Пожаровзрывоопасные воздействия

Многочисленные техногенные аварии последнего времени довольно часто сопровождаются пожарами на значительной площади возгорания и взрывами горючих аэрозольных смесей или емкостей, либо содержащих горючие вещества, либо находящихся под избыточным давлением.

Тот факт, что только в Москве в последнее время происходит свыше 15 000 пожаров в год (более 40 пожаров ежедневно), в результате которых ежегодно гибнут около 500 человек, а экономический ущерб от пожаров оценивается более чем в 10 млрд руб., заставляет рассматривать пожароопасные воздействия как один из наиболее распространенных и сложных по своей ликвидации факторов современной техносферы.

Пожаром принято называть неуправляемый процесс горения на значительной площади, представляющий серьезную опасность и приносящий большой материальный ущерб. Само горение при этом представляет собой быстропротекающий экзотермический окислительный процесс физико-химических превращений горючих веществ. Наибольшей скоростью обладает детонационное горение, напоминающее взрывной процесс, однако более распространенным является так называемое дефлаграционное горение, при котором скорость движения пламени находится в диапазоне 0,5–50 м/с и действует комбинированный механизм распространения огня, включающий в себя как тепловое излучение энергии от очага возгорания, так и диффузионное движение частиц горения в окружающей среде.

Для начала горения в большинстве случаев необходимы следующие компоненты: горючее вещество, окислитель, источник зажигания. Наличие всех трех указанных элементов в комплексе и достаточном количестве неизбежно создает потенциальную опасность пожара, которая рано или поздно окажется реализованной в действительности.

Согласно существующему государственному стандарту все вещества и материалы подразделяются по их способности к возгоранию на следующие основные категории:

• горючие вещества, способные к самовозгоранию или возгоранию от источника зажигания с продолжением самостоятельного горения без него (в этой группе дополнительно различают легковоспламеняющиеся вещества, способные возгораться от малейшего энергетического воздействия);

• трудногорючие вещества, способные возгораться в воздушной среде от источника зажигания, но не горящие при его удалении;

• негорючие вещества, неспособные гореть в воздушной среде.

В качестве окислителя во время горения обычно выступает кислород, содержащийся в воздухе в количестве около 21%. Большинство веществ прекращают свое горение, если концентрация кислорода падает до уровня менее 15%, однако такие вещества, как водород, этилен, ацетилен продолжают гореть даже при концентрации кислорода менее 10%. Окислителями могут выступать также фтор, хлор, бром, йод и некоторые другие вещества.

Помимо стороннего источника зажигания процесс горения может быть инициирован и так называемым самовозгоранием, при котором в горючем веществе начинается экзотермическая реакция, ведущая к постепенному повышению температурного уровня самого горючего вещества, достижению температуры его возгорания и самопроизвольному началу горения. При этом различают следующие виды самовозгорания: тепловое, микробиологическое, химическое.

Тепловое самовозгорание является следствием выделения из некоторых видов веществ и материалов при их внешнем нагреве самовоспламеняемых горючих компонентов, которые способны начать гореть просто от контакта с кислородом воздуха без какого-либо дополнительного источника зажигания. Именно так происходит самовозгорание деревянных конструкций в результате их нагрева слишком близко расположенной печью или дымоходом без тепловой изоляции. При достижении температуры 110°С в древесине начинается выделение летучих продуктов термического разложения и потемнение цвета ее поверхности. Затем при температуре около 300°С начинается тление древесины, а уже при 380–400°С происходит ее самовоспламенение при полном отсутствии источников зажигания.

Микробиологическое самовозгорание происходит в результате действия в веществе микроорганизмов, жизнедеятельность которых может вызвать экзотермические реакции, ведущие к повышению температуры вещества и началу горения без источника зажигания, как, например, при хранении плохо просушенного сена с влагоОГЛАВЛЕНИЕм свыше 17% его массы. Уже через несколько недель такого хранения условия самовозгорания будут полностью сформированы, что и проявится в форме пожара. Также действуют термофильные микроорганизмы в травяной и рыбной муке.

