Возникновении, развитии и тушении пожаров

Пожар – это неконтролируемое горение, причиняющее материальный ущерб, вред жизни и здоровью граждан, интересам общества и государства. Горение под контролем человека не является пожаром, если оно не наносит ущерб. Несанкционированное возгорание, т. е. начало горения под воздействием источника зажигания, должно быть немедленно ликвидировано с применением первичных средств пожаротушения (огнетушителей или пожарного водопровода), что требует закон «О пожарной безопасности» № 69-ФЗ от 21.12.1994 г. [167] от всех граждан РФ. Но руководителям учреждений образования надо помнить, что привлечение к тушению пожара обученных сотрудников и школьников небезопасно.

Причины возникновения пожаров чаще всего следующие: неосторожное обращение с огнем, несоблюдение правил эксплуатации производственного оборудования, самовозгорание веществ и материалов, разряды статического электричества, грозовые разряды, поджоги. В зависимости от места возникновения различают: пожары на транспортных средствах; степные и полевые пожары; подземные пожары в шахтах и рудниках; торфяные и лесные пожары; пожары в зданиях и сооружениях. Последние, в свою очередь, подразделяют на наружные (открытые), при которых хорошо просматриваются пламя и дым, и внутренние (закрытые), характеризующиеся скрытыми путями распространения пламени.

Пространство, охваченное пожарами, условно разделяют на 3 зоны - активного горения (очаг пожара), теплового воздействия и задымления. Внешними признаками зоны активного горения является наличие пламени, а также тлеющих или раскалённых материалов. Основной характеристикой разрушительного действия пожара является температура, развивающаяся при горении. Для жилых домов и общественных зданий температуры внутри помещения достигают 800-900 °С. Как правило, наиболее высокие температуры возникают при наружных пожарах и в среднем составляют для горючих газов 1200-1350 °C, для жидкостей 1100-1300 °C, для твёрдых веществ 1000-1250 °C. При горении термита, электрона, магния максимальная температура достигает 2000-3000 °C.

Пространство вокруг зоны горения, в котором температура в результате теплообмена достигает значений, вызывающих разрушающее воздействие на окружающие предметы и опасных для человека, называют зоной теплового воздействия. Принято считать, что в зону теплового воздействия, окружающую зону горения, входит территория, на которой температура смеси воздуха и газообразных продуктов сгорания не меньше 60-80 °С. Во время пожара происходят значительные перемещения воздуха и продуктов сгорания. Нагретые газообразные продукты сгорания устремляются вверх, вызывая приток более плотного холодного воздуха к зоне горения.

При пожарах внутри зданий интенсивность газового обмена зависит от размеров и расположения проёмов в стенах и перекрытиях, высоты помещений, а также от количества и свойств горящих материалов. Направление движения нагретых продуктов обычно определяет и вероятные пути распространения пожара, так как мощные восходящие тепловые потоки могут переносить искры, горящие угли и головни на значительное расстояние, создавая новые очаги горения. Выделяющиеся при пожаре продукты сгорания (дым) образуют зону задымления. В состав дыма обычно входят азот, кислород, оксид углерода, углекислый газ, пары воды, а также пепел и др. вещества. Многие продукты полного и неполного сгорания, входящие в состав дыма, обладают повышенной токсичностью, особенно токсичны продукты, образующиеся при горении полимеров. В некоторых случаях продукты неполного сгорания, например, оксид углерода, могут образовывать с кислородом горючие и взрывоопасные смеси.

Горение – это экзотермическая реакция окисления вещества, сопровождающаяся по крайней мере одним из трёх факторов: свечением, пламенем, появлением дыма. Тление – это беспламенное горение материала.

Самовозгорание – это возгорание в результате самоинициируемых экзотермических процессов.

Воспламенение – начало пламенного горения под воздействием источника зажигания. В отличие от возгорания, воспламенение сопровождается только пламенным горением.

Опасный фактор пожара (ОФП) – фактор пожара, воздействие которого может привести к людскому и (или) материальному ущербу.

Опасные факторы пожара, которые могут воздействовать на людей и (или) материальные ценности, подразделяются на первичные и вторичные.

