УЧЕБНЫЙ ЦЕНТР
ПЕРСПЕКТИВА
8 (812) 448 51 16

Урок 6: Понятие о пожаре как о процессе

Пожары — как и любое проявление необузданной стихии – всегда несут с собой разрушения и смерть. Но особенно тяжелыми последствиями отличаются те из них, которые вспыхивают в общественных, жилых зданиях с массовым пребыванием людей.

Уровень пожарно-технических знаний населения крайне низок, навыки самозащиты от пожаров отсутствуют. Как результат — свыше 80% смертельных случаев наступает до прибытия пожарных.

диаграммаКак свидетельствует статистика, свыше 60% пожаров происходит вследствие незнания и невыполнения гражданами требований пожарной безопасности. Об этом свидетельствуют причины возникновения пожаров по городу и области. Основными из них за последние 5 лет являются:

  1. Неосторожное обращение с огнем – 46,9 %.
  2. Неисправность электрооборудования – 14,9%.
  3. Неосторожность при курении – 14,2 %.
  4. Нарушение правил эксплуатации электроприборов – 3,7 %.
  5. Поджоги – 2,1%.
  6. Нарушение правил производства огневых работ – 1,2 %.
  7. Детская шалость с огнем – 1,2 %.

Наибольшее количество пожаров происходит в жилых домах — свыше 80% от их общего числа.

Приведенные данные свидетельствуют о том, что решение проблемы пожарной безопасности во многом зависит от повышения уровня противопожарных знаний.

Общие сведения о горении

Горением называется сложный физико-химический процесс взаимодействия горючего вещества и окислителя, характеризующийся само-ускоряющимся химическим превращением и сопровождающийся выделением большого количества тепла и света. Пламенное горение может возникнуть или под действием источника зажигания (воспламенения), или вследствие резкого увеличения скорости экзотермических реакций (самовоспламенение).

Режим самовоспламенения заключается в самопроизвольном возникновении пламенного горения предварительно нагретой до некоторой критической температуры горючей смеси (так называемой температуры самовоспламенения); этот режим проявляется в виде вспышки и характеризуется одновременным сгоранием всей горючей смеси.

Режим воспламенения представляет собой распространение волны горения (распространение фронта пламени) по холодной смеси при ее локальном зажигании (воспламенении) внешним источником. Пламя – это видимая зона горения, в которой наблюдаются свечение и излучение тепла. Возникшее в результате воспламенения пламя само становится источником потока тепла и химически активных частиц в прилегающие слои свежей горючей смеси, за счет чего обеспечивается перемещение фронта пламени.

огоньГорение возникает при наличии трех обязательных составляющих: горючего вещества, окислителя и источника зажигания. Остановимся на каждом из них подробнее.

Под термином горючее вещество подразумевается такое вещество, которое способно самостоятельно гореть после того, как будет удален внешний источник зажигания. Горючее вещество может находиться в твердом, жидком или газообразном состоянии. Горючими веществами являются большинство органических веществ, ряд газообразных неорганических соединений и веществ, многие металлы и т.д. Наибольшую взрывопожарную опасность представляют газы.

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

Горение твердого вещества происходит по более сложному механизму и ему присуще несколько стадий. При воздействии внешнего источника происходит прогрев поверхностного слоя твердого вещества, из него начинается выделение газообразных летучих продуктов. Этот процесс может сопровождаться или плавлением поверхностного слоя твердого вещества, или его возгонкой (образованием газов, минуя стадию плавления). При достижении определенной концентрации горючих газов в воздухе (нижнего концентрационного предела), они воспламеняются и посредством выделяющейся теплоты начинают сами воздействовать на поверхностный слой, вызывая его плавление и поступление в зону горения новых порций горючих газов и паров твердого вещества.

Если горючее вещество плавится растекаясь, оно увеличивает очаг горения (например, каучук, резина, металлы и т.д.). В том случае, если вещество не плавится, кислород постепенно подходит к поверхности горючего и процесс приобретает форму гетерогенного горения (стадия выжигания кокса углеродного горючего). Процесс горения твердых веществ сложен и многообразен, он зависит от многих факторов (дисперсность твердого материала, его влажность, наличие пленки окислов на его поверхности и ее прочность, присутствие примесей и т.д.).

