2. Причины пожаров

Назовем условия, при которых исключается возможность возникновения пожаров, условиями пожарной безопасности при этом:

1) отсутствует один из компонентов, необходимый для возникновения горения;

2) соотношение горючего вещества и кислорода недостаточно для образования горючей системы;

3) тепловой источник недостаточен для воспламенения горючей среды;

4) время действия теплового источника недостаточно для воспламенения горючей системы.

Из нарушения условий безопасности вытекают возможные причины пожаров. Однако причин пожаров значительно больше, чем условий безопасности. Для нарушения любого из условий безопасности возможно несколько причин. Так, например, если в производственных условиях горючая среда находится в закрытых аппаратах, то причин ее утечки в помещение и образования горючей системы может быть несколько: механическое повреждение аппаратуры; повреждение аппаратуры в результате химического, воздействия; аварии и др.

В свою очередь можно назвать много механических и химических воздействий, которые так или иначе могут вызвать повреждение аппаратуры. Аналогичным образом можно назвать Несколько тепловых источников, для проявления каждого из которых существует несколько причин. Так, например, тепловые источники могут быть подразделены на:

открытое пламя (пламя топок печей, пламя зажженной спички или сигары, пламя вольтовой дуги, искры и т. п.);

теплоту проявления механической энергии;

теплоту проявления электрической энергии;

теплоту проявления химической энергии.

Как известно, существует ряд причин проявления теплоты электрической энергии, как, например, короткое замыкание, перегрузка, переходные сопротивления и т, п. Итак, для каждого теплового источника существует несколько причин их проявления.

Эти примеры показывают, что на новостройке, в быту, в общественных зданиях, на производстве возможно много причин нарушения условий безопасности, т. е. много причин пожаров.

Предупреждение пожаров, как видно, связано с соблюдением условий безопасности при проектировании, строительстве и эксплуатации объектов народного хозяйства.

3. Распространение пожаров

Различают два вида распространения пожара: линейное и объемное.

Под линейным распространением пожара подразумевается перемещение пламени по поверхности горючих веществ в данном направлении и в данной плоскости. Например, перемещение пламени по поверхности горючей жидкости, по перегородке и т. п.

Под объемным распространением пожара подразумевается возникновение новых очагов пожара на известном расстоянии от первоначального и в других плоскостях.

Рассмотрим каждый вид распространения пожара.

Линейное распространение пожара связано с изменением площади поверхности горения, именуемой площадью пожара. Перемещение пламени по поверхности горючих веществ объясняется следующим образом. Горение, возникнув в одном месте (очаге горения), связано с выделением тепла. Это тепло передается поверхностям горючих веществ, непосредственно примыкающим к очагу горения и расположенным на известном расстоянии от него. Как только эти поверхности нагреваются до температуры самовоспламенения или воспламенения, произойдет их возгорание и соответствующее перемещение пламени.

Форма поверхности горения может быть самой разнообразной в зависимости от скорости и направления распространения пламени от очага горения. Если горение распространяется с одинаковой скоростью во всех направлениях, то поверхность горения может быть описана окружностью и распространение пожара в этом случае называется круговым. Соответственно в зависимости от формы геометрической фигуры, описывающей поверхность горения, различают угловое, эллипсоидальное и одностороннее распространение пожара.

В жилых, общественных и производственных зданиях пожар может распространяться по сгораемой обстановке помещений, твердым горючим веществам, разлившейся жидкости, по внутренним и наружным поверхностям сгораемых конструкций, по сгораемым отделочным и облицовочным материалам, по карнизам, заборам и другим конструктивным элементам зданий. Кроме этого, распространение пожара возможно по пустотам конструктивных элементов и по коммуникациям, предназначенным для транспортировки твердых, жидких и газообразных веществ.

Основными параметрами пожара при линейном распространении являются его линейная скорость и площадь.

Средняя линейная скорость распространения пламени выразится формулой

(19.1)

где — расстояние от очага горения в момент времени,

—расстояние от очага горения в момент времени

Средняя скорость развития площади пожара будет

(19.2)

гдеи — соответственно площади поверхности горения в момент времени и .

