Автор: Таубкин С.И.
Теги: несчастные случаи риски опасность профилактика несчастных случаев индивидуальные средства защиты безопасность пожарная безопасность безопасность жизнедеятельности пожар
ISBN: 5-901140-02-8
Год: 1999
Текст
С.И. Таубкин
ПОЖАР И ВЗРЫВ,
ОСОБЕННОСТИ ИХ
ЭКСПЕРТИЗЫ
Москва, 1999
УДК 614.841.242+614.841.2.001.2
Таубкии С.И.
Пожар и взрыв, особенности их экспертизы. - М., 1999. - 600 с.
ISBN 5-901140-02-8
РЕЦЕНЗЕНТЫ:
д.т.н., проф. Смелков Г.И.
д.т.н., проф. Шебеко Ю.Н.
Кручков В.Я.
В книге обобщены данные об особенностях возникновения, развития и последствиях
пожара и взоыва. зависящих от свойств веществ и материалов, источников загорания и других
видов импульса, условий протекания процесса. На их основе устанавливаются направленность
и продолжительность его развития, температурные условия, выявляются характерные признаки
первичного очага горения и эпицентра взрыва.
Приводятся экспериментальные, практические и расчетные данные, помогающие
экспертизе.
Рассматриваются и обсуждаются на конкретных примерах необходимые компоненты
(методические, организационные, судебио-техннческие) исследования пожара и взрыва с целью
установления причины, сопутствующих факторов и обстоятельств, нарушений правил
безопасности, разработки профилактических мероприятий.
Анализируются и обсуждаются признаки поджога, структура данных, необходимых для
установления мотивов, способов и конструкций специальных устройств его совершения.
Рассматривается структура данных, необходимых для выявления причины пожара и
взрыва Приводятся методические рекомендации по сбору этих данных на месте происшествия.
Книга предназначается для инженерно-технических, работников пожарной охраны,
работников предприятий и институтов, привлекаемых к выполнению экспертиз или
работающих в этой области, организаций, ведающих надзором за безопасностью, страховых
компаний, прокурорско-следственных работников н судей.
Книга представляет интерес для проектировщиков, разработчиков технологических
процессов, эксплуатационников, поскольку приводимые в ней данные могут быть
использованы для решения вопросов, связанных с профилактикой пожаров и взрывов.
УДК 614.841.242 + 614.841.2.001.2
ISBN 5-901140-02-8
©Таубкин С.И.. 1999
© Оформление. ВНИИПО. 1999
Оглавление
Введение..................................................... 7
1. Пожар. Характерные особенности возникновения н развития... 12
1.1. Условия, характеризующие и определяющие
процесс возникновения пожара.............................. 12
1.2. Причина и источники загорания........................ 17
1.2.1. Работы, связанные с переходом механической
энергии в теплоту......................................... 25
1.2.1.1. Нагрев и искры от трения и удара................. 25
1.2.1.2. Нагрев при механической обработке твердых
материалов................................................ 39
1.2.1.3. Возможность нагрева при растрескивании металла...... 41
1.2.1.4. Нагрев газа при его быстром сжатии
(компримировании)......................................... 42
1.2.1.5. Нагрев газа торможением его потока............... 46
1.2.1.6. Нагрев газа в результате термоакустического эффекта. 47
1.2.1.7. Возможность нагрева газа при дросселировании..... 49
1.2.2. Работы, связанные с переходом химической энергии
в теплоту................................................. 50
1.2.2.1. Искры и пламя, образующиеся при горении
веществ и материалов в системах........................... 51
1.2.2.2. Самовозгорание веществ и материалов.............. 63
1.2.2.3. Курение, действие открытого огня и нагретой
поверхности............................................... 65
1.2.3. Работы, связанные с переходом электрической
энергии в теплоту......................................... 77
1.2.3.1. Короткое замыкание.................................. 78
1.2.3.2. Перегрузки в проводниках......................... 94
1.2.3.3. Большие переходные сопротивления. Искрящие элементы... 100
1.2.3.4. Тепловое воздействие электронагревательных
элементов.................................................103
1.2.3.5. Статическое и атмосферное электричество..........107
1.2.4. Работы, связанные с переходом лучистой энергии
в теплоту.................................................113
1.3. Параметры пожарной опасности веществ и материалов.......114
1.3.1. Параметры пожарной опасности твердых веществ
и материалов..............................................117
3
1.3.1.1. Температурные параметры пожарной опасности.......117
1.3.1.2. Склонность к возгоранию и самовозгоранию.........121
1.3.2. Параметры пожарной опасности жидкостей,
газов и аэровзвесей.......................................128
1.3.2.1. Температурные параметры пожарной опасности.......130
'1.3.2.2. Склонность к возгоранию и самовозгоранию........139
1.3.2.3. Скорость выгорания...............................144
1.3.2.4. Характер взаимодействия горящего вещества
со средствами тушения.....................................147
1.3.2.5. Концентрационные пределы воспламенения
(верхний и нижний)........................................148
1.3.2.6. Минимальное взрывоопасное содержание
кислорода (МВСК)..........................................153
1.3.2.7. Минимальная энергия зажигания....................154
1.3.2.8. Параметры давления взрыва........................154
1.3.2.9. Категория взрывоопасной смеси....................155
1.4. Особенности возникновения и развития пожара.
Характерные признаки......................................156
1.4.1. Особенности возникновения пожара...................156
1.4.2. Особенности развития пожара........................178
1.4.2.1. Периоды развития пожара..........................179
1.4.2.2. Скорость горения пожарной нагрузки -
определяющий фактор в развитии пожара.....................181
1.4.2.3. Особенности развития пожара, характеризуемые
состоянием и поведением материалов и конструктивных
элементов в этом процессе..................................187
1.4.2.4. Влияние развития пожара на организм человека......209
1.4.3. Признаки первичного очага загорания.................213
1.4.4. Дополнительные данные для исследования условий
развития пожара...........................................226
2. Некоторые опытные, практические и расчетные
данные, связанные с возникновением пожаров................242
2.1. Пожары, связанные с превращением химической
энергии в тепловую........................................242
2.1.1. Источник пожара - химическое самовозгорание........242
2.1.2. Источник пожара - тепловое самовозгорание..........246
2.1.3. Источник пожара - микробиологическое самовозгорание.250
2.1.4. Источник пожара - возгорание.......................251
2.2. Пожары, связанные с превращением механической
энергии в тепловую........................................258
4
2.3. Пожары, связанные с превращением электрической
энергии в тепловую........................................262
2.4. Использование данных о пожарной нагрузке, в качестве
ориентировочных, при расследовании пожара..................277
2.5. Ориентировочный расчет продолжительности развития
пожара от момента возникновения до его обнаружения по дыму.279
3. Взрыв. Характерные особенности возникновения
и развития.................................................281
3.1. Особенности химического взрыва........................284
3.1.1. Дефлаграция (вспышка), взрыв и детонация
в перемешанных газо-паровоздушных смесях..................287
3.1.2. Горение и взрыв в не перемешанных
(горючее-окислитель) системах.............................296
3.1.2.1. Образование и горение факелов....................296
3.1.2.2. Условия взрыва пара-газового облака, загоревшегося
в диффузионном или дефлаграционном режиме, и аэровзвесей...308
3.1.3. Конденсированные взрывчатые вещества (ВВ)..........313
3.2. Особенности физического взрыва.......................317
3.3. Параметры взрыва и его последствия...................319
3.3.1. Фугасное действие воздушной ударной волны..........321
3.3.2. Осколочное действие взрыва.........................345
3.3.3. Тепловое действие взрыва...........................349
4. Некоторые опытные, практические н расчетные данные,
связанные с возникновением взрывов........................357
4.1. Источник взрыва - химическое самовозгорание..........357
4.2. Источник взрыва - тепловое самовозгорание............377
4.3. Источник взрыва - микробиологическое
самовозгорание............................................379
4.4. Источник взрыва - возгорание.........................380
4.5. Некоторые опыты и расчеты............................426
5. Судебно-техническая экспертиза пожара н взрыва........438
6. Особенности исследования пожара н взрыва..............445
6.1. Исследование обстоятельств происшествия..............446
6.1.1. Осмотр места пожара и взрыва.......................446
6.1.1.1. Отбор вещественных доказательств и фиксация
результатов исследования места происшествия...............469
6.1.2. Выявление обстановки, предшествовавшей
и сопутствовавшей пожару и взрыву.........................486
6.1.3. Дополнительные экспертные исследования.............495
5
6.1.4. Изучение материалов дела и следственные
эксперименты.............................................546
6.2. Выдвижение и обсуждение версий. Установление причины
пожара и взрыва и сопутствующих факторов и обстоятельств..550
6.3. Разработка профилактических рекомендаций при экспертизе
пожаров и взрывов........................................566
7. Заключение по экспертизе..............................573
Приложения:
1. Свойства бензина и его паров............574
2. Некоторые данные о составе и свойствах
природного газа............................575
3. Таблица способов обнаружения и фиксации
признаков аварийных режимов в электросети..576
4. Протокол осмотра места пожара и взрыва...579
5. Вопросы, подлежащие выяснению при
исследовании пожаров на железнодорожном
транспорте..................................580
6. Заключение по результатам экспертизы
пожара и взрыва на объекте..................585
б
Введение
Ускорение научно-технического прогресса, связанное с освоением
новых процессов производства, увеличением его объемов и интенсифика-
цией, вовлечение в сферу производства возрастающего количества горю-
чих веществ и материалов, влияние негативных сторон человеческого фак-
тора (недооценка вопросов пожаровзрывоопасности, административные
правонарушения и преступления) способствуют росту пожаров и взрывов,
приносящих огромный материальный ущерб и человеческие жертвы.
За десять лет (1981-1990 гт.) количество пожаров в СССР возросло
более чем в два раза, ущерб от них - почти в четыре раза, гибель людей
более чем на 200 человек*’. Согласно тем же данным каждый день в стра-
не в 1990 г. возникало в среднем около 1300 пожаров, ущерб достигал 2 млн
рублей, погибало 30 человек, травмировалось 560 человек, уничтожалось
180 строений, 20 единиц техники, погибало 190 голов скота. К этому сле-
дует добавить не учитываемые в общих годовых показателях данные о
пожарах в лесах (25345 пожаров с материальных ущербом 35,9 млн руб-
лей), на транспортных средствах и в подземных сооружениях, на объек-
тах Министерства обороны (1250 пожаров с ущербом 17,8 млн рублей)**’.
Данные Всемирного центра пожарной статистики (WFSC) для 12
стран Европы за период 1970-1975 гг. показали, что общие потери и зат-
раты, связанные только с пожарами, составили 1% от валового внутрен-
него продукта. Прямой ущерб от пожаров составил 30% этой суммы. Сде-
лан вывод, что представленные в распоряжение ученых данные о стоимо-
сти пожаров сильно занижены и не отражают реальной угрозы, которую
они представляют для общества [1].
Статистика ФРГ показала, что каждые 11 минут в стране происхо-
дит пожар, т. е. 5 пожаров в час, 80 пожаров в течение рабочего дня. Ущерб
от пожаров за 1986 г. превысил 4 млрд марок ФРГ. Косвенный ущерб от
пожаров (незарегистрированные пожары, неоплаченные счета по страхов-
кам, оплата больничных листов, простаивание оборудования на предпри-
ятии после пожара, загрязнение окружающей среды и т. д.) составил
40 млрд марок ФРГ в год [2J.
В сфере промышленности ФРГ происходил ежедневно, в среднем,
один взрыв с убытками более 50 тыс. марок [3]. Там же, начиная с 1980 г.
до 1987 г., зарегистрировано только случаев взрывов пыли - 426 [4].
В США за последние 10 лет в сфере переработки зерна ежегодно проис-
ходило в среднем более 29 взрывов пылей с трагическими последствиями
*’ Микеев А.К. Пожар - социальные, экономические, экологические
проблемы. М: Ассоциация “Пожнаука”, 1994.
**’ По данным за 1997 год в России произошло около 300 тыс. пожаров,
при которых погибло 13,8 тыс. чел., уничтожено более 70 тыс. строений, потери
от пожаров оцениваются в размере 23 трлн руб. (отред.).
7
и огромными материальными убытками. При 22 взрывах в 1985 г. 4 чел.
погибли и 2 получили ранения, общая сумма материальных убытков со-
ставила более 6,5 млн долл. [5].
Для успешной борьбы с пожарами и взрывами требуется всемер-
ное совершенствование профилактической работы. Одним из важнейших
ее элементов является расследование этих происшествий. При квалифи-
цированном и тщательном его проведении создается возможность выя-
вить объективные причины пожара и взрыва и виновных лиц, а также су-
ществующиешаиболее острые недостатки профилактической работы, под-
лежащие быстрейшему устранению.
Следует однако, отметить, что задачи расследования пожаров и
взрывов содержат большие трудности и являются одними из сложнейших
среди инженерно-технических экспертиз. Это обуславливается особенно-
стями возникновения и развития процессов горения и взрыва, их зависи-
мостью от многих физико-химических факторов, химической необрати-
мостью процессов, способностью самоуничтожения следов их возникно-
вения. Неслучайно поэтому примерно 45% случаев пожаров, по данным
статистики отдельных стран [6,7], не имеют установленной причины. Тре-
буется весьма высокая квалификация следователя и эксперта для успеш-
ной работы в специфической области, связанной с расследованием пожа-
ров и взрывов.
Удовлетворение повышенных требований к указанной категории
лиц возможно лишь путем постоянной целенаправленной работы по уст-
ранению имеющихся недостатков в их подготовке. Это обстоятельство
послужило основанием к созданию, например, в Англии специальных кур-
сов для углубленной проработки соответствующих вопросов [8],
Существенную помощь в такой работе может оказать также выпуск
специальной литературы, описывающей теорию и практику экспертизы
пожара и взрыва [9]. ,
Накоплен большой опыт в их расследовании. Знания накаплива-
лись в ходе проведения многочисленных экспертиз и благодаря тому, что
возникающие вопросы решались с помощью различных методов. Иногда
это решение начиналось с догадок; иногда строились модели для матема-
тических исследований и затем полученные с помощью этой модели ре-
зультаты проверялись экспериментально; иногда просто собирались фак-
тические данные и проводилась сложная аналитическая работа с исполь-
зованием имеющейся информации, законов, гипотез, логических умоза-
ключений, прибегая к экспериментальной проверке лишь от случая к слу-
чаю.
Накопленный опыт, однако, недостаточно критически обобщен и
систематизирован, особенно в области взрывных процессов.
8
Отмечается недостаточность информации, необходимой для про-
ведения экспертизы пожара, по следующим направлениям
исследования [10]:
1. Самовозгорание веществ и материалов,
2. Признаки очага пожара и методика его нахождения,
3. Причастность загораний электроустановок к пожарам,
4. Методы исследования вещественных доказательств,
5. Источники загорания,
6. Методы расчетного обоснования причин пожара,
7. Методы осмотра места пожара,
8. Порядок привлечения экспертов и нх участие в следственной ра-
боте.
В работе над книгой уделялось всемерное внимание устранению
имеющихся недостатков. Обобщение знаний, представляющих обширную
систему понятий, основанное на фактическом материале исследований,
позволило пополнить сведения о по'жарах и взрывах, систематизировать
и аналитически рассмотреть имеющиеся данные.
Исходя из отмеченных выше трудностей экспертизы пожаров и
взрывов и в целях их преодоления, во главу угла расследования происше-
ствий положена модель, основанная на необходимости знания особенно-
стей возникновения и развития пожара и взрыва, зависящих от физико-
химических свойств (параметров пожаровзрывоопасности) веществ и ма-
териалов, источников, послуживших причиной их возникновения, усло-
вий развития процессов горения и взрыва и связанных с ними последствий.
Приводимый в связи с этим в книге подробный разбор существа
общих параметров пожаровзрывоопасности веществ и материалов обус-
ловлен необходимостью разъяснить их особенности, не учитываемые под-
час на практике и приводящие к неправильным выводам. Использование
указанной модели дало основу для логических суждений и позволило уде-
лить более целенаправленное внимание исследованию следов происше-
ствия, выявить и конкретизировать характерные признаки первичного
места возникновения горения и взрыва, направленность и продолжитель-
ность этих процессов, существовавшие температурные условия.
Рассматриваемые в книге и обсуждаемые на конкретных примерах
необходимые компоненты (методические, организационные и в меньшей
степени судебно-технические’’) исследования пожара и взрыва логически
связаны и основываются на указанном выше материале. Они направлены
*’ В связи с лучшей отработанностью юридических вопросов экспертизы в
разделе “судебно-техническая экспертиза" освещаются лишь ее процессуальные
основы, характеризующие существо экспертизы, главные виды работы, права и
обязанности эксперта.
9
главным образом на оказание научно-технической помощи эксперту в ус-
тановлении причины, сопутствующих происшествию фактов и обстоя-
тельств, нарушений правил безопасности и разработку профилактических
мероприятий. Этой цели и ориентиром служат также приводимые в книге
отдельные экспериментальные, практические и расчетные данные, исполь-
зование которых по аналогии и с учетом имеющихся отличий может по-
мочь в качестве доказательств в экспертном исследовании. Нахождение
аналога из практики имевших место пожаров и взрывов помогает в рас-
следовании разбираемого конкретного случая, наводя путем сопоставле-
ния фактов на более правильный поиск причины происшествия. В связи с
этим приводимые в книге примеры и опытные данные, служащие этой
цели, не носят случайный характер, хотя и не представляют всего разно-
образия причин пожаров и взрывов.
Надо, однако, принимать во внимание тот факт, что приводимые в
книге конкретные показатели носят относительный характер и должны в
большинстве случаев рассматриваться, в связи с зависимостью процессов
пожара и взрыва от многих факторов, как ориентировочные.
Эти данные должны критически оцениваться и возможно уточнять-
ся применительно к конкретным условиям происшествия аналитическим
или экспериментальным путем.
Большую роль в расследовании пожаров и взрывов играет осмотр
места происшествия от степени его своевременности и грамотности зави-
сят трудности и успех экспертного исследования. Учет этого обстоятель-
ства определил содержание раздела книги, затрагивающего вопросы ос-
мотра и позволяющего следователю - первому лицу, прибывающему на
место происшествия, со знанием дела организовать следствие.
Руководствуясь излагаемыми общими научными принципами сле-
дователь и эксперт получают возможность более целенаправленно соби-
рать факты, их обобщать и анализировать.
Поскольку установление причины пожара и взрыва имеет тем боль-
ше шансов на успех, чем оно раньше начинается, необходимо знакомство
с особенностями экспертизы также руководителей тушения пожара и ава-
рийных бригад. Наличие у них четкого представления по этому вопросу
позволяет получить важные для расследования данные уже в периоды ту-
шения пожара и вынужденных аварийных работ.
Указанные принципы должны также облегчить нахождение опти-
мальной версии о причине происшествия при их выдвижении и обсужде-
нии в перекрестном процессе исследований и рассуждений, охватываю-
щих разные точки зрения.
Широкая область знаний, затрагиваемая при экспертизе пожара и
взрыва, при ограниченности объема книги не позволили осветить в ней с
достаточной полнотой все необходимые для проработки вопросы. Это
обстоятельство, например, вынудило дать описание лишь существа неко-
торых методик, необходимых в исследовании; по некоторым другим -
10
приведены ссылки на специальную литературу. Приводимый в книге об-
ширный список литературы, при ее использовании, должен помогать экс-
перту в более глубокой проработке возникающих вопросов. Этому также
может служить дополнительная справочная литература, ссылки на кото-
рую приведены в [11, 12, 13], и компьютерная база библиографических
данных по пожарно-техническим исследованиям [14]. В ней описана элек-
тронная картотека (Firedoc) литературных данных, собранных в инфор-
мационном фонде пожарно-технических исследований (CFR) при Нацио-
нальном бюро стандартов США. Картотека содержит полные библиогра-
фические описания (включая ключевые слова и реферат) свыше 25 тысяч
отчетов по НИР, трудов конференций, книг и журнальных статей, собран-
ных в информационном фонде CFR в виде супермикрокарт. Картотека
оформлена в виде компьютерной базы данных с указанием способа ее ис-
пользования.
В заключение выражаю глубокую признательность и благодарность
моему сыну Таубкину Игорю Соломоновичу за неоценимую творческую
и техническую помощь при написании книги. Разделы книги: 1; 3.1.2.1;
4.1 п. 5; 4.4 п. 12; 5; 6.1.1; 6.1.2; 6.1.4; 6.2 и 6.3 написаны нами совместно.
Автор отмечает весьма значительную помощь в подготовке книги
к изданию, оказанную положительным рассмотрением ее плана Фурсо-
вым А.И. и Артемьевым Н С. (МИПБ МВД России), рукописи книги Круч-
ковым В.Я., д. т. н. Смелковым Г.И. и д. т. н. Шебеко Ю Н. (ВНИИПО
МВД России), непосредственным участием в ее технической подготовке к
изданию д. т. н. Мешалкина Е.А., других сотрудников ВНИИПО МВД
России: Воробьевой Т.Н., Ромашкина А Н., Спириной Ж.В.,
Иванченко О.К., Царегородцевой Р.Н., Петушиной Е.А.,
Колпаковой И М.. Кузнецовой В.К. Выражаю также благодарность Юр-
ченко Д.И. за поддержку и понимание необходимости данного издания.
Переводная (в систему СИ) таблица некоторых других единиц
измерений, встречающихся в книге
кгс/см2 = 98.067 кПа
кгс/мм2 = 9806,65 кПа
атм = 1,0133 бар = 101,3 кПа
мм.рт.ст. =133,32 Па
фунт/кв.дюйм =. 0,069 бар =6.9 кПа
фут =0,305 м
кгс.м = 9.807 Дж.
кал. = 4,187 Дж.
ккал = 4,187 кДж.
Примечание: При измерениях, точность которых не превышает 0,2%, силу
в 1 кг (кгс) можно принимать равной весу массы в 1 кг [206].
11
1. Пожар. Характерные особенности возникновения и
развития.
Под пожаром понимается неконтролируемой горение *>, развиваю-
щееся во времени и пространстве [15].
Пожар возникает только в результате возгорания или самовозго-
рания отдельных веществ и материалов (рис. 1.1). За счет их свойств рас-
пространять горение по поверхности и в объеме этот процесс может пе-
рейти в стадию развившегося огня, характеризуемую как пожар, или само-
локализоваться в стадии загорания. ">
1.1. Условия, характеризующие и определяющие процесс
возникновения пожара
Основным условием возникновения процесса горения является обя-
зательное присутствие в системе: горючего вещества, окислителя и источ-
ника загорания'"’ (импульса реакции). Наиболее распространен процесс
горения с участием окислителя-кислорода воздуха. К этому процессу от-
носятся также химические реакции, проходящие и в отсутствии воздуха
(разложение взрывчатых веществ, озона, пероксидов, взаимодействие не-
которых металлов с галоидами, серой и др.)
На рис. I. I приведена схема, составленная по типу дерева событий,
систематизирующая представления об условиях, характеризующих и оп-
ределяющих процесс возникновения пожара.
Из схемы наглядно видно, что этот процесс характеризуют: выде-
ление тепла, света, дыма и запаха.
При отсутствии главного характеризующего фактора - выделения
тепла и связанного с ним нагрева и разложения горючих веществ и мате-
риалов возможность возникновения пожара полностью исключается. От-
сутствие запаха и дыма не всегда позволяет сделать аналогичный вывод.
Горение, например, водорода не сопровождается специфическим запахом
и дымом. Последние также могут своевременно не обнаруживаться из-за
поглощения, например, некоторыми волокнистыми материалами.
’’ Под горением понимают физико-химический процесс, в основе которого
лежат прогрессивно самоускоряющиеся химические реакции, связанные с
выделением тепла и света.
Под пожаром в отличие от загорания, понимается горение, приносящее
материальный ущерб.
Под источником загорания понимается любой импульс, способный
вызвать процесс возгорания или самовозгорания вещества. Под источником
зажигания понимается только импульс, воздействующий извне на вещество и
вызывающий его возгорание.
12
j Окислитель |
| Экзотермическая хим, реакция |
Самовозгорание |
| Возгорание|^/^и
Условия, способствующие
процессу (температура, масса,
физическое состояние вещества)
Самонагревание |
Вещество, склонное
к тепловому
самовозгоранию при
| Тепловое |
| Химическое
и
Микробиологическое |
[ Реагент
Вещество, склон-
ное к химическому
самовозгоранию
Веществово,
склонное к
микробиологи-
ческому самовоз-
горанию
[ Пламя
Источник
зажигания
.... =-| Окислитель |
Горючее вещество |
или
Превращение
электрической
энергии в теплоту
Нагретые поверхно-
сти или газы t tCB
Превращение
механической
энергии в теплоту
Изменение
состояния *
газов
Короткое
замыкание
Удар [•
I Горение I
Электросварка |-
Нагрев СВЧ |-
Искрение [•
Перегрев электро-
оборудования
Разряд статического
и атмосферного
электричестве
Превращение
химической
энергии е теплоту
Превращение
лучистой энергии
е теплоту
Действие
солнечной
энергии
Действие
ядерной
энергии
Действие
лазерного
луча
Рис. УЛ. Схема условий возникновения пожара и его основных
источников:
t - температура нагрева; tCB - температура самовозгорания;
tCH - температура самонагревания
13
Экзотермическая химическая реакция, обязательно предваряющая
пожар и создающая указанные характерные условия его проявления, воз-
никает при протекании двух основных, определяющих пожар, процессов:
возгорания и самовозгорания.
Как видно из схемы (рис. 1.1) для процесса возгорания требуется
действующий извне на горючее вещество или материал источник зажи-
гания и окислитель.
Источником зажигания могут служить многочисленные работы,
связанные с превращением различных видов энергий (механической, элек-
трической, химической, лучистой) в тепловую (см. раздел 1.2). Последняя
проявляется в своем действии на горючее вещество в виде пламени, искр,
нагретых поверхностей или газов, имеющих температуру выше темпера-
туры его самовозгорания (fj ( см. раздел 1.3.1.1).
Процесс самовозгорания (см. разделы 1.2.2.2; 1.3.1.2; 1.3.2.2) мо-
жет возникнуть под влиянием трех импульсов реакции (источников за-
горания): химического, теплового и микробиологического. Действие этих
импульсов проявляется, как видно из схемы, лишь при наличии веществ,
склонных, соответственно, к химическому, тепловому, микробиологичес-
кому самовозгоранию и условий (температура, масса и физическое со-
стояние вещества), способствующих этому процессу.
Различия между указанными процессами самовозгорания заклю-
чаются в особенностях воздействующего импульса. В случае химическо-
го самовозгорания импульс возникает как результат склонности веще-
ства к химическому взаимодействию с определенным реагентом, приво-
дящему к самоускоряющейся экзотермической реакции в его массе, раз-
мер и плотность которой должны обеспечивать необходимую теплоизо-
ляцию процесса самонагревания. Величина импульса определяется в пер-
вую очередь реакционной особенностью горючего вещества и реагента.
Процесс самонагревания, во всех случаях предваряющий самовоз-
горание, может возникать в результате следующих реакций [16]:
1) экзотермической гидратации. Здесь может иметь место как ад-
сорбция так и химическое превращение вещества. Например: реакция
воды с сильными основаниями (НаОН, КОН, СаО), щелочными метал-
лами, а также с минеральными кислотами. Куски негашеной извести мо-
гут встреться в грубо размолотых доменных и мартеновских шлаках и
удобрениях с высоким содержанием СаО.
Взаимодействие СаО с водой сопровождается значительным вы-
делением тепла, приводящим к загоранию древесины:
СаО+ НгО= CatOHf, + 62,8 кДж/моль.
14
При адсорбции воды измельченным гидратом оксида кадия (КОН)
наблюдается довольно близкий тепловой эффект (55,7 кДж/моль [18]).
2) гидролитического разложения термодинамически нестабильных
соединений. При воздействии на некоторые вещества капельно-жидкой
влаги ( или в условиях влажного воздуха) образуются, в результате ак-
тивных экзотермических реакций, различные соединения или их смеси,
последующие превращения которых приводят к возгораниям и взрывам.
К таким соединениям относятся, например, фосфиды (часто применяют-
ся для уничтожения кротов и полевых мышей), которые при взаимодей-
ствии с водой образуют РНУ (фосфин) и Р2Н,; силициды, образующие
соединения типа Si„ Н2,.,г; карбиды, которые выделяют ацетилен, причем
в техническом продукте, наряду с ацетиленом, выделяются самовоспла-
меняющиеся фосфины; гранулят алюминия, часто применяемый с NaOH
как средство для очистки сточных вод (при реакции с водой выделяет во-
дород).
3) разложения экзотермичных соединений. Разложение, например,
ацетилена в баллоне в отсутствии кислорода на водород и углерод с вы-
делением значительного количества тепла происходит при повышенных
температуре и давлении и приводит к взрыву и сгоранию указанных про-
дуктов реакции на воздухе. Это разложение может начаться после обрат-
ного удара пламени горелки, при нагревании от окружающих горящих
предметов и в случае горения ацетилена в баллонном вентиле или редук-
торе [17]. Весьма опасным веществом является треххлористый азот, раз-
ложение которого с сильным взрывом происходит даже при легком со-
трясении. Протекание соответствующей реакции по уравнению:
2 .VC/, -> N2 + ЗС/2 +460 кДж. наблюдается и при соприкосновении со
многими органическими веществами, которые могут загораться, а также
при нагревании до 93 °C [18].
4) окисления горючих веществ под влиянием окислителей (переки-
си, хроматы, хлораты, перхлораты, нитраты и др.). Сравнительно часты,
например, случаи самовоз! орания упаковочной древесной стружки при
попадании на нее крепкой азотной кислоты из стеклянных бутылей.
Имеются вещества, способные непосредственно соединяться с мо-
лекулярным кислородом воздуха с выделением тепла. Например, белый
фосфор в тонко размельченном состоянии при контакте с воздухом ком-
натной температуры вспыхивает ярким пламенем.
Свойством непосредственного присоединения молекулярного кис-
лорода с выделением большого количества тепла обладают также “высы-
хающие масла”, представляющие глицериды ненасыщенных жирных кис-
75
лот <^8 - Gz Ускорителем этой реакции служат соли тяжелых металлов.
Способность к самоокислению с выделением теплоты зависит от количе-
ства двойных связей и их положения в молекуле указанных веществ. Со-
пряженные двойные связи обусловливают большие реакционную способ-
ность вещества и склонность его к самонагреванию. Для обнаружения это-
го свойства веществ применяются специальные методики [19]. Данные об
этих свойствах приведены, например, в справочниках [20] и [21].
5. полимеризации. Примеры см. в разделе 3.1.
В случае теплового самовозгорания импульсом служит непосред-
ственный нагрев вещества до критических температур, лежащих ниже тем-
пературы его самовозгорания (см. раздел 1.3.1.1). Эти температуры вы-
зывают в веществе самоускоряющиеся экзотермические реакции, приво-
дящие к горению.
При микробиологическом самовозгорании импульсом является теп-
ловая энергия, выделяющаяся в результате жизнедеятельности термофиль-
ных микроорганизмов, использующих горючее вещество как питательную
среду.
Возможность самовозгорания веществ зависит от скорости проте-
кания реакции, количества выделяемой при этом теплоты, характера ок-
ружающей среды и ее влияния на реакцию. Примеры особенностей заго-
раний и пожаров, возникающих в результате самовозгорания, приведены
в разделе 2.
Расследование причин пожара и взрыва может быть существенно
облегчено если знать особенности, позволяющие различать процессы воз-
горания и самовозгорания веществ и материалов, являющиеся основны-
ми при возникновении горения. Установление на месте происшествия от-
сутствия, например, условий для самовозгорания веществ и материалов
создает возможность значительно сократить объем потребных данных,
подлежащих углубленному анализу.
Принципиальные различия между указанными процессами сводятся
к следующему [22]:
Для процесса возгорания:
1. Решающим фактором является величина теплового импульса (ис-
точника зажигания), воздействующего на материал, и измеряемая в пер-
вую очередь его температурой. Она должна быть выше температуры са-
мовозгорания вещества, причем начальное его горение возникает только
в месте непосредственного действия импульса.
2. Более высокие температуры создаются обычно на внешних гра-
ницах материала с тенденцией распространения горения внутрь его мас-
сы.
16
3. Индукционный период'1 исчисляется секундами или минутами.
Для процесса самовозгорания:
1. Основное значение имеют условия концентрации тепла в массе
материала, благоприятствующие возникновению процесса самонагрева-
ния. Место возникновения горения в этом случае может и не совпадать с
местом действия импульса. Горение начинается в веществе или материа-
ле только там, где процесс самонагревания обеспечивает за счет лучшей
теплоизоляции повышение температуры до определенной критической ее
точки (температура самовозгорания вещества).
2. Распространение температуры в массе материала в период под-
готовки его к горению происходит в обратном порядке по сравнению с
процессом возгорания.
Этим объясняется, что подверженные самовозгоранию материалы
при своевременном обнаружении характеризуются сохранностью струк-
туры наружной части массы и сравнительно небольшими изменениями
внешнего вида. Во внутренней их части происходит обугливание веще-
ства или его сгорание до пепла.
3. Индукционный период исчисляется часами, днями и даже меся-
цами.
1.2. Причина и источники загорания
Разнообразие возможных источников загорания, вызывающих по-
жары и взрывы, важность их выявления в процессе расследования опре-
деляют необходимость более детального рассмотрения особенностей воз-
никновения этих источников.
Понимая под ПРИЧИНОЙ пожара и взрыва явление, обусловив-
шее возникновение другого явления, можно считать ИСТОЧНИКОМ
ЗАГОРАНИЯ импульс, вызвавший последний процесс в цепи зависимых
явлений, приведший непосредственно к горению веществ и материалов.
Очевидно, что любой импульс может стать источником загорания,
если он способен вызвать в горючем веществе самоускоряющийся про-
цесс его нагрева до критической температуры, при которой этот процесс
проявляется характерными признаками горения.
Опасность соответствующего нагрева горючего вещества содержит-
ся в любой интенсивной работе, преобразуемой в теплоту.
*’ Под индукционным периодом понимается продолжительность
подготовительной стадии, при которой в материале протекают процессы,
завершающиеся возгоранием или самовозгоранием.
17
Согласно первому закону термодинамики участвующие в преобра-
зовании количества работы (L) и теплоты (Q) эквивалентны между собой:
Q=~L di)
где: — - тепловой эквивалент единицы работы (при измерении ра-
боты и теплоты в разных единицах. А =427 кгс м/ккал - механический эк-
вивалент единицы количества теплоты).
В соответствии с приведенным выше определением источниками
загорания могут явиться импульсы, обусловившие опасные процессы при
возникновении работ, связанных с переходом в теплоту механической,
химической, электрической и лучистой энергий. В определенных услови-
ях выделяемая теплота может привести к нагреванию и загоранию горю-
чего материала, причем его нагрев осуществляется (раздельно или совме-
стно) тремя способами:
I) теплопроводностью (кондукцией) - при непосредственном сопри-
косновении материала с источником тепла;
2) радиацией - при воздействии лучистого тепла от источника на-
грева;
3) конвекцией - при передаче тепла материалу посредством возду-
ха или иного газа, находящегося в движении.
Методы расчета нагрева материалов указанными способами при-
водятся в многочисленной литературе и в частности в [23].
Возникающие при перечисленных работах, приводящих к загора-
нию веществ и материалов, основные виды тепловых импульсов: пламя,
искра и нагретая поверхность (см. рис. 1.1) индуцируют дальнейшее рас-
пространение процесса горения.
ПЛАМЯ представляет собой светящуюся газовую оболочку, в ко-
торой происходит экзотермическая реакция газообразных продуктов раз-
ложения материала с окислителем. Пламя может возникнуть при горении
веществ, находящихся в любом агрегатном состоянии. Для газообразных
систем весь процесс горения протекает в пламени, поэтому понятия “го-
рение” и “пламя" часто используют как синонимы. При горении конден-
сированных систем часть физико-химических превращений (нагревание,
плавление, испарение, разложение, взаимодействие реагентов) может про-
исходить вне пламени, - непосредственно в исходном образце и на его
поверхности. Пламенное горение веществ и материалов обусловливается
тем, что они выделяют горючие газы в количествах, соответствующих кон-
центрационному пределу воспламенения (см. раздел 1.3).
18
Пламя или его часть характеризуется видимым излучением, хотя
известны и прозрачные пламена. Образующееся светящееся пламя излу-
чает довольно большое количество энергии, что играет важную роль в
распространении огня. Представление о силе излучения светящегося пла-
мени дают цифры, полученные, например, для пламени ацетилена. В аце-
тилене 28,2% всего тепла излучается светящимся пламенем и 6,9% - не-
светящимся. В сильно обедненных горючим смесях около 10% теплоты
сгорания теряется вследствие излучения, а при стехиометрическом соста-
ве этих смесей - 18% [24]. Экспериментально установлено, что в пламени
СО около одной четверти общей выделяемой химической энергии расхо-
дуется на излучение в окружающую среду [25]. Доля радиационной состав-
ляющей напалма достигает 30-40% от общего тепловыделения [24]. При
горении бензина в больших резервуарах на излучение расходуется до 40%
теплоты, выделяющейся в процессе горения.
Пламя, свечение которого обусловлено наличием частиц углерода,
является наиболее общим типом светящегося пламени. Оно возникает при
горении, например, углеводородов и других многих органических веществ
и материалов.
Присутствие частиц сажи в пламени повышает теплоотдачу, поэто-
му чем больше сажи в пламени, тем ниже его средняя температура. Несве-
тящееся пламя, образующееся при горении метанола, имеет среднюю тем-
пературу 1200 °C, а светящиеся пламена керосина и бензола, соответствен-
но, 990 °C и 921 °C [26]. Свечение пламен, может быть обусловлено и на-
личием в них других твердых веществ. Так, например, при горении ме-
таллов, таких как магний, пламя получается светящимся вследствие об-
разования твердых окислов [27].
Пламена газовых смесей по способу их приготовления до горения
различаются как предварительно перемешанные (кинетические) и диффу-
зионные. К числу пламен предварительно перемешанных газов относят-
ся, например, пламя бунзеновской горелки, газовой плиты, сварочных
горелок и др. Диффузионное горение, в отличие от горения заранее пере-
мешанных смесей, возникает в том случае, когда окислитель и горючее
пространственно разделены и химическая реакция между ними происхо-
дит только после их смешения в результате молекулярной или турбулент-
ной диффузии. При диффузионном горении углеводородосодержащих
топлив, их пламя характеризуется образованием продуктов неполного
сгорания, в частности сажи. Поскольку частицы сажи обусловливают силь-
ное свечение пламени, диффузионные пламена использовались в старину
для освещения. Типичным примером диффузионного пламени является
пламя свечи или керосиновой осветительной лампы, пламя, возникающее
при горении дров или каменного угля.
19
1 орение свечи является также примером процессов горения плавя-
щихся материалов, которым пламя дает тепло, достаточное для их плав-
ления, испарения и разложения. Распределение температур в пламени све-
чи, полученное с помощью термопар, показано на рис. 2.1 [28]. По дан-
ным работы [29] стеариновая свеча имеет минимальную температуру пла-
мени 940 °C, а парафиновая - 1400°С. В нижней части пламени свечи лег-
ко различима темная (несветящаяся) зона, в которой пары вещества, со-
ставляющего свечу, начинают разлагаться. В верхней внутренней части
пламени видна ярко светящаяся зона, в которой происходит окончатель-
ное расщепление газообразных простейших углеводородов с обильным
выделением светящихся твердых частичек углерода. Наружная оболочка
пламени является зоной основной реакции горения.
Рис. 2.1. Распределение температур в пламени свечи
I - свеча: II - фитиль; Ш - темная зона; IV - зона С и CH; V - зона
свечения; VI - зона основной реакции
20
Пламена, возникающие при горении распыленного топлива, также
являются примером диффузионных пламен, широко используемых в про-
мышленных печах и различных двигателях.
Горение и пламена обычных полимерных материалов рассматри-
вают как диффузионные по признаку смешения горючего и окислителя в
реакционной зоне. Однако могут быть реализованы так называемые сме-
шанные или предварительно перемешанные пламена полимеросодержа-
щих систем [30]. В таких пламенах диффузия реагентов не является опре-
деляющим фактором. Примером полимеросодержащих систем, образую-
щих предварительно перемешанные пламена, являются системы, приме-
няемые в качестве ракетных топлив и взрывчатых веществ. В этом случае
окислитель и горючий реагент входят в состав одной макромолекулы (бал-
листитные топлива или ВВ типа нитроцеллюлозы) или предварительно
перемешанные (смесевые ракетные топлива). Преобладание диффузион-
ного или кинетического режима горения в пламенах подобных полиме-
росодержащих систем зависит от природы смесевого топлива, соотноше-
ния горючего и окислителя, дисперсности компонентов и условий их го-
рения [31]. По характеру движения потоков окислителя и горючего раз-
личают ламинарные и турбулентные пламена.
В свободно восходящей конвективной струе продуктов сгорания
критерий Рейнольдса (Re) возрастает с увеличением расстояния от повер-
хности горючего материала и на некоторой высоте происходит срыв ла-
минарного потока и переход его в турбулентный. Критическое значение
критерия Рейнольдса составляет 150, что примерно в 10 раз меньше обычно
принятого критического значения [24]. Турбулизация является следстви-
ем развития естественной конвекции. Взаимодействие поднимающихся в
поле силы тяжести нагретых газов с окружающей средой усиливает эф-
фект турбулизации. Чем больше очаг горения, тем сильнее наблюдается
возмущение. Нарушение ламинарной структуры (появление искривлений,
пульсаций) пламени, например, парафина, уротропина, гексазадекалина
(С^Цг N6) и феррацена наблюдалось уже при диаметре пламени 23-32 мм.
Появление пульсаций в пламени окиси углерода, переход от ламинарно-
го к турбулентному режиму замечены при Re=21 и диаметре горелки
4 мм [30]. В турбулентных пламенах горение идет более интенсивно по
сравнению с горением в ламинарных диффузионных пламенах. Поэтому
излучательная способность турбулентных пламени будет ниже (теплопо-
тери за счет излучения =20%), что обусловлено меньшим выходом угле-
родистых частиц.
Максимальные температуры пламени, достигаемые в различных
источниках нагрева, показаны в таблице 1.1 [23].
21
Таблица 1.1
Максимальные температуры пламени различных источников
нагрева
Источник нагрева Максимальная температура, °C
Горелка: спиртовая 1000-1200
газовая 1600-1850
паяльная (газовая) 2200
водородно-кислородное пламя 2800
ацетилено-кислородное пламя 2500-3500
электрическая дуга >3000
дуговая плазменная горелка 15000 и выше
В таблице 2.1 приведены данные по максимальным температурам
пламени различных веществ, достигаемым в процессе горения. Разница в
экспериментально найденных и расчетных значениях максимальной тем-
пературы пламени, приведенных в таблице, обусловлена неполным сго-
ранием горючего и потерями тепла в окружающую среду.
Таблица 2.1.
Температура (максимальная) пламен веществ [24; 32]
Агрегатное состояние, вещество Содержа- ние вещест- ва в газовой смеси, % об. Температура, °C Характеристика
измер. расчет.
Газ
1. Водород 31,6 2050 2050 Газовоздушная смесь
78,0 2660 Газокислородная смесь
2. Монооксид углерода (угарный газ) 37,0 2030 Газовоздушная смесь
3. Метан 10,0 1880 1900 _и_
4 Этан 5,8 1890 - -
Этан стехиометр. 1900 1930
5. Пропан 4,14 1930 1930
6. Бутан 3,2 1890 - -
7. Изобутан 3,2 1900 д
8. Этилен 7,0 1980 2070
Этилен стехиометр. 1950 2050
9. Пропилен 4,0 1940
10. Бутилен 3,4 1930
22
Окончание табл. 2.1
Агрегатное состояние, вещество Содержа- ние вещест- ва в газовой смеси, % об. Температура, °C Характеристика
измер. расчет.
11. Ацетилен 9,0 2330
18,0 2930 Газокислородная смесь
33,0 3000
44,0 3140
« 50,0 2930
12. Питсбург, природ, газ 9,0 1930 1950 Газовоздушная смесь
13. Природ, газ, 1080 кДж. 45,0 2930 Газокислородная смесь
Жидкость 1. Н-гептан 2. Н-октан 3. Н-нонан 4. Толуол 5. Бензол 6. Бензин Б-70 7. Этанол 8. Ацетон 9. Амилацетат 1660 1660 1650 1420 1410 155021 1420” 1550 1520 1420 1960 2030 Ламинарное диффузион- ное пламя в воздушной среде’1
Твердое веше- ство 1. Парафин 2. Нафталин 3. Антрацен 4. Уротропин 5. Ферроцен 6. Магний 1620 1330 1320 1750 1210 2230 1980 2030 2050 2030 1890 2720
11 Пламя, образующееся за счет испарения или разложения веществ в
спокойной воздушной среде.
21 Момент воспламенения.
51 Стационарное горение (на температуру пламени оказывают влияние
условия опытов).
Как видно из таблиц 1.1 и 2.1 при увеличении концентрации кисло-
рода в газовой смеси и ее турбулизации максимальная температура пла-
мени возрастает.
23
В отличие от горения газов механизм горения твердых веществ и
материалов характеризуется многостадийностью и включает совокупность
различных физико-химических процессов (фазовые переходы, термо- и
термо-окислительное разложение и др ), в результате которых исходное
вещество превращается в нагретые до высокой температуры продукты
сгорания.
Все горючие твердые вещества*’ подразделяются на два класса:
безгазовые и газофицирующиеся при горении.
К веществам и материалам первого класса, не образующим при го-
рении газообразных продуктов, могут быть отнесены различные термит-
ные смеси, продуктами сгорания которых являются нелетучие конденси-
рованные вещества-окислы металлов.
Подавляющее большинство твердых веществ и материалов отно-
сятся ко второму классу.
Горение твердых веществ и материалов происходит в диффузион-
ном режиме, причем его скорость определяется не кинетикой происходя-
щих в пламени реакций, а скоростью подвода к нему исходных реаген-
тов.
Основными процессами, обусловливающими их подвод в зону пла-
мени, являются диффузия и конвекция.
Если при разложении твердого материала выделяется недостаточ-
ное количество горючих паров и газов, то наблюдается горение без пла-
мени - непосредственно на поверхности (процесс тления).
Характеризующаяся такими условиями горения частичка матери-
ала называется искрой. Ее температура, зависящая от свойств материала
и условий нагрева, достигает 1500 °C и выше.
Поверхность материала, особенно металлическая, нагреваемая при
указанных превращениях разных энергий в тепловую, может в свою оче-
редь служить импульсом для возникновения горения веществ и материа-
лов, соприкасающихся с ней. В зависимости от температуры поверхнос-
ти, размеров массы и физико-химических свойств нагреваемого материа-
ла этот процесс может проявиться возгоранием или самовозгоранием.
Данные, дополняющие сведения о трех тепловых импульсах (пла-
мени, искре, нагретой поверхности), могущих возникнуть при указанных
превращениях энергий и имеющих значение в исследованиях, приводятся
в последующих разделах книги.
*’ Согласно ГОСТ 12.1.044-89 к твердым веществам и материалам относятся
те, которые имеют температуру плавления или каплепадения более 50 “С.
24
1.2.1, Работы, связанные с переходом механической энергии
в теплоту
К работам, связанным с переходом механической энергии в тепло-
ту и содержащим опасность возникновения источника загорания, отно-
сятся: треиие, удар, процессы механической обработки твердых тел (реза-
ние, сверление и др.), изменение начального состояния газов путем сжа-
тия, торможения, дросселирования. Наиболее распространенным видом
такой работы являются трение и удар.
Небезынтересно отметить, что по статистическим данным, напри-
мер, в Баварии (ФРГ), на долю пожаров, возникающих по причинам, свя-
занным только с механизмами, приходилось в 1985 г. - 18,4% всех случа-
ев, а по ущербу - 6,2% (общее число пожаров - 12016, а ущерб -
299758 тыс. марок ФРГ [33]).
1.2.1.1. Нагрев и искры от тоеиия и удара
Представляя сопротивление относительному перемещению сопри-
касающихся тел, возникающему в месте их контакта, трение может спо-
собствовать образованию искр и нагреву трущихся поверхностей до вы-
соких температур. Наибольшее количество теплоты выделяется при су-
хом или полусухом трении. Степень нагрева трущихся тел зависят также
от вида трения, природы трущихся поверхностей, их физического состоя-
ния (загрязненности, шероховатости), давления, размера поверхности и
ее температуры.
Развитие при трении опасных для возгорания материала темпера-
тур зависит от интенсивности удельной работы трения (£у), выражаемой
следующей зависимостью [34]:
L, = PfV (2.1)
где: Р - удельная нагрузка, н/мм2; f - коэффициент трения; V -
скорость трения, мм/мин.
К результатам работы трения, вызывающей, например, пожары на
железнодорожном транспорте, относится: образование искр от тормоз-
ных колодок, разогрев узлов обвязочной проволоки в местах соприкос-
новения трущихся кип хлопка-волокна между собой или с поверхностями
вагона при транспортировке, самовоспламенение спичек.
При нормальной работе тормозных колодок, используемые силы
трения, вследствие кратковременности процесса торможения вагонов, не
приводят к опасному повышению температуры колодок и образованию
искр.
25
Лишь неправильная их регулировка, способствующая постоянно-
му противодействию свободному вращению колеса, вызывает перегрев в
результате которого могут загореться буксы и образовываться искры.
Сравнительно большое количество пожаров (до 10% при исполь-
зовании бандажей из стальной неоттоженной проволоки) происходит в
результате трения узлов обвязки кип хлопка-волокна при транспортировке
по железным дорогам. Проведенные исследования [34] показали, что удель-
ная работа трения ( Ly), при которой возможно загорание хлопка, соот-
ветствует Ly> 4,42 кН/мм мин, что эквивалентно выделению теплоты с ин-
тенсивностью 4,42 Дж/мм2мин.
Расчет с использованием формулы (2.1), подтвердивший возмож-
ность загорания кип хлопка-волокна от трения в одном из случаев пожа-
ров на железной дороге, приведен в разделе 2. Возможность загорания
кип хлопка-волокна от трения и удара подтверждается также зафиксиро-
ванными случаями из практики (см. раздел 2).
Больше 2% всех пожаров в подвижном составе приходится на спич-
ки, загорающиеся при перевозках, главным образом, от трения. Процесс
их трения возникает в результате недостаточной жесткости тары, ее раз-
рушения при перемещении, вызванном также не надежным креплением в
вагоне, и рассыпания спичек. Высокая чувствительность состава зажига-
ния спичек к трению способствует их легкому загоранию.
В составе зажигания спичек содержится в качестве основного ком-
понента красный фосфор, мельчайшие частицы которого под действием
теплоты трения переходят в белый фосфор, самовоспламеияющийся иа
воздухе. Он в свою очередь способствует зажиганию состава головки спич-
ки, содержащему окислитель. Присутствие пиротехнически несовмести-
мых веществ - окислителя и красного фосфора - определяет высокую по-
жарную опасность спичек. Согласно приводимым данным [35] темпера-
тура самовоспламенения головки спички, определенная в металлической
ванне Вуда, составляет 190-220 °C. Для зажигательной массы, снятой со
спички, температура самовоспламенения равнялась 170-190 °C.
Зажигательная масса спичек в несколько раз более активна, чем
например, пламенный пиротехнический порошок. Нагрузка, при которой
вступает в реакцию при трении зажигательная масса спичек, соответству-
ет 14,7 Н, а у испытанного образца пламенного пиротехнического порошка
- более 353,2 Н.
Высокая чувствительность к удару зажигательной массы спичек
видна из следующих сравнительных данных (табл. 3.1)
26
Таблица 3.1
Сравнительные данные по чувствительности
веществ к удару
Испытываемые вещества Масса падающего груза, кг Высота падения, см Энергия удара, Дж
Зажигательная масса спичек 1 5 0.49
Пламенный пиро- технический поро- шок 1 60 5,89
Тринитротолуол 5 50 24,52
При соударении или трении твердых тел одно о другое, например
постороннего предмета с ротором и статором ударно-центробежной мель-
ницы, от них отрываются частицы, которые нагреваются и становятся све-
тящимися, что обусловлено превращением части кинетической энергии
механического взаимодействия в теплоту и экзотермическими реакциями
их окисления. Такие частицы по способу их возникновения называют
фрикционными искрами ил искрами удара. Они могут служить источни-
ком зажигания как газо-, паровоздушных горючих смесей, так и пылевоз-
душных. Зажигающая способность искр, полученных при механическом
воздействии, зависит не только от горючих свойств измельчаемых мате-
риалов, но также и от условий их возникновения. Согласно молекулярно-
механической теории трения два твердых тела, приведенных в соприкос-
новение, контактируют друг с другом лишь микровыступами их поверх-
ностей, высота которых даже для тщательно полированной плоскости
составляет не менее ста ангстрем [22]. При скольжении одного из этих тел
относительно другого энергия трения превращается главным образом в
теплоту, которая концентрируется в точках их дискретного контакта.
Экспериментально доказано, что максимальная температура этих
точек (очагов разогрева) ограничена температурой плавления более лег-
коплавкого материала трущейся или соударяемой пары тел, если при их
взаимодействии не возникают экзотермические превращения. При танген-
циальном смещении контактируем ых тел происходит также разрушение
их взаимно внедренных микровыступов и выброс нагретых частиц метал-
ла (искр) с поверхности трения.
В общем случае дисперсность этих частиц, их количество и энерге-
тические параметры определяются скоростью приложения нагрузки и ее
величиной, физико-механическимн свойствами материалов взаимодейству-
ющих тел и их поверхностных покрытий.
27
Частицы металла, вырванные из твердых тел при соударении и тре-
нии, имеют, как указано выше, определенную начальную температуру.
Дальнейший разогрев этих частиц происходит за счет тепла экзотерми-
ческих процессов их окисления.
Почти все металлы (за исключением благородных) вступают во вза-
имодействие с кислородом воздуха при комнатной температуре, причем с
ее повышением скорость их окисления резко возрастает. При окислении
на поверхности металлов образуются окисные пленки, которые начина-
ют лимитировать скорость этого процесса. При разогреве частиц до тем-
пературы плавления окисла металла происходит резкое увеличение ско-
рости окисления, так как диффузия в жидкостях протекает намного быст-
рее, чем в твердых телах.
При определенной температуре, когда количество тепла, выделяю-
щееся вследствие окисления, превышает количество тепла, отводимого в
окружающую среду, самоускорение реакции окисления приводит к само-
воспламенению металлической частицы. Установлено, что температура
самовоспламенения частичек стали существенно зависит от их величины,
- она тем ниже, чем меньше их размеры. С увеличением размера для само-
воспламенения стальной частицы требуется более высокая начальная тем-
пература. Из этого следует:
1. При соударении или трении со сталью металлов, имеющих более
низкую температуру плавления, искрообразование затрудняется, так как
при прочих равных условиях взаимодействия начальная температура выр-
ванных из стали частиц уменьшается. Так, при соударении со стальной
пластиной металла, имеющего температуру плавления 673-773°К и ско-
рость в момент удара примерно 10 м/с, не образуется светящихся частиц
даже в средах, обогащенных кислородом до 40% по объему.
2. Углеродистые стали, образующие при ударе или трении мелко-
дисперсные частицы, более склонны к искрообразованию. Это объясня-
ется тем, что частицы небольших размеров могут разогреваться до тем-
пературы их самовоспламенения при низкой начальной температуре. Эк-
спериментальные данные также подтверждают это положение. Установ-
лено, что полностью окисленные частицы, полученные при соударении
стали о сталь с энергией 1350 Дж, имеют диаметр сферы порядка 0,2 мм.
Частицы сферической формы большего диаметра частично остаются иео-
кисленными. Указание о том, что размеры искр удара и трения, представ-
ляющие собой раскаленную до свечения частицу металла или камня ие
превышают 0,5 мм, приводится также в [36].
Температура искр находится в пределах температуры плавления
металла. Искры, образующиеся при соударении металлов, способных всту-
пать в химическое взаимодействие друг с другом с выделением значитель-
28
ного количества тепла, могут иметь температуру, превышающую темпе-
ратуру плавления и определяемую экспериментально или расчетом.
Крупные частицы стали порядка I мм и выше уже не имеют сфери-
ческую форму, что свидетельствует об их сравнительно невысокой темпе-
ратуре. Стальные частицы, вырванные из твердого тела при соударении
или трении, могут “взрываться”, т. е. распадаться на большое количество
мелких частиц, так как их оболочки, состоящие из окисной пленки, про-
греты неравномерно и внутри них создается избыточное давление про-
дуктов окисления углерода. Эти частицы окисляются до более высоких
температур, чем исходная частица стали, так как начальная температура
их образования значительно выше. Подобные “взрывы” наблюдались так-
же при горении частиц титана.
Частицы алюминия, образующиеся при соударении алюминия с
чистой (без ржавчины) сталью, окисляются незначительно, так как началь-
ная температура этих частиц ограничена сравнительно низкой темпера-
турой плавления металла. Однако термитная реакция, возникающая между
алюминием и ржавой сталью при механическом взаимодействии, способ-
ствует разогреву, окислению и самовоспламенению возникающих при этом
алюминиевых частиц.
Тип кристаллической решетки окиси железа играет в этих процес-
сах существенную роль, так как энергия y-Fe,Q примерно на
25 кДж/моль больше, чем энергия а - Fe^ Q . Интенсивность искрения прн
ударе алюминиевых сплавов о ржавую стальную плиту, предварительно
нагретую до температуры более 500 °C, резко снижается, что объясняется
переходом у - в а - Fe^Ck Искрообразование также незначитель-
но при соударении алюминиевых сплавов о сталь, покрытую старой ржав-
чиной, которая представляет собой а - Fe,Q .
Количество искр и их яркость резко увеличивается, если покрыть
одну из соударяемых деталей (алюминий или сталь) слоем сильного окис-
лителя, например хлората калия При соударении же стали о сталь, по-
крытую слоем этого окислителя, или о ржавую сталь искрообразование
незначительно, так как термитной реакции в этих случаях не происходит.
Как показали измерения время существования фрикционных искр
углеродистых сталей составляет 0,7-10 4-4 10 2с, а их наибольшая скорость
не превышает относительной скорости трущихся или соударяющихся де-
талей [37]. Искры возникают не только при соударении металлов, но и
при ударе их о породу или породы о породу, причем в основе процесса
искрообразования могут лежать не только химические превращения. Так,
яркое свечение при ударе различных металлов (стали, бронзы и др.) о пес-
29
чаник обусловлено пьезоэлектрическими свойствами содержащихся в нем
кристаллов кварца. Отсутствие четких представлений о механизмах об-
разования, окисления и самовоспламенения частиц металлов при их ме-
ханическом взаимодействии одной с другой или с неметаллическими те-
лами и зажигании ими различных горючих смесей затрудняет оценку ана-
литическими методами их воспламеняющей способности; она наиболее
точно определяется лишь экспериментально.
Проводившиеся исследования воспламеняющей способности искр,
возникающих при механических воздействиях, для газо- паровоздушных
смесей позволили установить следующее:
1) с увеличением энергии соударения воспламеняющая способность
фрикционных искр возрастает, что связано с увеличением их начальной
температуры. При значительных энергиях соударения (порядка 1000 Дж)
твердых сталей возникают фрикционные искры, которые зажигают даже
сравнительно мало чувствительные газы, например, метан;
2) минимальная температура искры, необходимая для воспламене-
ния, должна быть тем выше, чем меньше оиа по размерам;
3) концентрационные пределы воспламенения горючих смесей при
их зажигании искрами удара и трения значительно уже, чем при зажига-
нии этих же смесей электрическими искрами. Сужение этих пределов на-
блюдается главным образом в богатых смесях. С ростом энергии соуда-
рения и повышением температуры плавления более легкоплавкого из со-
ударяющихся материалов, а также в присутствии окислов на их поверх-
ности, эти пределы расширяются;
4) с понижением содержания кислорода в горючих смесях воспла-
меняющая способность искр, производимых механически, резко падает,
так как снижается скорость их окисления. Поэтому бедные горючие сме-
си зажигаются искрами удара и трения легче, чем богатые;
5) при взаимном трении и быстро чередующемся соударении ме-
таллических деталей горючие смеси могут зажигаться не только искрами,
как например, при одиночном ударе, но и нагретыми в результате меха-
нического взаимодействия поверхностями этих деталей. В табл. 4.1 при-
ведены значения температуры поверхности неподвижной детали, имити-
рующей кожух вентилятора, при трении и ударах о него рабочего колеса
вентилятора. Нагретая до 680-780 “С эта поверхность зажигала водоро-
до-воздушную смесь, а до 850-900 °C - эфиро-воздушную смесь. Суще-
ственное превышение температуры поверхности неподвижной детали, при
которой происходило зажигание горючих смесей, над их температурой
самовоспламенения (для водородо-воздушной смеси - 570 °C, а для эфи-
ро-воздушиой - 164 °C) в режиме быстрочередующихся ударов, объясня-
ется двумя факторами - свойством быстрого охлаждения металлической
30
поверхности вследствие большой ее теплопроводности, и перемещением
турбулизованной смеси относительно нагретой поверхности [38];
Таблица 4.1
Температура поверхностей в режимах ударв
и трения [38]
Материал Скорость относит. переме- щения, м/с Вид мвханич. взаимо- действия Температура поверхности, °C Примечание
Рабоч. колеса Непо- движ. детали t, ъ 1з
Медь М1 СтЗ, по- лирован- ная по- верх- ность 75 Быстроче- редующие- ся удары 690 750 750 Искры не наблюда- лись. Свечение по- верхности в месте соударения темно- красного цвета
Медь М1 Ст45, поверхн. ржавая 75 - - 820 900 850 Яркие искры. Оранж, свечение поверхно- сти в месте соуда- рения.
Бр.ОЦС 4-4-2,5 СтЗ, по- лирован- ная по- верх- ность 75 640 690 550 Искры не наблюда- лись. Свечение по- верхности в месте соударения темно- красное
АМг-5 АМг-5 90 Непрерыв. трение 350 300 Искр и свечения поверхности не бы- ло
ЦАМ-4-1 СтЗ, по- верх- ность ржавая 80 Быстроче- редующие- ся удары 200 240 160
Капрон с графито- вым на- полните- лем 90 120 190 120
6) трение термореактивных пластических материалов друг с дру-
гом или в контакте с металлами, температура плавления которых превы-
шает 723-773 °К, приводит к образованию фрикционных искр, а иногда к
загоранию горючих компонентов пластмасс и, как следствие, к зажига-
нию горючих смесей [38]. Так трение рабочих колес вентилятора из стек-
лопластиков на основе эпоксидных и полиэфирных смол по стальным по-
верхностям со скоростью не менее 18 м/с вызывало зажигание горючих
смесей водорода с воздухом, причем, как показала киносъемка, этот про-
цесс был обусловлен загоранием самого материала колес [39];
31
7) искры, образующиеся при соударении или трении алюминиевых
сплавов с ржавой сталью, обладают значительно большей воспламеняю-
щей способностью, чем искры от механического взаимодействия этих же
сплавов с незаржавленной сталью. Тем не менее соударение алюминие-
вых сплавов со сталью приводит к образованию фрикционных искр боль-
шой поджигающей способности. Даже при сравнительно невысоких энер-
гиях соударения (порядка 100-200 Дж) зажигаются метано-воздушные
смеси с содержанием метана 6-7%. Магниевые сплавы образуют при со-
ударении в аналогичных условиях поджигающие искры при более низкой
энергии соударения [38].
Трение чистых алюминиевых сплавов друг с другом не приводит к
образованию поджигающих искр. Однако при трении алюминиевых спла-
вов с окисными пленками, нанесенными анодированием и оксидирова-
нием, было обнаружено интенсивное искрообразование, которое зажига-
ло водородо-воздушные и ацетилено-воздушные смеси;
8) искры удара и трения углеродистых сталей и сталей, содержа-
щих марганец (свыше 1%), наиболее опасны для горючих газо-паровоз-
душных смесей. С повышением содержания углерода в стали температу-
ра поверхности фрикционных частиц, образованных при ее истирании
корундовым кругом, возрастает от 2913 до 3013°К. Легирование же ста-
лей кремнием, хромом и молибденом повышает их искробезопасные свой-
ства. При истирании углеродистых сталей различных марок шлифоваль-
ными кругами образуются фрикционные искры, зажигающие большин-
ство горючих смесей с воздухом, включая метано-воздушные [38].
В таблице 5.1 показаны концентрационные пределы воспламене-
ния горючих газов и паров фрикционными искрами, полученными при
истирании стального штифта (1% С, 0,18% Si и 0,19% Мп) шлифоваль-
ным крутом из корунда (Д= 115 мм, п=2800 об/мин).
Исследованиями установлено, что водородо-воздушные, ацетиле-
но-воздушные. сероуглеродо-воздушные смеси зажигаются при истира-
нии шлифовальными кругами многих марок бронз при скоростях сколь-
жения примерно 10 м/с. Истирание шлифовальными крутами алюминия,
цинка и их сплавов при скорости скольжения до 100 м/с не приводит к
воспламенению горючих смесей [38].
Большую опасность представляет истирание титана и его сплавов.
Даже трение бронзовыми сплавами по титану со скоростью скольжения
порядка 10 м/с приводит к образованию фрикционных частиц, воспламе-
няющих метано-воздушные смеси. Трение материалов с более высокой
температурой плавления по титановым сплавам повышает зажигающую
способность образующихся при этом фрикционных частиц при значитель-
но меньших скоростях скольжения [38].
32
Таблица 5.1
Концентрационные пределы воспламенения горючих газов
и паров искрвми, возникающими при шлифовании
углеродистой стали [40]
Горючие газы и пары Концентрационные пределы воспламенения, % об.
Метан 5-15
Водород 7,5-18
Светильный газ 10-35
Этилен 6, 5-20
Окись углерода 15-30
Этиловый эфир нв зажигался
Метиловый спирт >7
Ацетон 3-15
Бензол 2, 5-8
Рассмотренные выше особенности воспламенения искрами удара и
трения газо-паровоздушных смесей представляют интерес и при оценке
опасности их возникновения в пылевых средах. Однако имеющиеся в ли-
тературе весьма ограниченные данные по чувствительности твердых дис-
персных материалов к искрам, производимым механическим путем, но-
сят главным образом качественный характер, По данным работы [41]
искры, образовавшиеся при шлифовании, зажигают пыль лишь с мини-
мальной энергией зажигания, меньшей 5 мДж.
В работе [42] показано, что искры, возникающие при шлифовании
стали, зажигают аэрозоли титана, циркония, магния, алюминия, карбо-
нильного железа, цинка и серы. Аэрозоли большинства органических пы-
лей этими искрами воспламенить не удалось. Одиако при добавлении к
ним небольшого количества магния их способность к зажиганию резко
возрастала.
Аэрогели некоторых дисперсных органических материалов (дере-
ва, бурого угля, пробковой и пшеничной муки), как и металлических по-
рошков все же зажигались фрикционными искрами без всяких добавок.
Следует отметить, что пламя, возникающее при горении аэрогеля,
в свою очередь может вызвать загорание и взрыв любой пылевоздушной
смеси. Чтобы определить, являются ли потенциальным источником зажи-
гания термитные реакции, возникающие при ударе, проведены исследо-
вания с воспроизведением этих реакций в среде аэрозолей 95 веществ, от-
носящихся к взрывоопасным пылям. Существо методики и исследований
изложено в разделе 2. Результаты опытов наглядно показали, что термит-
ная реакция, возникающая при ударе металла о ржавую поверхность ма-
33
лоуглеродистой стали, покрытую алюминием, может вызвать зажигание
аэрозоля, образующегося в определенных условиях. Создаваемый в опы-
тах скользящий удар молотка из нержавеющей стали, малоуглеродистой
стали, латуни, сплава меди с бериллием, бронзы, алюминия, меди и цинка
о ржавую и загрязненную алюминием поверхность малоуглеродистой ста-
ли может также вызвать термитную реакцию, приводящую к воспламене-
нию следующих, использованных в опытах, горючих смесей: светильного
газа, метана, ацетона, толуола и метанола с воздухом [43].
Следует отметить, что процент ударов, приведших к зажиганию
указанных газо-паровоздушных смесей, меньше для металлов с низкими
твердостью и температурой плавления. Так, алюминий и цинк способны
при ударе инициировать термитную реакцию в том случае, когда ударяе-
мая поверхность импрегнирована ржавчиной и алюминием от предыду-
щих опытов. Эксперименты с использованием молотка из сплава меди и
бериллия, так называемого “не искрящего" сплава, показали, что изго-
товленный из него инструмент не безопасен при ударе о ржавые детали
из малоуглеродистой стали, “загрязненные" алюминием.
В таблице 6.1 (см. также рис. 3.1) приведены некоторые данные о
поджигающей способности фрикционных искр, зависящей от материала
ударника, мишени (ударяемая поверхность), свойств горючей среды и энер-
гии соударения.
