём прекращения доступа кислорода.

Твёрдые вещества при горении непосредственно с кислородом не соединяются. Под воздействием тепла они выделяют горючие газы и пары, которые фактически и образуют характерное пламя горения. Если выделение горючих газов и паров в достаточной концентрации прекращается, то пламя исчезает и горение переходит в фазу тления, что наблюдается в конечной стадии горения твёрдых материалов. Твёрдые материалы, имеющие большую поверхность на единицу массы, загораются быстрее, чем компактные материалы. К таким материалам относятся текстильные изделия, пористые пластики и резина, тонкие листы пластиков, бумага, гофрированный картон, стружка, горючая пыль и т. д. Материалы с относительно малой поверхностью могут гореть так же быстро, если их поместить в развивающееся пламя.

Процесс горения распространяется самостоятельно. Горящие материалы выделяют большое количество тепла, что вызывает горение соседних материалов и процесс продолжается до тех пор, пока не сгорит всё топливо или не прекратится доступ кислорода в очаг горения.

Горючая пыль является особенно опасной. Она имеет очень большую поверхность по отношению к массе, вследствие чего вспыхивает мгновенно. Размельчённые в мелкий порошок твёрдые материалы горят совсем иначе, чем в целом виде. Отложения пыли и волокон могут очень быстро распространять пожар вдоль выступов и балок помещений. С другой стороны, накопления пыли могут тлеть очень медленно в течение длительного периода времени и незаметно для глаз, а затем неожиданно вспыхивают пламенем и возникает пожар. Многие виды создаваемой в промышленных процессах пыли являются взрывоопасными, когда они находятся во взвешенном состоянии. Даже одной искры может быть достаточно, чтобы зажечь пыль в таком состоянии. Пламя быстро распространяется через облако пыли, горячие газы расширяются и образуют волны повышенного давления, которые движутся впереди пламени, поднимают на своём пути пыль с поверхностей, сжимают её в замкнутом объёме, и происходит взрыв большой силы.

Горючие жидкости, так же как и твёрдые вещества, выделяют воспламеняющиеся пары. Некоторые из них не требуют предварительного подогрева. Бензин, например, выделяет пары даже при температуре -40, которые вспыхивают от небольшой искры. Другие жидкости, такие как, топливная нефть и уайтспирит, требуют подогрева. Скорость испарения зависит от площади поверхности жидкости и температуры. Для всех горючих жидкостей существуют определённые значения минимальной и максимальной концентрации паров в воздухе, в пределах которых они могут воспламениться. При концентрации ниже минимальной (бедная смесь) недостаточно топлива для воспламенения, а выше максимального значения (богатая смесь) – не хватает кислорода для воспламенения. Пары горючих жидкостей имеют также определённые температуры самовоспламенения, например пары бензина, вспыхивают при 500, ацетона – при 535.

Для характеристики свойств твёрдых, жидких и газообразных горючих веществ применяется следующая терминология.

Точка зажигания – наименьшая температура, при которой жидкость выделяет достаточно паров для устойчивого горения после удаления источника зажигания.

Точка вспышки – наименьшая температура, при которой жидкость выделяет достаточно паров для зажигания от малого постороннего источника.

Температура зажигания – наименьшая температура, при которой материал устойчиво горит после поджога от постороннего источника.

Температура самовоспламенения – температура вспышки без постороннего источника зажигания (обычно выше температуры зажигания).

Пределы воспламенения – предельная концентрация газов и паров в воздухе, которые могут воспламеняться от посторонних источников зажигания и поддерживать самораспространяющееся горение.

Самопроизвольное нагревание – биологическая или химическая реакция с выделением тепла при нормальной окружающей температуре, что иногда приводит к самовоспламенению. Оно наблюдается при соединении с кислородом воздуха растительных и животных жиров, распределённых на текстильном материале, или в результате деятельности микроорганизмов в недосушенном сене; микроорганизмы погибают при 75, но при этой температуре происходит соединение с кислородом воздуха и разогрев продолжается до температуры самовоспламенения.

