Пожар и понятие о нем

Пожарная тактика

Москва, 2007

Сведения об авторах.

Теребнев Владимир Васильевич – кандидат технических наук, доцент, профессор академии ГПС МЧС России.

Подгрушный Александр Васильевич – кандидат технических наук, доцент, начальник кафедры пожарной тактики и службы академии ГПС МЧС России.

Теребнев В.В., Подгрушный А.В.

Пожарная тактика – М.:- 2007,- с

В настоящем издании рассмотрены: динамика развития пожаров в ограждениях и открытом пространстве, зоны на пожаре и основные процессы его сопровождающие, характерные схемы развития пожаров, тактико-технические действия пожарных подразделений на пожарах. Описана система управления силами и средствами на тушении пожаров.

Книга написана в соответствии с примерной учебной программой по дисциплине «пожарная тактика» для учебных заведений МЧС России пожарно-технического профиля и предназначена для курсантов и слушателей этих учебных заведений, а также может быть полезна практическим работникам пожарной охраны.

Теребнев В.В., Подгрушный А.В.

Содержание:

Введение.

1.Пожар и понятие о нем.

1.1Фазы пожара.

1.2. Зоны пожара.

1.3.Основные параметры пожара.

1.4.Классификация пожаров.

2.Динамика развития пожаров в ограждениях.

2.1.Взаимодействие пламени пожара с границами горящих помещений.

2.2Развитие пожара до полного охвата пламенем закрытого помещения.

2.3.Направление распространения пламени на пожаре.

2.4.Газообмен на внутреннем пожаре.

2.5.Характерные схемы развития пожаров.

3.Динамика развития пожаров на открытом пространстве.

3.1. Открытые пожары и их отличительные особенности.

3.2. Динамика развития пожаров на газовых, газонефтяных и нефтяных фонтанах.

3.3. Динамика развития пожаров в резервуарах с горючими жидкостями.

3.4. Динамика развития пожаров на складах лесоматериалов.

3.5. Динамика развития лесных пожаров.

3.6. Динамика развития торфяных и степных пожаров.

4.Динамика развития пожаров на транспортных средствах.

4.1. динамика развития пожаров на судах.

4.2. Динамика развития пожаров на самолетах и вертолетах.

4.3. Динамика развития пожаров на железнодорожном транспорте.

4.4. Динамика развития пожаров в метрополитене.

4.5. Динамика развития пожаров на автотранспорте.

5. Динамика развития пожаров на объектах особой опасности для участников тушения.

5.1.Динамика развития пожаров на объектах с хранением взрывчатых веществ.

5.2. Динамика развития пожаров на энергетических объектах.

5.3. Динамика развития пожаров на объектах с наличием активных химически опасных веществ.

6. Процесс тушения пожара.

6.1. Тактико-технические действия на пожаре.

6.2. Решающее направление на пожаре.

6.3. Ограничение распространения пожара.

7. Прием сообщений. Обработка вызовов.

8. Выезд и следование на пожар.

9. Разведка пожара.

9.1. Общие положения.

9.2. Организация и способы ведения разведки.

9.3. Способы выявления обстановки на пожаре.

9.4. тактические возможности пожарных подразделений при использовании индивидуальных средств защиты.

9.5. Выводы по разведке на пожаре.

10. Приведение сил и средств в состояние готовности.

10.1. Общие положения.

10.2. Развертывание сил и средств в зданиях.

10.3. Развертывание сил и средств на объектах с электроустановками под напряжением.

10.4. Особенности развертывания сил и средств в условиях низких температур.

10.5. Особенности развертывания сил и средств в условиях высоких температур.

10.6. Развертывание сил и средств при неудовлетворительном водоснабжении и на безводных участках.

10.7.Насосно-руковные системы для подачи раствора пенообразующих веществ в воде.

10.8.Тактические возможности пожарных подразделений по развертыванию сил и средств.

10.9. Оптимальность насосно-руковных систем.

11. Организация спасательных работ на пожаре.

11.1. Средства и способы спасения людей на пожаре.

11.2. Тактика спасания людей на пожаре.

11.3. Технология спасательных работ в подземных сооружениях метрополитена.

11.4. Эвакуация людей из воздушного судна.

11.5. Методика расчета сил и средств для спасания людей в зданиях и сооружениях.

11.6. Спасание животных.

12.Огнетушащие вещества и средства их подачи.

12.1. Условия и способы прекращения горения.

12.2. Огнетушащие вещества охлаждения.

12.3. Огнетушащие вещества изоляции.

12.4. Огнетушащие вещества разбавления.

12.5. интенсивность подачи и удельный расход огнетушащих веществ.

12.6. Технические средства подачи огнетушащих веществ.

13. Подача огнетушащих веществ на ликвидацию горения и защиту.

13.1. Общие основы подачи огнетушащих веществ.

13.2. Технология работы с пожарными стволами.

13.3. Подача огнетушащих веществ на ликвидацию горения и защиту в культурно-зрелищных учреждениях.

13.4.Подача огнетушащих веществ на ликвидацию горения газонефтяных фонтанов.

13.5. Подача огнетушащих веществ на ликвидацию горения на объектах с наличием электроустановок.

13.6. Подача огнетушащих веществ на ликвидацию горения истекающих горючих жидкостей и газов из трубопроводов и аппаратов.

13.7. Подача огнетушащих веществ на ликвидацию горения горючих жидкостей в резервуарах.

13.8. Подача огнетушащих веществ на ликвидацию горения лесоматериалов.

13.9. Подача огнетушащих веществ на ликвидацию горения на сельскохозяйственных объектах.

13.10. Подача огнетушащих веществ на ликвидацию горения в складах взрывчатых веществ.

13.11. Подача огнетушащих веществ на ликвидацию горения воздушных судов.

13.12. Подача огнетушащих веществ на ликвидацию горения на морских и речных судах.

13.13. Подача огнетушащих веществ на ликвидацию горения объектов подвижного железнодорожного состава.

13.14. Подача огнетушащих веществ на ликвидацию горения на объектах метрополитена.

13.15. тактические возможности пожарных подразделений при подаче огнетушащих веществ.

13.16. Расчет сил и средств для тушения пожаров.

14. Выполнение специальных работ на пожаре.