Рис. 3.1. Искрение при ударе шариком из алюминия по
заржавленной стали СК 15 под углом 55° в воздушной среде. Энергия
соударения 14,1 Дж
34
Таблица 6.1
Поджигающая способность фрикционных искр
в газовоздушной среде при одиночном соударении [38]
Материал соуда- ряемых тел Энергия со- ударения, Дж Горючая среда Содер- жание горю- чего, %, об. Примечание
ударника и его по- крытия мише- ни кри- ти- чес- кая без- опас- ная
А14 (без покрытия) СтЗ, ржавая 150 70 Н2 18
А14 /грунт Гф-031, эмаль МЛ-25 (три слоя) 1100 550 Н2 18
А14 /грунт Гф-031, эмаль МЛ-25 (три слоя) 1000 500 С2Н, 5
А14 /грунт ХС-010, эмаль ХСЭ-25 (три слоя) 750 370 Н2 18
А14 /по- лиэтилен, 5=0,5 мм/ - - 1200 600 Н2 18
А14 /ме- таллиза- ция цин- ком 5=0,2 мм/ 1500 750 Н2 18
Сталь Кера- мич. плитка 6 - Н2 С2Н2 -
Сталь Кисло- тостой- кий кирпич 18 н2 С2Н2 Я
Сталь Сталь, оцин- кован- ная 200 Н2 С2Н2
35
Окончание табл. 6.1
Материал соуда- ряамыхтел Энергия со- ударения, Дж Горючая среда Содер- жание горю- чего, %, об. Примечание
ударника и его по- крытия мише- ни кри- ти- чен кая без- опас- ная
Сплав: Л/ -12%, Ni - 8%, Сг - 0,6%, Zr - 0,3%, Си- остальное СтЗ, ржавая 400 200 н2 12 Г)
300 150 с2н2 4.5
Сталь У8. зака- ленная 350 175 Н2 12 и
Сплав: Ni-19%, Al -4,3%, Мп 3%, Сг - 4%, Si - 0,2%, Си- остальное 250 125 С2Н2 4.5 1)
СтЗ, чистая 900 450 Н2 12 1)
800 400 с2н2 4.5 ъ
СтЗ, ржавая 600 300 Нт 12 м
500 250 С2Н2 4.5 i
Сплав: Zn - 23%, Al -7%, Fe-1%, Мп - 1%, Си- остальное - 1200 н2 12 2)
СтЗО, цемен- тиро- ванная 1200 600 Н2 12
- 1000 500 С2Н2 4,5
СтЗ, ржавая - 1000 С2Н2 4,5
Сталь, НВ=700- 800 кг/мм2 Сталь, НВ= 700-800 кг/мм2 1700 С2Н4
Сталь Сталь, НВ <300 кг/мм2 (нержа- веющая сталь, СтЗ и ДР-) зажи- гание не получен о С2Н.
'> Скорость перемещения при соударении - 6,5 м/с.
21 Скорость перемещения при соударении - 10 м/с.
НВ - твердость материала.
36
Расчеты количества тепла, выделяемого частицей из малоуглеро-
дистой стали диаметром 0,5 мм при охлаждении от 1375 до 813°С, пока-
зали величину, соответствующую примерно 0,24 Дж. Этого количества
тепла при высоком градиенте температур, обеспечивающем большую ин-
тенсивность его выделения, и хорошей теплоизоляции достаточно
для зажигания многих горючих веществ и материалов. Так, для большин-
ства горючих пылей минимальная энергия зажигания соответствует 10-
40 мДж, а для большинства горючих газов 0,2-10 мДж [22]. Следует одна-
ко отметить, что согласно полученным расчетным данным (см. раздел 4)
искрой удара даже мощностью примерно 185 ватт зажечь непосредствен-
но аэровзвесь, например, льняной пыли не представляется возможным,
требуется мощность зажигания более 250 ватт.
В условиях хорошей теплоизоляции, создаваемой отложениями
ль няной пыли (аэрогеля), попадание на них той же искры обязательно вы-
зовет загорание аэрогеля (минимальная энергия зажигания аэрозоля
25 мДж). Способствует такой реакции и при более низком тепловыделе-
нии искры тепловой эффект от самоускоряющихся реакций разложения и
окисления льняной пыли. Поэтому попадание искры в среду с развитой
поверхностью и хорошей теплоизоляцией (например, поверхность горю-
чих волокнистых и пылевидных материалов, места стыков и трещин в
плитных горючих материалах и т. п.) особенно благоприятствует возник-
новению горения и эту особенность следует учитывать при экспертизе по-
жаров. Благодаря ей возникают пожары от искр с небольшой энергией
зажигания.
Согласно приведенным данным при использовании стальных ин-
струментов (молотков, зубил, ключей и т. п.) во взрывоопасных цехах
могут возникать опасные искры удара. Это может также наблюдаться во
время аварий, связанных с поломкой быстродвижущихся механизмов, раз-
рывом корпуса аппаратов и другого оборудования.
К характерным механическим повреждениям, связанным с работа-
ми удара н трения и приводящим к пожарам на железнодорожном транс-
порте, например, на тепловозах, относятся: излом спицы задней нажим-
ной шайбы якоря ТЭД (тягового электродвигателя); излом оси ротора
центробежного масляного фильтра; разрушение подшипника вентилято-
ра охлаждения и обрыв крепления вала его привода; поломка поршня ди-
зеля; разрушение резиновой втулки муфты на вале привода вентилятора
охлаждения ТЭД и др.
Из-за трения перегреваются до критических температур сильно за-
тянутые подшипники, сальники машин и аппаратов.
Неисправность подшипников валов и их перегрев наиболее распро-
страненная причина пожаров на лесопильных заводах [44].
37
К перегреву могут привести нарушение смазки трущихся поверх-
ностей, загрязнение, перекосы, перегрузка машины и др.
Приводные ремни и транспортные ленты перегреваются и самовос-
пламеняются при длительном проскальзывании (буксовании) ремня или
ленты относительно шкива, которое возникает из-за перегрузки или сла-
бого натяжения ремня. На одном из заводов наблюдалось загорание транс-
портерной ленты в результате трения о просыпанный уголь [45].
Наматывание волокнистых материалов и соломы на валы около
подшипников сопровождается постепенным уплотнением массы с после-
дующим сильным разогревом ее при трении о стенки машины, обуглива-
нием и самовоспламенением.
На хлопкозаводах наблюдаются случаи загорания волокна в про-
цессе первичной обработки хлопка-сырца от попадания в оборудование с
механическим перемешиванием посторонних твердых предметов (болты,
гайки, галька), приводящего к образованию искр.
Установлена причина загорания в прессах, на которых прессуется
высушенный свекольный жом с получением конечного продукта в виде
гранул. В процессе эксплуатации пресса происходит постепенное изна-
шивание скрепков, с помощью которых гранулированный продукт направ-
ляется с поверхности вращающейся тарелки в разгрузочную лииию. Ос-
татки измельченного продукта из-за остаточной влажности прочно при-
пекаются к поверхности тарелки. От их треиия со скребком выделяется
тепло, приводящее к обугливанию и тлению остатков [46]. Велика вероят-
ность фрикционного зажигания метановоздушных смесей вследствие тре-
ния головки долота угольной врубовой машины о твердую породу. По
данным управления по безопасности и здравоохранению, в США ежегод-
но регистрируется примерно 60 таких случаев [47 ].
Влияние фрикционного нагрева от вращающегося сверла ручной
электродрели проявилось при его применении для образования отверстия
в слое отложений горючей краски на внутренней стенке короба вентиля-
ции во время ремонтных работ. Возникшее горение в этом слое привело к
мощной объемной вспышке и пожару в цехе автоматизированной элект-
ростатической окраски деталей системы зажигания для автомобилей.
В результате погиб 1 человек и тяжелые ожоги получили 4 человека. Ма-
териальный ущерб - 1,2 млн долларов [48].
Небезынтересны описания нескольких случаев, происшедших в
XIX в. и связанных с пожарами, возникшими от метеоритных дождей.
Высокая температура метеоритов явилась результатом действия сил тре-
ния при их прохождении плотных слоев атмосферы. Из таких же случаев
в XX в. упоминаются тунгусский метеорит, вызвавший в 1908 г. пожар в
тайге, и кенийский, от которого загорелся в 1946 г. дом в деревне [49].
38
1.2.1.2. Нагрев пин механической обработке твердых матепналоа
При механической обработке (резание, строгание, фрезерование,
сверловка, шлифовка) твердых материалов вследствие преодоления зна-
чительных сил трения происходит нагревание обрабатываемого матери-
ала, отходов и режущего инструмента. Количество выделяющейся тепло-
ты зависит от скорости резания, толщины стружки, качества заточки ин-
струмента, физико-химических свойств материла. Чем выше скорость ре-
зания, толще стружка и тупее инструмент, тем больше выделяется тепло-
ты.
При зачистке и заточке абразивными кругами образуются искры,
которые в указанных выше условиях также могут служить источником
зажигания. Процесс обработки поверхностей путем снятия стружки - про-
цесс резания материалов (в основном металлов и пластмасс) является од-
ним из основных в машиностроительном производстве. Этот процесс, од-
нако, может возникнуть и при различных аномалиях в работе технологи-
ческого оборудования. Так, при деформации труб-норий острые кромки
ковша элеватора могут срезать их металл вплоть до образования сквоз-
ных отверстий.
Работа, затрачиваемая на процесс резания, состоит из трех слагае-
мых: работы в зоне сдвига, работы на преодоление треиия стружки по пе-
редней поверхности инструмента, работы трения на его задней поверхно-
сти [50, 51]. Основная часть механической работы, затрачиваемой на про-
цесс резания, превращается в тепло и только небольшая его часть накап-
ливается в форме потенциальной энергии искаженной решетки наклепан-
ного металла. Поэтому количество тепла, эквивалентного затраченной
работе и выделяющегося в процессе резания в единицу времени, равно:
б = 9,81Р.К, Дж/мин, (3.1)
Р: - усилие резания, кг; V,- скорость резания, м/мин.
Выделяющееся в процессе резания тепло распространяется в струж-
ку (б Л обрабатываемую заготовку ( Q.la, ), инструмент (Q^p) и окружа-
ющую среду 0сР. Тепловой баланс процесса резания определяется урав-
нением:
о +Q +Q =Q +Q +Q +Q . (4.1)
^тр.пл ^тр зл *~cmp ^заг ^инстр ^ср' '
где: - количество тепла, выделяющегося при пластической де-
формации; Qmpm - то же при трении по передней поверхности; Q^,„- то
же при трении по задней поверхности.
39
Численные величины членов уравнения теплового баланса и соот-
ношения между ними не постоянны. Они зависят от вида операции, режи-
мов резания, материала заготовки и инструмента, геометрии его заточки
и др. При обработке пластичных металлов со скоростями резания до
50 м/мин количество тепла, обусловленное пластической деформацией,
составляет до 75% всего выделяющегося тепла, а при V= 200 м/мин это
количество тепла снижается до 25 %. При точении наибольшее количе-
ство тепла переходит в стружку, а при сверлении - в обрабатываемую де-
таль [50, 51, 52]. В среднем при токарной обработке в стружку уходит 50-
86% общего количества тепла, в резец 40-10%, в заготовку 9-3% и в ок-
ружающую среду примерно 1% [53].
С увеличением скорости резания количество теплоты, остающейся
в стружке, увеличивается. Так, при обработке стали 40 резцом с твердым
сплавом Т15К6 с увеличением скорости резания до 500 м/мин количество
теплоты в стружке достигает 99% общего тепла резания [54].
Температуры резания вычисляют по эмпирическим формулам, ко-
торые характеризуются следующими данными [55];
- для литой стали с а, - 40кг/мм2; t = 138 P’-'S’-1(5.1)
- для мартеновской стали, содержащей 0,25-0,35% углерода и
ст, =50-60 кг/мм2 (6.1)
- для мартеновской стали, содержащей 0,4-0,5% углерода и
ст,=70кг/мм2 //1=1541Л485'3!Л0' (7.1)
- для хромоиикелевой стали (Ст 0,6-0,8%, Nt 3,0-4,0%,
ст, — 70—75 кг/мм2) г,=210Р’Ч$'“Л’ " (8.1)
- для чугуна (твердость 190 по Бринелю)
^=120Р-5.У’22/г0М (9.1)
В этих формулах: tp - температура резания, °C; V - скорость реза-
ния, м/мин; 5 - подача за один оборот, мм/об; h - глубина резания, мм;
ст, - предел прочности.
Согласно экспериментальным данным температура резания чугу-
на в среднем на 40% ниже, чем стали, обрабатываемой в том же режиме.
Это объясняется тем. что работа пластической деформации для чугуна
значительно меньше, чем для стали [53]. Эксперименты также показыва-
ют, что тепловая напряженность кромки строгального резца меньше то-
карного, что обусловлено прерывистостью процесса строгания.
40
Температура режущей кромки инструмента при обработке пласт-
масс резанием, вследствие их низкой теплопроводности, существенно по-
вышается. Так, при резании блочного полиамида и полиамида с 15% со-
держанием стекловолокна она достигает 350-400 °C [52]. Поэтому при
обработке большинства термореактивных пластмасс наблюдаются “при-
жоги” материала, а при обработке термопластиков - размягчение и де-
формация материала [50]. В некоторых случаях разогрев пластмасс при
их механической обработке может привести к пожару.
Пыль, образующаяся при резании многих пластмасс и резины, по-
жаровзрывоопана. Стружка некоторых металлов, иапример, магния по-
жароопасна. Зная температуру резания материала или определяя ее по
вышеприведенным эмпирическим зависимостям можно оценить степень
пожарной опасности процесса его механической обработки или процесса
резания, возникшего при аномалиях в работе технологического оборудо-
вания. Пример соответствующей оценки приведен в разделе 2.
1.2.1.З. Возможность нагрева при растрескивании металла
Анализ судебно-экспертной практики по делам о пожарах и взры-
вах технологического оборудования с горючими газопаровоздушными
смесями показывает, что в ряде случаев в качестве их причины без долж-
ного обоснования выдвигается саморазогрев металла этого оборудова-
ния при его растрескивании.
Для оценки максимально возможной температуры в вершине раз-
вивающейся трещины допустим, что вся необратимая работа (LT, кал/см!),
затраченная на образование площади свободной поверхности трещины,
переходит в теплоту в тонком при поверхностном слое металла 8, где про-
исходит его пластическое деформирование. Пренебрегая утечкой тепла из
пластического слоя, а также считая процесс нагружения металла весьма
быстрым (локально адиабатическим), можно среднее увеличение темпе-
ратуры в слое (АТ) определить по формуле [56]:
4Г“2^ C0.I)
где: р- плотность металла; с - удельная теплоемкость металла.
За неимением данных о величине эффективной работы распрост-
ранения трещины, эта работа оценивалась по напряжению текучести сг и
относительному сужению при разрыве ‘Т. Тогда относительная деформа-
ция пластически деформированного слоя составит , примерно ‘ТО, а рабо-
та деформации на одну поверхность Отсюда
41
(11.1)
2To-/ Ч'о;
дт = ——
2pcS ср
Для стали 16ГС: 'Р=0,25, =32 кгс/мм2=32 кгсм/см3=2,34-32 кал/см3,
с = 0,11 кал/г-К, р = 7,8 г/см3 и ДТ « 22 °C.
Правомерность полученного результата для сталей подтверждает-
ся работами [57, 58, 59], в которых проводилась оценка тепловыделения
при росте трещин в металлах. Так, в работе [57] отмечается, что «...у ста-
лей, даже самых высокопрочных, разогрев оказывается незначительным
и не превышает 10-20 °C». Такой разогрев не представляет опасности для
горючих газопаровоздушных смесей, если их температура не достигает
температуры самовоспламенения смеси.
В работе [57], в которой локальное увеличение температуры вбли-
зи края трещины характеризуется выражением ДТ «
рсЕ
(Е - модуль уп-
ругости), отмечается, что у титановых сплавов разогрев может достигать
нескольких сот градусов. Это предположительно находит свое объясне-
ние в превышении в 4-5 раз ст для титановых сплавов, по сравнению со
сталью, и меньшей (~ в 2 раза) их плотностью.
1.2.1.4, Нагрев газа при его быстром сжатии (компримировании)
Горючая газовая среда может самовоспламеняться, не только при
введении ее в нагретый до определенной тем перату рьГсо суд, но и при на-
гревании этой среды в сосуде с холодными стенками путем быстрого сжа-
тия. При достаточном нагревании начинается самоускоряющаяся реак-
ция, приводящая к самовоспламенению парогазовоздушной смеси. Суще-
ственное отличие этого процесса от самовоспламенения в нагретом сосу-
де заключается в том, что оставаясь холодными, стенки сосуда не участву-
ют в генерировании активных центров [60].
Сжатие газов применяют для обеспечения протекания химических
и физических процессов в требуемом направлении, а также для их пере-
мещения на различные расстояния. В соответствующих механизмах ши-
роко используется в качестве рабочего тела сжатый воздух.
Для сжатия до давлений свыше 200 кПа предназначены специаль-
ные машины-компрессоры. Процесс сжатия газов в компрессоре в зави-
симости от условий теплообмена между ними н стенками цилиндра мо-
жет осуществляться по изотерме, адиабате и политропе [61,62].
Сжатие по изотерме требует наименьшей затраты работы. В этом
случае вся энергия, подводимая в форме работы, отводится от газа в фор-
42
ме теплоты. Сжатие по адиабате требует наибольшей затраты работы. При
этом вся энергия, подводимая в форме работы (идет на изменение
теплосодержания (i) газа
= (12.1)
где: Ср - теплоемкость при постоянном давлении; Г, и Г2 - темпе-
ратуры до и после сжатия.
Повышение температуры газа при адиабатическом сжатии равно:
Т2=Т|(^-Я (13.1)
л
где: дир,- давление до и после сжатия; Cv - теплоемкость при
постоянном объеме; к £
В таблице 7.1 приведены значения работы при адиабатическом ( L^)
и изотермическом сжатии ( а также приращение температуры (Г, - Z,)
при адиабатическом сжатии.
Таблица 7.1
Значенмя L^, L*, и (t2- t}) при различных степенях
сжатия = 20°С) [63]
Pi/Pt Лад, КГМ Lajj/ Lm (ts-tl)aa, °C
2 6150 1,106 64
3 11080 1,175 108
4 14590 1,227 142
5 20000 1,305 196
8 24400 1,367 238
10 26000 1,416 273
25 45400 1,644 443
50 61800 1,840 603
43
При политропном сжатии величина работы принимает промежу-
точное значение. На рис. 4.1 показаны графики потребной работы и по-
вышения температуры при политропическом сжатии (при t = 20 °C) на
1 м’ воздуха [63]. В реальных условиях процесс сжатия газа никогда не
протекает с постоянным показателем политропы п. В начале сжатия газ
холоднее стенок цилиндра и несколько нагревается. Далее, вследствие не-
большой разности температур газа и охлаждающей воды, политропа сжа-
тия приближается к адиабате и становится даже круче ее. В конце сжатия
разность температур газа и охлаждающей жидкости возрастает и кривая
сжатия приближается к изотерме. С некоторым приближением можно при-
нять для практических расчетов и = 1,30 1.35J62],
кгм/м’
12 3 4 5 6
Отношение давлений.
А
23000
22000
21000
20000
19000
18000
17000
16000
15000
14000
13000
12000
11000
10000
9000
8000
7000
6000
5000
4000
3000
2000 -i.
1000 i-
0
•с
240
220
200
180
160
140
120
100
80
60
40
20
0
Рис. 4.1. Графики потребной работы и повышения температуры
(t=20 °C) при политропическом сжатии не 1 м3 воздуха
44
Если эффект нагрева газа при его быстром компримировании ши-
роко используется, например, в двигателях внутреннего сгорания, в кото-
рых топливо самовоспламеняется в сильно сжатом воздухе (двигатель ди-
зеля), то в компрессорах (особенно воздушных) он чрезвычайно вреден и
пожаровзрывоопасен [64]. При адиабатическом сжатии или близких к нему
режимах, реализуемых в современных компрессионных устройствах, в том
числе компрессорах, турбодетандерах, температура газа может поднимать-
ся, примерно, с 0-40 °C при давлении 1 атм. до 870-1037 °C при давлении
150 атм. При использовании поршневых компрессоров это ухудшает ра-
боту поршня и повышает опасность самовоспламенения и взрыва сжима-
емых горючих газов. В других видах оборудования возможны возникно-
вение очага пожара на выходе устройства в результате воспламенения го-
рючих предметов, окружающих его, а также ускоренный износ оборудо-
вания из-за воздействия повышенных температур. Небезынтересно отме-
тить, что для предотвращения этих явлений предлагается в сжимаемые
газы вводить защитные добавки, в частности для водорода рекомендует-
ся добавление NO и NQ [33].
Высокая температура сжатого воздуха вредно отражается на смаз-
ке. Подвергаясь воздействию высоких температур масло постепенно ис-
паряется. При этом более легкие составные части масла удаляются вмес-
те с воздухом, а остаток под действием кислорода воздуха окисляется и в
виде нагара отлагается на стенках цилиндра и на других внутренних час-
тях компрессора.
При разложении смазки с образованием нагара в поршневом ком-
прессоре поршень начинает работать сухим, трение между ним и стенка-
ми цилиндра увеличивается и, как следствие, увеличивается температура
поршня, приводящая к его расширению и заеданию. Это в свою очередь
приводит к повреждению кривошипно-шатунного механизма и к обрыву
шатунных болтов. Последнее влечет за собой серьезные аварии, иногда
приводящие к полному разрушению компрессора.
Отложение нагара на седлах клапанов способствует их неплотно-
му закрытию, приводящему к резкому повышению температурного режи-
ма компрессора.
Под влиянием вибраций, неизбежных при работе компрессора, на-
гар частично отстает от стенок и уносится в трубопровод, холодильник,
воздушный аккумулятор, осаждается в них и, смачиваясь маслом, прино-
симым воздухом, формирует весьма прочные отложения. Скопления на-
гара в трубопроводах уменьшают их сечения, вызывая потерю энергии,
повышение давления и температуры сжатого газа. Отложения остатков
смазочных масел представляют сами по себе весьма горючий опасный
45
материал, который при высоких температурах сжатого воздуха может за-
гораться.
При работе компрессора реальны два механизма возникновения
пожара и взрыва:
- возгорание паров масла и его отложений на внутренних поверх-
ностях компрессора и присоединенного к нему оборудования;
- самовозгорание нагара масла.
Пожар и взрыв по первому механизму возможен при температуре
сжатого воздуха выше температуры самовоспламенения масла. Самора-
зогрев нагаромасляных отложений, обдуваемых горячим воздухом, вы-
ходящим из компрессора, широко известен [65]. Опасность саморазогре-
ва и самовоспламенения отложений в трубопроводах увеличивается не
только с ростом температуры воздуха, но и с увеличением толщины мас-
ляных отложений и давления сжатого воздуха, а также со снижением ско-
рости его движения в трубе [65]. Способствуют этому окислы железа (ржав-
чина) на стенках трубопроводов и воздушных аккумуляторов, пропитан-
ные маслом.
Попадание в заборную трубу вместе с воздухом инертной пыли со-
действует отложениям нагара в компрессоре. Попадание в компрессор
химически активной пыли, содержащей окислители (при выбросе, напри-
мер, воздуха из вентиляционных шахт цехов, содержащих эту пыль), мо-
жет активизировать процесс ее химического самовозгорания.
1.2.1.5. Нагрев газа торможением его потока
При торможении энергетически изолированной струи газа его теп-
лосодержание i, достигает максимального в этих условиях значения [66]
где: V- скорость газа; - теплосодержание в начале процесса;
I
g - ускорение силы тяжести; — - тепловой эквивалент
механической работы.
Получающееся при этом значение теплосодержания i, называют
полным теплосодержанием, а абсолютную температуру
46
(16.1)
(17.1)
- температурой торможения (адиабатического торможения).
Из формул (14.1) и (15.1) следует, что температура газа получается
равной температуре торможения в том случае, когда скорость его течения
уменьшается до нуля при отсутствии энергетического обмена с
окружающей средой.
Пользуясь средним значением теплоемкости, можно вычислить
температуру торможения по следующей формуле:
1 V2
Т2 = Т'+^—;
Л 2gcf
Для воздуха (сР ® 0,24 ккал/(кг -К) имеем приближенно:
V2
Т х Т + —— •
2 1 2000 ’
Например, при торможении воздушного потока нормальной тем-
пературы ( = 300° А") , двигающегося со скоростью К=100 м/с,
350 м/с, 1000 м/с, температура торможения будет соответственно равна:
305, 360, и 800 °К. Эти данные указывают на необходимость принятия во
внимание возможности разогрева газов за счет торможения их потоков,
двигающихся с большими скоростями. Содержание в этих потоках горю-
чих газопаровых смесей может привести к их самовоспламенению.
Для определения температуры адиабатического торможения
предлагается также использовать следующие формулы [67]:
Т2 = Т}+ — V2
2 ' 2kR
(18.1)
(19.1)
T2 = Tfl+^-M2)-,
где: R - газовая постоянная; М - число Маха, равное отношению
скорости потока газа к скорости звука в потоке; к = сР / с.,. .
1.2.1.6. Нагрев газа в результате термоакустнческого эффекта
Термоакустический способ воспламенения горючих парогазовых
смесей основан на эффекте их разогрева в специальной системе “сопло-
цилиндрическая тупиковая полость”. Этот эффект проявляется при набе-
гании на дно полости струи холодной смеси, истекающей из сопла со свер-
звуковой скоростью, и усиления амплитуд колебаний давления этой сме-
47
си в набегающей струе в результате вынужденных ее собственных колеба-
ний в указанной системе [68].
Если подавать холодный газ через сопло 1 (см. рис. 5.1) в открытый
торец цилиндрической тупиковой полости 4, который затем дренируется
через полость 3, то внутри цилиндра возникают колебания этого газа с
частотой, соответствующей собственной акустической частоте полости.
Колебания давления газа в набегающей струе являются вынужденными
по отношению к собственным колебаниям цилиндрической полости. На-
стройка динамической системы “сопло-полость”, вызывающая резонанс
этих колебаний, производится изменением расстояния X от сопла до от-
крытого торца полости. В результате усиления амплитуды колебаний газа
в цилиндрической тупиковой полости в каждой волне сжатия повышается
температура газа, и, с течением времени, она намного превышает темпе-
ратуру торможения газовой струи. В результате этого происходит разог-
рев стенок цилиндра и, особенно, дна тупиковой полости до температур,
которые соответствуют установившемуся тепловому балансу цилиндра.
Экспериментально было получено, что за 50 секунд дно полости
нагревается до 1000 “К, а за время 100 секунд - до 1500 “К и более, вплоть
до его расплавления, если не будет организован теплоотвод.
Воспламенители с использованием термоакустического эффекта
используются в системах воспламенения топлив в камерах двигателя и
газогенератора жидкостных ракетных двигательных установок. Подоб-
ный эффект может возникнуть при истечении парогазовых смесей и на
промышленных установках.
Рис. 5.1. Принципиальная схема термоакустического устройства для
воспламенения горючих смесей:
1 - сверхзвуковое соппо; 2 - корпус; 3 - дренажная полость;
4 - цилиндрическая тупиковая полость
48
1.2.1.7. Возможность нагрева газ» при дросселировании
При дросселировании реального газа через суженное отверстие (вен-
тиль, кран, задвижка, дроссельный клапан) из области высокого давления
в область низкого давления может наблюдаться, в зависимости от его на-
чального состояния, как понижение, так и повышение температуры газа.
Это явление носит название эффекта Джоуля-Томсона.
Изменение температуры при дросселировании газа определяется из
общего уравнения [69];
«гП =_±fAl =_!_|Гг^| -г
dpjj CpVdPJr cfA \ dTJf,
сРА dT
(20.1)
где V- удельный объем газа.
с т\ - V > о
Если: ‘{j-r) , температура газа понижается,
- “ - повышается,
- “ - остается неизменной.
Определение величины эффекта Джоуля-Томсона (j) предлагается
[70] производить с помощью формулы, выведенной из уравнения Ван-дер-
Ваальса
ср
, К/ат
(21.1)
где: а и Ь - константы Ван-дер-Ваальса; R - газовая постоянная,
равная 0,0821 лит ат/К , 7] - температура до дросселирования, °К\ сР -
молярная теплоемкость, кал/моль К; 24,2 - коэффициент пропор-
циональности.
Эмпирическая формула, предложенная Джоулем, имеет вид:
7J - =у-(Л> -/») (273 / 7])2, (22.1)
где Т2 - температура после дросселирования, °К\ Р{, Рг - давление
газа до и после дросселирования, ат.
49
Значения J по Джоулю:
Газ J
Воздух 0,277
Кислород 0,335
Азот 0,319
Водород -0,031
Углекислота 1,352
Высказываются соображения об опасности самовоспламенения,
которую может создать дроссель-эффект для таких горючих газов как,
например, водород. Расчеты, однако, показывают (см. раздел 2), что
получаемый на основе указанных формул эффект Джоуля-Томсона
соответствует, например, повышению температуры на 0,7° при
дросселировании водорода с перепадом давлений Р} = 20 ат и Р2 = 1 ат и
Т2 = 373 "К. Очевидно, что такое повышение температуры само по себе не
может способствовать проявлению указанной опасности.
В условиях дросселирования процессы самовоспламенения могут
возникать при выходе газа в пространство, содержащее окислитель, при
температуре, соответствующей точке самовоспламенения газа (для
водорода - 510 °C ). При более низких температурах водорода его
самовоспламенение возможно за счет окислительной реакции,
стимулируемой, например, увеличивающимся содержанием атомарного
водорода (константа диссоциации молекулы водорода при 300 »К равна
2,56-10'14 [71]), возникновения условий, благоприятствующих нагреву и
близких к рассмотренным в разделах 1.2.1.4; 1.2.1.5, сильной турбулизации
среды, способствующей ускорению окислительного процесса.
Более объективные данные о поведении газа могут быть получены
опытным путем, воспроизводящим возможные условия его загорания, не
исключающие при взрыве образование ударной волиы (см. раздел 3).
1.2.2, Работы, связанные с переходом химической энергии в
теплоту
Импульсы, вызывающие переход химической энергии в теплоту или
возникающие при этом переходе и приводящие к загоранию веществ и
материалов, являются наиболее распространенными из всех источников
загорания. К ним относятся искры и пламя, образующиеся при возгорании 50
50
и самовозгорании веществ и материалов.
Возникнув, эти источники, в свою очередь, действуют иа
соседствующие горючие вещества и материалы непосредственно или через
негорючие поверхности, перегреваемые ими до опасных температур.
Ниже рассматриваются особенности действия указанных
источников в некоторых конкретных условиях.
1.2.2.1. Искры и пламя, образующиеся при горении веществ
и материалов в системах
К системам, где происходят процессы горения, относятся:
работающие печи, разное технологическое нагревательное оборудование,
котельные, тепловозы, другие машины и установки с двигателями
внутреннего сгорания, газосварочное оборудование.
Воспламеняющая способность образующейся искры характеризу-
ется ее размерами, температурой, временем действия, количеством тепло-
вой энергии, которую искра может передать горючим материалам. По
имеющимся данным [36,72], зажигательная способность искры, вылетаю-
щей из трубы тепловоза (паровоза), следующим образом зависит от гео-
метрических размеров и начальной температуры. Искра пожароопасна при
диаметре 2 мм и температуре 1000 °C; при диаметре 3 мм и температуре
800 °C; при диаметре 5 мм и температуре 600 °C. Для искр диаметром
3,5 мм время охлаждения в воздушной среде до пожаробезопасной вели-
чины (ниже 200 °C) составляет -5 с.
При определении средней скорости полета искры предлагается учи-
тывать поправочный коэффициент, равный 0,5-0,7. Так, при скорости вет-
ра 20 м/с скорость полета искры равняется 20- 0,7=14 м/с, а дальность по-
лета, в пределах которой теряется зажигательная способность искры, со-
ставит 14- 5=70 м. Согласно данным следственного эксперимента [72], при
прохождении грузового тяжеловесного поезда была зафиксирована, на-
пример, дальность полета горящих искр, вылетавших из паровозной тру-
бы, до 32 м. Тление (свечение) искр после их соприкосновения с землей и
находящимися на ней предметами наблюдалось в течение 3-5 с. Экспери-
мент проводился в условиях повышенной влажности воздуха.
Пожары, возникающие от искр, являются результатом их попада-
ния в условия, способствующие хорошей аккумуляции тепла. Такие усло-
вия особенно обеспечивают горючие волокнистые ( например, хлопок ),
пылевидные ( например, древесная пыль ) материалы. Попадание искр в
щели, разные неплотности элементов конструкций способны вызывать
51
возгорание и более плотных материалов, как, например, деревянные брев-
на, брусья, доски.
Правилами перевозки грузов [73] утверждается, что на железных
дорогах только паровозы представляют пожарную опасность с точки зре-
ния возможности образования искр. Однако, данные ВНИИЖТ и прак-
тика эксплуатации тепловозов показывают, что опасным свойством ис-
крообразования обладают и эти машины. Согласно статистическим дан-
ным, количество пожаров от искр тепловозов в подвижном составе с гру-
зом превышает 30%.
Опасность искрообразоваиия при работе двигателей внутреннего
сгорания находит свое подтверждение в пожарах, происходящих от сель-
скохозяйственных машин. Эти пожары возникают в результате вылета искр
из выпускных труб двигателей тракторов, комбайнов и автомобилей. При-
чиной искрообразоваиия служит нагар, откладывающийся при работе
двигателей на внутренних стенках выпускной системы. Большой склон-
ностью к нагарообразованию по сравнению с легкими видами топлива
(бензин, керосин, лигроин) обладает дизельное топливо, содержащее ас-
фальтены, разлагающиеся под действием высоких температур с образова-
нием отложений кокса. В них присутствует также зола - остаточный не-
органический продукт горения топлива. При сгорании 100 кг дизельного
топлива в двигателе образуется примерно 150 г нагара. Увеличенному
образованию нагара способствуют: неполнота сгорания топлива за счет
нарушения режима работы двигателя; проникновение в камеры сгорания
картерного масла, имеющего большую склонность к коксованию и более
высокую зольность, чем дизельное топливо. Коксование увеличивается за
счет содержания шлама металлической и минеральной пыли.
Вибрация машины и действие потока выхлопных газов
способствует отслаиванию раскаленных до 550-650 °C кусочков нагара и
выбросу их потоком в атмосферу в виде искр. По заключению ВНИИЖТ,
образованию раскаленных частиц в виде кокса и нагара способствуют
низкое качество распыла топлива, длительная работа дизеля без нагрузки,
особенно, при низких температурах охлаждающей воды и масла,
ухудшение воздухоснабжения дизеля. Несколько примеров пожаров,
возникших на железных дорогах от искр тепловозов. В одном случае
тепловоз ТЭ-3 находился в сцепе с щебеночно-очистительной машиной
(ЩОМ-Д-53). Перед отправлением был произведен запуск секции “Б”
тепловоза, при котором наблюдался выброс газов с пламенем и искрами
из выхлопного коллектора. Через 45 мин после этого было установлено
горение дизель-генераторного отделения ЩОМ-Д-53. В результате пожара
машины оказались поврежденными внутренняя деревянная обшивка и пол
дизельного помещения, нуждались в ремонте дизель, электрогенератор и
52
щит управления, были задержаны 3 пассажирских и 6 грузовых поездов
на 10 часов. В другом случае, при запуске остановившегося двигателя
секции “Б” тепловоза ТЭ-3 наблюдалось аналогичное первому случаю
искрообразование, приведшее к попаданию искр на детали стандартных
домов, вагон с которыми шел первым за тепловозом. В результате пожара
сгорели детали сборных домов и деревянная обшивка вагона.
Очевидным является то, что искры встречных тепловозов также
представляют при определенных условиях угрозу для подвижного состава
с легковозгораемыми грузами.
Необходимо отметить, что указанные выше размеры искр,
обладающих зажигательной способностью, значительно меньше толщины
слоя нагара, обнаруживаемого на практике. Так, например, при
расследовании пожара груза пиломатериалов, возникшего на Алма-
атинской ж. д. от искры тепловоза ТЭ-3, установлено, что выхлопные
трубы тепловоза имели нагар толщиной не менее 10 мм.
Характеристики свойств пламени и развиваемых при горении
температур, приводимые в разделе 1.1, с достаточной убедительностью
показывают, что случайные загорания от непосредственного действия
открытого пламени носят весьма прямолинейный характер и не требуют
особых исследований. Многие пожары, возникающие по этой причине,
происходят в присутствии людей и довольно быстро ликвидируются или
могут быть описаны свидетелями с характеристикой возникшего горения.
Без свидетелей загорание в связи с его быстротечностью может быть
определено по совокупности получаемых данных [74].
Согласно пожарной статистике, 80% всех больших пожаров в
промышленности связаны с неисправностями техники [75]. Наиболее
частым источником пожара является нагревательное оборудование,
включающее системы, работающие на газе, масле, угле, дровах. Его
перегрев в результате неисправностей в регулирующей аппаратуре, выход
из строя термостатов, отсасывающих или охлаждающих устройств, может
приводить к возгоранию или самовозгоранию горючих веществ,
контактирующих с поверхностями оборудования или попадающих на эти
поверхности при дефектах в топливоснабжающих установках,
маслопроводах и др. Источниками загорания могут служить
непосредственно продукты сгорания, искры, прорывающиеся из систем
их образования и удаления при нарушении целостности систем. От
аналогичных причин довольно часто происходят пожары на
железнодорожном транспорте. Их примерами на тепловозах служат: отрыв
топливной трубки, идущей к фильтрам тонкой очистки, с попаданием
топлива на выхлопной коллектор и его воспламенением; прогар глушителя
с воспламенением подтеков масла в районе масляного насоса.
53
Пожары в рефрижераторных вагонах наблюдались, например, в
результате смещения выхлопной трубы коллектора дизеля от отверстия в
полу вагона и воздействия продуктов сгорания на дизтопливо, разлитое
на полу машинного отделения. Разлив топлива происходил по причине
течи его из расходного бака и топливного насоса. Попадание дизтоплива
под давлением на поверхность раскаленной выхлопной трубы при
нарушении целостности топливопровода также служило причиной
загорания топлива. По аналогичной, например, причине возникали
пожары в результате утечки и загорания жидкости для гидропроводов
камнедробильных машин. Загорание жидкости происходило из-за ее
попадания на нагретые детали в моторном отсеке. Утечки связаны с
разгерметизацией соединений шлангов или появлением в шлангах
сквозных отверстий из-за износа [76].
Статистика показывает, что каждый пятый пожар возникает от
нарушения правил устройства и эксплуатации печей и теплогенерирующих
установок [77].
Значительный ущерб наносят, например, пожары в крупных
промышленных сушилках зерна. В 1984 году во Франции произошло 20
серьезных пожаров, в 10 из которых ущерб превысил 1 млн франков [78].
Основной причиной пожаров явилось попадание горящих или накаленных
частиц из теплогенератора в сушильную колонну. Пожар распространялся
по системе очень быстро, благодаря большому количеству сухого
мелкораздробленного горючего материала.
Возникновению и развитию пожара в сушилках способствуют:
скопление горючей пыли, отходов и сухого зерна в некоторых ее местах,
неисправность огневых теплогенераторов, чрезмерная температура сушки,
попадание горючих материалов в приточный воздух, образование
накаленных частиц (окалины и т. п.) при некачественном техобслуживании
системы. (Меры предотвращения пожара включают тщательную очистку
сушилки от пыли и отходов, исключение образования отложений в горячей
зоне, предварительную очистку зерна от легковоспламеняющихся
примесей, соблюдение температурного режима сушилки, оснащение
системы установками обнаружения и автоматического или
полуавтоматического пожаротушения азотом, диоксидом углерода или
водой).
В 1985 г. в жилых домах США произошло 181200 пожаров от
обогревательных приборов (30% от всех пожаров в жилых домах). Число
погибших - 979 человек [79]. Причины: не соблюдалась периодичность
очистки от горючих отложений в газоходах, нарушались допустимые
расстояния предметов от нагретых элементов отопительных приборов,
54
эксплуатация отопительных приборов в форсированном режиме, не
предусмотренном нормами, использование других видов топлива.
Основные причины пожаров печного отопления приводятся на схеме
рис. 6.1 [80].
Источниками загорания при неправильной эксплуатации печей
могут являться непосредственно продукты горения топлива в них,
вылетающие или выпадающие из топки в виде пламени или искр, крупных
горящих кусков, частиц раскаленной золы. Попадая на расположенные
вблизи горючие вещества и материалы, они могут служить причиной их
возгорания.
Следует учитывать, что характер горения разного топлива
неодинаков. Среди хвойных дров встречаются так называемые
“стреляющие” поленья, способствующие вылету искр. Более спокойно в
этом смысле протекает горение дров из лиственных пород. Нередки
пожары, возникающие, например, при выгрузке горячего пепла из печи в
Рис. 6.1. Основные причины пожаров печного отпления
55
мусоросборники с горючими материалами или на полотно железной
дороги, особенно в замазученных местах.
Загоранию от печей способствуют: неисправность топочных
дверец или их отсутствие; растрескивание пода печи; отсутствие
предтопочных листов; растрескивание перекрытия печей, стенок дымовых
труб. Загорание может быть вызвано тепловой радиацией, воздействующей
на горючие материалы и вещества при открытых или неисправных
топочной или поддувальной дверец, а также при использовании
легковоспламеняющихся и горючих жидкостей во время растапливания
печи.
Одним из решающих факторов в облучении является температура
пламени горящих веществ и материалов, что следует из формулы (23.1) по
расчету интенсивности облучения [36]:
(23.1)
' , Вт/м2,
где 5,7 - коэффициент излучения абсолютно черного тела, Вт/м2 к4;
е - приведенная степень черноты системы;
- степень черноты факела пламени (при горении дерева равна
0,7, а нефтепродукта - 0,85);
е* - степень черноты облучаемого вещества, принимают по спра-
вочной литературе;
Тф - температура факела пламени, °К;
Т - температура самовозгорания горючего вещества, °К;
<р1ф - коэффициент облученности между излучающей и облучаемой
поверхностями, равен 1..
Эта величина <р1ф соответствует случаю теплообмена излучением
между двумя неограниченными параллельными серыми плоскостями [23].
Расчет случая теплообмена излучением для двух серых плоскостей,
образующих, например, замкнутую систему, приведен в разделе 2.
Критические значения интенсивности облучения в зависимости от
времени облучения для некоторых веществ приведены в табл. 8.1.
*> Формулы для вычисления коэффициентов облученности взаимных
поверхностей в типичных случаях теплообмена излучением приведены в [23].
56
Таблица 8.1
Критические значения интенсивности облучения в
зависимости от времени облучения для некоторых материалов
Материал Минимальная (до возгорания) интенсивность облучения (Вт/м2) при продолжительности облучения, мин
3 5 15
Древесина-сосна (влажность 12%) 18800 16900 13900
Древесно-стружечная плита (плотность р = 417 кг/м3) 13900 11900 8300
Торф брикетный 31500 24400 13200
Торф кусковой 16600 14350 9800
Хлопок-волокно 11000 9700 7500
Слоистый пластик 21600 19100 15400
Стеклопластик 19400 18600 17400
Пергамин 22000 19750 17400
Резина 22600 19200 14800
Уголь - 35000 35000
Данные табл. 8.1 показывают, что увеличение времени выдержки
образца снижает минимальную интенсивность облучения, требуемую для
его возгорания. Следует учитывать, что приведенные данные являются
ориентировочными, так как отсутствует подробная характеристика фи-
зико-химических свойств облучаемых материалов, состояния их поверх-
ности и условий проведения опытов. Это обстоятельство следует также
учитывать при рассмотрении других данных, приводимых в книге.
Характер изменения излучения с изменения расстояния от топоч-
ного отверстия комнатной печи приведен на рис. 7.1 [80].
Определение мощности излучения проводилось с помощью акти-
нометра. Измерение показало, что излучение топочного пространства с
горящими и переугленными дровами резко меняется даже при небольшом
изменении расстояния между предметом и печью. Нагрев продуктами го-
рения до опасных температур наружных поверхностей печи и дымоходов
при недостаточности кирпичной разделки или отступки, несвоевременной
очистке от сажи и их неисправности также может привести к пожару.
При прожигании забитых сажей дымовых труб часто происходит
интенсивное искрообразование. Горение возникает и в результате тепло-
вого самовозгорания приставших к внутренним стенкам смолистых отло-
жений и сажи. С мест этих отложений, удаленных от продувочных уст-
57
ройств, начинаются пожары в экономайзерах и воздухоподогревателях [81].
Чаще всего условия для развития пожара создаются при неполном сгора-
нии топлива. При использовании парового дутья в случае возникшего го-
рения возможно выделение водорода и его взрыв. Признаки пожара в эко-
номайзерах следующие: внезапное повышение температуры уходяще-
го газа, появление видимого пламени в индикаторах дыма, возможное
падение давления в системе водопитания, перегрев обшивки или верти-
кального газопровода в зоне экономайзера.
Рис. 7.1. Зависимость величины тепловой радиации от
расстояния до топочного отверстия комнатной печи
Исследования интенсивности и длительности горения смолистых
отложений в дымоходе дровяных отопительных установок показали, что
при толщине слоя отложений 3-4 мм максимальная температура в про-
цессе горения достигала 1370 °C, а средняя -1100 °C. Длительность горе-
ния составляла до 30 мин [82].
Признаком горения сажи является выход из головки дымохода жел-
товато-бурого дыма, вылет искр, иногда появление пламени. По опреде-
лению очевидцев, в этих случаях в канале через стенку можно услышать
потрескивание, шум, “гудение".
Результаты исследования пожарной опасности дровяных отопитель-
ных устройств (ДУ) в США за 1978-1984 гг., проведенного Центром по-
жарных исследований Национального бюро стандартов, показали, что
число пожаров, связанных с ДУ, составило 125-140 тыс. в год при сум-
марном материальном ущербе 257-296 млн долл. Число погибших людей
в таких пожарах достигло 250-290 человек.
У тепловых печей температура в топливнике при сжигании дров
составляет около 1000 °C. В дымоходе на уровне ближайшего перекрытия
через 3-6 часов усиленной непрерывной топки температура может дости-
58
гать 400-500 °C. При обычных топках (до 2 часов) она будет значительно
ниже [80]. При одной из проверок установлено, что температура топоч-
ных газов в дымоходе при выходе из плиты ресторанного типа, находив-
шейся на первом этаже 4-х этажного здания, составляла 560 °C; на уровне
3-го этажа температура в дымоходе достигала 200 °C, а на выходе в атмос-
феру ~100 °C. В качестве топлива использовались дрова.
Пожарная опасность теплоемких печей зависит главным образом
от длительности воздействия тепла, поддерживаемого в них. Высокая теп-
ловая нагрузка отмечается у дымоходов плит, особенно ресторанного типа.
На характер прогрева различных участков печей оказывает существенное
влияние род топлива. При каменноугольном топливе как более короткоп-
ламенном и дающем повышенную температуру непосредственно в зоне
горения, усиливается (по сравнению с дровами) прогрев топливника и
подовой части печи. При топке дровами из-за их длиннопламенности наи-
больший прогрев массива печи может наблюдаться в ее верхней зоне. Это
повышает пожарную опасность патрубков и особенно в тех случаях, ког-
да патрубки устанавливаются в верхней части печи, где они нередко вплот-
ную прижаты к сгораемым конструкциям. Неизмеримо в этих случаях воз-
растает роль разделок. Не соответствие разделок нормам или их изношен-
ное состояние приводит к пожарам. Прогрев разделок требует времени и
может происходить после окончания топки и понижения температуры в
печи. Поэтому известны случаи возникновения пожаров через 6-8 часов
после топки.
Расследование пожаров, связанных с печным отоплением, показало,
что начало загорания и момент обнаружения пожара обычно не совпадают.
Интервал времени с момента начала топки печи до обнаружения пожара
может достигать 30 и более часов.
Позднее обнаружение пожара возникшего от печного отопления,
связано с неблагоприятными подчас условиями для горения, например, с
недостаточным доступом воздуха, вследствие чего горение может дли-
тельно развиваться в виде малозаметного тления. Начавшееся загорание
можно обнаружить по дыму, местному нагреву конструкций, потрескива-
нию, изменению цвета соответствующего участка штукатурки (пожелте-
ние), свечению ее в темноте [72].
Пожар может возникнуть в результате возгорания конструктивных
элементов от перегрева исправных печей и дымоходов. На участках не-
посредственного контакта строительных элементов и других сгораемых
материалов с отопительными устройствами создаются особенно благо-
приятные условия для теплового самовозгорания. Известны случаи заго-
рания древесины, соприкасавшейся с паровыми трубами в течении несколь-
ких лет работы нагревательного оборудования [74].
59
Характерным для условий возникновения пожаров от перегрева
поверхностей отопительных приборов, соприкасающихся с горючими
материалами, является, в условиях затрудненного газообмена, их медлен-
ный процесс разложения и горения, причем больше продуктов термичес-
кого разложения (сухой перегонки) задерживается в массе образующего-
ся угля. Горение в таких случаях может протекать длительное время в виде
тления с образованием крупного малопористого угля, с переугливанием
ограниченных по площади участков конструкций до тех пор, пока не при-
мет открытого характера. На участке очага пожара иногда могут быть
обнаружены сконденсировавшиеся не сгоревшие и стекающие из очага
продукты сухой перегонки древесины.
При расследовании, например, пожара в одном жилом доме [80]
были обнаружены выгоревшие участки чердачного перекрытия и крыши
около дымохода. Последний отводил дым от русской печи и был испра-
вен, однако разделки не имел. Толщина стенки дымохода составляла
12 см. К ней непосредственно примыкала балка перекрытия. На дымохо-
де под очагом пожара были обнаружены темные смолянистые подтеки -
продукты сухой перегонки древесины. Они свидетельствовали о терми-
ческом разложении древесины в полости перекрытия.
При нормальном температурном режиме работы отопительного
оборудования относительный npoipee стенок теплоемких печей, дымохо-
дов и их разделок в исправном состоянии не превышает следующих вели-
чин (табл. 9.1) [80].
Таблица 9.1
Данные по максимальному относительному прогреву
кирпичной кладки в зависимости от ее толщины
Толщина кирпичной кладки, см Максимальный относительный прогрев от температуры топочных газов, %
7 60
13 35
19 25
25 20
38 10
Выявлено при расследовании пожаров от печей, что изоляция из
2 слоев войлока, смоченного в глиняном растворе, имеет слабые теплоза-
щитные свойства. Температура с необогреваемой стороны изоляции в ряде
случаев достигала 80-85% от температуры ее на стороне, обращенной к
печи. Кроме хорошей прогреваемости, войлочная изоляция, несмотря на
пропитку глиняным раствором, под влиянием температуры печи способ-
на обугливаться и разрушаться. Теплоизолирующие свойства асбестовой
60
изоляции несколько выше, чем у войлока, но и они довольно слабые.
В среднем относительный прогрев асбестовой изоляции при толщине 4 мм
достигает 70%. Увеличение в опытах толщины асбестовой изоляции с 4 до
16 мм у разделки печн в один кирпич уменьшило относительный прогрев
всего с 14 до 13%. Асбестовая изоляция при плотном прилегании может
рассматриваться лишь в качестве дополнительной защиты от непосред-
ственного воздействия на сгораемую конструкцию топочных газов и искр
в случае их выхода через трещины и неплотности в кирпичной кладке раз-
делки печи.
Изучение пожарной опасности нетеплоемкой (металлической) печи
показало, что температуры печи в ее дымоходе во время топки дровами и
торфом (в брикетах) почти не зависят от продолжительности топки.
С разгоранием топлива они быстро повышаются, с окончанием его горения
металлические стенки печей и рукава также быстро (в течение нескольких
минут) остывают. Данные о максимальных температурах, заре-
гистрированных во время специально проведенных опытов, были
следующими:
1) в топливнике - 830 °C (дрова), 750 °C (торф);
2) в месте изгиба отходящего от печи металлического рукава
(в горизонтальной части колена) - 540 °C (дрова), 600 °C (торф);
3) на металлическом рукаве на расстоянии 2м 20см от колена -
360 °C (дрова), 400 °C (торф).
Максимальные температуры, развившиеся на сгораемых передвиж-
ной стенке около печи и на перекрытии над металлическим отводящим
рукавом диаметром 12,5 см, достигали следующих величин:
Расстояние от элементов печи до сгораемой конструкции, см Стенки, °C Перекрытие, °C
100 80 70
50 110 100
25 150 130
Опыты показали, что расстояние от элементов печи в I м обеспечи-
вает пожарную безопасность сгораемых конструкций.
В стандарте Национальной ассоциации противопожарной защиты
США 211-1984 приведены применительно к твердотопливным установкам
следующие основные профилактические рекомендации: величина отступ-
ки между теплоизлучающей стенкой и поверхностью горючей конструк-
ции должна соответствовать 0,91 м; между стенкой газохода и горючей
конструкцией должен быть промежуток в 51 мм при температуре стенок
элементов топливной установки, не превышающей 50 °C.
61
Характерной причиной пожаров при эксплуатации нетеплоемких
печей является действие тепловой радиации их стенок и дымоходов. При
расследовании пожара в одном из жилых домов было установлено, что
горение возникло в нижней части деревянной пустотелой перегородки
около топки ванной колонки. Расстояние между наружной поверхностью
топливника и перегородкой составляло 7 см. Перегородка, отделявшая
ванную от жилой комнаты, была оштукатурена и дополнительно
изолирована асбестовой тканью толщиной ~2 мм, по которой был прибит
блестящий алюминиевый лист. На протяжении 1,5 лет перегородка,
защищенная таким образом, не загоралась. Но затем в ванной комнате
был проведен ремонт и алюминиевый лист окрасили темно-зеленой
краской. Резкое ухудшение теплоотражательных свойств листа привело к
перегреву перегородки и возникновению пожара.
Защита горючей стенки слоем сухой штукатурки толщиной 1 см при
ее расстоянии от элементов печи 25 см не способствует эффективной
теплозащите, температура под слоем штукатурки может достигать 120 °C.
Опытами установлено [80], что размер квадратного отверстия в
сгораемой перегородке для пожаробезопасного пропуска металлического
рукава диаметром 12,5 см от нетеплоемкой печи должен составлять:
| Длина горизонтальной части 1 рукава (от колена до перегородки), м 1,0-1,5 1,5-2,0 свыше 2,0
I Размер выреза, м 0,8x0,8 0,7x0,7 0,6x0,6
Неправильная установка на железных дорогах временных чугунных
печей и перекал их стенок являются одной из причин пожаров крытых
вагонов, сопровождаемых проводниками грузоотправителей. Известны
случаи из практики, когда близкое (менее 1 м) расположение горючего
груза (в картонных коробках, деревянных ящиках, упаковочной древесной
стружке и др.) от топящейся печи вагона приводило к его загоранию.
Перегрев кухонной плиты в служебном помещении вагона
рефрижераторной секции, оставленной без присмотра, также сравнительно
часто служит причиной воспламенения сгораемых конструкций вагона.
Нередко приводила к загораниям, переходившим в пожар, сушка
тряпок и других горючих материалов в работающем котельном
помещении. Использование к тому же кокса для топки печи в пассажирском
вагоне вместо каменного угля способствовало развитию более высокой
температуры, воздействие которой вызвало прогорание изоляции печной
разделки и возгорание соседствующих с печью горючих материалов.
62
Недоучет опасности возникновения пожара при контакте горючих
материалов с нагретой поверхностью также виден на следующем примере.
При перевозке боеприпасов на автомобиле, укрывавший их брезент свисал
до уровня выхлопной трубы. В результате контакта с ней произошло
воспламенение брезента [83], которое могло привести и к более тяжелым
последствиям.
Тепловая струя отработавших газов автомобиля при ее воздействии
на горючие материалы также вызывает их загорание. В качестве примера
в разделе 2 приведены некоторые результаты исследования этого свойства.
1.2.2.2. Самовозгорание веществ и материалов
Как видно из рис. 1.1, процесс самовозгорания, приводящий к
пожару, возникает в результате действия в качестве источника загорания
химического, теплового и микробиологического импульсов на склонные
к этому процессу вещества и материалы. Локально возникающий процесс
самовозгорания может явиться источником дальнейшего зажигания любых
других горючих веществ и материалов, находящихся в опасной близости
от него. Поданным, например, пожарной охраны Баварии (ФРГ), в 1985 г.
имело место 110 случаев пожаров от самовозгорания (0,9% от всех случаев),
принесших ущерб 4949 тыс. марок ФРГ (1,7% от всего материального
ущерба) [84].
Для возникновения собственно процесса самовозгорания требуются
условия (см. разделы 1.1 и 1.3), которые создаются подчас при хранении,
перевозке и в стадиях технологической переработки склонных к этому
процессу веществ и материалов. Вот несколько примеров из практики.
При перевозке в вагоне гидросульфита натрия в металлических барабанах
из-за плохого их закрепления наблюдалось разваливание верхнего яруса
груза. Это привело к открытию крышек барабанов и рассыпанию продукта.
Попадание влаги через неплотности проржавевшей кровли вагона около
печной разделки на гидросульфит натрия способствовало развитию
высоких температур и загоранию горючих материалов и мусора,
имевшегося в вагоне.
По аналогичной причине возник также пожар на Московском шел-
ковом комбинате “Красная роза". Территория, на которой расположен
комбинат, имела определенный наклон. В нижней его части находился
склад, в котором хранилось около 500 металлических барабанов (емко-
стью 55 кг) с гидросульфитом натрия, используемым для отделки тканей.
Барабаны были уложены в несколько рядов, причем в нижних, хранив-
шихся много лет, нарушилась их герметичность. Прошедший накануне
63
ливень способствовал проникновению дождевой воды в подвальное по-
мещение склада и ее химическому взаимодействию с гидросульфитом на-
трия.
Подобный случай наблюдался на дрожжевом заводе, когда вода
подтекла под складированную хлорную известь, вызвав ее саморазогрев
(некоторые подробности о пожароопасных свойствах хлорной извести см.
в разделе 2). Сравнительно нередки случаи самовозгорания хлорной изве-
сти при железнодорожных перевозках. Они также связаны с увлажнением
продукта нз-за негерметичности тары, вагона и погрузкой продукта в не-
достаточно охлажденном виде.
Развитию высоких температур, зажигающих горючие материалы,
способствует увлажнение негашеной извести. Особенно этому процессу
содействует наличие горючего мусора в смеси с продуктом.
Перевозка и хранение несовместимых веществ часто приводит к
пожарам в результате их взаимодействии между собой. Так, например,
при перевозке контейнера с медикаментами оказались совмещенными при
погрузке березовый деготь в бутылках с натриевой солью дихлоризоциа-
иуровой кислоты в мешках. Нарушение целостности тары и смешение
продуктов привело к процессу химического самовозгорания. Этот про-
цесс возникает и при попадании крепкой азотной кислоты на древесную
стружку. Такие случаи, например, нередки при зранспортировке стеклян-
ных бутылей с крепкой азотной кислотой, установленных в деревянные
обрешетки и проложенных древесной стружкой. Нарушение целостности
бутылей при сильных соударениях вагонов с подобным грузом приводи-
ло к пожарам.
Наблюдалось химическое самовозгорание белья в прачечных в ре-
зультате присутствия в нем жира. Развитая поверхность текстильного ма-
териала и нагрев выше 70 °C при сушке в большой массе обусловливали
указанную направленность развития процесса [85].
Особенностью теплового самовозгорания является то, что матери-
алы. безопасные при комнатной температуре, могут представлять опас-
ность с точки зрения самовозгорания при хранении в нагретом состоянии.
Так, например, древесно-волокнистые плиты и изоляционный материал
из стекловолокна проявляют указанную склонность при складировании в
большие массы сразу после производственного процесса, связанного с
повышенной температурой. Во избежание этого рекомендуется охлажде-
ние материала до складирования ниже 60 °C.
Случайные пожары возникают в сушилках платья при температу-
рах нормальной сушки, которые не могли вызывать загорание платья.
Исследования показали, что это явилось результатом самовозгорания ре-
64
зинового пенопласта, используемого в платье в качестве прокладочного
материала, загорающегося при умеренных температурах. И так же себя
проявляет пенополиуретан, который, обладая высокими теплоизоляцион-
ными свойствами, на какой-то период способен задержать процесс охлаж-
дения, способствуя развитию температур до самовозгорания горючего
материала. Характерный случай теплового самовозгорания наблюдался
при длительном контакте с паровым отоплением деревянной доскн, под-
вергшейся нагреву до температуры 160-180 °C [86].
К взрывам и пожарам приводят не учтенные особенности химичес-
ких процессов, способствующие опасному повышению давления и темпе-
ратуры в реакторах и другом оборудовании. Например, в воздушных ком-
прессорах поршневого типа применяются смазочные масла, поэтому в
сжатом воздухе обычно присутствуют пары или туманы этих масел или
продуктов их расщепления. Легкие фракции образуют пары, тяжелые -
туманы, осаждающиеся на стенках установок и образующие под действи-
ем высокой температуры нагары и коксы. Последние играют роль ката-
лизаторов самовоспламенения и взрывов паровоздушной смеси [87].
Приведенные примеры, дополняемые другими случаями и описа-
ниями исследований условий самовозгорания в разделах 1.3 и 2, лишний
раз подчеркивают всю сложность этих процессов и важность знания и учета
особенностей их возникновения и развития для успешной экспертизы по-
жаров и взрывов.
1.2,2.3, Курение, действие открытого огня и нагретой поверхности
Многочисленные случаи пожаров происходят в результате
неосторожного обращения с наиболее распространенными источниками
зажигания, представляющими собственно горящее вещество или материал.
К таким источникам относятся, например, горящие папиросы, спички,
свечи, керосиновые лампы для освещения, паяльные лампы, зажигалки и
др. Ежегодный ущерб от пожаров, возникших только от пламени
зажигалок, составляет 310-375 млн долл. [88].
Контакт указанных источников зажигания с другими горючими
веществами и материалами сравнительно быстро приводит к их
возгоранию. Вот характерные случаи возникновения пожара от подобных
источников зажигания на железнодорожном транспорте. При отогревании
открытым огнем замерзшей стрелки произошло возгорание замазученного
участка тракционных путей, что привело к перебросу пламени на два
тепловоза, стоявших на этих путях, и их сильному повреждению от пожара.
65
В результате допущенной захламленности територии склада
стройматериалов при сжигании на ней мусора без принятия мер пожарной
безопасности возник пожар склада, приведший к его полному сгоранию.
К причинам возникновения загораний и пожаров, связанных с
неосторожным обращением с огнем, относятся: применение факелов для
отогревания вентилей сливных приборов цистерн нефтепродуктов и для
осмотра букс: отогревание в опасной близости от горючих веществ и
материалов замерзших водопроводных, газопроводных и других труб
паяльными лампами; применение керосиновых фонарей и зажигание
спичек при осмотре емкостей с легковоспламеняющимися и горючими
жидкостями; пользование открытым пламенем в местах их розлива или
нахождения легковозгораемых материалов (сено, пакля, древесная стружка
и др.); сварка на груженых вагонах и в неочищенных цистернах; курение в
запрещенных местах; применение для освещения свечей и керосиновых
ламп, не заключенных в остекленные фонари; применение в примусах и
керосинках бензина, лигроина, установка их около легковозгораемых
предметов и на неустойчивых подставках; оставление зажженных
керосиновых ламп без присмотра и др.
Пожары, возникающие при газовой сварке и резке пламенем -
(температура пламени при газовой сварке металла достигает 3150 °C, а
при газовой резке металла - 1850 "С [36]). а также и при электросварке,
связаны в большинстве случаев с нарушением правил пожариой
безопасности (неквалифицированные исполнители; недостаточные
удаление и защитная изоляция горючих материалов от воздействия на них
пламени, искр, нагрева; отсутствие разрешения на проведение огневых
работ и контроля за ними; неисправные редукторы и горелки;
необеспечение безопасной атмосферы в местах производства работ (в
аппаратуре, трубопроводах и другом оборудовании). По данным пожариой
статистики [89], пожары, возникающие во время проведения огневых работ,
распределяются следующим образом: газовая сварка и резка - 80%,
электросварка - 15% и другие подобные термические процессы (пайка,
прогрев, горячая правка, металлизация распылением, огневая зачистка) -
5%.
При кислородной резке стали образуются частицы шлака,
обладающие зажигательной способностью. Проводились эксперименты
[90J по изучению параметров этого свойства. Некоторые результаты
экспериментов приведены в разделе 2.
Опасность, таящаяся в неучтенной близости горючих материалов
от места производства огневых работ, прослеживается на следующих
примерах из практики. Во время сварки разорвался из-за проскока пламени
66
шланг газового сварочного аппарата. Загоревшийся ацетилен воспламенил
близлежащие горючие материалы. В другом случае при оттаивании
трубопровода на деревообрабатывающем предприятии при помощи
газовой горелки воспламенилась ограждающая деревянная конструкция,
расположенная от горелки на расстоянии 20-30 см. Использование газовой
сварки для прожигания отверстия в металлоконструкции, обшитой
снаружи деревом, привело к воспламенению обшивки и пожару помещения,
где находилась дорогостоящая электронная аппаратура [91].
Отмечаются частые пожары из-за нарушения правил пожарной
безопасности при обращении с открытым огнем в условиях выполнения
ремонтных работ на крышах и чердаках [92]. Быстрому распространению
пламени в этих случаях может способствовать просмоленная бумага, в
которую упаковывают утеплители из минеральной ваты.
Детская шалость с огнем также часто приводит к возникновению
пожаров. Статистика показывает [77], что каждый десятый пожар
происходит вследствие детской шалости с огнем, каждый пятый - от
неосторожного обращения с огнем. Вот один из характерных примеров
пожара от детской шалости с огнем. Аммиачная селитра в количестве 170 т,
упакованная в крафт-целлюлозные мешки, была складирована в доступном
для посторонних людей месте. В результате шалости детей с огнем вблизи
этого места загорелся один из мешков. Попытки потушить его оказались
безуспешными (горению способствовал окислитель - NHjNOj. Пламя
ушло внутрь складированной продукции и примерно через 30 мин
произошел взрыв. Погибли 33 чел., принесен большой материальный
ущерб. На месте происшествия образовалась воронка глубиной 6-7 м, на
расстоянии 1 км были выбиты оконные стекла в домах.
При тлении веществ и материалов генерируется относительно мало
тепла и небольшое количество горючих газов, что не позволяет получить
пламенного горения. Развивается этот процесс для плотных материалов
со скоростью около 25 мм/ч [74]. Тление трудно обнаружить до его
перехода в пламенное горение
Одним из материалов, склонных к тлению и способных вызвать
пожары, является горящая сигарета. Загорание постельных
принадлежностей, обивки мебели - примеры пожаров, возникающих от
горящей папиросы. Ковры, занавески, драпри и другие подобные
материалы менее часто, но также служат первоначальным объектом
загорания.
Проведенный в США статистический анализ причин возникновения
пожаров в быту показал, что на курение приходится 56% ог всех случаев
[93]. При тлении сигареты развиваются высокие температуры, распределение
которых на ее конусообразном конце показано на рис. 8.1 [16].
67
800С
Рис. 8.1. Распределение температур на конусообразном конце
тлеющей сигареты
Имеются указания [182], что для сигареты характерна температура
тления в пределах 290-315 °C. В условиях тяги температура может
подняться до 430 °C, а в условиях теплоизоляции - до 480 °C. При
отсутствии втягивания воздуха в сигарету процесс горения в ней склонен
к самолокализации. Одиако известны случаи, когда горение сигареты
продолжается до конца. Скорость , с которой горит сигарета, зависит от
ее положения и тяги. Серией опытов установлено, что эта скорость
варьировала от 6 до 8,5 мм/мин [94]. Отмечается, что время, требуемое для
выгорания сигареты длиной 84 мм в горизонтальном положении на
воздухе, примерно равно 20 мин [74].
Полученная зависимость температуры излучения в зоне тления си-
гареты от времени (измерения проводились с помощью термопары желе-
зо-константан на расстоянии 0,5 см) показала (рис. 9.1), что интенсивное
самостоятельное горение сигареты в отсутствии тепловой изоляции со-
ставляет практически несколько секунд, затем она покрывается слоем пеп-
ла, что резко снижает температуру до величины, при которой возгорание
большинства материалов становится невозможным [16]. Однако тлеющая
папироса или сигарета при попадании в благоприятные условия для акку-
муляции тепла (щели, трещины, углы деревянных конструкций) и доста-
68
точном доступе воздуха может вызвать горение древесины по истечение
не более трех часов после их воздействия [72].
Время (мин)
Рис. 9.1. Зависимость температуры излучения зоны тления сигареты
от времени
Воспламенение других материалов наблюдалось, максимум, по
истечении следующих промежутков времени:
опилки - 75-190 мин;
стружки - 60-100 мин;
бумажные отходы - 12-50 мин;
сено и солома - 17-70 мин;
ткани растительного и животного происхождения - 30-60 мин.