Более интенсивно (часто со взрывом), происходит возгорание мелкодисперсных металлических порошков и пылевидных горючих материалов (например, древесная пыль, сахарная пудра).

Как окислитель наиболее часто при пожаре выступает кислород, содержание которого в воздухе, как известно, 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 расплавленном 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 еще недостаточно для начала процесса горения. Необходим еще источник зажигания.  Источники зажигания подразделяются на:

  • открытый огонь,
  • тепло нагревательных элементов и приборов,
  • электрическая энергия, энергия механических искр, разряды статического электричества и молнии,
  • энергия процессов саморазогревания веществ и материалов (самовозгорание) и т.п.

 Характерные параметры источников зажигания:

Температура канала молнии – 30 000°С при силе тока 200 000А и времени действия около 100 мкс. Энергия искрового разряда вторичного воздействия молнии превышает 250 мДж и достаточна для воспламенения горючих материалов с минимальной энергией зажигания 0,25 Дж. Энергия искровых разрядов при заносе высокого потенциала в здание по металлическим коммуникациям достигает значений 100 Дж и более, что достаточно для воспламенения всех горючих материалов.

Поливинилхлоридная изоляция электрического кабеля (провода) воспламеняется при кратности тока короткого замыкания более 2,5.

Температура сварочных частиц и никелевых частиц ламп накаливания достигает 2100°С. Температура капель при резке металла 1500°С. Температура дуги при сварке и резке достигает 4000°С.

Зона разлета частиц при коротком замыкании при высоте расположения провода 10 метров колеблется от 5 (вероятность попадания 92%) до 9 (вероятность попадания 6%) метров; при расположении провода на высоте 3 метра – от 4 (вероятность попадания 96%) до 8 (1%) метров; при расположении на высоте 1 метр – от 3 (99%) до 6 метров (6%).

Максимальная температура, °С, на колбе электрической лампочки в зависимости от мощности, Вт: 25 Вт – 100°С; 40 Вт – 150°С; 75 Вт – 250°С; 100 Вт – 300°С; 150 Вт – 340°С; 200 Вт – 320°С; 750 Вт – 370°С.

Искры статического электричества, образующегося при работе людей с движущимися диэлектрическими материалами, достигает величин от 2,5 до 7,5 мДж.

Температура пламени (тления) и время горения (тления), °С (мин), некоторых малокалорийных источников тепла: тлеющая папироса – 320-410 (2-2,5); тлеющая сигарета – 420-460 (26-30); горящая спичка – 620-640 (0,33).

Для искр печных труб, котельных, труб паровозов и тепловозов, а также других машин, костров установлено, что искра размером 2 мм пожароопасна, если имеет температуру около 1000°С, диаметром 3 мм – 800°С, диаметром 5 мм – 600°С.

О самовозгорании веществ и материалов.

Самовозгорание – возгорание в результате самоинициируемых экзотермических процессов, сопровождается пламенем, свечением или дымом. Бывает следующих видов: тепловое, химическое и микробиологическое.

Тепловое самовозгорание выражается в аккумуляции материалом тепла, в процессе которого происходит самовозгорание материалов. Температура самонагревания вещества является показателем пожароопасности. Для большинства горючих материалов этот показатель лежит в пределах от 80 до 150°С: бумага – 100°С; войлок строительный – 80°С; дерматин – 40°С; древесина: сосновая – 80°С, дубовая – 100°С, еловая – 120°С, хлопок-сырец – 60°С. Из растительных продуктов склонны к самовозгоранию сено, солома, листья, солод, хмель.

Древесный, бурый и каменный уголь, торф самовозгораются также за счет интенсивного окисления кислородом воздуха.

Растительные и животные жиры, если они нанесены на измельченные или волокнистые материалы (тряпки, ветошь, веревки, пакля, рогожа, шерсть, опилки, сажа и др.) обладают способностью самовозгораться.