14.1. Вскрытие и разборка конструкций.

14.2. Тактические возможности пожарных подразделений по вскрытию и разборке конструкций.

14.3. Эвакуация материальных ценностей.

14.4. Регулирование газообмена на пожаре.

14.5.Дымоудаление при пожарах в подземных сооружениях метрополитенов.

15. Сбор и возвращение в подразделение.

16. Управление силами и средствами на пожаре.

16.1. Органы управления силами и средствами на пожаре.

16.2. Роль и задачи РТП в управлении силами и средствами на пожаре.

16.4. Участки выполнения работ на пожаре.

16.5. Техническое обеспечение и условные обозначения органов управления на пожарах.

16.6. Функции органов управления силами и средствами на пожаре.

16.7. Сбор и обработка данных оперативной обстановки на пожаре.

16.8. Принятие решения на тушение пожара.

16.9. Доведение задач до подчиненных.

16.10. Организация взаимодействия подразделений и служб на пожаре.

16.11. Контроль подготовки к тактико-техническим действиям на пожаре.

16.12. Оперативно-служебная документация на пожаре.

16.13. Обеспечение готовности сил и средств управления.

16.14. Задачи и направления совершенствования управления силами и средствами на пожаре.

16.15. Автоматизация как направление дальнейшего управления силами и средствами на пожаре.

17. На пожаре необходимо: (В качестве выводов)

18. Нормирование труда сотрудников органов управления силами и средствами на пожаре.

18.1. Методика нормирования сотрудников органов управления силами и средствами на пожаре.

18.2. Оценка затрат времени на управление силами и средствами на пожаре.

Литература

Приложения:

1. Формы документов заполняемых оперативным методом на пожаре;

2. Условные обозначения на пожарных касках;

3. Описание нарукавной …… для РТП, …, НУТП, НСТП, С.;

4. Допускаемые сокращения при ведении служебной документации;

5. Расход воздуха и удельный объем продуктов сгорания при горении некоторых веществ и материалов;

6. Линейная скорость распространения горения при пожарах на различных объектах;

7. Интенсивность подачи воды при тушении пожаров;

8. Параметры выгорания твердых горючих материалов;

9. Ориентировочная температура пожара при горении некоторых материалов;

10. Воздействие теплового излучения на человека;

11. Определение вида горящих материалов по дыму;

12. Концентрации смачивателей в воде;

13. Концентрация рабочих растворов пенообразователей при различной жесткости воды;

14. Расход воды из пожарных стволов;

15. Характеристика ГПС;

16. Микроэлементные нормативы СКОР;

17. Действия () диспетчера (радио-телефониста) (МУС,,,,,,) по обработке поступивших сообщений о пожаре.

Введение

Развитие науки и техники, производств, с применением новых синтетически-композитных материалов, усиленное развитие химической нефтяной и газовой отраслей, и сфер экономики, в технологических процессах которых используется большое количество пожаро- и взрывоопасных веществ, тенденция увеличения этажности и площадей общественных и жилых зданий требуют постоянного внимания к мерам предупреждения и тушения пожаров.

Из сказанного следует:

- число опасностей не снижается и роль специально выделенной службы - пожарной охраны в жизни общества и обеспечении безопасности жизнедеятельности человека велика;

- для снижения пожарной опасности любого объекта следует принимать максимум профилактических, конструктивно-технологических, организационных и других мер направленных на недопущение возникновения пожара;

- на случай, если пожар все-таки возникнет, необходимо предусматривать конструктивно-планировочные и технологические решения, снижающие интенсивность его развития, способствующие локализации зоны горения и задымления; уменьшающие ущерб и создающие безопасные и оптимальные условия для прибывающих сил экстренного реагирования с целью выполнения поставленных задач по тушению;

- необходимо предусматривать комплекс организационно-технических мероприятий, направленных на активную локализацию и тушение пожара специальными технологическими приемами, автоматическими системами пожаротушения или путем привлечения сил и средств пожарной охраны в минимально короткое время.

На пожаре одновременно протекает много различных процессов и явлений, одни из которых более или менее просты и понятны, другие - чрезвычайно сложны. Одни из этих явлений постоянны или обязательны на каждом пожаре, т.е. присущи всем пожарам, другие - возникают только на некоторых. Однако для всех пожаров можно выделить характерные признаки и явления:

- горение происходит с выделением в зоне горения тепла и продуктов горения;

- на пожаре обязателен массообмен (точнее, газообмен), осуществляемый по механизму конвективных газовых потоков, обеспечивающих приток свежего воздуха (кислорода) в зону горения и отвод продуктов горения из нее (СО₂, Н₂0 и др.);

- на пожаре происходит передача тепла из зоны горения в окружающее пространство (в том числе горючим материалам), без которого невозможно непрерывное самопроизвольное продолжение процесса горения на пожаре, его развитие и распространение. Оно приводит к потере механической прочности несущих конструкций и их обрушению, взрыву емкостей, сосудов и резервуаров с горючими жидкостями и газами, к выходу из строя приборов и оборудования и т.д. Тепло пожара осложняет обстановку, затрудняет ведение тактико-технических действий по его локализации и тушению.

Эти три основных процесса неразрывно взаимосвязаны и взаимообусловлены. Другие явления встречаются лишь на некоторых видах пожаров. К ним относятся: выделение продуктов неполного сгорания и токсичных продуктов разложения горючих веществ; задымление; деформация или обрушение конструкций; разрыв стенок резервуаров со сжатыми газами; взрыв сосудов и резервуаров с горючими газами; повреждение коммуникационных систем (электросиловых, связи, водоснабжения и др.); выброс горючих жидкостей, горение на задвижках и т.п.

Эти "вторичные" явления чрезвычайно важны, особенно с точки зрения предупреждения пожаров, тактики тушения и организации боевой работы на пожаре. Они определяют обстановку на пожаре и ее особенности. Некоторые из них, такие как дымообразование, задымление, вскипание и выброс горючих жидкостей, температурные деформации и другие, кратко рассмотрены в данной книге.

Особую опасность с точки зрения динамики развития пожаров представляют взрывы. Взрывы, как правило, возникают внезапно, развиваются с большой скоростью и сопровождаются выделением огромной механической энергии. Они обладают большой разрушительной силой и нередко сопровождаются человеческими жертвами.