Различают четыре стадии пожара: воспламенение, рост, развитие и затухание. Воспламенение горючего материала в присутствии кислорода воздуха могут вызвать следующие процессы:

- непосредственное прикосновение пламени;

- контакт с раскалённым предметом;

- длительное нагревание от внешнего источника тепла сравнительно низкой температуры;

- самопроизвольное нагревание, ведущее к самовоспламенению;

- экзотермические химические реакции;

- электрические искровые и дуговые разряды;

- нагрев и искрение от трения;

- быстрое сжатие газов, повышающее их температуру до самовоспламенения;

- нагревание в результате конвекции или теплового излучения.

Пожар создаёт условия для своего роста и развития. После воспламенения он может очень быстро расти. Горящие материалы становятся источниками нагревания и воспламенения соседних материалов. Температура в очаге пожара всё более повышается, что вызывает горение и трудно зажигаемых материалов. В закрытых помещениях все предметы нагреваются до такой степени, что вспыхивают почти одновременно. Но после бурного роста наступает стадия относительно спокойного, медленного развития пожара, когда большинство горючего материала уже охвачено пламенем. По мере уменьшения количества топлива или сокращения доступа кислорода интенсивность пожара начинает спадать, и он переходит в стадию затухания. В закрытых помещениях при ограниченном доступе кислорода пожар может затухать, но горение может продолжаться в виде тления очень долго и достаточно возобновить доступ кислорода, как пожар снова вспыхнет.

К факторам, влияющим на интенсивность пожара, относятся:

- пожарная нагрузка, т. е. общее количество горючих материалов и выделяемая ими тепловая энергия при горении. Материалы, которые при сгорании выделяют больше других тепловой энергии, создают и большую пожарную нагрузку (например, уголь выделяет 28175 кДж/кг, а хлопок – 16750 кДж/кг);

- площадь поверхности горючих материалов: твёрдые и жидкие горючие материалы с большой поверхностью на единицу массы легче воспламеняются и быстрее горят;

- достаточный доступ кислорода: горючие материалы горят свободно при доступе воздуха с нормальным содержанием кислорода (21%), но если его содержание в воздухе снизится до 16% и ниже, горение не будет поддерживаться на прежнем уровне. Исключение составляют бензин и керосин, пары, которых могут гореть при 15% кислорода, а кипы отходов хлопка – тлеют при 8% кислорода. Есть и такие материалы, которые содержат в себе достаточно кислорода и могут гореть при полном его отсутствии. Такие материалы используются как окислители.

Распространение тепловой энергии происходит тремя способами: конвекцией, излучением и теплопроводностью.

Конвекция представляет собой движение горячих масс воздуха и газов, имеющих малую плотность, через более холодные окружающие слои воздуха. Она является главным способом распространения пожара. Около 75% продуктов горения рассеивается поднимающимися конвекционными потоками горячих газов с температурой 500-1000, которые нагревают всё на своём пути. Вместе с конвекционными потоками горячего воздуха распространяются дым, токсичные газы, а также горящие предметы, которые могут поджигать горючие материалы на значительном удалении от очага пожара.

Излучение тепловой энергии представляет собой электромагнитные волны, испускаемые горящим материалом. Тепловое излучение нагревает твёрдые и жидкие вещества, на которые оно воздействует, а через газы проходит, не нагревая их. Интенсивность теплового излучения уменьшается с увеличением расстояния от источника пропорционально квадрату расстояния. Тепловое излучение проходит без потерь через оконное стекло, но задерживается непрозрачными материалами (экранами). Взаимное облучение двух очагов пожара усиливает его интенсивность.

Передача тепла через материалы осуществляется посредством теплопроводности этих материалов. Некоторые материалы, например металлы, проводят тепло хорошо, а другие, например, кирпич, бетон – плохо. Благодаря этому свойству материалов тепло может проходить через стены, пол и потолок в соседние помещения и, если около стен и на полу соседнего помещения имеются горючие материалы, то они могут воспламениться.

Возникновение пожаров зависит, прежде всего, от характера производства, свойств веществ, которые хранятся, категории помещений, конструктивных характеристик зданий и от степени их огнестойкости.

По взрывоопасности и пожарной опасности все помещения делятся на пять категорий: А, Б, В, Г, и Д.