Химическое самовозгорание проявляется сразу в пламенном горении. Для органических веществ этот вид самовозгорания происходит при контакте с кислотами (азотной, серной), растительными и техническими маслами. Масла и жиры в среде кислорода способны самовозгораться. Неорганические вещества способны самовозгораться при контакте с воздухом (белый фосфор, цинковая и алюминиевая пыль, сернистые металлы (сульфиды), свежий древесный уголь, сажа); с водой (щелочные металлы и их карбиды); при взаимодействии друг с другом (органические вещества и окислители: кислород, галогены, азотная кислота, хлорная известь, селитры), например, ацетилен, водород, этилен при взаимодействии с хлором взрываются на свету. Спирты самовозгораются при контакте с перманганатом калия. Аммиачная селитра самовозгорается при контакте с суперфосфатом и пр.

Микробиологическое самовозгорание связано с выделением тепловой энергии микроорганизмами в процессе жизнедеятельности в питательной для них среде (сено, торф, древесные опилки и т.п.).

Механизм прекращения горения

Под механизмом прекращения горения понимают систему факторов, приводящих к окончанию процесса (реакции) горения.

Механизм прекращения горения может быть естественно обусловленным, когда он реализуется без участия человека (самоликвидация горения, например, в природе). Вместе с тем, знание сути механизма прекращения горения позволяет целенаправленно задействовать его факторы как при ликвидации небольших очагов горения, так и при тушении пожаров.

Для прекращения горения необходимо выполнить хотя бы одно из условий:

  • прекратить поступление в зону горения новых порций паров горючего;
  • прекратить поступление окислителя (кислорода воздуха);
  • уменьшить тепловой поток от факела пламени;
  • уменьшить концентрацию активных частиц (радикалов) в зоне горения.

Исходя из этого, одним из возможных принципов (способов) тушения огня может быть:

  • снижение температуры очага горения ниже температуры самовоспламенения или температуры вспышки горючего путем введения в пламя веществ, которые в результате испарения, сублимации или разложения забирают на себя некоторое количество теплоты (классическим веществом является вода);
  • уменьшение количества паров горючего, поступающего в зону горения, путем изоляции горючего вещества от воздействия факела очага горения (например, при помощи плотного покрывала);
  • снижение концентрации кислорода в газовой среде путем разбавления среды негорючими добавками (например, азотом, углекислым газом);
  • снижение скорости химической реакции окисления за счет связывания активных радикалов и прерывания цепной реакции горения, протекающей в пламени, путем введения специальных химически активных веществ (ингибиторов);
  • создание условий гашения пламени при прохождении его через узкие каналы между частицами огнетушащего вещества (эффект огнепреграждения);
  • срыв пламени в результате динамического воздействия струи огнетушащего вещества на очаг пожара.

Классификация пожаров

Все пожары, в зависимости от того, в каком агрегатном состоянии находятся горючие вещества, участвующие в процессе горения, делят на несколько классов.

Классификация пожаров по виду горючего материала используется для обозначения области применения средств пожаротушения.

Пожары классифицируются по виду горючего материала и подразделяются на следующие классы (статья 8 Федерального закона 123-ФЗ):

класс А – загорание твердых горючих веществ и материалов;

класс В – загорание горючих жидкостей или плавящихся твердых  веществ и материалов;

класс С – загорание газообразных горючих веществ

класс D – загорание металлов и металлсодержащих веществ

класс Е – загорание горючих веществ и материалов электроустановок, находящихся под напряжением.

авс

Пиктограммы классов пожаров, для тушения которых огнетушитель не может быть использован, или перечеркнуты диагональной полосой, или не приводятся вовсе. (Пример этикетки на переносной порошковый огнетушитель представлен в приложении)

Опасные факторы пожара

В соответствии с ГОСТ 12.01.004-91 «Пожарная безопасность» опасными факторами пожара являются: пламя и искры, повышенная температура окружающей среды, токсичные продукты горения и термического разложения, дым, пониженная концентрация кислорода.

Пламя

Горение всех жидких, газообразных и большинства твердых горючих веществ, которые, разлагаясь или испаряясь, выделяют газообразные продукты, сопровождается образованием пламени. Таким образом, пламя представляет собой газовый объем, в котором происходит процесс горения паров и газов.

Без пламени горят твердые вещества: графит, антрацит, кокс, сажа, древесный уголь. Эти вещества не разлагаются и не образуют при нагревании газов, либо образуют их в количествах, недостаточных для горения.