Истинное значение скорости будет представлять собой первую производную длины участка пути, пройденной пламенем по времени.

Приведем для иллюстрации некоторые данные о средней линейной скорости распространения пожара. При пожарах, например, где возможно горение жидкости, =30 м/мин. За одну минуту в этом случае огнем может быть охвачена площадь в несколько тысяч квадратных метров. Для тушения такого пожара требуются значительные силы и средства. Скорость распространения огня по штабелям пиломатериалов равна 4 м/мин, по пустотам деревянных конструкций — до 2 м/мин, а по деревянным покрытиям и сгораемым твердым веществам — до 1 м/мин.

При объемном распространении пожара его скорости существенно увеличиваются

Основной причиной объемного распространения пожара является передача тепла излучением, конвекцией и теплопроводностью. По мере увеличения очага пожара до известных значений помещение заполняется нагретыми продуктами гонения, которые сами излучают тепло и, перемещаясь, отдают его окружающим предметам, конструкциям и оборудованию. Кроме продуктов горения, источником излучения энергии является факел пламени. При этом продукты горения и лучистая энергия, распространяя по помещению, отдают тепло на значительном расстоянии от первоначального очага горения. Опытным путем установлено, что скорости перемещения продуктов горения на пожарах как по вертикали, так и по горизонтали достигает 30 м/мин и более. Скорость распространения пламени по предварительно подогретым веществам значительно превышает линейную. Установлено, например, что огонь по обычному паркетному полу распространяется очень медленно. Однако почти мгновенное воспламенение паркета происходит через несколько секунд после воспламенения сгораемого потолка вследствие интенсивного излучения на пол.

Если рассматривать помещение, в котором ограждающие конструкции облицованы сгораемыми материалами, то их воспламенение возможно в момент, когда температура в этом помещении станет равной при пожаре температуре самовоспламенения облицовочных материалов. При этом возможен одновременный охват огнем значительных площадей.

При нагревании значительных поверхностей горючих веществ возможно выделение продуктов разложения в таких количествах, что для их сгорания будет недостаточно воздуха. В этом случае будут образовываться продукты неполного горения. Продукты разложения горючих веществ, а также продукты неполного горения могут давать взрывы, что зачастую имеет место на пожарах.

Рассмотренная схема объемного распространения пожара показывает, с какой быстротой могут быть охвачены огнем значительные площади. Положение усугубляется тем, что пожар может распространяться за пределы помещений и зданий, в которых он возник.

Продукты горения в результате теплового расширения, а также на основании законов аэрации начинают перемещаться через различные проемы и отверстия в смежные помещения.

Установлено, что около 50% выделяющегося на пожаре тепла уносится с продуктами горения. Это тепло, попадая в смежные помещения, вызывает новые очаги горения.

Процесс объемного распространения пожара усиливается при наличии пустот в конструкциях вентиляционных систем, систем пневмотранспорта, а тем более коммуникаций для транспортировки паро- и газовоздушных смесей. В этом случае пламя или продукты горения могут по этим системам или пустотам преодолевать расстояния со скоростью 10—15 м/сек и вызывать новые очаги горения.

Огонь распространяется не только через проемы и отверстия внутри помещений, но и через оконные проемы.

При достижении в помещении известной температуры (около 100°) начинается разрушение остекления оконных проемов. В связи с разрушением стекол существенно изменяется газообмен на пожаре. Оконные проемы начинают работать на приток свежего воздуха и вытяжку продуктов горения. Одна треть проема по высоте работает на приток, а две трети — на вытяжку. Продукты горения и пламя устремляются вверх по наружной поверхности стен и могут вызвать загорание оконных переплетов вышележащих этажей, карнизов, сгораемых козырьков, навесов и т. п. При известном направлении ветра продукты горения и пламя могут получить горизонтальное направление с соответствующим распространением по наружным стенам.

Особенно интенсивно распространяются продукты горения по коммуникационным помещениям в жилых и общественных зданиях, лестничным клеткам и шахтам лифтов. В одном из опытов, проведенных в 12-этажном здании, дым преодолел расстояние с 1-го этажа до 12-го за одну минуту.

