Глава 1. Пожары. Пожароопасные свойства материалов. Классификация

Общие сведения о пожарах

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

С пожарами человечество столкнулось еще на самой заре своей цивилизации. От поджогов, неосторожного обращения с огнем, от молний, в результате военных действий выгорали целые города и поселения [1].

Динамика пожаров в Российской Федерации на протяжении 13 лет показана на рис. 1. Видно, что количество пожаров за этот период времени в целом сократилось в 1,6 раза, однако, в городах снизилось в 1,9 раза, а в сельской местности в 1,3 раза. Немаловажную роль в снижении числа пожаров сыграло применение в строительстве негорючих материалов, а также создание разноплановых систем обеспечения пожарной безопасности. Несмотря на это, 145,6 тыс. пожаров в 2015 г. даже для России — это очень большая цифра.

Рис. 1. Динамика пожаров в Российской Федерации в 2003—2015 гг. [17]

Основные причины пожаров: неосторожное обращение с огнем — 37,8 %, нарушение правил эксплуатации электроустановок — 23,4 %, печного отопления — 13,2 %, поджоги — 9,3 %, шалость детей с огнем — 1,9 %, сварочные работы — 1,1 %, технологические работы — 0,4 % и др. [2].

Около 73 % людей погибают при пожарах от токсичных продуктов горения (оксид углерода, диоксид углерода, синильная кислота, цианиды водорода), 20 % — от действия высокой температуры, около 5 % — от пониженного содержания кислорода. Остальные погибают от разрушения строительных конструкций, разлета осколков при взрывах, поражения электрическим током, из-за обострения скрытых болезней, психических факторов [1].

На рис. 2 показана динамика гибели людей при пожарах, за 13 лет число погибших уменьшилось в два раза, а число травмированных — в 1,3 раза.

Рис. 2. Динамика гибели и травмирования людей при пожарах
в Российской Федерации в 2003—2015 гг. [17]

Материальный ущерб, нанесенный пожарами, растет из года в год и к 2015 г. составляет 18,8 млрд руб. (рис. 3). Эта цифра в 4,5 раза выше суммы материального ущерба 2003 г.

Рис. 3. Динамика материального ущерба от пожаров

в Российской Федерации в 2003—2015 гг. [17]

Классификация пожаров

 

По условиям массо- и теплообмена с окружающей средой все пожары делят на две большие группы — на открытых пространствах и в ограждениях (рис. 4).

 

 

Рис. 4. Общая классификация пожаров

Пожары на открытых пространствах — массовые пожары, под которыми понимают совокупность отдельных и сплошных пожаров в населенных пунктах, крупных складах горючих материалов и на промышленных предприятиях. Под отдельным пожаром подразумевается пожар, возникающий в отдельном здании или сооружении. Одновременно интенсивное горение преобладающего числа зданий и сооружений на данном участке застройки принято называть сплошным пожаром. При слабом ветре или при его отсутствии массовый пожар может перейти в огневой шторм — это особая форма пожара, характеризующаяся образованием единого гигантского турбулентного факела пламени с мощной конвективной колонкой восходящих потоков продуктов горения и нагретого воздуха и притоком свежего воздуха к границам огневого шторма со скоростью не менее 14—15 м/с.

Пожары в ограждениях можно разделить на два вида:

1) пожары, регулируемые вентиляцией;

2) пожары, регулируемые пожарной нагрузкой.

Под пожарами, регулируемыми вентиляцией, понимают пожары, которые протекают при ограниченном содержании кислорода в газовой среде помещения и избытке горючих веществ и материалов. Содержание кислорода в помещении определяется условиями его вентиляции, т. е. площадью приточных отверстий или расходом воздуха, поступающего в помещение пожара с помощью механических систем вентиляции.

Под пожарами, регулируемыми пожарной нагрузкой, понимают пожары, которые протекают при избытке кислорода воздуха в помещении и развитие пожара зависит от пожарной нагрузки. Эти пожары по своим параметрам приближаются к пожарам на открытом пространстве.

По характеру воздействия на ограждения пожары подразделяются на локальные и объемные.

Локальные пожары характеризуются слабым тепловым воздействием на ограждения и развиваются при избытке воздуха, необходимого для горения, и зависят от вида горючих веществ и материалов, их состояния и расположения в помещении.

Объемные пожары характеризуются интенсивным тепловым воздействием на ограждения. Для объемного пожара, регулируемого вентиляцией, характерно наличие между факелом пламени и поверхностью ограждения газовой прослойки из дымовых газов, процесс горения происходит при избытке кислорода воздуха и приближается к условиям горения на открытом пространстве. Для объемного пожара, регулируемого пожарной нагрузкой, характерно отсутствие газовой (дымовой) прослойки между пламенем и ограждением.

Объемные пожары в ограждениях принято называть открытыми пожарами, а локальные пожары, пожары, протекающие при закрытых дверных и оконных проемах, — закрытыми.

По признаку изменения площади горения пожары можно разделить на распространяющиеся и нераспространяющиеся (рис. 4).

Классифицируют пожары по размерам и материальному ущербу, по продолжительности и другим признакам сходства или различия.

В зависимости от вида горящих материалов и веществ пожары разделены на классы А, В, С, D, E, F* и подклассы А1, А2, В1, В2, D1, D2 и D3 (рис. 5) ^[1].