Категории взрывоопасности и пожарной опасности помещений и строений определяются только для наиболее неблагоприятного периода в плане возникновения пожаров. При этом исходят из вида горючих веществ или материалов, что находятся в аппаратах и помещениях, их количестве и пожароопасных свойств, а также особенностей технологического процесса.

Определение пожароопасных свойств веществ и материалов осуществляется на основе результатов испытаний и расчётов по стандартным методикам с учётом параметров их состояния (давления, температуры и др.).

Категория А (взрывоопасная и пожароопасная) – это горючие газы, легковоспламеняющиеся жидкости с температурою воспламенения не более 28 в таких количествах, которые могут создать взрывоопасную паровоздушную или газовоздушную смесь, при взрыве которой развивается избыточное давление взрыва в помещении, которое превышает 5кПа.

Вещества и материалы, которые способны к взрыву и горению, в случае взаимодействия с водой, кислородом воздуха или между собой, в таких количествах, создают избыточное давление в помещении выше 5 кПа.

К этой категории производств относятся цеха обработки и использования металлического натрия и калия, нефтеперерабатывающие и химические предприятия, склады бензина, помещения стационарных кислородных и щелочных аккумуляторных установок, а также водородных станций.

Категория Б (взрывоопасная и пожароопасная) – горючая пыль или волокна, легковоспламеняющиеся жидкости с температурой вспыхивания около 28, горючие жидкости в таких количествах, которые способны создать взрывоопасную пылевоздушную или паровоздушную смесь, в случае вспыхивания которых развивается избыточное давление взрыва в помещении, которое превышает 5 кПа.

Например, цеха приготовления и транспортирования угольной пыли и древесной муки, цеха сахарной пудры, цеха обработки синтетического каучука, а также мазутное хозяйство топливных электростанций.

Категория В (пожароопасная) – легко и трудно воспламеняемые вещества и материалы (в том числе пыль и волокна), вещества и материалы, способные гореть при взаимодействии с водой, кислородом воздуха или друг с другом, при условии что помещения, где они находятся, не относятся к категориям А и Б.

К ним относятся: лесопильные и деревообрабатывающие цеха, цеха текстильной и бумажной промышленности, швейные и трикотажные фабрики, маслобойные хозяйства, электростанции, гаражи и др.

Категория Г – негорючие вещества и материалы в горячем, раскалённом или расплавленном состоянии, процесс обработки которых сопровождается выделением тепла, искр и пламени; горючие газы, жидкие и твёрдые вещества, которые сжигаются или утилизируются как топливо.

К ним относятся: литейные, плавильные, кузнечные и сварочные цеха, цеха горячего проката металла, котельные, главные корпуса электростанций.

Категория Д – негорючие вещества и материалы в холодном состоянии. Допускается относить к категории Д помещения, в которых имеются горючие жидкости в системах смазки, охлаждения и в устройствах гидропривода, в количестве не более 60 кг на одно устройство, кабельная электропроводка к оборудованию, отдельные предметы мебели на местах.

К ним относятся: цеха холодной обработки металла, содовое производство, насосные и водоприёмные устройства электростанций, углекислотные и хлораторные установки.

Самые опасные в плане пожара являются производства А и Б. На объектах категорий В, Г и Д возможность возникновения пожара зависит практически от степени огнестойкости зданий.

По степени огнестойкости дома делятся на следующие восемь групп: I, II, III, IIIа, IIIб, IV, IVа, V.

I, II – здания с несущими и ограждающими конструкциями из природных или искусственных каменных материалов, бетона, железобетона с использованием листовых и плиточных негорючих материалов.

III – здания с несущими и ограждающими конструкциями из природных и искусственных каменных материалов, бетона и железобетона. Для перекрытий разрешается использовать деревянные конструкции, защищённые штукатуркой, негорючими листовыми, плиточными или материалами групп горючести - П, Г2. К элементам покрытий не применяются требования по границе огнестойкости, распространения огня, при этом элементы покрытия из дерева должны иметь огнезащитную обработку.

IIIа – здания преимущественно с каркасными конструкциями (элементы каркаса изготовлены из металлических незащищённых конструкций, ограждающие конструкции – из металлических профильных листов или других негорючих листовых материалов с утеплителем или негорючим, или групп горючести - Г1, Г2.