Не исключается возможность появления отверстий и проемов при пожаре вследствие деформации конструкций и их разрушения. Это обстоятельство особенно существенно в связи с применением сборных железобетонных конструкций и других каркасных зданий. Приведем в этой связи несколько примеров.

При применении навесных панелей как в наружных, так и внутренних стенах возможна при пожаре их деформация. При этом образуются щели, через которые возможно проникновение продуктов горения как по вертикали, так и по горизонтали.

Кроме этого, при деформации каркаса и панелей возможна разгерметизация стыков и других узлов сопряжения каркасных стен с образованием трещин и щелей, через которые возможно проникновение в смежные помещения продуктов горения.

В одном из складов, выполненном из несгораемых конструкций и разделенном на секции противопожарными стенами, возник пожар. При пожаре одна из конструкций покрытия в результате обрушения упала на паровую трубу, проходившую через противопожарную стену. В результате этого в противопожарной стене в месте прохода паровой трубы образовалась щель, что и послужило причиной распространения пожара.

Через противопожарную стену, разделявшую два смежных цеха машиностроительного завода, проходила газовая труба на значительной высоте. При пожаре газовая труба деформировалась. Началась утечка газа в смежное с очагом пожара помещение. Вслед за этим произошла вспышка газа, что привело к распространению пожара. Несколько работников пожарной охраны, находившиеся в помещении, получили серьезные ожоги.

Зачастую огонь проникает через стены в результате образования щелей у мест заделки конструкций.

Отмечены случаи распространения пожара через железобетонные перекрытия у мест заделки различных проемов, образовавшихся при производстве строительных работ. Так, зачастую при укладке целого числа панелей перекрытий неполностью перекрывается помещение, а иногда образуются монтажные проемы или просто щели за счет местных проломов и разрушений панелей. Эти проемы зачастую закладывают досками и оштукатуривают. При пожаре места небрежной заделки проемов проявляют себя и служат причиной распространения пожара.

Большие проемы получаются в результате обрушения конструкций. Так, например, при наличии перекрытий по открытым металлическим конструкциям их обрушение возможно через несколько минуте начала возникновения пожара, в результате чего возможно его дальнейшее распространение.

Приведенные примеры показывают, что при устройстве противопожарных преград и других преграждающих конструкций очень важно продумать рациональные решения, ограничивающие распространение пожара через проемы, отверстия и щели. Иногда затрачиваются большие средства на устройство преград, однако отсутствие необходимой защиты отверстий в них сводит к нулю роль этих преград.

Следующая причина объемного распространения пожара — прогрев различного рода строительных конструкций. В результате прогрева ограждающих конструкций до определенной температуры возможно возникновение пожара в смежных помещениях. В этой связи следует отметить, что прикосновение к несгораемым конструкциям различных сгораемых материалов опасно. В производственных условиях это может быть органическая пыль, стеллажи или штабели со сгораемыми материалами или другие вещества. Сами строительные конструкции выполняются в ряде случаев с утеплителями различного рода и акустическими прослойками.

В настоящее время эти прослойки выполняют из синтетических сгораемых веществ. Продукты разложения этих веществ токсичны. Будучи расположенными, на перекрытиях, покрытиях или в стенах при воздействии высоких температур, эти материалы разлагаются, плавятся и воспламеняются, вызывая новые очаги пожара, как в нижележащих, так и вышележащих этажах. Это говорит о том, что комбинация сгораемых и несгораемых веществ в противопожарных преградах недопустима.

В одном из жилых домов, построенных из панелей инж. Лагутенко, возник пожар. К прибытию пожарных частей (по-видимому, в пределах 30 мин от начала возникновения пожара) панель перекрытия нагрелась настолько, что в вышележащем этаже началось разложение и воспламенение пола, выполненного из релина.

Причиной распространения пожара за счет теплопроводности является также прогрев паропроводов, металлических конструкций и других элементов, соединяющих смежные помещения, что также должно учитываться при проектировании преград.