К первичным относятся:

– пламя и искры;

– повышенная температура окружающей среды;

– токсичные продукты горения и термического разложения;

– дым;

– пониженная концентрация кислорода.

Производя оценку первичных ОФП, необходимо помнить, что основными из них являются токсические продукты горения и термического разложения, представляющие собой раскалённую до 300–400 °С смесь высокотоксичных отравляющих веществ, парализующих органы дыхания человека за один–два вдоха. Например, статистика гибели людей на пожарах за 2003 год говорит о том, что 77,7 % погибших были поражены именно этим ОФП, а в среднем за предыдущие годы этот показатель держится на уровне 80 %. Поэтому вдыхание людьми при пожарах высокотоксичных продуктов горения (например, окиси углерода СО, которая в 500 раз лучше соединяется с гемоглобином крови и приводит к гибели человека от удушья даже после его выхода на свежий воздух или вдыхания кислорода и не оставляет ему шансов на спасение независимо от того, каким образом он смог вдохнуть смертельную дозу СО – за один или несколько вдохов или за всё время его нахождения в опасных зонах) остаётся одним из самых опасных факторов пожара и по-прежнему приводит к гибели людей. При этом следует иметь в виду, что повышенная температура окружающей среды также нормируется и составляет для человека 70 °С. Поэтому один из самых простых и доступных способов уменьшить риск смерти или ожогов верхних дыхательных путей и лёгких при пожарах в любых зданиях и помещениях – это постараться максимально задержать дыхание и не разговаривать при движении к выходу из горящего здания.

Динамика нарастания температуры продуктов горения при пожаре в одном из помещений на его выходе на высоте роста человека имеет следующие примерные параметры:

– в течение первой минуты – примерно до 160 °С;

– в течение второй минуты – примерно до 350 °С.

Следовательно, предельная температура продуктов горения достигается в помещении примерно за 2 минуты, что необходимо учитывать при эвакуации учащихся.

Следует обратить внимание на такой ОФП, как уменьшение содержания кислорода в газовой среде горящего помещения. В чистом воздухе его содержание достигает 21 %, а в горящем здании за счёт интенсивно протекающего горения значительно снижается и его опасное значение находится в пределах 17 %. Это обстоятельство надо учитывать при использовании фильтрующих средств защиты органов дыхания, предназначенных для применения дежурными службами и другими лицами. То есть существует вероятность того, что человек на пожаре, защищённый, например, самоспасателем, может погибнуть не от токсических продуктов горения, а от отсутствия кислорода в газовой среде горящего здания.

Сказанное выше является дополнительным аргументом в пользу того, что тушение пожара – сложная профессиональная задача, решение которой под силу только обученным и хорошо оснащённым пожарным подразделениям, которые всегда используют изолирующие средства защиты органов дыхания.

К вторичным проявлениям ОФП можно отнести:

– осколки, части разрушающихся механизмов, конструкций зданий и т. д.;

– токсические вещества и материалы из разрушенных механизмов и агрегатов;

– электрическое напряжение вследствие потери изоляции токоведущими частями механизмов;

– опасные факторы взрыва, возникающие в результате пожара;

– огнетушащие вещества.

Все горючие вещества на молекулярном уровне содержат углерод и водород, то есть основные составляющие газо-воздушной смеси, необходимые для реакции горения.

Углеводородные газы, образующиеся при термическом разложении вещества, под воздействием повышенных температур вступают в химическое воздействие с окислителем, то есть кислородом воздуха, превращаясь в процессе сгорания в углекислый газ, окись углерода, воду и т. д. с выделением теплоты и светового излучения.

Воспламенение представляет собой процесс распространения пламени по газопаровоздушной смеси. Температура пламени для разных веществ и материалов различна, но не превышает для большинства из них 300 °С. Если скорость истечения горючих паров и газов с поверхности вещества равна скорости распространения пламени по ним, то наблюдается устойчивое пламенное горение. Если же скорость распространения пламени больше скорости истечения паров и газов, то происходит выгорание газопаровоздушной смеси и самозатухание пламени, то есть вспышка.

Горение возникает при наличии трёх обязательных составляющих: горючего вещества, окислителя и источника зажигания. Поэтому для правильного предотвращения и тущения пожаров желательно понять и запомнить следующее описание необходимых условий для горения [181].