Взрыв есть не что иное, как выделение относительно большого количества энергии в конечном (ограниченном) объеме за сравнительно короткий промежуток времени. Под взрывом в данном случае подразумевается процесс интенсивного выделения тепловой энергии горючей смеси при сгорании ее в ограниченном объеме. В этом случае выделившееся тепло недостаточно быстро отводится в окружающее пространство. Оно идет в основном на нагревание и расширение продуктов горения, к резкому повышению Давления в замкнутом объеме. Когда давление превышает конструкционную прочность сосуда или резервуара, то приводит к его механическому разрушению.

Новые проблемы обеспечения пожарной безопасности возникли и в связи с новыми строительными и архитектурно-планировочными решениями современных объектов. Архитектурно-планировочные решения и индустриальные методы строительства привели к созданию огромных производственных помещений, высотное строительство достигло отметок 400м и более, глубоко заложенные станции метро достигли глубины 100 и более метров.

С одной, стороны, повысилась огнестойкость зданий. Усовершенствовались и стали более безопасными системы освещения, отопления, вентиляции и др. В городе, где преобладают здания I степени огнестойкости, пожар редко распространяется за пределы одного здания, секции или даже одной-двух квартир.

Но, с другой стороны, огромные производственные площади в десятки тысяч квадратных метров, высотные здания с лестничными клетками и лифтовыми шахтами, зрелищные залы, павильоны и административные здания на десятки тысяч человек - представляют повышенную пожарную опасность. Особенно остро встают вопросы незадымляемости эвакуационных путей, прогнозирования динамики пожара, направления и интенсивности его развития. С развитием химической промышленности и технологии производства синтетических полимерных материалов широкое применение для отделки зданий нашли новые конструкционные и декоративно-отделочные материалы. Они легки, технологичны, красивы, высокопрочны, долговечны и экономически более выгодны. Многие из них - это горючие материалы, обладающие токсичными свойствами и большой дымообразующей способностью. Воспламенение таких материалов способствует запол­нению помещений продуктами горения и их распространению на эвакуационные пути и смежные помещения. Поэтому, в случае возникновения пожаров на таких объектах складывается особо сложная обстановка по динамике развития пожаров, по токсич­ности продуктов горения, по изысканию средств и методов эффективного прекращения горения.

Для решения этих проблем разрабатываются профилактические решения конструктивно-планировочного характера. Внедряются различного рода автоматические, стационарные и привозные системы тушения пожара. Особое внимание уделяется обеспечению безопасности людей на случай пожара или взрыва.

В последние годы значительно повысилась взрывная и пожарная опасность многих видов производств. Резко повысилась мощность энергосиловых установок. Возросли температура и давление в технологических установках и аппаратах; расход горючих газов, жидкостей, сыпучих и твердых горючих материалов. Все это привело к повышению пожарной опасности производств.

В настоящее время в резервуарных парках хранятся сотни тысяч тонн горючих и легковоспламеняемых жидкостей. На заводах полипропилена, полистирола, синтетических волокон обращаются сотни тонн горючих веществ, находящихся в особо пожароопасном состоянии. Многие новые виды синтетических материалов в процессе их производства на крупнотоннажных производствах находятся в состоянии повышенной пожарной опасности. Добыча, хранение и транспортировка горючих жидкостей и газов возросли до небывалых ранее масштабов. Появилось много новых высокопроизводительных, но пожаро - и взрывоопасных методов технологической обработки сыпучих горючих материалов, обрабатываемых в "кипящем слое", когда они находятся во взвешенном состоянии в интенсивных восходящих потоках горячего воздуха или смеси газов с воздухом. Возникли промышленные объекты, где площадь цеха под одной крышей измеряется десятками тысяч квадратных метров, объе­мы помещений - сотни тысяч кубометров, площадь покрытий, выполненных из горючих материалов,- сотни тысяч квадратных метров. Характер развития пожаров на этих объектах будет существенно отличаться от пожаров на обычных промышленных предприятиях. Современный промышленный объект требует новых, более эффективных приемов и способов тактико-технических действий на пожарах Приемы и способы ликвидации горения на современных пожароопасных объектах значительно усовершенствованы. Одной водой невозможно ликвидировать горение в резервуаре с ЛВЖ и ГЖ, емкостью в десятки тысяч кубометров или на газовом фонтане с большим дебитом газа; без новых порошковых огнетушащих веществ. Чрезвычайно сложно успешно потушить пожар, связанный с горением металлорганических соединений, гидридов бора и алюминия, или сложный пожар на аэродроме, при аварийной посадке самолета и др.

Для успешного тушения пожаров необходимо хорошо знать динамику развития пожаров, как в ограждениях, так и на открытом пространстве, на транспортных средствах, на объектах с особой опасностью для участников тушения пожара.

Исследуя условия развития и тушения пожаров, разрабатывая наиболее целесообразные способы и приемы тактико-технических действий подразделений, данное учебное издание, вместе с тем, не дает готовых решений для каждой конкретной обстановки, складывающейся на пожаре. Она содержит главные, наиболее важные и обобщенные положения и правила, следуя которым руководитель тушения пожара (РТП) принимает обоснованное управленческое решение, соответствующее конкретным условиям оперативно-тактической обстановки.

Пожар и понятие о нем

Практика показывает, что абсолютно пожаробезопасных объектов не существует. Пожар возможен под водой и под землей, на воде, на земле, в воздухе и даже в космическом корабле.

При таком подходе к вопросу все материальные элементы объекта, включая и элементы конструкций зданий, необходимо рассматривать не с точки зрения их функционального назначения, их материальной или духовной ценности, а как пожарную нагрузку данного объекта, т.е. как вещество и материалы, способные гореть в случае возникновения пожара.

Пожар – комплекс физико-химических явлений, в основе которых лежит нестационарные (изменяющиеся во времени и пространстве) процессы горения, тепло - и массообмена. Пожаром считается неконтролируемое горение, приводящее к ущербу.