Таким образом, отсутствие достаточной защиты проемов и отверстий, а также прогрев конструкций могут привести к распространению пожара в смежные помещения как по горизонтали, так и по вертикали.

При свободном горении или если несвоевременно приняты меры к тушению пожара отдельные очаги горения, возникшие в помещениях, развиваются, охватывают значительные площади, а затем объединяются между собой. Площадь пожара в этом случае настолько велика, что требует сосредоточения значительных сил и средств

пожаротушения, которыми не каждый гарнизон пожарной охраны может располагать.

Распространение пожара на соседние здания или сооружения возможно за счет излучения пламени горящего здания, конвекционных потоков продуктов горения, переброса на значительные расстояния горящих конструктивных элементов (головни) и несгоревших частиц (искры). Известны случаи, когда головни перебрасывало на расстояния свыше 200 м.

На современных химических предприятиях при хранении горючих и легковоспламеняющихся жидкостей в резервуарах возможны вскипания и выбросы, способствующие распространению пожара на значительные расстояния. Под вскипанием понимается переход в пар большого количества мелких капелек воды, находящейся в нефтепродукте, и связанное с этим образование на поверхности жидкости пены, которая может переливаться через борт резервуара, распространяя горение на соседние с резервуаром объекты. Под выбросом понимается мгновенный переход в пар воды, находящейся на дне резервуара, образование повышенного давления и, как следствие этого, — выбрасывание горящей жидкости из резервуара.

К вскипанию способны все нефтепродукты, имеющие воду и прогревающиеся в процессе горения выше 100°. К выбросу способу ны главным образом темные нефтепродукты — нефть, содержащая 3,8% влаги, и мазут, содержащий до 0,6% влаги.

Необходимыми условиями для выброса являются наличие на дне резервуара водяной подушки, прогрев всей массы нефтепродукта до границы раздела его с водой до t = 100°. При выбросах накрывается горящим нефтепродуктом площадь в несколько га. Одной из причин распространения пожара на значительные расстояния является разлет осколков химической аппаратуры и оборудования при взрывах. Опыт пожара показывает, что при взрывах аппаратуры разлетаются осколки весом от нескольких килограммов до нескольких тонн на расстояния до нескольких километров. Эти осколки, попадая в емкости или аппараты с горючими жидкостями, пробивают их в нескольких местах. При этом жидкость из сосудов вытекает с образованием паро- или газовоздушных смесей. Есть основание полагать, что осколки, пробивая стенки сосудов, нагревают их до температуры самовоспламенения, способствуя воспламенению вылившейся жидкости и возникновению новых очагов пожара. В ряде случаев разлившаяся жидкость загорается от действия лучистой теплоты. При отсутствии преград жидкость может разливаться, охватывая значительные площади, по которым будет распространяться пламя. При этом отдельные очаги пожара объединяются, образуя огненный смерч.

Производственная аппаратура связана различного рода коммуникациями и содержит сжиженные газы и легковоспламеняющиеся жидкости, поэтому при распространении пожара возникают взрывы.

Такие пожары являются опустошительными, сопровождаются гибелью людей и колоссальным ущербом для народного хозяйства.

Отсутствие достаточной культуры на производстве, загрязнение территории горючими жидкостями, пренебрежение требованиями пожарной безопасности в части генеральной планировки и предупреждения пожаров на предприятиях химической промышленности приводят зачастую к крупным пожарам.

Причиной распространения пожара между зданиями и сооружениями на предприятиях химической промышленности являются аварии, сопровождающиеся утечкой паров легковоспламеняющихся или горючих жидкостей, а также газов. При утечке создается облако с взрывоопасной смесью, перемещающейся в определенном направлении (чаще по направлению ветра). Такое взрывоопасное облако может заполнить значительные пространства и может взорваться при наличии незначительного теплового импульса. При этом могут возникнуть общие и местные взрывы, вызывая разрушения и пожары.