При контакте тлеющей сигареты с тканями, применяемыми для
постельных принадлежностей и обивки мягкой мебели, время появления
пламенного горения составило 45-70 мин. При циркуляции воздуха в зоне
контакта время появления пламени уменьшалось до 36-53 мин. Находясь
в контакте с отделочной поверхностью меблировки (матрас, стул, софа) и
будучи покрытой куском ткани или газеты, сигарета может тлеть
45-60 мин, пока не сгорит полностью. При этом достигается температура,
примерно равная 593 °C [74].
Имеется указание [26], что при тлении в спокойном воздухе
целлюлозных материалов максимум температуры меняется от 600 до
750 “С.
Для получения величины скорости тления горючего материала
в горизонтальном направлении предлагается [26] использовать следующую
формулу:
69
где V- скорость тления, мм/с; а - коэффициент температуропро-
водности материала, мг/с, определяемый из следующей зависимости:
Л
а =---
ср
где Л - теплопроводность, ккал/м.с.к;
с - теплоемкость, ккал/кг.к;
р - плотность, кг/м3;
х -расстояние, на котором осуществляется теплопередача (см. рис.
10.1), составляет величину порядка 0,01 м.
Согласно расчету по формуле (24.1), скорость распространения
тления не будет зависеть от максимальной температуры в зоне 2
(см. рис. 10.1), но это не так. При повышенных концентрациях кислорода
наблюдается увеличение скорости распространения тления, которое
коррелирует с увеличением температуры в зоне 2.
X
I I
I I
II 12
I I
I I
3
Т. "-----------------------
Рис. 1Q.1. Элементарная модель теплопередачи применительно к
распространению тлания:
1. Свежая область горючего;
2. Пепел и углистый остаток;
3. Направление распространения тления.
Пористость материала обеспечивает наибольшую вероятность его
вовлечения в процесс тления. Через открытые поры воздух достигает
фронта горения и обеспечивает его развитие. Разрушение образующегося
угля, плавление или образование смолистых продуктов, закупоривающих
поры, способствует прекращению тления. По этой причине многие
обыкновенные пластики не склонны к тлению.
70
Шерсть, нейлон, олефины, полиэфиры плавятся скорее, чем
обугливаются. Хлопок, вискоза, льняные ткани и смеси этих волокон
(целлюлозные материалы) загораются от горящей сигареты и тлеют;
кожаные изделия тлеют, а шелк нет. Вспененная резина также загорается
от горящей сигареты. Уретановый пенопласт имеет склонность к
плавлению от тепла сигареты и обычно не загорается при ее воздействии.
Однако, при определенных условиях пенополиуретан, используемый в
обивке мебели, может быть зажжен источником тлення и даже
воспламениться. Это может произойти, как указывалось выше, при
создании условий, благоприятствующих аккумуляции тепла (попадание,
например, сигареты в щели стула или софы, к которым примыкает
вертикально расположенная подушка из пенопласта) [74].
Необходимо еще раз подчеркнуть важную особенность, подлежа-
щую учету при экспертизе пожаров. Она связана с влиянием на загорание
материалов их физико-химических свойств, состояния и условий, в кото-
рых может действовать источник зажигания. Так, например, при иссле-
довании пожара, возникшего в складе, где находились прессованные кипы
табака, было сделано заключение, что этот процесс не мог возникнуть в
результате загорания кип. Основанием явился тот факт, что прессован-
ная кипа табака, затаренная в мешковину и плотную бумагу, не горела
даже при действии пламени газовой горелки. Такое явление могло наблю-
даться при перпендикулярном действии пламени горелки на горизонталь-
ную совершенно гладкую поверхность кипы, не имевшую никаких зазо-
ров и закутков, способствовавших удержанию и развитию горения. Кро-
ме того, быстрое переугливание в месте действия такого сильного источ-
ника, как пламя горелки, создавало защитный угольный слой, который
мог оказывать сопротивление развитию процесса. Отсутствие исследова-
ния возможности нахождения в складе поврежденных и разрыхленных кип
табака, а также реагирования кипы на действие горящего окурка, попав-
шего, например, в места накладки одного листа упаковочной бумаги на
другой или в иные благоприятные для аккумуляции тепла и доступа воз-
духа пространства между бумагой и мешковиной, не дает основания для
вывода о невозгораемости прессованных кип табака.
При исследовании одного пожара склада с прессованными кипами
хлопка, затаренными в мешковину, также возникал вопрос, может ли кипа
загореться от попавшего на ее поверхность окурка папиросы. При прове-
дении опытов (см. раздел 2) было установлено, что горящий окурок па-
пиросы, после многократного бросания его на поверхность кипы (50 раз),
попав, наконец, в благоприятные условия, вызвал возгорание мешкови-
ны с последующим развитием процесса вглубь кипы н активным ее горе-
нием.
71
Роль аккумуляции тепла и условий взаимообогрева в процессах
возникновения горения довольно наглядно прослеживается в опытах по
зажиганию гладкой поверхности хорошо состыкованных досок, располо-
женных вертикально. Обливание их 10 л бензина с последующим его за-
жиганием не приводило, кроме обугливания, к самостоятельному горе-
нию дощатой поверхности. Устройство уголка прибитием к этим доскам
нижией и боковых дощатых стенок способствовало их загоранию при ис-
пользовании всего 0,5 л бензина, вылитого в место расположения уголка.
Наиболее распространенным источником пламенного горения яв-
ляются спички. Причинами соответствующих пожаров часто являются:
детская шалость со спичками, беззаботное выбрасывание горящих спи-
чек в мусорные ящики или другие небезопасные для возгорания места, ис-
пользование для освещения и др.
От брошенной горящей сигареты или спички на деревянный эска-
латор возник сильный пожар на станции King Cross метрополитена Лон-
дона [96]. Источник зажигания попал под лестницу в пыльное и замаслен-
ное машинное отделение, которое при возникновении огня мгновенно за-
полнилось дымом, что затруднило доступ к пульту управления спринк-
лерной системы и тушение. Во время пожара погиб 31 человек.
Сйичка сгорает в горизонтальном положении в среднем за 20 с, а
температура пламени составляет 540 °C [182], 620-640 “С [36]. Выделяю-
щейся тепловой энергии достаточно для возгорания легковоспламеняю-
щихся жидкостей, твердых горючих материалов с развитой поверхностью
(например, древесная стружка, опилки, сено, солома, пылевидные веще-
ства и материалы, ткани и др.). Для листовых горючих материалов суще-
ственно влияет на их возгораемость положение, при котором они подвер-
гаются воздействию пламени спички. Наиболее легко этот процесс возни-
кает при вертикальном положении соответствующих материалов и воз-
действии пламени на их нижний торец. Однако спичкой зажечь материал
толщиной 10 мм и брлеедовольно трудно. Попытка вызвать горение, на-
пример, деревянного подлокотника кресла с обивкой оказалась невозмож-
ной [74]. Для этого потребовались промежуточные материалы (мятая га-
зета, горючие ткани и др ). Попадание горящей спички на открытые глад-
кие поверхности древесины, расположенные строго горизонтально и не
имеющие щелей, не приводит к их возгоранию, происходит лишь обугли-
вание в месте действия пламени спички.
72
К источникам зажигания более продолжительного воздействия от-
носятся горящие стеариновые свечи. Продолжительность горения в зави-
симости от размеров составляет от нескольких минут до 28 ч и более [72].
Для зажигания материала требуется подъем его температуры до
температуры воспламенения (см. раздел 1.3). Время, требуемое для этого,
зависит при других равных условиях от способности материала воспри-
нимать тепло, которая может быть выражена в известной мере произведе-
нием трех показателей его физических свойств: теплопроводности - Я, теп-
лоемкости - с, и плотности - р , (Лер) [97]. Таким образом, величина
произведения Яс р характеризует тепловую инерцию материала. Чем она
больше, тем труднее он загорается и меньше скорость распространения
горения материала. Для горения пенопластов и других горючих материа-
лов, имеющих малую тепловую инерцию, характерны энергичное распро-
странение пламени и быстрое развитие пожара.
Как видно из табл. 10.1 [72, 97], с уменьшением величины Лер
увеличивается чувствительность горючих материалов к возгоранию от
тлеющих табачных изделий.
Влияние особенностей конструкции материала, определяющей ве-
личину Лер, на его возгораемость видно на примере, приведенном в раз-
деле 2 и связанном с выявлением условий возгорания упаковочного кар-
тона [98].
В результате этих опытов установлено, что лучистая энергия зажи-
гания от панели, нагреваемой газовым пламенем, и тепловая радиация не-
посредственно от пламени газовой горелки приводят к возгоранию упа-
ковочного целлюлозного картона при достижении величины
1,6-1,7 Вт/см2. Для плотного целлюлозного материала (например, древе-
сины) минимальная интенсивность облучения с помощью такой же пане-
ли, необходимая для его возгорания, составила 5,2 Вт/см2. Проведенные
опыты показали важную особенность, которую следует учитывать при оп-
ределении возгораемости материалов. Действие тепловой радиации от-
крытого пламени горелки, вследствие его температуры, превышающей
температуру самовоспламенения древесины, и расположения пламени го-
релки над образцом, обеспечивающим контакт с газообразными продук-
тами разложения материала, приводило к загоранию также древесины при
интенсивности облучения в 1,6 Вт/см2.
73
Таблица 10.1
Продолжительность до возгорания (в виде тления) различных
твердых горючих материалов при контакте с тлеющими табачными
________________________изделиями_________________________
Наименование материала Х-с-р Время появления тления материала при контакте с тлеющим табачным изделием, мин
Хлопок(вата) 0,6 1-2
Ватин - 1-2
Хлопчатобумажный гобелен - 3,9
Хлопчатобумажная ткань (простынная) - 10-15
Ткань миткаль - 3-5
Мешковина плотная - 10-18
Ткани на основе хлопка (20% вискозы) - 15-20
Ткани на основе хлопка (45% полиэфира) - 40-50
Древесина дуба 100 -
Древесина сосны 71 -
Древесные опилки (в качестве засыпки) 7,2 25-35
Стружка упаковочная - 5-10
Фанера 5 = 4 мм 35,8 170-180
Древесно-волокнистая плита 18 120-150
Пробка прессованная 8,4 30—40
Солома (соломит) 2,4 13-15
Сено - 3-5
Плита торфяная 2.6 15-20
Газетная бумага - 20-25
Оберточная бумага 9,7 40-50
Картон плотный 64,5 -
Картон обыкновенный 34 170-180
Картон гофрированный в несколько слоев при общей толщине слоя 5 мм 1,7 5-7
Эти данные находят известное подтверждение в исследованиях по
определению критериев зажигания твердых материалов [26]. В условиях
одновременного воздействия минимального лучистого теплового потока
и зажигающего пламени горелки возгорание древесины наблюдалось при
74
тепловой интенсивности в 1,2 Вт/см2 и достижении температуры поверх-
ности материала 350 °C. При отсутствии зажигающего пламени материал
самовоспламенялся при интенсивности теплового потока в 2,8 Вт/см2 и
температуре поверхности 600 °C. Необходимо учитывать, что величина
теплового потока, необходимого для зажигания материала, в значитель-
ной степени зависит от времени воздействия, от условий аккумуляции теп-
ла и газообразных продуктов разложения, ориентации материала и его
геометрии. Так, например, в исследованиях [99) отмечается, что при
J= 13 кВт/м2 не удалось воспламенить древесину от газовой радиацион-
ной панели, использовавшейся в качестве источника зажигания. Однако
через 16 мин воздействия на древесину теплового потока началось гете-
рогенное горение (тлеиие) ее углистого слоя, а температура на поверхно-
сти возросла до 375 °C. По-видимому в условиях, благоприятствующих
достаточной концентрации газообразных продуктов, могло бы наблю-
даться и пламенное горение.
В подтверждение более эффектной роли открытого огня по срав-
нению с нагретой поверхностью отмечается [26], что минимальный по ин-
тенсивности тепловой поток, способный зажечь древесину сосны при воз-
действии на ее поверхность пламени, характеризуется значением всего
лишь в 4 кВт/м2. Данные о времени воспламенения древесины (береза, со-
сна, осина) пламенем пропана при различной интенсивности теплового
потока, создаваемого этим пламенем, приведены в табл. 11.1 [100].
Таблица 11.1
Зависимость времени воспламенения древесины (г)
от интенсивности теплового потока (J), создаваемого пламенем
пропана
Г, С J, кВт/м2
100 5,7
80 7,5
50 12,0
31 20,0
25 25,0
13 50,0
В таблице 12.1 приведены данные по зажиганию некоторых других
материалов в аналогичных с древесиной (см. выше) условиях одновремен-
ного воздействия минимального по интенсивности лучистого потока и
зажигающего пламени горелки [26].
7S
Таблица 12.1
Данные по зажиганию твердых материалов
Материал J, кВт/м2 Критическая температура поверхности, °C
Древесно-стружечная плита (ДСП) 18-28
Жесткая ДСП 27,4
Полиметилметакрилат 21,0 270
Упругий пенополиуретан 16,0 270
Полиоксиметилен 17,0
Полиметилен 12,0
Полиэтилен 42% 22,0
Периоды индукции самовоспламенения образцов листовых поли-
мерных материалов (размеры 500x300 мм) под воздействием лишь лучис-
того теплового потока разной интенсивности от радиационной панели
составили, согласно данным экспериментальной работы [101]: для поли-
карбоната (толщина 6 мм) - 140; 130; 75 с при J =4,0; 5,0; 5,5 Вт/см2; для
поливинилхлорида (толщина 7 мм) - 30 с при J = 5,5 Вт/см2; для полиме-
тилметакрилата - 195 с при J =3,5 Вт/см2.
Необходимо отметить, что величина поглощения лучистой тепло-
ты зависит, главным образом, от химического состава материала, цвета
и характера его поверхности (полированная или шероховатая).
При воздействии источника лучистой теплоты в 55 ккал/см2с про-
водились испытания по определению критических расстояний, при кото-
рых загорались материалы с разной окраской [97]. Опыты показали, что,
например, белая бумага загорается на расстоянии, в 1,6 раза более близ-
ком от источника зажигания, чем черная бумага. Требовавшийся более
мощный тепловой импульс для зажигания белой бумаги определялся ее
сравнительно высокими отражательными свойствами.
При рассмотрении действия нагретой металлической поверхности
в качестве источника зажигания следует учитывать важную ее особенность.
Металлическая поверхность может служить некоторое время в качестве
огнезащитного покрытия для горючего материала. Это, например, под-
тверждают опыты, в которых железная пластина толщиной 0,3 мм, плот-
но скрепленная с поверхностью древесины (толщина 4 мм), подвергалась
одностороннему местному воздействию пламени горелки (рис. 11.1).
Наблюдавшееся при этом обугливание древесины ограничивалось
областью действия пламени источника зажигания. Наряду с участием в
защитном действии металлической пластины слоя угля, образующегося
под ней и затрудняющего передачу тепла близлежащим от места нагрева
76
участкам материала, значительную роль играют условия доступа воздуха
к месту нагрева и степень теплопотерь. Чем лучше изолировано место на-
грева материала от доступа воздуха и чем меньше концентрируется вок-
руг него тепло, тем меньше вероятность возгорания материала. Как раз
такие условия и созданы в рассмотренном опыте с пластиной. Условия
эти непостоянны. При прогорании деревянного образца наступает момент,
когда легко возгорается образовавшийся уголь и начинается активное
горение образца с обратной незащищенной стороны. Возгорание проис-
ходит за счет образования трещин в угле, проникновения воздуха и дей-
ствия металлической пластины, нагретой до температуры самовозгора-
Рис. 11.1. Действие пламени горелки на металлическую пластинку,
плотно скрепленную с деревянным образцом:
1 - деревянный образец; 2 - металлическая пластинка
Если при плотном, затрудняющем доступ воздуха соприкоснове-
нии пластины с поверхностью образца его возгорание не наблюдалось
более 10 мин, то при расположении нагреваемой пластины на некотором
расстоянии (15 мм) от образца древесины его воспламенение происходи-
ло через 3-4 мин нагрева. При этом вначале воспламенялись газы, выде-
лявшиеся со стороны образца, обращенной к пластине, а затем пламя рас-
пространялось по всему образцу.
1.2.3. Работы, связанные с переходом электрической энергии в
теплоту
Согласно закону Джоуля и Ленца, работа электрического тока, свя-
занная с выделением теплоты Q в джоулях, развиваемой током J в ампе-
рах в течение времени г в секундах, при сопротивлении проводника R в
омах и напряжении V в вольтах, соответствует
77
Q=J1R r = V J t, Дж (25.1)
Отсюда мощность тока, имеющего напряжение И вольт и силу тока
/ампер, равна
Р=Г/=Я = ,Вт (26.1)
К
Основными пожароопасными проявлениями электрического тока
являются: короткое замыкание, перегрузка, большое переходное сопро-
тивление, искрение, возникающие при неисправностях в эксплуатации элек-
трооборудования, а также тепловое воздействие электронагревательных
элементов и разряды статического и атмосферного электричества.
1.2.З.1. Короткое замыкание
Пожарная опасность короткого замыкания в электропроводках
связана в основном с высокой температурой образующейся дуги в зоне
замыкания (около 2000-4000 ’С) [314] и характеризуется способностью в
первую очередь изоляции загораться от нагрева токопроводящей жилы
током или дугой КЗ и возможностью образовывать в момент замыкания
расплавленные (горящие) частицы проводниковых материалов, которые
разлетаясь, могут создавать самостоятельные очаги пожаров.
Из всех параметров, характеризующих КЗ, принципиальное значе-
ние с точки зрения пожарной опасности имеют переходное сопротивле-
ние в точке замыкания, длительность КЗ и кратность тока КЗ (коэффи-
Г' _ КЗ
циеит кратности сверхтока, Л« ~ , где - ток КЗ, Л; - допустимый
ток для данного сечения проводника). Последние два параметра взаимо-
связаны: при увеличении кратности тока для одной и той же цепи дли-
тельность КЗ уменьшается. Это связано либо ускорением срабатывания
аппарата защиты, либо разрушением проводника.
Короткое замыкание возникает в результате резкого уменьшения
сопротивления проводника, не предусмотренного режимом работы элек-
трической цепи, машины или аппарата. Это уменьшение сопротивления
может вызываться, например, разрушением электроизоляции, что проис-
ходит наиболее часто, или обрывом провода с последующим соприкос-
новением неизолированных токопроводящих элементов между собой,
имеющих различную полярность (постоянный ток), подключенных к раз-
78
личным фазам (многофазный переменный ток) или имеющих различные
потенциалы (замыкание на землю, заземленные предметы и нулевые про-
вода) [314].
Разрушение электрической изоляции происходит вследствие меха-
нических повреждений, эксплуатационного износа, систематических то-
ковых перегрузок, действия влаги и агрессивной среды (пары кислот и
щелочей).
Значительное возрастание при коротком замыкании тепловой мощ-
ности тока, что очевидно из приведенной формулы (26.1), вызывает быст-
рый нагрев горючих материалов до опасных температур и их возгорание.
Токи короткого замыкания могут иметь величины от нескольких кило-
ампер до десятков и сотен килоампер. Наблюдающееся при коротком за-
мыкании быстрое падение высокого напряжения, как указано выше, свя-
зано наиболее часто с пробоем между проводником и землей или между
двумя электрическими фазами в трехфазной системе распределения. Воз-
душный промежуток между фазой и землей и двумя фазами может быть
нарушен воздействием влаги или случайными причинами как попадание
капель металла, соединяющего проводник и землю или два проводника с
различным напряжением. С образованием дуги она стремится поддержи-
вать свое существование ионизацией воздуха, делая его проводником. Для
образования и поддержания дуги напряжение должно достигать 370 вольт,
при более низком напряжении она самоликвидируется. В связи с этим де-
фекты с образованием дуги происходят в силовой распределительной си-
стеме после трансформатора, поддерживающего высокое напряжение, и
до трансформаторов в здании, которые обеспечивают ток напряжением
до 220 вольт, используемый в эксплуатационных условиях.
При очень большой силе тока, проходящего через проводник с
малым поперечным сечением, проводник буквально может взрываться с
образованием струи расплавленных частиц, разлетающихся во всех на-
правлениях [74]. Начальная скорость частиц может достигать 10-12 м/с
[331]. Ток в 500 или более ампер вызывает взрыв медного провода сечени-
ем ~ 2 мм2. Гвоздь, вбитый в кабель и вызвавший контакт между незазем-
ленным и заземленным проводами, вызовет в месте контакта взрыв и раз-
лет во всех направлениях частиц расплавленного металла. Все это может
случиться при таком взрывном контакте менее чем в 1/60 секунды.
Следует учитывать, что это явление может произойти до срабаты-
вания плавких предохранителей и действия переключателей тока.
Разлетающиеся частицы имеют температуру, достаточную для за-
жигания горючих материалов. По данным [314] температура частиц, об-
разующихся в зоне КЗ, составляет 2050-2700 °C.
79
(27.1)
Горящие алюминиевые частицы, образующиеся при КЗ проводов,
значительно опаснее медных частиц, образовавшихся в аналогичных ус-
ловиях. 1 г алюминия при сгорании выделяет 32,2 кДж теплоты, что в
11 раз больше, чем при сгорании I г меди. Кроме того, медь в обычных
условиях не горит, поэтому и пожарная опасность этих частиц значитель-
но ниже.
Время горения частицы алюминия является важным параметром,
практически определяющим те опасные высоты, падая с которых части-
ца способна вызвать воспламенение горючих материалов. При скорости
потока воздуха, близкой к значению скорости установившегося свобод-
ного падения частиц диаметром 1,5-3,0 мм, время горения их апроксими-
руется выражением
г = 0,67—ут с
а°'9 '
гдеd-диаметр частицы, мм;
ак - параметр, характеризующий состав среды, %;
д 1— х £- . Ю0% .
Ln,
И; - мольная или объемная концентрация индивидуальных реаген-
тов. Для воздуха ак составляет 21 %.
Зависимость времени горения и падения частицы (г ) от высоты
(Н) при различных диаметрах частиц приведена на рис. 12.1.
Зажигание частицами металла горючих веществ и материалов мо-
жет наступить только при условии, если частица будет способна нагреть
определенный объем вещества, тепловыделение в котором превысит по-
зери в окружающую среду. Так как тепловыделение в объеме вещества
(принимая его сферическим с радиусом г) пропорционально г3, а потери
пропорциональны г2, то чем больше первоначально нагреваемый объем,
тем успешнее зажигание.
Характерные признаки короткого замыкания:
1) возникающая при токах короткого замыкания электрическая дуга
вызывает оплавление проводов и других частей электроустановок. Оплав-
ление проводов характеризуется образованием следующих форм: шаро-
вой, овальной, каплеобразной с гладковытяиутой или неровной поверх-
ностью, либо в виде выемок с неровными наплывами на Поверхности и
четко выраженными границами [103].
80
Н. м
О 2 4 6
Рис. 12.1. Зависимость H=f(r) при различных диаматрах частиц
алюминия:
1. d = 3 мм; 2. d = 2,5 мм; 3. d = 2 мм; 4. d = 1,5 мм; 5. d = 1 мм;
6. d = 0,8 мм; 7. d = 0,5 мм; 8. d = 0,3 мм.
Пунктиром показана экспериментальная кривая для 3 мм холодной
частицы, которая близка к расчетной кривой для горячей частицы.
При исследовании пожаров необходимо однако с особой осторож-
ностью подходить к заключению о том, что шарообразные оплавления
на проводниках являются следствием образования электрической дуги.
Многие механизмы включают возможность плавления проводни-
ков. На рис. 13.1. приведен снимок под микроскопом конца медного про-
вода, расплавленного локальным теплом от внешнего источника огня. На
нем видно образование оксидированной поверхности и шарообразная
форма оплавления. Следует учитывать, что температура плавления меди
1082 “С. Она ниже средней температуры пожара. В этих условиях неболь-
шая локальная площадь действия высокой температуры может появить-
ся при сосредоточенной внешней тепловой нагрузке, возникшей в резуль-
тате направленного развития горения, созданного, например, условиями
вентиляции.
(Такая особенность показана на рис. 13.1) [94].
2) если в местах переходов, расположения переключателей и дру-
гих соединений обнаруживается несколько проводов с оплавленными кон-
цами, это указывает на воздействие короткого замыкания, возникшего,
скорее всего в результате несрабатывания предохранителей. Возникнове-
ние таких оплавлений под влиянием первичного воздействия огня мало-
вероятно.
81
Рис. 13.1. Снимок под микроскопом конца медного провода,
расплавленного локальным теплом внешнего источника огня
Наличие единственного глубокого расплавления проводки при со-
хранности других ее частей может служить указанием на вероятность пер-
вичности воздействия внешнего огня, а не короткого замыкания.
3) электропроводка, находящаяся в металлической трубе или ко-
робе, при разрушении изоляции внешним нагревом может способствовать
возникновению короткого замыкания.
Как показали эксперименты [316], при внешнем нагреве стальной
оболочки с находящимся под напряжением отрезком электропроводки
короткое замыкание происходит через 4-5 мин. нагрева при температуре
400-500 "С вследствие термического разрушения изоляции из поливинил-
хлорида.
Отверстия, образующиеся при сквозном прожоге металлической
трубы и другой оболочки (мегал.торукав), в которой были заключены про-
вода, характеризуются наличием наплывов металла в виде капель и утол-
щений по краям прожога.
По мере расплавления проводника, трубы, брони кабеля или дру-
зой металлической защитной оболочки электрическая дуга может пере-
мещаться вдоль них, оставляя проплавленные отверстия. В местах отсут-
ствия контакта, способствующего образованию дуги, защитные оболоч-
ки сохраняются без изменения.
52
Установлено, что прожоги стальных оболочек протяженностью
более 50 мм являются устойчивым визуальным признаком вторичного
короткого замыкания. Однако протяженные прожоги могут образовывать-
ся и при первичном коротком замыкании в тех случаях, когда электроза-
щитные устройства не обеспечивают своевременное отключение участка
электросети с аварийным режимом.
Для определения причастности к пожару такого короткого замы-
кания необходимо поврежденную оболочку вместе с остатками жил внут-
ри нее направить на экспертизу для инструментального исследования.
Длина поврежденного участка металлической оболочки от места
проплавления не должна быть менее 1500 мм [315].
При установлении возможности возникновения пожара от корот-
кого замыкания следует учитывать свойство металлической оболочки
обеспечивать сравнительно хорошую защиту от поджигающего действия
короткого замыкания, возникающего внутри нее.
Необходимо отметить важную особенность в случае использова-
ния оцинкованной железной оболочки. Цинк имеет относительно низкую
температуру плавления и будет плавиться под воздействием внешнего огня
на оболочку. Вызывая одновременно выгорание изоляции провода, огонь
может привести к взаимодействию расплава цинка с медью провода и воз-
никновению по этой причине короткого замыкания.
Присутствие латуни (сплав цинка с медью) внутри такой оболочки
- хорошее свидетельство того, что короткое замыкание возникло под вли-
янием внешнего огня, а не наоборот [94].
4) характерной особенностью действия электрической дуги являет-
ся образование четко обозначенной границы между площадью ее действия
и нерасплавленным проводом (см. рис. 14.1, 15.1).
Рис. 14.1. Светлое шаровидное образование на конце медного
провода с прилипшими к его поверхности мелкими шариками
расплавленной меди (характерное состояние провода,
участвовавшего в образовании электрической дуги)
83
Рис. 15.1. Снимок под микроскопом провода с отдельными каплями
расплавленной меди на поверхности, подвергшейся воздействию
электрической дуги
При воздействии пламени и высокой температуры пожара на про-
вода, металлические грубы и другие подобные защитные оболочки обра-
зующиеся оплавления не имеют резко выраженной границы. Сечение оп-
лавленною провода не остается постоянным, наблюдается местное его
сужение, на значительном участке (по длине), как правило, наблюдаются
неровные раковины и наплывы, растянутость проводов, трубы имеют ос-
। а точную деформацию.
При внешнем тепловом воздействии достаточной интенсивности
может возникнугь расплавление меди вдоль поверхности провода, при
тго.м внутренняя (центральная) часть провода остается нерасплавленной.
Одним m важных признаков, указывающих на превалирующее воздей-
ствие внешнего iемпературпого поля, является сохранность жил в местах
прохода проводов через конструкции. экранирующие тепловое излечение
1314|
Koi да провод плавится под влиянием внешней температуры нагре-
ва, существует обычно небольшая разница температур между плавящей-
ся и неплавящейся частями провода. В этих условиях площадь иагрева
провода возрастает только под влиянием температуры пожара, что не спо-
собствует в основном образованию специфических шарообразных и то-
чечных признаков плавления. В случае образования электрической дуги,
соответствующая ей площадь провода характеризуется температурами,
во много раз превышающими температуру окружающей среды.
Характерным признаком оплавления жилы дугой КЗ является ло-
кальность оплавления. Образующиеся наплывы могут иметь различную
форму, при этом существует резкая граница между зоной наплыва и при-
легающей к ней частью проводника.
Эти два состояния вполне различимы при исследованиях.
Однако могут быть состояния провода, в которых отражены оба
отмеченных выше положения. В этом случае необходим учет дополнитель-
ных данных. В числе их следует принять во внимание, например, тот факт,
что при нагреве медного провода в огне происходят превращения, свя-
занные с изменением цвета поверхности в результате образования окис-
ленных продуктов. При достижении температуры плавления и дальней-
шем развитии этих процессов наблюдается пузырчатость, бороздчатость
с возможным переходом к шарообразованию и огрублению поверхности.
Особенно благоприятные условия создаются, когда провод расположен
вертикально. Расплавленная медь может стекать вниз, образуя шар, и да-
лее в виде капли стекать с провода. При сохранении шара выше его на-
блюдается уменьшение диаметра провода и отсутствует четко обозначен-
ная разница раздела поверхности на оплавленную и неоплавленную.
Скрученные вместе провода образуют твердую массу. Иногда эта
скрутка проводов различима, но они плавятся совместно и поэтому не-
разделимы. Эти факты можно наблюдать в случае нагрева огнем прово-
дов даже в оболочке при достижении ими температуры плавления [94].
5) состояние изоляции проводки также часто может быть исполь-
зовано для определения возможности возникновения ее нагрева под вли-
янием возрастания внутреннего напряжения или в результате внешнего
воздействия огня. Если участок неповрежденной проводки находится меж-
ду подозреваемой площадью и местом питания током, состояние провод-
ки может дать довольно полную информацию. Так, при хорошо сохра-
нившихся проводе и изоляции, отсутствии потускнения проводника ма-
ловероятно, чтобы имел место внешний нагрев, приведший к загоранию.
В этих условиях более типично образование электрической дуги с ее ло-
кальным тепловым эффектом. Состояние сохранившейся изоляции в этом
месте может характеризоваться плохой адгезией с проводом. Она отслаи-
вается от жилы и легко снимается, могут наблюдаться хрупкость, прогиб,
85
каплепадение. В случае термического воздействия пожара изоляция, под-
вергаясь горению с внешней стороны, обычно плотно охватывает провод.
Короткое замыкание вызывает обугливание изоляции со стороны
жилы. При исследовании пожара важно выявить, достаточно ли выделя-
лось тепла для зажигания изоляции и окружающих горючих материалов.
С этой целью предлагается [36] формула для определения температуры
проводника, нагреваемого током короткого замыкания
где t - температура проводника, °C;
tH -начальная температура проводника, °C;
ток короткого замыкания, А;,
R - сопротивление проводника, Ом;
гю- время короткого замыкания, с;
С -теплоемкость проводника, Дж- кг'-к1;
- масса проводника, кг.
Величина тока КЗ (JK3) зависит от ряда факторов и может быть оп-
ределена для случая замыкания в любой точке электросети. На рис. 16.1
приведена принципиальная расчетная схема, где выделены основные уча-
стки электросети, по которым проходят токи КЗ.
При проведении ориентировочных расчетов величины тока КЗ
допускается не учитывать индуктивное сопротивление проводников и пе-
реходные сопротивления контактов. В этом случае расчетные формулы
принимают вид [315].
для величины тока однофазного КЗ (), под которым понимает-
ся соединение одной фазы с нейтралью источника через землю или с ну-
левым проводом
„ Уф
(29.1)
для величины тока двухфазного КЗ (), под которым понимает-
ся соединение двух фаз между собой без контакта с землей
J" -
(30-1)
для величины тока трехфазного КЗ (), под которым понимает-
ся соединение трех фаз между собой
86
.. Ул
1,73
(31.1)
На основании полученного расчетного значения тока КЗ по типо-
вой время-токовой характеристике автомата или предохранителя нахо-
дят время возможного существования тока КЗ (гга) до срабатывания элек-
Рис. 16.1. Принципиальная расчетная схема токоа КЗ:
R, - сопротивление трансформатора току КЗ на корпус (землю), Ом;
Р, - мощность трансформатора, кВА; Уф, V, - фазное и линейное напряжения
фазного проводника. В; Рф, Ro - активные сопротивления фазного и нулевого
проводников, Ом; I - расстояние участка, м
Следует учитывать, что в процессе эксплуатации характеристики
автоматов могут существенно отклоняться от типовых, поэтому устрой-
ства электрозащиты должны направляться для исследования их действи-
тельных характеристик путем токового нагружения в лабораторных ус-
ловиях. Исходя из полученных значений l ткз по тепловым характе-
ристикам проводов устанавливается возможность возгорания изоляции
и других ближайших горючих материалов и образования повторных КЗ в
результате циркуляции тока КЗ в аварийном контуре электрической сети
[315].
87
Если температура проводника и время короткого замыкания соот-
ветственно больше температуры, составляющей 80% от температуры са-
мовозгорания вещества, и времени, необходимого для его нагрева до этой
температуры, то имеются основания считать, что данный источник мо-
жет вызвать загорание вещества.
Исследование причин пожаров и статистические данные показы-
вают, что наибольшее число коротких замыканий приходится на долю
однофазных замыканий на землю. Особенно опасно замыкание одной из
фаз на различные металлические конструкции кровли, водосточные тру-
бы, металлические каркасы, трубопроводы различных назначений, метал-
лические сетки под штукатуркой, металлические балкн и др., имеющие
соединение с землей. Наличие промежуточных сопротивлений между ме-
стом замыкания и землей может ограничивать ток замыкания до величи-
ны, при которой защитные аппараты не срабатывают. Однако места с
неплотными контактами на пути прохождения тока в землю будут силь-
но нагреваться и при соприкосновении с горючими материалами вызовут
|.х загорание. Нагрев может быть настолько сильным, что отдельные
участки металлических конструкций оплавятся.
Многие исследователи пожара любое сильное повреждение алюми-
ниевых проводов и соединительных винтов в штепсельных розетках при-
нимают за свидетельство причастности этих электроизделий к пожару.
Опыт, однако, показывает, что такие повреждения могут наблюдаться при
тепловом воздействии пожара на розетку, к которой не подведен элект-
рический ток [104]. Сущность явления в образовании в месте контакта элек-
тропровода с латунным или оцинкованным винтом или латунной плас-
тинкой розетки легкоплавких сплавов А1 с Си, Zn илн другими легкоп-
лавкими металлами, которые под воздействием огня выплавляются, вы-
зывая местное повреждение. Так сплав, содержащий 33% Си и 67% А1,
плавится при 548 "С. Сплавы Zn еще более легкоплавки. Опыты, подтвер-
ждающие эти данные, приведены в разделе 2.
6) в местах короткого замыкания может образоваться большое ко-
личество раскаленных частиц расплавленного металла, обладающих за-
жигательной способностью.
Количество тепла, которое может отдавать капля металла веществу
при попадании на него, предлагается [36] вычислять по формуле:
Q = VK-PK-C,(C-1„). (32.1)
где Q -количество теплоты, Дж;
Ук - объем капли металла, м1;
рк -плотность металла, кг м
88
С,- удельная теплоемкость металла при температуре
0,5(^ Дж/кг-К;
tK - температура капли металла в конце полета, °C;
t - температура самовозгорания вещества, °C.
И вычисляют по формуле:
К=^ = 0,524<, (33.1)
где d* - диаметр капли, м;
tK вычисляют по формуле:
, &
“ K- a G ’ (341>
где QK-запас тепловой энергии капли металла в конце полета, Дж;
Ск - удельная теплоемкость капли металла при температуре плав-
ления (/л), Дж/кг-К;
QK вычисляют по формуле:
os.d
где: Qu - теплота, содержащаяся в капле металла в начале полета,
Дж;
Qry - теплота, выделяемая при сгорании частицы металла, Дж;
Q - количество теплоты, затраченное на кристаллизацию капли
металла, Дж;
количество теплоты, затраченное на нагрев воздуха при по-
лете капли металла, Дж.
Q* вычисляют по формуле:
t„, (36.1)
где тк- масса капли металла, кг;
= (37.1)
C't - удельная теплоемкость металла при температуре плавления,
Дж/кг-К;
tn - температура плавления металла, °C.
Qv вычисляют по формуле: QKp = тк Скр, (38.1)
где Скр - удельная теплота кристаллизации металла, Дж/кг. .
вычисляют по формуле:
89
(39.1)
где a - коэффициент теплоотдачи капли, Вт/м2- К;
F, - площадь поверхности капли, м2;
г- время полета капли до соприкосновения с горючим веществом, с.
а определяется по формуле
Nu
(40.1)
ик
где Nu - критерий Нуссельта;
Лв = 22 • I0 3 - коэффициент теплопроводности воздуха, Вт/м К.
Nu вычисляется по формуле
Nu = 0,62 Re05, (41.1)
где Re - число Рейнольдса,
_ d.
Re = -t—(42.1)
v
щ„.= 0,572^7, (43.1)
где#- = 9,81 м/с2- ускорение свободного падения;
Н - высота свободного падения, м;
v = 15,1-10 ‘ - коэффициент кинематической вязкости воздуха при
температуре 20 °C, м2/с.
Пример расчета количества тепла, которое может отдать частица
расплавленного металла горючему веществу при своем охлаждении при-
веден в разделе 2.3.
Для определения вероятности возникновения пожара от раскален-
ных частиц, образовавшихся при КЗ предложена методика [103], существо
которой излагается в разделе 6.1.3.
Электрические искры (капли металла) образуются также при элек-
тросварке и плавлении электродов электрических ламп накаливания об-
щего назначения.
Размер капель металла при коротком замыкании электропроводки
и плавлении нити накаливания электроламп достигает 3 мм, а при элек-
тросварке 5 мм. Температура дуги при электросварке достигает 4000 °C.
Температура капель металла при электросварке и при плавлении нити
накала электроламп зависит от вида металла и лежит в области близкой
90
температуре плавления металла. Температура капель металла при корот-
ком замыкании электропроводки значительно превышает температуру
плавления металла и, например, для алюминия достигает 2500 °C.
Предохранители с правильно избранными параметрами (плавкие
предохранители или линейные защитные автоматы) защищают провода
на всем их протяжении от нагрева при эксплуатационной нагрузке и при
перегрузке. При таких предохранителях короткое замыкание в большин-
стве случаев сопровождается быстрым взрывообразным расплавлением
плавкой вставки предохранителя. При этом плавкая вставка перегорает в
каком-то одном месте, а сечение оставшейся части вставки сохраняется
без изменения. Случаи, когда предохранители остаются целыми, а прово-
да со сгоревшей изоляцией соприкасаются друг с другом без наличия оп-
лавлений, могут служить одним из признаков того, что электросеть не
находилась под напряжением.
По состоянию поверхности пластмассового корпуса автоматичес-
кого выключателя можно определить наличие его самопроизвольного
срабатывания (автоматического отключения) только за счет термичес-
кого воздействия пожара. Обычно это наблюдается при нагреве тепло-
вых расцепителей до температур 160-200 °C [315]. Характерным призна-
ком такого нагрева является появление мелкозернистых вздутий на всей
поверхности корпуса, но не на одной стороне. При отсутствии указанно-
го признака положение рычага автомата, соответствующее автоматичес-
кому отключению, однозначно указывает, что в электросети имели место
короткое замыкание или перегрузка.
Следует учитывать возможность возникновения “неполного” корот-
кого замыкания в результате того, что в точке повреждения (точке кон-
такта) сохранилось некоторое сопротивление, образованное неплотным
контактом, значительной окисленной пленкой, обугленной изоляцией
и т. п.
В противоположность полному КЗ неполные замыкания, как пра-
вило, ведут к пожарам даже при правильно выбранной защите вследствие
того, что сопротивление места повреждения, ограничивая ток, поддержи-
вают его на уровне, недостаточном для срабатывания защиты, но обеспе-
чивающем выделение значительного количества теплоты. Так, возника-
ющий ток КЗ, связанный с повреждением изоляции, может быть ниже но-
минальной силы тока, на которую рассчитан, например, предохранитель
6А, поэтому он не срабатывает. Однако наблюдающаяся при этом ско-
рость тепловыделения, составляющая 300-500 Вт, при небольшой пло-
щади повреждения изоляции может представлять большую опасность в
пожарном отношении [16].
91
Для оценки количественных зависимостей были проведены экспе-
рименты [314] с проводом АПВ 1x6, защищенным предохранителем ПН-2
с плавкой вставкой на ток 100А. Полученные результаты (рис. 17.1) пока-
зали, что при сильно затрубленной защите максимальная вероятность воз-
горания Р получалась в пределах площади кривой 2.
Рис. 17.1. Влияние токовременной характеристики предохранителя
на вероятность зажигания изоляции провода АПВ 1x6
При наличии предохранителя возгорание изоляции оказалось воз-
можным только в зоне токов перегрузки, характеризуемых К (^л
где Jn - ток перегрузки; .Л. - допустимый ток), при которых токовре-
менная характеристика предохранителя (кривая 3) лежала правее токов-
ременной характеристики жилы провода (кривая I). В диапазоне токов
перегрузки, лежащих правее точки пересечения 0 этих характеристик, вос-
пламенения изоляции не наблюдалось (кривая 4). Неполные КЗ очень ча-
сто являются следствием появления токов утечки, дуговые разряды при
этом как правило не возникают.
От опасности пожара в результате замыкания “на землю” предох-
ранители, даже рассчитанные на минимальную силу тока, также не защи-
щают.
92
Результаты проведенных ВНИИПО исследований [105] показали,
что правильно выбранная электрозащита не всегда предотвращает про-
жог стенки стальной трубы при коротком замыкании. В случае прожога
образуются частицы металла размером до 25 мм. Их попаданиена твер-
дые горючие материалы приводит к загоранию веществ и образованию
очага пожара. В этой работе выявлены зависимости вероятности прожо-
га стенки трубы от ее толщины, силы тока короткого замыкания, харак-
тера повреждения изоляции токопроводящих жил проводов и кабелей, их
площади сечения и материала. Установлено, что для предотвращения про-
жога трубы толщиной 2,2 мм время срабатывания защиты должно быть
не более г< 0,1с.
Надо отметить, что прожигающая способность дуговых разрядов
в цепях с медными токопроводящими жилами более высокая, чем с жила-
ми из алюминия. Так, например, стальная труба с толщиной стенки 2,8 мм
прожигается (или воспламеняется горючий материал на ее поверхности)
при сечении токопроводящей жилы из алюминия 16 мм2, а с медной жи-
лой - при сечении 6 мм2. Данные по вероятности зажигания при дуговых
КЗ горючих материалов на поверхности стальных труб в зависимости от
сечений токопроводящих жил и толщины стенок трубы приведены
в табл. 13.1 [314].
Таблица 13.1
Влияние различных сечений токопроводящих жил и толщин труб
на вероятность зажигания горючих материалов
Марка провода Вероятность зажигания горючих материалов при толщине трубы, мм
2,2 2,8 3,0 3,2 3,5
АПВ 1x6 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0
АПВ 1x10 0,47 0,0 0,0 0,0 0,0
АПВ 1x16 0,575 0,445 0,0 0,0 0,0
АПВ 1x25 0,836 0,7 0,0 0,0 0,0
Использование труб из винилпласта (трудногорючий материал)
вместо стальных снижает в два раза вероятность их прожога дуговым раз-
рядом короткого замыкания при толщине стенки 5=2,0 мм. При увеличе-
нии толщины стенки до 5=3,0 мм ее прожог не наблюдается даже при ко-
ротком замыкании между токопроводящими жилами сечением до 70 мм2.
7) короткое замыкание может фиксироваться приборами, установ-
ленными на распределительных пунктах, главных распределительных
щитах или трансформаторных подстанциях. Оно выражается в резком
93
изменении величины тока и напряжения в электросети, что существенно
сказывается на работе различных токоприемников, приборов и аппара-
тов (снижение накала электрических ламп, их мигание; снижение скорос-
ти вращения электродвигателей, неустойчивая работа асинхронных элек-
тродвигателей или их остановка; отключение магнитных пускателей и др.).
Для обнаружения следов короткого замыкания на проводах и их
причастности к возникновению пожара разработан ряд методик [103].
О существе этих методик сообщается в разделе 6.1.3. В разделе 2 приведе-
ны также некоторые примеры, связанные с решением вопроса причастно-
сти короткого замыкания к пожару.
1.2.З.2. Перегрузки в проводниках
Основным принципиальным признаком, по которому короткое за-
мыкание отличают от перегрузки, являются условия нарушения изоляции
в процессе аварийного режима. При КЗ нарушение изоляции - причина
возникновения этого режима, а при перегрузке - его возможное следствие.
Перегрузки в проводниках создаются, когда сила тока превышает вели-
чину, допустимую для их материала и сечения с учетом вида изоляции,
конструкции и способа прокладки. Режим пере|рузки возникает вследствие
неправильного выбора, включения или повреждения потребителей тока.
В результате перегрузки проводники чрезмерно нагреваются, вызывая во
многих случаях при пережоге токопроводящей жилы загорание электри-
ческой изоляции и соседствующих с проводниками горючих материалов.
Наиболее сильно влияет перегрузка на контакты и места соедине-
ния проводов. Именно здесь прежде всего происходит воспламенение изо-
ляции.
Исследования пожарной опасности установочных проводов при
перегрузках в условиях сильного загрубления защиты показали следую-
щие данные по кратности токов перегрузки (Кп), приводящих к возгора-
нию изоляции проводов (табл. 14.1) [314].
Существование зоны Кп, в которой наблюдается загорание изоля-
ции, подтверждается также данными табл. 15.1. Оно объясняется особен-
ностями изменений, происходящих под влиянием нагрева в изоляции н
приводящих к тому, что в момент и в месте пережога токопроводящей
жилы, являющегося источником зажигания, горючий материал отсутству-
ет. Эта особенность наблюдается при А',. лежащей вне указанной зоны.
94
Таблица 14.1
Значения кратности токов перегрузки, дающих минимальную
и максимальную вероятности возгорания изоляции проаодов
Марка провода Площадь сечения, мм2 Минимальная Кп, приводящая к возгоранию изоляции Зона Кп, дающая максимальную вероятность возгорания изоляции
ПР-500 1,0 5 5-10
ПР-380 1,5 4 5-10
4,0 4 5-10
6,0 5 5-10
ПРД 2,5 6 6-10
ПРГ-380 2,5 5 5-10
4,0 5 5-10
6,0 6 6-10
10,0 5 5-10
ПРВД 2x1,5 5 9-10
ПВ 1,0 7 9-10
1,5 7 9-10
2,5 6 9-10
4,0 5 10
ППВ 2x1,5 8 8-10
2x2,5 4 4-5,10
АПВ 2,5 6 9-10
4,0 3 3,6
АПР-500 2,5 3 4-8
4,0 4 4-8
6,0 3 4-8
10,0 4 4-9
АПП 2,5 3 3-4, 9-10
АППВ 2x2,5 5 5-6
2x4,0 3 3-5
АПН 2x2,5 6 6
2x4,0 Изоляция не возгорается
95
Таблица 15.1
Зависимость вероятности загорания изоляции от кратности
токв перегрузки [314]
к„ Вероятность загорания
Кабель АВВГ 3x16- 1x10 Провод АПВ 16
2 0 0
3 1 0,5
8 0,9 1
10 0,6 1
14 0,2 1
16 0 0,95
18 0 0,5
20 0 0,65
21 0 0
Провода с алюминиевыми токопроводящими жилами и изоляцией
из поливинилхлорида имеют вероятность зажигания, примерно в два раза
меньшую, чем с резиновой изоляцией, а для проводов с медными жилами
эта разница еще более существенна. Здесь сказывается влияние на пере-
жог провода более высокой температуры плавления меди, обусловлива-
ющей большую длительность этого процесса, приводящего к загоранию
изоляции.
Известным подтверждением сказанному служит вероятность воз-
никновения пожара при повреждении токопроводящих жил, подробно
изучавшаяся в Англии. Она получилась в 55 раз выше для алюминиевых
проводов по сравнению с медными [314].
Наибольшей пожарной опасностью обладают провода с полиэти-
леновой оболочкой.
Из всех видов электропроводок наиболее высокую пожарную опас-
ность представляют электропроводки открытые, выполненные незащи-
щенными установочными проводами и кабелями, проложенными непос-
редственно на поверхности стен, потолков и других строительных элемен-
тов зданий и сооружений, а также в пластмассовых трубах.
Полученные результаты по оценке пожарной опасности электро-
проводок в пластмассовых трубах показали, что чем термически устой-
чивее материал трубы, тем меньше их пожароопасность. Наибольшую
пожарную опасность представляют электропроводки в полиэтиленовых
трубах.
96
Исследования однако показали также, что в определенном диапа-
зоне кратностей токов перегрузки в условиях загрубления защиты все ис-
пытанные конструкции электропроводок в пластмассовых трубах с про-
водами, имеющими резиновую и поливинилхлоридную изоляцию и про-
ложенными открыто, являются в той или иной степени горючими.
Достаточность энергии дуговых разрядов для зажигания изоляции
проводов и труб в аварийном режиме, обусловила необходимость для по-
жарной профилактики снижения его длительности, что достигается уста-
новкой аппаратов защиты. Результаты определения допустимого тока с
помощью аппаратов защиты для электропроводки в винипластовой тру-
бе, прокладываемой открыто, с учетом факторов появления дыма и вос-
пламенения образцов электропроводки, приведены на графике рис. 18.1.
Рис. 18.1. Токоаременные характеристики пожарной опасности
винипластовых труб диаметром 40 мм с проводами АПР 35:
1- воспламенение образцов; 2 - появление дыма; 3 - перегорание плавкой
вставки 200 А предохранителя ПН при защите проводки от КЗ; 4 -
отключение автоматического выключателя А3120 с комбинированной
защитой 100 А; 5 - перегорание плавкой вставки 100 А предохранителя ПН
при защите проводки от перегрузки.
Анализ графиков показывает, что наименее пожароопасными яв-
ляются такие условия, при которых токовременные характеристики ап-
паратов защиты лежат выше и левее соответствующих кривых, отражаю-
щих признаки горения электропроводки. В скрытых электропроводках,
как правило, из-за недостатка кислорода воспламенение проводников и
их активное горение сильно затрудняется [314].
97
Установлено, что при прокладке кабелей и проводов марок АПВ,
ПВ, АВВГ в коробах вероятность распространения пламени в основном
зависит от коэффициента их заполнения Ка.
к„ % 5 15 30 35 40
Вероятность распространения пламени 1 1 1 0,4 0
Примечание: /Г характеризуется отношением суммарной площади
сечения всех проводов и кабелей к площади сечения короба. При /Г >35%
благодаря высокой концентрации дыма и затрудненному доступу воздуха в
короб пламя угасает и вероятность его распространения уменьшается до нуля
не только при горизонтальном, но даже при вертикальном расположении короба.
Следует отметить, что причиной загораиия неметаллического по-
лупроводникового материала также может служить его высокое сопро-
тивление при прохождении тока. При этом ток может быть недостаточ-
ным для срабатывания плавких предохранителей и выключателей, но по
мощности способным зажечь материал.
Национальным бюро стандартов США [74] был проведен следую-
щий эксперимент: кусок изоляционного материала был установлен в элек-
трической выходной коробке. После увлажнения этого материала он под-
вергся воздействию тока мощностью порядка 100 Вт, что привело к его
диспергированию между иезаземлениым проводником и заземленной ко-
робкой.
Частой причиной, вызывающей перегрузку электрических сетей,
является дополнительное включение потребителей электроэнергии, не
предусмотренных расчетом. Пример случая пожара, возникшего в резуль-
тате указанных нарушений [72], приведен в разделе 2.
Причиной перегрева проводников служат не только дефекты, свя-
занные с изменением силы тока и перегрузка сетей. При использовании
многожильного провода, соединенного с электроприбором, могут выйти
из строя одна или несколько жил проводов. В результате уменьшается его
пропускная способность и провод может перегреваться и даже накали-
ваться. Поломка провода и нарушение электрической связи часто наблю-
дается при его вибрации, что создает также условия для искрообразова-
ния и быстрого нагрева провода до состояния, при котором он может вос-
пламенить окружающую горючую среду.
Сравнительное исследование влияния силы тока на тепловыделе-
ние нагреваемого им провода показало: при силе тока в цепи, равной
15 Ампер, выделялось в течение 129 часов 34-35 ватт, а при 0,8-1,0 Ампер
- около 5 ватт.
98
Следует учитывать, что уже при температуре нагрева проводников
выше 65 °C резиновая изоляция начинает подвергаться изменениям (ста-
реет) и постепенно теряет свою эластичность - в ней появляются трещи-
ны. Сопротивление изоляции снижается, что может привести к коротко-
му замыканию.
В электротрансформаторах режим перегрузки возникает при рабо-
те с повышенным током потребления в цепи нагрузки или при коротком
замыкании во вторичной обмотке.
В результате наблюдается разогрев обмоток, который может при-
вести к термическому разрушению изоляции, ее пробою, образованию дуги
короткого замыкания и иногда к вспышке смеси паров электроизоляци-
онного покрытия обмоток с воздухом.
Перегрузка электродвигателей возникает по причинам: неправиль-
ного выбора двигателя (по мощности) для рабочего механизма; ненор-
мального режима работы приводимого им механизма; неправильности
выбора сечения проводов или кабеля; при завышенной защите; при рабо-
те трехфазных двигателей на двух фазах (обрыв одной из фаз); перекоса и
заедания вала двигателя из-за недостаточного количества смазки или при
ее отсутствии [106].
При перекосах валов электродвигателей их подшипники сильно
перегреваются и расширяются. В таких случаях ротор электродвигателя
от возрастания трения может остановиться. В случае неотключения оста-
новившегося электродвигателя от питания почти вся электроэнергия, по-
ступившая в обмотку двигателя, превратится в теплоту и произойдет воз-
горание изоляции обмотки. Подобные случаи особенно часты у вентиля-
торов. Так, например, по причине перегрева мотора вытяжного вентиля-
тора возник крупный пожар на одном из предприятий по производству
мебели (Англия) [107]. Пожар принес ущерб в 1 млн ф. ст. В результате
выхода из строя оставленного включенным на ночь потолочного венти-
лятора возник пожар в одной из костюмерных комнат в здании открыто-
го театрального комплекса вблизи Вашингтона (США). Горение вначале
развивалось в пространстве над подвесным потолком, а к моменту сраба-
тывания пожарного извещателя пожар набрал силу. Спринклерная уста-
новка воздействовать на зону горения, расположенную выше, не могла,
все это привело к большому материальному ущербу [108].
Характерные признаки перегрузки проводников электроустановок
1. Повышенный нагрев токопроводящих элементов электросети,
приводящий к термическому разложению изоляции.
99
2. Появление специфических запахов жженой резины, разлагающе-
гося лака, масел и других составных органических веществ.
3. Избыточное тепло, возникающее внутри проводки, может изме-
нять резиновую изоляцию таким образом, что она станет неплотной и
сможет свободно передвигаться вперед и назад вдоль провода (эффект
рукава). Если, однако, такого состояния не наблюдается, нельзя исклю-
чить из изучения специфики теплового поведения изоляции возможность
появления токов перегрузки. Несколько отличным наблюдается поведе-
ние изоляции из пластика при перегреве провода. В этом случае изоляция
становится мягкой при нагреве и затвердевает при охлаждении, но ей со-
путствуют деформация, обвисание и обесцвечивание. Также наблюдает-
ся иногда пузырчатость под влиянием газа, выделяющегося при разложе-
нии пластика при нагреве. Образование пузырей не характерно для рези-
новой изоляции, потому что ее пористость создает минимальное сопро-
тивление для газов.
4. Снижение накала электрических ламп и скорости вращения элек-
тродвигателей. При работе трехфазного электродвигателя на двух фазах
появляется повышенный специфический шум, ротор двигателя теряет обо-
роты и может остановиться.
При необходимости часть неповрежденного провода исследуют в
лаборатории, где. создавая условия, подлежащие изучению при пропуске
электрического тока, можно наблюдать за изменением состояния изоля-
ции провода. Пример исследования на возгораемость изоляции медного
провода (марки КМВП) под влиянием токов перегрузки [109] приведен в
разделе 2.
1. 2.З.З. Большие переходные сопротивления. Искрящие элементы
Большие переходные сопротивления создаются в местах неплотно-
го прилегания соединенных проводов, контактов, что способствует опас-
ному их разогреву. Именно в этих местах прежде всего происходит вос-
пламенение изоляции. Причем плавкие предохранители и прерыватели
тока не снабжены защитой от нагрева контакта или другого мебта соеди-
нения.
При наличии подвижности в контактах может наблюдаться искре-
ние. Поэтому главной опасностью при работе с выключателями и пере-
ключателями тока является возможность образования искр. Они могут
способствовать не только воспламенению горючей паро- газо- пылевоз-
душной смеси, но и загоранию твердых материалов.
100
Наиболее часто искрение возникает или создает дополнительную
опасность в результате:
1) точечной коррозии или горения контактов в местах замыкания
цепи или их поломки;
2) перегрева при плохих контактах или перегрузке;
3) механического износа и коррозии при длительной эксплуатации
или плохом обращении;
4) отсутствия или недостаточной эффективности предохранитель-
ных устройств.
Опасному перегреву проводов способствует некачественное выпол-
нение монтажных работ, когда, вместо горячей пайки, сваркн или опрес-
совки проводов с предварительной подготовкой контактирующих повер-
хностей, ограничиваются простой механической скруткой, подключают
провода к рубильникам, предохранителям и аппаратам без специальных
зажимов и наконечников. Иногда при горячей пайке применяют кислоту,
которая впоследствии может вызывать окислительные процессы в местах
соединений, что также ведет к нарушению контактов между проводника-
ми. Особенно интенсивное окисление происходит при температуре нагре-
ва контактов выше 70-75°С. а также в среде, агрессивно воздействующей
на контакты (химически активная среда, повышенная влажность и т. п.).
Электрическая проводимость образующихся окисных пленок в благопри-
ятных условиях составляет миллионную часть проводимости чистого ме-
талла [72].
Большие переходные сопротивления возникают в местах соедине-
ния проводов, изготовленных из разных материалов, например, меди и
алюминия, особенно при сравнительно частых выключениях и включени-
ях данного участка электрической цепи. Это объясняется различием в ко-
эффициентах объемного и линейного расширения меди и алюминия.
Характерными признаками образования больших переходных со-
противлений являются: повышенный нагрев мест соединения проводов,
токоведущих жил кабелей или их контактов; появление в местах соедине-
ний и подключений синевы на металле, хрупкость и растрескивание изо-
ляции; расплавление припоя на зажимах и др. При наличии больших пе
реходных сопротивлений появляются специфический запах жженой рези-
ны и продуктов термического разложения изоляции, а также потрескива-
ние. Предохранители, даже правильно выбранные, не могут предупредить
возгорание от действия больших переходных сопротивлений, ибо ток в
электрической цепи не возрастает, а выделение большого количества теп-
ла происходит в результате образования больших переходных сопротив-
лений.
101
От указанных электротехнических причин возникает большое ко-
личество пожаров. Статистика показывает [77], что каждый третий по-
жар возникает при эксплуатации электрооборудования и бытовых элект-
роприборов.
Много случаев возгорания телевизоров. Основные причины: заго-
рание пыли и изоляции в местах плохого контакта или короткого замы-
кания; взрыв электролитических конденсаторов; пробой изоляции обмо-
ток высоковольтных трансформаторов [110].
На железнодорожном транспорте случаи загораний и пожаров от
электротехнических причин наблюдается на тепловозах, в пассажирских
вагонах и на других подвижных и неподвижных объектах. В частности,
на тепловозах типа ТЭ-3 наиболее часто возникают пожары в результате:
короткого замыкания на корпус электропровода, проложенного к топлив-
ному насосу и подверженного наиболее сильному разрушительному воз-
действию на его изоляцию; неисправности реле напряжения главного ге-
нератора, приводящей к перег-рузке проложенных от него электрических
кабелей; замыкания на массу плюсового провода (проложен от диода за-
рядки батареи), приводящего к образованию искры с последующим воз-
горанием проводов в высоковольтной камере; перетирания изоляции ка-
беля 82 в месте выхода из настильного листа в изгибе трубы и замыкания
кабеля на корпус тепловоза; нагрева кабеля 55 из-за плохого контакта в
месте крепления с последующим перегоранием изоляции и замыканием с
силовыми кабелями 68, 78; возникновения электрической дуги между губ-
ками контактора Д-З в результате неплотного его подклинивания и др.
Характерный случай пожара наблюдался в одном из локомотив-
ных депо в связи с замыканием силового кабеля АПВ в распределитель-
ной коробке вследствие протекания крыши и попадания воды на оголен-
ную поверхность кабеля в месте разветвления.
При перевозке автомашин на платформах наблюдались случаи за-
мыканий в результате оставления включенным замка зажигания и возник-
новения горения дроссельной катушки из-за ее перегрева.
Работа многих электрических машин, пусковых приспособлений,
выключателей и других устройств для размыкания и замыкания электри-
ческих цепей сопровождается искрением, что представляет опасность воз-
горания для близлежащих горючих материалов и окружающей горючей
среды. Примером сказанному является взрыв на складе зерна Дигорско-
го комбината хлебопродуктов [106]. При обработке зерна металлилхло-
ридом (инсектицид) последний попал в транспортную галерею, объем ко-
торой в 40 раз меньше складского помещения. Оттуда пары продукта вы-
сокой концентрации проникли в погрузочно-разгрузочную башню, где от
102
искрящих контактов силового распределительного электрощита произош-
ло воспламенение паровоздушной смеси с последующим взрывом.
Весьма опасными являются электромагнитные поля с частотами от
10 кГц и выше, которые создаются техническими устройствами. Источ-
никами загорания здесь могут быть искровые разряды в местах сопри-
косновения и разъединения, а также разогрев деталей приемной схемы из-
за напряжений и электротоков, генерированных в приемной схеме элект-
ромагнитным полем [111]. Примером является установленное накопление
энергии высокочастотного электромагнитного излучения в разветвленных
металлических строительных конструкциях (мощные радио- и телевизи-
онные станции, радиолокаторы и т. п.), которое может приводить к обра-
зованию искр, обладающих зажигательной способностью [112].
В электрических цепях с напряжением питания ниже 10 В и индук-
тивностью менее 10“ Гн воспламеняющие токи для взрывоопасной газо-
вой смеси соответствуют величине, большей 2 А. Испытания таких цепей
на искробезопасность проводятся по ГОСТ 22782.5-78. Предложена уточ-
няющая этот стандарт методика по статистической обработке получае-
мых значений коммутируемого тока [113].
1.2.З.4. Тепловое воздействие электронагревательных элементов
Весьма распространено загорание материалов и конструкций от
теплового воздействия электронагревательных элементов, особенно в ус-
ловиях ограниченного теплоотвода. В этой связи большую пожарную
опасность представляют бытовые электронагреватели: чайники, утюги,
кипятильники. Незащищенное деревянное основание под чайником заго-
рается приблизительно через 10-15 мин после выкипания воды, так как
его температура достигает 400 “С [72].
Подошва электроутюга, не имеющего терморегулятора и оставлен-
ного на плотно прилегающем основании, может нагреться до 400-500 °C.
С терморегулятором нагрев не превышает 200°C, но в зависимости от вре-
мени воздействия теплоты и условий ее аккумуляции горючий материал,
с которым соприкасается подошва утюга, может также загореться.
Нередки случаи возникновения пожаров от электрокипятильников.
По причине, например, оставления без присмотра электрокипятильника,
включенного в сеть, возник 17.05.1988 г. пожар на теплоходе “Приамурье”.
Загоревшееся при падении кипятильника покрытие на полу каю гы спо-
собствовало быстрому распространению огня, гибели людей (1! чел.) и
материальному ущербу в 1 млн рублей. Некоторые данные исследования
пожарной опасности кипятильников приведены в разделе 2.
103
Пожарную опасность представляют лампы накаливания, люминес-
центные и ртутные лампы высокого давления. Об этом можно судить по
следующим данным: через 30 мин после включения ламп накаливания тем-
пература на их наружной поверхности достигает в зависимости от мощ-
ности следующих величин: 40 Вт - 145 °C. 75 Вт - 250 “С, 100 Вт - 290 °C,
200 Вт - 330 °C [72]. При соприкосновении лампы с текстильными мате-
риалами ее колба нагревается еще сильнее, причем нагрев зависит от сте-
пени теплоизоляции, создаваемой этим материалом. Так, лампа мощно-
стью 40 Вт, завернутая в ватное одеяло, нагревается до 250 “С, а лампа
мощностью 100 Вг, обернутая хлопчатобумажной тканью нагревается до
340 "С*’. Солома, касающаяся поверхности лампы мощностью 60 Вт, вспы-
хивает примерно через 67 мин [114].
Температура нагрева колбы электрической лампочки зависит от
мощности лампы, геометрической формы, ее размеров, расположения в
пространстве и степени ее теплоизоляции. Так, например, температуры,
развиваемые на поверхности открытых электрических ламп, не одинако-
вы во всех ее точках. Они зависят от положения ламп. На рис. 19.1 приве-
дена соответствующая зависимость для ламп мощностью 100 и 500 Вт.
при температуре окружающего воздуха, равной 25 "С [22].
Важным фактором, определяющим возможность загорания горю-
чего материала под влиянием теплоты, излучаемой лампой, является рас-
стояние от ее поверхности до материала. Соответствующая зависимость
для температуры излучения ламп накаливания различной мощности и ис-
точника инфракрасных лучей в 250 Вт показана на рис. 20.1 [16]. Поскольку
лампы одной и той же мощности, но отличающиеся размерами колб, на-
греваются неодинаково, данные приведенные в зависимости на рис. 20.1,
следует рассматривать как ориентировочные.
Люминесцентные светильники могут явиться источником загора-
ния из-за неисправности пуско-регулирующей аппаратуры, перегрева ра-
ботающих элементов светильника (дроссель, стартер) вследствие наруше-
ния требования монтажа светильников. Согласно приводимым данным
[72], при “залипании" стартера нагрев светильников достигает 190-200 °C,
а дросселей - 120 °C. Соответствующее повышение температуры на дрос-
селе вызывает размягчение заливочной массы с последующим ее вытека-
нием и воспламенением от нагрева обмоток дросселя.
*) Термопара, укрепленная в верхней части лампы, расположенной го-
ризонтально. показала следующее нарастание температуры: через 1 минуту после
включения - 70 °C. через 2 минуты после включения -103 “С, через 5 минут пос-
ле включения - 340 “С. Ткань начала тлеть [318].
104
>9
Рис. 19.1. Температура нагрева поверхности лампы в различных
положениях: а) 100 Вт; б) 500 Вт.
Пожароопасным элементом в люминесцентных светильниках явля-
ется стартер, внутри которого находятся сгораемые материалы (бумаж-
ный конденсатор, картонные прокладки). В случае пробоя пламя выбра-
сывается из сигнального отверстия стартера и может явиться источником
загорания. Возможное оплавление электродов светильников, происходя-
щее при температуре 1450—3300 °C (в зависимости от материала электро-
дов), может также служить источником загорания при механическом (или
по другой причине) разрушении стекла колбы светильника. Выход из строя
конденсаторов в запальных устройствах люминесцентных ламп также
может привести к пожару. В этом случае обычно плавится и загорается
пластмассовый корпус конденсатора и его горящие капли поджигают дру-
гие материалы Некоторые данные испытаний люминесцентного светиль-
ника приведены в разделе 2.
105
Рис. 20.1. Температуры излучения а) ламп накаливания
различной мощности и б) инфракрасной 250 Вт
лампы а зависимости от расстояния до нагреваемой
поверхности (при беспрепятственной тепловой конвекции).
106
Следует отметить, что небольшие конденсаторы в электроприбо-
рах и агрегатах часто становятся причиной пожара. Плохая изоляция
вследствие старения или некачественного изготовления, механические
повреждения, нагрев и перегрузка по току или напряжению приводят к
образованию электрической дуги и выделению горючих газов внутри кон-
денсатора, часто заканчивающемуся их взрывом и загоранием ближай-
ших горючих материалов.