Для специалистов пожарной охраны можно дать развернутое определение: “Пожаром называется процесс горения, возникший непроизвольно (или по злому умыслу), который будет развиваться, и продолжаться до тех пор, пока либо не выгорят все горючие вещества и материалы, либо не возникнут условия, приводящие к самопотуханию (случай весьма редкий, но возможный), либо пока не будут приняты активные специальные меры по его локализации и тушению”.

Из этого определения можно сделать три вывода:

1. Горение есть главный и основной процесс на пожаре, так как без горения никакой пожар невозможен. С точки зрения пожарного специалиста горением называется сложный физико-химический процесс превращения горючих веществ и материалов в продукты сгорания, сопровождаемый интенсивным выделением тепла, дыма и световым излучением, структурными изменениями, в основе которых лежат быстротекущие химические реакции окисления в атмосфере кислорода воздуха.

2. Особенностями горения на пожаре от других видов горения являются: склонность к самопроизвольному распространению огня до максимальных размеров, сравнительно невысокая степень полноты сгорания, интенсивное выделение дыма, содержащего продукты полного и неполного окисления.

3. Поскольку процесс горения возникает непроизвольно или по злому умыслу, то никакие предварительные меры не могут полностью исключить вероятность его возникновения.

Для уменьшения степени опасности пожара и величины материального ущерба от него, необходимо применять весь накопленный арсенал конструктивных предварительных и профилактических средств и методов по его предотвращению, локализации и ограничению интенсивности развития, а в случае его возникновения принимать активные меры по его локализации и ликвидации.

Фазы пожара

Процессы развития пожара можно разделить на несколько характерных фаз.

В I фазе пожара при повышении среднеобъемной температуре до 200°С и более расход приточного воздуха увеличивается, а затем постепенно снижается. Одновременно понижается уровень нейтральной зоны (плоскости равных давлений), сокращается площадь приточной части проемов в ограждениях и, соответственно, увеличивается площадь вытяжной части. С такой же примерно скоростью снижается уровень объемной доли кислорода, поступающего в зону горения (до 8 %), и повышается объемная доля диоксида углерода в уходящих газах (до 13 %). Этот процесс объясняется тем, что при температуре 150-200°С бурно проходят экзотермические реакции разложения горючих материалов, растет скорость их выгорания под влиянием теплоты, выделяющейся на пожаре. Количество теплоты, выделяющейся на пожаре в единицу времени, зависит от низшей теплоты сгорания материалов, площади поверхности горения, массовой скорости выгорания материалов с единицы поверхности и полноты сгорания.

При пожаре в помещении нагрев горючих материалов и ограждающих конструкций происходит как конвективным, так и лучистым теплообменом. При открытых пожарах теплота в окружающую среду передается излучением.

Независимо от механизма передачи теплоты продолжительность I фазы пожара полностью зависит от скорости выгорания материалов и скорости распространения пламени. В зависимости от условий газообмена, состава и способа распределения пожарной нагрузки в помещении или на открытом пространстве, время развития пожара в I фазе колеблется от 2 до 30 % общей его продолжительности.

К концу I фазы пожара резко возрастает температура в зоне горения, пламя распространяется на большую часть горючих материалов и конструкций, стремительно увеличивается высота факела, значительно уменьшается концентрация кислорода и соответственно увеличивается концентрации оксида и диоксида углерода.

Затем начинается второй этап развития пожара (II фаза пожара). Весь описанный выше процесс повторяется, но уже с большей интенсивностью. Быстрее растет объем зоны горения, еще интенсивнее конвективный тепловой, газовый и лучистый потоки, увеличивается площадь пожара, в том числе и за счет увеличения скорости распространения пожара, круче растет температура в помещении. Этот второй этап длится примерно 5-10 мин. Начинается III этап пожара - бурный процесс нарастания всех рассмотренных выше параметров. Среднеобъемная температура в помещении поднимается до 250 - 300°С. Начинается так называемая стадия объемного развития пожара, когда пламя заполняет практически весь объем помещения, а процесс распространения пламени происходит уже не по поверхности твердых горючих материалов, а дистанционно, через разрывы в пожарной нагрузке, под действием конвективных и лучистых потоков тепла воспламеняются отдельно отстоящие от зоны горения предметы и горючие материалы.

Начинается "объемная фаза" развития пожара и фаза объемного распространения пожара. При температуре газовой среды в помещении 300°С происходит разрушение остекления, догорание продуктов сгорания может при этом происходить и за пределами помещения (огонь вырывается из проемов наружу). Скачком изменяется интенсивность газообмена: она резко возрастает, интенсифицируется процесс оттока горячих про­дуктов горения и приток свежего воздуха в зону горения (IV этап пожара). При этом температура в помещении может кратковременно несколько снизиться. Но, в соответствии с изменением условий газообмена, резко возрастают такие параметры пожара, как полнота сгорания, скорость выгорания и скорость распространения процесса горения. Соответственно резко возрастает удельное и общее тепловыделение на пожаре. Температура, несколько снизившаяся в момент разрушения остекления из-за притока холодного воздуха, резко возрастает, достигая 500 - 600°С. Процесс развития пожара бурно интенсифицируется, увеличивается численное значение всех параметров пожара, рассмотренных выше. Площадь пожара, среднеобъемная температура в помещении (800 - 900°С), интенсивность выгорания пожарной нагрузки и степень задымления достигают максимальных величин.

Параметры пожара стабилизируются. Эта V фаза наступает обычно на 20 - 25 мин и длится в зависимости от величины и характера пожарной нагрузки еще 20 - 30 мин и более.

Затем (при условии свободного развития пожара) начинает постепенно наступать VI фаза пожара, характерная постепенным снижением его интенсивности, так как основная часть пожарной нагрузки уже выгорела.

Толщина обугленного слоя на поверхности горючего материала, составляющая 5 - 10 мм, препятствует дальнейшему проникновению тепла вглубь и выходу летучих фракций из горючего материала. Кроме того, наиболее летучие фракции под действием высокой температуры в помещении уже выделились. Интенсивность их поступления в зону горения снижается. Верхний слой угля начинает гореть беспламенным горением по механизму гетерогенного окисления, поглощая значительную часть кислорода воздуха, поступающего в зону горения. В помещении накопилось большое количество продуктов горения. Среднеобъемная концентрация кислорода в помещении снизилась до 16 - 17%, а концентрация продуктов горения, препятствующих интенсивному горению, возросла до предельного значения. Интенсивность лучистого переноса тепла к горючему материалу уменьшилась из-за снижения температуры в зоне горения и повышения оптической плотности среды. По причине большого задымления среда стала менее прозрачной даже для теплового излучения.