Химическое самовозгорание связано с взаимодействием и саморазогревом химических соединений, например в отходах лакокрасочного производства, при проведении работе пропиткой ветоши легковоспламеняющимися веществами и началом в ней экзотермических реакций.

Особенно опасны возгорания газопылевых смесей (аэрозолей), процесс горения которых носит детонационный характер и протекает с огромными скоростями. Таким образом горят угольные газопылевые смеси в шахтах и древесные воздушнопылевые смеси на деревообрабатывающих комбинатах и мебельных фабриках. Минимальную концентрацию горючих пылей, при которой происходит их возгорание от внешнего источника зажигания, называют нижним концентрационным пределом (НКВП). Измеряемая процентным ОГЛАВЛЕНИЕм пыли в воздухе эта величина составляет для алюминиевой пыли – 10%, полиэтилена – 12%, полистирола и магния – 25%.

Необходимо отметить также легкость возгорания горючих жидкостей, среди которых особо выделяются легковоспламеняющиеся жидкости (ЛВЖ), имеющие температуру вспышки менее 61°С. Именно при такой температуре образующиеся над их поверхностью газовые фракции могут вспыхнуть от стороннего источника зажигания. К числу ЛВЖ относятся бензин, ацетон, этиловый спирт, керосин и некоторые другие вещества.

Важной особенностью протекания подавляющего числа пожаров является комплексный характер негативных факторов, действующих на людей, оказавшихся в зоне их распространения. К основным из них относятся следующие:

• термические поражения органов дыхания, зрения, кожных покровов;

• химические поражения продуктами сгорания деревянных конструкций, синтетических материалов, пластмасс;

• удушающие поражения из-за снижения количества кислорода, асфиксии;

• электрические поражения оголенными проводами под напряжением;

• механические повреждения от обрушения кровли, верхних этажей, элементов несущих конструкций, антресолей, потолочных светильников;

• компрессионные повреждения от панической давки, падений с высоты;

• нервные потрясения, шоковые состояния, расстройства сознания.

Если рассматривать наиболее распространенные при всех пожарах термические поражения, то степень их тяжести существенно зависит от уровня теплового воздействия на человека со стороны окружающей среды. При тепловом импульсе в диапазоне 80–160 кДж/м2 у человека наблюдаются сравнительно легкие ожоги 1-й степени (болезненные покраснения кожи). При тепловом воздействии свыше 160 и до 400 кДж/м2 человек получает ожоговые травмы 2-й степени (образование пузырей на кожных покровах). Воздействие теплового импульса энергии в диапазоне 400–600 кДж/м2 ведет к ожоговым поражениям 3-й степени (омертвлению верхнего слоя кожи и частичному повреждению росткового слоя). Наконец, при тепловых импульсах свыше 600 кДж/м2 человек получает ожоги 4-й степени (омертвление или обугливание кожи и поражение глубинных слоев тканей). Термические поражения свыше 25% кожного покрова человека почти наверняка ведут к его гибели. Вообще ожоги являются одним из наиболее болезненных и сложных в лечении видов травм, оставляющих к тому же даже после удачного заживления сильно измененный кожный покров.

Химические и удушающие эффекты проявляются почти всегда совместно и связаны с двумя разнонаправленными процессами: интенсивным сгоранием кислорода в пламени пожара и выделением при этом же сгорании всевозможных токсических веществ (окиси углерода как "угарного газа", продуктов сгорания синтетических наполнителей мягкой мебели, искусственных материалов ковровых покрытий, пластиковой облицовки стен). Следует отметить, что выделяемые при сгорании указанных материалов токсины часто относятся к наиболее вредным второму или даже первому классам токсичности, представляя тем самым для человека значительную степень потенциальной химической опасности.

