Основы пожаро-, взрывобезопасности (стр. 1 )

РАЗДЕЛ 4

ОСНОВЫ ПОЖАРО-, ВЗРЫВОБЕЗОПАСНОСТИ

4.2. СТАТИСТИКА И ПРИЧИНЫ ПОЖАРОВ

Пожар — неконтролируемое горение, причиняющее материаль­ный ущерб, вред жизни и здоровью граждан, интересам общества и государства.

Одновременно под пожаром понимается процесс, характеризу­ющийся социальным и экономическим ущербом в результате воз­действия на людей и материальные ценности факторов термичес­кого разложения или горения, а также применяемых огнетушащих веществ.

Пожар — это стихийное бедствие, проявляющееся в уничтожа­ющем действии огня, вышедшего из-под власти человека. В мас­штабах нашей страны пожар — это постоянно действующее стихий­ное бедствие. Каждые 4—5 мин вспыхивает новый пожар. Каждый час он забирает жизнь одного человека и двадцать отправляет на больничную койку. Ежегодно в России происходит около 300 ты­сяч больших и малых пожаров, которые наносят убытков на мил­лиарды рублей.

Основной вклад в техногенные ЧС (и по количеству происше­ствий до 60 %, и по числу погибших до 42 %, и пострадавших до 70 %) вносят пожары в зданиях и сооружениях жилого, социально-бытового и культурного назначения, это, по сути, пожары в жилом секторе.

Число пожаров является одним из главных показателей опера­тивной деятельности противопожарной службы. Подразделения пожарной охраны ежегодно совершают около 2 млн боевых выез­дов, выручают из беды более 40 тысяч человек, предотвращают потери на сумму около 10 млрд рублей.

Сегодня в России ежедневно происходит более 660 пожаров, при которых погибает 40—60 человек и 40 человек получает трав­мы, огнем уничтожается 196 строений, а материальный ущерб со­ставляет свыше 12 млн рублей.

Основной причиной возникновения пожаров является «челове­ческий фактор»:

♦  неосторожность при курении;

♦  неосторожное обращение с огнем;

♦  нарушение правил эксплуатации электроустановок и элект­ронагревательных приборов;

♦  неправильное устройство печей и нарушение правил их эк­сплуатации;

♦  электрогазосварочные работы;

♦  умышленные поджоги;

♦  шалость детей с огнем.

Второй по значимости причиной возникновения пожаров явля­ется нарушения технологии производства (неисправность произ­водственного оборудования) и лишь к третьей незначительной доли (0,03 %) относится различного рода природные явления, хотя ущерб от этих пожаров составляет 27 % от общего ущерба.

Пожары в жилом секторе преобладают среди других пожаров и составляют более 70 % от всех пожаров. В своем большинстве пло­щадь таких пожаров составляет от 10 до 50 кв. м, а продолжитель­ность составляет от 20 до 60 мин. Состав горючих материалов для этого вида пожаров однотипен, это как широко используемые в интерьере предметы быта, в строительстве синтетические поли­мерные материалы, так и традиционные дерево, шерсть, хлопок. Сами эти материалы безвредны, тушение их в основном осуществ­ляется водой. Основная опасность связана с образованием при го­рении синтетических материалов вредных соединений, которые по своей токсичности превосходят продукты горения традиционных материалов. По этой причине гибель людей наступает от отравле­ния продуктами горения (73—80 % случаях). Кроме того, рассеива­ние загрязняющих веществ от пожаров в жилье не может полностью исключить негативные последствия, так как некоторые вредные, токсичные и канцерогенные вещества остаются в окружающей сре­де в неизменном виде долгое время.

4.4. ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ПРОЦЕССА ГОРЕНИЯ

Горение есть главный и основной процесс на пожаре.

Горением называется сложный физико-химический процесс превращения исходных горючих веществ и материалов в продук­ты сгорания, сопровождающийся интенсивным выделением теп­ла, дыма и световым излучением факела пламени.

Пожар и взрыв — разные явления, но в терминах теории вероят­ностей они происходят по одной логической схеме и имеют общую математическую модель. Пожар происходит при случайном появ­лении опасного источника и случайном нахождении в непосред­ственной близости горючего материала. Взрыв происходит при случайном появлении опасного источника и случайном появлении опасной концентрации взрывоопасного газа (пыли) в месте появ­ления открытого источника.