Интенсивность горения медленно снижается, что влечет за собой понижение всех остальных параметров пожара (вплоть до площади горения). Площадь пожара не сокращается, она может расти или стабилизироваться, а площадь горения сокращается. Наступает VII стадия пожара - догорание в виде медленного тления, после чего через некоторое, иногда весьма продолжительное время, пожар догорает и прекращается. В настоящее время большинство объектов оборудуются автоматическими системами пожарной сигнализации и тушения пожара. Автоматические системы пожарной сигнализации должны сработать на I стадии развития пожара. Автоматические системы тушения пожара должны включаться на I или II фазе его развития. В этой фазе пожар еще не достиг максимальной интенсивности развития. Тушение пожара передвижными средствами начинается, как правило, через 10-15 мин после извещения о пожаре, т.е. через 15—20 мин после его возникновения (3-5 мин до срабатывания системы сигнализации о пожаре; 5—10, а то и более, мин — следование на пожар; 3—5 мин разведка и боевое развертывание). То есть, тактико-технические действия, как правило, начинаются на III— IV фазе, а иногда и на V фазе развития пожара, когда его параметры достигли наибольшей интенсивности своего развития или максимального значения.

Зоны пожара

Пожар развивается на определенной площади или в объеме и может быть условно разделен на три зоны, не имеющих, однако, четких границ: горения, теплового воздействия и задымления.

Зона горения. Зоной горения называется часть пространства, в котором происходит подготовка горючих веществ к горению (подогрев, испарение, разложение) и их горение. Она включает в себя объем паров и газов, ограниченный

Зоны горения

Рис. 1. 1. Зоны горения на пожарах:

а - при горении жидкости в резервуаре; б - при горении внутри зданий;

в - при горении угля.

собственно зоной горения и поверхностью горящих веществ, с которой пары и газы поступают в объем зоны горения. При беспламенном горении и тлении, например, хлопка, кокса, войлока, торфа и других твердых горючих веществ и материалов, зона горения совпадает с поверхностью горения. Иногда зона горения ограничивается конструктивными элементами — стенами здания, стенками резервуаров, аппаратов и т.д. Характерные случаи пожаров и зоны горения на них показаны на рис.1.1. Зона горения является теплогенератором на пожаре, так как именно здесь выделяется все тепло и развивается самая высокая температура. Однако процесс тепловыделения происходит не во всей зоне, а во фронте горения, и здесь же развиваются максимальные температуры. Внутри факела пламени температура значительно ниже, а у поверхности горючего материала еще ниже. Она близка к температуре разложения для твердых горючих веществ и материалов и к температуре кипения жидкости для ЛВЖ и ГЖ. Схемы распределения температур в факеле пламени при горении газообразных, жидких и твердых веществ показаны на рис.1.2.

Зона теплового воздействия. Зоной теплового воздействия называется часть пространства, примыкающая к зоне горения, в котором тепловое воздействие приводит к заметному изменению материалов и конструкций и делает невозможным пребывание в нем людей без специальной тепловой защиты (теплозащитных костюмов, отражательных экранов, водяных завес и т.п.).

Если в зоне теплового воздействия находятся горючие вещества или материалы, то под действием тепловых потоков происходит их подготовка к горению, создаются условия для их воспламенения и дальнейшего распространения огня. С распространением зоны горения, границы зоны теплового воздействия расширяются, и этот процесс повторяется непрерывно.

Рис. 1. 2. Распределение температур в пламени при горении:

а - газообразных веществ; б - жидкостей; в - твердых материалов.

Тепло из фронта горения распространяется в окружающее пространство, как конвекцией, так и излучением. Конвективные потоки горячих газов направлены преимущественно вверх, а количество тепла, переносимое ими в единицу времени, пропорционально градиенту температур между газом-теплоносителем и тепловоспринимающей средой, и коэффициенту теплообмена, и определяется законом Ньютона:

Q_{к =} a_к (T_г-T₀) F (1.1.)

Где: a_к – коэффициент теплообмена, Вт/(м.²К); Т_г – температура в зоне горения, К; Т₀ – температура окружающей среды, К; F - площадь теплообмена, м².

Тепло, излучаемое пламенем, распространяется по всем направлениям полусферического пространства. Интенсивность излучения пламени зависит от его температуры и излучательной способности и определяется законом Стефана-Больцмана:

Q= σ₀∙ ε ∙T_г ∙ (1.2.)

Где: σ₀ – коэффициент излучения черного тела, Вт/(м²∙К⁴); ε – степень черноты тела; Т_г - температура в зоне горения, К; F – площадь излучения, м².

Зона теплового воздействия на внутренних пожарах будет меньше по размерам, чем на открытых, так как стены здания играют роль экранов, а площадь проемов, через которые возмож­но излучение, невелика. Кроме того, дым, который выделяется на внутренних пожарах, резко снижает интенсивность излучения, поскольку является хорошей поглощающей средой. Направления передачи тепла в зоне теплового воздействия на открытых и внутренних пожарах также различны.

На открытых пожарах верхняя часть зоны теплового воздействия энергетически более мощная, поскольку конвективные токи и излучение совпадают по направлению. На внутренних пожарах направление передачи тепла излучением может не совпадать с передачей тепла конвекцией, поэтому зона теплового воздействия может состоять из участков, где действует только излучение или только конвекция или где оба вида тепловых потоков действуют совместно.

При ликвидации горения на пожарах необходимо знать границы зоны теплового воздействия. Ближней границей зоны теплового воздействия является зона горения, а дальняя определяется по двум показателям: или по термодинамической температуре в данной точке пространства или по интенсивности лучистого теплового потока. По температуре граница зоны теплового воздействия принимается в той части пространства, где температура среды превышает 60-70°С. При данной температуре невозможно длительное пребывание людей и выполнение ими активных ИИико-технических действий.

