Анализ пожарной опасности пассажирских вагонов

В истории развития пассажирского подвижного состава четко прослеживается особое отношение к пожарной безопасности поездов. Действительно, когда рельсовый транспорт делал свои первые шаги и вагоны эксплуатировались на конной тяге, опасность в пожарном отношении могли представлять лишь осветительные приборы и неосторожное обращение пассажиров с огнем. Поэтому не ставилась задача остерегаться такой опасности, несмотря на то, что все было горючее, включая рамы, кузова, скамьи, отделку вагонов.

Появление механической тяги радикально изменило положение, поскольку она изначально предполагала наличие открытого огня в паровозах и возимого запаса топлива, а вагоны стали оборудоваться печным, паровым, а чуть позже водяным отоплением. Свечное, керосиновое или газовое освещение еще больше осложняло ситуацию. Все это потребовало соответствующего изменения подходов к конструкции подвижного состава с тем, чтобы уменьшить риск пожаров.

Технический прогресс повлек за собой существенное изменение материалов кузова, в том числе отделочных и теплоизоляционных, широкое применение электротехнических устройств. За многие десятилетия методом проб и ошибок усилиями конструкторов и ученых сформировались технические требования к пожарной безопасности пассажирских вагонов. Вместе с тем нынешний подход к противопожарной защите пассажирских вагонов отражает в большей степени вчерашний день, чем завтрашний.

В последнее время, когда обострилась конкуренция между различными видами транспорта, перед разработчиками подвижного состава стоит задача достигнуть высокого качества перевозок пассажиров с обеспечением, прежде всего безопасности, комфорта и скорости передвижения. Все эти составляющие взаимно связаны и подчас противоречивы. Задача конструктора найти компромисс, оптимальное решение.

 

Высокая пожарная опасность пассажирских поездов определяется рядом факторов:

- наличием источников зажигания;

- значительной величиной пожарной нагрузки;

- высокой заполненностью пассажирами;

- ограниченными возможностями по эвакуации.

Основную массу постоянной пожарной нагрузки составляют материалы с быстрым распространением пламени, высокой дымообразующей способностью и токсичностью. Постоянная пожарная опасность исходит от горючих материалов, входящих в конструкцию и отделку вагона. Ее величина для вагонов постройки 80-х гг. достигает 200 кг/м² в купейном вагоне и 170 кг/м² в плацкартном вагоне. К переменной пожарной нагрузке относятся постельные принадлежности и багаж пассажиров (60 кг/м²). Как показывают расчеты, вероятность пожара в пассажирском вагоне составляет 4,5х10^-4, а риск для жизни человека от воздействия опасных факторов пожара (ОФП) - 5,7х10^-3, что выше в сравнении с нормативным значением этих величин, установленных ФЗ № 123 «Технический регламент о требованиях пожарной безопасности».

Риск для безопасности пассажиров представляет и высокая скорость развития пожара в пассажирских вагонах, которая достигает в коридоре -5 м/мин, в купе -2,5 м/мин. Практика реальных пожаров показывает, что в течение 15-20 минут огнем охватывается весь вагон, а температура в вагоне повышается до 950 °С.

Помимо высокой температуры при пожаре наблюдается выделение токсичных продуктов, опасных для жизни пассажиров. Это, как правило, окись углерода, хлористого и цианистого водорода. Их концентрация в вагоне уже на 4-й минуте пожара превышает предельно допустимую величину.

Применительно к обеспечению пожарной безопасности можно выделить следующие особенности современного и перспективного пассажирского подвижного состава:

- повышенный комфорт, требующий решающего участия дизайнеров и компоновщиков, применения современных тканей и формообразующих материалов, прежде всего пластических, рационального использования пространства, комплекса интерьерных компонентов и услуг, высокой энергетики, что можно реализовать только путем отхода от традиционных решений и творческого осмысления ограничений, вносимых действующими нормами, естественно, без снижения уровня пожарной безопасности вагона;

- повышение скорости сообщений, влекущее за собой рост динамических нагрузок, акустических шумов и вибраций, необходимость обеспечения герметичности, улучшения теплотехнических характеристик, изменение ряда конструкторских решений, например исключение открывающихся окон, переход на централизованное электроснабжение, специальную компоновку подвагонного оборудования, в том числе электрического, с защитой его от механических повреждений фрагментами балласта пути, более строгие требования к устройствам токосъема для поездов с распределенной тягой, к климатическому комплексу в части воздухозаборных устройств и средств защиты, обязательное введение систем управления, контроля и диагностики и др.

Каждая из перечисленных особенностей в той или иной степени отражается на пожарной безопасности вагона. Основной целью противопожарной защиты пассажирских вагонов является исключение гибели людей от опасных факторов пожара (что, к сожалению, не отражено в ведомственных нормах пожарной безопасности) и снижение материальных потерь. Безопасность пассажиров и работников поездных бригад обеспечивается минимизацией опасных факторов пожара (по температуре и токсикологической обстановке) с тем, чтобы было достаточно времени на эвакуацию, компоновочными решениями, облегчающими эвакуацию, наличием средств пожаротушения и их доступностью, оптимизацией организационных действий при пожаре (оповещение, установление последовательности этих действий). Минимизация материальных потерь достигается применением материалов с соответствующими противопожарными характеристиками, эффективностью средств пожаротушения, конструктивными решениями, обеспечивающими должный уровень противопожарной защиты.