Взрыв — это относительно большое выделение количества энер­гии в конечном ограниченном объеме за сравнительно короткий промежуток времени. Это процесс интенсивного выделения теп­ловой энергии из горючей смеси при ее сгорании в ограниченном объеме.

Горение возможно при наличии трех условий: горючего веще­ства с определенной температурой воспламенения, достаточного количества окислителя, источника воспламенения определенной мощности.

Взрывоопасной средой являются: смеси веществ (газов, паров и пылей) с воздухом и другими окислителями (кислородом, озоном, окислами азота и др.), способные к взрывчатому превращению; отдельные вещества, склонные к взрывному разложению (ацетилен, озон, аммиачная селитра и др.).

Физико-химические основы горения заключаются в термичес­ком разложении вещества или материала до углеводородных паров и газов, которые под воздействием высоких температур вступают в химические взаимодействия с окислителем (кислородом возду­ха), превращаясь в процессе сгорания в углекислый газ (двуокись углерода), угарный газ (окись углерода), сажу (углерод) и воду, и при этом выделяется тепло и световое излучение.

По скорости распространения различают дефлаграционное, взрывное и детонационное горение. Важнейшая особенность процес­са горения — самоускоряющийся характер химического превращения.

Основными параметрами, характеризующими взрыв (взрывное горение), являются: максимальное давление взрыва, давление на фронте ударной волны, средняя и максимальная скорость нарас­тания давления при взрыве, фугасные или дробящие свойства взрывоопасной среды.

Детонация — особая форма взрывного горения, при котором импульс воспламенения передается от слоя к слою не за счет теп­лопроводности, а вследствие импульса давления. Для возникновения детонации требуется сильная ударная волна. Она, как прави­ло, возникает при резком увеличении скорости распространения-пламени или при более мощном источнике зажигания.

Каждому горению присущ конкретный источник зажигания, при этом всякое горение начинается с самовоспламенения (само­возгорания) или вынужденного воспламенения (зажигания) от пламени (разогретого тела) или электрической искры.

Воспламенение — это возгорание горючей среды под воздействи­ем источника зажигания, сопровождающееся появлением пламе­ни; самовоспламенение — это явление резкого увеличения скорости экзотермической реакции, приводящей к возникновению горе­ния в отсутствие источника зажигания.

Горению присущи опасные факторы, которые называются опас­ными факторами пожара.

Опасные факторы пожара. Независимо от причин пожар ха­рактеризуется рядом опасных факторов, воздействующих на лю­дей и материальные ценности в условиях производства.

Опасный фактор пожара (ОФП) — фактор пожара, воздейст­вие которого приводит к травме, отравлению или гибели чело­века, а также к материальному ущербу. К ОФП относятся сле­дующие:

•  открытое пламя и искры;

•  повышенная температура окружающей среды;

•  токсичные продукты горения;

•  дым;

•  пониженная концентрация кислорода;

•  последствия разрушения и повреждения объекта;

•  опасные факторы, проявляющиеся в результате взрыва (ударная волна, пламя, обрушение конструкций и разлет осколков, образование вредных веществ с концентрацией в воздухе существенно выше ПДК).

Пламя чаще всего поражает открытые части тела. Очень опасны ожоги, получаемые от горящей одежды, которую трудно потушить и сбросить. Особенно легко воспламеняется одежда из синтетических тканей. Температурный порог жизнеспособности тканей человека составляет около 45 0С.

Повышенная температура окружающей среды, поверхностей предметов нарушает тепловой режим тела человека, вызывает пе­регрев, ухудшение самочувствия из-за интенсивного выведения не­обходимых организму солей, нарушения ритма дыхания, деятель­ности сердца и сосудов. Необходимо избегать длительного облуче­ния инфракрасными лучами интенсивностью около 540 Вт/м2 и кратковременного облучения с интенсивностью 1050 Вт/м2. Темпе­ратура тела человека в зоне облучения при пожаре не должна пре­вышать 39...40°С, т. к. при этом возникает опасность теплового удара, а при 60...70 °С в организме человека происходят необрати­мые изменения, при которых наступает смерть.