Известны многие случаи пожаров телевизоров (см. выше), медицин-
ской и лабораторной аппаратуры, вызванных неисправностью конденса-
торов.
1.2.З.5. Статическое и атмосферное электричество
Трение, соприкосновение, механическое разъединение тел, из ко-
торых одно является диэлектриком, приводит к электризации их поверх-
ностей, представляющей процесс генерации и накопления зарядов стати-
стического электричества. Острые концы заряженного статистическим
электричеством тела с радиусом кривизны около 0,005 м следует считать
опасными сточки зрения зажигательной способности из-за высокой плот-
ности зарядов, наведенных внешним электрическим полем на этих повер-
хностях. Опасной напряженностью электрического поля является 5 105В/м
и более [116].
Электростатический заряд возникает в процессе трения, стягива-
ния или сматывания пленок, лент, пряжи, при измельчении и прессова-
нии твердых материалов. Возникающие при мытье танков высоконапор-
ными водяными струями разряды статического электричества служат при-
чиной многих взрывов на танкерах и супертанкерах [117]. Значительные
электростатические заряды могут образовываться на ременных переда-
чах; при транспортировке порошкообразных веществ с диэлектрически-
ми свойствами, нефтепродуктов (бензина, лигроина, керосина и сырой
нефти и др.) и некоторых легковоспламеняющихся жидкостей (бензол, эфи-
ры, сероуглерод и др.) по трубопроводам; в цистернах при сливе и наливе
их, при переливании в ведра и бидоны; при окраске методом пульвериза-
ции; при движении сжатых газов по трубопроводам и при выходе их из
труб и баллонов.
Так, например, угрозу возгорания создают разряды статического
электричества на трубопровод, землю и заземленные предметы при исте-
чении природного газа через сечения площадью свыше 0,006 м! [118]. По
этой же причине не допускается превышение скорости транспортировки
бензина по трубопроводам более 4 м/с [119].
107
Установлено, что при движении ременных передач со скоростью
15 м/с и более создается наибольшая пожарная опасность от их электри-
зации [331]. Степень опасности резко возрастает с уменьшением относи-
тельной влажности воздуха в помещении до 70% и ниже; наибольшие по-
тенциалы возникают при скольжениях, особенно в местах отрыва ремня
от шкива.
Образование статического электричества происходит и при приме-
нении порошкоструйных огнетушителей с гидрокарбонатом и углекислот-
ных “снегообразующих” огнетушителей. При использовании, например,
углекислоты ручных огнетушителей в качестве источника инертного газа
при флегматизации горючих смесей в замкнутом объеме иногда возника-
ли взрывы [120]. Их причиной оказался электростатический разряд меж-
ду переносным огнетушителем н заземленными частями емкости. Накоп-
ление заряда происходит в результате снегообразования при резком рас-
ширении сжатого газа и движении этого снега по поверхности коммуни-
кационных линий. При этом вследствие неэлектропроводности СО, про-
исходит накопление электростатического заряда на конце раструба огне-
тушителя. Если огнетушитель не заземлен (например, переносной), не ис-
ключено появление искры, которая может воспламенить горючий газ.
Углекислота, содержащая примеси, более способна к накоплению заряда,
чем “чистый” СО, Напряженность электрического поля при использова-
нии переносных огнетушителей составляет 500-1300 кВ/м, а хорошо за-
земленных стационарных огнетушителей - только 50-170 кВ/м. Тем не ме-
нее, требуется производить специальные испытания для определения элек-
тростатической безопасности системы.
Там, где могут образовываться воспламеняющиеся смеси газа, пара
и пыли с воздухом, всегда существует опасность пожара в случае, если
освобождаемая электроэнергия будет соответствовать минимальной энер-
гии зажигания смеси (см. раздел 1.3). На практике, например, воспламе-
нение от электростатического разряда наблюдалось даже при заправке в
штиль топливом моторной лодки, не имевшей необходимого заземления.
Описан случай пожара, возникшего от воспламенения паров в пла-
стиковой бутылке, частично заполненной метанолом. Воспламенение про-
изошло после переноски нескольких бутылок в пластиковом мешке к за-
земленному контейнеру в момент выливания жидкости из одной из буты-
лок. Анализ этого случая показал: опасность может возникать при очень
малых количествах жидкости (около 0,2 л); “электропроводящие" жидко-
сти в изолированных емкостях опаснее неэлектропроводящих; частичное
заполнение жидкостью опаснее, чем полное; ручная переноска (и тряска)
в пластиковых мешках представляет серьезную опасность.
108
Наблюдались также случаи пожаров [116]: в результате воспламе-
нения паров метанола в бочке с пластиковым вкладышем внутри в мо-
мент ее наполнения; при воспламенении паров электропроводящего ра-
створителя в бочке с ветошью, пропитанной этим растворителем. Бочка
имела пластиковый вкладыш. Воспламенение произошло в момент бро-
сания в бочку очередного куска ветоши. Зарегистрированы случаи пожа-
ров от электрической искры с пленки полупроводника на поверхность
пленки изолятора и на тяговый барабан конвейера.
При изготовлении резиновых технических изделий электростати-
ческие заряды возникают на всех стадиях производства. Поскольку удель-
ное электрическое сопротивление различных сортов каучука или каучу-
ковых смесей составляет 10’-1014 Ом м, материал, наэлектризовавшийся
в процессе переработки, может продолжительное время оставаться заря-
женным, естественное стекание зарядов на заземленные предметы незна-
чительно. Наибольшая опасность заключается в возможности образова-
ния искровых разрядов, способных вызвать взрывы или загорание сме-
сей. Наиболее опасны в этом отношении процессы клееприготовления и
шпредингования тканей.
Максимальные потенциалы, образующиеся в начальный период
процесса, могут достигать 50 кВ. Опасность электризации за счет разбрыз-
гивания возникает при наливе бензина в клеемешалку. При обработке тка-
ней на клеепромазочных машинах отмечено, что наиболее искропожаро-
опасными материалами являются капрон, ворсовое полотно, тиоколовая
лента [121].
Энергию искры статического электричества (Wr , Дж), способной
возникнуть под действием напряжения между проводящим изделием и ка-
ким-либо заземленным предметом, можно вычислить из формулы:
И^ = 0,5С-Г2, (44.1)
где С -емкость конденсатора, Ф; И- напряжение, В.
Разность потенциалов между заземленным телом и землей измеря-
ютэлектрометром в изучаемых условиях. Если > 0,4 • ми-
нимальная энергия зажигания горючей среды), то искру статического элек-
тричества рассматривают как источник зажигания.
Реальную опасность представляет контактная электризация людей,
работающих с движущимися диэлектрическими материалами. Заряды ста-
тистического электричества могут накапливаться при пользовании обу-
вью с непроводящими электричество подошвами, одеждой и бельем из
шерсти, шелка и искусственного волокна при движении по токопроводя-
щему покрытию пола, при выполнении ряда ручных операш-й с диэлект-
риками.
109
При соприкосновении наэлектризованного человека с заземленным
предметом возникают искры с энергией от 2,5 до 7,5 мДж. Зависимость
энергии электрического разряда с тела человека от потенциала зарядов
статического электричества на нем приведена на рис. 21.1 [94].
Рис. 21.1. Зависимость энергии электростатического
разряда (W) с заряженного тела человека от его потенциала (V).
Атмосферное электричество.*1 В грозовых тучах может возникнуть
сильная электрическая полярность, которая ведет к разряду в форме мол-
нии. Таким образом происходит частичное выравнивание зарядов. Накоп-
ление статического электричества в облаках способствуют влажность, теп-
ло и другие факторы. В результате образуется большой конденсатор, ко-
торый разряжается на землю при накоплении достаточного заряда. Раз-
рядка происходит в очень малый промежуток времени. Причем скорость
главного удара молнии может достигать 160-32000 км/с [182]. Образова-
ние молнии происходит в пределах одного облака или между двумя обла-
ками. Положительный заряд аккумулируется вблизи вершины (верхней
стороны) облака, а отрицательный заряд - на нижней его стороне. Когда
оба заряда приходят в соприкосновение, наблюдается огромная вспышка
электрической энергии. Тепло от вспышки распространяется столь быст-
ро, что вызывает преодоление окружающим воздухом при его движении
звукового барьера. Результирующий удар волны проявляется громом. Для
молнии сила тока можег достигать 100-200 кА [16, 182], а напряжение -
200000 вольт.
*> Ежегодно свыше 25000 пожаров возникает в США по причине действия
молний [182].
НО
Опасность прямого удара молнии заключается в контакте горючей
среды с каналом молнии, температура в котором достигает 20000 °C при
времени действия около 100 мкс [94]. Весьма высокая температура мол-
нии, образующейся при газовых разрядах, может вызвать воспламенение
веществ и материалов, хранящихся в резервуарах, складских помещениях
и других незащищенных местах. Известен случай пожара на танкере (Ан-
глия), возникшего в феврале 1973 г. в результате удара молнии в газопро-
водную трубу. Молния воспламенила выходящие из трубы пары сырой
нефти [122].
Исследованиями пожаровзрывоопасности топливных баков при
воздействии разряда молнии установлено, что при прожогах элементов
обшивки самолета и наличии горючей смеси во всех случаях возникали
горение или взрыв [123].
Имеется опасность вторичного воздействия молнии. Она заключа-
ется в искровых разрядах, возникающих в результате индукционного и
электромагнитного воздействия атмосферного электричества на производ-
ственное оборудование, трубопроводы и строительные конструкции. Энер-
гия искрового разряда может превышать 250 мДж, что достаточно для
воспламенения многих горючих веществ с меньшей минимальной энерги-
ей зажигания.
Занос высокого потенциала в здание может происходить не только
по металлическим конструкциям при их прямом поражении молнией, но
и при расположении коммуникаций в непосредственной близости от мол-
ниеотвода. При несоблюдении безопасных расстояний (порядка 2 м) [182]
между молниеотводом и коммуникациями энергия возможных искровых
разрядов может достигать указанных выше значений.
Молния вызывает повреждение конструктивных элементов, что
является одним из характерных признаков ее проявления. Так, например,
в зависимости от характеристики металлического троса молния может
оплавить металл или полностью оборвать трос [124]. Наиболее легко по-
вреждаются от удара молнии части зданий, построение которых более
благоприятствует такому воздействию по сравнению с другими сооруже-
ниями. К ним относятся башни, колокольни, флагштоки, камины, печные
трубы, застекленные крыши, ограда и конек крыш, слуховые окна, водя-
ные цистерны или резервуары. Наиболее часто подвергаемой ударам мол-
ний частью зданий являются края крыши. Сухие деревянные балки при
ударе молнии чаще подвергаются расщеплению, а не загоранию, а окна
выбиваются давлением, возникающим в канале молнии.
Большую опасность представляет действие шаровой молнии. Слу-
чай ее понадания в самолет ТУ-154 произошел, например, 13.03.1988 г.
Ill
перед посадкой в аэропорту Донецка. Электрический разряд большой силы
вывел из строя два из трех двигателей самолета. Только высокое летное
мастерство экипажа ТУ-154 обеспечило его благополучную посадку и ис-
ключило возникновение пожара.
Обобщая сведения, приведенные в разделе 1.2.3, можно сделать
вывод, что пожароопасные режимы в электрических системах создаются
при:
- увеличении силы тока, протекающего через электрическое изде-
лие или его составную часть (повышение напряжения, короткое замыка-
ние, перегрузка, двухфазное включение электротехнических устройств
трехфазного тока, заклинивание ротора или других подвижных частей
электрических машин и аппаратов и др.);
- снижение эффективности теплоотвода от нагреваемых электри-
ческим током деталей и поверхностей электрических устройств (закры-
тие поверхностей горючими материалами с малым коэффициентом теп-
лопроводности, отсутствие охлаждающей жидкости в нагреваемых при-
борах, выключение вентилятора в электрокалориферах и теплоэлектро-
вентиляторах, понижение уровня масла или другой диэлектрической жид-
кости в маслонаполненных установках и др.);
- увеличение переходного сопротивления (величины падения напря-
жения, выделяющейся мощности) в контактных соединениях или комму-
тационных элементах;
- повышение коэффициента трения в движущихся (вращающихся)
элементах (отсутствие смазки, износ поверхностей и т. п.);
- воздействие на детали электроустановок электрических дуг (рез-
кое перенапряжение, отсутствие дугогасительных решеток, выход из строя
элементов, шунтирующих дугу, круговой огонь коллектора);
- разбрасывании раскаленных (горящих) частиц, образующихся в
условиях аварийного режима в электроустановках (частиц от оплавления
никелевых электродов в лампах накаливания, частиц металлов, образую-
щихся при коротких замыканиях в электропроводках и т. п.) и попадании
их на горючие элементы;
- расположении горючих материалов в зоне радиационного нагре-
ва, создаваемого электроустановками;
- пропускании в аварийном режиме тока по конструкциям и эле-
ментам, которые в нормальных условиях работы не обтекаются током;
- возникновении возможного в аварийном режиме нагрева за счет
электромагнитных полей;
- возникновении разрядов статического и атмосферного электри-
чества.
112
1.2.4. Работы, связанные с переходом лучистой энергии в теплоту
В зависимости от температуры излучающего тела его лучеиспуска-
ние производит различное воздействие на наши органы чувств. При тем-
пературах, лежащих ниже 500 “С, только очень незначительная часть все-
го лучеиспускания воспринимается глазом как “свет”, а наибольшая часть
излучаемой энергии приходится на долю области темного теплового из-
лучения.
По своей физической сущности, однако, тепловое излучение совер-
шенно аналогично излучению света: как то, так и другое представляет со-
бою один вид энергии - лучистой и следует одним и тем же законам отра-
жения, преломления и поглощения, отличаясь лишь длиной волн. Так, для
видимых (световых) лучей длина волны соответствует 0,4-0,76 мк, а для
инфракрасных (тепловых) лучей - 0,75 мк - 3,42 мк [70].
Среднее количество солнечной (световой) энергии, поступающей в
земную атмосферу, составляет 8,4 Дж/см2 мин''. В ясную погоду 70% этой
энергии достигает земной поверхности в виде прямых лучей. Энергия сол-
нечного света, переносимая электромагнитными волнами, поглощается
при попадании на поверхность тела, вызывая его нагревание. Это нагре-
вание, доказывающее перенос светом энергии, может значительно усили-
ваться с помощью собирательной линзы. Пересечение солнечных лучей в
фокусе линзы приводит к большой концентрации тепловой энергии на
весьма небольшом участке площади, что обеспечивает достижение кри-
тических температур, при которых возгораются горючие вещества и ма-
териалы. На практике в качестве собирательных линз могут действовать
в силу создавшихся условий или имеющихся изъянов (местные утолще-
ния, пузыри и др.) стенки бутылей, графинов .. других шсклянных и.м
прозрачных пластмассовых изделий. Повышенная пожарная опасность
возникает при наличии вблизи таких собирательных линз легковоспла-
меняющихся или горючих жидкостей, тканей, древесной стружки и дру-
гих подобных веществ и материалов.
Сообщается о случаях возникновения пожаров от возгорания го-
рючих материалов, оказавшихся в фокусе выпуклой линзы, образованной
слоем воды в углублениях перекрытия из виниловой пленки. Показано,
что температура уже за 10-30 мин может достигать 200-300 °C и даже
500 °C при более продолжительном солнечном освещении, концентрируе-
мом с помощью образовавшейся водяной линзы [125].
Свет, сфокусированный лежащими на земле осколками, может стать
причиной загорания сухой листвы и вызвать лесной пожар. Сообщается
о случае загорания стены деревянного дома от воздействия солнечного
света, сфокусированного дном бидона, надетого на забор [126].
ИЗ
Для правильности установления причины загорания, связанного с
фокусированием солнечной энергии, необходимо получить данные о до-
пустимом критическом расстоянии от фокусирующей линзы до материа-
ла, обеспечивающем его загорание.
Непосредственное нагревание солнечными лучами баллонов со сжа-
тыми, растворенными и сжиженными газами, стеклянных бутылей, напри-
мер, с азотной кислотой в корзинах с древесной стружкой, с легковоспла-
меняющимися жидкостями также представляет большую опасность. Это
нагревание может привести к их разрыву, растрескиванию и пожару.
Возможно также создание очага пожара при воздействии лазерно-
го луча на горючие предметы при практическом использовании лазерных
установок, в частности, в машинах для раскроя листовых материалов.
Используемый в указанных машинах лазер на смеси углекислого газа
(4,5%), неона (13,5%) и гелия (82%) имеет мощность 100-425 Вт при длине
волны 10,6 мкм и длительности импульса 100 мкс [127].
Обнаружен эффект зажигания пропано-воздушной смеси частицей
асбеста, нагреваемой модельным источником излучения - аргоновым ла-
зером. Это подтверждает возможность радиационного зажигания горю-
чей газовой смеси со взвешенными в ней инертными частицами [128].
1.3. Параметры пожарной опасности веществ
и материалов
Условия возгорания и самовозгорания веществ и материалов и раз-
витие процессов горения определяются, в первую очередь, характерными
для них критическим параметрами, зависящими от свойств веществ и ма-
териалов. Знание и правильное понимание этих параметров помогает вы-
яснению причин пожаров и взрывов при их расследовании.
Поскольку вещества могут находиться в различных агрегатных со-
стояниях*' , параметры, характеризующие их пожаровзрывоопасность,
имеют следующие различия (табл. 16.1).
*' В виде твердых веществ, жидкостей и газов. Твердые вещества харак-
теризуются постоянством формы, объема и сильным межмолекулярным взаи-
модействием.
Под жидкостями понимаются тела, имеющие определенный объем при
отсутствии ynpyi ости формы, сильное межмолекулярное взаимодействие, обус-
лавливающее их малую сжимаемость [95]. и характеризующиеся давлением на-
сыщенного пара, не превышающим 2,8 кг/смгпри 50 “С [182]. К газам относятся
вещества в состоянии, при котором практически отсутствуют силы межмолеку-
лярного взаимодействия.
114
Таблица 16.1
Основные параметры, характеризующие пожаровзрывоопасиость
веществ и материалов____________________________________
№ п/п Параметры Твердые вещест- eactm Веще- ства, образу- ющие аэро- взвеси (аэро- золи) Жидкости Газы
>300 "С <300 °C горю- чие лепго- вопла- меняю- щиеся
1 2 3 4 5 6 7
1 Температурные показатели по- жарной опасно-
сти
1.1 Температура вспышки - + +(3; 5) + + -
1.2 Температура воспламенения + + + +
1.3 Температура самонагревания + + +(2; 3)
1.4 Температура самовозгсйзания:
1.4.1 температура тления при са- мовозгорании + • +(2) - - -
1.4.2 температура самовоспламе- + + + + + +
нения
1.5 Температурные пределы вос- пламенения*1
1.5.1 нижний предел - + +(3; 5) + + -
1.5.2 верхний предел - + +(3; 5) + +
2 Склонность к возгоранию + + + + + +
3 Склонность к самовозгоранию + + + + + +
4 Концентрацион- ные пределы воспламенния*1
4.1 НИЖНИЙ - - + - + +
4.2 верхний - - - - + +
*>Эти термины упоминаются в [19] наравне с терминами “концентрацион-
ные и температурные пределы распространения пламени”. Термин “воспламе-
нение” подразумевает процесс возгорания (см. выше), проявляющийся пламен-
ным горением, способным распространяться по паровоздушной смеси с доста-
точным количеством горючего. Поскольку методы, приведенные в [19], лишь
качественно определяют наличие воспламенения смеси, тогда как количествен-
но определяются концентрационные и температурные пределы, в которых воз-
никает этот процесс, в книге применяются термины в указанной редакции, как в
большей степени соответствующие существу исследуемого явления.
115
Окончание табл. 16.1
№ п/п Параметры Твердые вещест- ва С tram Веще- ства, образу- ющие аэро- взвеси . (аэро- золи) Жидкости Газы
>300 “с <300 °C горю- чие легко- вопла- меняю- щиеся
1 2 3 4 5 6 7
5 Минимальное взрывоопасное содержание ки- слорода (МВСК) + + ¥ + +
6 Минимальная энергия зажи- гания - - + + + +
7 7.1 Параметры дав- ления взрыва: максимальное давление - + - + +
7.2 скорость нарас- тания давления - - + - + +
8 Категория взрывоопасной смеси - - • - + +
9 Скорость выго- рания + + + + + +
10 Характер взаи- модействия ве- щества со сред- ствами тушения + + + + + +
Примечания: 1. Под аэровзвесью или аэрозолем понимается дисперсная
система, представляющая собой пыль или частицы жидкости, взвешенные в воз-
духе. Взвесь пыли образуется в результате механического измельчения твердых
тел (при дроблении и истирании) или воздействия на них аэродинамических сил
(при распылении порошкообразных пылевидных веществ и материалов). Рас-
пыление жидкостей способствует образованию жидкостных аэрозолей. Эти си-
стемы требуют специального изучения их пожаровзрывоопасности в случае об-
разования из малолетучих жидкостей (минеральные масла, керосин и др.). В то
время как пары этих жидкостей .могут образовывать воспламеняемые смеси лишь
при повышенных температурах, взрывоопасные концентрации их аэрозоля со-
здаются при комнатной температуре.
2. Знак “+” означает применяемость, а знак неприменяемость показа-
теля для указанной в графе группы веществ. Цифра в скобках при знаке “+" в
графе 4 означает номера граф т аблицы, где вещества с обозначенными свойства-
ми образуют опасные аэрозоли. Отсутствие цифр указывает на возможность
образования аэрозолей веществами, соответствующими графам 2,3,5.
116
Кроме указанных выше основных параметров, могут использовать-
ся и другие показатели, уточняющие свойства веществ и материалов и
помогающие при расследовании пожаров и взрывов. К таким парамет-
рам относятся, например, токсичность, дымообразование, чувствитель-
ность к трению и удару, нормальная скорость распространения пламени,
способность взрываться и гореть при взаимодействии с водой, кислоро-
дом воздуха и другими веществами.
1.3.1, Параметры пожариой опасности горючих твердых веществ
и материалов
Пожарная опасность горючих твердых веществ и материалов ха-
рактеризуется (см. табл. 16.1), в первую очередь, их температурными па-
раметрами: температурами воспламенения, самонагревания, самовозго-
рания (тления при самовозгорании, самовоспламенения), склонностью к
возгоранию и самовозгоранию, скоростью выгорания и характером вза-
имодействия вещества со средствами тушения. Необходимость знания пос-
леднего свойства и его учета при расследовании происшествия обуслов-
ливается возможностью активизации процесса горения на объекте в свя-
зи с отрицательным проявлением этого свойства в условиях тушения. Для
плавких твердых веществ (температура плавления ниже 300 °C) важными
характеристиками являются также температура вспышки и температур-
ные пределы воспламенения.
Для порошкообразных и пылевидных материалов, способных об-
разовывать аэрозоли, важны сведения о свойствах, характеризуемых по-
казателями: концентрационными пределами воспламенения, минималь-
ным взрывоопасным содержанием кислорода (МВСК), минимальной энер-
гией зажигания, максимальным давлением взрыва и скоростью его нара-
стания* '.
1.3.1.1. Температурные параметры пожариой опасности
Под температурой воспламенения (zj понимается самая низкая тем-
пература вещества или материала, при которой количество и скорость
выделяемых из него паро-газообразных горючих продуктов становятся
достаточными для возникновения от источника зажигания самостоятель-
ного устойчивого пламенного горения. Так, например, для газетной бу-
маги (теплотворная способность бумаги в зависимости от физических н
химических свойств - от 3,8 до 5,0 кВтч/кг) температура воспламенения
соответствует 175 °C [129].
♦’ Существо этих показателей рассматривается в разделе 1.3.2.
117
Очевидно, что повышение температуры источника зажигания по
сравнению с температурой воспламенения вещества будет приводить к
сокращению времени (периода индукции) его загорания. Этот период (т^,)
определяется длительностью (зависит от условий зажигания) создания
необходимого прогретого слоя в конденсированной фазе материала.
Считая, что зажигание материала происходит при достижении тем-
пературы его поверхности критической величины (I ), найдено следую-
щее выражение для [130]:
я--Л ср-(г,„ -1 )2
сР =------' (45'!)
где Л,с,р - теплопроводность, теплоемкость, плотность материа-
ла; J - интенсивность теплового воздействия источника зажигания*1;
tt - начальная температура материала.
Выражение (45.1) учитывает тепловую инерцию материала, термо-
химию его деструкции (через tv) и особенность источника зажигания,
определяемую величиной J.
Измеренные экспериментальные величины г (среда /V2-Ог, где кон-
центрация кислорода 40% мол.) при контакте керамического нагревате-
ля (d = 0,255 см, сила прижатия F = 0,2 Н, интенсивность теплового воз-
действия J = 12,9 Вт/см2) с боковой поверхностью цилиндрических образ-
цов полимеров (г/=1см) представлены в табл. 17.1 [130, 131, 132].
Таблица 17.1
Влияние тепловой инерции и температурных показателей пожарной
опасности полимера (fKp, t., tCI ’) на период его зажигания (г.р)
Полимеры Гк/>, С Дж2/скгсм4 hf ,°С I. °C tc.°C
Полистирол 0,6 1,2 340 296 491
Эпоксидная смола ЭД-20 0,9 2,3 430
Полиметилметакрилат 1,1 3,5 420 280 450
Полиоксиметилен 1,1 4,7 360
Полиэтилен 1,3 7,3 410 341 349
*’ Термин «интенсивность теплового воздействия», содержащий в'своем
составе понятие времени, показывает степень напряженности этого воздействия,
характеризуемой количеством тепла, передаваемого в единицу времени на еди-
ницу площади.
**' i.s- температура самовоспламенения.
118
Как видно из табл. 17.1, все улежат выше температуры воспламе-
нения материалов. С ростом их тепловой инерции период индукции до
загорания материала возрастает, что подтверждает сказанное в разделе
1.2.2.3.
Поскольку излучение играет фундаментальную роль в развитии и
распространении пожара, большинство теоретических и эксперименталь-
ных исследований посвящено изучению закономерностей зажигания, ини-
циированного лучистым тепловым потоком. Исследования воспламене-
ния полимеров под влиянием такого потока показали, что периоды ин-
дукции этого процесса определяются природой источника излучения, ин-
тенсивностью теплового потока, оптическими и теплофизическими свой-
ствами полимеров и удовлетворяют для вычисления t следующему по-
луэмпирическому выражению [30]:
160/ЯсрЛ75ДГ
1"р ~ (f -Jf ' (46-0
где Д^ = 4г f- средний коэффициент поглощения излучения
материала; зависит от оптических свойств последнего и спектральных ха-
рактеристик источника излучения.
Указанная зависимость получена на основе математического ана-
лиза распределения температуры в образце материала по закону Фурье с
учетом данных экспериментов по воспламенению полимеров от пламени
бензола и высокотемпературной вольфрамовой нити. Интенсивность лу-
чистого теплового потока изменялась в пределах 21-146 кВт/м2
(0,5-3,5 кал/см2с). Для опытов использовались образцы полимеров в виде
листов площадью 10 см2 и толщиной 1,27 см. Исследовались оптически
прозрачные и непрозрачные образцы.
Самая низкая температура вещества, при которой пламенное го-
рение горючих паро-газообразных продуктов разложения, выделяемых им,
возникает самопроизвольно за счет экзотермических реакций, называет-
ся температурой самовоспламенения (t). В процессе нагрева вещества до
этой температуры образуются твердые обугленные продукты реакции,
которые при достижении определенной критической температуры пере-
ходят в пирофорное состояние и самопроизвольно накаливаются (тлеют)
Эта температура вещества называется температурой тления при самовоз-
горании (/).
Так как самопроизвольно пламенное горение и тление твердых ве-
ществ возникает лишь при нагреве их до указанных температур, соответ-
ствующие температурные точки служат одними из важнейших практичес-
119
ких показателей пожароопасности веществ. Следует однако учитывать,
что и при более низкой температуре окружающей среды самовозгорание
материалов не исключается. Так, например, температура тления при са-
мовозгорании сосновых опилок равна ~ 230 °C, но известны случаи заго-
рания опилок при температуре источника нагрева около 110 °C. Эта тем-
пература окружающей среды способствует процессу разложения и само-
нагревания опилок, приводящему к повышению температуры в их массе
до критической, при которой и происходит самовозгорание материала.
Весьма важно поэтому учитывать температуру самонагревания ((cw), под
которой понимается самая низкая температура вещества, обеспечиваю-
щая возникновение в нем реакции с экзотермическим эффектом.
Практическое значение указанных температурных показателей по-
жароопасности твердых веществ и материалов*1 заключается в следую-
щем. Температуры воспламенения, тления при самовозгорании и само-
воспламенения характеризуют минимально опасные температуры окру-
жающей среды, при которых сравнительно быстро загораются горючие
материалы и вещества любой массы. При более низких температурах сре-
ды они подвергаются активному разложению внутри своей массы в мес-
тах, способствующих накоплению теплоты и развитию процесса самонаг-
ревания. В этих условиях подготовка материала к горению зависит от раз-
меров его массы и протекает с возрастающим по мере снижения темпера-
туры окружающей среды замедлением (см. ниже условия для самовозго-
рания).
Анализ условий, при которых тепловой импульс может воздейство-
вать на твердые вещества и материалы, позволяет исходить в оценке их
пожарной опасности из трех областей температур, лежащих выше темпе-
ратуры самовозгорания (температуры тления при самовозгорании и са-
мовоспламенения), между температурами самовозгорания и самонагре-
вания и ниже температуры самонагревания.
В области температур, соответствующих температуре самовозго-
рания и выше нее, работа в условиях воздушной среды с горючими веще-
ствами и материалами в сухом состоянии легко приводит к их загоранию.
В пределах температур второй области работа с веществами и ма-
териалами допустима, однако необходимо знать склонность их к тепло-
вому самовозгоранию, определяемую по существующей методике [19,333],
устанавливающей зависимость между температурами окружающей сре-
ды, приводящими к самовозгоранию, массой веществ и материалов и вре-
менем их нагревания. Руководствуясь указанной зависимостью, опреде-
'* Методика определения температурных показателей пожарной опасности
горючих твердых веществ н материалов приведена в [19, 333].
120
ляют допустимую температуру (составляет ~ 80% от величины, опреде-
ленной из экспериментальных данных) для работы с веществами и мате-
риалами на практике.
В этой связи очевидной является недопустимость использования
только температур воспламенения и самовозгорания веществ и материа-
лов (такие ошибки наблюдаются на практике) в качестве критерия для
определения, например, безопасной температуры нагрева поверхностей
оборудования, с которыми они могут соприкасаться. Находясь в зависи-
мости от толщины слоя и свойств веществ и материалов, допустимые тем-
пературы нагрева могут лежать ниже их температур воспламенения и са-
мовозгорания, подчас отличаясь от этих температур на значительную ве-
личину.
Помимо приведенного выше примера с нагревом опилок, в этом
достаточно наглядно убеждают опыты по изучению, например, условий
самовозгорания гидросульфита натрия (Na,S3OJ (см. раздел 2.1.2).
Исследования пожароопасности распылительных сушилок молоч-
ного порошка [133] показали, что при слое толщиной 200-300 мм молоч-
ный порошок может самовозгореться при температурах 80-100 °C, тогда
как температура самовоспламенения его аэровзвеси, например, соответ-
ствует 875 °C [21].
Очаг самовозгорания может быть обнаружен по повышению тем-
пературы, по концентрации СО в воздухе, по появлению характерного
запаха.
В области температур, лежащих ниже температуры самонагрева-
ния веществ и материалов, возможность их самовозгорания под влияни-
ем только теплового импульса полностью исключается.
1.3.1.2, Склонность к возгоранию н самовозгоранию
Под склонностью к возгоранию (возгораемостью) понимается спо-
собность веществ и материалов загораться под воздействием источника
зажигания.
Вещества и материалы классифицируются по трем основным груп-
пам горючести: негорючие (несгораемые), трудногорючие (трудносгора-
емые) и горючие (сгораемые).
К негорючим относятся вещества и материалы, не способные к го-
рению в обычных условиях воздушной среды. Следует учитывать одна-
ко, что среди негорючих веществ встречается много пожароопасных, на-
пример. окислители (бертолетова соль, хромовый ангидрид, перманганат
калия, перекись натрия и др.); вещества, выделяющие горючие продукты
121
при взаимодействии с водой или друг с другом (карбид кальция, разбав-
ленные кислоты с металлами и др.); вещества, взаимодействие которых с
водой сопровождается загоранием образующихся горючих продуктов
(натрий, калий и др.) или выделением большого количества теплоты (не-
Iашеная изгссть' и др.
К трудногорючим относятся вещества и материалы, склонные воз-
гораться под воздействием источника зажигания, но не способные само-
стоятельно гореть после его удаления. Те же вещества и материалы, для
которых характерен процесс самостоятельного горения после удаления
источника зажигания, относятся к группе горючих. В последней выделя-
ются подгруппы, различающиеся легкостью возгорания (легкая и труд-
ная возгораемость).
К легковозгораемым*1 относятся вещества н материалы повышен-
ной пожарной опасности, способные возгораться при кратковременном
воздействии таких маломощных источников зажигания, как пламя спич-
ки, искра, горящая папироса, пламя газовой горелки, и распространять
горение в неблагоприятном для развития этого процесса направлении (на-
пример, при горизонтальном расположении образца материала).
К трудновозгораемым относятся вещества и материалы, не способ-
ные возгораться при воздействии маломощных источников зажигания.
Они загораются от источника, способного нагреть одновременно боль-
шую часть поверхности материала до температуры возгорания**'. Труд-
новозгораемыми веществами и материалами являются, например, поли-
хлорвиниловая смола, мочевина, окрашенная огнезащитными красками
древесина и др.
Для горючих веществ и материалов показатель склонности к воз-
горанию определяется визуально по наличию самостоятельного пламен-
ного горения и тления их образцов при воздействии пламени спички и
других маломощных источников зажигания. Склонность к возгоранию
образцов, не загорающихся в этих качественных опытах, определяют с
помощью специальных методов [19, 333].
‘'Термин «легковоспламеняемые вещества» упоминается в [19]. Посколь-
ку воспламенение является частным случаем возгорания (см. выше), то обобща-
ющий термин «легковозгораемые вещества» (учитывает возможность проявле-
ния процесса их горения в виде тления или воспламенения) вполне правомочен.
Характерным примером материала, склонного только к тлению при возгора-
нии, является, например, бумага, пропитанная уксуснокислым свинцом.
Обобщающий температурный показатель, соответствующий
температуре воспламенения в случае возникновения пламенного горения
материала при возгорании или температуре тления при возгорании в отсутствии
пламени.
122
Трудность нагрева материала до температуры возгорания служит
иногда причиной для неправильных выводов о его негорючести. Так, этил-
целлюлозная пленка не распространяет пламя, если источник зажигания
удален. Это обусловлено относительно низкой температурой плавления
этилцеллюлозы, что благоприятствует отрыву горящих капель от пленки
и тем самым предотвращению распространения огня. Возгораемость этил-
целлюлозы возрастает при совмещении с какой-либо негорючей тканью
(например, стеклотканью). Последняя служит как бы поддерживающей
основой для расплавляемой этилцеллюлозы, препятствующей уходу пла-
ва из сферы реакции. Аналогичные явления характерны и для других тер-
мопластичных материалов, например, пенополистирола, что приводило
к неправильной оценке его горючих свойств. Использование и в этом слу-
чае стеклоткани для задержания плава “самозатухающего” пенополисти-
рола, аккумулирующего большую часть тепловой энергии у места действия
источника зажигания, приводило к активному горению материала
(рис. 22.1).
При оценке огнеопасности*1 текстильных изделий, состоящих из
сочетания нескольких слоев тканей, следует учитывать возможность “фи-
тильного эффекта". Аналогично механизму действия фитиля свечи впи-
тывание горючих термопластичных веществ или жидких продуктов пи-
ролиза из слоев одной ткани слоями другой ткани существенно повыша-
ет горючесть изделия.
В таблице 18.1 приведены показатели возгораемости некоторых
полимерных и древесных материалов [134].
Под склонностью к самовозгоранию понимается способность ве-
ществ и материалов загораться без участия источника зажигания (см. раз-
дел 1.1). Наиболее склонными к самовозгоранию являются пористые, во-
локнистые, порошкообразные вещества и материалы, не плавкие или име-
ющие высокую температуру плавления (более 300 °C). Соответствующее
свойство способствует лучшей сохранности структуры указанных веществ
в условиях нагрева, что, в свою очередь, благоприятствует накоплению
теплоты в их массе и развитию процесса самовозгорания. В определен-
ных условиях способны самовозгораться частицы металлов, называемых
в связи с этим пирофорными. К ним относятся, например, плутоний, ти-
тан, ураи, торий, цирконий, гафний, магний, кальций, калий, натрий [74,
182]. Условия, при которых возможно самовозгорание этих металлов, раз-
личаются друг от друга. Расплав натрия, например, реагирует интенсив-
но при попадании его капель в воду. Урановые остатки самовозгорают-
ся, особенно в условиях воздействия летних температур и будучи незащи-
щенными слоем масла или воды.
♦’ Термин «огнеопасность» применяется при рассмотрении возможности
возникновения пожара от действия на материал открытого источника огня.
123
Рис. 22.1. Горение “самозатухающего” пенополистирола а
присутствии задерживающей подложки из стеклоткани:
а) зажигание образца:
1 - стеклоткань. 2 образец “самозатухающего” пенополистирола (без
стеклоткани от пламени спички не загорается); 3 - горящая спичка;
б) самостоятельное горение образца
124
Таблица 18.1
Показатели возгораемости некоторых полимерных и древесных
материалов
(для сравнения приводятся температурные показатели, обусловливающие
их самовозгорание)
Наименова- ние материала Температурные показатели пожароопасности Склонность к возгоранию
При воз- гора- нии При самовозгорании Показа- тель возгора- емости3), Ятэа Чи уч •'ня . м/мин г/мин Группа возгорае- мости
оТ 4» °C tcH. °C
Стекло органичес- кое 260 нет 460 100ъ >2,1 0,058 3.71 горючий
Пенопласт ПХВ-1 427 нет 501 80" 1.27 0ь| 0 трудновос- пламеня- емый
Винилпласт >580 нет >580 - 0,79 0°' 0 трудновос- пламеня- емый
Пластмасса К-18-53 - - - - <0,5 0” 0 трудносго- раемый
Древесина дубовая 238 298 375 <120 >2,1 0,05 2,19 горючий
Древесина еловая 241 305 397 <120 >2,1 горючий
Древесина сосновая 255 295 399 80" >2,1 горючий
Опилки дубовые 229 229 342 <100 >2,1 горючий
Опилки еловые 214 220 347 <100 >2,1 горючий
Опилки сосновые 230 230 306 80 >2,1 горючий
Примечания:
1 - при температуре 90 °C не испытывался;
2 - при температуре 70 ”С не испытывался;
3 - определение по методу калориметрии [134], где qrM - количество теп-
ла, выделяемого образцом, - количество тепла от источника зажигания;
4 - воздействие пламени горелки на торец образца, расположенного к нему
под углом 45°; - скорость распространения пламени; т/т - массовая ско-
рость горения.
5 - самостоятельное горение не наблюдалось при воздействии пламени
горелки на нижний торец вертикально расположенного образца.
125
Как указывалось выше (см. раздел 1.1), в зависимости от вида им-
пульса можно выделить три вида самовозгорания: тепловое, химическое
и микробиологическое. Наиболее подробно отработана методика опре-
деления склонности веществ к тепловому самовозгоранию [19, 333]. Она
позволяет установить зависимость между температурой, при которой про-
исходит тепловое самовозгорание вещества, его размерами и временем от
начала нагрева до возникновения горения (тления) вещества (индукцион-
ный период). Эта зависимость характеризуется следующими уравнения-
ми прямых:
lg i = A-В lg I, (47.1)
lg i = А'-В' lg-, (48.1)
где t - температура окружающей среды, “С; I - линейный размер
образца материала кубической формы, мм; г - продолжительность до са-
мовозгорания, ч; А, А В, В' - постоянные величины, характерные для
данного материала.
Для учета не только размеров материала, но и его формы исполь-
зуется следующая зависимость [149]:
lg t = А"+В" IgS. (49.1)
где 5 - удельная поверхность материала, м1.
Величина S высчитывается по формулам:
F 111
5 = — ; S = 2(—+ - + -), (50.1)
V а о с
где F - полная наружная поверхность образца, м2;
V - объем образца, м’;
а, Ь. с - размеры тела, м. Так, например, для прямоугольного
параллелепипеда а - длина, b - ширина и с - высота; для шара a=b=c=D
(диаметр шара).
Примеры практического использования указанных уравнений при-
ведены в разделах 2.1.1; 2.1.2; 2.1.3.
Поскольку развитию любого процесса самовозгорания во всех слу-
чаях способствует экзотермический эффект реакции, методику определе-
ния склонности веществ и материалов к тепловому самовозгоранию можно
применять в той или иной мере и для установления зависимостей между
температурой среды, вызывающей самовозгорание твердого вещества, его
размерами и временем индукционного периода при воздействии химичес-
кого (особенно при контакте с воздухом) и микробиологического импуль-
сов. В этих случаях, однако, необходимо, чтобы выполнялись следующие
условия:
126
а) для химического самовозгорания - температура самонагревания
исследуемого вещества была ниже 50 “С, что служит известным указани-
ем на его склонность к этому процессу, или имелись бы данные качествен-
ного порядка о существовании такой склонности. Для качественного оп-
ределения склонности к химическому самовозгоранию веществ при их
контакте друг с другом рекомендуется специальная экспресс-методика [19]
[333].
Важность знания склонности к химическому самовозгоранию ве-
ществ и материалов видна также на следующем примере. При транспор-
тировании применяемой для изготовления шинных и резинотехнических
изделий печной масляной сажи в вагонах-хопперах иногда возникают ее
саморазогрев и самовозгорание. Исследованиями установлено, что склон-
ность этой сажи к самовозгоранию зависит от технологических режимов
ее получения. В результате разработаны безопасные режимы и предложе-
но введение в ГОСТ [135] показателя реакционной способности саж и ме-
тодов его определения.
б) для микробиологического самовозгорания - необходимы сведе-
ния о склонности вещества к этому процессу и данные о температуре, при
которой начинается чисто тепловой процесс в веществе. К микробиоло-
гическому самовозгоранию склонны вещества, являющиеся питательной
средой для микроорганизмов, грибков, бактерий. Эту склонность можно
установить специальными биологическими исследованиями.
Для процесса, связанного с микробиологическим самовозгорани-
ем, характерны две стадии самонагревания. Одна связана с жизнедеятель-
ностью термофильных бактерий, а вторая является результатом начавше-
гося процесса саморазложения вещества. Температура до 45 “С считается
нормальной, но при более высокой температуре рост микроорганизмов
интенсифицируется. Если к месту повышенной температуры поступает
кислород воздуха, начинается саморазогрев, приводящий к горению. Тем-
пература самонагревания, соответствующая как раз второй стадии про-
цесса, равняется примерно 70-75 °C. Эту температуру самонагревания
можно определить по методике, описанной в [19, 333].
При микробиологическом самовозгорании существенную роль иг-
рает влажность материала. Так для сена, например, наибольшую опасность
представляет содержание в нем 30-45% влажности [136,137]. Повышен-
ная влажность способствует активизации жизнедеятельности бактерий и
повышению тепловыделения. При 14% влажности жизнедеятельность
бактерий замедлена, при 17% она увеличивается в 40 раз, а при 20,4% -
в 250 раз.
127
Саморазогрев сена может начаться через 2-3 дня после укладки,
угроза самовозгорания возникает через 4-12 недель, но может сохраниться
и до шести месяцев. Наиболее опасное время - июль-октябрь. Критичес-
кой, как указывалось выше, является температура внутри стога 70 °C.
Экспериментальные исследования показали [138], что в условиях нормаль-
ной температуры наблюдается также выделение водорода в процессе ув-
лажнения и сверхравновесного смачивания водой растительных горючих
материалов (при смачивании, например, хлопкового шрота до 33% (об.).
Смоченные водой или водопенными составами (применявшимися для ох-
лаждения очагов горения) растительные горючие материалы нельзя ос-
тавлять на хранение в силосах и бункерах более чем на 3 суток, так как
возможен взрыв в результате выделения водорода при их брожении.
Усиливает склонность сена к самовозгоранию избыточное приме-
нение искусственных удобрений, наличие большого количества листвы,
попадание комьев земли, плотное складирование, большая масса сена на
единицу площади, условия, при которых сено соприкасается со стенами.
На склонность сена к самовозгоранию влияет также состав растений. Сено
из суданки, например, самовозгоралось через 73-97 дней хранения, сено
из люцерны - через 32-38 дней, сено из клевера - через 4-6 недель [331].
К самовозгоранию были склонны травы богатые азотом (из раннего уко-
са) или содержащие много бобовых.
Внешне опасность возникшего процесса самовозгорания дает о себе
знать более или менее сильным гнилостным запахом, образованием во-
ронок на поверхности стога сена и разогреванием его в отдельных мес-
тах*' . Определение этих мест термозондом представляет подчас опреде-
ленные трудности из-за теплоизолирующих свойств материала.
1.3.2. Параметры пожарной опасности жидкостей, газов
и аэровзвесей
Пожарная опасность горючих жидкостей и газов характеризуется
(см. табл. 16.1) следующими важными для расследования параметрами:
температурными - температуры вспышки, воспламенения, самовоспламе-
нения, температурные пределы воспламенения (нижний и верхний); склон-
ностью к возгоранию и самовозгоранию; скоростью выгорания; характе-
ром взаимодействия со средствами тушения.
Из-за самовозгорания сена происходит много пожаров. Так, например,
в Верхней Австрии в 1986 г. они принесли убытки в размере более 30 млн шилл.
[137]. а в ФРГ был нанесен ущерб в 40 млн марок [139].
128
Пожарную опасность легковоспламеняющихся жидкостей допол-
нительно характеризуют: концентрационные пределы воспламенения
(нижний и верхний), минимальное взрывоопасное содержание кислорода
(МВСК), минимальная энергия зажигания, параметры давления взрыва
(максимальное давление и скорость нарастания давления), категория взры-
воопасной смеси.
Для горючих газов характерными являются: из температурных па-
раметров только температура самовоспламенения, а также все остальные
перечисленные выше параметры.
Аэровзвеси по воспламеняемости и горению во многом подобны
газовым смесям. Соответственно опасность аэровзвесей характеризуется,
так же как и газовых смесей, следующими параметрами: концентрацион-
ными пределами воспламенения (определяется только нижний предел),
минимальным взрывоопасным содержанием кислорода, минимальной
энергией зажигания, максимальными давлением взрыва и скоростью на-
растания давления. К числу указанных параметров можно было бы отне-
сти и температуру самовоспламенения. Однако для многих аэровзвесей
этот показатель имеет малую практическую ценность, так как он получа-
ется значительно более высоким, чем для аэрогелей*’.
Поскольку прн проведении технологических операций с пылевид-
ными материалами легко образуются аэрогели, необходимо учитывать при
расследовании причины пожаров и взрывов возможное влияние более
низкой температуры самовоспламенения осажденных пылей. Подтверж-
дают существование такого различия приведенный выше пример с молоч-
ным порошком, а также следующие данные по бумажной пыли [129]. Тем-
пература тления при самовозгорании бумажной пыли составляет примерно
300 °C для слоя толщиной 5 мм, а температура самовоспламенения аэро-
взвеси указанной пыли лежит выше 600 “С.
Важной особенностью, отличающей взрывоопасность аэровзвеси
пыли от паро-газовоздушных смесей, является свойство небольшого ко-
личества взвеси пыли местного характера при вспышке приводить в со-
стояние аэровзвеси значительные количества осажденной пыли с ее вос-
пламенением. В этом случае взрыв может распространяться до тех пор,
пока имеется соответствующий горючий материал (осажденная пыль).
Легкость перехода осажденной пыли в аэровзвесь тем больше, чем мень-
ше размер частиц, плотность вещества и сила сцепления, которая зависит
также от влажности. На степень распыляемости влияет также форма час-
тиц и величина электрического заряда. Стабильность образовавшегося
’’ Аэрогелем называется пыль, осевшая из аэровзвеси.
129
облака зависит от скорости осаждения и уменьшается с увеличением раз-
мера частиц. При транспортировке продукта, способствующей процессу
размельчения, наблюдается сравнительно постоянное выделение пыли.
При опорожнении и заполнении каких-либо емкостей (силосной башни
элеватора, технологического аппарата и др.) распыление носит периоди-
ческий характер. Сильное выделение и завихренность пыли возникает при
размельчении материала. Следует учитывать, что степень завихрения вли-
яет на силу взрыва и на скорость распространения пламени [140].
1.З.2.1. Температурные параметры пожарной опасности
Под температурой вспышки понимается самая низкая температу-
ра жидкого вещества, при которой образующиеся над его поверхностью
пары и газы способны вспыхивать от источника зажигания без возникно-
вения самостоятельного устойчивого горения. Температура вспышки дает
представление о температурных условиях, при которых горючее вещество
становится огнеопасным в открытом сосуде или при розливе. С помощью
температуры вспышки классифицируют горючие жидкости по воспламе-
няемости. Температура вспышки до 61 °C характеризует легковоспламе-
няющиеся жидкости (ЛВЖ), а выше ее - горючие [19, 333].
В США к ЛВЖ относятся жидкости с температурой вспышки до
38 °C, а к горючим жидкостям - выше 38 °C [74]. В Великобритании жид-
кости, температура вспышки которых ниже 32 "С и определена на уста-
новке закрытого типа, классифицируется как легковоспламеняющиеся и
обращение с ними регламентируется особыми правилами. Жидкости с тем-
пературами вспышки, находящимися в диапазоне от 32 до 60 “С. относят-
ся к воспламеняющимся жидкостям, а жидкости с температурой вспышки
выше 60 °C классифицируются как горючие [26].
Температуру вспышки горючих веществ используют также при оп-
ределении категории помещений, зданий и установок по степени взрыво-
пожарной и пожарной опасности в соответствии с противопожарными
нормами [141. 159]. Однако в случае плавких твердых веществ, способных
образовывать аэровзвеси, температуру вспышки, которая определяется
также и для этих веществ (табл. 16.1). нельзя использовать в качестве клас-
сификационного параметра, если она получилась выше 61 °C. В этом слу-
чае при категорировании помещений, зданий по пожаро- и взрывоопас-
ности следует ориентироваться на показатели взрывоопасности аэровзве-
сей.
130
Необходимо также учитывать, что температура вспышки не явля-
ется характерным классификационным параметром для трудногорючих
жидких веществ (см. раздел 1.3.2.2.).
Понятия температуры воспламенения и самовоспламенения, при-
веденные в разделе 1.3.1 для твердых веществ и материалов, применимы
для жидкостей и газов. Характеризуя способность веществ самостоятель-
но гореть после удаления источника зажигания, температура воспламе-
нения присуща только горючим веществам. Если температуру воспламе-
нения обнаружить не удается даже при нагреве вещества до кипения или
активного разложения, его к горючим не относят.
Загорание смесей спирта с водой, зависящее от концентрации спир-
та в них, характеризуется температурами воспламенения, приведенными
в табл. 19.1 [74].
Таблица 19.1
Температуры воспламенения для некоторых алкогольных напитков
Напиток Содержание спирта, % Температура воспламенения*’, °C
Виски 40 38
Виски 50 35
Джин 40 38
Джин 47,5 37
Ром 40 38
Ром 70 27
Бренди 40 38
Бренди 70 27
Вино"1 10 83
Вино”’ 20 57
’^Температура воспламенения горючей жидкости на несколько градусов
выше ее температуры вспышки.
**> Вследствие низкой концентрации спирта в винах они горят при нагреве.
Практическое значение температуры самовоспламенения веществ
заключается в том, что ее учитывают при классификации паров легковос-
пламеняющихся жидкостей и горючих газов по группам взрывоопасных
смесей с целью выбора типа взрывозащищенного электрооборудования
и определения максимально допустимой температуры нагрева поверхно-
стей электрического оборудования во взрывоопасных помещениях и в
наружных установках [142, 143].
131
Следует отметить, что определение предельно допустимой темпе-
ратуры нагрева неизолированных поверхностей технологического обору-
дования и трубопроводов с использованием показателя стандартной тем-
пературы самовоспламенения*’ жидкостей и газов должно производить-
ся с учетом влияния конкретных условий тепло- и массообмена, началь-
ной температуры газо-паровоздушной смеси, концентрации реагирующих
веществ, характера реагирующей поверхности, наличия катализаторов
реакции горения, могущих способствовать снижению температуры заго-
рания горючих смесей с воздухом. Так, например, влияние концентрации
вещества в смеси с воздухом на температуру самовоспламенения видно
из опытов с пентаном. При его 1,5% концентрации в воздухе температу-
ра самовоспламенения составила 548 °C, при 3,75% - 502 °C, при 7,65% -
476 “С.
Влияние объема сосуда, содержащего горючую паровоздушную
смесь, на температуру ее самовоспламенения видно на примере опытов с
дисульфидом углерода. В 200 мл сосуде она составила 120 °C, в 1000 мл -
110 °C, в 10000 мл-96 °C.
Влияние материала сосуда на температуру самовоспламенения вид-
но на примере опытов с бензолом. В сосуде из кварца она соответствова-
ла 571 °C, в сосуде из черного металла - 678 “С, из цинка - 721 °C [182].
Зажигание газа нагретой поверхностью достигается в результате
создания в слое газа, прилегающем к этой поверхности, такой температу-
ры, при которой теплоприход от реакции превалирует над теплопотеря-
ми. Эта температура зажигания (Г), зависящая от указанных выше усло-
вий, в большинстве случаев получается более высокой, чем температура
самовоспламенения, что видно из данных табл. 20.1.
Результаты, приведенные в табл. 20.1, получаются в основном при
одностороннем местном воздействии нагретой поверхности на слой газа.
При нагреве определенного объема газовой смеси со всех сторон (созда-
ются условия лучшей теплоизоляции) влияние на снижение ее температу-
ры самовоспламенения оказывает, как отмечалось выше, увеличение объе-
ма нагреваемого газа. Это видно также из данных табл. 21.1.
*’ Температуру самовоспламенения жидкостей и газов определяют,
согласно [19, 333], как наименьшую температуру поверхности колбы емкостью
250 мл. из кварца или нержавеющей стали, при которой в исследуемой горючей
среде происходит резкое увеличение скорости экзотермической реакции,
заканчивающейся возникновением пламенного горения.
132
Таблица 20.1
Температура самовоспламенения и зажигания некоторых
жидкостей и газов [332]
Горючее Температура, Горючее ТеиИрепдей, °C
tee t. trt .. t,
Ацетилен 305 420 Сероводород 290 495
Бензин Б-70 265 855 Сероуглерод 102 180
Бензин А-66 249 840 Этиловый спирт 423 648
Водород 510 640 Бутиловый спирт 342 662
Н-гексан 233 563 Скипидар 253 776
Дихлорэтан 455 610 Метиловый спирт 420 507
Дибутиловый эфир 176 640 Диэтиловый эфир 162 182
Пропан-бутановая фракция 506 572 Метан 400 900
Таблица 21.1
Зависимость температуры самовоспламенения некоторых
жидкостей от объема нагреваемого сосуда [20]
Жидкости Температура самовоспламенения, °C
Объем сосуда 250 мл Объем сосуда 2000 мл
Амил хлористый 259 215
Анилин 617 493
Ацетоуксусный эфир 340 260
Н-гептан 223 202
Диамиловый эфир 171 166
Дипропиловый эфир 240 154
Связь между радиусом г накаленного тела сферической формы,
нагревающего горючую смесь, и температурой зажигания f при которой
происходит ее воспламенение, определяется уравнением [144]:
W
(51.1)
133
где Л - коэффициент теплопроводности газа;
Q-теплота сгорания реагирующей смеси;
и'
ri, - скорость химической реакции в слое газовой смеси
данного состава;
К- предэкспоненциальный множитель;
е-основание натуральных логарифмов;
W- энергия активации;
R - газовая постоянная;
/ - начальная температура газовой смеси, соприкасающейся с на-
гретой поверхностью.
Из уравнения (51.1) следует, что для зажигания газовой смеси тре-
буется нагрев накаленного тела до тем более высокой температуры, чем
меньше его размер. Этот вывод подтверждается опытными данными.
На рис. 23.1 показана зависимость температуры зажигания покоя-
щейся смеси светильного газа с воздухом от диаметра накаленных шари-
ков из кварца и платины, сбрасываемых со скоростью 4 м/с в эту смесь.
При указанной скорости сбрасывания не наблюдалось различия в резуль-
татах между кварцевыми и платиновыми шариками [144]. Увеличение ско-
рости, однако, приводило к тому, что платиновые шарики зажигали све-
тильный газ при меньшей температуре. -
Рис. 23.1. Зависимость температуры зажигания (tj
покоящейся смеси светильного газа с воздухом от диаметра
накаленного шарика (d)
134
Физико-химические свойства поверхности накаленного тела также
сказываются на значениях полученных температур зажигания. На рис. 24.1
представлены температуры зажигания воздушных смесей природного газа
накаленными телами из разных металлов [144, 145, 146].
Рис. 24.1. Зависимость температуры зажигания смеси
природного газа с воздухом (tj от накаленных пластинок
различных металлов и от концентрации горючего (С)
Из рис. 24.1 видно, что платина, обладающая из металлов наиболь-
шим каталитическим действием, зажигает смесь при температуре, более
высокой, чем сталь и другие металлы. Это объясняется обеднением горю-
чим прилегающих к накаленному телу слоев газовой смеси за счет проте-
кающих более быстрых при данной температуре катализируемых реак-
ций и понижения тем самым необходимой для воспламенения концентра-
ции газа.
Экспериментально установлено, что с увеличением скорости пото-
ка газовой смеси, развитием в ней турбулентности и уменьшением диа-
метра накаленного теле температура зажигания повышается. С повыше-
нием же температуры и давления газовой смеси температура зажигания
накаленным телом снижается [146].
Влияние размера нагретого тела на зажигание, например, пентано-
воздушной смеси в зависимости от скорости ее движения показано на
рис. 25.1 [144]. Из графика видно, что накаленное тело диаметром 1 мм
способно зажигать эту смесь в сравнительно небольшом диапазоне ско-
ростей и концентраций горючего. За пределами, оконтуренными кривой
1 и осью абсцисс, зажигание не происходит. В отличие от этого, тела диа-
135
метром 3 и 5 мм позволяют значительно расширить диапазон скоростей и
Рис. 25.1. Зависимость конценрационных пределов
зажигания пентано-воздушной смеси
(С, - содержание пентана в смеси) от
скорости ее движения (V) при различных
диаметрах накаленного шарика:
1 - 1мм; 2 -Змм; 3 - 5мм
В табл. 22.1 приведены экспериментально найденные температуры
зажигания неподвижных и движущихся газо-паровоздушных смесей раз-
личными накаленными телами [60].
Опасность загорания смеси воздуха с растворителем, содержащимся
в воздухе в капельно-жидком состоянии, при соприкосновении с горячей
поверхностью работающего оборудования рекомендуют оценивать путем
определения температуры загорания капли [16]. Существо метода сводится
к определению минимальной температуры нагретой поверхности, при
которой загораются закапываемые на нее капли исследуемого раствори-
теля.
Следует, однако, учитывать, что в связи с поглощением тепла на
испарение капли растворителя указанный метод не позволяет получить
минимальную температуру зажигания паровоздушной смеси.
136
Таблица 22.1
Температуры зажигания (t,) газо-паровоздушных смесей
накаленными телами
Горючее Содержание горючего (%) в смеси VC Накаленное тело Скорость потока смеси, м/с
Название материала Размер, мм
Водород стехиометр. 880 стержень металлич. 6.3 60
20 800 шарики из кварца и платины . 5,0 2-5
стехиометр. 800 проволоки воль- фрамовая и плати- новая 0,025- 0,050 свободная кон- векция
стехиометр. 690 проволока нихромо- вая 1,0 свободная кон- векция
Ацетилен стехиометр. 823 стержень металлич. 6,3 50
Сероуглерод стехиометр. 768 стержень металлич. 6,3 25
Окись этиле- на стехиометр. 880 стержень металлич. 6.3 25
Пентан стехиометр. 1120 стержень металлич. 6,3 25
3 1060 шарики из кварца и платины 5.0 2-5
Окись пропилена стехиометр. 1070 стержень металлич. 6.3 25
Бензин стехиометр. 1163 стержень металлич. 6.3 25
Бензин, бензол стехиометр. 920 стержень металлич. 2.2 свободная кон- векция
Бензол стехиометр. 1130 проволока нихро- мовая 1,0 свободная кон- векция
Метил- этилкетон стехиометр. 1105 стержень металлич. 6.3 25
Этиловый эфир стехиометр. 1063 стержень металлич. 6,3 25
Пропионо- вый альдегид стехиометр. 1072 стержень металлич. 6,3 25
Метанол стехиометр. 1003 стержень металлич. 6,3 25
Изопропи- ловый эфир стехиометр. 1173 стержень металлич. 6,3 25
Ацетон стехиометр. 1173 стержень металлич. 6,3 25
Гептан стехиометр. 1100 стержень металлич. 6,3 25
Скипидар стехиометр. 1120 стержень металлич 6,3 25
Коксоаый газ 10 850 шарики из кварца и платины 5.0 2-5
20 790 шарики из кварца 5.0 1,2
20 1020 шарики из платины 2,0 27
137
Окончание табл. 22.1
Горючее Содержание горючего (%) в смеси t.,“c Накаленное тело потока смеси, м/с
Название материала * Размер, мм
Метан стехиометр. 1160 сетки латунные и железные - -
стехиометр. не зажи гает- ся при 1200 проволока воль- фрамовая 0,020- 0,025
стехиометр. 1470 проволоки воль- фрамовая и плати- новая 0,025- 0,05 свободная кон- векция
10% С3Н„+ +45%02 + +45%Ы2 стехиометр. 1400 проволоки воль- фрамовая и плвти- новая 0,025- 0,05 свободная кон- векция
Пропан стехиометр. >900 проволока толстая нихромовая - 7-100
Природный газ (93,2% СН«) 2,5-14 940 стержни металлич. 37 свободная кон- векция
2,5-14 1180 стержни металлич. 112 свободная кон- векция
При возникновении в экспертной практике задачи о причастности
нагретой поверхности к пожару или взрыву и невозможности ее решения
(оценки) по имеющимся данным необходимо эту задачу решать экспери-
ментально с учетом конкретных условий и вышеуказанных факторов, вли-
яющих на температуру зажигания.
Под температурными пределами воспламенения понимаются та-
кие температуры вещества, при которых его насыщенные пары в воздухе
(или в другой окислительной среде) образуют концентрации, равные со-
ответственно нижнему (нижний температурный предел) или верхнему (вер-
хний температурный предел) концентрационным пределам (см. ниже) вос-
пламенения. Только в указанных пределах может наблюдаться горение
парогазовой смеси.
Температурные пределы воспламенения учитывают при расчете
безопасных температурных режимов закрытых технологических аппара-
тов с жидкостями и плавкими твердыми веществами, работающих при
атмосферном давлении. Относительно безопасной в части возможности
138
образования взрывоопасных паровоздушных смесей считается темпера-
тура индивидуального вещества, лежащая на 10 градусов ниже его ниж-
него или на 15 градусов выше верхнего температурных пределов воспла-
менения [20]. Более точно условия пожаровзрывобезопасности определя-
ют на основе данных, приведенных в [19, 333].
В тех случаях, когда технологический режим работы аппаратуры
лежит в пределах опасных температур, должны предусматриваться меры
по флегматизации взрывоопасных паровоздушных смесей инертными га-
зами, специальными флегматизирующими веществами или путем надеж-
ного исключения возможности появления источника зажигания [36, 148].
Описание методик определения температур вспышки, воспламенения, са-
мовоспламенения и температурных пределов воспламенения, а также ме-
тоды их расчета приведены в [19, 333].
1.3.2.2. Склонность к возгоранию и самовозгоранию
Понятия склонности к возгоранию и самовозгоранию, приведен-
ные в подразделе 1.3.1.2 для твердых веществ и материалов, а также клас-
сификация их по горючести применимы в основном и для жидкостей и
газов.
По способности к горению жидкости подразделяются на негорю-
чие, трудногорючие, горючие. К числу последних относятся также легко-
воспламеняемые вещества.
Негорючие жидкости характеризуются отсутствием показателей
пожарной опасности, перечисленных в табл. 16.1. Представителем таких
жидкостей является, например, тетрахлорметан (СС14).
Трудногорючие жидкости неоднородны по пожарной опасности.
При отсутствии у них температуры воспламенения трудногорючие жид-
кости могут иметь:
а) только температуру самовоспламенения и их горение может про-
исходить при нагреве паров до близкой к ней температуры. Распростра-
нение пламени по паровоздушной смеси отсутствует. Представителем та-
ких жидкостей является, например, гексахлорбутадиен (C4Clt) [149];
б) температуру самовоспламенения и температуру вспышки. При
концентрации 12-22% об. в паровоздушной смеси возможно местное го-
рение вблизи источника зажигания. Представителем таких жидкостей яв-
ляется, например, дихлорметан (CH2Clj ,
в) температуру самовоспламенения, температуру вспышки, область
воспламенения, в которой горение может распространяться по паровоз-
душной смеси. Представителем таких жидкостей являются, например,
139
10%-ный водный раствор метилового спирта (СН3ОН), 20-27% водный
раствор аммиака (NH4OH), трихлорэтилен (СНС1=ССЦ).
Пожарная опасность производств, обусловленная присутствием
подобных трудногорючих жидкостей, зависит от конкретных условий при-
меняемого технологического процесса. Так, например, при хранении вод-
ного раствора аммиака на открытом воздухе можно считать, что пожар-
ной опасности он не представляет. Жидкость не способна к самостоятель-
ному горению. При розливе возможность создания взрывоопасной кон-
центрации в этих условиях, для чего требуется содержание аммиака в
воздухе не менее 15% об. при его плотности по воздуху 0,587, практичес-
ки отсутствует. Если же технологический процесс, связанный с примене-
нием аммиачной воды, протекает в закрытых аппаратах, такая концент-
рация может создаваться.
Горючие жидкости, как указывалось выше, характеризуются нали-
чием температуры воспламенения и тем самым способностью к самосто-
ятельному горению. Из их числа по температуре вспышки не выше 61 °C
(определение в закрытом тигле) и не выше 66 °C (определение в открытом
тигле [19,333]) выделяются легковоспламеняющиеся жидкости (ЛВЖ). Для
более подробной характеристики степени опасности эти жидкости под-
разделяются дополнительно на следующие разряды [149]:
1 разряд - особо опасные ЛВЖ, имеющие температуру вспышки от
-13 “С** и ниже; типичными представителями этого разряда ЛВЖ явля-
ются ацетон, бензин, н-пентан, этиловый эфир. Обладая высокой упруго-
стью насыщенного пара при обычных температурах хранения, эти жид-
кости создают дополнительную опасность, проявляемую высоким давле-
нием внутри сосуда-хранилища, особенно в жаркую погоду, а также спо-
собностью их паров при разгерметизации сосуда распространяться, не
смешиваясь с воздухом, и воспламеняться на значительном расстоянии
от места хранения;
II разряд - постоянно опасные ЛВЖ, имеющие температуру вспыш-
ки от - 13 до +23 °C; типичными представителями ЛВЖ этого разряда
являются бензол, толуол, этиловый спирт, диоксан, этилацетат.
Особенностью ЛВЖ II разряда является способность образовывать
воспламеняемые смеси их паров с воздухом уже при комнатных темпера-
турах, что создает опасность взрыва при хранении этих жидкостей в зак-
*' Данные получены по методике определения температуры вспышки в
закрытом тигле[19, 333]. Соответствующие определения по методике открытого
тигля позволили получить: для ЛВЖ I разряда температуру вспышки -13 °C и
ниже; II разряда - от -13 °C до +27 "С; III разряда - выше +27 °C до 66 "С.
140
рытых сосудах и перевозках по железным дорогам. В этом отношении
ЛВЖ I разряда являются более безопасными веществами, так как в зак-
рытых сосудах при комнатной температуре и атмосферном давлении в
паровоздушной фазе образуют концентрацию паров, обычно лежащую
выше верхнего предела воспламенения. Только понижение температуры
(например, закрытое хранение на морозе) может способствовать созда-
нию взрывоопасных условий;
III разряд - опасные при повышенной температуре воздуха ЛВЖ,
имеющие температуру вспышки +23 °C до 61 °C; типичными представите-
лями этих ЛВЖ являются уайт-спирит, осветительный керосин, ксилол,
уксусная кислота, скипидар. Пары ЛВЖ III разряда образуют в смеси с
воздухом воспламеняемые концентрации лишь при повышенных темпе-
ратурах. При обычных комнатных температурах зажигание этих жидко-
стей возможно при непосредственном воздействии на них источника за-
жигания.