Как видно, пространственное распространение пожара представляет собой весьма сложное явление. Ограничение распространения пожаров между зданиями достигается проектированием и устройством противопожарных преград противопожарных разрывов, рядом конструктивно-планировочных решений зданий, а также своевременным введением достаточных сил и средств пожаротушения.

4. ПРОТИВОПОЖАРНАЯ ЗАЩИТА

Борьба с пожарами ведется по различным направлениям. Главным направлением является предупреждение пожаров. Советская пожарная охрана совместно с инженерно-технической общественностью работают над тем, чтобы предотвратить пожары полностью. Однако в силу различных причин пожары все же продолжают иметь место. Поэтому вторым направлением борьбы с пожарами является ограничение их размеров и ликвидация. Это направление обеспечивается профилактическими решениями конструктивно-планировочного характера и внедрением различного рода автоматических, стационарных и привозных систем тушения пожара.

Последнее направление по счету, но первое по значимости — это обеспечение безопасной эвакуации людей на случай аварии или пожара.

Эти направления проводятся в жизнь при проектировании, строительстве и эксплуатации объектов народного хозяйства. Особенно велика роль инженера-строителя в осуществлении второго и третьего направлений борьбы с пожарами.

Проведение в жизнь системы решений, обеспечивающих безопасность объектов народного хозяйства, связано с большой организаторской работой пожарной охраны и общественности страны.

Систему технических и организационных решений, направленных на предупреждение пожаров, ограничение их распространения, обеспечение успешного пожаротушения и условий для безопасной эвакуации людей принято именовать противопожарной защитой.

Содержание противопожарной защиты зависит от назначения объекта и его состава. В соответствии с этим различают противопожарную защиту жилых, общественных и производственных зданий, противопожарную защиту сел, городов и областей.

Противопожарная защита города в целом включает в себя направления борьбы с пожарами, свойственные отдельным объектам, однако они решаются в масштабе района, города или области. Это можно иллюстрировать следующими примерами.

Если застройка города ведется из несгораемых конструкций, то этим самым исключается один из компонентов (горючая система), необходимых для возникновения пожара в масштабе города. Далее, если в городе проектируются районные системы отопления вместо местных, то этим исключаются сотни и тысячи тепловых источников, которые могли бы служить одной из причин возникновения пожара. От генеральной планировки города во многом зависит ограничение распространения пожара между зданиями, кварталами и районами в целом. Дислокация пожарных команд в городе, их вооружение и боеспособность, обеспеченность водоснабжением и дорогами, организация пожарной охраны города в целом обеспечивают не только предупреждение пожара, но и успешную борьбу с ним в случае возникновения.

В Советском Союзе противопожарная защита впервые организована в масштабе государства в целом.

Классическим примером организации противопожарной защиты страны является Декрет, подписанный В. И. Лениным в апреле 1918 г. «О государственных мерах борьбы с огнем».

Противопожарная защита может носить специальный и комплексный характер и имеет свои специфические особенности применительно к отраслям народного хозяйства. О специальном характере противопожарной защиты говорят тогда, когда рассматривается одно из направлений борьбы с пожарами, например рассматриваются вопросы, касающиеся только предупреждения пожаров или только обеспечения безопасной эвакуации людей. Противопожарная защита носит специальный характер и в том случае, когда она относится к отдельным элементам объекта: строительной, технологической, энергетической, санитарно-технической и т. п.

Специализация в области противопожарной защиты нашла свое отражение в специальных монографиях и пособиях, касающихся пожарной безопасности в строительном деле, отопления и вентиляции, технологических процессов и т. п.

Общий, или комплексный, характер противопожарная защита носит в том случае, когда она относится ко всем элементам объекта и содержит решения по борьбе с пожаром по всем направлениям. В таком плане можно, например, рассматривать противопожарную защиту зрелищных предприятий, химических предприятий, детских и школьных учреждений, предприятий целлюлозно-бумажной промышленности и т. п.

Комплексное решение проблемы противопожарной защиты отдельных объектов, а тем более населенных мест, районов и областей представляет собой довольно сложную задачу, для разрешения которой требуется участие специалистов самых разнообразных квалификаций.