Токсичные продукты горения. Состав продуктов сгорания за­висит от состава горящего вещества и условий, при которых происходит его горение. При горении прежде всего выделяется большое количество оксида углерода (СО), углекислого газа (СО2), оксидов азота (NOX), которые заполняют объем помеще­ния, в котором происходит горение, и создают опасные для жиз­ни человека концентрации. Концентрация СО может достигать 10 % от объема помещения, в то время как при 1 % объемной концентрации человек теряет сознание, а затем может наступить смерть. Концентрация углекислого газа СО2 более 3...4 % стано­вится опасной при вдыхании воздуха с такой концентрацией более получаса. Концентрация углекислого газа в 8% вызывает быструю потерю сознания и смертельный исход.

Однако в продуктах сгорания могут быть и значительно бо­лее токсичные вещества, например цианистый водород (HCN) и др. Наиболее опасны продукты сгорания различных синтетиче­ских веществ, пластмасс.

Дым, выделяющийся при пожаре, очень разнообразен по своему составу и свойствам. По цвету он может быть белым, се­рым, черным и представляет собой аэрозоль, состоящий из мельчайших твердых частиц, находящихся во взвешенном со­стоянии в продуктах сгорания. В дыме содержатся раздражаю­щие и токсичные вещества, дым снижает видимость, в результа­те чего теряется ориентация человека в помещении и усложня­ются условия эвакуации.

Недостаток кислорода. Нормальное содержание кислорода в атмосферном воздухе примерно 21 % по объему. При пожаре ат­мосферный кислород расходуется как окислитель в реакции го­рения, и его концентрация в помещении резко снижается. Чело­век теряет сознание при концентрации кислорода примерно 18 % по объему, возникает удушье. Практика показывает, что наибольшее количество людей погибает при пожарах не от пря­мого воздействия огня, а от удушья, связанного с недостатком кислорода, и от отравления токсичными продуктами сгорания.

Обрушение и разрушение несущих конструкций здания. При воздействии высоких температур, возникающих в очаге пожара, несущие конструкции здания теряют свою механическую проч­ность, и происходит их обрушение. Это приводит к гибели лю­дей и большим материальным потерям.

Взрыв приводит к быстрому обрушению конструкции. Чело­век может быть также поражен ударной волной, разлетающими­ся осколками и элементами конструкций.

Таким образом, пожары наносят большой материальный и моральный ущерб, ведут к разрушению промышленных зданий, гибели людей.

Основные причины и источники пожаров и взрывов. Основные причины пожаров на предприятиях: нарушение технологическо­го режима — 33 %; неисправность электроустановок —16 %; са­мовозгорание промасленной ветоши и других материалов, склон­ных к самовозгоранию, — 10 %.

Открытое пламя и искры наиболее часто являются источни­ком зажигания различной горячей среды (открытое пламя и ис­кры возникают при сварке, резке металлов, заточке инструмен­та, зачистке швов и целом ряде других технологических процес­сов). Наиболее частой причиной пожара из-за неисправности электроустановок являются: короткие замыкания, особенно с образованием электрической дуги; перегрузка электрической сети в результате подключения потребителей (машин, оборудо­вания и т. д.) повышенной мощности, на которую не рассчитана электрическая сеть. Причиной пожара могут быть разряды ста­тического электричества, а также разряды молнии.

4.5. ВЗРЫВЧАТЫЕ ГАЗЫ И ПЫЛИ. ПРОФИЛАКТИКА ВЗРЫВОВ

Газы — вещества, давление насыщенных паров которых при тем­пературе 25 °С и давлении 101,3 кПа (1 атм) превышает 101,3 кПа (1 атм).

Пыли — диспергированные (измельченные) твердые вещества и материалы с размером частиц менее 850 мкм (0,85 мм).

Взрывоопасная смесь — смесь с воздухом горючих газов, паров ЛВЖ (легковоспламеняющих жидкостей), горючих пылей или во­локон с НКПВ (нижний концентрационный предел воспламене­ния) не более 65 г/м3 при переходе их во взвешенное состояние, которая при определенной концентрации способна взорваться при возникновении источника инициирования взрыва.