Горючее вещество – это вещество, которое способно самостоятельно гореть после того, как будет удалён внешний источник зажигания. Горючее вещество может находиться в твёрдом, жидком или газообразном состоянии. Горючими веществами являются большинство органических веществ, ряд газообразных неорганических соединений и веществ, многие металлы и т. д. Наибольшую опасность представляют газы.

Для воспламенения горючей жидкостинад её поверхностью сначала должна образоваться паровоздушная смесь. Горение жидкостей возможно только в паровой фазе, при этом поверхность самой жидкости остаётся сравнительно холодной. Среди горючих жидкостей выделяют класс наиболее опасных – легковоспламеняющиеся жидкости (ЛВЖ). К ЛВЖ относятся бензин, ацетон, бензол, толуол, некоторые спирты, эфиры и т. п.

Ряд веществ (газообразных, жидких или в твёрдом состоянии) способны самовоспламеняться при контакте с воздухом без предварительного нагрева (при комнатной температуре). К ним относятся: белый фосфор, гидриды и металлоорганические соединения лёгких металлов и др.

Существует также группа веществ, при контакте которых с водой или водяными парами, находящимися в воздухе, начинается химическая реакция с выделением большого количества теплоты. Под действием теплоты происходит самовоспламенение. К этой группе относятся щелочные и щелочно-земельные металлы (литий, натрий, калий, кальций, стронций, уран и др.), гидриды, карбиды, фосфиды указанных металлов, низкомолекулярные металлоорганические соединения (триэтилалюминий, триизобутилалюминий, триэтилбор) и др.

Горение твёрдого веществапроисходит в несколько стадий. При воздействии внешнего источника происходит прогрев поверхностного слоя твёрдого вещества, из него начинается выделение газообразных летучих продуктов. Этот процесс может сопровождаться или плавлением поверхностного слоя твёрдого вещества, или его возгонкой (образованием газов, минуя стадию плавления). При достижении определённой концентрации горючих газов в воздухе они воспламеняются и начинают сами воздействовать на поверхностный слой, вызывая его плавление и поступление в зону горения новых порций горючих газов и паров твёрдого вещества.

Например, при нагревании до 110 °C происходят высушивание древесины и незначительные испарения смолы. Слабое разложение начинается при 130 °C. Более заметное разложение древесины (изменение цвета) происходит при температуре 150 °C и выше. Образующиеся при 150–200 °C продукты разложения составляют в основном воду и углекислый газ, поэтому гореть не могут. При температуре выше 200 °C начинает разлагаться главная составная часть древесины – клетчатка. Газы, образующиеся при этих температурах, являются горючими, так как они содержат значительные количества окиси углерода, водорода, углеводородов и паров других органических веществ. Когда концентрация этих продуктов в воздухе станет достаточной, при определённых условиях произойдёт их воспламенение.

Если горючее вещество при плавлении растекается, оно увеличивает очаг горения (например, каучук, резина, металлы и т. д.). Если вещество не плавится, кислород медленно подходит к поверхности горючего и процесс приобретает форму гетерогенного горения (например, выжигание кокса). Процесс горения твёрдых веществ сложен, зависит от многих факторов (дисперсность и влажноть твёрдого материала, наличие плёнки окислов на его поверхности и её прочность, наличие примесей и т. д.).

Более интенсивно (часто со взрывом) происходит возгорание мелкодисперсных металлических порошков и пылевидных горючих материалов (например, древесной пыли, сахарной пудры).

В качестве окислителя при пожаре наиболее часто выступает кислород, содержание которого в воздухе составляет около 21 %. Сильными окислителями являются перекись водорода, азотная и серная кислоты, фтор, бром, хлор и их газообразные соединения, хромовый ангидрид, перманганат калия, хлораты и другие соединения.

При взаимодействии с металлами, которые в расплавлённом состоянии проявляют очень высокую активность, в роли окислителей выступают вода, двуокись углерода и другие кислородсодержащие соединения, которые в обычной практике считаются инертными.