 

Рис. 5. Классификация пожаров

в зависимости от вида горящих материалов и веществ

 

К пожарам класса А относится горение твердых веществ. При этом если горят тлеющие вещества, например древесина, бумага, текстильные изделия и т. п., то пожары относятся к подклассу А1, неспособные тлеть, например пластмассы, — к подклассу А2.

К классу В относятся пожары легковоспламеняющихся горючих жидкостей. Они будут относиться к подклассу В1, если жидкости нерастворимы в воде (бензин, дизтопливо, нефть и др.) и к подклассу В2 — растворимые в воде (например, спирты).

Если горению подвержены газы, например водород, пропан и др., то пожары относятся к классу С, при горении же металлов — к классу D. Причем подкласс D1 выделяет горение легких металлов, например алюминия, магния и их сплавов; D2 — щелочных и других подобных металлов, например натрия и калия; D3 — горение металлосодержащих соединений, например металлоорганических, или гидридов.

К классу Е относятся пожары электроустановок, находящихся под напряжением.

Общие сведения о горении

Горение — быстро протекающее химическое превращение веществ, которое сопровождается как минимум одним из трех факторов: пламенем, свечением, выделением дыма. Физико-химическая сущность горения заключается в термическом разложении вещества до углеводородных паров и газов, которые под воздействием высоких температур вступают в химическое взаимодействие с окислителем, как правило, с кислородом воздуха, превращаясь в процессе сгорания в углекислый газ (СО₂), угарный газ (СО), сажу (С) и воду (Н₂О).

Взрыв — быстрое экзотермическое химическое превращение взрывоопасной среды, сопровождающееся выделением энергии и образованием сжатых газов, способных производить механическую работу. При этом сгоревшая смесь превращается в высоко нагретый газ с большим давлением, приводящим к образованию ударной (взрывной) волны.

Для возникновения и развития процесса горения необходимы:

1) горючее вещество;

2) окислитель;

3) источник воспламенения, инициирующий реакцию между горючим и окислителем.

Если разрушить «треугольник огня»: горючее вещество — окислитель — источник воспламенения (зажигания), то горение прекращается. На данном свойстве основана вся система предупреждения и тушения пожаров.

Горючие вещества по агрегатному состоянию подразделяются на горючие газы (ГГ), горючие жидкости (ГЖ), твердые вещества (ТВ), горючие пыли (ГП).

По горючести все вещества и материалы, кроме строительных итекстильных, подразделяют на три группы:

1) негорючие, которые не горят, не тлеют и не обугливаются под действием огня (гранит, бетон, глина и т. п.);

2) горючие, способные самовозгораться, а также возгораться от источника зажигания и самостоятельно гореть после его удаления (древесина, пластмассы, нефтепродукты, лаки и т. п.);

3) трудногорючие, способные воспламеняться, тлеть и обугливаться только при наличии постороннего источника зажигания и состоящие из горючих и негорючих компонентов (асфальтобетон, древесина, пропитанная негорючим составом и др.).

Окислителем, как правило, является кислород воздуха. Наиболее бурно горят вещества в чистом кислороде. По мере уменьшения его концентрации горение замедляется. Большинство веществ прекращают горение при снижении концентрации кислорода в воздухе до 12—14 %, а тление — до 7—8 %.

Водород, сероуглерод, оксид этилена и некоторые другие вещества могут гореть в воздухе при концентрации кислорода 5 %. Кроме кислорода, окислителями могут быть фтор, бром, сера и кислородсодержащие вещества: марганцовокислый калий, калиевые и натриевые селитры, бертолетова соль, азотная кислота и др., которые при нагревании или ударе разлагаются с выделением кислорода.

Источник воспламенения (зажигания), чтобы обладать воспламеняющей способностью, должен иметь:

– температуру выше температуры самовоспламенения горючей среды;

– количество тепла, превышающее минимальную энергию зажигания вещества;

– время действия, превышающее период индукции горючей среды.

Если хотя бы одно из этих условий не выполняется, то источник зажигания не сможет инициировать горение.

Источники зажигания подразделяют на открытые (светящиеся) — пламя, искры, раскаленные поверхности, сварочная дуга, световое излучение и т. п. и скрытые (несветящиеся) — теплота трения, ударов, короткого замыкания, перегрузок электрических сетей, искровые разряды статического электричества и др. Температура сварочных искр, например, достигает 2100 °С, сварочной дуги 4000, пламени горящей спички 620—640, тлеющей папиросы 320—340 °С. Этого вполне достаточно для воспламенения большинства горючих веществ. Например, сосновая древесина воспламеняется при температуре 255 °С, хлопок — при 260, резина — при 270 °С.

Итак, любой очаг пожара возникает только там, где есть чему гореть, т. е. там, где есть горючие материалы, вещества, конструкции и когда в этой среде появляется источник зажигания, способный их воспламенить, возникший или в самой горючей среде, или занесенный в нее извне. В этой связи задача системы предотвращения пожаров включает в себя два основных направления:

1) исключение условий образования горючей среды в помещениях, цехах, на территории предприятий; ограничение массы (объема) одновременно находящихся на рабочих местах исходных материалов, сырья, готовой горючей продукции; применение в строительных конструкциях зданий негорючих и трудногорючих материалов; своевременная уборка горючих отходов, мусора, пыли, промасляной ветоши;

2) исключение условий образования в горючей среде источников зажигания: открытого огня, сверхдопустимого нагрева отдельных элементов оборудования, искр любого происхождения, в том числе от трения, систем электрооборудования, механических ударов, статического электричества, разрядов молний.