Анализ противопожарных мер должен проводиться на основе рассмотрения причин возникновения пожаров и возможных источников огня и дыма, путей распространения пламени и дыма, способов и средств защиты от распространения огня и дыма, подходов к обнаружению, локализации и тушению очагов возгорания. При этом целесообразно условно разделить вагон на ряд функциональных зон со специфическими показателями нагрузки. Такой подход позволяет выделить и дифференцировать основные факторы, определяющие причины и возможные источники пожара, и прогнозировать последствия, соответствующие особенностям функциональных зон. Укрупненно к таким зонам можно отнести: пассажирскую (купе или салон); служебную - служебное купе проводника с оборудованием, купе отдыха проводника, кухонное отделение (при его наличии); зону климатических средств; тамбурную; подвагонного оборудования.

Все эти зоны связаны между собой электрическими коммуникациями, принятыми теплотехническими и компоновочными решениями, а также действиями и поведением обслуживающего персонала и пассажиров. При этом человеческий фактор должен учитываться как с точки зрения возможного источника возникновения очага пожара, так и участника противопожарной защиты. Каждой из зон присущ свой определяющий фактор пожарной опасности. Для пассажирских помещений, и в том числе тамбуров, - это человеческий фактор, для служебной зоны - техническое состояние низковольтного и высоковольтного оборудования, его перегрузка, нарушение правил эксплуатации электрооборудования, климатических средств - перегрев и отказ работы систем автоматики, подвагонного оборудования - перегрузка по току, искрообразование при торможении и т.д.

К сожалению, никакими нормами невозможно учесть и предусмотреть все многообразие реальной действительности. Тем не менее, учеба персонала, ужесточение требований к исполнительской дисциплине, повышение качества конструкторской документации, использование современных достижений материаловедения, электротехники и электроники, максимальное применение автоматизированных устройств, систем контроля, резервирование и дублирование компонентов, определяющих безопасность пассажирских вагонов - это реальные возможности дальнейшего повышения пожарной безопасности вагонов. Многие технические проблемы требуют решения: например, устранение противоречий между потребительскими качествами элементов кресел, диванов и их противопожарными характеристиками, возможности расширения применения полимерных материалов в интерьерных конструкциях, для потолков и воздуховодов, отказ от электромеханических контакторов в силовых цепях и др.

Особняком стоит вопрос обеспечения пожарной безопасности поездов, находящихся в отстое. Имеющиеся технические предложения, привязка их к конкретным вагонам, такие, как автоматизированные системы пожаротушения мелкодисперстной водой, применение модульного исполнения оборудования облегчают конструктору решение задачи эффективной защиты вагонов. Переход на стеклопластиковые и углепластиковые интерьерные конструкции, имеющие значительно более высокие противопожарные свойства, дают возможность в сочетании с современными средствами обнаружения и тушения пожара значительно повысить комфорт, предложить новые формы без ухудшения пожарной безопасности.

Говоря об упомянутых выше противоречиях, можно привести такой пример. По принятой методике пожарная опасность кресел пассажирских поездов, их способность сопротивляться возгоранию определяется путем воздействия на них теплового импульса нормированной мощности (100 г. газетной бумаги с использованием газовой горелки). В случае, если по истечении 10 мин. после начала опыта или не позднее чем через 1 мин. после окончания воздействия пламени самостоятельное горение прекращается, конструкция считается выдержавшей испытания. Достигнуть положительного результата можно грамотным сочетанием обивочной ткани и огнеблокирующих средств. Гигиеническая оценка материалов производится для нормальной температуры среды. На основании этих результатов разработчик или изготовитель диванов или кресел имеет право поставлять их для применения на пассажирских вагонах.

Вместе с тем пожарная опасность вагонов новой постройки оценивается по результатам натурных огневых испытаний тех же диванов и кресел с обеспечением теплового импульса до 500 г. газетной бумаги. При этом источником тепла и пламени является не только бумага, но и сами кресла (диваны) - их компоненты и набивка, в том числе эластичный пенополиуретан (ППУ). Химический состав среды меняется в связи с деструкцией материалов при высоких температурах. Улучшение характеристик ППУ с обеспечением его трудногорючести является самостоятельной серьезной задачей, не нашедшей удовлетворительного решения в нашей стране до настоящего времени, хотя обнадеживающие попытки были сделаны более 10 лет назад. Однако недостаточное финансирование и ряд других причин не позволили продолжить работы. Основная трудность решения задачи состоит в том, что при улучшении противопожарных характеристик существенно ухудшаются потребительские свойства материала - плотность, эластичность по отскоку, изменения после циклического сжатия.