Горючие газы относятся к взрывоопасным при любых темпера­турах окружающей среды.

Горючие пыль и волокна относятся к взрывоопасным, если их ниж­ний концентрационный предел воспламенения не превышает 65 г/м3.

Наиболее важным параметром, характеризующим пожаровзрывоопасные свойства пыли, является дисперсность (т. е. размер). От нее зависят удельная поверхность, химическая активность и адсорбцион­ная (поглотительная) способность пыли. Чем больше дисперсность (меньше размер) пыли, тем сильнее развита ее поверхность, выше химическая активность, ниже температура самовоспламенения и шире температурный интервал, в котором возможен взрыв. Пыль в воздухе называется аэрозолью, а осевшая носит название аэрогель.

К взрывоопасным относятся также смесь горючих газов и паров ЛВЖ с кислородом или другим окислителем (хлором и т. д.). Газы считаются горючими при наличии концентрированных пределов воспламенения (КПВ); трудногорючими — при отсут­ствии КПВ и наличии Тсв (температура самовоспламенения); него­рючими - при отсутствии КПВ и Тсв.

Нижний (верхний) концентрационный предел распространения пламени (воспламенения) — минимальное (максимальное) содержа­ние горючего вещества в однородной смеси с окислительной средой, при котором возможно распространение пламени по смеси на любое расстояние от источника зажигания.

В справочниках «Пожаро-, взрывоопасность веществ и матери­алов и средства их тушения» (под ред. и ) систематизированы данные о пожаро-, взрывоопасных ве­ществах и материалах.

Для предотвращения опасности взрыва разрабатывается целый комплекс конструктивных и предупреждающих мероприятий, на­правленных на исключение возможности образования взрывоопас­ных смесей, воспламенения горючих газов, пылей и паров горючих жидкостей, а также снижения уровня опасных концентраций с помощью систем вентиляции, продува и разбавления газовых сред, опасных с точки зрения их воспламеняемости. В тех случаях, ког­да указанные меры неэффективны, применяют способы нейтрали­зации пожаро-, взрывоопасной среды путем введения нейтральных газов-разбавителей, а также способов взрывозащиты — активное подавление уже возникшего взрыва.

4.6. ОЦЕНКА ПОЖАРНОЙ ОПАСНОСТИ

Под пожарной опасностью понимается возможность возникно­вения и развития пожара, заключенная в каком-либо веществе, состоянии или процессе.

Оценка пожарной опасности состоит в определении комплек­са показателей, вид и число которых зависит от агрегатного состо­яния вещества или материала. Номенклатура показателей и их применяемость для характери­стики пожаро-, взрывоопасности веществ и материалов приведе­на в табл. 4.1.

Таблица 4.1 Показатели взрыво-, пожароопасности веществ и материалов

Показатели	Газы	Жидкости	Твердые	Пыли
Группа горючести	+	+	+	+
Температура вспышки	-	+
Температура воспламенения	-	+	+	+
Температура самовоспламенения	+	+	+	+
Концентрационные пределы воспламе­нения	+	+		+ .
Условия теплового самовозгорания	-	_	+	+
Кислородный индекс	-	_	+	_
Коэффициент дымообразования	—	_	+
Способность взрываться и гореть при взаимодействии с водой, кислородом воздуха и другими веществами	+	+	+	+
Показатель токсичности продуктов горе­ния полимерных материалов	-	-	+	- ■

Свойства веществ и материалов определяются на основании результатов испытаний или расчетов по стандартным методикам с учетом параметров состояния.

Пожарно-техническая классификация строительных материалов, конструкций, помещений, зданий, элементов и частей зданий осно­вывается на их разделении по свойствам, способствующим возник­новению опасных факторов пожара и его развитию — пожарной опасности, и по свойствам сопротивляемости воздействию пожара и распространению его опасных факторов — огнестойкости.

Строительные материалы классифицируются по горючести, воспламеняемости, распространению пламени по поверхности, дымообразующей способности и токсичности.

Материалы делятся на горючие (Г) и негорючие (НГ).

Горючесть — это способность вещества и материалов к самосто­ятельному горению.

Негорючие — вещества и материалы, не способные к горению в воздухе. Негорючие вещества могут быть пожаро-, взрывоопасны­ми (например, окислители или вещества, выделяющие горючие про­дукты при взаимодействии с водой, кислородом или друг с другом).