Однако только наличия смеси горючего и окислителя недостаточно для начала процесса горения. Необходим ещё источник зажигания:воздействие пламени, электрического разряда (искра или дуга), локального нагрева стенки сосуда или введение катализатора.

Горение газопаровоздушной смеси разделяют на диффузионное и кинетическое. Основным отличие между ними в наличии или отсутствии окислителя (кислорода воздуха) непосредственно в горючей газопаровоздушной смеси. Кинетическое горение представляет собой горение двух предварительно перемешанных газов (горючего и окислителя), например при газовой сварке. На пожарах такой вид горения почти не встречается.

При диффузионном горении окислитель поступает в зону горения снаружи, как правило, снизу пламени, вследствие разрежения, которое создается у его основания. В верхней части пламени выделяющееся в процессе горения тепло создает определённое давление. Основная реакция горения (окисления) происходит на границе пламени, так как истекающие с поверхности вещества газовые смеси препятствуют проникновению кислорода вглубь пламени. Значительная часть горючей смеси в центре пламени, не вступившая в реакцию окисления, представляет собой продукты неполного сгорания.

Диффузионное горение подразделяется, в свою очередь, на ламинарное (спокойное) и турбулентное (неравномерное).

Ламинарное горение характеризуется равенством скоростей истечения горючей смеси с поверхности материала и распространения пламени по ней.

Турбулентное горение имеет место, когда скорость выхода горючей смеси значительно превышает скорость распространения пламени. В этом случае граница пламени становится неустойчивой из-за большой диффузии воздуха в зону горения. Неустойчивость сначала возникает у вершины пламени, а затем перемещается к основанию (при объёмном пожаре).

Одним из условий воспламенения горючей смеси является наличие источников зажигания, которые подразделяются на открытый огонь, тепло электроприборов, энергию химических процессов и т. д. Так, например, поливинилхлоридная изоляция электрического кабеля воспламеняется при кратности номинального тока в нём более 2,5. Температура нитей ламп накаливания достигает 2100 °С, капель при резке и сварке металла –1500°С, тлеющей сигареты – 420–460 °С, горящей спички – 620–640 °С, а температура колбы лампочки мощностью 100 Вт – 300 °С.

Но возможно возгорание материалов без источника зажигания (самовозгорание) таких видов: тепловое, химическое, микробиологическое.

Тепловое самовозгорание выражается в аккумуляции материалом тепла, в результате чего происходит самонагревание материала. Температура самонагревания вещества или материала является показателем его пожароопасности. Для большинства горючих материалов этот показатель находится в пределах от 80 до 150 °С. Продолжительное тление до начала пламенного горения является отличительной характеристикой процессов теплового самовозгорания, которые обнаруживаются по длительному и устойчивому запаху тлеющего материала.

Химическое самовозгорание сразу проявляется в пламенном горении, что характерно при соединении органических веществ с кислотами, растительными и техническими маслами. Масла и жиры, в свою очередь, способны к самовозгоранию в среде кислорода.

На практике чаще всего проявляются комбинированные процессы самовозгорания: тепловые и химические.

В динамики развития пожара можно выделить его основные фазы:

1-я фаза (до 10 мин.) – начальная стадия, включает переход возгорания в пожар за время примерно в 1–3 минуты и рост зоны горения в течение 5–6 минут. При этом происходит преимущественно линейное распространение огня вдоль горючих веществ и материалов, что сопровождается обильным дымовыделением. На этой фазе очень важно обеспечить изоляцию помещения от поступления наружного воздуха, так как в некоторых случаях в герметичном помещении наступает самозатухание пожара.

2-я фаза – стадия объёмного развития пожара, занимает по времени 30–40 минут. Характеризуется бурным процессом горения с переходом в объёмное горение, процесс распространения пламени происходит дистанционно за счёт передачи энергии горения на другие материалы.

Через 15–20 минут происходит разрушение остекления, резко увеличивается приток кислорода, максимальных значений достигают температура (до 800–900 °С) и скорость выгорания. Стабилизация пожара при максимальных его значениях происходит на 20–25-й минуте и продолжается ещё 20–30 минут. При этом выгорает основная масса горючих материалов.

3-я фаза – стадия затухания пожара, то есть догорание в виде медленного тления, после чего пожар прекращается.