За дальнюю границу зоны теплового воздействия по интенсивности лучистого теплового потока принимают такое удаление от зоны горения, где лучистое тепло, воздействуя на не­защищенные части тела человека (лицо, руки) вызывают болевое ощущение не мгновенно, а через промежуток времени, соизмеримый с оперативным временем, т.е. временем, необходимым для активного воздействия пожарного, вооруженного средствами тушения, на основные параметры пожара. Численную величину этого времени следует определять экспериментально на характерных реальных пожарах. Для внутренних пожаров в зданиях при средней интенсивности их развития, при современном вооружении участника тушения пожара (например, стволом тонкораспыленной воды, с раствором смачивателя или загустителя) это время условно мож­но принять равным 15сек. Тогда, по экспериментальным данным, за дальнюю границу зоны теплового воздействия можно условно принять интенсивность лучистого потока примерно 3500 Вт/ м².

В табл.1.1. приведены значения интенсивности излучения пламени при горении штабелей древесины на различном расстоя­ИИ от них.

Таблица 1.1.

Из табл.1.1. видно, что расстояние для присутствия людей, не защищенных специальными средствами от лучистой энергии пожара, составляет 27—30 м. При тех же размерах штабеля, но с другим коэффициентом поверхности горения, это расстояние может существенно измениться, тогда высота пламени увеличится или уменьшится за счет изменения площади горения, а, следо­вательно, и выхода летучих веществ из древесины. Безопасное расстоя­ние при пожарах штабелей древесины может быть определено по эмпирической формуле:

L_без =l,6H (1.3.)

Где: Н - общая высота штабеля и пламени, м.

На рис.1.3 и 1.4. приведены графики, показывающие изме­нение интенсивности излучения пламени на различных расстояниях от него.

Рис. 1. 3 Рис. 1. 4.

Рис. 1. 3. Зависимость интенсивности излучения пламени от рас­стояния при горении штабелей древесины различной высоты: 1- h = 5 м; 2 - h =6м; 3-h =8м;4-h = 10 м; 5 - h = 12 м

Рис.1.4. Зависимость интенсивности излучения пламени от рас­стояния до резервуара с горящей жидкостью, где D - …. резервуара. Зная допустимые или предельные значения интенсивности из­лучения, можно найти расстояния, обеспечивающие безопасную работу пожарной техники и личного состава подразделений.

Зона задымления. Зоной задымления называется часть про­странства, примыкающая к зоне горения и заполненная дымовы­ми газами в концентрациях, создающих угрозу жизни и здо­ровью людей или затрудняющих действия пожарных подразделе­ний.

Зона задымления может частично включать в себя зону го­рения и всю или часть зоны теплового воздействия. Как пра­вило, зона задымления — самая большая часть пространства на пожаре. Это объясняется тем, что дым представляет собой аэрозоль (смесь воздуха с газообразными продуктами полного и непол­ного горения и мелкодисперсной твердой и жидкой фазой), по­этому он легко вовлекается в движение даже слабыми конвек­тивными потоками, а при наличии мощных конвективных потоков, которые наблюдаются на пожарах, дым разносится на значитель­ные расстояния.

Дым определяется как совокупность газообразных продуктов горения органических материалов, в которых рассеяны небольшие твердые и жидкие частицы. Это определение шире, чем большинство распространенных определений дыма.

Сочетание сильной задымленности и токсичности представляет наибольшую угрозу тем, кто находится в здании, охваченном пожаром. Статистические данные позволяют сделать вывод о том, что более 50% всех смертельных исходов при пожарах можно отнести за счет того, что люди находились в среде, заполненной дымом и токсичными газами.

Экспериментальным путем установлена зависимость видимости от плотности дыма, например, если предметы при освещении их групповым фонарем с лампочкой в 21 Вт видны на расстоянии до 3м (содержание твердых частичек углерода 1,5г/м³ )-дым оптически плотный; до 6м (0,6-1,5г/ м³ твердых частичек углерода) - дым средней плотности; до 12м (0,1-0,6г/ м³ твердых частичек углерода) - дым оптически слабый. За небольшими исключениями, дым образуется на всех пожарах. Дым уменьшает видимость, тем самым он может задержать эвакуацию людей, находящихся в помещении, что может привести к воздействию на них продуктов сгорания, причем в течение недопустимо длительного периода времени. При этих обстоятельствах люди могут быть поражены вредными составляющими дыма, даже находясь в мес­тах, удаленных от очага пожара. Влияние пониженного содержания кислорода и вдыхаемых, горячих газов становится весьма значительными лишь поблизости от пожара.

Традиционно дым, состоящий из микрочастиц, рассматривается отдельно от газообразных продуктов сгорания, хотя ясно, что методически поступать таким образом неправомерно.

Дым, состоящий из мелкодисперсных частиц, образуется в результа­те неполного сгорания. Он образуется как при беспламенном, так и при пламенном горении, хотя характер частиц и формы их образования весь­ма различны. Дым при тлении аналогичен тому, который получается, когда любой углеродсодержащий материал нагревается до температур, вызывающих химическое разложение и эволюцию летучих продуктов горения. Фракции с большим молекулярным весом конден­сируются по мере их перемешивания с холодным воздухом, что приво­дит к образованию тумана, состоящего из мельчайших капель смолы и высококипящих жидкостей. Эти капли стремятся в условиях спокойной среды слипаться, образуя мелкие частицы со средним диаметром, порядка одного микрона, и осаждаются на поверхностях, образуя маслянистый остаток.

По своему характеру дым при пламенном сгорании материалов от­личается от дыма при тлении. Он состоит почти целиком из твердых частиц. В то время, как небольшая часть этих частиц может быть образо­вана при выходе из твердого материала в условиях воздействия на этот материал мощного теплового потока, большая часть частиц образуется в газовой фазе в результате неполного сгорания и высокотемпературных реакций пиролиза при низких концентрациях кислорода. Следует заметить, что дым, состоящий из твердых частиц, может также образоваться, если исходным горючим материалом является газ или жидкость.