Свечение пламени при горении органических веществ зависит от наличия в нем раскаленных твердых частиц углерода, которые успевают сгорать. Несветящееся (синее) пламя обычно бывает при сгорании газообразных продуктов: окиси углерода, водорода, метана, аммиака, сероводорода.

Температура пламени при горении на воздухе некоторых горючих веществ составляет: древесины – 850-1400°С, нефтепродуктов в резервуаре – 1100-1300°С, сероуглерода – 2195°С, стеарина – 640-940°С.

Открытый огонь очень опасен для человека, т.к. воздействие пламени на тело вызывает ожоги. Еще большую опасность представляет тепловое излучение огня, которое может вызвать ожоги тела, глаз и др.

Температура

Вдыхание нагретого воздуха приводит к поражению и некрозу верхних дыхательных путей, удушью и смерти человека. При воздействии температуры свыше 100°С человек теряет сознание и гибнет через несколько минут.

Опасны для человека ожоги кожи. Несмотря на большие успехи медицины в их лечении, у пострадавшего, получившего ожоги второй степени на 30% поверхности тела, мало шансов выжить. Время же, за которое человек получает ожоги второй степени, невелико: при температуре среды 71°С – 26 сек., при 100°С – 15 сек. Исследованиями установлено, что во влажной атмосфере, типичной для пожара, вторую степень ожога вызывает температура значительно ниже указанной. Таким образом, температура окружающей среды 60-70°С опасна для жизни человека, причем не только в горящем, но и смежных с ним помещениях, в которые попали продукты горения и нагретый воздух.

Пониженная концентрации кислорода

Чаще всего люди на пожарах гибнут не от огня и высокой температуры, а из-за понижения концентрации кислорода в воздухе и отравления токсичными продуктами горения.

Первые симптомы кислородной недостаточности (увеличение объема дыхания, снижение внимания, нарушение мышечной координации) наблюдается у людей при содержании кислорода во вдыхаемой смеси газов на уровне 16-17%. Снижение концентрации О2 до 12-15% вызывает одышку, учащение пульса, ухудшение умственной деятельности, головокружение, быструю утомляемость. В случаях, когда концентрация О2 уменьшается до 10-12%, сознание сохраняется, но появляется тошнота, сильная усталость, дыхание становится прерывистым. При концентрации 8% быстро наступает потеря сознания, а ниже 6% – смерть в течении 6-8 минут.

Токсичные продукты горения

Гибель людей при пожарах происходит главным образом в результате отравления летучими продуктами горения материалов. Из статистических данных известно, что причины смерти на пожарах распределяются так: 18% — ожоги, 48% — отравления оксидом углерода (угарным газом), 16% — отравление оксидом углерода, 18% — сочетание воздействия на организм теплоты, оксида углерода и других факторов.

Угарный газ (оксид углерода СО) является наиболее опасным из летучих компонентов продуктов горения, выделяющихся при термическом разложении любых органических материалов. СО – газ без цвета, запаха и вкуса, горит синим пламенем до образования углекислого газа – диоксида углерода (СО2), распространяется вместе с дымом и не оседает (не адсорбируется) на стенах и окружающих предметах; практически, не поглощается (не абсорбируется) водой.

При пожаре, при аварийных ситуациях, при вдыхании выхлопных газов, и даже при курении следует учитывать, что угарный газ воздействует на человека даже в небольших концентрациях, так как он обладает способностью накапливаться в организме, при этом тормозятся защитные реакции организма. Человек обычно не чувствует, когда он начинает вдыхать токсичный газ, однако через некоторое время при концентрации СО 0,1% появляется головная боль, ослабление зрения, головокружение, тошнота, общее недомогание. При дальнейшем воздействии угарного газа теряется реальное чувство времени, нарушается ориентация в пространстве и, если потерпевший срочно не покинет помещение, возможен летальный исход. Кроме того, воздействие СО притупляет ощущение боли от полученных ожогов, и это еще один фактор неадекватного поведения человека, например, при пожаре.