IIIб – здания преимущественно одноэтажные с каркасной конструктивной схемой. Элементы каркаса изготовлены из древесины, которая прошла огнезащитную обработку. Ограждающие конструкции выполнены с использованием дерева или материалов на её основе. Дерево и другие материалы группы горючести Г3, Г4 ограждающих конструкций должны пройти огнезащитную обработку или быть защищёнными от действия огня и высоких температур.

IV – здания с несущими и ограждающими конструкциями из древесины или других горючих материалов, защищённых от действия огня и высоких температур штукатуркою или другими листовыми, плиточными материалами. К элементам покрытий не применяются требования для которых граница огнестойкости и граница распространения огня, при этом элементы чердачного покрытия из древесины должны иметь огнезащитную обработку.

IVа – здания преимущественно одноэтажные с каркасной конструктивной схемой. Элементы каркаса изготовлены из металлических незащищённых конструкций, Ограждающие конструкции – с металлических профильных листов или других негорючих материалов с утеплителем групп горючести Г3, Г4.

V – здания, к несущим и ограждающим конструкциям которых не выдвигаются требования по границе огнестойкости и границе распространения огня.

Таким образом, самыми опасными в плане пожаров являются здания IV и V степеней огнестойкости.

Последствия пожаров и взрывов зависят от факторов их опасности. Опасные факторы пожара – проявления, которые приводят или могут привести к ожогам, отравлению летучими продуктами сгорания, к травмам или гибели людей, причинению материальных или других убытков. К опасным факторам пожара относятся – повышенная температура, задымление, ухудшение газового состава среды.

Вследствие пожара происходит сгорание предметов и объектов, их разрушение. Другими последствиями пожара могут быть: взрывы, образование отравляющих веществ и газов, которые загрязняют окружающую среду. Значительный вред не повреждённым огнём помещениям и предметам, которые находились в них, может оказать вода, которая использовалась при тушении пожара.

В зависимости от масштабов пожаров они подразделяются на:

- пожары, которые возникли в отдельных строениях и зданиях;

- пожары, которые охватили свыше 25% строения;

- огненные смерчи, которые имеют стойкий характер и охватили около 90% зданий.

Они характеризуются потоками сильно нагретых газов, которые поднимаются вверх, а также подходом с периферии воздушных масс с ураганной скоростью (до 100 км/час); при этом разрушаются здания и сооружения, вырываются с корнями деревья, гибнут и получают ранения люди. Вместе с тем в зоне огненного смерча в воздухе возникает дефицит кислорода.

В соответствии с Государственными строительными нормами Украины «Пожарная безопасность объектов строительства» (ДБН 8.1.7-2002) вводятся ограничения по распространению опасных факторов пожара в домах, которые достигаются:

- применением конструктивных и объёмно-плановых решений, направленных на создание преград распространению опасных факторов пожара в помещениях, между помещениями, этажами, противопожарными отсеками и секциями;

- уменьшением пожарной опасности строительных материалов и конструкций, в том числе украшений и облицовок, которые используются в помещениях и на путях эвакуации;

- уменьшением взрывоопасности и пожароопасности технологического процесса, использованием средств, которые преграждают разливание и растекание горючих жидкостей во время пожара

- использованием средств пожаротушения, в том числе автоматических установок пожаротушения, а также других инженерно-технических решений, направленных на ограничение распространение опасных факторов пожара

Взрывы

Взрывы возникают вынужденно или вследствие самовоспламенения зажигательной смеси.

Взрыв – это явление чрезвычайно быстрого горения веществ, которое состоит из трёх этапов: вспышки, взрыва и детонации. Скорость сгорания вещества составляет:

- во время горения – миллиметры (сантиметры) за секунду;

- во время вспышки – десятки метров за секунду;

- во время взрыва – сотни метров за секунду;

- во время детонации – от 1 до 4 километров за секунду.

Основными опасными факторами взрыва являются:

- воздушная ударная волна, которая возникает во время взрыва инициирующих и детонирующих веществ, облака газовоздушных смесей, резервуары с перегретой жидкостью и резервуары под давлением;

- вторичное проявление опасных факторов взрыва и наличие обломков разрушенных аппаратов, агрегатов, установок, конструкций, выделение радиоактивных и токсичных веществ и материалов из разрушенных аппаратов, установок; повреждение электрооборудования, вследствие чего токопроводящие части конструкций, аппаратов, агрегатов оказываются под напряжением; других опасных факторов взрыва.