В условиях полного сгорания горючее превращается в устойчивые газообразные вещества, но это достигается при пламенном диффузионном горении нечасто, если вообще когда-либо имеет место. При типичном пожаре перемешивание происходит за счет турбу­лентных восходящих потоков, в которых наблюдаются значительные перепады концентраций. В областях с низкой концентрацией кислорода некоторая часть летучих продуктов может участвовать в ряде реакций пиролиза. В результате этих реакций образуются ряд высоко­молекулярных соединений, таких, как полициклические ароматические углеводородные соединения и полиацетилены, которые являются очагом сажи внутри пламени. Именно присутствие в пламени сажи придает диффузионному пламени его желтоватое све­чение. Эти мельчайшие частицы (10-100 нм в диаметре) могут подвергаться окислению внутри пламени, но при недоста­точно высоких температурах и концентрации кислорода они стремятся увеличиться и спекаться, образуя, таким образом, более крупные части­цы, которые покидают области высокой температуры пламени в виде дыма.

Важнейшую роль в этом процессе играет химический состав горю­чего, послужившего основой дымообразования. Небольшое число чистых горючих веществ горит несветящимся пламенем и не образует дым. Другие горючие вещества, при идентичных условиях, образуют значительные выходы частиц дыма в зависимости от их химического состава.

Горючие вещества насыщенные кислородом такие, как этиловый спирт и ацетон, образуют при сгорании меньше дыма, чем углеводородные соединения, из которых они образуются. Таким образом, в условиях свободного горения насыщенные кислородом горючие вещества, такие, как древесина и полиметилметакрилат, образуют существенно меньше дыма, чем угле­водородные полимеры, такие, как полиэтилен и полистирол. Из пары последних полимеров полистирол производит при горении намного больше дыма, так как летучие вещества, возникающие при распаде это­го полимерного соединения, состоят в основном из стирола и его олигомеров, которые по природе являются ароматическими соединениями.

Особое значение зона задымления и изменение ее параметров во времени имеет на внутренних пожарах, при пожарах в зданиях и помещениях.

На открытых пожарах дым, как правило, поднимается выше зоны действия людей и редко оказывает большое влияние на выполнение тактико-технических действий. Положение зоны задымления, зависит в основном от размеров площади пожара и метеорологических условий.

Силы, обеспечивающие движение дыма внутри здания, создаются за счет следующих факторов: а) выталкивающей силы, возникающей из-за разностей внутренней и внешней температур окружающей среды; б) вы­талкивающей силы, обусловленной самим пожаром; в) влияния внеш­него ветра и движения воздуха; г) системой регулирования воздуха внутри помещения.

Рассмотрим эти факторы:

а. Перепад давления, обусловленный естественными выталкивающими силами. Наряду с естественными выталкивающими силами, кото­рые создаются самим пожаром, в высоких зданиях необходимо счи­таться с эффектом «дымовой трубы».

Пока температура дыма будет выше температуры окружающего воздуха, дым будет подниматься. Энергия, необходимая для движения восходящих потоков, создается пожаром. Эти потоки и будут доминирующими в движении дыма вблизи от пожара.

В высоких зданиях, содержащих вертикальные пространства (лестничные клетки, шахты лифтов и т.д.), перепады внутренней и наружной температур вызовут перепады давления, обусловленные выталкивающей силой, что известно как эффект «дымовой трубы». Если температура внутри здания распределена равномерно и будет выше температуры внешней (температуры окружающей среды), тогда возникнет естественный подсос воздуха самыми нижними слоями и выталкивание самых верхних слоев.

Рис. 1. 5. Иллюстрация эффекта «дымовой трубы»,

сопровождаемого циркуляционными по­токами

(т₀-внешняя температура, Т_i- внутренняя температура)

а - Т₀ <. Т_i; б Т₀-> Т_i

В реальных зданиях, конечно, имеется множество небольших щелей утечки воздуха в конструкциях окон и дверей, даже когда они закрыты. Эти небольшие щели образуют как бы распределенные по зданию проемы. Над нейтральной плоскостью воздух (или дым) будет стремиться выйти наружу из воображаемой шахты, в то время как ниже этой плоскости образуется втекающий поток, который в свою очередь создает восходящее движение внутри шахты (рис.1.5.а). Но, если внешняя температура выше температуры внутри здания, как будет в случае оснащенных кондиционерами зданиях в странах с жарким климатом, тогда возникнет проти­воположная ситуация (рис.1.5.б). Воздух будет стремиться на дно таких шахт и в случае возникновения пожара, исходное направление дыма может оказаться противоположным по сравнению с тем, что предлагалось.

Значение эффекта «дымовой трубы» состоит в том, что благодаря его влиянию может возникнуть весьма мощное движение относительно холодного дыма вокруг здания повышенной этажности, причем этим движением задымленный воздух забрасывается в такие области, в ко­торых появление дыма и не предполагалось (рис.1.6.). Пожар в нижней части здания повышенной этажности может вызвать весьма быструю задымленность в верхних этажах здания.

б. Давление, непосредственно формируемое пожаром. Пожар в помещении приводит к повышению температур, что в свою очередь создает выталкивающие силы, приводящие к вытеснению раскаленных газов, образующихся при пожаре, через верхнюю часть всякого вентиляцион­ного проема или через другие подходящие пути утечки газовоздушной смеси.

Перепад давлений в данном случае относительно незначительный, но он может усилить утечку дыма в другие части здания при прочих благоприятных для развития пожара условиях.

в. Перепады давления, обусловленные ветром. Естественный ветер может вызвать перераспределение давления вокруг оболочки здания, которое будет в состоянии повлиять на движение дыма в здании. Рас­пределение внешнего давления зависит от многочисленных факторов, включая скорость и направление ветра, высоту и геометрию здания.

Рис. 1. 6. Влияние эффекта «дымовой трубы» на движение дыма в здании повышенной этажности (Т_; > Т₀) - Ниже нейтральной плоскости сущест­вует тенденция вовлечения задым­ленного воздуха в центральный ствол, в то время как выше этой плоскости образуется вытекающий поток (сравни рис.1.5.а)

Вклад этих факторов может оказаться вполне достаточным, чтобы резко ослабить действие прочих сил (как естественных, так и искусственных), которые оказывают влияние на движение дыма. Вообще говоря, обдув здания ветром приведет к высоким значениям давления на наветренной стороне и может вызвать движение воздуха внутри здания в направлении подветренной стороны, где давление ниже.