Фактором, влияющим на повышение взрывоопасной ситуации,
является снижение температуры вспышки продукта при смешении ЛВЖ
III и более низких разрядов. Так, например, при транспортировании не-
фти и нефтепродуктов их температура вспышки может изменяться в ре-
зультате загрязнения топливом более низкого разряда вследствие некаче-
ственной очистки цистерн. На опасность эксплуатации нефтяных резер-
вуаров сказывается также повышенное давление в ннх н загазованность
резервуаров [150].
Процессы самовозгорания, наиболее характерные для жидкостей,
возникают под влиянием химического импульса. Для жидкостей, склон-
ных, к сравнительно медленному окислению кислородом воздуха (расти-
тельные масла, скипидар), процесс химического самовозгорания может
возникнуть лишь в условиях, когда они нанесены на волокнистые (хло-
пок, стекловолокно, ткани) или порошковые и другие пористые материа-
лы, имеющие высоко развитую поверхность, способствующую лучшему
контакту вещества с кислородом воздуха. Необходимы также в данном
случае определенная масса этих материалов и плотность, обеспечиваю-
щие хорошую теплоизоляцию процесса.
Масла и животные жиры по степени их опасности для химического
самовозгорания на волокнистых материалах (по активности поглощения
кислорода и др. данным) подразделяются на следующие четыре группы
[22, 74, 182]:
I) наиболее опасная: льняная олнфа, ворвань, рыбий жир, льняное,
тунговое, конопляное, соевое, терпентиновое и ореховое масла;
141
2) опасная: подсолнечное, из семян табака, миндальное, кукуруз-
ное, хлопковое, репсовое, сурепное, горчичное, маковое, арахисовое, кун-
жутное масла, масла из семян тыквы и канифоли.
3) менее опасная: оливковое, костяное, и касторовое масла, гуси-
ны жир, говяжье и баранье сало;
4) мало опасная: шерстяной жир, коровье масло, пчелиный воск,
эвкалиптовое масло, смазки машинные, жир для свечей и мыла.
Данные исследований, приведенные в табл. 23.1, наглядно подтвер-
ждают большую опасность, например, хлопкового масла по склонности
к самовозгоранию в сравнении с касторовым. Свидетельством этого яв-
ляются также многочисленные случаи пожаров, которые возникали на
практике при изготовлении нитроцеллюлозных кожзаменителей (дерма-
тина, лидерина) с использованием в качестве мягчителя хлопкового мас-
ла вместо касторового.
Таблица 23.1
Продолжительность самовозгорания хлопка,
пропитанного растительными маслами
Масло Период до самовозгорания, ч
Тунговое 2,5
Льняное 2,7
Хлопковое 8-10
Касторовое 30,5
Примечание: Опыты проводились в термостате при 100 °C в корзиноч-
ках размером 105x105x105 мм из медной сетки, в которые помещали образцы
хлопка объемной плотностью 80 кг/м’, пропитанные хлопковым маслом (150%
от массы хлопка) и остальными маслами (200% от массы хлопка).
Существенно активизирует самовозгорание волокнистых материа-
лов, пропитанных маслами, добавка к ним минеральных пигментов и кра-
сителей. Продолжительность периода (в часах) до самовозгорания хлоп-
ка, пропитанного хлопковым маслом с некоторыми добавками (в количе-
стве 7% к хлопковому маслу) приведена ниже:
Хлопковое масло без добавки 8-10
Крон желтый 2,0
Сурик 4,0
Редоксайд 3,5-4,0
Ультрамарин 8,0
142
Милори 2,25
Сажа газовая 11,5
Литопон 5,0
Мел 5,0
Сажа ламповая 3,75
Процесс окисления указанных масел весьма активизируется при
контакте с порошкообразными окислителями. Случай пожара, сопровож-
давшегося взрывом, зарегистрирован при контакте, например, лечебной
мази для натирания, содержащей подсолнечное масло и аммиак, с крис-
таллическим марганцовокислым калием.
Куски ткани, пропитанные опасными маслами и выложенные в слой
толщиной не более одной - двух толщин самой ткани, не могут самовоз-
гореться на воздухе в связи с превалированием теплопотерь над тепло-
приходом. Грузовые сети, балластные мешки, пропитанные маслами для
консервации, самовозгорались прн хранении в кучах. Минеральные мас-
ла не склонны к самовозгоранию [74], хотя, оказавшись на свежеобразо-
ванной не окислившейся поверхности металлической стружки, могут за-
гораться. Причины различия в поведении растительных и минеральных
масел недостаточно изучены.
Для жидкостей, быстро реагирующих с кислородом воздуха и име-
ющих тем'пературу самовоспламенения до 50 °C, самовозгорание может
происходить при небольшой массе в обычных условиях хранения. Пред-
ставителями таких жидкостей являются, например, триизобутилалюми-
ний, жидкий фосфористый водород, самовоспламеняющиеся на воздухе.
Химическое самовозгорание может возникнуть также при контак-
те не совместимых веществ, что определяет необходимость тщательного
изучения их соответствующих свойств.
По способности к горению газы подразделяются на негорючие и
горючие. К горючим относятся газы, имеющие концентрационные преде-
лы воспламенения и температуру самовоспламенения. Представителями
негорючих газов являются, например, азот, диоксид углерода, гелий, ар-
гон и др. К горючим газам относится множество органических веществ и
в их числе, например, первые члены насыщенных и ненасыщеннных
гомологических рядов углеводородов (метан, этан, пропан, этилен, про-
пилен и др.), а также неорганических веществ: водород, аммиак и др.
Склонность к тепловому и химическому самовозгоранию характер-
на и для газов. Так, например, оксид хлора (С12О) при температуре >2 °C
разлагается со взрывом. Ацетилен легко реагируете солями серебра, меди
и ртути, образуя нестойкие взрывчатые ацетилениды [20].
143
1.З.2.З. Скорость выгорания
Скорость выгорания определяется количеством вещества или ма-
териала, сгорающего в единицу времени с единицы площади.
Эта важная и учитываемая при расследовании пожара количествен-
ная характеристика горючести вещества или материала зависит от их фи-
зико-химических свойств и условий тепло-массообмеиа на пожаре. Соот-
ветствующее обстоятельство определяет необходимость при анализе кон-
кретного пожара критически оценивать, как и в случае других парамет-
ров, данные по скорости выгорания, приводимые в литературе.
Различают скорость выгорания массовую (кг/м2-мин) и объемную
(м’/м2мии). При горении жидких и твердых горючих веществ объемную
скорость выгорания часто выражают через высоту выгорающего слоя
(мм/мин) и называют линейной скоростью выгорания. Перевод линейной
скорости выгорания в массовую производится по формуле
где К - массовая скорость выгорания, кг/м2-мин;
К - линейная скорость выгорания, мм/мин;
р - плотность горючего вещества, кг/м’.
Массовая скорость выгорания г/м2 с в общем виде может быть
выражена также следующим образом [26]:
, J -J
(53.1)
где Jn - интенсивность теплового воздействия от пламени к горюче-
му, кВт/м2;
J - теплопотери с поверхности горючего, кВт/м2;
Q - тепло, необходимое для образования летучих продуктов, кДж/г
(в случае жидкости соответствует удельной теплоте парообразования).
Данные по массовой и линейной скоростям выгорания некоторых
веществ и материалов приведены в табл. 24.1 [151].
Имеется сообщение [152] о разработке математической модели за-
горания горючей жидкости со свободной поверхности в резервуаре при
различном уровне жидкости. Предложенная теория проверена экспери-
ментально на резервуаре диаметром 1,6 м и высотой 1,5 м при горении
реактивного топлива AI с температурой вспышки 38“С, плотностью 775-
83 кг/м’, вязкостью 8 пуаз и теплотой сгорания 42800 Дж/г. Эксперимен-
тально полученная скорость выгорания составила 1,6 мм/мин, а теорети-
чески рассчитанная для условий эксперимента - 1,69 мм/мин.
144
Таблица 24.1
Данные по массовой и линейной скоростям выгорания
некоторых веществ и материалов
Горючие вещества и материалы Массовая скорость выгора- ния, кглЛмин Линей- ная скорость выгора- ния, мм/мин
1.Твердые вещества и материалы
1. Бумага разрыхленная 0,48
2. Древесина (мебель в жилых и административных зданиях при загрузке 50 кг/м2 и влажности 8-10%) 0,84 1,00-1,20
3. Древесина (штабель пиломатериалов при загрузке 2000 кг/м2 и влажности 12-14%) 6,7
4. Изделия из полиэтилена низкого давления 0,62 -
5. Изделия из пропилена, ударопрочного полистирола 0,87; 0,89
6. Изделия из полистирола с нитрильным каучуком 1,46 -
7. Келий металлический 1,00-1,4 1,16-1,60
6. Капролактам 1,53 1,43
9. Карболитовые изделия 0,38 -
10. Каучук натуральный 0,80 0,85-1,00
11 .Каучук синтетический 0,53 0,40-0,60
12,Кинопленка нитроцеллюлозная >70,00 -
13.Книги на деревянных стеллажах 0,33
14.Натрий металлический 0,72-0,90 0,72-0,93
1 б.Органическое стекло 0,86
16. Пенополиуретан 0,88-0,92 10,40-11,40
17. Полистирол 0,86 -
18.Резино-технические изделия 0,87
Ю.Текстолит 0,40
20.Торф в караванах (влажность 40%) 0,18-0,30 1,00-2,00
21.Торфоплиты в штабелях (влажность 9-12%) 0,64 -
22.Триацетатная пленка 0,54 -
23 .Фенопласты 0,35 -
24.Хлопок разрыхленный 0,24 12,00-15,00
25.Штапельное волокно разрыхленное 0,40 -
2.Жидкости
1. Амиловый спирт 1,05 1,30
2. Ацетон 2,63 3,33
З.Бензин 2,40-3,70 3,33-5,00
4. Бензол 4,30 5,00
5.Бутиловый спирт 0,81 1,10
6.Диэтиловый эфир 6,26
7.Жирные спирты Ст-С9 1,84-3,08 -
145
Окончание табл. 24.1
ГорЬчие вещества и материалы Массовая скорость выгора- ния, кг/м2-мин Линей- ная скорость выгора- ния, мм/мин
В.Зеленое масло (ГОСТ 2985-64) 3,30-3,46 -
9, Изопентан 6,30 10,00
10. Изопропилбензол 3,10-3,80 3,60-4,40
11.Изопропиловый спирт 0,19 0,24
12.Керосин 2,9 3,60
13.Ксилол 173 2,00
14.Мазут 0,93 1,00
15.Метиловый спирт 0,96 1,20
16.Нефть 1,30-1,70 1,50-2,00
17.Пиробензол 5,30-6,68 -
18.Сероуглерод 2,21 1,74
19.Толуол 2,88 3,33
20.Уксусно-этиловый эфир 1,17 1,32
21.Хлорбензол 2,47-4,14 -
22.Этиловый спирт 1,60-2,00 2,00-2,50
Массовая скорость выгорания сильно зависит от физико-химичес-
ких свойств вещества. По данным [153], скорость выгорания метилового
спирта - около 1,2 кг/м2 мин, а для небольшого разлива сжиженного при-
родного газа - 3.0-4.8 кг/м2мии. При крупных разливах наблюдаются и
более высокие скорости выгорания.
Для расчета скорости выгорания горючей жидкости по ее извест-
ным физико-химическим свойствам или на основе экспериментальных
данных, полученных в лабораторных условиях, ВНИИПО разработаны
методические рекомендации [334], Положения этих рекомендаций ие рас-
пространяются на пирофорные и взрывчатые вещества, а также на веще-
ства, вступающие в химическое взаимодействие с элементами установки.
Для расчета принято, что горение жидкости происходит в условиях нео-
граниченного пространства, отсутствия ветра, при давлении Р = 100±7 кПа
и температуре Т=293±5 “К.
Расчет скорости выгорания по физико-химическим свойствам для
этилового спирта в резервуаре диаметром 1 м показал величину, равную
1,53 кг/м2мин. В сравнении с минимальным значением для этилового спир-
та, приведенным в табл. 24.1, отличие составляет 4,6%.
На основе результатов экспериментальных исследований предло-
жена следующая зависимость для определения максимальной скорости
146
выгорания твердых материалов, отличных от древесины [154]. Эта зави-
симость имеет следующий вид:
.. ^др тах бя.др
И пюх = п, (54.1)
QHi
где V. таж и - максимальные скорости выгорания исследуе-
мого материала и древесины, кг мин. ' м 2;
бя, > бящ, _ низшие теплоты сгорания исследуемого материала и
древесины.
В табл. 25.1 приведены значения полученные экспери-
ментально и расчетным путем.
Таблица 25.1
Скорости выгорания некоторых материалов, полученные
расчетом и при эксперименте на фрагментах и установках
Материал Максимальная скорость выгорания, кг мин ’-м '
расчет эксперимент
Фрагмент 6x6x6 м
Оргстекло 1.25 1,1
Фрагмент 3,7x2,7x3,2 м
Оргстекло 1 1,1
Каучук синтетический 0,7 0,8
Текстолит 1,4 1,0
Установка 1,2x1,2x1,2 м
Оргстекло 1,47 1,48
Установка 0,6x0,6x2,2 м
Оргстекло 0J8 0,24
Примечание: вычисления производились по формуле (54.1).
Опыты на фрагментах и установках, приведшие к выводу форму-
лы (54.1), проводились в одинаковых условиях газообмена при соблюде-
нии равенства теплосодержания пожарных нагрузок, т. е. m^Q^m QH
где mi и массы исследуемого материала и древесины, кг. Описание
методик определения скорости выгорания жидких и твердых веществ и
материалов приведено в [149].
1.З.2.4. Характер взаимодействия горящего вещества со
средствами тушения
Как указывалось выше, характер взаимодействия горящего веще-
ства со средствами тушения важно знать при расследовании пожара в связи
с его возможным влиянием на условия развития горения. При контакте с
водой, например, многие вещества бурно реагируют с ней с экзотерми-
147
ческим эффектом, выделяя самовоспламеняющиеся взрывоопасные и го-
рючие газы и пары. При этом также может наблюдаться сильное выкипа-
ние или выброс, активизирующие процесс развития пожара. Применение
компактной воды или в виде грубораздробленных струй для тушения пы-
левидных и порошкообразных веществ может привести к взрыву.
Характер взаимодействия некоторых горящих веществ с водой при-
веден в табл. 26.1.
Описание методики по определению характера взаимодействия ве-
ществ со средствами водопенного тушения приведено в [149].
Таблица 26.1
Характер взаимодействия некоторых горящих веществ
с водой
Вещества Характер взаимодействия с водой
Порошки, пыли, стружка алюминия, магния, титана и их сплавов, цинка, электрона, термита Реагируют со взрывом
Алюминий-литий органические •соединения Реагируют со взрывом
Гидриды щелочных и щелочно- земельных металлов Реагируют с выделением водорода
Гремучая ртуть, нитроглицерин Взрываются от удара струи воды
Калий, кальций, натрий, рубидий металлический Реагируют с выделением водорода с сильным экзотермическим эффектом
Карбиды алюминия, бария, кальция Разлагаются с выделением горючих газов
Карбиды щелочных металлов При контакте взрываются
Масла растительные и животные; петролатум, битум Попадание воды в горящий продукт может привести к выбросу и усилению горения
Селитры попадание воды в расплав селитры может вызвать взрывоопасный выброс и усиление горения
Силаны Реагируют с выделением самовоспла- меняющегося на воздухе тетрагидрида кремния
1.3.2,5. Концентрационные пределы воспламенения
(верхний и нижиий)
Под концентрационными пределами воспламенения понимается
область концентраций пара, газа или взвеси вещества в воздухе при ат-
мосферном давлении, внутри которой соответствующие смеси способны
воспламеняться от источника зажигания с последующим распростране-
нием пламени по смеси. Граничные концентрации области воспламене-
ния называются соответственно ее нижним (НКПВ) и верхним (ВКПВ)
пределами воспламенения,
148
Весьма широкими концентрационными пределами воспламенения
в воздухе обладают, например, водород (4-75% об.), ацетилен (2,5-81% об.)
при источнике зажигания мощностью 30 Дж. При увеличении мощности
источника зажигания до 210 Дж или повышении давления до 1;7 кг/см2
верхний предел воспламенения ацетилена становится равным 100% [20].
Высокая чувствительность ацетнленовоздушной смеси проявляется и в
том, что она при нагреве до температуры 305 °C может самовоспламенять-
ся [17].
На верхнем пределе воспламенения выделяется примерно в три раза
большее количество тепловой энергии вследствие содержания в смеси
большего по сравнению с нижним пределом количества горючих паров
или газов [182]. Образующиеся при взрыве на верхнем пределе газообраз-
ные продукты могут содержать повышенные концентрации Н2 и СО, ко-
торые, дополнительно воспламеняясь, будут способствовать развитию
горения. Газообразные продукты, образовавшиеся на нижнем пределе,
содержат главным образом диоксид углерода, пары воды и неиспользо-
ванный воздух, которые не склонны к дальнейшим окислительным про-
цессам. Давление, развиваемое в системе при взрыве, также зависит от
количественного содержания горючих паров и газов в смеси с воздухом.
Многие топливные газы создают, например, давление 1,4-1,8 кг/см2
на нижнем пределе воспламенения. Это давление резко возрастает до мак-
симума 7-8 кг/см2 в оптимальной смеси (например, 9,5% в объеме для при-
родного газа и при средней величине между концентрациями на нижнем
и верхнем пределе для других топливных газов). Давление столь же быст-
ро спадает до 1,4-1,8 кг/см2 на верхнем пределе воспламенения.
На основе величины нижнего предела воспламенения паров и га-
зов классифицируют производственные помещения по степени пожарной
опасности в соответствии с требованиями СНиП [141] и ПУЭ [142].
Величины пределов воспламенения газов и паров в воздухе исполь-
зуют при расчете их допустимых концентраций внутри взрывоопасных
технологических аппаратов, систем рекуперации, вентиляции, а также при
определении предельно допустимой взрывобезопасной концентрации
(ПДВК) паров и газов. При работах с применением огня н искрящего ин-
струмента расчеты эти производятся в соответствии с требованиями ГОСТ
12.1.010-76 [148]. Величину концентрации газа или пара в воздухе внутри
технологического аппарата, не превышающую 50% величины их нижнего
предела воспламенения, принимают как взрывобезопасную концентрацию
[20]. Обеспечение взрывобезопасности среды внутри аппарата при нор-
мальном технологическом режиме не дает, однако, основания считать дан-
ное оборудование невзрывоопасным.
За величину предельно допустимой взрывобезопасной концентра-
ции паров и газов в воздухе при работе с применением огня и искрящего
149
\~СА L- 1
1-Cw v~Gw-
инструмента принимают концентрацию, которая ие превышает 5% вели-
чины их нижиего предела воспламенения при отсутствии в рассматривае-
мом аппарате конденсированной фазы [20].
Предложено [155] эмпирическое выражение для определения кон-
центрации СА паров на заданной высоте h над поверхностью летучей жид-
кости, находящейся в открытом сосуде
Л/Л,
(55.1)
где Сдд - мольная доля насыщенного пара при температуре изме-
рения;
- высота верхней кромки цилиндрического сосуда над зеркалом
жидкости.
Для проверки предложенного выражения проведены опыты, крат-
кое изложение которых приводится в разделе 4.
Важным в практике расследования является знание объема пара
горючего вещества, образующегося из известного объема горючей жид-
кости (например, при проливе). В этом случае предоставляется возмож-
ность установить (при знании пределов воспламенения паров вещества),
в каком объеме может образоваться взрывоопасная паровоздушная смесь.
Согласно предложенной эмпирической зависимости [94], объем пара, ге-
нерируемого при нормальных температуре и давлении 1 литром жидко-
сти, может быть подсчитан с помощью следующей зависимости
Vn = 829,94^-. (56.1)
Рп
где Vn~ объем пара, л;
рж - плотность жидкости (по отношению к воде);
рп- плотность пара (по отношению к воздуху).
Пример расчета по формуле (56.1) приведен в разделе 4.
Накопленный опыт позволяет считать, что азровзвеси твердого ве-
щества, имеющие нижний концентрационный предел воспламенения до
65 г/м3, относятся к взрывоопасным*’. Следует, однако, учитывать, что
аэровзвеси некоторых веществ с нижним пределом воспламенения более
*’ Статистика пылевых взрывов, например, в Великобритании показывает,
что там ежегодно происходит примерно 25 взрывов пыли, при которых гибнет
1-2 чел. и примерно 35 чел. получает травмы [156]. Из 1120 взрывов, происшедших
во Франции за период с 1860 по 1965 гг. 337 взрывов сопровождались гибелью
людей или травмами. В 12 случаях взрывов взрывоопасным веществом являлась
пыль кофе; в 134 случаях - пыль зерновая; в 106 случаях - пыль муки; в 56 случаях
- пыль кукурузы; в 29 случаях - пыль сахара [157].
150
65 г/м’ (например, элеваторная пыль, некоторые порошки, используемые
в распыленном состоянии для электростатической окраски поверхностей
[158] и др.) также могут представлять серьезную опасность с точки зрения
взрыва. Так, например, нижний предел воспламенения аэровзвеси молоч-
ного порошка зависит от его влажности, дисперсности, содержания жира
и колеблется в пределах 30-250 г/м’; максимальное давление взрыва -
5,8 - 9,8 бар, скорость нарастания давления при взрыве 27-140 бар/с. Опыт
показывает, что взрывы сушилок молочного порошка происходят при-
мерно в 6% случаев загорания порошка, поэтому сушилку рекомендуется
снабжать взрыворазгрузочным клапаном сечением 2-4 м2 (при вместимо-
сти сушилки 500-1000 м’).
Исходя из указанных особенностей, в нормативной литературе [159]
предусматривается относить к взрывоопасным пылевоздушные смеси, при
воспламенении которых развивается расчетное избыточное давление взры-
ва в помещении, превышающее 5 кПа.
В мировой практике накоплено большое количество опытных дан-
ных, позволяющих оценивать взрывоопасность пылей по нижнему преде-
лу воспламенения. Поэтому целесообразно для упрощения задачи их оцен-
ки использовать в качестве классификационных параметров нижний кон-
центрационный предел воспламенения и максимальную скорость нарас-
тания давления*1 с граничной ее величиной, равной 2 МПа/с [22]. Приме-
няя эти классификационные параметры, можно более правильно и надеж-
но распределить пыли по взрывоопасности (см. табл. 27.1).
Таблица 27.1
Классификация пылей по взрывоопасности
— Груп- па Характеристика пыли Значения классификационных параметров
нижний концентр, предел воспламене- ния, г/м3 макс, скорость нарастания давле- ния*'1, МПа/с
1 Наиболее взрывоопасная <35 Для классификации не определяется
II Взрывоопасная >65 >2
III Не взрывоопасная >65 <2
Отмечается [182], что скорость нарастания давления при взрывах
паро-газовоздушных смесей часто выше, чем в случае аэровзвесей.
На параметры взрыва аэровзвесей влияют: 1) химические свойства
пыли; 2) размер частиц; 3) влажность; 4) количество кислорода в смеси; 5)
способ смешения пылевых частиц с воздухом (турбулентность); 6) структура
Действенность взрыва зависит в большей степени от скорости нарастания
давления, чем от его конечной величины [182].
"'По методике [19].
151
объекта, в котором образовалась аэровзвесь; 7) свойства источника за-
жигания.
Содержание горючего газа в воздухе резко снижает энергию зажи-
гания аэровзвеси, повышая ее взрывопасиость. Такого рода явления на-
блюдались, например, для аэровзвеси пыли горючего сланца, содержав-
шей в воздухе метан [160]. Нижний предел воспламенения такой пылеме-
тановой смеси соответствовал расчетному, определяемому согласно пра-
вилу смешения Ле-Шателье.
Поскольку концентрация аэровзвесей непостоянна и они легко пе-
реходят в состояние аэрогеля или обратно, нельзя пользоваться значе-
ниями пределов воспламенения аэровзвесей в случаях возможности таких
переходов для расчета допустимых взрывобезопасных концентраций пы-
левидных веществ в помещениях, технологических аппаратах, пневмотран-
спортных устройствах, вентиляционных системах, а также при работах с
применением огня.
Тем ие менее, в некоторых экспертизах взрыва в вентсистемах ут-
верждается, что, если концентрация в пылевоздушной смеси горючего ве-
щества лежит ниже нижнего концентрационного предела его воспламене-
ния, то невозможен взрыв этой смеси. Здесь допускается ошибка в том,
что не учитывается указанная возможность образования в вентсистеме при
изменениях скорости воздушного потока отложений пыли. Они могут
тлеть под воздействием попавшей искры и взвихриваться при нарушени-
ях нормального режима работы вентиляции. Остановка, например, и пуск
вентиляции часто служат причиной взвихривания пыли. Этому способ-
ствует также любая местная вспышка, приводящая к мощному вторично-
му взрыву взвихрившихся отложений пыли. Только тщательная периоди-
ческая очистка оборудования от горючей пыли, отложившейся в нем, по-
зволяет при исключении возможности появления источника зажигания
поддерживать во взрывобезопасном состоянии это оборудование.
Во многих случаях при аварийных разливах жидких горючих, осо-
бенно при разливах высших углеводородов, в воздухе образуется взвесь
мелких капель жидкости (туман). Основное различие между такой аэро-
взвесью и паровоздушной смесью состоит в том, что верхний концентра-
ционный предел воспламенения аэровзвесей жидких горючих веществ пре-
вышает ВКПВ смеси паров того же горючего с воздухом [117], т. е. преде-
лы воспламенения расширяются.
Для определения концентрационных пределов воспламенения
паров, газов и взвесей веществ в воздухе применяются методы, приведен-
ные в [19, 333].
152
1.З.2.6. Минимальное взрывоопасное содержание
кислорода (МВСК)
Пределы воспламенения паров и газов при разбавлении горючей
смеси каким-либо негорючим или трудногорючим газом (флегм атизато-
ром) изменяются по мере увеличения его концентрации в “атмосфере”
(см. рис.26.1) [19]. Нижний предел (<р; ) при этом обычно возрастает, а вер-
хний предел (<pt) снижается. В определенной точке, называемой пиком вос-
пламенения, оба предела сливаются. Содержание флегматизатора в сме-
си с горючим и окислительной средой в этой точке (<рД соответствует ми-
нимальному взрывоопасному содержанию кислорода в горючей смеси.
Отсюда, под минимальным взрывоопасным содержанием кислорода по-
нимается концентрация его в смеси воздуха с флегматизатором, ниже ко-
торой невозможно воспламенение газо-, паре- или пылевоздушной сме-
си. Наименьшая концентрация флегматизатора в смеси с горючим и окис-
Концентрацня флегматизатора в смеси, % об
Рис. 26Л. Изменение пределов воспламенения паро-
газовоздушной смеси в зависимости от
концентрации в ней флегматизатора
Величину минимального взрывоопасного содержания кислорода
применяют в расчетах безопасных режимов работы технологических ап-
паратов и коммуникаций, систем “азотного дыхания”, пневмотранспор-
та, а также при конструировании систем и установок для взрывоподавле-
ния н тушения пожаров. Для определения минимального взрывоопасно-
153
го содержания кислорода в пыле-паро-газовоздушных смесях применяются
методы, приведенные в [19, 333].
1.3.2.7. Минимальная энергия зажигания
Минимальной энергией зажигания называется наименьшая вели-
чина энергии искры электрического разряда, которая достаточна для за-
жигания наиболее легковоспламеняемой смеси данного i аза, пара или
пыли с воздухом. Если, например, для метана и паров растворителей (аце-
тона, метанола, толуола, циклогексана, диоксана) минимальная энергия
зажигания не превышает 0,7-0,8 мДж, то для пыли муки она составляет
11,5 мДж [22].
Минимальную энергию зажигания используют при классификации
газо-, паро- и пылевоздушных смесей по воспламеняемости, согласно
ПИВРЭ [143]. Минимальная энергия зажигания позволяет получить в срав-
ниваемых условиях известное представление о чувствительности различ-
ных аэросмесей к воспламенению, а также рассчитывать допустимую энер-
гию электрических разрядов во взрывоопасной среде и оценивать на этой
основе эффективность профилактических мероприятий, особенно для обес-
печения электростатической искробезопасности технологических процес-
сов.
Поскольку эффективность источников зажигания различна, следу-
ет учитывать, что минимальную энергию зажигания, найденную по ис-
кровому разряду, можно использовать без оговорок лишь как характери-
стику способности аэросмеси к воспламенению под действием источника
этого вида.
Предельно допустимая энергия электрического разряда И'> л не дол-
жна превышать 40% от минимальной энергии зажигания 1Г
Проводились опыты ио установлению зависимости величины ми-
нимальной энергии зажигания и концентрационного предела от скорости
распространения пламени по пылевоздушным смесям в трубах. О неко-
торых результатах этих опытов сообщается в разделе 4. Описание мето-
дов определения минимальной энергии зажигания газо-, паро- и пылевоз-
душных смесей приведено в [19, 333].
1.3,2.8. Параметры давления взрыва
К числу параметров давления взрыва, учитываемых при характе-
ристике веществ, относят максимальное давление взрыва и скорость его
нарастания.
Под максимальным давлением взрыва понимается наибольшее дав-
ление, которое возникает при дефлаграционном сгорании наиболее по-
254
(57.1)
жаро-взрывоопасной газо-, паре-, пылевоздушной смеси в замкнутом со-
суде при ее начальном давлении 101,3 кПа. Максимальное давление при
взрыве аэросмеси можно приближенно рассчитывать по формуле [19]:
р _
т.,"и
где Р - максимальное давление при взрыве, кПа;
Р„ - начальное давление, при котором находится аэросмесь, кПа;
Г - начальная температура исходной смеси, “К;
Тг- адиабатическая температура горения стехиометрической сме-
си горючего с воздухом прн постоянном объеме, “К;
пк - число молей газообразных продуктов горения;
пн- число молей исходной газовой смеси.
При отсутствии данных для Тг ее можно определить по формуле,
приведенной в [19].
Скорость нарастания давления взрыва определяется как результат
отношения приращения давления (dp) к времени приращения (dr).
Отмечается [161], что возможность взрыва облака пыли находится
в зависимости от теплоемкости пыли. В частности такая зависимость ха-
рактерна для облака пыли сельскохозяйственных продуктов. При по-
вышении ее теплоемкости увеличивается возможность взрыва. Его теп-
ловая мощность может достигать более 25 кДж/г. Температура воспламе-
нения облака пыли находится в пределах 350-700 °C, тогда как в аэрогеле
температура воспламенения - от 150 до 300 °C. Детонация облака пыли
характеризуется Pjp=0,3-4,0 МПа, a dp/dr=5-100 МПа/с. Перед фронтом
пламени в этом случае образуется ударная волна, скорость распростране-
ния которой, например, для пыли А1 составляет -1,35 км/с.
Показатели давления взрыва применяют в расчетах на взрывоус-
тойчивость аппаратуры с горючими газами, жидкостями и порошкооб-
разной продукцией; в расчетах предохранительных клапанов, взрывных
мембран, разгрузочных отверстий в ограждающих конструкциях, оболо-
чек взрывонепроницаемого электрооборудования в соответствии с тре-
бованиями ПИВРЭ [143].
Описание методов определения показателей давления взрыва при-
ведено в [19, 333].
1.3.2.9. Категории взрывоопасной смеси
В зависимости от способности передавать взрыв через узкие щели
и фланцевые зазоры, существующими Правилами [142] устанавливаются
четыре категории взрывоопасных смесей горючих газов и паров легко-
155
воспламеняющихся и горючих жидкостей. В соответствии с размером за-
зора 8 между плоскими поверхностями длиной 25 мм, при котором в 50%
общего числа испытаний происходит передача взрыва из оболочки объе-
мом 25 л (где происходит зажигание) в окружающую ее камеру прибора
объемом 100 л (где готовится исследуемая паро-газовоздушная смесь),
устанавливаются следующие категории взрывоопасных смесей
8 , мм
хр
Более 1,0
0,65-1,0
0,35-0,65
Менее 0.35
Категория
1
2
3
4
Категорию взрывоопасной смеси учитывают при выборе типа взры-
возащищенного электрооборудования в соответствии с требованиями
ПУЭ и при конструировании пламягасительных сеток и огнепреградите-
лей. Методика определения категории взрывоопасных смесей приведена
в [149].
1.4. Особенности возникновения и развития пожара
Характерные признаки
Для экспертизы пожара важными являются, наряду с сообщенны-
ми выше данными о свойствах загорания веществ и материалов, знания
особенностей возникновения и развития пожара, характерных признаков
этого процесса, могущих быть обнаруженными и оцененными при осмот-
ре и исследовании места происшествия.
1.4.1. Особенности возникновения пожара
Как показано в предыдущих разделах, особенности процесса заго-
рания веществ и материалов, являющегося предтечей пожара, обусловли-
ваются. в первую очередь, их физико-химическими свойствами (парамет-
рами пожарной опасности), свойствами источников загорания и условия-
ми окружающей среды (наличием достаточного притока воздуха (кисло-
рода) и превалированием теплоприхода над зеплопотерями). В создании
условий для горения отдельных вещест в и материалов и развития этого
процесса путем перехода на окружающие горючие предметы заложена
главная особенность возникновения пожара.
Преимущественно процесс горения возникает и развивается в ре-
жиме, в котором горючее и воздух (кислород) первоначально разделены
156
и осуществляется он лишь в области их перемешивания (диффузионное
горение). Скорость горения зависит от количеств поступающего воздуха
и газообразного горючего. При горении твердых и жидких веществ эта
зависимость особенно велнка. Здесь скорость поступления летучих веществ
- продуктов реакции непосредственно связана с интенсивностью тепло-
обмена между пламенем и горючим. В начале пожара, когда уровень теп-
лового излучения еще невысок, особенно важную роль играет конвектив-
ный теплообмен.
Передача тепла конвекцией осуществляется при движении горячих
газообразных продуктов сгорания вверх с удалением от источника заго-
рания. Тепловой поток движется из района с высокой температурой в рай-
он с низкой температурой. Скорость движения потока пропорциональна
разности температур между двумя указанными районами. Как только эти
газообразные продукты сгорания приходят в соприкосновение с поверх-
ностью стен, потолков, других элементов здания, тепловая энергия пере-
дается этой поверхности, а сами продукты сгорания охлаждаются. С мо-
мента образования продуктов сгорания, в первую очередь, в наибольшей
степени нагреваются потолки и верхняя часть стен.
Когда поверхность твердых материалов нагревается от контакта с
горячими газообразными продуктами сгорания, получаемое тепло про-
никает внутрь этих материалов за счет их теплопроводности. Наиболее
высокую теплопроводность имеют металлы, а пористые с малой плотно-
стью материалы, подобные минеральной шерсти или пенопластам, име-
ют весьма низкую теплопроводность, что определяет их высокие изоля-
ционные свойства. Эти свойства, однако, способствуют более быстрому
нагреву поверхности соответствующих материалов до высоких темпера-
тур и тем самым ускорению развития пожара, особенно если эти матери-
алы обладают горючими свойствами.
Количество тепла, передаваемого в единицу времени при конвек-
ции и теплопроводности, примерно пропорционально разнице темпера-
тур источника тепла и поглощающей тепло поверхности [74]. Как след-
ствие, малая разница между этими температурами сказывается небольши-
ми изменениями в скорости передачи тепла.
Связанное с конвекцией движение газов, возникающее при горении
в естественных условиях, определяется подъемной силой, которая оказы-
вает также влияние на форму и характеристики диффузионного пламени.
Иногда возникает необходимость знать размер пламени над оча-
гом, т. к. от этого размера зависит взаимодействие пламени с окружаю-
щими предметами и, в частности, достижение им потолка помещения и
возможность выделения тепла путем излучения, достаточного для зажи-
гания находящихся поблизости горючих материалов.
157
Приведение в соответствие данных многих работ, включая сведе-
ния о пожарах разливов жидкостей, позволило использовать для указан-
ной цели следующее уравнение [26]:
-^ = 15,6.¥ 1/5-1,02 , (58.1)
где h - высота пламени над поверхностью горючего;
D - диаметр очага;
N - безразмерный параметр, который задается выражением:
D5 , (59.1)
SPe -
V \r J )
где С, - удельная теплоемкость воздуха;
Тв и рв - температура и плотность окружающего воздуха;
Q - теплота сгорания;
г - стехиометрическое отношение воздуха к летучим веществам;
J - интенсивность тепловыделения;
g - ускорение силы тяжести.
Результаты корреляции данных о высоте пламени на основе изме-
рений, представленных в различных работах для зависимости, определен-
ной уравнением (58.1), приведены на рис. 27.1 [26].
Учитывая данные, известные для большинства членов уравнения
(59.1), и Q/r =3000 кДж/кг, можно представить уравнение (58.1) в виде
й = 0,237м - 1.02D (60.1)
Соответствие зависимости (60.1) приведенным на рис.27.1 данным
весьма удовлетворительно, хотя данные испытаний не выходят за диапа-
зон 7<J as/Z)<700 кВти5/м. Для значения отношения h/D <1 пламя разры-
вается на ряд маленьких пламен, которые не зависят друг от друга.
Для больших значений отношения h/D (>6) высота пламени факти-
чески не зависит от диаметра горелки или размера очага. Для пожаров
штабелей бревен получено эмпирическое соотношение, выраженное в виде
(3<Л/£><10).
Исследования горения штабеля древесины показали, что основная
масса летучих покидает штабель и сгорает в диффузионном пламени над
ним. Высота этого пламени является функцией лишь критерия Фруда и
описывается для штабеля квадратного сечения уравнением [162]
( -1/3
h «J ’
”=46,5- -у-уг (61.1)
D \Р<&* J
158
где h - высота пламени, м;
d- характеристический размер основания пламени, м;
Vc - средняя скорость выгорания древесины, кг/с;
lg N
Рис. 27.1. Корреляция данных о высоте пламени на основании
измерений, представленных а различных работах для
зависимости, определенной уравнением (58. 1):
1 - метан; 2 - метан+азот; 3 - этилен; 4 - этилен +азот;
5 - пропан; 6 - пропан+азот; 7 - бутан; 8 - бутан+азот;
9 - водород; 10 - природный газ; 11 - бензин;
12 - JP-4 - горючее.
Зависимость интенсивности падающего лучистого потока Jot рас-
стояния между штабелями I и их высотой h приведена на рис. 28.1 [163].
После загорания отдельного предмета могут создаваться условия
для переброса огня на другие объекты и нарастания пожара до полного
охвата помещения пламенем. Этот этап пожара называется периодом воз-
никновения и нарастания пожара. Характер развития горения на этом эта-
пе аналогичен характеру пожара в условиях открытого пространства, ког-
да имеется достаточный приток воздуха. Период нарастания пожара ха-
рактеризуется тем, что средняя температура в помещении незначительна
и пламя существует в окрестности очага.
159
Рис. 28.1. Зависимость интенсивности падающего
лучистого потока J от расстояния между
штабелями I и их высоты h:
1 - h = 5м; 2 - h -- 6 м; 3 - h = 8 м; 4 - h = Юм; 5 -h = 12 м
Разрастанию пожара предшествует распространение пламени от
места зажигания. Вот почему особенно ценным является исследование
любой ситуации, представляющей угрозу распространения пожара, а так-
же численная оценка скорости его развития. В табл. 28.1 приведены срав-
нительные данные по определению скорости распространения пламени по
некоторым материалам в условиях свободного горения [134].
Информация о скоростях распространения пламени может быть
использована, в известной мере (с учетом конкретных условий), для оцен-
ки расстояния, на которое может распространиться свободное горение от
очага по облицовочным, стеновым, кровельным материалам, по коврам
и другим подобным изделиям.
При возникновении загорания, характеризуемого тлением матери-
ала, скорость его распространения вверх сохраняет тенденцию превосхо-
дить скорость распространения тления в горизонтальном направлении.
Слои, расположенные в толще мелкодисперсного материала, собранного
в кучу, и находящиеся выше тлеющих, поглощают летучие продукты рас-
пада и маскируют процесс тления. Поэтому его признаки могут не обна-
руживаться до тех пор, пока зона горения не приблизится к поверхности.
Первый видимый признак тления - появление сырости на поверхности.
По мере испарения влаги возникает едкий запах, а затем начинается обуг-
ливание. На последних этапах этого процесса происходит сильное выде-
ление пара и едкого дыма.
160
Таблица 28.1
Сравнительные данные по скорости распространения пламени
некоторыми материалами в условиях свободного горение
Наимено- вание материала Харштериспим . . материале Скорость распространения пламени, м/мин Характе- ристики горючести материала
горизон- тальное положе- ние образца МВД углом 4Г ' верти- кальное пложе- иие обрашш
Борулин Гидроизоляционный и кровельный рулонный материал. Представляет собой каландрированную смесь асбеста (6-7 сорт.) с битумом марки III (1:1). Толщине материала 2,5 мм, масса 1 м2 - 2300 г, теплота сгорания - 6985 ккал/кг 0,072 Горючий
Бризол Гидроизоляционный и кровельный рулонный материвл. Состав: битума - 57%, дробленой старой резины - 25%, асбеста №7-12%, озокерита - 4%, зеленого масла - 2%. При толщине листа 1,5 мм масса 1 м2 1600 г 0,049 Легковос- пламеня- емый
Винидур Термо-звукоизоляцион- ный материал. Представ- ляет собой плиты, со- стоящие из шести гофри- рованных слоев поли- хлорвинилоеой фольги (толщиной 0,2 мм), скле- енных между собой. Мас- са 1 м2 - 200 г. Теплота сгорания - 4834 ккал/кг. 0 Трудного- рючий ма- териал (установ- лено до- полнитель- ными ис- следо- ваниями)
Древесине сосновая, огнвза- щищенная специаль- ными крас- ками Древесина, обработанная огнезащитными красквми. 0 Трудно- восппаме- няемый метериал
Картон кровель- ный Бумажный фабрикат, бо- лее плотный, чем бумага. Масса 1 м2 листа толщи- ной 1 мм - 250 г, теплота сгорания - 3717 ккал/кг. 0,064 Горючий
161
Продолжение табл. 28.1
Наимено- вание материала Характеристики материала Скорость распространения пламени, м/мин Характе- ристики горючести материала
горизон- тальное положе- ние образца под углом 46° верти- кальное пложе- ние образца
Клепка для паркета, буковая Размер клепки 400x55x18 мм, плотность - 550 кг/м3. Теплота сго- рания - 4150 ккал/кг. 0,040 Горючий
Ксилолит Плитный материал. Со- став: магнезиальный це- мент -1 об.часть, опилки - 2 об.части. Толщина плиты 100 мм. Плотность -1100 кг/м3, теплота сго- рания - 1538 ккал/кг. 0 Трудного- рючий ма- териал (установ- лено до- полнитель- ными ис- следвани- ями)
Линолеум резиновый (релин) Отделочный рулонный материал, содержащий битума марки !У - 36,2%, дробленой резины - 36,8%, асбеста № 7 - 15,7%, остальное - на- полнители, мягчители, связующее Масса 1 м2 листа - 3700 г. 0,033 0,092 Легковос- пламеня- емый
Пенопласт ПХВ-1 Термоизоляционный плитный материал, изго- товленный из полихлор- виниловой смолы.Размер плиты 950х400х(30-50) мм. Плотность 170- 200 кг/м3. 0 Трудно- воспламе- няемый
Пенопласт ФС-7 Термоизоляционный плитный материал, изго- товленный из фенол- формальдегидной смолы с порофором и добавкой 7% стекловолокна. Раз- мер плиты 500x500x400 мм. Плотность -113 кг/м3. 0 Трудно- воспламе- няемый
Плита дре- весно-во- локнистая, изляцион- ная Термоизоляционный ма- териал, изготовленный из пропитанной водозащит- ной эмульсией древесно- волокнистой массы. Раз- мер плиты 2700x1200x12,5 мм Плотность - 212 кг/м3 0,181 Горючий
162
Продолжение табл. 28.1
Наимено- вание материала Характеристики материала Скорость распространения пламени, м/мин Характе- ристики горючести материала
горизон- тальное положе- ние образца гид углом 45° верти- кальное пложе- ние образца
Клеенка Рулонный материал. Представляет собой ткань, покрытую мастикой на основе олифы, напол- нителей (мел, каолин, мяг- чители и др.). Масса 1 м2 материала при толщине 0,5 мм - 650 г. Теплота сгорания 3585 ккал/кг 0,210 Горючий
Стекло органичес- кое Листовой материал. По- лучается полимериза- цией метилового эфира метакриловой кислоты. Масса листа в 1 м2 - 4690 г. Теплота сгорания 6621 ккал/кг. 0,025 0,058 Легковос- пламеня- емый
Стекло- пластик Отделочный листовой материал. Изготовлен из стеклянного волокна диа- метром 20-25 мк и фе- нолформальдегидной смолы. Количество смолы составляет 50-60% веса волокна. Толщина 4-8 мм. Плотность -1300- 1800 кг/м3 0 Трудно- воспламе- няемый
Целлулоид ацетатный Листовой материал для светофильтров. Состав: ацетилцеллюлоза -100 вес. частей; отходы нит- ропленки -11 вес. частей; трикрезилфосфат - 6,5 вес. частей, трифенил- фосфат - 6,5 вес. частей. Массе листа в 1 м2 тол- щиной 0,12 мм -170 г. Теплота сгорания 4416- 4560 ккал/кг. Материал легко плавится. В услови- ях свободного удаления расплава материал не 0,36 Горючий
163
Окончание табл. 28.1
Наимено- вание материала Характеристики материала Скорость распространения пламени, м/мин Характе* ристики горючести материала
горизон- тальное положе- ние образца ГК» углом 46’ верти- кальное пложе- ние образца
загорается. При сочета- нии со стеклотканью, удерживающей расплав у материала, он активно горит
Ткань кпроновая Масса 1 mz ткани -180 г. От пламени спички, газо- вой горелки ткань плавит- ся, но самостоятельно не горит. Активное горение наблюдается в условиях, исключающих отрыв го- рящих капель от ткани. Менее пожароопасна,чем ткань из хлопка 0,391 Горючий
Примечание: Испытания проводились в условиях отсутствия вентиляции
и действия пламени газовой горелки на торец свободно подвешенного образца
размером 300x40 мм и толщиной от I до 10 мм.
Подобное наблюдалось, например, при пожаре склада с кипами
хлопка-волокна, возникшем от горящей папиросы, брошенной на повер-
хность одной из кип. Процесс тления вначале, ничем не проявляя себя,
проник в толщу кипы, где создались наиболее благоприятные условия для
его развития. Только через несколько часов процесс тления проявился
едким дымом и пламенным горением.
Опасность тления связана:
1) с возникновением собственно процесса горения;
2) с продуктами горения. При медленно развивающемся процессе
горения, каким является тление, образуются опасные газы. Недостаток
кислорода, проникающего к поверхности горючего, способствует прева-
лирующему образованию монооксида углерода, по сравнению с менее
опасным диоксидом. Запоздание с обнаружением процесса тления может
привести к скоплению монооксида в таких концентрациях, при которых
возможен летальный исход;
3) с внезапным переходом к быстро развивающемуся пламенному
горению или вспышке во всем объеме помещения. Температура тления
164
угля, образовавшегося, например, в хлопке может достигать 407 °C [21],
когда наступает самовоспламенение выделяющихся газов. Развитие по-
верхности, подвергающейся тлению, и связанное с этим увеличение ско-
рости образования горючих газообразных продуктов может усилить при-
ток воздуха и тем самым активизировать реакцию. Достижение концент-
рации образующихся горючих газов пределов воспламенения способствует
переходу процесса к пламенному горению и возможному взрыву;
4) с некачественным проведением тушения тлеющего материала. Не
учитывается, что процесс может протекать скрытно в массе материала.
Оставив неликвидированным очаг тления, можно получить новый более
сильный пожар.
Свидетельством тому, что пожару предшествовало тление, может
служить [74]:
а) появление вначале запаха и дыма, подтверждаемое свидетелями;
б) подавление первоначально возникшего местного пламенного
горения;
в) обнаружение частично обугленных предметов (например, мат-
раца, обнвки стульев, диванов, различных драпировок и т. п.), на кото-
рых обратное действие возникшего пожара исключалось. Тление редко
вне прямого контакта способно зажечь горючие жидкости и твердые ве-
щества. Поэтому их сохранность может служить, в известной мере, инди-
катором процесса тления проходившего по соседству и приведшего к по-
жару;
г) наличие слабых и локализованных около места загорания отло-
жений копоти или обугливания стен (при пламенном горении наблюда-
ются обширные отложения копоти).
Отмечается, что при интенсивности тепловыделения, соответству-
ющей величине, немногим большей 10 кВт/м2, летучие продукты сгора-
ния могут уже достигать уровня потолка помещения высотой 3 м [26]. Рас-
стояние предметов друг от друга является важным фактором, от которо-
го зависит возможность распространения возникшего процесса горения.
При отсутствии достаточной близости от горящего предмета окружаю-
щих его горючих веществ и материалов, обеспечивающей непосредствен-
ное воздействие пламени или передачу тепла за счет теплопроводности
или кэнвекцин, горение может перекинуться на соседние предметы толь-
ко с помощью тепловой радиации.
В отличие от теплопроводности и конвекции лучистый теплообмен
не требует наличия промежуточной среды между источником и приемни-
ком тепла. Перенос энергии в этом случае осуществляется посредством
электромагнитных волн, которые, подобно видимому свету, могут погло-
щаться, пропускаться или отражаться поверхностью тела и отбрасывать
165
тени при блокировании излучения непрозрачным объектом. Он становится
господствующим видом теплопереноса, если диаметр очага пожара пре-
вышает 0,3 м. и определяет рост и распространение пожара в помещени-
ях. Именно благодаря лучистому теплообмену происходит нагрев удален-
ных от пожара объектов до температуры возгорания, а также развитие
пожара в открытых очагах (например, в лесу) и его распространение на
соседние здания*’. Влияние теплового излучения пламени или любого на-
гретого объекта на близлежащие поверхности может быть оценено лишь
путем тщательного анализа процессов теплообмена. Такой анализ необ-
ходим для оценки времени нагрева горючих материалов, на которые воз-
действует тепловое излучение, до состояния, при котором они могут за-
гореться.
Для большинства горючих веществ приблизительно 30% выделяе-
мого их пламенем тепла приходится на излучеие в окружающую среду [26].
В передаче тепла радиацией небольшая разница в температурах
между источником и приемником тепла, в отличие от теплопроводности
и конвекции, может вызывать больший эффект (см. формулулу 23.1) в силу
указанной природы тепловой радиации, управляющей процессом такой
передачи. Этим объясняется опасность, исходящая от перегретых поверх-
ностей (например, печей, нагревателей и др.), особенно имеющих черную
окраску.
В условиях высоких температур важную роль играет тепловая ра-
диация от блестящих поверхностей (алюминия, стали, зеркала), отража-
ющая тепло на другие поверхности. Однако, отложение копоти, окисле-
ние сказываются на л их поверхностях, снижая их отражающую радиаци-
онную способность.
Количество тепла, передаваемого с помощью радиации, является
функцией площади излучающей поверхности. Небольшое пламя облада-
ет относительно небольшой радиационной способностью. С возрастани-
ем размеров пламени усиливается радиация, оказывающая свое влияние
на стены, потолки, пол помещения, способствуя развитию пожара. Ради-
ация от потолка, обюняющая непосредственное воздействие пламени,
способствует более быстром) развитию пожара вдоль коридоров, по ков-
рам и другим горючим покрытиям. Различия в высоте потолка сказыва-
ются на различиях в скорости распространения пламени по одинаковым
’’ В Великобритании допустимые расстояния между зданиями рассчиты-
ваются на основе требования. согласно которому наружные части здания не Дол-
жны подвергаться воздействию тепловых потоков, превышающих 1,2 Вт/см2
(12 кВт/м2), в случае, если соседнее здание охвачено пожаром. Указанная интен-
сивность теплового излучения обычно считается минимально необходимой для
возгорания древесины [26].
166
горючим покрытиям. Радиация от более низкого потолка оказывает бо-
лее резко выраженное воздействие по сравнению с высокими потолками.
Это явление подобно тому случаю, когда более быстрое распространение
пламени наблюдается между вертикально расположенными поверхностя-
ми, находящимися на относительно коротких расстояниях между собой,
что способствует более высокому уровню их взаимного обогрева.
Отмечается, что лучистый поток, порожденный огнем, охватившим
обычное обитое кресло, может вызвать возгорание хлопчатобумажной
материи на расстоянии 0,15 м, тогда как горящий гардероб может спо-
собствовать загоранию такого же материала на расстоянии 1,2 м. Огонь
не перебросится от полированного обитого кресла к соседнему, если они
будут удалены друг от друга на расстояние более 30 см [26].
Лучистый тепловой поток, действующий на определенном рассто-
янии, зависит от интенсивности горения. Быстро горящие предметы мо-
гут обеспечивать значительные лучистые тепловые потоки на расстоянии
до 1 м от передней кромки пламени. На рис. 29.1 представлено распреде-
ление лучистого теплового потока в окрестности больничной кушетки
(плетеный каркас, материал кушетки - пенополиуретан, покрытый син-
тетическим материалом из полипропилена) в момент, когда ее горение
достигло максимальной интенсивности и в зависимости от расстояния до
передней кромки пламени и высоты над основанием, на которых разме-
щалась кушетка.
РАССТОЯНИЕ ДО ПЕРЕДНЕЙ КРОМКИ ПЛАМЕНИ. М
Рис. 29.1. Распределение лучистого теплового потока при
различных высотах в окрестности горящей кушетки при
максимальной интенсивности горения
167
Из данных рис. 29.1 следует вывод, что, если предмет, на который
может перекинуться пожар, будет находиться на расстоянии более I м от
горящего обитого кресла, быстрое возгорание, требуемое для развития
пожара, вряд ли произойдет. Даже для наиболее быстро горящих предме-
тов мебели тепловой поток с интенсивностью 20 кВт/м2 не был обнару-
жен за пределами 0,88 м от очага пожара.
С целью изучения условий возникновения пожара проводились эк-
спериментальные исследования, позволившие установить некоторые за-
висимости процесса загорания материала древесины от интенсивности
радиационного теплового потока и времени его воздействия. Исследова-
ния показали, что зависимость времени загорания древесины от интен-
сивности теплового потока имеет четыре характерных области [164]
(см. рис. 30.1). Первая находится в интервале интенсивности радиацион-
ных тепловых потоков 1-10 кВт/м2, при которых древесина не воспламе-
няется. В работе [26] приводится несколько отличное значение критичес-
кого радиационного теплового потока для древесины, соответствующее
12 кВт/м:. При этом указывается, что при 12.5 кВт/м2 летучие вещества,
выделяющиеся из древесины, могут загораться лишь после длительного
воздействия излучения. Это. однако, не противоречит данным рис. 30.1.
Вторая область (в интервале 10-20 кВт/м2) - область медленного сниже-
ния времени воспламенения до 100-200 с. которая для указанною интер-
вала интенсивностей тепловых потоков имеет практически линейную за-
висимость. Третья область (в интервале интенсивностей тепловых пото-
ков 20-50 кВт/м2) - область резкого уменьшения времени воспламенения
со 120 до 10 с. Четвертая область (в интервале 50 кВт/м2 и более) - об-
ласть, где с увеличением интенсивности тепловых потоков время воспла-
менения древесины (г1г) практически также снижается по линейному за-
кон} .
Утверждается, что эта зависимость в интервале ,/.=20 30 кВт/м2
удовлетворительно описывается уравнением [99]
т.3/,-2.4.10s(62.1)
где ,/й - интенсивность потока, поступающего к поверхности дре-
весины, кВт/м2.
Исследования по зажиганию элементов древесных перегородок ра-
диационным тепловым потоком [1.34] с определением оптимальной его
величины, обеспечивающей устойчивое горение, показали, что такая воз-
можность достигается для незащищенных перегородок при интенсивнос-
ти порядка 20 кВт/м2 (см. табл 29.1). Устойчивое горение защищенных
перегородок достигается при разных тепловом потоке и продолжитель-
ности его действия, будучи обусловленным характером огнезащиты.
168
Рис. 30.1. Зависимость времени воспламенения
древесины от интенсивности внешнего
теплового потока.
Для оценки уровня лучистого потока, воздействие которого может
испытать та или иная часть установки от возникшего поблизости пламен-
ного горения, предложен приближенный метод [26], гребуютий знания
высоты пламени. Ее можно найти из выражения (60.1).
Скорость тепловыделения (т/. Мдж/с) вычисляется m следующей
зависимости:
Я ~ (63.1)
где р' - массовая скорость выгорания, кт/м2 с;
/-площадь поверхности горючего, и-’.
При 30“о-ном уровне излучения теплоты сгорания скорость лучис-
того тепловыделения (</ ', МДж/с) можно таписать в виде:
(64.1)
Принимается, что q ’ исходит от точечного источника на оси пла-
мени на высоте 0.5 Л над поверхностью горючего. Тепловой поток (</на
расстоянии г от точечного источника .4 (см. рис. 31.1) определится выра-
жением:
/69
q =<l}VMQcF/^rl.
(65.1)
где г - +1 ,
1- расстояние от оси факела до приемника излучения.
Таблица 29.1
Данные по зажиганию элементов деревянных перегородок
радиационным тепловым потоком
№ л/п Тип пере- городки Характеристика перегородки Условия устойчивого гор&ккя Ин- тен- сив- ность теп- лово- го пото- ка, кВт/м2 Примечания
тепло- вой ПОТОК,' кДж/см2 про- дол- жи- тель- ность дейст- вий, мин
1 Перего- родка деревян- ная Однослойная пере- городка, изготовлен- ная из сосновых досок в четверть. Толщина досок 23 мм, размер 2,5x1,5 м. 1,55 13 19,87
2 Оштука- туренная деревян- ная пере- городка Использована анало- гичная п.1 перего- родка. обшитая гвоз- дями с двух сторон сухой гипсовой шту- катуркой. Толщина листа 10 мм. Общая толщина перегородки 43 мм. 4,31 32 22,45
3 Огнеза- щищенная деревян- ная пере- городка по методу глубокой пропитки Использована анало- гичная п. 1 перего- родка из пропитанных огнезащитным соста- вом сосновых досок. Состав для глубокой пропитки: (NH<hHPO4 -7,5%, (NH4)2SO4- 7,5%, NaF - 2,0%, вода - 83%. Привес сухих солей на 1 м3 древе- сины - 66 кг. Самостоя- тельно не горит при тепловом потоке 7,33 кДж/см2 и продолжи- тельности действия 60 мин. Наблю- далось толь- ко обуглива- ние
170
Окончание таблю 29.1
№ Я/П Тип пере- городки Характеристика перегородки Условия устойчивого Горения Примечания
тепла вой поток, кДж/см2 про- дол- жи- Тель яосгь дейст- вия, мин
4 Деревян- ная пере- городка, огнеза- щищенная по методу покрытий Использована анало- гичная п.1 перего- родка, огнезащищен- ная суперфосфатной обмазкой с обеих сто- рон. Состав обмазки: суперфосфат - 70%, вода - 30%. Расход обмазки на 1 м2 обра- батываемой повер- хности-1 ,4 кг. 3,48 22 26,36
5 Перего- родка фа- нерная Перегородка пред- ставляет собой фане- ру. прибитую гвоздями к рейкам Размер 2,5x1,5 м. Общая толщина - 4 мм. 0.07 1 11,67
6 перего- родка фа- нерная, огнезащи- щенная асбестом Использована анало- гичная п.5 фанерная перегородка, оклеен- ная (на жидком стек- ле) со стороны дей- ствия теплового им- пульса листовым ас- бестом толщиной 5 мм. Общая толщина перегородки 9 мм 1,26 10 21
7 Перего- родка фа- нерная, огнезащи- щенная с одной сто- роны ас- бестом, с другой - краской СК-1 Использована анало- гичная п 6 фанерная перегородка, оклеен- ная с одной стороны асбестом С другой стороны нанесена огнезащитная краска СК-1 с расходом 500 г/м2 Состав крас- ки жидкое стекло (мо- дуль 3). плотность 1,2- 54%, литопон - 39%. вермикулит - 7%. Толщина перегородки - 9,1 мм 3,96 32 20.6
171
Если поверхность приемника излучения расположена под углом О
к линии видимости АВ (см. рис. 31.1), тогда необходимо уменьшить вели-
чину теплового потока с помощью множителя cosf):
=0,3 V^^F-cosOA^
(66.1)
Пример расчета </’ при пожаре резервуара с бензином диаметром
10 м приведен в разделе 2.
В приведенном расчете принимается, что пламя развивается верти-
кально и не подвержено влиянию ветра; не рассматриваются также такие
эффекты, как градиенты температур, затемнение теплового излучения са-
жей за пределами области горения пламенем, неполнота сгорания.
Рис. 31.1. Оценка лучистого теплового потока, принимаемого
в точке В, удаленной на расстояние 1 от оси очага пожара
диаметром D. Эквивалентный точечный источник находится
а точке А.
Для любого пожара как в период его возникновения, так и разви-
тия характерно образование трех зон: горения, теплового воздействия н
задымления [72]. Зоны эти постоянно присутствуют, изменяясь только в
размерах и глубине повреждений, по мере развития пожара.
Характерные признаки зоны горения - выгорание горючих веществ
и материалов, изменяющееся по глубине и размерам, переугливание и
сквозные прогары, температурные деформации несгораемых элементов и
конструкций вплоть до их обрушения, отслоение защитного слоя, обра-
зование глубоких трещин и др. Избыточное давление и разность темпе-
ратур, создаваемые продуктами разложения и химического взанмодей-
172
ствия, образующимися в зоне горения веществ н материалов, способству-
ют распространению этих продуктов вне зоны. При этом образующиеся
раскаленные обуглероженные твердые частицы, содержащиеся в дыму,
остывая и осаждаясь на поверхностях элементов конструкций, образуют
копоть, которая изменяет первоначальную цветовую окраску поверхнос-
тей в черный или темнокоричневый цвет. Копоть может сохраняться толь-
ко до температуры не выше 600-630 °C. Там, где температура зоны горе-
ния выше указанных величин, осевшие частицы дыма выгорают, образуя
бел’ .е пятна, которые характеризуют участок активного горения и воз-
можно первоначальный очаг загорания.
Зона тепдового воздействия - часть пространства, примыкающая
к зоне горения, в котором за счет теплового воздействия излучением, кон-
векцией, теплопроводностью происходят необратимые изменения перво-
начального состояния поверхностей конструкций, оборудования и мате-
риалов. Их первоначальная цветовая окраска, например, изменяется до
светло-коричневого тона, наблюдается вспучивание слоя краски и другие
подобные процессы. В этой зоне происходит подготовка горючих мате-
рнаЛЪв к участию в горении и создаются другие необходимые условия для
дальнейшего его распространения.
Зоной задымления называют часть пространства, прилегающего к
зоне горения, в котором выделяющиеся продукты сгорания создают ус-
ловия ограниченной видимости и отрицательного влияния на организм
человека. Зона задымления может включать в себя и всю зону теплового
воздействия. Характерным признаком, по которому определяют зону за-
дымления после пожара, является наличие на поверхностях конструкций,
технологического оборудования, материалов осажденных твердых ча-
стиц дыма, придающих специфический оттенок на этих поверхностях без
изменения их первоначальной цветовой окраски.
Первым характерным признаком, по которому чаще всего обнару-
живают возникающие пожары, являются клубы дыма**, выходящие через
возможные проемы горящего объекта.
На движение дыма могут оказывать влияние следующие
причины [74]:
1) воздействие ветра. Ветер создает избыточное давление и с обрат-
ной стороны сооружения разряжение. Его сила превосходит другие, воз-
никающие на пожаре естественные явления. Ветер может изменить про-
должительность пожара. Он может дуть в разных направлениях на различ-
*’ Дым представляет собой совокупность газообразных продуктов горе-
ния органических материалов, в которых содержатся небольшие твердые и жид-
кие частицы.
173
ных уровнях высотного здания, особенно в местах скопления газов, спо-
собствующих проявлению “каньон эффкта”. Действие ветра усиливается
при наличии открытых проемов в здании. Следует особо отметить, что
особенности движения воздушного потока, создаваемого ветром на по-
жаре, могут не соответствовать информации, сообщаемой ближайшей
метеорологической станцией.
2) эффект дымовой трубы. Эффект этот создается в результате раз-
личия в температурах внутри и снаружи здания. Чем больше это разли-
чие, тем больше эффект дымовой трубы. Создающееся по этой причине
движение воздуха с нижнего до верхнего этажа здания, благодаря имею-
щимся отверстиям, может сигнализировать также о начавшемся в ниж-
них этажах пожаре по присутствию газообразных продуктов разложения,
примешивающихся к воздушному потоку.
3) действие системы кондицноннровання воздуха и вентиляции.
Должно учитываться возможное влияние этой системы на развитие по-
жара.
4) действие дымоудаляющего оборудования, которое может уста-
навливаться в зданиях для вентиляции площади возможного пожара.
5) влияние открытых проемов в здании. Особенно большие проемы
могут разрывать действие эффекта дымовой трубы, усиливать влияние
ветра и препятствовать операциям механического оборудования по ды-
моудалению. В связи с этим важной информацией для исследователя раз-
вития пожара является знание, когда и каким путем образовались откры-
тые проемы.
6) влияние атмосферных условий. Падение температуры, наблюда-
емое в атмосфере по высоте, способствует движению дыма вверх и его
удалению от места пожара. Наличие слоя воздуха, более теплого по срав-
нению с нижележащим, создает условия, при которых такой слой (инвер-
сионный слой) может действовать как крыша для поднимающегося дыма.
В высотных домах последний может проникать в инверсионный слой, что
служит причиной значительных различий в местонахождении дыма выше
и ниже такого слоя.
Важнейшую роль в процессе дымообразования играет химический
состав горючего, послужившего для него основой. При свободном горе-
нии кислородсодержащие горючие вещества, такие как древесина и поли-
метилметакрилат, образуют существенно меньше дыма, чем углеводород-
ные полимеры, такие как полиэтилен, полистирол. Из пары последних
полимеров полистирол производит при горении намного больше дыма,
т. к. летучие вещества, возникающие при распаде этого полимерного со-
единения. состоят в основном из стирола и его олигомеров, которые по
природе являются ароматическими соединениями, более трудно подвер-
174
гающимися окислительным процессам. В большинстве случаев при пла-
менном горении выделяется меньше дыма, чем при тленин. Горючие ве-
щества, выделяющие при горении много дыма, образуют пламя с менее
высокой температурой, но с большей излучательной способностью
(табл.30.1) [26].
Таблица 30.1
Характеристики излучательной способности пламени
пожаров над резервуаром диаметром 0,3 м
Пдоачие жидаэсти Температура пламени. °C Ширина яяаамодм Относительная излучательная способность, «а. *>
Спирт 1218 0,18 0,066
Бензин 1026 0,22 0,36
Керосин 990 0,18 0,37
*’ Относительная излучательная способность поверхности реаль-
ных тел (а.) меньше 1 и зависит от длины волн. Она определяется из фор-
мулы:
Л
где Wx - количество энергии, излучаемой с единицы площади по-
верхности реального тела в диапазоне длин волн от Л до Л + с/х;
Wm - общее количество энергии, получаемой с единицы площади
поверхности абсолютно черного тела в пределах узкого диапазона длин
волн (Л и Л+с/Л).
Дым может образовывать воспламеняемую атмосферу. При ее под-
жигании возможен взрыв. Примером задокументированного пожара, свя-
занного с указанными свойствами дыма, явился “матрацный пожар”, воз-
никший в результате длительного тления матрацев из "’’“«ного каучу-
ка в большом складском помещении [26].
Пламя и дым при горении различных материалов и веществ имеют
свои отличительные признаки по запаху, плотности и цвету. При горе-
нии, например, дерева, хлопка наблюдается желтое светящееся и коптя-
щее пламя; синее несветящееся пламя наблюдается при горении глицери-
на; при горении нефти, мазута, керосина, скипидара, дегтя, жиров и рас-
тительных масел наблюдается красноватое светящееся и сильно коптящее
пламя. Колер и количество сопутствующего дыма, определяемые особен-
ностями горящего вещества и условиями горения, вносят существенный
оттенок в цвет пламени.
175
Однако, имеются вещества, цвет пламени которых остается прева-
лирующим. Например, алкоголь, горение которого сопровождается пла-
менем синеватого цвета. Это пламя, образующееся сразу после зажига-
ния, позволяет заключить об участии в горении указанного вещества.
Природный газ (до 95% метана), подобно жидким углеводородам, горит
желтоватым пламенем с тенденцией к образованию голубой окраски его
периферии. Последняя обусловливается преобладанием в смеси больше-
го количества кислорода воздуха. При хорошем и пропорциональном сме-
шении углеводородов с воздухом все пламя принимает голубую окраску.