Возможные электрические поражения при пожарах полностью обусловлены необесточенными и лишенными сгоревшей изоляции элементами электропроводки. По заключениям экспертов, именно старая и утратившая свои изоляционные свойства электропроводка зачастую и становится истинной причиной возникновения пожаров на производстве, в общественных зданиях и жилых помещениях. Результатами электрических поражений человека могут стать достаточно глубокие ожоги, мышечные спазмы, остановка дыхания, потеря сознания. Чрезвычайно важно, чтобы человек не оставался после случайного поражения электрическим током под действием сетевого напряжения. В противном случае возможны остановка сердца и фактическая гибель человека. В связи с этим одним из первых действий на пожарах любой сложности является полное обесточивание объектов возгорания и прекращение подачи к ним магистрального газа.

Механические и компрессионные повреждения людей во время пожара являются следствием воздействия многих случайных факторов, к числу которых относятся ветхость горящего строения, количество попавших в пожар людей, наличие деревянных перекрытий и кровли, высота распространения пожара над уровнем земли, возможность использования запасных путей эвакуации, отсутствие на окнах решеток и т.д. К. сожалению, как показывает практика, покидание зоны пожара через окна даже при высоте третьего этажа уже оказывается сопряженным с серьезными травмами ног и позвоночника людей.

Наконец, нервные потрясения, сопутствующие участию человека в любом пожаре, также являются серьезным негативным фактором. Здесь могут сказаться испуг от пожара, возникшие паника и поиск путей спасения, потеря близких людей и материальный ущерб, полученные травмы.

В целом следует отметить, что намного легче и дешевле сделать все зависящее от самих людей, чтобы предупредить возможность возгорания, чем впоследствии бороться с огнем и подсчитывать нанесенные им потери.

Взрывы, часто сопутствуя пожарам, характеризуются импульсным выделением энергии с образованием газовоздушной ударной волны, продуктов реакции и значительных разрушений. Существуют нормативные документы, направленные на обеспечение пожаро- и взрывобезопасности.

Причинами взрыва могут служить детонация взрывчатых веществ, утечка бытового газа, образование пылевоздушной взрывоопасной смеси, перегрев газового баллона или парового котла, механическое разрушение сосуда под избыточным внутренним давлением, быстрое смешивание высокотемпературного расплава с холодной жидкостью.

Воздействие взрыва на человека в виде перепада давления на фронте стремительно распространяющейся ударной волны менее 10 кПа считается вполне безопасным. Избыточное давление фронта волны в диапазоне 10–30 кПа соответствует легкому поражению организма человека и появлению у него слабости, головокружения. При избыточном давлении 30–60 кПа человек получает повреждения средней тяжести, включая возможные компрессионные травмы и контузию головного мозга. Взрывная волна с избыточным давлением на ее фронте 60–100 кПа приводит к тяжелым поражениям организма человека, травмам и контузиям. Давления взрыва более 100 кПа неизбежно калечат человека и сопровождаются переломами конечностей, разрывами внутренних органов и часто гибелью.

Кроме ударной волны, человек во время взрыва может испытывать также импульсные воздействия термического характера, когда появляющийся при объемном возгорании горючих аэрозолей огненный шар, расширяясь в окружающем объеме, в течение нескольких секунд или даже мгновений приводит к тепловому поражению организма. При этом в первую очередь страдают органы дыхания, зрение и кожный покров человека.

Дополнительным фактором опасности являются многочисленные металлические осколки, образующиеся при взрывах газовых баллонов, паровых котлов, оболочек взрывных устройств. Нормативными правилами безопасности устанавливается определенная окраска газовых баллонов с различными веществами: голубой цвет – для кислорода, белый – для ацетилена, красный – для сжиженного пропана, черный с цветной надписью – для негорючих сжатых газов (азота, диоксида углерода, воздуха).

Важно, чтобы отработанные баллоны были заправлены тем же газом, что и раньше (во избежание образования взрывоопасных смесей). Недопустимо переполнение газовых баллонов сжиженным газом сверх установленной массы или заправка их сжатым газом под сверхнормативным давлением, что ведет к формированию предпосылок взрыва. Недопустим перегрев газовых баллонов под давлением внешними тепловыми источниками (солнечным излучением, включенными печами, плитами, проводимыми сварочными работами). Чрезвычайно опасны механические повреждения газовых баллонов.