На распределение давления на поверхности здания сильное влияние оказывают непосредственное примыкание соседних зданий и геометрия самого здания. Общераспространенным случаем является изолирован­ное одноэтажное сооружение, например торговый центр, связанный с многоэтажной башней — административным корпусом. Картина распределения ветра вокруг здания такой особой геометрии может быть исключительно сложной и распределение давления на по­верхности крыши торгового центра будет резко меняться при измене­нии скорости и направления ветра. Таким образом, в то время как есть возможность защитить одноэтажную часть торгового центра от задымления во время пожара, целиком полагаясь на естественную вентиляцию через дымовые люки в крыше, размещение и выбор типа конструкции люков должны быть основаны на распределении давления, которое следует ожидать на крыше торгового центра. Если при неко­торых скоростях и направлениях ветра существует вероятность воз­никновения относительно высокого давления поблизости от дымового люка, то в таком случае применение естественной вентиляции не будет являться надежным методом удаления дыма из торгового центра.

г. Перепады давления, вызванные системами приточно-вытяжной вентиляции. Многие современные здания оснащены системами приточно-вытяжной вентиляции для обогрева, вентиляции и кондиционирования воздуха (ОВКВ). При неработающих вентиляторах система воздушных каналов может действовать как система каналов, через которые будет удаляться дым под влиянием сил, рассмотренных выше, включая, в частности, силы, обусловленные эффектом «дымовой трубы» в многоэтаж­ных зданиях. Но, с другой стороны, указанное выше обстоятельство может способствовать распространению дыма по всему зданию, причем этот эффект может проявиться еще сильнее, если система будет функци­онировать, когда вспыхнет пожар. Можно избежать такой ситуации пу­тем автоматического отключения системы при срабатывании дымовых пожарных извещателей, в случае, если возникнет пожар в той части здания, которая оснащена системой ОВКВ. Возможно и альтернативное решение проблемы за счет другого уровня совершенст­ва системы. Речь идет о том, что систему ОВКВ можно спроектировать таким образом, чтобы она регулировала отвод дыма из зданий, в то же время обес­печивала защиту других помещений и мест, где возможно появление людей, за счет дистанционного управления отсечными клапанами. При таком подходе требуется, чтобы имелось устройство, обеспечивающее обратный приток воздуха внутри системы, и существовала бы проду­манная система надзора и эксплуатации.

Во время ранних этапов закрытого пожара, когда горение носит местный характер, продукты сгорания будут постепенно раз­бавляться по мере их подъема в восходящем факеле до того, как он будет деформирован потолком. Раскаленный дым будет затем растекать­ся в горизонтальном направлении в виде припотолочной струи до тех пор, пока дым не найдет какую-либо щель или отверстие, через кото­рое он мог бы продолжать свое движение вверх или, что более вероят­ней, до тех пор, пока он не встретится с вертикальной преградой, такой как стена, которая будет препятствовать дальнейшему движению и вы­зовет разворот слоя дыма и его утолщение, ограниченное потолком и стенами помещения. Скорость нарастания толщины слоя дыма частично будет зависеть от скорости горения, но, главным об­разом, от объема воздуха, который поступает в факел пожара.

Обычно при вынужденной эвакуации все двери по направлению движения людей остаются открытыми. В результате продукты сгорания и дым беспрепятст­венно поступают в лестничную клетку, шахты лифтов, лифтовые холлы, вестибюли и другие помещения.

При наличии самозакрывающихся дверей с доводчиками и плотными притворами, выход дыма из коридора, в пределах которого возник пожар, может быть значительно ограничен. Однако и в этом случае, при больших потоках эвакуируемых, двери остаются длительное время открытыми именно в то время, когда продукты сгорания и дым наиболее интенсивно заполняют коридоры, эвакуационные пути и выходы.

Задымления лестничных клеток, шахт лифтов и вестибюлей можно предотвратить введением в действие системы противодымной защиты, обеспечивающей незадымляемость путей эвакуации. Даже при открытых проемах, площадь равных давлений (нейтральная зона) перемещается в сторону этих проемов, и верхние этажи интенсивно задымляются.

Менее опасная обстановка создается при свободном развитии пожара в замкнутом объеме, при закрытых оконных и дверных проемах до вскрытия остекления и перехода в открытую форму. Тем не менее, при возникновении пожара в нижней зоне здания, задымляются все этажи лестничной клетки, а при длительном развитии пожара дым начинает проникать в межквартирные коридоры и квартиры.

Здание считается незадымляемым, если во всех помещениях, за исключением очага пожара, во время пожара значения его опасных факторов не достигают предельно допустимых, а в межквартирном коридоре этажа, на котором возник пожар, имеется зона, через которую можно эвакуировать людей без специальных средств защиты. Противодымная защита обеспечивает:

-подпор воздуха в защищаемом от дыма и токсичных продуктов сгорания объеме (лестничной клетке, шахте лифта);

-удаление дыма из коридора этажа, на котором возник пожар;

-приток воздуха из защищаемого объема с избыточным давлением в нижнюю зону коридора этажа, на котором возник пожар.

Незадымляемость горизонтальных путей эвакуации (нижней части коридора) достигается расслоением нагретых продуктов сгорания, которые поднимаются вверх, и поступающего холодного воздуха, занимающего пространство над плоскостью пола высотой слоя около 1,2 м.

Процесс развития пожара при работающей системе противодымной защиты состоит из двух периодов. В I периоде в результате работы системы дымоудаления пожар в горящем помещении развивается так же, как и в замкнутом объеме, а во II периоде после того, как давление в зоне горения становится положительным, он протекает по законам открытых пожаров, но вследствие удаления продуктов сгорания отличается от них.

Система дымоудаления (вытяжка из коридора и подпор в лестничную клетку) при закрытой двери в тамбур-шлюз обеспечивают незадымляемость лестничной клетки. При открывании двери из тамбур-шлюза в коридор, дыма в тамбур-шлюз и лестничную клетку попадает немного, даже при открытом остеклении. До вскрытия остекления происходит опрокидывание тяги в системе естественной вентиляции из-за разрежения, создаваемого системой дымоудаления из коридора, что является положительным фактором, т.к. исключается задымление верхних этажей до вскрытия оконного остекления.