Снижение концентрации воздуха в этой смеси приводит к пожелтению
пламени и выделению дыма. Пламя смесей водорода с чистым (не запы-
ленным) воздухом и кислородом при атмосферном давлении почти неви-
димо. С возрастанием давления его светимость, как и светимость многих
других пламен, увеличивается. Слабо светящимся пламенем горят метан,
аммиак (бледножелтое пламя) и сероводород (голубое пламя). Пары не-
которых летучих жидкостей также горят несветящимся (сероуглерод) и
слабо светящимся (эфир, ацетон) пламенем.
Многие пламена, генерирующие СО и содержащие его в большом
количестве, имеют окраску желтого или оранжевого цвета, обусловлен-
ную неполнотой сгорания органических веществ. Пламя синего цвета сви-
детельствует об очень малом содержании монооксида углерода и не
представляет обычно токсической опасности, даже если весь поток газов
попадает в комнату. Признаком опасного образования монооксида угле-
рода. наряду с цветом пламени, служит выделение копоти над пламенем
и ее отложение на поверхности предметов.
Некоторые другие цвета пламени также иногда имеют значение в
практике исследования пожара. В обычных условиях они используются в
пиротехнических целях. Для раскраски пламени, например, применяются
соли металлов, образующие тот или иной спектр, зависящий от темпера-
туры. Присутствие соединений натрия в большинстве горючих веществ
обусловливает желтый цвет пламени, трудно отличимый от желтого цве-
та, продуцируемого в пламенах при тлении частиц углерода. В этой связи
значение натрия для исследований на пожаре является минимальным.
Соли стронция придают ярко красный цвет пламени, что может
наблюдаться и прн эффекте взрыва в случае присутствия этого вещества.
Медные соединения придают пламени интенсивный зеленый цвет. Соли
калия - фиолетовый цвет, а соли бария - желто-зеленый цвет [94].
При наличии сведений о том. какие горючие вещества присутство-
вали на пожаре, обнаружение иного цвета пламени, нехарактерного для
их свойств, может служить важным подспорьем в проводимых исследо-
/76
ваниях. Особенно важно получить соответствующие сведения от пожар-
ных, приезжающих первыми на пожар.
Нельзя упускать из вида при исследованиях на пожаре возможность
изменения цвета пламени под влиянием его температуры, зависящей, по-
мимо присутствия веществ, от концентрации кислорода в горящей смеси.
При горении древесины, угля, производных нефти цвет их пламени
изменяется в зависимости от температуры следующим образом [182]:
Цвет Слабо красный Кроваво красный Темно вишневый Средне вишневый Светло вишневый Ярко красный
Т-ра,“С 482 566 635 677 746 843
Оранж, ро- зово-красн. Оранже- вый Лимон- ный Светло желтый Оранжево- желтый Белый Ярко белый
899 941 996 1068 1200 1204 1399
Тип горючих веществ может определяться также по наличию и ха-
рактеру дыма. В условиях, благоприятных для полного окисления веще-
ства, сгорание происходит с образованием бесцветного диоксида углеро-
да. При неполном сгорании углерода образуется монооксид углерода, сам
по себе также бесцветный и без запаха газ. Большое влияние на цвет пла-
мени и дымность оказывает, как указывалось выше, присутствие в нем
частиц углерода, образующихся из органических веществ при неполном
сгорании. Содержание водорода проявляется образованием водяного
пара.
В органических материалах часто присутствуют другие элементы,
такие как азот, сера и галогены. Однако, они могут проявляться, сказы-
ваясь на цвете дыма и запахе, в случае присутствия в веществах в боль-
ших, чем обычно, количествах. Присутствие, например, окислов азота в
дыме может способствовать его бурой окраске, хлора - зеленой.
Углеводороды, подобные маслам, требуют в связи с большой мо-
лекулярной массой большего количества воздуха и хорошего смешения с
ним для полного окисления. В большинстве условий возникновения по-
жара этого не достигается и при горении, например, дистилатов нефти и
других высокомолекулярных углеводородов выделяется значительное
количество плотного черного дыма. Черный дым свидетельствует о горе-
нии керосина, бензина, асфальта, битума, гудронированной бумаги, ски-
пидара, угля, синтетической резины, губчатого каучука, некоторых кра-
сок, обивочных материалов, мастики и покрытий для полов.
Плотный черный дым является также индикатором недостаточно-
сти вентиляции помещения в условиях пожара и характеризует степень
его развития. На ранней стадии горения, связанной с тлением и частич-
ным пиролизом горючих веществ, обычно из-за неполноты сгорания на-
177
блюдается выделение плотных и темных облаков дыма до момента, ког-
да образовавшиеся горючие пары вспыхивают, распространяя пламенное
горение. Когда это происходит, дым становится более светлым по окрас-
ке и светопроницаемым или полностью исчезает.
В условиях горения органических материалов при достатке возду-
ха очень часто образуются слабо- или совсем не окрашенные дымы. При-
мером являются упоминавшиеся выше спирты. Дерево и большинство
органических строительных материалов также попадают в эту категорию.
Онн образуют в связи с большим содержанием паров воды белый или слег-
ка серый дым, за исключением того случая, когда подача воздуха весьма
ограничена. Однако, и тогда они не образуют такой плотный и черный
дым, как при горении углеводородов. Горению дерева присущи смолис-
тый запах и кисловатый вкус, сероватый дым со специфическим запахом
и кисловатым вкусом характерен также для горения хлопка. Красновато-
коричневый или желтый дым характерен для горения нитроцеллюлозы,
белый дым указывает на горение фосфора нли магния. Горящий фосфор
выделяет чесночный запах, магний придает дыму металлический привкус.
В условиях развившегося пожара внезапное выделение тяжелого
черного дыма служит указанием о включении новых материалов в про-
цесс горения и создайие благоприятных условий (например, присутствие
ускорителей) для его развития.
1.4.2. Особенности развития пожара
Особенности развития пожара определяются основными фактора-
ми: количеством теплоты, выделяющейся при пожаре и величиной тепло-
потерь. Первый фактор в значительной мере зависит от количества по-
ступающего воздуха, а при его достатке - от количества, свойств, харак-
тера распределения горючих материалов и веществ. Второй фактор в ос-
новном определяется конструкцией здания и особенностями тушения по-
жара н мало зависит от пожарной нагрузки*1 . Пожарной характеристи-
кой конструкции здания (без учета свойств его материалов и их конструк-
тивных особенностей) являются:
размер и форма здания и помещений;
размер и форма окон и дверей:
вид и конструктивные особенности систем вентиляции.
* Общий тепловой потенциал, учитывающий количество горючих веществ
и материалов, приходящееся на 1 м: площади пола здания или сооружения [15].
178
1. 4.2.1. Периоды развития пожара
Процесс развития пожара в помещениях можно разбить на следу-
ющие три периода: период возникновения и нарастания пожара, период
развитого пожара, период затухания. Все эти периоды протекают в зоне
горения и определяют ее размеры.
С момента распространения огня над загоревшимся предметом и
его переброса на соседние объекты пожар достигает условий, при кото-
рых на его развитие начинает влиять ограничение, накладываемое конеч-
ностью замкнутого пространства (помещения). При достаточной венти-
ляции помещения, позволяющей обеспечивать дальнейшее разрастание
масштаба пожара, его характер может быть описан с помощью зависи-
мости средней температуры внутри помещения от времени (рис. 32.1) [26].
Рис. 32.1. Развитие пожара в помещении, выраженное
в виде зависимости средней температуры перо-газовых
продуктов горения от времени. Пунктирной кривой обозначено
уменьшение горючести материала:
1 - период нарастания; 2 - полный охват помещения пламенем;
3 - фаза полностью развитого пожара; 4 - период затухания пожара
Период возникновения и нарастания пожара (см..раздел 1.4.1) час-
то проходит в помещении в следующем режиме. После возникновения ус-
тойчивого очага горения дымообразование может обнаруживаться при-
мерно через 30 с, еще через 30 с дым достигает потолка и распространя-
ется над потолком в виде &лоя, который становится плотнее и горячее по
179
мере развития пожара. Через -2 мин слой начинает излучать тепло, дос-
таточное для зажигания предметов мебели, находящихся в помещении:
мебель (обстановка) загорается при отсутствии непосредственного кон-
такта с пламенем при температуре в пределах 205-259 °C [182]; еще через
I мин температура достигает уровня, при котором возгорается все, что
находится в комнате. Этот момент называется объемной вспышкой, с него
начинается период развитого пожара. Вспышка случается, когда темпе-
ратура быстро поднимается в помещении до 315-370 °C [165].
В упоминаемых ниже работах ВНИИПО (см. с. 228) отмечается,
что от момента возникновения пламенного горения до охвата пламенем
всей поверхности горючих материалов, находящихся в помещении, про-
ходит примерно 15-20 мин. Различия в продолжительности указанных пе-
риодов обусловливаются особенностями пожарной нагрузки и условия-
ми вентиляции.
До момента перерастания пожара в полный охват помещения пла-
менем необходимо, чтобы была превышена скорость горения материалов,
при которой достигается необходимый уровень интенсивности лучисто-
го теплового потока. Отдельные горящие предметы мебели при пожаре
могут привести к полному охвату пламенем помещения, если скорости го-
рения этих предметов достаточно высоки. Так, например, при возгора-
нии отдельного кресла, состоящего из полиуретанового блока, отделан-
ного акриловым покрытием, имитирующим мех, полный охват помеще-
ния пламенем (при интенсивности лучистого потока 20 кВт/м2 на уровне
пола) наблюдался через 280 с после начала возгорания кресла. Максималь-
ное значение скорости горения кресла достигало 150 г/с [26].
Период полностью развитого пожара характеризуется горением
всех горючих предметов в помещении, причем пламя заполняет весь объем
и может вырываться через окна и двери и температура под потолком пре-
вышает 600 "С. Этот этап состоит из периода полного охвата помещения
пламенем и собственно фазы развитого пожара. Период охвата непродол-
жителен по сравнению с длительностью основной части этого и других
этапов, но его можно рассматривать как поворотное событие в развитии
пожара. В этот момент в большинстве случаев обнаруживается пожар, что
создает условия для оценки времени его начала и продолжительности про-
текания.
В период полностью развитого пожара интенсивность тепловыде-
ления достигает максимума, что создает наибольшую угрозу соседним
помещениям и зданиям. Принимается, что окончание периода развитого
горения происходит в момент, когда среднеобъемная температура газов
в помещении уменьшается до 80% от максимального значения [162].
180
Период затухания. В этот период продолжается снижение интен-
сивности горения по мере выгорания летучих продуктов, образующихся
из горючих веществ. В конце концов пламя прекращается, оставляя мас-
су тлеющих в золе углей, которые, хотя и медленно, будут продолжать
гореть в течение некоторого времени, в результате чего будут поддержи-
ваться высокие местные температуры.
1. 4.2.2. Скорость горения пожарной нагрузки - определяющий
Фактор в развитии пожара
При изучении развития пожаров в зданиях данные о скорости го-
рения пожарной нагрузки имеют первостепенное значение. В связи с этим
представляют интерес опыты по изучению скорости горения древесины в
штабелях [162], на основе которых рассматривались особенности, харак-
терные для указанных выше периодов пожара. Результаты опытов пока-
зали: в первом периоде начальный вес материала уменьшается на сравни-
тельно небольшую величину (~на 5% масс, для древесины). Во втором пе-
риоде потеря массы горючего материала достигает максимальной вели-
чины и составляет для древесины ~93,2% масс.*1. Процесс характеризует-
ся пламенным горением в результате выгорания летучих продуктов раз-
ложения материала. В этот период, начиная с изменения массы, пример-
но от 0,8 тд до 0,3 тд(тд- масса древесины, кг), скорость выгорания дре-
весины остается постоянной. В третьем периоде скорость горения пони-
жается до нуля при выгорании образовавшегося угля.
На основе рассмотрения скорости горения штабелей древесины ряд
параметров для указанных периодов выражаются следующими уравнени-
ями:
I. Средняя скорость выхода летучих ( и,, кг/с) в период развитого
пожара
Кл =0,932 К,, кг/с, (67.1)
где Уд - средняя скорость горения древесины, кг/с.
2. Продолжительность периода развитого пожара
т = 0,932 тд/Ид,с (68.1)
*’Теоретические данные, полученные на основе математического модели-
рования. В опытах наблюдалась потеря массы -86%.
181
3. Скорость выгорания угля в период угасания
= 0,068, кг/с (69.1)
4. Скорость выделения теплоты в основной период пожара
q = (0,932 Q„ + 0,068 Qy), мДж/с, (70.1)
где Q, - теплота сгорания летучих, мДж/кг;
Q -теплота сгорания угля, мДж/кг.
Скорость горения регулируется скоростью, с которой в помещение
может поступать воздух. Для условий ограниченной вентиляции весьма
удовлетворительно скорость горения материала штабелей (древесины)
может быть описана соотношением [26]:
= кг/мин (71.1)
или ^=0Д9/^Л , кг/с, (72-0
где: V - скорость горения штабеля из древесины;
F и ht - площадь (м2) и высота расположения вентиляционного про-
ема (м) соответственно.
Формула (72.1) определилась из эмпирического выражения для ско-
рости поступающего потока воздуха, равной
V^0,52/;A‘;? (73.1)
и соотношения V /5,7, где 5,7 - потребность воздуха в кг на 1 кг
выгорающей древесины.
Экспериментальные исследования пожара в помещении размером
2,9x3,75x2,7 м, в котором сжигались штабеля древесины и регистрирова-
лась скорость горения непрерывным взвешиванием горючего материа-
ла, позволили получить зависимость V от F А„|/г, приведенную на рис. 33.1
[26]. Опыты показали, что пожары, перешедшие в режим полного охвата
помещения пламенем, занимают на графике четко определенную узкую
область. При скоростях горения менее 80 г/с режим полного охвата поме-
щения пламенем не наблюдался. Этот предел (V возрастает по мере
увеличения вентиляции в соответствии с эмпирическим выражением:
Уллрака = 50 + ЗЗДГ^, г/с (74.1)
Из графика рис. 33.1 следует, что полный охват помещения пла-
менем не наблюдался при значениях параметра Fh"1 < 0,8 м5'2. Необхо-
димо при этом учитывать, что исследованию подвергался лишь ограни-
ченный диапазон указанного параметра, так что верхний предел для вы-
ражения (74.1) не был определен. Как видно, однако, из рис. 34.1, скорость
горения становится независимой от вентиляции при больших значениях
182
параметра Fh 1П, когда трудно четко зафиксировать переход в режим пол-
ностью развитого пожара (т.е. полного охвата помещения пламенем).
В этом случае на скорость горения начинают оказывать влияние площадь
поверхности и другие характеристики горючести материала и использо-
вание для ее расчета соотношения (71.1) приведет к переоценке скорости
горения.
Рис. 33.1. Зависимость скорости горения от параметра
вентиляции помещения Fh^:
1 - область полного охвата помещения пламенем; 2 - горение,
регулируемое вентиляцией; 3 - горение, регулируемое расходом горючего.
Черными символами обозначены режимы полного охвата помещения
пламенем. Цифры, обозначенные кг, являются характеристиками массы
штабелей древесины, использованных в испытаниях
Режим пожара, регулируемый вентиляцией, соответствует соотно-
шениям:
1) V > V /г,
где К - скорость входящего потока воздуха, определяемая по фор-
муле (73.1);
г - стехиометрическое соотношение воздуха н горючего;
2)Fo/F Л1'2»8-15м','г,
где Fai - площадь стен и потолков закрытого помещения без пло-
щади вентиляционных проемов, м1.
183
Рис. 34.1. Зависимость массовой скорости горения от при
больших вентиляционных проемах и различных пожарных нагрузках
{штабеля древесины):
1 - 74 н/м2; 2 - 157 н/м2; 3 - 294 н/м2; 4 - 58» н/м2; 5 - по формуле (71.1)
применительно к пожару, регулируемому вентиляцией
Прн прочих равных условиях в пределах таких пожаров в помеще-
ниях достигается максимум температуры.
Режим пожара, регулируемый горючим, соответствует соотноше-
ниям:
1) Ъ < УЛ
Наличие пламени на выходе из вентиляционного проема даже при
пожаре, регулируемом горючим, подтверждает тот факт, что отношение
интенсивности поступающего воздуха к интенсивности выделения лету-
чих продуктов должно на практике несколько превышать стехиометри-
ческое соотношение г.
2) Fm/Ft ht'!2< 8-10 м- [26]
184
Предложен метод расчета вида возможного режима пожара в по-
мещении в зависимости от пожарной нагрузки. Он приведен на с. 206. Бо-
лее развернутая поверхность деревянных изделий в отличие от поверхнос-
ти штабелей из древесины (на основе изучения условий их горения полу-
чены указанные формулы) может гореть в определенных условиях значи-
тельно быстрее.
Данные исследований показывают, что скорость горения материа-
лов, не содержащих целлюлозу, также может быть значительно выше, чем
рассчитываемая по формуле (72.1). Поэтому полный охват помещения
пламенем может быть достигнут для некоторых горючих не целлюлозных
материалов при площадях очагов, составляющих лишь одну десятую от
того значения, которое требуется для очагов древесины. На это указыва-
ют приведенные выше данные, а также результаты опытов с этанолом [26],
позволивших сопоставить экспериментальные и расчетные (по формуле
72.1) данные о влиянии площади очага горения (F^) и свойства горючес-
ти веществ на скорость их горения. Скорости выгорания этанола, полу-
ченные опытным путем (горение вещества изучалось в помещении разме-
рами: ширина -2 м, длина и высота по 1 м) и рассчитанные по формуле
(72.1), отличались следующим образом (см. рис. 35.1). При соотношениях
F h'n/F0 > 1,25 рассчитанная скорость горения вещества получалась боль-
ше фактической, тогда как при F ht'12 / Fo< 1,25 наблюдалось обратное
явление. В этом случае сказывалось превалирующее влияние роста пло-
щади поверхности очага (Fo), более развернутой и подверженной (согласно
свойству этанола) активному горению по сравнению со штабелями дре-
весины. По-видимому, между соответствующими кривыми, приведенны-
ми на рис. 35.1, будут располагаться данные зависимости Vu=f (Fth'n / Fo)
для веществ и материалов, скорость горения V* которых лежит в преде-
лах величин, характерных для древесины и этанола. Влияние площадей
поверхности очага и параметров вентиляции на скорость горения неко-
торых горючих материалов показана также в таблице 31.1 [26].
Из данных таблицы 31.1 видно, что с увеличением площади очага
увеличивается скорость горения продукта; четко проявляется зависимость
f от площади поверхности горючего и параметра вентиляции.
185
V , г/с
м’
ю -
F Л|Л
______I. ।___i____1___I___।___ui м 1 п
0 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0_____'
Рис. 35.1. Зависимость значений скорости горения (VJ
этанола, полученных опытным путем и расчетом,
р. if1
от величины соотношения / а
К
--------V* этанола, г/с (опытные данные);
--------V* этанола, г/с (подсчитана по формуле 72.1)
Таблица 31.1
Скорости горения при открытых и закрытых пожарах хранилищ
горючего вещества
Тип горючего вещества Площадь очага, м’ Скорость горения при открытом пожаре, г/с, v„ Параметр вентиляциидля закрытого пожара. F„h., м®2
0.25 0.50
V» Пс 4г $ ч К. г/с 4г °C
Промышленные мети* лированные спирты 0,168 3,5 19 0,41 880 26 0,09 1060
_ •< _ 0,372 8,8 30 0,63 780 <2. 0,47 950
Полиэтилен 0,168 3,7 10 0,25 980 - -0,9 -
_ “ _ 0,372 8,4 14 0,48 890 26 0,45 1150
Полиметилметакрилат 0,168 5,1 12 0,025 910 - -2,2 -
“ 0,372 7,4 21 0,45 820 31 0,30 1030
Примечания: f коэффициент и1б[.пка горючего. При стехиометрическом режиме
т орсния/;г = 0, (Voj=r V).
принимает положительные значения при наличии несгоревших летучих
продуктов, покидающих помещение, и допущении полного расхода кислорода,
содержащегося в воздухе, поступающем в помещение
максимальный подъем температуры под потолком по сравнению с температурой
окружающей среды.
186
1,4.2.3. Особенности развития пожара, характеризуемые
состоянием и поведением материалов и конструктивных
элементов в этом процессе
Возникновение пожара в небольших замкнутых объемах (закрытые
оконные и дверные проемы помещения) способствует протеканию про-
цесса горения в условиях недостаточного газообмена. Последний, ухуд-
шаясь в результате заполнения объема помещения продуктами сгорания,
может привести процесс пламенного горения к тлению с последующим
полным его прекращением, Этому способствует уменьшение концентра-
ции кислорода за счет разбавления воздуха газообразными продуктами
сгорания.
Лимитирование поступления воздуха в помещение обусловливает,
как указывалось выше, протекание процесса горения с превалирующим
образованием монооксида углерода и других горючих продуктов, вклю-
чающих углеводороды и частицы сажи и копоти, Аккумулирующаяся в
помещении смесь этих продуктов может при внезапном поступлении кис-
лорода воздуха за счет открытия окон или дверей быстро воспламенить-
ся и сгореть с возрастанием давления и другими эффектами взрыва.
В помещении при отсутствии тяги развитие огня в горизонтальном
направлении относительно невелико. Момент вспышки значительно из-
меняет это положение. Такое же изменение наблюдается при наличии
примыкающего к помещению длинного коридора, в конце которого име-
ется открытое окно. В этом случае природа горения резко изменяется. Его
быстрое развитие как в вертикальном, так и горизонтальном направле-
ниях подтверждается трагическими примерами пожаров в гостиницах и
больницах.
Как отмечалось выше, при исследовании пожара важно знать ско-
рость его развития. Некоторые признаки, позволяющие визуально судить
об этом, приведены в табл. 32.1 [74, 94].
Наличие или отсутствие четко выраженной границы перехода зоны
горения в зону теплового воздействия является также одним из отличи-
тельных признаков развития пожара в зависимости от условий вентили-
рования горящего объекта.
В благоприятных по кислороду условиях газообмена горением ох-
ватывается довольно быстро обширная площадь и разрушения в зоне го-
рения происходит во много раз быстрее. Поэтому очаговые поражения
не носят четко выраженного локального характера. Способствовать бо-
лее четкому проявлению очаговых поражений могут условия, при кото-
рых, например, зона интенсивного пиролиза и горения постепенно осла-
187
бевайг от места поступления воздуха (оконные н дверные проемы) до наи-
более удаленного от него участка. Таковым может явиться дальняя стена
помещения, где возможно возникновение первичного очага с сохранени-
ем характерных признаков.
Таблица 32.1
Визуальные признаки скорости развития пожара
Признаки медленного развития пожара Признаки быстрого развития пожара и высокого теплового . . .
1. Образование на поверхности древеси-
ны тусклого угля с небольшими блеклыми
обожженными трещинами"1.
1. Образование горбатой (большие
круглые вздутия) и блестящей по-
верхности (с раковинами в угле),
подобной структуре крокодиловой
кожи"1.
2. При рассмотрении обугленности дре- весины в продольном сечении заметен толстый слой, подвергшийся пиролитиче- скому разложению, между углем и неиз- менной частью материала (рис. 36.1) [94]. Отсутствует отличительная линия между обугленными и необугленными секциями 2. Наличие отличительной линии между обугленными и необуглен- ными секциями древесины, про- дольно расположенными волок- нам"!.
древесины,расположенными продольно
волокнам"1.
3. Образование широкого угла ^"-образ- ного следа пожара на поверхностях стен и других конструктивных элементах. 3. Растрескивание бетона, являю- щееся результатом быстрого вски- пания содержавшейся в нем влаги.
4. Однообразное повреждение потолка. 4. Образование узкого остроконеч- ного “\/"-образного следа.
5. Наличие больших кусков оконных сте- кол, содержащих тяжелые отложения копоти. Смолистые налеты на холодных поверхностях помещения (стены, двери) также большей частью указывают на дли- тельный тлеющий пожар без доступа воз- 5. Треснувшие, неправильной кон- фигурации куски стекол с легкими дымовыми отложениями. 6. Присутствие расплавленного стекла**’1.
АУха.
Примечания:
*' Данные наблюдений могут изменяться в зависимости от присутствия
на поверхности древесины красочных или других покрытий, свойства которых
будут оказывать влияние на ее поведение.
**’ Образованию увеличенной зоны пиролитического разложения наря-
ду с большой толщиной угольного слоя способствует длительный прогрев ма-
териала. Активная передача тепла в случае большой скорости пожара создает
188
условия для более глубокого переугливания и сужения тем самым слоя, где про-
исходил пиролитический процесс.
***> Куски стекла, находимые с оплавленными, закругленными краями,
указывают на воздействие температур в пределах 760-8 71 “С (обычная точка раз-
мягчения стекла). Стекла, не имеющие четко обозначенную точку размягчения,
плавятся примерно между 1100-1400 °C [74]. Вэтом случае присутствие расплав-
ленного стекла указывает на нагрев в результате интенсивного пожара. Следу-
ет, однако, отметить, что тонкие стекла требуют много меньше времени для плав-
ления при воздействии высоких температур по сравнению с толстыми стекла-
ми. В связи с этим расплавленное стекло электролампочек, например, может
показать лишь наличие короткого проявления высокотемпературного нагрева.
А
Б
Рис. 36.1. Изменение обугленности древесины в
продольном сечении в зависимости от скорости
развития пожара (А - медленное горание,
Б - быстрое горение)
Вне очага пожара или очага местного более активного горения пол
менее других конструкций подвержен разрушениям (особенно при отсут-
ствии разлива горючих жидкостей и рассыпания плавящихся горючих ве-
ществ). Наличие в полу щелей и повреждений способствует более значи-
тельному разрушению элементов пола. При благоприятных условиях га-
зообмена пол может обгорать и снаружи, т. е. с противоположной месту
пожара стороны. Чаще всего горение пола начинается на стыках и в ще-
лях. Тем не менее полы редко представляют опасность, подобную потол-
кам, даже в случае значительного развития пожара. Это объясняется кон-
центрацией тепла под потолком. Кроме того, некоторые материалы по-
189
толка, падая, могут оказывать защиту полу, но это не распространяется
на пластики, содержащиеся во внутренней отделке помещения и способ-
ные плавиться и при попадании в жидком и горящем состоянии на пол
вызывать его горение. Причем развитая и горючая поверхность пола в
этом случае может служить ускорителем процесса горения.
Пол под мебелью или основанием других предметов при возник-
новении пожара в другом месте, как правило, не загорается. При развив-
шемся пожаре сгорает мебель или другие предметы, а на полу формиру-
ются признаки, указывающие на отсутствие очага в этом месте. При го-
рении содержимого помещения большие (чем на полу) повреждения на-
блюдаются на соответствующих участках стен и потолков.
Поток нагретых дыма и газов скапливается под потолком, кото-
рый, нагреваясь, создает обратный лучистый тепловой поток от потолка
к горючему, т. к. температура потолка увеличивается, что резко повыша-
ет интенсивность горения горючего. Например, интенсивность горения
при пожаре спирта в малом ограниченном пространстве может достигать
восьмикратного увеличения по сравнению со значением аналогичной ве-
личины для пожара на открытом месте.
Для наступления полного охвата пламенем помещения требуется,
как указывалось выше, тепловой поток интенсивностью примерно
20 кВт/м2 на уровне пола. Этой интенсивности более чем достаточно для
зажигания и быстрой переброски пламени на поверхности большинства
возгораемых материалов. Полный охват помещения пламенем наступал
только тогда, когда скорость горения превосходила 40 г/с (для штабелей
древесины) [26]. Температура потолка при этом наблюдалась в ряде ис-
следований -600 °C (высота помещения, где проводились эксперименты,
составляла 2,7 м).
Подвергаясь воздействию огня, потолки могут терять прочность
значительно раньше того, как пожар получил значительное развитие. Эту
особенность следует учитывать при исследовании пожара.
Как уже отмечалось, на стадии развившегося пожара при темпера-
туре 800 еС и выше превалирующее значение имеет перенос тепла излуче-
нием, не зависящим от направления движения воздушных потоков. По-
этому весьма важно при исследовании пожара учитывать радиацию как
бесконтактный источник зажигания, действующий на расстоянии, что
может объяснить в ряде случаев возникновение горения элементов конст-
рукций, расположенных в стороне от основного направления развития
пожара, и его ускорение. Следует отметить также значение фактора теп-
лопроводности. Он может способствовать в определенных условиях рас-
пространению огня по вертикальной поверхности вниз, о чем свидетель-
ствует, например, рис. 37.1 [16].
190
Рис. 37.1. Вид необгоревшей (а результате экранирования) части
стены (поверхность белого цвета), у которой стоял стол,
свидетельствует о том, что огонь распространялся сверху
Многие пожары возникают при горении, распространяемом сверху
вниз. Так, например, пластики при зажигании образуют горящие капли,
падающие на пол. Они могут возбудить горение вне первичного очага
пожара. Нагретые газы, воздействующие на деревянные элементы у по-
толка, также могут зажечь их, способствуя падению отдельных горючих
кусков, поджигающих в свою очередь горючие вещества и материалы в
любом месте на полу.
Участки деревянных стен, закрытые расположенными возле них
материалами, могут при пожаре сохраниться лучше в результате защит-
ного действия последних. Выше расположенные открытые элементы кон-
струкций будут иметь в этом случае более отчетливо выраженные мест-
ные разрушения.
Защищенные площади от действия тепла и пламени, обнаруженные
на пожаре, должны учитываться при его исследовании, так как могут
объяснить условия развития пожара. Для этого надо выявить, какие пред-
меты послужили их защитой, обнаружить предметы, могущие выполнить
эту задачу, и восстановить их первоначальное местонахождение. Обнару-
жение одного из таких предметов даже вдалеке от места, где поверхность
оказалась защищенной, может явиться результатом его передвижки при
тушении или при очистке от мусора после пожара. Следует однако учи-
191
тывать, что обнаруживаемые следы на стене менее характерны, чем на
полу. Это обусловливается тем, что горючие мебель и другие предметы
сами горят и разрушаются и вместо защиты стены позади них могут лишь
помогать усилению ее горения. В этих условиях такие следы не могут спо-
собствовать обнаружению первоначального месторасположения мебели
и других предметов, ибо теряется контур их расположения.
Защита стены за мебелью может наблюдаться при начальном ло-
кальном огне, когда у краев мебели и над ее ерхо.м происходит более силь-
ное выгорание стены, способствуя образованию контура. В условиях дей-
ствия развившегося пожара этот эффект может не наблюдаться.
Распространение горения по горючей теплоизоляции, расположен-
ной в пустотах стен из негорючего материала с достаточной огнестойкос-
тью, определяется в основном шириной зазора между теплоизоляцией и
внутренней стенной полостью, а также возможностью притока свежего
воздуха в эту полость. Интенсивное распространение пламени по пенопо-
лиуретановой изоляции наблюдается при ширине зазора 25 мм и больше.
В теплоизолированных помещениях внутренней пожар развивает-
ся активнее: время до общей вспышки резко сокращается, а рост темпера-
туры после общей вспышки на 150-200 °C превышает температуру в со-
ответствующие моменты времени в аналогичном помещении, не имеющем
дополнительной теплоизоляции. На общей длительности пожара наличие
теплоизоляции в стенах практически не сказывается [167].
Несмотря на повсеместное применение железобетонных, металли-
ческих и пластмассовых изделий в строительстве, древесина достаточно
широко используется в качестве стройматериала. В отличие от синтети-
ческих материалов она из-за волокнистой структуры является неоднород-
ным и неизотропным материалом, т. е. многие ее свойства меняются в за-
висимости от направления, в котором они измеряются. Так теплопровод-
ность древесины в направлении, параллельном волокнам, примерно в два
раза больше теплопроводности поперек волокна. Еще больше разница в
газопроницаемости, соотношение значений которой в указанных направ-
лениях составляет 103: 1 [26]. Последнее оказывает существенное влияние
на распространение продуктов разложения древесины, которые легче миг-
рируют вдоль ее волокон нежели под прямым углом к ним. Свидетель-
ством этого свойства древесины может быть более легкое возгорание с
торца вертикально поставленного бруса и появление летучих веществ с
его противоположной стороны.
Поведение древесины и конструкций из нее при нагреве характери-
зуется следующими особенностями. Температура воспламенения древеси-
ны лежит в пределах 214-255 "С (см. табл. 18.1) (около 220 °C [182]). Тем-
пература 80 °C (около 90 "С [ 182]) - наивысшая температура, при которой
192
может длительно нагреваться древесина без риска ее загорания. Паровая
труба или труба с горячей водой с температурой поверхности выше 100 °C
способствует через определенный промежуток времени контакта с древе-
синой образованию угля, склонного к самовозгоранию. При температуре
свыше 300 °C происходит быстрое физическое разрушение древесины, ко-
торое начинается на поверхности ее углистого остатка с появлением не-
больших трещин, перпендикулярных направлению волокон. Это позво-
ляет летучим продуктам просачиваться через поврежденную поверхность
из внутренних слоев, где произошло нх образование. Сравнительно не-
большое содержание летучих в древесном угле при температуре порядка
500 °C (содержание углерода ~90%) определяет зависимость интенсивно-
сти горения угля, главным образом, от степени контактирования поверх-
ности угольной массы с кислородом воздуха. Чем выше воздухопроница-
емость (пористость) угля, тем интенсивнее тепловыделение процесса го-
рения. Влияние на этот процесс оказывает также состав золы, получаю-
щейся в результате тления [97]. По мере увеличения слоя угля трещины
расширяются, что со временем приводит к упомянутой выше характер-
ной картине растрескивания его поверхности. Обнаружение такого явле-
ния в зданиях, поврежденных пожаром, может дать известное представ-
ление об интенсивности развития пожара.
Древесина в период развитого пожара выгорает почти с постоян-
ной скоростью. Температурный перепад в процессе развития горения до-
стигает величин, начиная с температуры воспламенения древесины (для
сосновой - 225 °C [21]) до температуры порядка 1100 °C, наблюдающейся
при длительных пожарах [168]. Теоретическая (tT) и действительная (t)
температуры горения различных пород древесины представлены
в табл. 33.1 [29].
Таблица 33.1
Температура пламени различных пород древесины
Температура, ’С Породы древесины
Береза Сосна Ольха Ель
tT 1575 1605 1583 1590
1069 1090 1177 1080
При местных температурах в 1100 °C, развиваемых во время пожа-
ров в зданиях, интенсивность излучения черного тела составляет 200 кВт/м!
и скорость горения древесины достигает примерно 4,4 мм/мин.
193
Скорость выгорания древесины зависит от скорости нагрева, ее
плотности, влажности, расположения поверхности горения по отношению
к направлению теплового потока.
Как можно видеть на рис. 38.1, скорость обугливания древесины
Vg (мм/мин) существенно меняется в зависимости от интенсивности теп-
лового потока (/, кВт/м2) согласно формуле
Vg= 2,2 Ю!/. (75.1)
Рис. 38.1. Изменение скорости обугливания древесины
а зависимости от лучистого теплового потока
Тем не менее в литературе [169, 182]. в частности в той, что касает-
ся расследования пожаров, традиционно приводится линейная скорость
горения древесины 0,6-1,1 мм/мин. Эти цифры берутся из наблюдений за
толщиной углистого слоя деревянных балок и стоек, которые подверга-
лись стандартным огневым испытаниям [141]. В соответствии с ними от-
мечается, что для мягкой древесины плотностью 400-500 кг/м3 скорость
выгорания составляет —0,6 мм/мин и в жестких условиях не превышает
1,1 мм/мин. Твердая древесина плотностью 600-800 кг/м3 выгорает со ско-
194
ростью 0,3-0.6 мм/мин. Поверхность деревянных колонн выгорает с мень-
шей скоростью, чем поверхность балок, а у последних с наименьшей ско-
ростью выгорают верхние и боковые поверхности и с наибольшей - их
нижние поверхности.
Отмечаются следующие средние скорости обугливания древесины
(сосна и ель) в конструкциях [72]: массивные конструктивные элементы
(сплошные стойки, балки и т. п.) сечением не менее 150x150 мм -
0,6 мм/мин, дощатые обшивки, перегородки из досок толщиной 15-20 мм
-0,8-1,0 мм/мин. Линейная скорость распространения пламени по древе-
сине составляет 0,8-1,2 м/мин; в вертикальном направлении по обоям и
стенам линейная скорость горения равняется -1,6-2,4 м/мин.
При сгорании 1 кг древесины образуется 4,9 м3 продуктов горения
при температуре 20 °C [169]. Огиезащищенная методом пропитки древе-
сина обугливается практически с той же скоростью, что и незазищенная.
Различие этих типов древесины - в степени возгораемости и скорости рас-
пространения огня по поверхности. Скорость выгорания фанеры одина-
ковая с древесиной, у древесно-стружечных плит - выше н составляет око-
ло 1,1 мм/мин.
Чем старее древесина, тем быстрее она горит, выделяя меньше теп-
лоты; обуглившийся слой у старой древесины глубже. На глубину обуг-
ливания древесины сказывается наличие естественной и искусственной
вентиляции. При ее наличии глубина обуглившегося слоя возрастает [170].
Исследования, проведенные в ПФ ВНИИПО [171], показали нали-
чие зависимости ряда физико-химических свойств угля, образующегося в
условиях обугливания древесины, приближенных к пожару, от темпера-
туры ее нагрева и продолжительности теплового воздействия.
Выявлено, что с температурой и продолжительностью нагрева наи-
лучшим образом коррелируются следующие свойства древесных углей:
электрическое сопротивление, элементарный состав (атомное соотноше-
ние Н/С), функциональный состав (по данным ИК-спектроскопии). С воз-
растанием температуры и продолжительности нагрева: уменьшается от
50 до 10-15% масс, остаточное содержание летучих веществ в угле, сни-
жается в интервале 0,7-0,2 атомное соотношение Н/С, показывающее,
сколько в среднем атомов водорода приходится в угле на один атом угле-
рода (в древесине Н/С = 1,53): падает в интервале от lO’-lO10 Ом до еди-
ниц Ома электросопротивление древесных углей.
Анализ экспериментальных данных, полученных в указанных ис-
следованиях при различных тепловых потоках и условиях воздухообме-
на, показал, что в первом приближении зависимость глубины обуглива-
ния от времени при разных средневременных температурах близка к пря-
195
молинейной (рис. 39.1). Из данных рис. 39.1 следует, что глубина обугли-
вания h, мм, соответствующая скорости этого процесса ~1 мм/мин, на-
блюдается при средневременных температурах, лежащих выше 540 “С.
Рис. 39.1. Зависимость глубины обугливания древесины (h)
от длительности горения (г) при средневременных
температурах.
При огневых испытаниях на огнестойкость по стандартному тем-
пературному режиму [141], характеризующемуся воздействием иа деревян-
ные конструкции (перегородки) средневременной температуры 695 °C в
течение 30 мин нагрева, достигается примерно такая же скорость обугли-
вания. В экспериментальных пожарах получены скорости выгорания дре-
весины до 0,009 кг/м2мин, что также соответствует линейной скорости ее
выгорания (при плотности древесины 500 кг/м3) примерно 1,0 мм/мин [162].
Следует однако учитывать, что обугливание - объемный, а не ли-
нейный процесс. Он зависит от многих факторов, связанных с физико-хи-
мическими свойствами материала, а также от интенсивности пожара. По-
этому нельзя точно определить его продолжительность только по глуби-
не обугливания. Такая оценка будет носить сугубо ориентировочный ха-
рактер.
Полимеры прн горении в результате быстрого разложения обна-
руживают склонность к диспергированию частиц. Особенно склонны к
этому процессу полимеры сетчатого строения. Диспергирование значи-
тельно увеличивает эффективную скорость выгорания такого материала.
196
Для полимеров характерен еще одни вид переноса тепла. Он свя-
зан с чисто механическим процессом движения горячего расплава поли-
мера. Этот вид теплопередачи присущ термопластам, плавящимся при
нагревании. В процессе горения такие полимеры образуют плав и капли,
способные растекаться н разбрызгиваться в горящем состоянии, что слу-
жит, как указывалось выше, дополнительным стимулирующим фактором
для развития пожара. В табл. 34.1 приведены некоторые параметры, ха-
рактеризующие условия горения полимеров на воздухе.
Таблица 34.1
Некоторые параметры горения полимеров на воздухе
в условиях естественной конвекции [132]
Полимер •к Л. Вт/см2 Л Вт/см2 Л, Вт/см2 10*-К, г/см2с Г
Полиоксиметилен 1400 5 17,5 6,7 6,5 1,0
Полиметилмета-
крилат 1400 20,1 7,62 10,7 10,5 0,85
Полиакрилнитрил 1350 28,1 6,84 18,2 8,5 0,87
Полистирол 1190 37,2 2,9 14,6 14,5 0,57
Обозначения: Г - температура пламени; J - поток тепла излучения на
полимер; J - конвективный тепловой поток от пламени на полимер; J - излу-
чение тепла поверхностью полимера; V* - массовая скорость горения; у - пол-
нота сгорания.
Из таблицы видно, что полистирол, который характеризуется наи-
меньшей полнотой сгорания и большим излучением от пламени, горит
быстрее остальных материалов. Вследствие больших потерь тепла за счет
излучения температура пламени полистирола получается ниже темпера-
туры пламени других испытанных материалов. Температуры пламени по-
липропилена, полиэтилена и полиметилметакрилата, приведенные в ра-
боте [172], составляют соответственно I280, 1680и 1650 °C. Существенное
различие между температурами пламени полиметилметакрилата, приве-
денными в табл. 34.1 ив работе [172], лишний раз указывает на зависи-
мость получаемых параметров от условий, в которых протекает процесс
горения материала.
Одно из решающих влияний на процесс горения оказывает содер-
жание в атмосфере, где он протекает, окислителя. Углеводороды, подоб-
ные бензину, имеют потребность в кислороде, примерно равную 3,5 кг на
197
1 кг горючего или воздуха - 13,7 м3. Бумага имеет много меньшую по-
требность в кислороде, составляющую 1,2 кг на 1 кг горючего или возду-
ха - 4,71 м3 [74]. Многие другие обыкновенные горючие вещества харак-
теризуются потребностью в кислороде, лежащей между этими предела-
ми. Отмечается [182] однако, что при сгорании обстановки в помещении
вовлекается в реакцию ее превращения в газообразные продукты и дым
примерно 20 кг воздуха на 1 кг составляющих обстановку материалов.
Это количество воздуха соответствует объему в нормальных условиях
15,5 м3.
Для 50 кг обстановки, полностью разрушенной в огне и образовав-
шей 45 кг газообразных продуктов и дыма и 5 кг остатков, потребуется в
таком случае воздуха 20 • 45 = 900 кг. Общая сумма газообразных про-
дуктов и дыма составит при пожаре 945 кг. Принимая среднюю темпера-
туру газообразных продуктов и ды.ма равной 265 °C и примерное соот-
ветствие 1 кг этих продуктов 1 кг воздуха и объему в 1,54 м3, получаем
общий объем для указанной массы продуктов 1,54 • 945 » 1450 м3. Этот
объем газообразных продуктов и дыма может наполнить 40 комнат раз-
мером 3 х 4 х 3 м.
Пламенное горение, например, древесины в воздухе возможно при
условии содержания в нем кислорода не менее 15% об. При уменьшении
его концентрации начинается процесс тления. Снижение концентрации
кислорода ниже 14% (об.) прекращает и этот процесс. Расчеты показыва-
ют, что концентрация кислорода ниже 15% (об.) в закрытом помещении
объемом 100 м3 может быть достигнута при полном сгорании, например,
5300 г древесины (обычная полка для книг размером 100 х 30 х 2,5 см при
плотности материала ~ 0,8 г/см’ и влажности 12%); 3600 мл нормального
октана или 3300 г полиамидного волокна (например, в виде нейлоновой
гардины размером.2 х 8 м и массой 1 мг - 200г) [16].
По наличию окалины, а также оплавлений различных материалов,
сплавов н других негорючих веществ й материалов, имевшихся на горя-
щем объекте, можно ориентировочно судить о температурном режиме в
зоне горения. Значения температур плавления для некоторых веществ и
материалов приведены в табл. 35.1.
Особенности изменений вида изделий из некоторых материалов под
влиянием температуры приведены в табл. 36.1 [182, 206].
Гладкая поверхность черного металла изменяет свой цвет под воз-
действием температуры следующим образом (табл. 37.1) [94].
Более подробные данные приводятся в табл. 38.1 [74].
Стальные конструкции теряют свою несущую способность при
600 °C. Прочность стали на разрыв и сжатие уменьшается на половину от
ее первоначальной величины при температуре 538-593 "С.
198
Таблица 35.1
Температуры плавления веществ и материалов
Вещество или материал Температура плавления, °C Вещество или материал Температура, плавления, ’с
Алюминий Медь Олово Свинец Асфальт для мостовых Бронза (80% Си, 20% Sn) Диабаз, базальт Сталь Каучук 660 1083 231,9 327 105 900 1300-1350 1300-1450 125 Латунь (70% Си, 30% Zn) Нафталин Парафин Поваренная соль Стекло Фарфор Чугун белый Чугун серый Кварц Портланд-цемент Силикатный кирпич Шамотный кирпич 950 80 54 770 900-1200 1550 1130 1200 1477 1530-1670 1700-1800 1580-1800
Таблица 36.1
Изменения вида изделий под влиянием температуры
Материал Изделия Изменения Температура, °C
Свинец Арматура, гидро- изоляция, орна- менты, игрушки Образование острых углов или капель 327-350
Цинк Арматура Образование капель 419
Алюминий и сплавы Небольшие части машин, скобы, кронштейны, кон- соли, арматура Образование капель 658
Литое стекло Гофрированное оконное стекло, консервные банки, прозрачные и не- прозрачные Размягченность или липкость Округленность Легкая текучесть 700-750 750 800-900
199
Окончание табл. 36.1
Материал ' Изделия Изменения Температура,
Листовое стекло Окна, пластины ударопрочного стекла Размягчение или липкость Округленность 700-750 800
Легкая текучесть 850-900
Серебро Ювелирные изде- лия Острые углы, округ- ленность, образова- • ние капель 960
Латунь Дверные ручки, лотки, желоба; монеты, шпингале- ты, детали замков Острые углы, округ- ленность, образова- ние капель 900-1000
Бронза Оконные детали, колокольчики, звонки Острые углы, округ- ленность, образование капель 1000
Медь Электрические провода Острые углы, округ- ленность, образование капель 1100
Формованное железо Трубы, радиаторы, станины машин Изменение формы 1300
Таблица 37.1
Изменение цвета нагретой металлической поверхности
в зависимости от ее температуры
Цвет Примерные температуры, °C
Слабо-красный 500-600
Темно-красный 600-800
Ярко красный 800-1000
Желто-красный 1000-1200
Ярко желтый 1200-1400
Белый 1400-1600
200
Таблица 38.1
Цвета, приобретаемые железом и сталью при нагреве
Появле- ние цве- та Нет изме- нений Темно- крас- ный Темно- крас- ный до вишне- вого Вишне- вый до светло- вишне- вого Светло- вишне- вый до оранже- вого Оран- жевый до жел-г того Желтый до свет- ло-жел- того Светло- желтый до бе- лого
Темпера- тура, °C менее 475 475- 650 650- 750 750- 815 815- 900 900- 1090 1090- 1315 1315- 1540
Критическими факторами на пожаре могут явиться также высокая
теплопроводность стали и значительное ее тепловое расширение. Напри-
мер, стальной элемент длиной 6 м удлиняется почти на 50 мм при нагреве
до температуры 538 °C. Противодействие этому удлинению в местах зак-
репления может привести к деформации и структурному разрушению на
участках, удаленных от очага пожара.
Алюминий и его сплавы теряют свою несущую способность при
250-300 °C. В литературе [167, 173] приведены данные зависимости кри-
тической температуры несущих алюминиевых колонн и балок от состава
сплавов и нагрузки на них, а также формулы для расчета этой температу-
ры.
Плавление и размягчение материалов способствует падению потол-
ков, которые могут тем самым, как отмечалось выше, защитить горючие
материалы от огня на уровне пола. Разрушения возникают и при охлаж-
дении и сжатии материалов (например, металлов под влиянием воды), ра-
нее нагретых до высоких температур. При воздействии огня многие ка-
менные стены остаются неповрежденными, однако сильное термическое
воздействие на некоторые их поверхности (обычно внутренние поверхно-
сти) иногда приводит к наклону стен в верхней части и разрушению. По-
вреждения каменных стен зависят в большой степени от количества свя-
зующего в местах соединений. Разрушения происходят также от падения
поддерживающих элементов, балок или ферм, термического расширения
междуэтажного перекрытия. Разрушению может способствовать перегруз-
ка несущих элементов, а также взрыв.
Бетон имеет высокое сопротивление сжатию и низкий предел проч-
ности на разрыв. При воздействии температуры сопротивление сжатию
бетона уменьшается, достигая, например при 593 °C, половины нормаль-
ной величины [74]. При воздействии быстро возрастающей температуры
бетон чувствителен к растрескиванию. Растрескивание бетона наблюда-
2(П
лось при температуре более 1000 °C. Такая температура достигалась при
воздействии горящего бензина. Замечено, что горящая древесина, смочен-
ная горючей жидкостью, вызывает растрескивание бетона на расстоянии
от него, при котором одно пламя бензина не оказывает соответствующе-
го действия [182]. Процесс растрескивания может происходить под влия-
нием содержащейся в бетоне влаги (обычно свыше 5%), типа сооружения
и нагрузки сжатия. Повреждение бетона, наступающее при температуре
примерно 427 °C. делает его конструктивно ненадежным. Введение сталь-
ных полос или стержней в бетон позволяет получить композит с повы-
шенной сопротивляемостью разрыву (железобетон). В этом случае рас-
трескивание бетона при воздействии огня возможно в местах удаления от
металлического каркаса. Прочность железобетона зависит от степени кон-
тактной связи между сталью и бетоном.
При исследовании места пожара иногда находят расплавы магния,
плавящегося при температуре 660 ’С. Латунь в зависимости от состава
плавится при температурах 875-980 “С. Присутствие ее расплавов среди
сгоревших конструкций - довольно редкое явление, но их наличие может
помочь в установлении участка помещения, подвергавшегося более силь-
ному температурному воздействию по сравнению с другими его частями.
Медь обычно присутствует в виде трубок для воды и электрических про-
водов. Плавится около 1080 ‘’С. Ее нахождение в расплавленном состоя-
нии показывает минимальную температуру, которая развивалась в дан-
ном месте. Используя эти данные, эксперт должен установить наличие ус-
ловий, обеспечивающих такую высокую температуру. Они могут явиться
результатом влияния вентиляции или особенностей горючего, могущего
содержать добавки, ускоряющие процесс горения. При окислении меди
на воздухе образуется черный оксид меди на ее поверхности. Степень окис-
ления медной проволоки может служить индикатором условий, которые
имели место в точке экспозиции. Однако изолированные медные провода
не подвергаются окислению из-за затрудненности доступа воздуха, а так-
же образования восстановительной атмосферы при разложении изолиру-
ющих материалов.
Материалы с малой объемной плотностью подвергаются более глу-
боким изменениям и разрушениям по сравнению с более плотными мате-
риалами. Плотный картон часто служит защитой деревянного пола под
ним, потому что нижняя его часть, соприкасающаяся с полом, не может
хорошо гореть из-за недостатка воздуха.
Колбы электрических лампочек начинают увеличиваться в разме-
рах (разбухать) и разрушаться при температурах 482-538 ‘‘С [74].
Пластики на уровне потолка могут размягчаться и плавиться при
температуре порядка 93-204 "С.
202
Объекты из стекла, включающие оконные стекла, часто служат клю-
чом для изучения условий развития пожара. Стекла, не препятствующие
движению огня, имеют большие отложения копоти и дыма, чем стекла,
создающие препятствие для его развития. Оконные стекла при воздействии
огня, стремясь увеличиваться в размерах, растрескиваются. Часть стекол
обычно выпадает из рамы, а часть остается в ее пределах.
Стеклянные фрагменты могут разрушаться под влиянием механи-
ческого или термического воздействия. Если обнаруженные остатки рас-
трескавшегося стекла оплавлены в условиях пожара, что фиксируется при
отборе образцов, то имеется основание полагать, что растрескивание стек-
ла произошло под воздействием механического фактора, если не оплав-
лены - то под влиянием теплового воздействия. Обнаруженные кривые
трещины (изломы), образовавшиеся на краях стеклянных фрагментов, слу-
жат дополнительным указанием, что их причиной явилось механическое
воздействие. Зафиксированная форма этих конхоидных трещин может по-
мочь установить, с какой стороны стекла воздействовала сила. Отсутствие
таких линий трещин позволяет полагать о термическом воздействии. При
мгновенном ударе, способствующем поломке стекла, его осколки могут
разбрасываться по меньшей мере на 3 м в направлении разбивающей силы.
Наличие или отсутствие копоти, сажи, пепла на краях разломанно-
го стекла позволяет выявить его поломку до или после пожара. Очевид-
но, что такие отложения на растрескавшихся гранях стекла могут образов
вываться при условии, что поломка произошла до пожара или в ранней
его стадии. Стекло со следами копоти, найденное на полу комнаты под
строительным мусором, дает основание считать, что окно было разбито
до или в ранней стадии пожара. Стекло, найденное лежащим сверху стро-
ительного мусора, образовавшегося при пожаре, позволяет сделать об-
ратный вывод, т. е. что окно было разбито при подавлении пожара.
Небольшое растрескивание на стекле может явиться результатом
попадания воды на него в разогретом состоянии при тушении. Узкие или
длинные куски стекла указывают, что в их образовании мог участвовать
взрыв.
Уровень нагрева при пожаре в комнате может обнаруживаться по
наличию вспученности, изменению и потере цвета красками или другими
стеновыми покрытиями. При отсутствии тяги в помещении указанные
изменения получаются сравнительно однообразными. Разнообразие в
уровне нагрева свидетельствует о наличии вентиляции, осуществляемой
через окна, двери или отверстия в стенах или полу. Если окна или двери
были открытыми, то важно знать, были ли оии открыты до пожара или
это произошло в процессе возникновения пожара. В последнем случае
203
возможно предположение о наличии злого умысла, направленного на ак-
тивизацию горения.
Помогает ответу на поставленный вопрос изучение изменения уров-
ня нагрева и дыма у точек вентиляции. В случае, когда, например, окно
было открыто до пожара, места расположения створок окна у стены ос-
таются мало измененными по сравнению с остальной ее поверхностью.
В противном случае такого различия не наблюдается.
Двери сопротивляются воздействию огня дольше, чем окна. Наи-
более быстрое прогорание двери до переугливания всего полотнища по
толщине всегда происходит в стыках между полотнищем двери и дверной
коробкой. Поэтому языки пламени в стыках двери могут появиться рань-
ше времени, равного пределу огнестойкости (см. с. 206) полотнища две-
ри. (Если предел огнестойкости двери - 36-42 мин, то прогорание на сты-
ках может появиться раньше на 12-18 мин).
При обнаружении незначительного действия огня на дверной вы-
ход или его отсутствия, в то время как на ближайшем окне это действие
четко наблюдается, можно сказать, что во время пожара дверь была зак-
рыта. С другой стороны, если огонь воздействовал одинаково на дверной
выход и окно, то можно утверждать, что дверь была открыта во время
пожара [74].
Для ответа на поставленный вопрос необходимо учесть также сле-
дующие данные:
а) при закрытой двери повреждения наблюдаются только с одной
ее стороны. Петли и внутренние торцы дверного каркаса могут быть сво-
бодными от влияния дыма и огня, но это до наступления предела огне-
стойкости;
б) при открытой двери наблюдаются повреждения с обеих сторон
двери. Петли и.внутренние торцы дверного каркаса имеют следы воздей-
ствия дыма и огня;
в) при частично открытой двери наблюдаются изменения, подоб-
ные описанным в п. “б". Однако может остаться относительно неповреж-
денной та часть пола, которая находилась на пути зафиксированного по-
ложения открытой двери.
Если положение двери изменялось в процессе борьбы с пожаром,
наблюдения, отмеченные в пп. “a-в", обесцениваются для его исследова-
ния.
Наличие более углубленных следов обугливания на отделочной
поверхности сооружения снаружи, ведущих вверх и через открытые от-
верстия и проемы внутрь, может служить свидетельством проникновения
огня в сооружение.
204
Установление уровня дыма у точек вентиляции позволяет объяс-
нить в ряде случаев причины смерти на пожаре. Например, возможно оп-
ределить, мог ли человек ориентироваться на пожаре в помещении и уви-
деть выход из него или потеряться в облаке горячих и к тому же ядови-
тых газов, сопровождающих дым.
Все обнаруженные выше изменения должны увязываться с други-
ми данными о развитии пожара.
На длительность и интенсивность пожара оказывает существенное
влияние пожарная нагрузка. Ее роль проявляется в возрастании (при уве-
личении пожарной нагрузки) продолжительности пожара и потребности
в более высоких уровнях вентиляции помещения для достижения актив-
ного горения. Большая интенсивность пожара прн увеличении пожарной
нагрузки характеризуется и более высокими максимальными значениями
средних температур газов в помещении.
Пожарная нагрузка (.тпн) в основном выражается в килограммах
горючих материалов (т), приходящихся на квадратный метр площади
пола помещения (/•)
т
тпн ~ , кг/м2, (76.1)
г
Масса горючих материалов (т) может определяться для стандарт-
ных предметов и изделий по таблицам 1, 2 [174, 175] или по формуле
т=р V, (77.1)
где р - объемная плотность горючих веществ или материалов, кг/м’;
V— объем горючих веществ или материалов, м’.
Расчет пожарной нагрузки в величинах, эквивалентных теплосодер-
жанию древесины, как материала, горючесть которого известна, может
производиться по следующей формуле
тЛ„ = —---------кг/м2 (78.1)
О,
где т1 - количество горючего или трудногорючего /-го материала
на единицу занимаемой им площади, кг/м2;
Q: - теплота сгорания /-го материала, мДж/кг;
Qu - теплота сгорания древесины, мДж/кг.
Зная зависимость длительности пожара от пожарной нагрузки (см.
табл. 39.1), можно, например, оценить, способно ли было здание с опре-
205
деленным пределом огнестойкости*’ и пожарной нагрузкой противосто-
ять развитию пожара.
Таблица 39.1
Зависимость периода сопротивляемости конструкций пожару
(предел огнестойкости) от пожарной нагрузки в стандартных
условиях огневых испытаний [74]
Пожарная нагрузка, кг/мг 24,4 36,6 48,8 73,2 97,6 146,5 195,3 244,1 292,9
Предел огне- стойкости, ч 0,5 0,75 1,0 1,5 2 3 4,5 6 7,5
Условия огневых испытаний: Через 5 мин температура достигает 538 “С;
через 1 ч - 927 °C: через 2 ч - 1010 °C; через 4ч- 1093 °C; через 8ч- 1260 °C.
Экспериментальные данные, полученные в пожарно-исследователь-
ской лаборатории (Англия) в хорошо вентилируемом помещении разме-
рами 77 х 3,7 х 3 м, показали существование следующей зависимости
(см. табл. 40.1) между пожарной нагрузкой (т'/1Н) и интенсивностью теп-
ловыделения при пожаре (без учета потерь тепла) (J) [176].
Таблица 40.1
Данные зависимости интенсивности тепловыделения
от пожарной нагрузки
т'„„, кг/м2 8 16 32 64
J, 104 Дж/м2с 8,9 16,4 28,3 47,6
На основе использования данных о пожарной нагрузке предложен
метод определения вида возможного режима пожара в помещении [177].
Для этого:
1) определяется удельное критическое количество пожарной нагруз-
ки тпн_к (кг/мг) для помещения объемом I'. равным объему исследуемо-
го помещения
* ’ Время (в часах или минутах) от начала огневого стандартною испыта-
ния образцов до возникновения одного из предельных состояний элементов и
конструкций, когда нарушаются несущая способность . сопротивление образо-
ванию сквозных отверстий, прогреву до критических температур и распростра-
нению огня [15. 147].
206
(79.1)
(80.1)
4500-773 У/з
тт-к~ 1 + 500-Пз+ 6 V, ’
где 77- проемность помещения, мш, рассчитывается для помеще-
ния объемом V< 10 м3 по формуле
/V213,
а для помещения V> Юм3
77= 2 f-H;2/Fn.
F - площадь 7-го проема помещения, м2;
b - высота 7-го проема помещения, м;
F - площадь пола помещения, равная V2'3, м2;
V — количество воздуха, необходимое для сгорания 1 кг материала
пожарной нагрузки, нм3/кг;
V - количество воздуха, необходимое для сгорания I кг лго ком-
понента пожарной нагрузки, нм’/кг (выбирается из данных [178]);
m - Лй компонент пожарной нагрузки, кг;
(81.1)
(82.1)
2) вычисляется удельное значение пожарной нагрузки тяяу(кг/м2)
для исследуемого помещения
(83.1)
(6F„-X^’
3) сравниваются величины тпну и Если тпн у < тпнк, то в
помещении возможен пожар, регулируемый горючей нагрузкой; если
тпну> тпнк~ возможен пожар, регулируемый вентиляцией.
Следует особо подчеркнуть характерные факторы, определяющие
развитие пожара.
1. Горючие газы (включая пламя) много легче окружающего воз-
духа. В отсутствие сильного ветра или физических барьеров (как, напри-
мер, негорючие стены), изменяющих направление пожара, огонь всегда
стремится распространяться вверх. Он имеет тенденцию протекать через
помещение подобно жидкости, поднимаясь вверх относительно прямыми
струйками и наружу, обтекая барьеры.
207
2. Изменения в распространении огня вверх наблюдаются при от-
клонении пламени потоками воздуха или когда на его пути встречаются
горизонтальные поверхности, блокирующие вертикальный подъем. Это
также может иметь место в случае воспламенения близко расположенных
поверхностен от установившегося потока пламени в результате его ради-
ационного воздействия. При наличии на этих поверхностях горючих ма-
териалов создается дополнительный поток пламени, имеющий другое на-
правление. Радиация от распространяющегося по верху пламени пожара
может вызвать возгорание покрытия пола, мебели и стеи, даже если они
находятся на значительном расстоянии от первоначального очага.
3. Особенно активное распространение пламени вверх с интенси-
фикацией горения достигается в условиях его встречи с устройствами, спо-
собствующими тяге. К ним относятся: лестничные клети, элеваторы, шах-
ты, вентиляционные трубы, отверстия в стенах и т. п.
4. Большое влияние на развитие огня оказывает взаимообогрев го-
рючих материалов и конструкций, встречающихся на его пути.
5. Распространение пламени вниз наблюдается в случаях наличия
легко воспламеняющихся материалов. Горючие покрытия стен, особенно
обои, могут изменить направление горения вниз и в стороны.
6. Горение отдельных частей перекрытия и покрытия кровли мо-
жет привести к их попаданию на нижележащие горючие материалы и воз-
никновению новых очагов пожара.
7. Горючие материалы, находящиеся на пути огня, загораясь, по-
вышают его интенсивность. Это в свою очередь способствует возраста-
нию скорости распространения пожара.
8. При отсутствии материалов, способствующих горению, пожар
может самолокализоваться.
9. Пожарная нагрузка в помещении или сооружении - важнейшее
условие для развития пожара. К пожарной нагрузке следует относить не
только горючие материалы, находящиеся в помещении, но и горючие сте-
ны. пол, кровельные покрытия и т. п.
Для того, чтобы проследить за путем развития пожара, исследова-
тель должен установить расположение пожарной нагрузки, принимать в
расчет количество и качественные особенности присутствующих горючих
веществ и материалов.
10. Процесс тушения пожара может сильно влиять на характер раз-
вития горения, меняя его направление. Поэтому исследующий пожар дол-
жен выяснять обстановку у пожарных, участвовавших в этом процессе.
2ДО
1.4 .2.4. Влияние развития пожара иа организм человека
В условиях развития пожара человек может подвергнуться смертель-
ной опасности по причинам:
1) теплового воздействия на организм;
2) образования монооксида углерода и других токсичных газов;
3) недостатка кислорода.
Тепловое воздействие на организм проявляется в следующем.
При температуре 140 °C желтеют белые волосы человека, а волосы
другого цвета не изменяются до температуры 260 °C, при которой они на-
чинают обугливаться [94]. Полная кремация тела взрослого человека про-
исходит при температурах порядка 950-1100 °C в течение 1-2 часов. Но
даже после этого такие части как череп, тазовые кости и расположение
зубов уцелевают и могут быть идентифицированы. Эти данные подтвер-
ждаются случаями пожаров в жилых помещениях, где температуры дос-
тигали нормальной величины, характерные для зоны горения. В этих слу-
чаях не наблюдалось полного разрушения скелета взрослого человека и
даже некоторых мягких частей его тела, благодаря большому содержа-
нию в них воды.
Благоприятствует более полному сгоранию тела человека его по-
ложение. Находясь, например, в подвешенном состоянии над огнем, тело
наиболее полно охватывается огнем, что способствует развитию горения.
Остающийся на пожаре скелет ребенка много легче разрушается
благодаря меньших массы, размеров, обизвествления и может полностью
уничтожаться даже в зоне теплового воздействия.
Типичными для дистанционного действия пожара на организм че-
ловека, что может происходить в зоне задымления и приводить к смер-
тельному исходу, являются налеты копоти на участках его тела и присут-
ствие продуктов пиролиза и хлопьев копоти в органах дыхания. В ходе
дальнейшего развития пожара дополнительно может иметь место непос-
редственное тепловое действие на труп.
Важно учитывать, что непосредственное термическое воздействие
на живой организм при пожаре возможно только в том случае, когда че-
ловек, будучи в полном сознании, не имеет возможности защитить себя
или не в состоянии принять какие-либо контрмеры, поскольку находится
без сознания. Восприятие боли как предупредительного импульса терми-
ческого поражения поверхности тела (например, образование пузырей)
зависит от интенсивности теплового потока и времени его воздействия.
Быстро горящие материалы с высокой теплотой сгорания (например, хло-
пок, ацетаты целлюлозы, полиакрилнитриловое волокно и т. п.) оставля-
209
ют мало времени между ощущением боли (предупредительный сигнал) и
повреждением поверхности тела.
Повреждения, причиняемые телу тепловым излучением, характери-
зуются следующими данными [16]:
Нагрев до 60 ‘С
Нагрев до 70 “С
Нагрев до 100сС
Нагрев свыше 100 °C
Эритема (покраснение кожи)
Везикация (образование пузырей)
Деструкция кожи с частичным со-
хранением папиллярных линии
Ожог мышц
Обнаружение таких косвенных термических воздействий означает,
что организм находился на определенном расстоянии от места активного
горения и подвер! алея воздействию вторичных его проявлений - нагреву
оз поглощения лучистой энергии и передачи теплоты нагретым воздухом.
О характере действия iсиловою излучения на человеческий орга-
низм можно судить также, исходя из следующих данных |26]. При лучис-
юм тепловом потоке интенсивностью 6,4 кВг/м2 наблюдается боль спус-
тя 8 с после воздействия на кожу;
10,4 кВт/м’ - боль наблюдается через 3 с, 16,0 кВт/м- - появляются
волдыри на коже спустя 5 с после начала воздействия.
Выше отмечалось, что при неполном сгорании органических ве-
ществ и материалов (что часто наблюдается в условиях закрытых поме-
щений) образуйся при недостатке кислорода воздуха .монооксид углеро-
да’'.’ Сродство СО с I емоглобнном много больше, чем с кислородом. Ус-
тановлено, что одна часть СО в крови требует 210 частей кислорода для
ее замены [182]. Количество абсорбированного в крови монооксида угле-
рода в виде карбокси! смоглобина зависит в первую очередь от концент-
рации СО в воздухе.
Исследования показали следующее физиологическое действие СО
на ортаннзм [182]:
‘’Характеристика пожаровзрывоопасности СО: концентрационные
пределы воспламенения: НКПВ- 12.5%: ВКПВ - 74% (об). Плотность паров по
отношению к воздуху - 0,967, температура самовоспламенения 605-610 “С.
Максимальное давление взрыва 715-7.30 кПа. Минимальное взрывоопас-
ное содержание кислорода при разбавлении смеси монооксида углерода с воз-
духом: азотом 5.6-6,5% (об), диоксидом углерода 5,9-9.8% (об). [20, 333].
21(1
Концентрация СО в воздухе, % об. Эффект воздействия
0,01 Концентрация, допускающая несколько часов экспозиции
от 0,04-0,05 Концентрация, которая допускает выдержку в течение 1 часа без заметного эффекта
от 0,06 0 07 Негативный эффект может проявиться после 1 часа экспозиции
отО 10-0.12 Наблюдаются неприятные, но не опасные симптомы после 1 часа экспозиции
0,40 и выше Смертельная концентрация при экспозиции менее одного часа
Для большинства людей смерть от СО достигается при 60% кон-
деи грации карбоксигемоглобина в крови. При 0,2% СО в воздухе требу-
ется 12-35 минут в обстановке пожара для образования 50% карбоксиге-
моглобина. В этих условиях человек начинает задыхаться и не в состоя-
нии координировать свои движения и теряет сознание. При 1% СО требу-
ется всего 2,5-7 минут, чтобы достигнуть той же концентрации карбокси-
гемоглобина, а при экспозиции в 5% концентрации СО требуется всего
0,5-1,5 мин. На детей монооксид углерода воздействует сильнее, нежели
на взрослых. Двойной глубокий вдох 2% СО в газообразной смеси приво-
дит к потере сознания и смерти в течение двух мину г.