Горючие — вещества и материалы, способные самовозгораться, а также возгораться при воздействии источника зажигания и само­стоятельно гореть после его удаления, классифицируются в соот­ветствии со СНиП 21—01—97* (рис. 4.1).

Рис. 4.1. Классификация горючих веществ и материалов

Здания и сооружения классифицируются по степени огнестой­кости, классам конструктивной и функциональной пожарной опасности.

Производственные, складские здания и помещения в зависимо­сти от количества и пожаро-, взрывоопасных свойств, находящихся (обращающихся) в них веществ и материалов., с учетом особенностей технологических процессов размещаемых в них производств, подразделяются на категории по взрывопожарной и пожарной опасности, согласно НГТБ 105—03 «Определение категорий поме­щений, зданий и наружных установок по взрывопожарной и по­жарной опасности».

Пожарно-технические классификации приведены в СНиП 21— 01—97* «Пожарная безопасность зданий и сооружений».

Согласно НПБ 105—03 все объекты в соответствии с характером технологического процесса по взрывопожарной и пожарной опас­ности подразделяются на пять категорий.

Категории определяются для наиболее неблагоприятного в от­ношении пожара и взрыва периода, исходя из вида горючих ве­ществ и материалов, их количества и пожароопасных свойств и особенностей технологических процессов.

Нормами установлены следующие категории помещений: А (взрыво-, пожароопасная); Б (взрыво-, пожароопасная); В1—В4 (пожароопасная); Г и Д (табл. 4.2).

Таблица 4.2. Категория помещений по взрывопожарной и пожарной опасности

Категория помещений	Характеристика веществ и материалов, находящихся (обращающихся) в помещении
А (взрыво-, пожаро­опасная)	Горючие газы, легковоспламеняющиеся жидкости с температурой вспышки не более 28 °С в таком количестве, что могут образовы­вать взрывоопасные парогазовоздушные смеси, при воспламене­нии которых развивается расчетное избыточное давление взрыва в помещении, превышающее 5 кПа. Вещества и материалы, способные взрываться и гореть при взаи­модействии с водой, кислородом воздуха или друг с другом в та­ком количестве, что расчетное избыточное давление взрыва в помещении превышает 5 кПа.
Б (взрыво-, пожаро­опасная)	Горючие пыли или волокна, легковоспламеняющиеся жидкости с температурой вспышки более 28 °С, горючие жидкости в таком количестве, что могут образовывать взрывоопасные пылевоздуш-ные или паровоздушные смеси, при воспламенении которых раз­вивается расчетное избыточное давление взрыва в помещении, превышающее 5 кПа.
В1-В4 (пожа­роопасные)	Горючие и трудногорючие жидкости, твердые горючие и трудного­рючие вещества и материалы (в том числе пыли и волокна), веще­ства и материалы, способные при взаимодействии с водой, кисло­родом воздуха или друг с другом только гореть при условии, что помещение, в котором они имеются в наличии или обращении, не относятся к категориям А или Б
Г	Негорючие вещества и материалы в горячем, раскалённом или в расплавленном состоянии, процесс обработки которых сопровождается выделением лучистой теплоты, искр, пламени; горючие газы, жидкости и твёрдые вещества, которые сжигаются или утилизируются в качестве топлива
Д	Негорючие вещества и материалы в холодном состоянии

Вышеуказанные нормы не распространяются на помещения и здания для производства и хранения взрывчатых веществ, средств инициирования взрывчатых веществ, здания и сооружения, проек­тируемые по специальным нормам и правилам, утвержденным в установленном порядке.

Пожарная нагрузка — это теплота сгорания материалов (горю­чих, трудногорючих), приходящаяся на единицу площади пола.

Категории помещений определяются путем последовательной проверки принадлежности помещения к категориям от высшей (А) к низшей (Д) (табл. 4.3).

Таблица 4.3 Категории помещений В1-В4

Категория	Удельная пожарная нагрузка мДж/м2
В1	> 2200
В2
В3
В4	130-480

Определение опасных воздействий пожара на различные объек­ты и людей осуществляется на стадии проектирования.