Непереносимые и смертельные для человека концентрации СО в смеси с воздухом составляют:

  • 11500 мг/м3 (или 1% СО) при времени воздействия 3 мин.;
  • 3500-4000 мг/м3 (или 0,3-0,4% СО) при 30 мин.;
  • 2300 мг/м3 (или 0,2% СО) при времени воздействия газа 60 мин.

Человек не может «на глаз» определить концентрацию газа, но, как правило, при сильном горении значение концентрации СО и визуальная плотность дыма взаимосвязаны. Известно, что если во время пожара на путях эвакуации (коридор, лестничная площадка и пр.) видимость составляет менее 10 метров, то входить в такую «дымовую завесу» без специальных средств защиты смертельно опасно, т.к. человеку может быть достаточно нескольких вдохов для потери сознания.

Углекислый газ (СО2)

При горении в больших количествах выделяется углекислый газ СО2 (диоксид углерода, двуокись углерода), который относится к классу малотоксичных веществ. Особенность вредного воздействия СО2 в условиях пожара состоит в том, что он вызывает учащение дыхания и усиление легочной вентиляции, способствуя большему поступлению в организм токсичных веществ. При концентрации СО2 равной 3% дыхание учащается в три раза; повышение концентрации до 5% усиливает одышку, но позволяет все же осуществлять эвакуацию людей, хотя через 30 минут наступают симптомы отравления (головная боль, головокружение). При 8% СО2 возможна потеря сознания, а при 12% — смерть в течение нескольких минут.

Дым

При горении древесины, ткани, бумаги, шерсти и современных полимерных материалов выделяется большое количество вредных для живого организма веществ, наиболее токсичны следующие: оксид углерода (СО), циановодород (синильная кислота) (HCN), хлороводород (HCl), оксиды азота, сернистый ангидрид, сероводород, ароматические углеводороды (бензол, толуол, стирол и т.д.), акролеин, толуилендиизоцианаты, формальдегид, аммиак, фосген, фтороводород (HF), уксусная кислота, бромоводород (HBr) и др.

Дым опасен не только содержащимися в нем токсичными веществами, но и снижением видимости. Это затрудняет, а порой делает практически невозможной эвакуацию людей из опасного помещения. Чтобы быстро выйти в безопасное место, люди должны четко видеть эвакуационные выходы или их указатели.

При потере видимости организованное движение (особенно в незнакомом здании, на объектах с массовым пребыванием людей) нарушается, становится хаотичным, каждый движется в произвольно выбранном направлении. Возникает паника. Людьми овладевает страх, подавляющий сознание, волю. В таком состоянии человек теряет способность ориентироваться, правильно оценивать обстановку.

Вторичные проявления опасных факторов пожара.

Проявления, воздействующие на людей и материальные ценности:

  • осколки, разлетающиеся части разрушившихся зданий, сооружений, строений, транспортных средств, технологических установок, оборудования, агрегатов, изделий и иного имущества;
  • радиоактивные и токсичные вещества и материалы, попавшие в окружающую среду из разрушенных технологических установок, оборудования, агрегатов, изделий и иного имущества;
  • электрический ток, возникший в результате выноса высокого напряжения на токопроводящие части конструкций, аппаратов, агрегатов;
  • опасные факторы взрыва по ГОСТ 12.1.010, происшедшего вследствие пожара и образование взрывной волны, вызывающей разрушение конструкций и поражение человека;
  • воздействие огнетушащих веществ.

Взрыв

Одним из видов мгновенного горения является взрыв специальных взрывчатых веществ, а также смеси горючих газов, паров или пыли с воздухом. Это взрывы химического характера.

Взрывы физического характера — это разрывы различных емкостей и аппаратов (котлов, резервуаров, баллонов и т.п.), происходящие в результате развития газами или парами чрезмерного давления, превышающего давление, которое могут выдержать стенки емкостей и аппаратов.

В момент взрыва химического характера вещество сгорает с большой скоростью, а образующиеся газы и пары сильно расширяются и создают большое давление на окружающую среду. Этим и объясняется громадная сила разрушения, вызываемая взрывом. При взрыве обычно появляется пламя, от которого могут загораться находящиеся вблизи горючие вещества.

ВХОД или РЕГИСТРАЦИЯ