Количество абсорбированного в крови монооксида углерода обус-
ловливается помимо концентрации СО следующими факторами:
I) скоростью вдыхания газа (с ростом скорости увеличивается ко-
личество поглощаемого СО);
2) характером деятельности или ее недостатком, что обусловлива-
ет потребность в кислороде и тем самым поглощение монооксида углеро-
да;
3) индивидуальной чувствительностью к действию газа.
Особенности, которые следует учитывать.
Если анализ крови жертвы показывает минимальное содержание
СО, приведшее к смерти, то это может свидетельствовать о длительном
воздействии относительно низких концентраций газа в условиях неболь-
шого тлеющего процесса горения. С другой стороны, если в крови обна-
руживается очень высокая концентрация СО. то это указывает на более
короткую экспозицию при значительно более высокой концентрации газа,
выделяемого в условиях сильного пожара
Монооксид углерода придает ярко-розовую или красную окраску
коже жертвы при отравлении им. Однако следует учитывать, что эго яв-
ляется одним из показателей, так как указанная особенность может про-
211
являться и при воздействии других веществ и условий. В качестве основ-
ного доказательства служит оценка по содержанию карбоксигемоглоби-
на. При наличии удушья его должно быть свыше 40% в крови, иногда не-
сколько меньше. Если много меньше, то это может служить реальным ос-
нованием для сомнения в причине смерти от вдыхания монооксида угле-
рода и исследования должны проводиться в других направлениях. Изме-
рение уровня содержания СО в крови наиболее точно может быть осуще-
ствлено с помощью химического или газо-хроматографического анали-
зов.
Неполное горение способствует образованию, наряду с моноокси-
дом углерода, различных токсических и раздражающих газов. Домини-
рующим по опасности токсическим газом являются пары синильной кис-
лоты, образующейся при разложении многих полимеров. Примером их
являются полиуретаны, присутствующие во многих покрытиях, красках,
лаках; полужесткий пенополиуретан, применимый во всяких драпировках
мебели; жесткий пенополиуретан, употребляемый в качестве изоляции
потолков и стен. Другие материалы, содержащие азот в их молекулярной
структуре, также образуют при разложении и горении цианистый водо-
род и диоксид азота. Эти продукты образуются из волос, шерсти, нейло-
на, шелка, мочевины, меламина и акрилнитрильных полимеров.
Для определения причины смерти в случае, если содержание СО в
крови оказалось на низком уровне и отсутствуют другие ее причины, не-
обходимо проанализировать кровь на присутствие цианистого водорода
( HCN}. Его наличие в воздухе в количестве 0,01% (мае.) вызывает смерть
в течение нескольких десятков минут*1. Цианистый водород может удер-
живаться длительное время в обводненном остатке. Исследователь по-
жара, стремящийся определить по запаху наличие легковоспламеняемых
жидкостей, может не почувствовать легальные концентрации HCN, ко-
торые снижают чувствительность носа к запахам.
Другие токсичные газы, как окись и закись азота, также образуют-
ся при горении азотсодержащих полимеров. Хлорсодержащие полимеры,
преимущественно поливинилхлорид (PVC, ПВХ), образуют хлористый
водород - очень токсичный газ, который в контакте с водой, так же как
хлор, в виде соляной кислоты вызывает сильную коррозию металличес-
ких элементов.
При прокладке поливинилхлоридных труб с электропроводкой в
надпотолочном пространстве влияние терморазложения ПВХ на созда-
*> Содержание HCXv воздухе в количестве 0,035% (мае.) вызывало смерть
при экспозиции в течение 10 минут [182]. Тот же эффект наблюдался при содер-
жании НС1ъ воздухе в количестве 0,05% мае.
212
ние летальной атмосферы в помещении незначительно. Гораздо раньше в
этом помещении создаются летальные концентрации СО за счет горения
обстановки, а заметное разложение ПВХ начинается лишь при /=270 °C и
выше [179].
Полимеры содержащие серу, - сульфоновые полиэфиры и вулка-
низированный каучук - образуют диоксид серы, сероводород и карбонил
сульфида. Карбонил сульфида значительно токсичнее монооксида угле-
рода. Полистиролы, часто используемые в качестве упаковочных мате-
риалов. в световой рассеивающей арматуре и др. образуют при разложе-
нии и горении мономер стирола, также являющегося токсичным продук-
том.
Все полимеры и нефтепродукты при развившемся горении могут
образовать альдегиды (формальдегид, акролеин), оказывающие сильное
раздражающее воздействие на дыхательную систему живого организма
[74].
Снижение концентрации кислорода в атмосфере ниже 15% (об.) за-
трудняет вплоть до полного прекращения газообмен в легочных альвео-
лах [16]. При уменьшении содержания кислорода от 21% до 15% ослабля-
ется мускульная деятельность (кислородное голодание). При концентра-
циях от 14% до 10“ о кислорода сохраняется еще сознание, но падает спо-
собность к ориентировке в обстановке, теряется рассудительность. Чело-
век становится как бы сам не свой. Дальнейшее уменьшение концентра-
ции от 10% до 6% кислорода приводит к колапсу (полный упадок сил), но
с помощью свежего воздуха или кислорода ю состояние может быть пре-
дотвращено.
Следует учитывать, что /ибель людей на пожаре зо многих случа-
ях - не результат действия огня, а удушья вследствие образования при
горении токсичных газов. Примерно в 3 раза больше жертв возникает от
интоксикации по сравнению с травмами от огня и взрыва.
1.4.3. Признаки первичного очага загорания
Для выявления причины пожара первостепенной важностью явля-
ется обнаружение места первичного очага загорания. Этому могут спо-
собствовать ряд признаков, возникающих при развитии пожара и помо-
гающих визуально определить соответствующее место. К числу таких при-
знаков относятся:
I) наличие следов обугливания на уровне пола. Поскольку пожар
развивается, стремясь подняться вверх, то обнаружение 1 прения системы
на нижнем уровне облегчает определение места возникновения источни-
ка загорания. Сквозные прогары пола (если в этом месте до пожара го-
213
рючих материалов не было) являются одним из характерных признаков
очага пожара;
2) сосредоточение наиболее обгоревших и испепеленных предметов
и глубоких разрушений конструктивных элементов [180],
Этот признак особенно характерен в условиях недостаточного га-
зообмена. когда горение в очаге пожара, возникшее раньше, чем на при-
легающих участках, вызывает наибольшие и четко выраженные обугли-
вание и глубину выгорания материалов именно в месте своего возникно-
вения.
При длительном тлении горючих материалов, характерном для не-
благоприятного газообмена в очаге пожара, возможно образование сквоз-
ных прогаров. Признаки, четко выявляющие очаг горения, могут прояв-
ляться и в случае возникновения горения в условиях, благоприятных для
доступа воздуха, но при действии маломощного источника зажигания и
наличия горючих элементов, не способствующих быстрому развитию oi ня.
По мере удаления от очага наблюдаются последовательно затухающие
поражения. На поверхности негорючих материалов может увеличиваться
налет копоти, что характеризует снижение температуры продуктов сго-
рания.
Наибольшему повреждению, как правило, подвергается оборудо-
вание и конструктивные элементы со стороны, обращенной к месту (оча-
гу) возникновения пожара;
3) наличие следов значительного теплового воздействия над оча-
гом пожара, что обусловливается активной передачей теплоты поднима-
ющимся вверх нагретым в очаге воздухом и продуктами горения. В ре-
зультате наиболее сильно повреждаются потолок или перекрытия соору-
жения. а также вертикальные поверхности стен и перегородок (зона наи-
более высоких температур располагается на расстоянии примерно
20-25 см от потолка помещения). Обширное повреждение потолка в од-
ном месте указывает на быстрое развитие огня над очагом пожара [74].
На негорючих материалах отражаются следы высокотемпературного воз-
действия в виде отслоений штукатурки, защитного слоя бетона, деформа-
ции металлических ферм, участков трубопроводов, систем вентиляции, об-
рушений конструкций. Могут наблюдаться скопления в одном месте не-
горючих деталей (гвозди, болты, обвязочные металлические пояса от тю-
ков и др.), оставшихся после сгорания горючих материалов.
Если пожар начался со стен или перекрытия (потолка), то прикреп-
ленные к ним предметы могут упасть на пол раньше, чем произошло воз-
горание пола;
4) наличие следов горения, имеющих подчас вид конуса (V-образ-
ное расположение следов многочисленных разрушений, образующихся.
214
начиная с места, откуда распространилось горение). Вершина конуса об-
ращена в сторону очага (очаговый конус) или наоборот.
В невысоких помещениях (высота ниже 8-10 м), где температура
по высоте распределяется более равномерно, признаки “конуса” могут
быть мало заметны. Элементы “конуса” могут отклоняться под влияни-
ем воздушных потоков, возникающих в зоне горения.
Отмечается [72], что при возникновении пожара, например, на ниж-
них этажах многоэтажного здания, “очаговый конус” может быть опре-
делен по границам зоны горения на каждом этаже. В этом случае основа-
ние конуса будет находиться на этаже, где возник пожар, и по мере пере-
хода горения с нижнего этажа на верхний глубина зоны горения умень-
шается, образуя вершину конуса на верхнем этаже.
Описанные признаки формирования “очагового конуса” при раз-
витии пожара с этажа иа этаж дают направление возможного поиска мес-
та его возникновения на уровне этажа, где имеется наибольшая глубина
поражений зоны горения.
Угроза распространения пожара с нижиих этажей на верхние через
окна в наружных стенах обуславливается тем, что плотность теплового
потока на уровне окон второго этажа над очагом пожара, определенная с
учетом влияния ветра, достигает величины порядка 5 Вт/см2. Это значи-
тельно превышает возможности сопротивления обычных видов стекла и
на стадии развитого пожара уже через 15 мин приводит к разрушению
остекления и воспламенению внутри помещений [181].
Для железобетонных, бетонных, кирпичных и оштукатуренных кон-
струкций и частей зданий общими признаками, по которым можно судить
об “очаговом конусе”, являются: изменение цвета, характер закопчения,
отслаивание, образование трещин и местных разрушений.
Типичное V-образное изображение горения на стене, полученное
при локализации огня, приведено на рис. 40.1 [94]. Близость к вертикали в
расположении ветвей V-изображения может явиться результатом ускорен-
ного горения, влияния горючего покрытия стены, сопутствующего воз-
действия вентиляции. Все эти обстоятельства должны приниматься во вни-
мание при исследовании пожара.
При разрушении покрытия стен V-образное изображение горения
прослеживается на конструкциях подобно тому, как показано на рис. 41.1.
На рис. 42.1 показано V-образное изображение, получаемое во многих
случаях на мебели и другой обстановке.
Состояние обстановки в помещении также может служить одним
из признаков, позволяющих определить по степени обгорания первона-
чальный очаг и направление горения. Если установлено первоначальное
положение мебели и другой обстановки, V- образные следы обугливания
215
на ней могут использов<нься для анализа и возможной увязки с другими
следами пожара, обнаруживаемыми в помещении.К* их числу относятся
следы, характеризующие изменяющееся сосюяние обугленности на эле-
ментах конструкции, на поверхнос1ях с юн и apyiих сооружений. Эти сле-
ды могут использования для определения направления распространения
горения и его первоначально!о оч:и а. На рис. 43.1, например, показан
характер выгорания горючей поверхносш двери, позволяющий считать,
что развитие юрения происходило справа палево.
Рис. 40.1. V-изображение горения стены, полученное при
локализации огня
на стене при разрушении ее покрытия
216
Характерный угол сгорания
на предметах
Рис. 42.1. V-изображение горения, получаемое ао многих
случаях на мебели и другой обстановке
Рис. 43.1. Характер выгорания горючей поверхности даери,
указывающий на развитие горения справа - налево
217
Эффект “скоса” также помогает обнаружить направление горения
через пол, настил, междуэтажное перекрытие. На рис. 44.1 показаны ско-
шенные при горении поверхности поперечных секций, помогающие уста-
новить направление развития огня. Эта информация должна увязываться
с тем влиянием, которое могли оказывать на направление развития огня
вентиляция и процесс тушения, способные изменить силу огня и его на-
правление.
Направление огня
Рис. 44.1. Образование скошенных поверхностей поперечных
секций горючих строительных конструкций
в результвте направленного развития горения
Следует учитывать, что, пользуясь указанными признаками без вни-
мательного их сопоставления и достаточного анализа действительной
обстановки на пожаре, можно в отдельных случаях определить не перво-
начальный очаг пожара, а очаг горения, т. е. место, где горение по каким-
либо причинам происходило более интенсивно, чем в очаге пожара.
В идеальных условиях отсутствия направленного движения возду-
ха и наличия одинаковой по характеру распределения, горючести и теп-
ловыделению пожарной нагрузки теплота от очага пожара вызовет рав-
ную скорость развития горения во всех направлениях, способствуя наи-
более четкому проявлению указанных выше характерных признаков пер-
воначального очага горения. В этом случае в формировании признаков
направленности распространения горения на поверхностях сгораемых и
несгораемых конструкций, изделий, материалов и технологического обо-
рудования основную роль будет играть только фактор времени, проявля-
ющийся в том, что на более удаленных от очага пожара участках горение
возникнет позже, поэтому их элементы подвергнутся меньшей степени по-
218
ражения. Изменение указанных условий (например, наличие направлен-
ного движения воздуха (тяга), встреча теплового потока с более легко-
возгораемой и тепловыделяющей частью пожарной нагрузки) может спо-
собствовать образованию в этом месте более глубоких поражений по срав-
нению с местом первоначального очага пожара. Так, например, при на-
личии в железнодорожном вагоне распавшихся из-за некачественной об-
вязки кип хлопка-волокна, последние могут сгорать быстрее, чем опрес-
сованная до плотности ~ 500 кг/м3 кипа, на которой возник первоначаль-
ный очаг пожара.
Практика исследования пожаров показывает, что при их возник-
новении редко имеет место сочетание благоприятных для горения факто-
ров. Поэтому горение в начальной стадии происходит в пределах ограни-
ченного участка, что приводит к образованию более или менее выражен-
ных очаговых признаков.
К косвенным признакам, облегчающим установление первичного
очага пожара, относятся;
- выход из строя в определенных местах систем обнаружения, из-
вещения и тушения пожара, нарушение работы электрических часов, те-
лефонной связи и др.;
- обнаружение на месте пожара первичных средств пожаротуше-
ния, свидетельствующих о районе, в котором находился очаг пожара;
- в случае гибели человека, не имевшего возможности покинуть по-
мещение, где возник пожар, голова трупа преимущественно обращена в
сторону от очага, что объясняется стремлением человека в опасности уйти
от места его возникновения (то же относится к реакции животных, за-
стигнутых пожаром);
- свойство фиксированных поверхностей из стекла, металла изги-
баться навстречу тепловому потоку (рис.45.1) [16]. Это обусловливается
тем, что под влиянием теплоты нагреваемая поверхность материала под-
вергается тепловому расширению, более сильному, чем его холодная по-
верхность, обращенная в противоположную от огня сторону. В результа-
те, например, стекло прогибается в сторону теплового потока и подвер-
гается растрескиванию с выпадением осколков внутрь помещения (созда-
ется впечатление возможного выдавливания стекла снаружи).
Особенности потери структурной прочности стекла в условиях од-
ностороннего нагрева видны на примере поведения нагреваемой колбы
электрической лампы, которая начинает разбухать и разрушаться при тем-
пературе 482-538 °C [74]. Расширение находящегося внутри колбы инерт-
ного газа приводит к разрыву лампы преимущественно в месте размягче-
ния ее поверхности от действия тепла. Точка выхода газа на поверхности
219
лампы или разлет ее частиц показывают направление действия источни-
ка нагрева (рис.46.1).
Тепловой
поток
к
/1
11
ч
Тепловое
расширение
Рис. 45.1. Схематическое изображение действия
теплового потоке на фиксированные
поверхности (например, оконные стекла, металлические
двери и др.)
Направление движения
огня
Рис. 46.1. Вид электричееской лампочки с разрывом в месте
действия племени, демонстрирующий направление
движения огня (показано стрелкой)
Эффект изгиба в направлении действия теплового потока наблю-
дается и на прутьях решеток, металлических дверях или других конструк-
циях;
- По характеру образующихся трещин на стекле также можно су-
дить об условиях горения и его направленности. Так образование мелких
трещин на стекле свидетельствует об интенсивном тепловом воздействии
на него и возможности нахождения стекла в зоне горения рядом с очагом
пожара.
Крупные трещины означают, что стекло подвергалось тепловому
воздействию небольшой интенсивности и вероятно находилось далеко от
очага возникновения пожара. Трещины в виде “полумесяца” указывают
на быстрое охлаждение стекла, что возможно при применении воды.
Обильные следы продуктов горения иа стекле определяют наличие боль-
шого количества несгоревших продуктов, содержащих углеводороды. Это
может происходить в результате горения большого количества веществ,
содержащих углеводороды и размещенных около стекла [170];
- Следы воздействия агрессивных газов могут служить о”ним из
ориентиров в определении направленности и условий развития процесса
горения на объекте.
Пожары в помещениях сопровождаются подчас сильной коррози-
ей металлических конструкций и изделий в результате содержания в про-
дуктах сгорания агрессивных газов. При сгорании, например, 1 кг поли
винилхлоридной кабельной оболочки образуется приблизительно 400 г
НСЦ16];
- Особенности источника зажигания .
а) при пожарах, возникших от керосиновых ламп, фонарей, элект-
роплиток, их остатки могут свидетельствовать о месте, где первоначаль-
но возникло горение;
б) загорания в самых высоких местах объекта, оплавление метал-
лических частей ( металлической кровли, радио- или телеантенны, пере-
плета и др.) или образование на них пятен с цветами побежалости указы-
вает на возможность возникновения пожара в обнаруженном месте от
молнии.
Удар молнии можно выявить также по расплавам с ограниченной
поверхностью на металлических проводниках. В плохо проводящем ма
териале (каменной стене, дереве и т. д.) разряд молнии оставляет канал,
образующийся в процессе расщепления материала взрывообразно испа-
ряющейся жидкостью под воздействием, как правило, температур до
10000 °C. Для стен зданий типичны продольные трещины, проходящие не
по швам, а через середины кирпичей.
221
Если молния проникла через дымоход , в помещение выбрасывает-
ся сажа, образуется белый след на закопченных кирпичных дымовых тру-
бах.
В случае поражения стоящего человека молнией ток в теле или по
поверхности тела проходит по руслам крупных кровеносных сосудов, жид-
кая среда которых обеспечивает повышенную проводимость. Места вхо-
да и выхода заряда молнии характеризуются значительными поврежде-
ниями. Вследствие прижизненной реакции на термическое действие русла
сосудов становятся отчетливо видимыми. Характерным является также
изменение естественного состояния волосяного покрова над руслами кро-
веносных сосудов, при котором кератин (роговое белковое вещество) во-
лос как бы сваривается, образуя пузырчатые вздутия белого цвета [16];
в) при поджогах на месте пожара не исключена возможность обна-
ружения устройства (прибора), предназначенного для зажигания, или его
остатков, посуды из-под легкогорючих жидкостей, несгоревших частей
фитиля, пакли, обгоревших коробок спичек, следов горючих жидкостей,
характерного обугливания деревянных конструкций, которые перед под-
жогом были облиты горючей жидкостью. Последняя, впитываясь в дре-
весину, способствует ее более глубокому обугливанию в местах пропит-
ки в зависимости от структуры и плотности древесины. Глубина проник-
новения в нее нефтепродуктов составляет 0,3-1 мм.
При использовании горючих или легковоспламеняющихся жидко-
стей для поджога может наблюдаться на поверхности древесины при сго-
рании специфическая обугленность в виде муарообразных колец или спи-
ралей. Поливая, например, пол, преступник стремится залить как можно
большую поверхность, для чего он вращательными движениями переме-
щает в воздухе сосуд с жидкостью. В результате следы пролива приобре-
тают характерную форму кругов или спиралей, сохраняющуюся после
выгорания жидкости.
На вертикальных поверхностях сгораемых стен и перегородок,
облитых горючей или легковоспламеняющейся жидкостью, при их сгора-
нии следы обугленности имеют некоторую, а иногда и значительную, за-
остренность книзу. Указание на возможное присутствие горючей жидко-
сти на стене при ее горении, направленном прямо вниз к полу, может най-
ти подтверждение в отсутствии других источников интенсивного горения,
обладающих подобным свойством.
Для скопившейся, например, на полу кучи горючего мусора харак-
терны распространение горения вверх и контакт со стеной на более высо-
ком от пола уровне. Поэтому обнаружение следов горючей жидкости в
нижней части стены у пола, в щелях, где горение наиболее благоприятно.
222
может служить одним из свидетельств первичного очага, связанного с
поджогом.
Присутствие в обследуемом месте нефтепродукта может быть ус-
тановлено с помощью белой бумаги, прижимаемой к обугленной деревян-
ной поверхности, по образованию на бумаге маслянистых пятен. О нали-
чии остатков нефтепродукта свидетельствует также его специфический,
устойчивый запах Следует однако учитывать, что в условиях пожара пер-
воначально выгорают пары горючих жидкостей и затем только начина-
ется обсгпивание древесины. Поэтому обнаружение нефтепродукта на
обугленной поверхности материала не является еще основанием для вы-
вода о его обязательном присутствии до возникновения пожара. Следы
горючей жидкости, присутствовавшей до пожара, наиболее надежно ис-
кать там. где она может быть защищена от испарения при нагреве. Тако-
го рода защиту обеспечивает на некоторое время вода, употребляемая для
тушения. Поэтому поиск присутствия указанных следов целесообразно
производить, в первую очередь, в местах возможного скопления влаги
(особенно в подполье). Исследуя последовательно образцы, выре (энные
из подозрительных мест, с помощью спектроскопических методов можно
обнаружить присутствие в них компонентов, характерных дзя окклюди
рованной юрючей жидкости.
Растрескивание бетона может служить индикатором воздействия
на него пламени горючей жидкости. Поскольку для разлитой жидкое,и
характерно диффузионное горение, наиболее высокая температура ее пла-
мени наблюдается на границе раздела с внешней средой. В связи с этим
характерное растрескивание бетона может происходить, например, вдо ,ь
краев горящей лужи разлитой жидкости, особенно в случае, ко, да юре-
ние было прекращено до полного ее выгорания и оно продолжалось лишь
в отдельных щелях, у, дублениях и других неровностях поверхнос гн. В э, и
местах в репзьгатс их неравномерности более резко выражена и,меняс
мость поверхности бетона под влиянием теплового воздействия При , о
рении тяжелых углеводородных топлив по краям измененных участков
могут прнс- тствовать смолистые оста гки от их горения, обнаруживаемые
при облучении проб в ультрафиолетовом свете [94].
Поведение горючих жидкостей, обнаруживаемых на пожарах, мо-
жет быть охарактеризовано следующими особенностями.
1. Поток жидкости растекается и может обнаруживаться на болес
низких поверхностях.
2. Жидкость проникает через щели в полу, что способствует в ус-
ловиях лучшей аккумуляции тепла активизации ее горения и его большей
продолжительности.
3. Очень летучие жидкости (спирты, кетоны), вспыхивая на повер-
хности материала, быстро сюраки. не оказывая па нее существенного
влияния. Лишь проникновение больших количеств такой жидкости через
щели и трещины способствует при горении ьтубокому обугливанию по-
верхности. Пол может быть обесцвечен в резулыак- растворяющего дей-
ствия такой жидкости, особенно в процессе поверхностного горения ее
слоя. Этот характерный признак присутствия горючей жидкости на по-
верхности деревянного пола хорошо проема гривасгся на рис. 47.1.
Рис. 47.1. Характерные следы горения бензина на деревянном полу
224
4. Менее летучие жидкости (например, керосин, бензин) показыва-
ют эффект фитиля при горении их разлива. Образующиеся в результате
испарения пары питают пламя, а нижележащая жидкость просачивается
через щели, защищая поверхность пола от действия пламени. В результа-
те после пожара четко выявляется глубокое обгорание пола по краям рас-
полагавшейся лужи горючей жидкости.
Необычное поведение огня, при котором углы помещения выгора-
ют раньше, чем его другие площади, указывает на возможность и место
поджога. Признаками его также могут служить наличие двух и более не
связанных между собой очагов возникновения пожара; расположение оча-
га на внешней стороне здания или сооружения.
- Обнаружению очага пожара может существенно облегчить зна-
ние перечня и места расположения материалов и веществ на горящем
объекте и учет указанных выше отличительных признаков дыма, который
выделяется в первые моменты начавшегося процесса горения. Этому в ис-
следовании также содействует использование геометрических характери-
стик зон развития пожара. В их число входят представления о форме зоны
(круговая, эллиптическая, прямоугольная) и ее размерах (линейные - глу-
бина зоны, периметр и фронт зоны развития пожара; плоскостные - пло-
щадь зоны) [72].
Используя геометрические характеристики зон развития пожара,
предлагается определять участок, где наиболее вероятно местонахожде-
ние первичного очага пожара. Соответствующий метод, основанный на
использовании принципа нахождения центра отдельных геометрических
фигур, разработан ВИПТШ МВД. Сведения о его сущности приведены в
разделе 6.1.3.
- Развитие процесса горения, характеризующееся тремя зонами по-
жара, вызывает изменяющееся по температуре и продолжительности на-
грева воздействие на встречающиеся на его пути вещества и материалы.
Происходящие при этом изменения в их структуре, составе и свойствах,
изучаемые в сравнении с поведением в искусственно создаваемых услови-
ях аналогичных веществ и материалов, не подвергавшихся воздействию
пожара, могут служить основой для получения данных, помогающих ус-
тановить место возникновения и условия развития процесса горения. Сле-
дует однако учитывать в зтих сравнительных исследованиях особенности
изменяемости свойств веществ в зависимости от характера воздействую-
щих температур и продолжительности нагрева.
Используя физические и физико-химические методы анализа проб
материалов после пожара филиалом (ПФ) ВНИИПО разработаны мето-
дики (см. раздел 6.3.1), основанные на учете указанных принципов. По-
лученные по методикам результаты рекомендуются для выявления зон
225
различного поражения конструкций, содержащих бетон, железобетон,
конструкционные стали, древесину, древесно-стружечные плиты, и ори-
ентировочного расчета температуры и длительности горения в точках от-
бора проб. По характеру изменения этих данных представляется возмож-
ность более объективно выявить очаг пожара.
Необходимо учитывать, что условия нагрева, например, строитель-
ных конструкций на пожаре влияют также на характер разрушения мате-
риала, что усложняет задачу исследования. Конструкции, испытывающие
трехсторонний и четырехсторонний нагрев, разрушаются сильнее, чем
конструкции прн одностороннем нагреве. Кроме того, колонны, фермы,
ригели являются основными несущими конструкциями здания и испыты-
вают большие статические нагрузки, что также может служить причиной
образования дополнительных разрушений. Исследованиями ПФ
ВНИИПО установлено, однако, что при одностороннем нагреве толщи-
на и степень деструкции поверхностного слоя бетона зависит только от
температуры и продолжительности нагрева и результаты полученных за-
висимостей рекомендуются для использования на практике.
Место наиболее сильного поражения бетона на пожаре предлага-
ется также определять по изменению его пористости и крепости [16, 183].
Сущность соответствующих методов приводится в разделе 6.1.3.
Визуальный осмотр металлоконструкций на пожаре дает недоста-
точную информацию, необходимую для выявления его очага. Так, напри-
мер, у нагруженных металлоконструкций, имеющих несколько точек опо-
ры, место наибольшей деформации часто несовпадает с зоной наиболее
сильного нагрева. Поэтому упомянутая методнкаПФ ВНИИПО представ-
ляет определенный интерес с точки зрения возможности получения срав-
нительных и более объективных данных для углубленного анализа состо-
яния металлоконструкций после пожара. Ее область исследования распро-
страняется на наиболее применяемые конструкционные стали.
1.4.4. Дополнительные данные дли исследовании условий
развитии пожара
При экспертном исследовании пожара важным является установ-
ление его температурного режима, направления развития и продолжитель-
ности. Для этих целей предлагается применение методов математическо-
го моделирования [184], основывающихся на следующих уравнениях раз-
вития пожара:
226
Уравнение материального баланса
= + ум-уг
dr\RTc) ’ ’
где т - текущее время пожара;
Р - среднеобъемное давление;
I'- свободный объем помещения;
R - газовая постоянная;
Т - среднеобъемная температура в помещении;
К - расход воздуха, поступающего в помещение;
Ум - скорость выгорания материала;
К - количество уходящих из помещения газов.
Уравнение кислородного баланса
d ( Рс V Хк
dr[ RТс
(84.1)
(85.1)
- Уг • Хкг -Ум у т*.
где дополнительно:
Хх- концентрация кислорода в помещении (среднеобъемная);
Хк- концентрация кислорода в поступающем воздухе;
Хю- концентрация кислорода в уходящих газах;
у - полнота сгорания;
тк - масса кислорода, необходимая для единицы массы горючего
материала.
Уравнение энергии
d ( Р • КА
-Т т~т =r VM-Q^v. C'p T + Ум с;-Т"-Уг с;-Г"-QoAi6A)
at \ к — 1 /
где дополнительно:
к - показатель адиабаты;
Qu - теплота сгорания;
Ср - теплоемкость наружного воздуха;
у - температура наружного воздуха;
Ср, Т" - теплоемкость и температура продуктов газификации (пи-
ролиза, испарения горючих материалов);
С”', Г" - теплоемкость и температура уходящих газов;
Q - количество теплоты, получаемое ограждением за единицу вре-
мени.
227
Уравнение состояния среды
PCV d
R dr
В=рКТ, (87.1)
где р - среднеобъемная плотность среды в помещении.
При развитии пожара в помещениях зданий различного назначе-
ния, имеющих свободный газообмен с окружающей средой через различ-
ные проемы, давление (Р.) в помещении изменяется незначительно. Ана-
лиз различных сред, возникающих при пожаре в помещении, показал, что
средняя газовая постоянная (Л) изменяется в процессе пожара также очень
незначительно, причем ее значение мало отличается от газовой постоян-
ной для воздуха.
Во многих случаях изменением свободного объема помещения мож-
но пренебречь и V = const. В этих случаях, например, уравнение матери-
ального баланса (84.1) преобразуется к следующему виду
(88.1)
Для решения задач, связанных с исследованием опасных факторов
пожара, с достаточной степенью точности можно принять левую часть
уравнения энергии (86.1), равную нулю.
В уравнения развития пожара, кроме перечисленных выше перемен-
ных и величин, известных из справочников (Q^ тк, С , С" , С"’и др.),
входят еще величины И, И, И*, Qa. Для вычисления интересующих дан-
ных о пожаре с помощью указанных уравнений нужно располагать фор-
мулами, возможно эмпирическими, позволяющими рассчитать эти четы-
ре величины.
В случае естественной вентиляции помещения через окна и двери
И и И зависят от размеров и координат проемов, от среднеобъемных па-
раметров состояния газовой среды в помещении. Примеры расчета зави-
симости среднеобъемиой температуры (Г ), расхода воздуха (И ) и коли-
чества уходящих газов (ИД от времени пожара (т) в помещении с проема-
ми приведены в [184, 177].
Некоторые данные, помогающие определению указанных величин,
приводятся в работах ВНИИПО 1975-1976 гг. по исследованию противо-
дымной защиты лестничных клеток и лифтовых шахт. В них указывается,
что в условиях горения в закрытом помещении, где приток воздуха мо-
жет осуществляться, например, из объема подвесного потолка и через щели
дверей, среднеобъемная температура газов может достигать 250-350 ° С,
а скорость выгорания пожарной нагрузки 200 кг/ч. При этом видимость в
очаге пожара обычно равна нулю, а длительность этой фазы развития
228
пожара определяется временем появления открытого для поступления
воздуха проема. Дальнейшее развитие пожара зависит от размещения,
характера пожарной нагрузки и места загорания.
Продукты горения выходят через открытый проем, занимая при-
мерно 2/3 его высоты от верха. Нижнюю часть проема занимает поступа-
ющий воздух. Согласно данным натурных опытов, примерно через
'5—10 мин среднеобъемная температура газов в этих условиях поднималась
до 600 °C, а скорость выгорания материалов в очаге пожара (Ум) пример-
но соответствовала расчету по формуле
Ум = OfiJbnh^1 , кг/с, (89.1)
где Ьп - ширина открытого проема, м;
hn- высота открытого проема, м.
Для оценки количества продуктов горения (К), образующихся при
указанных условиях притока воздуха, предложена эмпирическая форму-
ла
Гг =0,6 •/>„ /$ >кг/с (90.1)
Величины Ум, Уг сохраняются постоянными до выгорания пример-
но 70% от общего количества пожарной нагрузки в помещении или до из-
менения схемы газообмена очага пожара. Объемный расход газов Уог,
увеличивающийся по мере повышения температуры, рассчитывается со-
гласно следующей зависимости:
К(273 + (г)
у°> = Р;т288..' м’/с (91»
где рг - плотность газов, кг/м’;
tt- средняя температура газов в потоке, “С.
Приведенные выше формулы (71.1), (72.1) для расчета скорости
выгорания материалов могут использоваться наилучшим образом для
приближенной оценки в случае пожара в закрытом помещении, содержа-
щем деревянную мебель, стены и потолки из негорючих материалов. От-
мечается [26], однако, что формула (72.1) пригодна и в условиях горения,
регулируемого горючим. Результаты проведенных исследований показа-
ли, что расчеты с помощью этой формулы удовлетворительно коррели-
руют с некоторыми результатами полномасштабных экспериментальных
пожаров.
В связи с этим максимальную скорость тепловыделения иа пожаре
предлагается подсчитывать с помощью следующего выражения:
229
q = 0,09 F, • йУ2 • QM , МДж/с (92.1)
где Qu - теплота сгорания горючего, МДж/кг.
В качестве Qu берется теплота сгорания древесины. При расчетах
продолжительности пожара теплота сгорания других материалов выра-
жается через эквивалентную теплоту сгорания древесины (см. формулу
(96.1)) и принимается, что q остается постоянной с момента полного ох-
вата помещения пламенем до момента расходования горючего.
Интенсивность тепловыделения (J, кВт/м2), необходимая для пол-
ного охвата помещения пламенем, может быть выражена формулой
(93.1)
где - предельная интенсивность горения материала, кг/с-м2.
Если исходить из приведенной выше критической величины
J= 20 кВт/м2 и низшей теплоты сгорания древесины Q = 13,8 кДж/кг, то
предельная интенсивность горения древесины составит
20
К, =----= 1,45 кг/с-м2
п 13,8
Очевидно, что при увеличении скорости горения необходимая для
полного охвата помещения пламенем площадь горящей поверхности бу-
дет соответственно уменьшаться.
Указанные выше работы ВНИИПО (см. с. 228) показали, что наи-
более точному расчету в настоящее время поддается продолжительность
периода развитого пожара, т. е. стадии от момента возгорания всей по-
верхности горючих материалов, находящихся в помещении, до момента
выгорания примерно 80% пожарной нагрузки. Расчет предлагается про-
водить согласно следующей эмпирической зависимости:
трс =3,4-т“яи , мин (94.1)
где г - длительность стандартного пожара (см. для сравнения
табл. 39.1);
тпн - пожарная нагрузка, кг/м2.
Расчет по формуле (94.1) допустим при коэффициенте проемностн
(7) ограждающих конструкций 5-25%.
где Fnp - площадь проема, м2;
Fn - площадь пола помещения, м2.
230
Для определения продолжительности пожара с момента полного
охвата помещения пламенем (rj предлагаются также следующие форму-
лы [26]:
(95.1)
г
трс U с
0,09 Г, -h'1 ’
где тд- количество горючего материала в кг древесного эквива-
лента;
т*, -------
*
ти1 - количество i-ro горючего материала в кг;
QMt- теплота сгорания i-ro материала, МДж/кг;
Qd- теплота сгорания древесины, МДж/кг.
_ ”<пн FcnnB
330F,h% ,Ч
t>c
(96.1)
(97.1)
где FcnnB- суммарная площадь граничной поверхности (стен, по-
толок, пол), включая площадь вентиляционных проемов;
гНпн- пожарная нагрузка в кг/м2, вычисляемая по формуле (78.1).
При наличии нескольких проемов в стенах помещения вычисление
параметра вентиляции производится по формуле:
(98.1)
где F£ - сумма площадей проемов, м2;
hep - средняя высота проемов, м.
Для ориентировочного определения продолжительности всего по-
жара (тис+РС) предлагается следующая общая формула
т
Т НС* FC = V-F ’мин
(99.1)
где т - масса сгоревшего материала, кг;
И, - массовая скорость выгорания материала, кг/м2мин;
F - площадь горения, м2,
Некоторые данные по массовой скорости выгорания веществ и ма-
териалов, отнесенной к единице площади пожара*’, приведены в табл. 24.1.
Известные возможности для расчета максимальной скорости выгорания
* За площадь пожара принималась плоскость, на которой происходило
горение веществ и материалов.
231
органических материалов представляет формула (54.1).
Как следует из формул (71.1), (72.1) и др., скорость выгорания твер-
дых веществ н материалов пропорциональна параметру вентиляции
(/; • й/2), определяющему величину газообмена между зоной пожара и на-
ружной средой. От характера газообмена и температуры в помещении в
решающей степени зависит также скорость выгорания жидкостей. Име-
ются указания, что на нее незначительное влияние оказывает диаметр со-
суда, начиная примерно с 2,0 м [151], а при толщине слоя более 1 см (для
непрогревающихся жидкостей) скорость выгорания жидкостей, разлитых
на поверхности, не отличается от скорости их выгорания в резервуарах
[149].
Для газов, горящих в виде факела (например, при истечении газа
из отверстия) под скоростью выгорания понимают количество газа, сго-
рающее в единицу времени, фактор площади не учитывается. Для гомо-
генных газовых смесей понятие скорости выгорания идентично понятию
скорости распространения пламени по смеси.
На рис. 48.1 приведены расчетные графики зависимости темпера-
туры пожара от времени [26]. Эти графики сравнивались с аналогичными
кривыми, построенными на основании экспериментальных измерений. Как
показали полученные данные, кривые оказались достаточно близкими, что
позволяет использовать указанные графики для приближенной оценки
продолжительности пожара, начиная с момента полного охвата помеще-
ния пламенем, и развиваемых в нем температур.
Каждый ряд кривых соответствует различным коэффициентам про-
ема Fth'f / FcnnB, м1'2, а каждая отдельная кривая соответствует различ-
ным значениям пожарной нагрузки (rri'nH )> выраженной количеством теп-
лоты, выделяемой с единицы очага горения (f„). При наличии несколь-
ких горючих материалов подсчитывалось по формуле:
Кн = ~ъ-------- • МДж/м2 (100.1)
Значения пожарной нагрузки указаны над кривыми.
В модели, послужившей основой для приведенных на рис. 48.1 рас-
четных графиков, принято, что на протяжении всего этапа полностью раз-
витого пожара имеет место горение, регулируемое вентиляцией (см. фор-
мулу (73.1) до момента полного израсходования горючего. Отмечается при
этом, что принятые условия способствуют завышению скорости выгора-
232
ния, так как на самом деле горение происходи! в условиях, регулируемых
горючим (Ид < Ив / г ). На правомочности, однако, принятия условий, со-
ответствующих Ид > Ив / г , ука тывают в извест ной мере исследования рас-
пространения пожара из комнаты в коридор [26]. Они показали, что при
полном охвате коридора пламенем ограничивается поступление воздуха
в комнату, где возник пожар. В результате горение продолжается при из-
бытке горючего, что вызывает усиление дымообразования. При таких об-
стоятельствах наблюдается существенное расширение пламени ниже по-
толка. Несгоревшие летучие продук ты при их перемешивании с воздухом
могут энергично сгорать в местах, весьма отдаленных от комнаты, где
возник пожар, например, в том месте, где коридор переходит в лестнич-
Рис. 48.1. Теоретические кривые зависимости температуры
от времени для пожаров в помещениях при различных значениях
пожарной нагрузки МДж/м2(соответстаующие значения указаны
над кривыми) и соотношениях ~jz ~, равных 0,02; 0,04;0,08;
ТСППИ
0,12, где FcnnB - суммарная площадь граничной поверхности (стены,
потолок, пол), включая площадь вентиляционных проемов F., м1
233
Для ориентировочного определения продолжительности начальной
стадии пожара*1 в помещении предлагаются следующие эмпирические за-
висимости [36]:
для помещений с объемом К < 3 • 103 м’
НС
( 1
= 0,94 10"2 г"/•---------г
(101.1)
для помещений с объемом К> 3 - 10э>
гнс = 0,89 10'2 г’/ [ °’73t-<)’01'^-
V К0.сюг
(102.1)
где - приведенная продолжительность начальной стадии по-
жара, с.
Вычисляют , используя данные рис. 49.1, в зависимости от объе-
ма помещения V(м3), высоты помещения h (м) и количества приведенной
пожарной нагрузки т'даДкг/м2). п1пи рассчитывается по формуле (78.1).
К - средняя интенсивность выгорания пожарной нагрузки в началь-
ной стадии пожара, кг/м2с, вычисляется по формуле:
Ут, • И
(ЮЗ-D
mi - количество горючего или трудно горючего i-го материала на
единицу занимаемой им площади, кг/м2;
- скорость выгорания в начальной стадии пожара i-го материа-
ла пожарной нагрузки, кг/м2 с;
Q* - средняя низшая теплота сгорания пожарной нагрузки,
МДж/кг, вычисляется по формуле:
«о
а> - линейная скорость распространения пламени, м/с.
*’ Под продолжительностью начальной стадии пожара понимается пе-
риод от начала его возникновения до момента развития пожара, при котором, в
соответствии с данными рис.49.1, дальнейший рост объема помещения не ска-
зывается на увеличении продолжительности этой стадии.
234
Cf > ю2
1
Рис. 49.1. Зависимость продолжительности начальной стадии
пожаре (т^с ’ о) от объеме помещения (V, и1) высоты помещения
(h. м) и количества приведенной пожарной нагрузки (т*, кг/м1)
а) ------------------------ h=6,6 м, 1 - т^г,4-14 кг/м2,
2 - тт=67-119 кг/м1, 3 - тт=640 кг/м1;
h=7,2 м, 1 - тт=60-66 кг/м2,
2 - т^=82-155 кг/м2, 3 - т^=200 кг/м2;
х--- х---- h=8,0 м, 1 - т^=60 кг/м2,
2 - тт= 140-160 кг/м2, 3 - тт=210-250 кг/м2;
4 - m^-SOOSSOKr/M2,
------------- h=4,8 м, тт=68-70 кг/м2
б) 1-1г=Зм, 2-Ь=6м, 3-Ь=12м
235
Значения величин f^Q^a) для некоторых горючих материалов и
объектов приведены в табл. 24.1,41.1,42.1.
Таблица 41.1
Данные о теплоте сгорания некоторых материалов
Материал Теплота сгорания (йн), МДж/кг
Древесина (бруски, мебель) 13,8
Волокно штапельное 13,8
Каучуки: натуральный синтетический СКИ-3 44,73 45,25 45,14
Кинопленка целлулоидная 15,05
Книги на деревянных стеллажах 13,4
Резинотехнические изделия 33,4
Стекло органическое 27,67
Полистирол 38,97
Текстолит 30,3
Как видно из табл. 41.1, пластики обладают теплопронзводнтель-
ной способностью, превышающей обычные материалы более чем в 2 раза.
Площадь пожара предлагается [36] вычислять по формуле:
, А2
F„ = —I Л,.,, (105.1)
где г;. - время ликвидации пожара, с;
площадь, занимаемая пожарной нагрузкой, м2.
Если промежуток времени с возникновения пожара до начала по-
жаротушения равен или больше величины , площадь пожара принима-
ется равной площади, занимаемой пожарной нагрузкой.
При горении ЛВЖ и ГЖ площадь пожара принимается равной пло-
щади их разлива.
Для ориентировочного расчета продолжительности начальной ста-
дии пожара в помещении, содержащем в качестве горючего материала
древесину, предлагается также следующая методика.
По графику рис.33.1. находится средняя скорость горения древеси-
ны (И,, г/с) в области, регулируемой расходом горючего и соответствую-
236
щей определенной величине FJi^ и нагрузке. Зная величину пожарной
нагрузки и величину FA;2 определяется также из графика рис. 34.1 ско-
рость горения (К2, г/с), характерная для периода развившегося пожара,
регулируемого вентиляцией.
Принимая количество сгоревшей древесины в период начальной
стадии пожара за х кг, а в период развившегося пожара - за у кг, получа-
ем общее количество сгоревшей за время пожара древесины: т=х+у, кг;
х-1000
Продолжительность начального периода Ti - р- , с, а продол-
у-1000
жительность периода развившегося пожара Ь - р, ,с. Из этих дан-
ных следует:
1 000-т- К • г,
г. =------------>с (Ю6.1)
(т2 - устанавливается с момента внешнего проявления пожара, об-
наруженного очевидцами, до его завершения).
В соответствии с данными, приведенными на рис. 35.1 о влиянии
площади очага горения и свойства горючести вещества на скорость горе-
ния, полученная по формуле (106.1) г, может быть уточнена.
Для определения расчетной продолжительности пожара использу-
ют данные по скорости распространения горения (<в, м/мин), определяе-
мой из соотношения
/
<» = -, (107.1)
где I - расстояние, пройденное фронтом горения в данном направ-
лении, м;
г- время перемещения фронта горения, мин.
Под скоростью распространения горения понимают физическую
величину, характеризуемую поступательным движением фронта горения
в данном направлении в минуту времени. Она является постоянной вели-
чиной в определенных условиях, и изменяется в зависимости от факто-
ров, оказывающих устойчивое влияние на процесс горения. Данные по
средним значениям скорости распространения горения для некоторых
материалов и объектов приведены в табл. 42.1 [149, 151].
237
Таблица 42.1
Объекты, материалы Скорость распространения горения, м/мин
Административные здания 1,0-1,5
Больницы: здания II степени огнестойкости здания III и IV степени огнестойкости 0,6-1,0 2,0-3,0
Жилые дома (здания III степени огнестойкости) 0,5-0,8
Лесопильные цехи: здания III степени огнестойкости здания V степени огнестойкости 1,0-3,0 2,0-5,0
Склады: торфа в штабелях круглого леса в штабелях льноволокне текстильных изделий бумаги в рулонах синтетического каучука сушильные отделения кожзавода (здания III степени огнестойкости) 0,8 и меньше 0,6-1,0 3,0-5,6 0,3-0,4 0,2-0,3 0,6-1,0 1,5-2,2
Сгораемые покрытия больших площадей (включая пустотные) 1,7-3,2
Типографии (здания III степени огнестойкости) 0,5-0,8
Театры (сцены) 1,0-3,0
Холодильники 0,5-0,7
Цехи: текстильного производства деревообрабатывающего комбината (машинная обработка, заготовка, сборка, фанеровка, производство фанеры в зданиях III степени огнестой- кости) 0,3-0,6 1.0-1,6
Древесина (доски в штабелях при 8 =2-4 см) (при влажности в процентах) 8-10 16-18 18-20 20-30 >30 4,0 2,3 1.6 1,3 1,0
Пенополиуретан 0,7-0,9
Резинотехнические изделия (штабеля на открытой площадке) 1,0-1,2
Волокнистые материалы во взрыхленном состоянии 7,0-8,0
Сопоставление некоторых данных табл. 28.1 и 42.1 убедительно по-
казывает влияние массы материала, взаимообогрева и других факторов на
скорость распространения его горения. При исследовании пожара все ус-
238
ловия развития процесса должны всесторонне оцениваться и учитываться.
Расчет по определению момента возникновения пожара предлага-
ют также производить по формуле [72]:
г, = тя - Дг , (108.1)
где г, - момент времени возникновения пожара, ч;
гл - момент времени локализации пожара на границе зоны го-
рения, ч;
Дг - продолжительность (ч) развития пожара до границы зоны
горения, которую определяют по формуле
h I
= (Ю9.1)
где h - наибольшая глубина переугливания древесины, мм;
V° - скорость переугливания древесины, мм/мин;
I - расстояние по прямой от границы зоны горения до установ-
ленного или предполагаемого очага пожара, м;
о - линейная скорость распространения горения по поверхно-
сти твердых горючих материалов, м/мин.
Применяют также графоаналитический метод расчета времени воз-
никновения пожара. О сущности этого метода сообщается в разделе 6.1.3.
При невозможности использования других методов время возник-
новения пожара ориентировочно определяют по размерам зоны задым-
ления помещения, учитывая момент времени обнаружения пожара пер-
вым очевидцем по клубам дыма слабой интенсивности или автоматичес-
кой установкой обнаружения пожара.
Для расчета вероятной продолжительности развития пожара от
момента возникновения до его обнаружения по дыму предлагается на ос-
нове приводимых данных [72] следующая обобщенная формула:
у Ко Р
т
' h.G V F.
О Ч , (110.1)
т’ N
где г - вероятная продолжительность развития пожара от момен-
та возникновения до его обнаружения по дыму, мин;
Vco - свободный объем помещения (не занятый мебелью или обо-
рудованием), который должен был заполняться дымом до его обнаруже-
ния, м3;
b - коэффициент условий газообмена.
239
При проникновении дыма через естественные неплотности в пере-
городках смежных помещений принимают:
>4
где F„ - расчетная площадь щелей, м2;
F„ - расчетная площадь пожара в момент его обнаружения, м2;
G„- массовая интенсивность выгорания горючих материалов,
кг/(м2мин);
Ийим ~ дымообразующая способность материалов, м’/кг;
Т„ - среднеобъемная температура пожара, °К;
Т„- температура воздуха в объеме помещения в момент возникно-
вения пожара, °К;
F, - 1-тое значение вероятной площади пожара, м2.
Получают ряд значений F, путем постепенного уменьшения на 0,5-
0,25 м2расчетной площади пожара в момент его обнаружения (F„ )
Поскольку геометрические параметры пожара изменяются во вре-
мени, каждое принимаемое значение площади пожара F, имеет частоту
появления события, равную 1. Прн возрастании Ft до F„ вероятность [Р)
его обнаружения составляет величину Р = —, N - общее число принятых
значений площади пожара (F, ((должно быть не менее 20). Пример расче-
та по формуле (110.1) приведен в разделе 2.
На время (тж) от начала пожара до полного охвата помещения пла-
менем влияют следующие факторы: большая чувствительность проявля-
ется к положению, площади сечения и высоте очага пожара и характеру
облицовки стен и потолка. Как видно изданных, приведенных в табл. 43.1,
время, необходимое для полного охвата помещения пламенем, резко ме-
няется под влиянием разной плотности материала облицовки стен.
Время г*, уменьшается при центральном расположении очага по-
жара, так как площадь, охваченная пожаром в начальном его этапе, в этом
случае нарастает быстрее. Подобно этому влияет большая площадь сече-
ния очага пожара, так как в момент зарождения пожара в процесс горе-
ния одновременно вовлекается большая площадь, занятая очагом. Прн
высоком расположении очага пожара пламя достигает потолка быстрее,
240
что способствует распространению пожара на раннем этапе по возгорае-
мым поверхностям.
Таблица 43.1
Зависимость времени г„ , необходимого длв полного охввтв
помещения пламенем, от плотности материала облицовки стен
Материал поверхности стен Плотность, кг/м3 МИН Общие условия опытов
Кирпич 1600 23,5 Пожар в помещении площадью 4,5 м2 при высоте 2,7 м, в котором расставлена деревянная мебель. Пожарная на- грузка 22 кг/м2
Легкий бетон А 1360 23,0
Легкий бетон В 800 17,0
Напыленное асбестовое покрытие 320 8,0
Волокнистая теплоизоляционная плита -300 6,75"
Сказывается на г„ взаимное влияние положения очага пожара и
характера облицовочного материала, резко уменьшается, если обли-
цовочный материал является горючим и охватывается огнем в результате
непосредственного зажигания от источника, расположенного в углу по-
мещения, где создаются благоприятные условия теплоизоляции
Дополнительным фактором, влияющим на т„ , является тепловая
инерция (Лрс) (см. стр. 72) пола, потолка и стен помещения. С ее ростом
ги увеличивается.
Форма помещения оказывает на тис незначительное влияние, так
же слабо оно зависит от размера вентиляционного проема.
Для установления температурного режима на пожаре, направления
его развития и продолжительности филиалом ВНИИПО (ПФ) разрабо-
тана методика, о чем указывалось выше (существо методики приведено в
разделе 6.1.3), основанная на непосредственном исследовании изменений,
происходящих в материалах конструктивных элементов помещения, под-
вергавшихся воздействию огня. В частности, предлагается, например, для
установления интересующих закономерностей отбирать из разных мест
на пожаре пробы образцов обгоревших остатков древесины и изучать из-
менения ряда их физико-химических свойств.
*’ Заметное влияние теплоизолирующего материала лишь тогда имеет
место, когда изоляционный материал используется для внутренней поверхности
помещения. В обычном случае изоляционный материал защищен от прямого
теплового воздействия (например, слоем сухой штукатурки) и не будет
существенно влиять на тк.
241
2. Некоторые опытные, практические и расчетные
данные, связанные с возникновением пожаров
2.1. Пожары, связанные с превращением химической
анергии в тепловую
2.1.1. Источник пожара - химическое самовозгорание
1. Пожар в распылительных камерах по окраске изделий
При окраске изделий в распылительных камерах образуется аэро-
золь краски, оседающий на стенках и в вентиляционных каналах. Обра-
зовавшийся аэрогель неоднократно загорался, приводя к пожарам. Для
выяснения их причин были проведены специальные исследования, кото-
рые показали большую склонность аэрогелей лаков марок 754, 930,
НЦ-315, краски Т и коричневой эмали 662 к химическому самовозгора-
нию [22]. Большая склонность к самовозгоранию аэрогелей этих матери-
алов объясняется тем, что они содержат, наряду с колоксилином, льняное
масло и минеральные пигменты, и что температура их самонагревания не
превышает 30 °C. Из зависимостей*’ (см. формулы (47.1), (48.1), приведен-
ных на рис. 1.2 для аэрогеля НЦ-315, методом экстраполяции определя-
лись условия его самовозгорания при 30 °C.
2. Пожар в результате окисления растительных масел
Процесс окисления растительных масел, приводящий к химическо-
му самовозгоранию, весьма активизируется при контакте с порошкооб-
разными окислителями. Случай пожара, сопровождавшегося взрывом,
зарегистрирован, например, при контакте лечебной мази для натирания,
содержавшей подсолнечное масло (74% мае.), раствор аммиака (25% мае.),
и олеиновую кислоту (1% мае.), с марганцевокислым калием (окислитель).
Опыты в лаборатории, подтвердившие возможность самовозгорания ука-
занных веществ при их смешении, проводились следующим образом. 90 г
мелко нарезанной оберточной бумаги равномерно смешивались с 50г ле-
тучей мази и Зг КМпО4 (условия, близкие к расследовавшемуся случаю
пожара). Полученная масса помещалась в термостат и подвергалась на-
греву при постоянной температуре 60 °C. Как ридно из графика рис. 2.2
*’ Эти зависимости получены из опытов, в которых варьировались
величины / и определялись соответствующие нм 1° и г.
242
(опыт I), через 4-5 часов нагрева температура в исследуемой массе (заме-
рялась термопарой) начинала быстро возрастать, что приводило к ее са-
мовозгоранию. В случае отсутствия окислителя (опыт 2) имел место в ус-
ловиях опыта небольшой саморазогрев без возникновения горения мас-
сы. Учитывая однако самостоятельную склонность подсолнечного масла
к самовозгоранию, исключить возможность в определенных условиях воз-
никновения этого процесса в отсутствии КМпО4, даже при обычных тем-
пературах, нельзя. Необходимы специальные исследования с учетом кон-
кретных условий возникшего пожара.
Самовозгорание хлопка (I кг), равномерно смоченного олифой
(250 г) и слегка отжатого в комок, наблюдалось при температуре 20 °C.
Горение проявилось через 3 ч тлением.
Размер образца /, мм
Время до самовоз-
горания г, ч
Рис. 1.2. Зависимости температуры окружающая среды (t), при
которой самовозгораются нитроотходы лака НЦ-315,
от линейных размеров их образца кубической формы 1(a)
и времени ее воздействие г (б)
243
В р е м я, ч
Рис. 2.2. Зависимость температуры бумажной массы, пропитанной
латуней мазью с добавкой КМпО4 (опыт Nt 1) и без нее
(опыт Nt 2) от арамени ее нагреаа при 60 °C а термостата
3. Самовозгорание белого фосфора
08.07.1986 г. произошло крушение товарного поезда в г. Майамис-
бург (штат Огайо, США) [185]. С рельсов сошли несколько вагонов и же-
лезнодорожных цистерн. В одной из цистерн находился белый фосфор.
При крушении корпус цистерны был поврежден и фосфор самовоспламе-
нился. Температура воздуха была 32 °C, а температура самовоспламене-
ния форфора 30 °C. К прибытию пожарных пламя достигало высоты 15 м,
а столб дыма поднимался на десятки метров. В результате сильного и опас-
ного задымления атмосферы пришлось эвакуировать население прилега-
ющих районов города (~ 10000 чел.).
Другой случай крушения цистерны с белым фарфором привел к
взрыву. Его возможность анализируется в разделе 4.
4. Самовозгорание ископаемых руд и угля
Пожары возникают в результате самовозгорания каменного угля в
шахтах, на судах, перевозящих уголь, в штабелях, при длительном хране-
244
нии в открытых разрезах. Самовозгораются также карбонизированные
сланцы, сульфидные руды, пустая порода из угольных шахт, содержащая
горючие компоненты. Пирит в результате процесса самонагревания мо-
жет привести к пожару горючих материалов в шахтах [186].
Опыты по определению температуры самовоспламенения ряда ми-
неральных сульфидов проводились на термогравиметрическом анализа-
торе TGS -2 фирмы “Перкинс-Эльмер” с размолотыми образцами массой
40 мг. Кроме того, часть образцов исследовалась в изотермических усло-
виях при температурах 100 и 200 °C с навесками 5 г. Измельчение руды и
хранение до опытов осуществлялось под слоем гептана. Опыты вели в сре-
де сухого воздуха, а также при влажности воздуха 5 и 60%. Значения тем-
пературы самовоспламенения составили: для 6 образцов пирита FeS2 -
270-375 °C; для пирротита!при л от 5 до 16) - от 360 до 420 °C; для
марказита FeS, - 255-320 °C; для арсенопирита FeAsS - от 330 до 390 °C;
для молибдена MoS2 - 370-375 °C; для халькопирита CuFeS2 минималь-
ная температура самовоспламенения составила 335 °C; халькозин Cu,S в
опытах не самовоспламенялся до 500 °C. То же наблюдалось у образцов
галенита PbS. сфалерита ZnS.
Опыты показали, что температура самовоспламенения снижается
при увеличении степени дробления руды; для образца пирита при сред-
них размерах частиц 5,8-8,7 мм она составляла 330 °C, при снижении раз-
меров частиц до 3,4-4,8 мм она понижалась до 270 °C. Опыты при 100 и
200 °C показали, что и в этих условиях образцы пирита активно реагиро-
вали с кислородом воздуха с образованием растворимого сульфата желе-
за. Один из образцов пирита самовоспламенился при 200 °C [187]. Увели-
чение массы пирита при его склонности к химическому самовозгоранию
может способствовать возникновению этого процесса при температурах,
близких к обычным.
5. Самовозгорающиеся смеси
1) Небольшая кучка порошка перманганата калия (KMnOj с не-
сколькими каплями спирта или глицерина реагирует с образованием от-
крытого пламени в течение нескольких минут. Многие косметические ве-
щества или другие домашние средства ухода, содержащие спирт или гли-
церин, также могут самовозгораться при контакте с KMnOt однако с боль-
шим замедлением во времени [182]. Смешение равных маленьких порций
порошков КМпО2 и сахара с добавкой нескольких капель воды приводит
к их взаимодействию с образованием открытого пламени в пределах ми-
нуты.
245
2) Небольшая кучка пероксида натрия (Wa,(Z,) (твердые белые гра-
нулы со слегка желтоватым оттенком, зависящим от времени изготовле-
ния), насыпанная на кусок газеты или упаковочную древесную стружку,
взаимодействуя с кубиком льда, помещенным на верхушку кучки, вызы-
вает загорание указанных горючих материалов.
О высокой реакционной способности свидетельствует также
следующий опыт: В маленькую фарфоровую чашку помещают очень не-
много пероксида натрия и затем при помощи длинной стеклянной трубки
выпускают на него каплю концентрированной (так называемой ’’ледяной”)
уксусной кислоты. Происходит взрыв, сопровождающийся появлением
пламени [18].
" 3) В бутылку емкостью около 1 л с навинчивающейся головкой вво-
дятся в равных количествах бензин и серная кислота. Бутылка обволаки-
вается тканью, которая предварительно высушивалась после ее пропнткн
насыщенными растворами сахара и хлората калия. При бросании и раз-
рушении бутылки присутствующие вещества вступают в реакции, приво-
дящие к загоранию бензина [182].
2,1.2. Источник пожара - тепловое самовозгорание
1. Самовозгорание горючих плавящихся веществ и материалов
Нагрев некоторых окисляющихся горючих плавящихся веществ и
материалов при содержании в их составе неплавких наполнителей или
попадание этих материалов в состоянии расплава на поверхность волок-
нистых или пористых тел может привести в результате развития их удель-
ной поверхности и лучшего контакта с кислородом воздуха к самовозго-
ранию. Такое явление, в частности наблюдалось на одном из заводов син-
тетического бензина при попадании расплавленного парафина при 200 °C
на стеклоизоляцию [20]. Простой опыт подтверждает это свойство пара-
фина. Нагретый в пробирке до температуры выше 200 °C. парафин в жид-
ком состоянии выплескивается из нее. Образующееся облако на воздухе
моментально самовоспламеняется.
2. Самовозгорание гидросульфита натрия (Najipj
Проводились исследования влияния толщины слоя продукта на тем-
пературу нагреваемой поверхности, необходимую для инициирования
процесса самовозгорания 2luS:O4 [188]. В опытах насыпали порошкооб-
разный продукт в кольцо диаметром 75 мм из асбоцемента, уложенного
на алюминиевую пластину, подогретую до определенной температуры.
246
Толщина слоя Na2S,Ov имевшего форму цилиндра, изменялась от 5 до
40 мм. Возникновение процесса самовозгорания в продукте при той или
иной температуре алюминиевой пластины обнаруживалось по резкому
скачку температуры (на 170-200 °C) внутри испытуемого образца: Изме-
ренные температуры алюминиевой пластины, при которых в зависимо-
сти от толщины слоя продукта возникали в нем процессы самовозгора-
ния, составили: 191,5 °C при 5 мм; 183 °C при 10 мм; 175 °C при 20 мм и
168,5 °C при 40 мм.
Изменение условий теплоотвода на необогреваемой стороне образ-
цов сказывалось на температурах, при которых происходило самовозго-
рание продукта.
3. Самовозгорание целлулоидных изделий [189]
При хранении целлулоидных изделий (мыльниц) в складе галанте-
рейных товаров возник пожар. Экспертиза показала, что эти изделия хра-
нились вплотную к стенке, внутри которой проходил дымоход. Толщина
стенки дымохода была обычной - 12 см, а кладка плотная, без поврежде-
ний и сквозных швов. Товары складывались почти до потолка, вплотную
к стене, что улучшало аккумуляцию тепла в месте контакта стены с мате-
риалами и способствовало более значительному прогреву стены в облас-
ти дымохода. Как показали измерения, температура стены в складе на
участке дымохода достигала 125 °C.
Целлулоид и целлулоидные материалы склонны к тепловому само-
возгоранию уже при температурах выше 50 °C (температура самовоспла-
менения целлулоида 141 °C).
4. Самовозгорание горючих нагаромасляных отложении
Термическая обработка металлических изделий в высокотемпера-
турных печах и закалочных масляных ваннах способствует образованию
горючих нагаромасляных отложений на стенках технологического обо-
рудования и в воздуховодах систем местных отсосов. Эти отложения при
определенных температурных условиях склонны к самовозгоранию и спо-
собствуют быстрому распространению возникшего пожара [190].
5. Самовозгорание пенополиуретана
Применяемый для звуко- и теплоизоляции полимерный материал
- пенополиуретан при нагреве до температуры 200 °C способен разлагаться
с выделением газообразных продуктов. Этот процесс достигает своего
247
максимума при 270 °C. В условиях, благоприятствующих накоплению теп-
ла, возникающее самонагревание материала приводит к быстрому повы-
шению его температуры до критической (температура самовоспламене-
ния), при которой материал самовозгорается [191].
6. Самовоспламенение нефтепродукта
Пожар произошел в насосной комбинированной установке нефте-
перегонного завода фирмы International Refineries Jnc,B штате Миннесо-
та (США). При переключении двух насосов на линии горячего кубового
остатка процесса ректификации из-за негерметичности соединения тру-
бопроводов вышедший наружу нефтепродукт при температуре 385 °C са-
мовоспламенился.
7. Самовозгорание хлопка
Образцы хлопка (содержание а-целлюлозы 96%) размером
200x200x200 мм и плотностью 80 кг/м5 при нагреве в сушильном шкафу
при температуре 164 °C самовозгорались по истечении примерно 40-45 ч.
Полученные данные по тепловому самовозгоранию хлопка выра-
жаются следующими зависимостями [20] (см. формулы 48.1,49.1)
Igt = 2,018 + 0,140 Igs (1.2)
Igl = 2,332 - 0,057 Igt (2.2)
где l - температура окружающей образец среды, °C;
s - удельная поверхность материала, м
г- продолжительность процесса до самовозгорания, ч.
Расчет минимальной температуры (г) и продолжительности нагре-
ва кипы хлопка до ее самовозгорания (т) в сушильной камере:
Размер кипы хлопка 0,8x0,6x0,6 м.
Удельная поверхность (S) кипы хлопка определяется по формуле
(50.1):
Найденная величина S подставляется в формулу (1.2) и определяет-
ся минимальная температура окружающей среды (г), при которой кипа
хлопка может самовозгореться:
Igt =2,018 + 0,140 Zg9,17 = 2,153; r= 142 °C
Величина температуры, при которой самовозгорается кипа, под-
ставляется в формулу (2.2) и определяется время (г) от начала нагрева до
момента самовозгорания:
248
lg 142 = 2,382 - 0,057 Igr, т= 1380 ч.
8. Оценка опасности загорания древесины в условиях лучистого
теплообмена в замкнутой системе |23; 70]
Условия для расчета: В помещении находится цилиндрический же-
лезный котел без изоляции. Температура наружной поверхности котла
200 °C. Размеры котла: диаметр 2 м, длина 6 м.
Стенки помещения отделаны древесиной. В качестве опасной тем-
пературы самонагревания древесины, способствующей быстрому разви-
тию процесса, принята гм = 170 °C. Размеры помещения: длина, а = 10 м,
ширина, b = 6 м, высота Л = 3 м.
Задача 1. Вычислить интенсивность облучения стенок помещения
горячими стенками котла.
Задача 2. Оценить возможность загорания древесины в рассматри-
ваемых условиях.
Решение
Интенсивность облучения определяется формулой (23.1)
2 — 5,7^уур
«(О,
где епр - приведенная степень черноты для замкнутой системы
1
£ пр-----7---Г"
1Л1-1 ,
Е\ F2\e2 )
г, - степень черноты полного излучения железа - 0,8;
ег - степень черноты полного излучения дерева - 0,85;
Ft - поверхность котла
„ 2nd2 2-3.14-22 2
Л| =----+ ndl =---------+ 3,14-2-6 = 44 м ,
4 4
F, - поверхность стенок помещения
F2 =2ab + 2ah + 2bh = 2-10-6+210 3+2 6-3=216 м2
249
~ 1 44 f 1
0,8 + 21б1о,85
= 0,78
7^=273+200=473 °К; 7^=273+170=443. °К; ?>„=!,
отсюда: J = 5,7-0,78
473V Г443У
1007 11007
= 513 Вт/м2
Согласно приведенным ниже данным (см. подраздел 2.1.4, п. 3), воз-
можность зажигания стенок из древесины в рассматриваемых условиях
исключается.
9. Оценка величины лучистого теплового потока при горении
резервуара с бензином |25]
Условия: Диаметр резервуара 10 м . Линейная скорость выгора-
ния бензина 5 мм/мин. Это соответствует массовой скорости выгорания
Уж = 58 г/м2 с. Теплота сгорания бензина Qr = 45 кДж/г.