Вследствие действия поражающих факторов взрыва происходит разрушение или повреждение зданий, сооружений, оборудования, транспортных средств, коммуникаций и других объектов, которые могут сопровождаться гибелью людей. Вторичными последствиями пожаров и взрывов могут быть ранения людей, которые находятся внутри помещений, обломками конструкций, которые обваливаются. Характерные повреждения (ранения): ожоги тела, верхних дыхательных путей, черепно-мозговые травмы, множественные переломы и ушибы, комбинированные поражения.

Для каждого взрывоопасного вещества установлен нижний граничный уровень (НГУ) и верхний граничный уровень (ВГУ) его способности к взрыву.

НГУ называется наименьшая концентрация паров, газов или пыли в воздухе, при которой уже возможен взрыв смеси.

ВГУ называется наибольшая концентрация паров, газов или пыли в воздухе, при которой ещё возможен взрыв смеси.

Концентрацию жидкостей, паров и газов измеряют в процентах, а пыли – в граммах на кубический метр воздуха.

Кроме твёрдых веществ, газов и жидкостей, взрывоопасными являются также паровые и водогрейные котлы, ацетиленовые генераторы и баллоны, компрессоры, трубопроводы, ресиверы и другие устройства и механизмы.

В хозяйственном комплексе Украины действует свыше 1,5 тыс. взрыво - и пожароопасных объектов, на которых сосредоточено около 13 млн. тонн твёрдых и жидких взрыво - и пожароопасных веществ.

Значительное количество взрыво - и пожароопасных объектов расположены в центральных, восточных и южных областях страны, где сконцентрированы химические, нефте - и газоперерабатывающие, коксохимические, металлургические и машиностроительные предприятия, функционирует межотраслевая сеть нефте -, аммиакопроводов, работают нефте - и газопромыслы, угольные шахты, в том числе категорированные по метану и по взрывоопасной угольной пыли.

Среди областей наибольшее количество таких объектов сосредоточены в Винницкой, Донецкой, Запорожской, Луганской, Полтавской, Херсонской, Черкасской и Черниговской областях, а также в городе Киеве.

Абсолютное большинство предприятий страны всех областей промышленности и сельского хозяйства работают на морально устаревшем оборудовании, которое используется более 15-20 лет. Кризисное состояние экономики привело к резкому спаду технологической, производственной и трудовой дисциплины. Безответственное отношение руководителей предприятий и населения к выполнению правил и норм пожарной безопасности на производстве, в быту негативно влияет на реальный уровень пожарной безопасности в Украине.

Наиболее рискованной с точки зрения опасности возникновения пожаров и взрывов является угольная промышленность Украины, а именно угольные шахты.

В Украине насчитывается около 200 действующих шахт, значительное количество которых требует, по меньшей мере, реконструкции вентиляции. Около 90% шахт являются газоопасными, 35% - опасны по причине случайных выбросов угля, газа и породы, 70% - опасны по причине взрыва угольной пыли, 30% - из-за воспламенения угля.

Высокий уровень пожарной опасности и взрывоопасности имеют предприятия и объекты нефтегазового, нефтехимической и нефте - и газо - перерабатывающего комплекса, которые включают значительное количество пожароопасных и взрывоопасных объектов.

Основными причинами возникновения пожаров и взрывов стали: нарушения требований безопасности при выполнении опасных работ, неудовлетворительное состояние технологического оборудования, несвоевременное проведение диагностических и ремонтных работ, нарушение требований безопасности при выполнении регламентных и ремонтных работ.

Обеспечение пожарной безопасности является составной частью производственной и организационной деятельности должностных лиц, работников предприятий, учреждений и организаций.

Государственный пожарный надзор за состоянием пожарной безопасности в населённых пунктах и на объектах независимо от форм собственности осуществляется в соответствии с действующим законодательством государственной пожарной охраной в порядке, установленном Кабинетом Министров Украины.

Скачать лекцию по пожарам и взрывам