Расчет: При 30%-ном уровне излучения теплоты сгорания величи-
на теплового потока при горении резервуара с бензином диаметром 10 м
составит, согласно уравнению (64.1)
?’=03-Гжй. .F = 0,3 58 4500 3,14 52 =61,4 МВт.
Оценка интенсивности лучистого теплового потока (У) на опреде-
ленных расстояниях от резервуара, рассчитываемая по формуле (66.1),
иллюстрируется рис. 31.1.
2.1.3. Источник пожара - микробиологическое самовозгорание
Самовозгорание растительных продуктов
Увлажненные растительные продукты (сено, солома, овощи, фре-
зерный торф и др.) в больших массах способны самовозгораться при обыч-
ной температуре. Так, самовозгорание сена в этих условиях наблюдалось
при массе порядка 100 центнеров.
В соответствии с имеющимися данными [192], в результате жизне-
деятельности термофильных микроорганизмов температура в массе фре-
зерного торфа поднимается до 75 °C. Выше этой температуры начинают-
ся активные окислительные процессы. Если принять температуру 1=25 °C
250
за критическую, при которой возникает тепловое самовозгорание, то на
основе зависимости
Igt = 2.778- 0.264Igl [134]
можно рассчитать линейный размер массы кубической.формы
(/, мм), обусловливающий развитие этого процесса
1B/JgL-y78= 1,775-2,778 =
6 -0,264 -0,264
/ = 6,3 м, что соответствует массе торфа в 250 м3.
2.1.4. Источник пожара - возгорание
1. Возгорание от тлеющей папиросы
При горении кипы штапельного волокна размером
1000x1000x600 мм, затаренной в мешковину и зажженной хорошо раску-
ренной папиросой,'брошенной на ее поверхность, наблюдалось через 6 ч
15 мин от начала опыта заметное выделение сероватого дыма и ощущал-
ся запах гари на расстоянии до 8 метров. Через 9 ч 50 мин сильный запах
гари ощущался на расстоянии до 25 метров. Заметное тление упакован-
ной мешковины выявилось через 6 ч 20 мин (опыт проводился в сухую,
теплую и безветренную погоду в закрытой деревянной кабине размером
235x235x258 см).
2. Возгорание от пламени стеариновой свечи
В опытах определялось время воспламенения образцов древесины,
бумаги, тканей при воздействии на них пламени стеариновой свечи [72].
Использовалась свеча коническая по ОСТ 6-15-402-80 длиной 250 мм, ди-
аметром основания 20 мм, массой 65 г и продолжительностью горени
2 ч. Результаты опытов приведены в табл. 1.2, 2.2 и 3.2.
Таблица 1.2
Среднее время воспламенения древесных брусков
длиной 200 мм, с
Расстояние от пламени до торца бруска, мм Сечение вертикально подвешенного бруска, мм
10x10 15x15 20x20 25x25 30x30 30x60
0 6,5 8,0 14,0 16,5 35,0 40,9
10 9.0 10,5 28,8 32,9 41,2 60,6
20 28,0 29,0 36,0 38,0 84,0 180,0
30 Обугливание торца без последующего горения Изменение цветовой окраски в светло-коричневый тон
160
251
Таблица 2.2
Среднее время воспламенения бумаги, с
Расстояние по высоте от пламени до образца, мм Бумага
писчая | газетная
горизонтальное положение
100 20 8
200 45 25
300 Обугливание без последующего горения
Вертикальное положение
100 8 5
200 15 10
300 42 -
Таблица 3.2
Среднее время воспламенения тканей, с
Расстояние по высоте от пламени до образца, мм Ткани
хлопчато-бумажная шерстяная синтетическая
Г оризонтальное положение
100 15 тлеет плавится
200 тлеет тлеет плавится
Вертикальное положение
100 8 12 10
200 18 20 22
300 тлеет тлеет плавится
3. Воспламенение упаковочного картона и древесины
от тепловой радиации
Упаковочный картон в виде волнообразной полосы, оклеенной
плоскими листами (рис.3.2), используется для упаковки материалов и го-
товой продукции. Технические параметры упаковочного картона приве-
дены в табл.4.2.
Определялись условия возгорания упаковочного картона при дей-
ствии: а) на квадратные образцы со стороной 100 мм в стальной рамке
лучистой теплоты от квадратной металлической панели со стороной
300 мм, нагреваемой с обратной стороны газовым пламенем; б) на образ-
цы картона тепловой радиации непосредственно от пламени газовой го-
релки, имевшей внутренний диаметр трубки 0,5 мм. Расположение горел-
ки относительно образца показано на рис. 4.2. Результаты опытов приве-
дены на рис. 5.2 и 6.2 [98].
252
Рис. 3.2. Образцы упаковочного картона:
а - средней толщины (однослойный
с двумя стенками);
б - большой толщины (двухслойный
с тремя стенками);
стрелки указывают направление радиации
Таблица 4.2
Технические параметры упаковочного картона
Параметры Тонкий картон с двумя стенками Средний картон с двумя стенками Толстый картон с тремя стенками
Общая средняя толщина, мм 2,8 4,6 7,5
Плотность, кг/м4 160 160 130
Влагосодержание.% 7-9 3 8
Число волнообразных полос 1 1 2
Число плоских слоев 2 2 3
Выводы.
I. Различие величин интенсивности теплово! о по, ока, необходимой
для зажигания ра«личных типов упаковочного картона, находится в пре-
делах погрешности опытов и соответствует осредненному пределу иско-
мой величины 1.6-1,7 Вт/см-’
2. Попытки найти связь между полученными результатами для упа-
ковочного картона и данными по зажиганию друтт+х целлюлозных мате-
риалов не увенчались успехом из-за влияния особенностей конструкции
упаковочного картона. Для плотного целлюлозного материала - древе-
сины минимальная интенсивность облучения от панели, необходимая для
ее возгорания, составила 5,2 Вт/ см2.
253
Газ
I
Рис. 4.2. Расположение пламени газовой горелки (1)
относительно образца (2):
а) - вертикальное пламя;
б) - горизонтальное пламя
Рис. 5.2. Возгорание упаковочного картона от
теловой радиации нагреваемой панели:
г - время возгорания, с;
1 - тонкий картон;
2 - средней толщины картон;
3 - толстый картон.
254
Рис. 6.2. Возгорание упаковочного картона
от тепловой радиации пламени газовой горелки:
1 - тонкий картон (действие вертикального пламени);
2 - тонкий картон (действие горизонтального пламени);
3 - средней толщины картон; 4 - толстый картон
Следует отметить, что для той же древесины минимальная интен-
сивность облучения от пламени газовой iгрелки. при которой она возго-
ралась, составила 1.6 Вт/см2. В данном случае влияние оказывали темпе-
ратура пламени горелки, лежашая выше температуры самовоспламенения
выделяющихся газообразных прод/кизв ьциь-же-шл древес тны, и распо-
ложение пламени горелки над образцом
4. Радиус опасного разлета искр нз трубы паровоза
Следственный эксперимент [72] по установлению максимального
разлета искр из трубы паровоза при благоприятном ветре со скоростью
15 м/с и температуре 22 “С показал: радиус разлета искр, обладающих за-
жигательной способностью, может достигать 42 м; среднее время свече-
ния упавших на землю искр составило 5 с; размеры погасших частиц ко-
лебались от 1x1 до 4x3,5 мм.
255
5. Определение пожариой опасности шлака, образующегося
при кислородной резке стали [90]
В опытах использовали стационарную горелку с соплами диамет-
ром 10-30 мм, с помощью которой разрезали образцы стали St 37 толщи-
ной 10 и 20 мм. Температуру падающих частиц шлака, их размеры и ско-
рость падения измеряли специальным оптическим прибором, соединен-
ным с фотоумножителем и компьютером. Для измерения теплосодержа-
ния использовали модифицированный микрокалориметр.
Опыты показали: температура частиц шлака изменяется в процес-
се их падения. Наибольшая зафиксирована на расстоянии 0,6 м от нижне-
го края разрезаемого образца стали - 2210 °C, наименьшая на расстоянии
4м- 1260 “С. Средневзвешенная температура частиц (по их объему) на
расстоянии 0,6 м: у тонкой пластинки (10 мм) была выше (1700 °C), чем у
толстой (20 мм) (1650 °C). Однако на расстоянии 4 м частицы от толстой
пластины продолжали разогреваться и их температура повышалась до
1680 °C. Падающие частицы содержали от 10 до 35% железа и остальное -
смесь окислов железа, оии были высокопористыми с плотностью ~2 г/см3.
Теплосодержание частиц составляло 2,023 кДж/г для шлака из пластин
толщиной 10 мм и 1,814 кДж/г - для шлака из пластин толщиной
20 мм.
Расчет теплосодержания, исходя из теплового баланса частиц, по-
казал результаты на 12-15% более низкие, чем зафиксировано в опытах.
Скорость частиц - наивысшая в начале полета (9-10 м/с), затем она сни-
жается до 5-6 м/с на расстоянии 4 м. Диаметр частиц колебался в преде-
лах 0,4-4,3 мм. Наблюдались отдельные редкие капли больших размеров.
Распределение частиц по диаметру отвечало закону Гаусса со средним
значением 1,2-1,7 мм.
6. Пожар на морской нефтяной платформе [194]
Пожар возник при пробое прокладки выхлопной трубы генерато-
ра. Горючие выхлопные газы подожгли расположенную поблизости па-
нель из стеклопластика. При возникновении пожара сработала система
аварийного останова работы, платформы. Предложены профилактичес-
кие меры: заменить стеклопластик на металлическую панель; вынести
фланцевые соединения выхлопной трубы генератора за пределы помеще-
ния.
256
7. Возгорание при утечке жидкого бутана без взрыва [117]
Одна из самых крупных утечек горючего произошла в Гриффити
(штат Индиана, США) в 1974 г.
Труба диаметром 0,4 м, соединенная с подземным резервуаром ем-
костью 45000 м3, содержащим жидкий бутай под давлением 19,6 кПа, от-
крылась в Т-образной секции. Через сопло горючее выбрасывалось вер-
тикально вверх на протяжении 7 ч. прежде чем произошло загорание. За-
пах гари ощущался на расстоянии 24 км по направлению ветра. После за-
горания пламя перебросилось к соплу и образовался факел без генерации
разрушающей взрывной волны.
8. Возгорание пенополиуретанового утеплителя [195]
В судоремонтном доке г. Равенна (Италия) 13.03.1987 возник по-
жар на судне “Елизавета Монтанам”, приведший к гибели 13 чел. Причи-
ной пожара послужило загорание слоя пенополиуретанового утеплителя
емкости, в которой перевозился сжиженный нефтяной газ. Источником
зажигания явились искры или пламя ацетиленокислородной горелки, ис-
пользовавшейся на ремонтных работах.
9. Дымообразующее свойство поливинилхлорида [196]
При сгорании 10 кг поливинилхлорида выделяющийся дым спосо-
бен заполнить помещение объемом 5400 м’ за 4 мин.
10. Влияние естественной конвекции на скорость тления
порошкообразной а-целлюлозы
Изучение влияния естественной конвекции на скорость тления по-
рошкообразной а-целлюлозы проводилось в условиях неподвижного воз-
духа под давлением 0,5-1,5 атм [197]. Распространение тления наблюдали
в вертикальной стеклянной трубке диаметром 7 см и высотой 16 см. снаб-
женной небольшим вытяжным патрубком. Процесс тления регистриро-
вали термопарами толщиной 0.8 мм, установленными на расстояниях
5 и 10 мм друг от друга по высоте трубки. В опытах скорость тления со-
ставляла от 0,002 см/с при 1,2 атм до 0.0005 см/с при 0,7 атм. При давле-
ниях ниже 0,8 атм скорость тления была практически постоянна. При дав-
лениях воздуха ниже 0,6 атмосфер реакция тления не распространялась.
Температуры зоны тления составляли 500-600 °C.
257
11. Характеристики пламени кромки низового пожара,
распространяющегося по ветру по слою лесною опала
Проводились лабораторные и полевые огневые опыты по изучению
характеристик пламени кромки низового пожара, распространяющегося
по ветру по слою лесного опада [198]. Лабораторные опыты проводились
в тоннеле сечением 2,44x2,44 м и длиной 21.3 м. Скорость ве-гра в нем из-
меняли от 0,57 до 2,29 м/с. Испытуемый опад соснового леса помещали
слоем 2.5-3.7 см на противень размерами 0,91x4.88 м. Теплота сгорания
опада составляла 15700 кДж/кг для хвои и 14251-14942 кДж/кг для хвои в
смеси с вегетирующей растительностью. Скорость распространения огня
зависела от скорости ветра и интенсивности горения и изменялась от 0,011
до 0,040 м/с, интенсивность горения изменялась от 98 до 590 кВт/м. Высо-
та пламени была пропорциональна корню квадратному из интенсивно-
сти горения при горючей нагрузке более 0,5 кг/м2 и составляла - 0,5 м при
горючей нагрузке около 0,5 кг/м2 независимо от интенсивности горения.
В натурных опытах интенсивность горения на кромке пожара составляла
от 355 до 2755 кВт/м, линейная скорость распространения огня - от 0,0506
до 0.27 м/с.
2.2. Пожары, связанные с превращением механической энергии
в тепловую
1. Зажигательная способность накаленных поверхностей н меха-
нических искр для газо- н пылевоздушных смесей [199]
Опыты проводились со стержнями 0 4-7 мм, прижимаемыми си-
лой 90 Н к вращающемуся колесу, линейная скорость трущейся поверх-
ности которого составляла 25 м/с. Искры трения и удара получали при
кратковременном (~ 50 мс) касании стержнем вращающегося колеса, а на-
каленные поверхности - при длительном касании (порядка нескольких се-
кунд).
Опыты показали, что зажигательная способность искр трения и
удара, образуемых материалами стержней, снижается в следующем поряд-
ке: кремний, цирконий, титан, сталь, алюминий по ржавчине. Для нака-
ленных поверхностей получалос: что пылевоздушные смеси воспламеня-
лись ими легче, чем газовоздушные.
255
2. Исследование зажигательной способности термитной реакции,
возникающей при ударе [22]
Методика опытов заключалась в создании скользящего удара мо-
лотком весом 14 Н из нержавеющей стали по плите из ржавой малоугле-
родистой стали, “загрязненной” по всей длине контакта с молотком (~ 3
см) алюминием (рис.7.2). “Загрязнение” алюминием достигалось трением
под давлением руки куска алюминиевой проволоки (содержание 99,5% А1)
поперек ржавой стальной поверхности до получения “загрязнения”, со-
держащего максимальное количество приставшего алюминия. Маленькую
конусообразную кучку исследуемой пыли (аэрогель) помещали на плите
у края площади удара. Молоток, двигаясь по дуге и ударяя по “загрязне-
нию”, вызывал термитную реакцию с выбрасыванием вперед (по движе-
нию) горящих частиц алюминия и образование аэровзвеси при последую-
щем ударе по кучке пыли.
Рис. 7.2. Схема, показывающая траекторию движения
ударяющего молотка, расположение места
удара и образца пыли:
1 - траектория движения молотка;
2 - площадь удара;
3 - кучка пыли;
4 - плита из ржавой малоуглеродистой стали;
5 - место нанесения алюминия
Несмотря на то, что приведенный метод образования аэрозоля да-
леко несовершенен, 77% от 95 испытанных веществ, относящихся к взры-
воопасным пылям [200], загорались от термитных реакций, создаваемых
в опытах.
Данные опытов показали, что термитная реакция, являющаяся ре-
зультатом удара металла о ржавую поверхность малоуглеродистой ста-
ли, покрытую алюминием, может вызвать зажигание аэрозоля, образую-
щегося в производственных агрегатах.
259
3. Загорание кип хлопка-волокна от трения и удара
а) На станции Баладжары Азербайджанской железной дороги про-
изошел пожар в вагоне с хлопком, после роспуска его с сортировочной
горки. В результате сильного соударения с отцепом в подгорочном парке
была разбита передняя по ходу движения обшнвка стенки и сильно по-
вреждены ее металлические стойки. От жесткого удара кнпы хлопка (пять
ярусов) передвинулись вглубь вагона на 40 см. Кипы хлопка были перевя-
заны неотожженной стальной проволокой 0 4 мм (11 поясов), концы ко-
торой скручивались в узлы, выступавшие до 18 см от поверхности кип.
Примерно через 6 ч после соударения был обнаружен выход дыма
из вагона и его горение.
Для определения возможности загорания хлопка от трения сталь-
ных проволочных узлов при их движении по деревянному полу произво-
дился расчет с использованием формулы (2.1)
Ly = PfV
Исследованиями [34] установлено, что при величине интенсивнос-
ти работы трения Д, > 4,41 кН/(мм мин), что эквивалентно выделенной
теплоте с интенсивностью 4,42 Дж/(мм2 мин), возможно загорание хлоп-
ка (температура самовозгорания 205 °C).
Удельная нагрузка Р в разбираемом случае могла составить:
5т
TlF
5-205-9,807
11-8-180
= 0,635 Н/мм2,
где т - масса кипы, кг;
F- площадь узла, мм2.
Исходя из скорости трения Г= 400 мм/с и/= 0,4 , имеем
Д, =0,635-0,4-400-60 = 6,092 кН/(мм-мин)
Расчет подтверждает возможность в разбираемом случае загора-
ния хлопка от трения.
б) При погрузочных работах на теплоходе “Иван Коробцов” в
Ильичевском порту (г. Одесса, 1974 г.) протаскивание (методом толка-
ния) кипы хлопка-волокна по деревянной площадке кузова автомашины
привело к загоранию кипы. Последнее наблюдалось также от удара обвя-
зочной ленты о дверную стойку вагона № 2607676 при выгрузке нз него
кип хлопка (порт Ильичевск, 13.07.1978 г.). При разгрузке теплохода “Се-
ров” произошло загорание кипы в результате разрыва обвязочных поясов
и высечения искр (Югославия, 28.07.1977 г.).
260
4. Пожары и взрывы иа хлопкоперерабатывающих
предприятиях [201]
В Верхней Силезии (Польша) проведены исследования причин по-
жаров и взрывов на хлопкоперерабатывающих предприятиях. Установ-
лено, что причинами являются ненадежные в эксплуатации и “заедаю-
щие” подшипники производственного оборудования, нагретые поверхно-
сти деталей ткацких станков и открытые источники огня. Рекомендуется
особое внимание обратить на противопожарную защиту сырцовых и пы-
леосадительных камер.
5. Оценка опасности задевания ковшом нории элеватора
стенки ее трубы
Согласно паспортным данным, лента нории НЦ 1-175 приводится
в движение со скоростью V = 2,5 м/с электродвигателем мощностью
N = 22 кВт, имеющим 1000 об/мин. Тяговое усилие на ее ленте составит
р=1^ = 9Оокг
у
При перекосе трубы нории кромка ковша элеватора будет, учиты-
вая такое большое тяговое усилие на ленте, работать как резец строгаль-
ного станка, причем глубина резания стенки трубы этой кромкой будет
определяться углом ее перекоса.
Поскольку труба нории выполнена из Ст.З, можем определить тем-
пературу резания по формуле (5.1)
Т = 138 -Г04- 5°16 Л007
Задаваясь S = 3 мм; h = 0,5 мм, получим при V =150 м/мин,
Т= 1157 °C. Поскольку образующаяся стружка при таком резании имеет
температуру, значительно превышающую температуру самовозгорания
многих элеваторных пылей (в состоянии аэрогеля и даже аэровзвесей), она
может при определенных условиях их воспламенить, т. е. быть причиной
пожара или взрыва на элеваторе.
6. Расчет температуры водорода в конце дросселирования
Принимаем температуру до дросселирования Т, = 373 °К, давление
Р, = 20 атм; давление газа после дросселирования Р2 = 1 атм. Молекуляр-
ная теплоемкость водорода Ср = 6,8 кал/моль-К. Константы Ван-дер-Ва-
альса: а = 0,19 и в = 0,023.
261
Используя для расчета формулу (21.1), имеем:
(—- в) ----0,02з"|
J = 24,2= 24Т-0'0-21'-373--------------7 = -0,038 К/ат
С„ 6,8
Температура водорода после дросселирования (Т2) определит-
ся. согласно формуле (22.1)
7] - Тг = j(Р. - Р2 )= 373-Т2 = -0,038-19 = -0,72 °К
Т2 =373 + 0,72 = 373,72 °К.
2.3. Пожары, связанные с превращением электрической энергии
в тепловую
1.Возм ожность воспламенения керосина при попадании его на
теплоэлектронагреватели (ТЭНы) печи вагонного типа
Для выяснения возможности воспламенения керосина (температу-
ра самовоспламенения 238-260 °C [20]) при попадании его на теплоэлект-
ронагреватели (ТЭНы) печи вагонного типа, устанавливаемые под сиде-
ниями вагонов электропоездов, проводился следующий эксперимент [72].
Исследовалась печь мощностью 250 Вт, установленнная на сухую
деревянную доску с расстоянием от ее поверхности до ТЭНов 15 см. Для
определения температуры нагревательных элементов печи закреплялись
в различных точках ТЭНов хромель-копелевые термопары, показания
которых автоматически записывались электронным потенциометром
ЭПП-09.
Результаты эксперимента: Через час после включения печи в элек-
тросеть температура на ТЭНах достигла 160 °C и в течение четырех часов
опыта не изменялась. При выплескивании керосина из банки на ТЭНы
печи жидкость не воспламенялась, следов теплового воздействия нагре-
вателей на поверхность доски под печью не наблюдалось.
2. Пожары в автомобиле
а) От воспламенения карбюратора
В автомобилях с передним расположением двигателя примерно че-
рез 8-10 мин после воспламенения карбюратора происходит загорание
приборного щитка. Еще через 5 мин пламя достигает задней части авто-
мобиля [16].
262
6) От тепла отработанных газов
Тепло отработанных газов - одна нз причин пожаров автомоби-
лей. Японской пожарной охраной применялась следующая методика оцен-
ки пожарной опасности тепловой струи отработанных газов [202]:
Для испытаний использовался автомобиль, прошедший 79465 км, с
бензиновым двигателем рабочим объемом 1800 см3. На расстоянии 18 см
от края выпускной трубы перпендикулярно к ее оси устанавливали лист
фанеры толщиной 2,2 мм. В зависимости от продолжительности работы
двигателя при 2500 об/мин получены значения температуры (°C) в следу-
ющих точках на продольной оси выпускной трубы: на краю трубы; на
обращенной к трубе поверхности фанеры; на тыльной поверхности фане-
ры. Через 5 мин - 130; 117; 48. Через 10 мин - 252; 300; 80. Через 22 мин -
348; 388; 100. Через 37 мин 30 с фанера задымилась, а через 43 мин - заго-
релась.
3. Возникновение пожара в результате перегрузки
электрических сетей [72]
В производственной мастерской к двум электродвигателям общей
мощностью 4,4 кВт были подведены провода марки ПР-500 сечением
3x2,5 мм2, проложенные в эбонитовых трубах по деревянной перегород-
ке. Дополнительно к этой же сети был подключен электродвигатель мощ-
ностью 14 кВт. При одновременной работе всех двигателей сеть находи-
лась под перегрузкой и предохранители перегорали. Вместо калиброван-
ных предохранителей, соответствующих сечению проводов, были установ-
лены медные перемычки диаметром 2,14 мм, способные плавиться при токе
- 250 А. Такие предохранители не отключали сеть при возникновении пе-
регрузки, а, наоборот, благоприятствовали нагреванию проводов. Это
привело к воспламенению резиновой и хлопчатобумажной изоляции, эбо-
нитовой трубки и деревянной перегородки. Осмотр места пожара пока-
зал, что предохранители оказались нерасплавленными.
4. Возможность пожара в результате однофазного короткого
замыкания [318]
В кинокамере одного из клубов был обнаружен сильный нагрев
штукатурки на перегородке. Когда штукатурку вскрыли, выяснилось, что
металлическая сетка под ней накаливалась докрасна, особенно в местах
прилегания сеток в нахлестку друг к другу, т. е. там, где повышены пере-
ходные сопротивления. При этом деревянные элементы перегородки силь-
263
но обуглились. Как только местная электросеть была отключена, сетка
перестала нагреваться.
Расследование случая показало, что незадолго (с неделю) до его
обнаружения была проложена сквозь перегородку электропроводка в изо-
ляционных трубах с металлической оболочкой. Повреждение изоляции
провода н трубки прн монтаже привело к замыканию одной из фаз на ме-
таллическую оболочку трубки и от последней на сетку, по которой была
оштукатурена перегородка. Сетка в свою очередь имела соединение с зем-
лей.
5. Исследование пожарной опасности электрокипятильника [72]
Характеристика электрокипятильника
Для исследований использовался электрокипятильник производства
Кизлярского электромеханического завода. Трубка корпуса нагревателя
алюминиевая, рукоятка карболитовая, потребляемая мощность 1000 Вт,
напряжение 220 В.
Цель исследований
1. Определение при включенном в сеть электрокипятильнике вре-
мени выкипания воды в металлическом ведре вместимостью 10 л при на-
личии в нем 9,5 и 3 л воды (вопрос, возникший при экспертизе пожара).
2. Установление возможности загорания бумаги и древесины при
соприкосновении с электрокипятильником в условиях его работы.
Условия экспериментов:
1. Температура в помещении - 21°С. На хорошо высушенные две
деревянные доски укладывалась газета и на нее ставилось ведро с водой,
имевшей температуру 10 °C. Электрокипятильник с помощью держателя
подвешивался за кромку ведра, трубка нагревателя не касалась дна вед-
ра.
2. Условия те же, ио трубка нагревателя соприкасалась с дном вед-
ра (электрокипятильник не подвешен к кромке ведра, как требуют прави-
ла эксплуатации).
3. Электрокипятильник положен непосредственно на газету, рассте-
ленную на деревянных досках.
Результаты экспериментов:
264
Опыт 1
Количество налитой в ведро воды, л Время закипания воды от начала опыта Продолжительность полного выкипания воды от начала опыта Температура воды в ведре, ’С
9 2ч 7 ч 55 мин 96
5 45 мин 4 ч 40 мин 96
3 27 мин 2 ч 25 мин 96
Примечание: Когда нижняя часть витков нагревателя перестала сопри-
касаться с водой вследствие ее выкипания, через 6-7 мин разрушалась нижняя
трубка нагревателя и она опускалась на дно ведра, соприкасаясь с оставшейся
водой. Электроспираль кипятильника функционировала после этого 40-50 мин
и затем перегорала.
Опыт 2.
Когда вода полностью выкипела, нижняя часть нагревателя распла-
вилась и через 5 мин перегорела электроспираль.
В опытах 1 и 2 загорания бумаги и древесины, на которых стояло
ведро, не наблюдалось.
Опыт 3.
Через 1 мин после начала опыта - тление бумаги;
Через 1мин 40 с после начала опыта - воспламенение бумаги;
Через 2 мин 30 с после начала опыта - в нижней части электроки-
пятильника расплавилась трубка нагревателя, горение бумаги усилилось;
Через 3 мин после начала опыта - загорелись доски;
Через 3 мин 30 с после начала опыта - электроспираль нагревателя
перегорела. Горение досок продолжалось.
При помещении электрокипятильника непосредственно на деревян-
ные доски (влажность 14%):
через 1 мин 5 с после начала опыта - тление древесины;
через I мин 40 с после начала опыта - в нижней части нагревателя
начала плавиться алюминиевая трубка. Доска в этом месте воспламени-
лась;
через 2 мин 50 с после начала опыта - спираль перегорела, нижняя
часть трубки нагревателя разрушилась. Горение доски продолжалось.
6. Электрокипятильник - источник пожара на теплоходе
В результате допущенных нарушений при пользовании электроки-
пятильником возник пожар в ночь с 17 на 18 мая 1988 г. на теплоходе “При-
265
амурье”, стоявшем в японском порту г. Осака. На борту находилось 295
пассажиров и 129 членов экипажа. Огонь распространился очень быстро
и в считанные минуты охватил весь теплоход. Погибли 11 человек, мно-
гие получили телесные повреждения различной степени тяжести, связан-
ные с ожогами и отравлением токсичными газами. Пожар возник в каюте
на второй палубе теплохода от оставленного без присмотра невыключен-
ного электрокипятильника. Наличие горючего покрытия, устилавшего пол
каюты, способствовало развитию и активизации процесса горения.
7. Проверка возможности сквозного расплавления чугунного лито-
го корпуса распределительной коробки осветительной электросети при ко-
ротком замыкании
Для выяснения возможности сквозного прогара чугунного литого
корпуса распределительной коробки толщиной 4 мм осветительной элек-
тросети склада от короткого замыкания находящихся в ней алюминие-
вых проводов сечением 2,5 мм2 проводился специальный эксперимент [72].
Концы алюминиевых проводов сечением 2,5 мм2 соединили скрут-
кой и поместили в распределительную коробку, изъятую с места пожара,
но без следов короткого замыкания. Другие концы проводов через авто-
трансформатор включили в сеть напряжением 220 В. При прохождении
электрического тока скрутка проводов в распределительной коробке яви-
лась местом короткого замыкания. Возникшая электрическая дуга рас-
плавила и разрушила алюминиевые провода, цепь оборвалась. На внут-
ренних поверхностях распределительной коробки остались незначитель-
ные следы термического воздействия электрической дуги в виде раковин
глубиной 1-1,5 мм. Трехкратная повторность опытов в аналогичных ус-
ловиях показала отсутствие признаков прогара корпуса распределитель-
ной коробки и, тем самым, возможности возникновения пожара по этой
причине.
8. Определение причины (влияние токов перегрузки или внешнее
воздействие пожара) нагрева и разрушения электропроводов ПРД [203]
При исследовании использовался метод получения идентичных раз-
рушений. В этом методе на образцах материалов, аналогичных по соста-
ву и свойствам тем. которые были получены с пожара, но не тронутые
им, изучались возможные условия, приведшие к разрушению на пожаре.
Характеристика образцов по внешнему виду
Представленные провода ПРД, бывшие на пожаре, имели нерав-
номерно обгоревшую (участками) хлопчатобумажную оплетку. Резиновая
266
изоляция местами потеряла эластичность и легко выкрашивалась. На от-
дельных участках изоляции имелись вспучивания и трещины, в других
местах снаружи она оставалась эластичной, а внутренний слой в местах
вспучиваний обуглился. На тех участках, где резина осталась эластичной
по всему сечению, наружный слой изоляции имел обычную для резины
плотную структуру, а внутренний - пористую, т. е. изменившуюся струк-
туру.
Исследование опытных образцов проводов такой же марки и того
же сечения по методу получения идентичных разрушений
При внешнем воздействии огня изоляция разрушалась снаружи и
обгорала равномерно, в то время как на представленных с пожара прово-
дах наблюдались односторонние прогары резиновой изоляции.
При воздействии горячего воздуха (300-350 °C) происходило рав-
номерное и постепенное обугливание изоляции, переходящее затем в тле-
ние. При более высокой температуре она вспыхивала и горела по всей дли-
не провода.
При нагреве проводов током, значительно превышающим макси-
мально допустимый для данного сечения (что характерно для токов пере-
грузки), на опытных образцах были получены разрушения изоляции та-
кого же вида, как и у представленных на экспертизу отрезков проводов.
Таким же являлось расстояние между соседними прогарами изоляции,
причем хлопчатобумажная оплетка и резиновая изоляция между прога-
рами также не разрушались.
Вспученный характер разрушения резиновой изоляции объясняет-
ся тем, что источник тепла находился внутри провода. В результате на-
грева жилы провода происходил термический распад вещества в ближай-
шем к ней слое резины. Скапливающиеся газообразные продукты терми-
ческого распада вызывали вспучивание выше лежащих слоев резиновой
изоляции благодаря их газонепроницаемости. В наименее прочных мес-
тах резиновая изоляция разрывалась. Действие газообразных продуктов
на нагретую и размягченную резину способствовало также образованию
пористой структуры изоляции.
Выводы:
1. Представленные с пожара образцы проводов имели вспучивания,
пористость и разрывы (прогары) изоляции, подобные тем, которые были
получеры при проведении экспериментов в лаборатории.
2. Результаты исследований позволили установить, что поврежден-
ные провода на пожаре подвергались нагреву током перегрузки.
267
9. Исследование на возгораемость изоляции медного провода под
влиянием токов перегрузки (204]
Испытанию подвергался провод, изъятый из места, расположенного
на вводе в силовой щит. Марка провода - КМПВ, жила медная сечением
1,5 мм2, изоляция жил полиэтиленовая, оболочка полихлорвиниловая.
Методика испытания. Образец провода 1 м подвергался воздей-
ствию тока перегрузки. Во время проведения испытаний регистрирова-
лась величина тока и время протекания тока.
Разделка провода приведена на схеме (рис.8.2). Результаты испы-
таний сведены в таблицу 5.2.
К источнику
тока
Рис. 8.2. Схемы разделки провода (а) и его электрических
испытаний (6):
1 - скрутка; 2 - жилы в полихлорвиниловой изоляции; 3 - кусок
неразделанного провода; 4 - оголенные жилы; 5 - испытуемый образец.
268
Таблица 5.2
Результаты испытаний изоляции медного провода
Характеристики воздействия тока Результаты воздействия
сила тока, А продолжитель- ность, мин
60 3 Оплавления и нарушения изоляции не наблю- далось
120 3 Медные токопроводящие жилы накалились до малинового цвета; интенсивное плавление изо- ляции жил и вспучивание полихлорвинилового покрытия на неразделанном участке. Возгора- ния не наблюдалось
150 3 Возгорание-полихлорвиниловой изоляции; обрыв медной жилы в неразделанном участке провода (внутри изоляции из ПХВ)
Недостатком методики проведенных исследований является недо-
учет влияния теплоизоляции, создаваемой материалами конструктивно-
го оформления места ввода провода в силовой щит. Этот фактор мог ска-
заться на значительном снижении силы тока, потребной для возгорания
изоляции.
10. Поведение под влиянием внешнего воздействия огня соединитель-
ных винтов в штепсельных розетках, к которым не подведен ток [104]
Опыты, подтверждающие возможность повреждения соединитель-
ных винтов в обесточенных штепсельных розетках под влиянием внешне-
го воздействия огня проводились следующим образом.
Несколько обесточенных розеток помещали в пламя штабелька из
древесины, уложенного в нагретой тигельной печи. После 40 минут опы-
та бакелитовый корпус розетки полностью разрушался, а латунные плас-
тинки накаливались до красна. После опытов некоторые винты оказались
сильно поврежденными даже при 20-минутной длительности опыта.
11. Исследование возможности оставления до пожара иевыключеи-
иым электрического утюга (203]
Представленный для исследования утюг на наружной поверхности
корпуса имел почти все основные цвета побежалости*1 с преобладанием
синего и голубого цвета, что свидетельствовало о нагреве наружной по-
*’Явление цвета побежалости, основанное на оптических свойствах тонкой плен-
ки окислов железа на поверхности стали, дает возможность с известной степенью при-
ближения судить о температуре нагрева отдельных частей изготовленного из нее пред-
мета. Бледно-желтая окраска появляется при нагревании до 220 °C, золотисто-желтая -
245 °C, пурпурная - 250 °C, голубая - 300 °C, синяя - 320 ‘’С и черная - 420 °C.
269
верхности утюга до температуры порядка 300-350 °C. Внутренняя повер-
хность корпуса утюга имела только черный цвет побежалости, что соот-
ветствует температуре нагрева 420 °C и выше.
Разница в нагреве внутренней и наружной поверхностей корпуса
утюга указывала на то, что источник тепла находился внутри утюга, т. е.
нагрев происходил за счет тепла, выделяемого его нагревательным эле-
ментом. Это подтверждается и тем фактом, что фарфоровая колодка на-
гревательного элемента, на которой были смонтированы контактные за-
жимы, в средней части сильно оплавилась. В том месте, где колодка со-
прикасалась с асбестовой прокладкой, асбест приварился к фарфору.
В одном из отверстий колодки имелись оплавленные остатки медной
шпильки, а на поверхности оплавленного фарфора было видно (при силь-
ном увеличении) большое количество крапии меди, сплавившихся с фар-
фором. Это обстоятельство свидетельствовало о том, что расплавление
меди и фарфора происходило одновременно. Спираль нагревательного
элемента у колодки также оказалась оплавленной. Следы оплавления име-
лись и на фарфоровых бусах, прилегавших к колодке.
Все перечисленные оплавления могли произойти лишь в результа-
те короткого замыкания во внутреннем контакте соединения электричес-
кого утюга. Если предположить, что эти оплавления произошли вслед-
ствие действия внешней температуры пожара, то прежде, чем расплави-
лась фарфоровая колодка (температура плавления 1550 °C), расплавились
бы стальные элементы утюга (температура плавления 1350-1400 °C). Кроме
того, возникновение таких высоких температур в условиях пожара, как
правило, невозможно.
Короткое замыкание в утюге могло произойти при разрушении ог-
нем извне изоляционных пластмассовых деталей у контактного соедине-
ния. Это подтверждает возможность оставления до пожара электричес-
кого утюга невыключенным.
12. Определение возможности загорания дросселя и рассеивателя
алюминиевого светильника при аварийных режимах [109]
Объект испытания - люминесцентный светильник, состоящий m
металлического корпуса, покрытого белой нитроэмалью, двух люминес-
центных ламп мощностью по 40 Вт каждая, четырех дросселей, двух кон-
денсаторов, рассеивателя и монтажных проводов (рис. 9.2)
Методика испытаний: Люминесцентный светильник был закреп-
лен на растяжках на высоте 1,5 м от пола. К светильнику подавалось на-
пряжение от электрической сети 220 В через повышающий трансформа-
270
тор. В процессе опытов измерялась температура нагрева дросселей и ви-
зуально устанавливался момент появления дыма и открытого пламени.
Рис. 9.2. Принципиальная схема-люминесцентного светильнике:
1- корпус ; 2 - люминесцентная лампа ; 3 - дроссели ; 4 - конденсаторы;
5 - монтажные отверстия: 6 - клеммная коробка; 7 - монтажные провода.
I, II, III, IV - места установки термопар.
271
При испытании светильника использовались следующие приборы
и оборудование:
электронный потенциометр т ипа КСП для измерения температ уры
в различных точках светильника;
термопары ХА диаметром проводов 0,2 мм;
трансформаторы РНО 250-15 и УНТ-1;
измеритель напряжения (тестер).
Принципиальная электрическая схема испытания светильника при-
ведена на рис. 10.2.
УТН-1 РНО-250
Рис. 10.2. Принципиальная электрическая схема испытания
люминесцентного светильника (ЛС).
272
Условия опытов: Температура окружающей среды +25°С, относи-
тельная влажность воздуха 8%. Воздухообмен в помещении естественный.
Для измерения температуры нагрева дросселей были установлены
четыре термопары (рис. 10.2):
первая - на наружной поверхности кожуха дросселя № 2;
вторая - на наружной поверхности кожуха дросселя № 1 с торца;
третья - на наружной поверхности конденсатора;
четвертая - на обмотке дросселя № 4.
Результаты опытов иллюстрирует таблица 6.2.
Таблица 6.2
Температуры нагрева люминесцентного светильника при различных
напряжениях
Напря- жение, В Время от начала опыта, мин Температура в точках,’С Примечание
I II III IY
220 0 25 25 25 25 Напряжение подано
15 36 37 31 45
30 40 41 32 51
45 42 43 32 53 Установившийся режим
60 42 43 32 53
242 75 42 42 31 53 Напряжение подано
90 50 51 39 61
105 52 53 41 66
120 53 54 42 65
135 52 54 41 65
150 51 54 41 66 Установившийся режим
300 177 63 66 50 105
196 67 68 52 151 Пошел дым белого цвета
220 69 68 52 171 Сильный запах разложе- ния полихлорвиниловсй изоляции монтажных про- водов
375 225 . 75 80 67 210
230 86 91 70 225 Резкое увеличение выде- ления дыма
234 91 99 74 241 Дроссель № 4 воспламе- нился и тут же загорелся рассеиватель
273
13. Расчет количества тепла, которое может отдать частица расплав-
ленного электрическим током металла (стали) горючему веществу при ос-
тывании до комнатной температуры
Вычисление проводится с использованием формул, приведенных
на с. 88-90.
Количество тепла (Q. Дж), которое может отдавать капля расплав-
ленного металла веществу, определяется из формулы:
2= KPtMh-><>)
Объем капли металла (ИА, м3), считая ее сферической, равен
Г* =^- = 0,52-М3.
6
Принимая диаметр капли dk = 0,5 мм, имеем V = 0,0654 • 10 ® м’.
Плотность металла рк = 7860 кг/м3 [23].
Температура капли расплавленного металла в конце полета вычис-
ляется из формулы:
‘ Кр^к
Теплоемкость металла при температуре плавления
q= 0,678- Ю’Дж/кг К [23].
Запас тепловой энергии капли металла в конце полета (Qk , Дж)
определяется из формулы:
Qi = 2» + Qy ~ (2«р + От ).
Теплота, содержащаяся в капле металла в начале полета
где tn - температура плавления стали (1375 °C),
Отсюда Q4 = 0,0654-10 ’ 7860 0,678-103-1375= 0,479 Дж;
Q - тепло, выделяемое при сгорании углерода, содержащегося в
стали, в количестве, примерно 0,3%. 1 кг углерода выделяет при сгора-
нии 33913-10’ Дж.
О., = 0,0654-10-®-7860 0,003-33913-103 = 0,052 Дж.
Тепло кристаллизации капли металла (2 ) определяется из следу-
ющих данных: полная теплота Qn, необходимая для нагревания 1 кг ме-
талла от 0” до температуры плавления и для самого плавления стали, равна
12 56 1 03 Дж [206].
0„ = 1 0,678 103 1375 + Q’Kp = 1256 103 Дж/кг,
отсюда Q’p = 1256 103 - 0,678 103-1375 = 317750 Дж/кг.
274
Тепло кристаллизации капли металла (QKp) соответствует:
2^=0,0654-10’-7860-317750=0,163 Дж.
Потеря тепла в результате охлаждения частицы металла при паде-
нии определяется из формулы:
бои ~‘к)
Коэффициент теплоотдачи капли (Вт/м2К)
NJL, _ 0,62 Re05 Л, 0,62 (сок dk V'5 _ 0,62 f 0,5j2ghdk ) °'5
dk dk dk \ v ) dk[ v )
Исходя из ускорения свободного падения g=9,81 м/с2, коэффициен-
та теплопроводности воздуха Л =22-10‘2Вт/м-К, диаметра капли металла
</к=0,510 ’м, коэффициента кинематической вязкости воздуха при темпе-
ратуре 20 °C v = 15,1 IО'6 м2/с и принимая высоту падения частицы й=2 м,
имеем
„ J0,572-9,81-2 0,5 10~3 'l
U,o 21------------т------
Д 15.110'6 )
22 I О'3
Б^ = 277’72 ВТ/М2К
Площадь поверхности частицы определяем из формулы Т2 = да/2
Гк = 3,14(0,5- 1О~3)2 = 0,785-Ю^м2
Время полета частицы (г, с) определяется из выражения
h
®к
---===== =----==--= = 0,639
0,57^g h 0,572 9,81-2
Принимая Za=800 °C, имеем
2^=277,720,785 10+-0,639-(1375-800)=0,0801 Дж.
Запас тепловой энергии капли металла в конце полета составит
£=0,479+0,052-0,163-0,0801 =0,288 Дж
Проверяем правильность принятия 1^=800 °C вычислением ее по
формуле
________________________________R75 Q0/'"’
0,0654 10’’-7860-0,678-103 ’
.. , 800 + 825,9 0,678 • 1 О’+ 0,486 I О3
Исходя из 1к =---, теплоемкости С, -----------
*7 1 7
и zo=20°C, имеем
Q = 0,0654 -10’ • 7860 • 0,582 • I О’(813-20) = 0,24 Дж.
275
14. Воспламенение смеси паров горючего растворителя с воздухом
электростатическими разрядами |207]
При высыпании порошкообразного материала из фиброкартонной
бочки, облицованной внутри полиэтиленом, в люк реактора с органичес-
ким растворителем произошло воспламенение его паров внутри аппара-
та. Рабочий, производивший работу, получил сильные ожоги. Источни-
ком зажигания явился искровой разряд со стенок злектроизолнрованной
бочки на заземленный корпус реактора. Второй случай произошел, когда
рабочий попытался металлической лопатой снять осадок с вакуумного
фильтра, нижняя часть корпуса которого содержала смесь паров раство-
рителя с воздухом во взрывоопасной концентрации. Внезапное воспла-
менение паров привело к выбросу содержимого из фильтра с тяжелым
ожогом оператора. Анализ показал, что осадок на фильтре и металличес-
кая сетка фильтра, разделенные непроводящей фильтровальной тканью,
образовали своеобразный конденсатор, который был сильно заряжен.
Нарушение, вызванное лопатой оператора, привело к разряду этого кон-
денсатора, что и вызвало воспламенение паров. В обоих случаях техноло-
гическое оборудование было заземлено, что подтверждает тот факт, что
заземление еще не гарантирует безопасность от статического электриче-
ства. Необходимо исключать образование взрывоопасных концентраций
паров и газов.
15. Токсичность продуктов разложения, образующихся
при сгорании телевизоров |208]
Анализ статистического материала о загораниях телевизионной
аппаратуры свидетельствует, что в основном телевизоры работают надеж-
но 6-7 лет, после чего в результате старения используемых материалов,
запыления и загрязнения монтажа нарушаются изоляционные свойства
материалов и повышается их пожарная опасность. Она в значительной
степени обусловливается также применением в телевизорах полимерных
горючих материалов.Так, например, телевизионные приемники, изготав-
ливаемые на основе универсальных схем 2/ЗУСПТ, 2/ЗУСПТ-61 содержат
примерно 270 г полипропилена, 200 г полистирола и 150 г поливинилхло-
рида. Изучение состава продуктов термоокислительного разложения этих
материалов с использованием метода газовой хроматографии показало
следующие результаты (см. таблицу 7.2).
Из таблицы следует, что в помещении объемом 20 м3 при пол-
ном сгорании материалов телевизора СО превышает опасный уровень для
276
человека в 1,46 раза, акролеин в 1,08 раза, гексадиеналь в 1,67 раза, толу-
ол в 1,38 раза, стирол в 6,12 раза, хлористый водород в 1,46 раза, т. е.
существует реальная угроза отравления людей, находящихся в данном по-
мещении.
Таблица 7.2
Концентрация в помещении (объемом 20 м3) веществ,
выделяемых при сгорании телеаизора, мг/м3
Вещества Поли- про- пилен кг Поли- сти- рол к? Поливи- нил- хлорид К,’1 Опасный уровень для жиз- ни чело- века Суммарный индекс то- ксичности веществ
СО 1080 0,54 1050 0,53 786 0,39 2000 1,46
Акролеин 27 1,08 - - - - 25 1,08
Ацетон 189 0,08 20 0,018 15 0,006 2400 0,104
Бензол 270 0,34 - - - - 800 0,34
Гексади- 135 1,67 - - 80 1.67
еналь Толуол 202 0,36 470 0,84 75- 0,13 560 1,33
Стирол - - 2600 6,12 - - 425 6,12
HCI - - - - 2385 1,49 1600 1,49
*’ К1 = С„ / Сзо ; К2 = С„ / С,о ; К3 = С„ / CWj
К, , К2, К3 - индексы токсичности;
СГ| ,Cfi ,С, - концентрации газообразного летучего;
С^.С^.С^- концентрации летучего вещества, при которых на-
ступает смерть через 30 минут.
Для помещений других объемов индексы токсичности будут обрат-
но пропорциональны отношению данного объема к принимаемому за ос-
нову (20 м3).
2.4. Использование данных о пожарной нагрузке, в качеств»
ориентировочных, при рвсследовании пожара
Условия пожара. В помещении под герметично закрепленным в пе-
рекрытии алюминиевым баком (толщина стенок 3 мм (крышка бака вы-
ведена на второй этаж) с остатками топлива возникло на площади пола
F=5 м! (больше площади днища бака) горение этилового спирта в коли-
277
честве 200 л. Примерно через 20 мин с момента возникновения пожара
произошел взрыв бака.
Вопрос: Могло ли горение спирта послужить причиной химичес-
кого взрыва бака?
Обсуждение вопроса
1. Принимаем массовую скорость горения спирта Г = 1,6 кг/м2мин
(см. таблицу 24.1)
При горении в течение 20 мин выгорело спирта
1,6 20 = 32 кг/м2
Теплота сгорания спирта Q = 29,85 Мдж/кг. Пожарная нагрузка
(см. формулу (78.1)) в помещении при учете горения только спирта состав-
ляет
m-Q
m' =-------
13,8Г
При плотности этилового спирта />.=789,3 кг/м3, т =
157,86-29,85 ,о .
=0,2 789,3=157,86 кг. Пожарная нагрузка: т„„ =——...с— = 68,4 кг/м2.
1 3,0 • J
2. Предел огнестойкости конструкции при пожарной нагрузке
50 кг/м2 древесины должен соответствовать не менее 1 ч. Отсюда предел
огнестойкости конструкции для пожарной нагрузки, создаваемой горящим
спиртом и вычисленной в эквивалентных древесине единицах, соответству-
68 - I 36
ет /,; = 1.36 часа.
50
3. Предел огнестойкости конструкций из алюминия лежит значи-
тельно ниже требуемого пожарной нагрузкой 1,36 ч (предел огнестойко-
сти стальных конструкций ~ 0,25 ч).
4. Данные приведенного расчета позволяют предположить, что в
условиях горения этилового спирта и испарения остатков топлива алю-
миниевый бак подвергся деформации с образованием сквозных трещин и
неплотностей, способствовавших загоранию паров топлива и последую-
щему взрыву бака.
В практике расследования происшествий возникает иногда необ-
ходимость определить момент расплавления металлической стенки под
действием высоких температур. Метод такого расчета приведен в [209].
278
2.5. Ориентировочный расчет продолжительности раз-
вития пожара от момента возникновения до его обнаружения
по дыму [72]
Для расчета пользовались формулой (110.1)
у______' Р______
‘ eGMWa^F,
Т‘ N
Исходные данные для расчета (по материалам уголовного дела):
I. Общий объем помещений (К* ), заполняемых дымом до обна-
ружения запаха гари - 142,65 м3.
2. Коэффициент заполнения объема помещения мебелью К = 0,1.
3. Начальная температура среды внутри помещения То = 18 °C.
4. Площадь пожара (F ) в момент его обнаружения принимается
по средней суммарной величине от площади кухни - 5,68 м2, прихожей -
6,6 м2 и комнаты - 7,6 м2:
„ 5,68 + 6,6 + 7,6 ,
F, = ---------- = 6,63л<2 « 7л<2
3
5. Основные виды горючего материала, способного гореть и под-
держивать горение: древесина в конструкциях и изделиях, бумага.
Массовая скорость выгорания древесины - 0,84 кг/(м2мин), массо-
вая скорость выгорания бумаги - 0,33 кг/(м2мин). Дымообразующая спо-
собность этих материалов соответственно равна 4,86 м3/кг и 4,64 м3/кг.
6. Исходя из планировки дома, где произошел пожар, и конструк-
тивного исполнения перегородок, проникновение дыма из одного поме-
щения в другое было возможно (до обнаружения пожара) только через
естественные неплотности в перегородках.
Расчет:
1) Свободный объем помещений
У„ = = «42,65 • 0,9 = 128,38 м3.
2) Принималось, что площадь щелей (Хч) составляла примерно 0,5%
площади разделяющих перегородок (5л). При 5 = 19,56 м2 5 =
19,56 0,005 = 0,098 м2
в = ^ = 0^ = 0,014
7
3) Для расчета принимались: средняя величина скорости выгора-
ния древесины и бумаги
279
0,84 + 0,33 лг„
GM =---------= 0,58 кг/(м2мин);
средняя величина дымообразующей способности древесины и бу-
маги
4,86 + 4,64 ,,
И2,, =-------= 4,75 м3/кг.
4) Исходя из характеристики строительных конструкций небольшо-
го объема помещений, площади пожара, характера его развития в усло-
виях ограниченного воздухообмена, а также состояния остекления окон в
доме, среднеобъемная температура пожара была принята равной
Г = 200+273 = 473 °К.
5) Для F приняты значения (при N = 20), приведенные в таблице
8.2. Там же даны рассчитанные соответственно этим значениям величи-
ны
г V"P
1 Т
* о
Вероятность события Р при частоте п = 1 соответствует
P-L.0.05,
Таблица 8.2
Данные зависимости г, = f(Ft)
м2 0,10 0,25 0,50 0,75 1,00 1.25 1,50 1,75 2,00 2,25
г( 1021,01 408,4 204,20 136,13 102,10 81,68 68,06 58,34 51,05 45,38
F, м2 2,50 3,00 3,50 4,00 4,50 5,00 5,50 6,00 6,50 7,00
40,84 34,03 29,17 25,52 22,69 20.42 18,56 17,02 15,71 14,58
2г =2414,90
6) Продолжительность развития пожара от момента возникнове-
ния до его обнаружения по дыму определяется по средней величине вре-
мени с учетом вероятности события Р-0,05
2414,90 „„„
г, = ——— = 120,74 мин.
3. Взрыв. Характерные особенности возникновения и
развития
Под взрывом понимается явление, связанное с внезапным измене-
нием состояния вещества, сопровождающимся резким звуковым эффек-
том и быстрым выделением энергии, приводящим к разогреву, движению
и сжатию продуктов взрыва и окружающей среды. Возникновение повы-
шенного давления в области взрыва вызывает образование в окружаю-
щей среде ударной волны с сильным разрушающим действием.
При взрыве исходная потенциальная энергия вещества превраща-
ется, как правило, в энергию нагретых сжатых газов, которая в свою оче-
редь при их расширении переходит в энергию движения, сжатия, разогре-
ва среды. Часть энергии остается в виде внутренней (тепловой) энергии
расширившихся газов (рис. 1.3).
Рис. 1.3. Превращение энергии при взрыве
281
Полное количество выделившейся при взрыве энергии определяет
общие размеры (объемы, площади) разрушений. Концентрация энергии
(энергия в единице объема) определяет интенсивность разрушений в оча-
ге взрыва.
Эти характеристики в свою очередь зависят от скорости высвобож-
дения энергии взрывоопасной системой (см. табл. 1.3), обусловливающей
образование поражающей или разрушающей взрывной волны.
Таблица 1.3
Энергетика взрывных превращений [153]
Тип взрывного процесса Масса, КГ Выделение энергии Скорость превраще- НИЯ, м/с Максимум избыточного давления, бар
Дж/кг Дж/м3
Взрыв тринитротолуола (ТНТ) 1650 4,2310е 7 10® 7-10’ 105
Взрыв облака метана 1,2** - 3,3 10® 333 6
Горение облака метана (без ускорения реакции) 3,3 10® 0,45
*> Масса стехиометрической смеси.
В таблице 1.3 сравниваются три случая: детонация конденсирован-
ного ВВ, газовый взрыв и распространение пламени. Данные в таблице
относятся к объему вещества в форме куба со сторонами I м в предполо-
жении, что реакция начинается на одной из граней.
Согласно приведенной схеме (рис. 2.3), взрывы, наиболее часто
встречающиеся в практике расследования, можно подразделить на две
основные группы: химические и физические взрывы.
К химическим взрывам относятся процессы химического превра-
щения вещества, проявляющиеся горением и характеризующиеся выделе-
нием тепловой энергии за короткий промежуток времени и в таком объе-
ме , что образуются волны давления, распространяющиеся от источника
взрыва.
К физическим взрывам относятся процессы, приводящие к взрыву
и не связанные с химическим превращением вещества.
Причиной случайных взрывов чаще всего являются процессы го-
рения, поэтому сведения об их характерных особенностях, приведенные в
разделе I, должны особенно тщательно учитываться при анализе проис-
шествия, связанного с химическим взрывом. Взрывы такого рода чаще
всего происходят при хранении, транспортировке и изготовлении взрыв-
чатых веществ (ВВ). Они имеют место при обращении с ВВ и взрывоо-
282
пасными веществами** в химической и нефтехимической промышленнос-
ти; при утечках природного газа в жилых домах; при изготовлении, транс-
портировке и хранении легколетучих или сжиженных горючих веществ;
при промывке резервуаров для хранения жидкого топлива; при изготов-
лении, хранении и использовании горючих пылевых систем и некоторых
самовозгорающихся твердых и жидких веществ***. Примеры соответству-
ющих взрывов из практики приводятся в разделе 4.
Рис. 2.3. Схема взрывов (без учета смешанных), наиболее часто
________________встречающихся на практике
*’ Взрывчатые вещества отличаются от взрывоопасных тем. что в их составе
содержатся в достаточном соотношении определенные функциональные группы
(примеры см. на с. 284), способные инициировать взрывчатые химические
превращения в отсутствии кислорода воздуха. Для взрывчатого процесса
превращения взрывоопасных веществ обязательно присутствие кислорода
воздуха.
**’ Взрывы на химических заводах, зерновых элеваторах и других
предприятиях, связанных с взрывоопасными веществами (парами, газами,
пылями и волокнами) составляют примерно 2-3% от ежегодного количества
случаев в промышленности. Однако они приобретают широкую известность из-
за большого материального ущерба и человеческих жертв.
283
3.1. Особенности химического взрыва
Существуют два основных типа взрывов: взрыв конденсированно-
го ВВ и объемный взрыв (взрыв паро-пыле-газовых смесей*').
Взрывы конденсированных ВВ вызываются всеми твердыми ВВ и
относительно незначительным числом жидких ВВ, включая нитроглице-
рин. Такие ВВ обычно имеют плотность 1300—1800 кг/м’, однако первич-
ные ВВ, содержащие свинец или ртуть, имеют намного большие плотно-
сти.
В соответствии с типами химических реакций, приведенными в раз-
деле I, можно классифицировать и взрывы.
Реакции разложения:
Самый простой случай взрыва - процесс разложения с образова-
нием газообразных продуктов. Примеры: разложение пероксида водоро-
да с большим тепловым эффектом и образованием водяного пара и кис-
лорода:
2Н2О, -> 2 Н,О + О, + 106 кДж/моль
Пероксид водорода опасен, начиная с концентрации 60%.
Разложение при трении или ударе азида свинца:
Pe(lVrJ2 -» Ре + ЗУ, + 474 кДж/моль
Разложение тринитротолуола (ТНТ).
ТНТ является веществом с “дефицитом кислорода" и поэтому од-
ним из основных продуктов его распада является углерод, что способству-
ет образованию дыма при взрывах ТНТ.
Вещества, склонные к взрывчатому разложению, почти всегда со-
держат одну или несколько характерных химических структур, ответствен-
ных за внезапное развитие процесса с выделением большого количества
энергии. Эти структуры включают следующие группы [94]:
1. -NO2 u -NO3 в органических и неорганических веществах;
2. -N = N = N - в органических и неорганических азидах;
3. -NX2, где X - галоид;
4. —У=С в фульминатах;
5. -ОС1О2 и -ОС!О1 в неорганических и органических хлоратах и
перхлоратах соответственно ;
6. —0—0— и -О-О-О- в неорганических и органических перокси-
дах и озонидах соответственно;
7. - С= С- в ацетилене и металлацетиленидах ;
8. М-С, где атом металла -М связан с углеродом в различных ме-
таллорганических соединениях.
*’ Сюда относятся и взрывы жидкостных аэрозолей.
284
На основе законов термохимии представляется возможным выявить
соединения, процесс разложения которых может оказаться взрывоопас-
ным. Одним из решающих факторов, определяющих потенциальную опас-
ность системы, является превалирование ее внутренней энергии в началь-
ном состоянии по сравнению с конечным состоянием. Такое условие вы-
полняется при поглощении тепла (эндотермическая реакция) в процессе
образования вещества. Примером соответствующего процесса является
образование ацетилена из элементов
2С + Н2 -» CH = СН - 242 кДж/моль
К веществам не взрывоопасным, которые теряют тепло в процессе
образования (экзотермическая реакция), относится, например, диоксид
углерода
С + О, -» СО, + 394 кДж/моль
Следует учитывать, что применение законов термохимии позволя-
ет лишь выявить возможность взрывного процесса. Осуществление его
зависит от скорости реакции и образования летучих продуктов. Так, на-
пример, реакция парафина свечи с кислородом, несмотря на высокую эк-
зотермичность, не приводит к взрыву из-за ее низкой скорости. Реакция
2А1 + Fe2Os -» Al2O2 + 2Fe сама по себе, несмотря на высокую экзотер-
мичность, также не приводит к взрыву, так как не образуются газообраз-
ные продукты.
Окислительно-восстановительные реакции, составляющие основу
реакций горения, по указанной причине могут приводить к взрыву толь-
ко в условиях, благоприятствующих достижению высоких скоростей ре-
акции и росту давления. Сгорание сильно диспергированных твердых ве-
ществ и жидкостей может привести в условиях закрытого объема к росту
избыточного давления вплоть до 8 бар.
Сравнительно небольшие аэрозольные взрывы случаются не очень
редко, например, в системах жидкого воздуха, где аэрозоль представляет
собой туман из масляных капель.
Реакции полимеризации, изомеризации и конденсации
При реакциях полимеризации, сопровождаемых экзотермическим
эффектом, и наличии летучего мономера часто достигается стадия, при
которой может произойти опасное повышение давления. Для некоторых
веществ, таких как этиленоксид, полимеризация может начаться при ком-
натной температуре, особенно когда исходные соединения загрязняются
веществами, ускоряющими полимеризацию. Этиленоксид может также
изомеризоваться в ацетальдегид экзотермическим путем:
СН2СН2О -» CHflC = О + 113,46 кДж/моль
285
Реакции конденсации весьма распространены. Они особенно ши-
роко применяются в производстве красок, лаков и смол и вследствие эк-
зотермичности процессов и наличия летучих компонентов приводят под-
час к взрывам.
Для выяснения общих условий, благоприятствующих возникнове-
нию горения и его переходу во взрыв, рассмотрим график (рис. 3.3) зави-
симости температуры, развиваемой в горючей системе, от времени при
наличии в ней объемного тепловыделения за счет химической реакции и
теплопотерь [117].
Рис. 3.3. График зависимости температуры от времени
в горючей система при наличии в ней объемного
тепловыделения за счет химической реакции
и теплопотерь:
V,g - скорость тепловыделения;
V-™ - скорость теплопотерь.
Если представить температуру на графике (рис. 3.3) как крити-
ческую точку, при которой возникает горение в системе, становится оче-
видным, что в условиях, когда имеет место превышение теплопотерь над
теплоприходом, такое горение возникнуть не может. Этот процесс начи-
нается лишь при достижении равенства между скоростями тепловыделе-
ния и теплопотерь (в точке касания соответствующих кривых) и дальше
способен ускоряться с повышением температуры и, тем самым, давления
до взрыва.
Таким образом, при наличии условий, благоприятствующих теп-
лоизоляции, протекание экзотермической реакции в горючей системе мо-
жет привести не только к горению, но и к взрыву.
Возникающие неконтролируемые реакции, благоприятствующие
взрыву, обусловлены тем, что скорость переноса тепла, например, в сосу-
286
дах является линейной функцией разности температур между реакцион-
ной массой и охладителем, тогда как скорость экзотермической реакции
и, тем самым, приток тепла от нее растет по степенному закону с увеличе-
нием начальных концентраций реагентов и быстро возрастает при повы-
шении температуры в результате экспоненциальной зависимости скорос-
ти химической реакции от температуры (закон Аррениуса). Эти законо-
мерности обусловливают наименьшие скорости горения смеси и темпера-
туру на нижнем концентрационном пределе воспламенения (НКПВ). По
мере приближения концентраций горючего и окислителя к стехиометри-
ческим скорость горения и температура возрастает до максимальных зна-
чений.
3.1.1, Дефлаграция (вспышка), взрыв и детонация в перемешанных
газо- паровоздушных смесях
В большинстве перемешанных газо-паровоздушных смесях при воз-
никновении горения распространение пламени по исходной свежей смеси
происходит со сравнительно низкой скоростью, соответствующей несколь-
ким метрам в секунду (см. таблицу 2.3) [117]. Такое ламинарное горение
именуется дефлаграцией или вспышкой. В самоподдерживающейся вол-
не этого горения, фронт реакции которого продвигается по горючей сме-
си благодаря теплопроводности и конвекции в направлении от сгоревше-
го газа к несгоревшему, не происходит повышение давления, обусловлен-
ного ускорением реакции. Наблюдающееся в этом случае в замкнутом
объеме повышение давления носит пространственно равномерный харак-
тер и является в основном результатом роста в нем температуры. Такое
повышение среднего давления для типичных углеводородо-воздушных
смесей достигает 0,6-0,8 МПа, что в условиях замкнутого объема может
привести к разрушению ограждающих очаг горения сплошных конструк-
ций.
Дефлаграция (вспышка) способна симметрично распространяться
во все стороны от источника загорания. Она характеризуется, как указа-
но выше, генерацией низкой волны давления, не обладающей ударным
действием. По результату развития давления можно определить место
возникновения вспышки. Качественные изменения объекта от этого мес-
та происходят главным образом под влиянием воздействия тепла.
В результате сравнительно медленного распространения фронта горения
действие температуры в помещении, где произошла вспышка, носит дли-
тельный характер, что приводит к заметным химическим изменениям
свойств материалов.
287
Таблица 2.3
Параметры пламен в типичных газовоздушных смесях
Горючее вещество Максимальные значения Минимальные значения Размер гасяще- го зазо- ра, мм (&,) нкпв, % об. вкпв, % об. Параметры детонации
темпера- тура пламе- ни, °К (7я) нормаль- ная ско- рость рас- простра- нения^ пламени м/с (V) энергия зажига- ния, мДж (ИО темпера- тура са- мовос- пламе- нения, °К (Тсв) концен- трация горюче- го в смеси, % об. давле- ние? МПа темпе- рату- ра, °К Ско- рость дето- нации, м/с
Водород 2400 2,70 0,018 673 0,55 4 75,0 29,52 1,584 2951 1968
Оксид уг- лерода с водяным паром 2370 0,33 826 12,5 74,0 ..
Метан 2230 0,34 0,280 713 2,50 5,0 15,0 9,48 1,742 2784 1802
Ацетилен 2610 1,40 - 578 0,55 2.5 100,0 7,73 1,939 3114 1864
Этилен 2395 0,63 - 763 1,25 2.7 36,0 6,53 1,863 2929 1822
Этан 2170 0,44 0,250 788 2,00 3,0 12,4 - - - -
Пропан 2285 0,39 0,260 723 2,10 2.1 9,5 4,02 1,863 2640 1804
Н-бутан 2170 0,35 0.260 678 2,20 1,8 8,4 - - -
*> Начальное давление газовоздушной смеси - 101,3 кПа, температура - 25°С.
**> Скорость перемещения фронта пламени относительно несгоревшего газа в направлении, перпендикуляр-
ном его поверхности.
Некоторые полезные данные по свойствам бензина и его паров, представляющих сложную смесь пентана
С flu', гексана гептана СИ,,;. октана нонана <.'„//,,, и других углеводородов, приведены в приложении 1.
Развиваемые температуры зависят от природы горючего и при деф-
лаграции, например, бензина Тп не превышает 1200 °C. Связь между ско-
ростью горения газовоздушной смеси (V, м/с) при дефлаграции, минималь-
ной энергией зажигания мДж) и критическим диаметром (4, мм)*1
характеризуется следующей зависимостью [117]:
р. 1
WM=ad ® у (Тп -Тнс), (1.3)
где а - константа, практически одинаковая для всех углеводородо-
воздушных систем;
F- поверхность фронта пламени, м2;
Л - коэффициент теплопроводности, мДж/м с-К;
Тнс - начальная температура свежей смеси,°К.
Из зависимости (1.3) следует, что смесь, характеризующаяся боль-
шей скоростью горения, отличается меньшими величинами и d. Это
подтверждают данные таблицы 2.3. Благодаря низким значениям Wv боль-
шинство углеводородо-воздушных смесей способны возгораться от дей-
ствия слабой искры, возникающей при электрическом разряде. Взрыв
паро-газо-пылевоздушных смесей в соотношениях компонентов, лежащих
в интервале нижнего и верхнего концентрационного пределов их воспла-
менения (см. раздел 1.3.2.5.), обычно возникает как местная вспышка. При
таких взрывах паровоздушных смесей оконные стекла могут не разбивать-
ся, а выбиваться из рам и отбрасываться на некоторое расстояние [94].
Кроме медленных дефлаграционных волн горения, в этих услови-
ях могут возникать и распространяться под влиянием факторов, ускоря-
ющих горение, взрывные и детонационные волны. Характерной особен-
ностью взрывных и детонационных волн является их распространение по
невозмущенной горючей смеси со скоростями, соответственно меньшими
300 м/с и значительно большими скорости звука [153].
В [182] сообщается о подразделении этих взрывов в США на два
типа: низкоскоростной взрыв, имеющий скорость ударной волны, не пре-
вышающую 900 м/с, и высокоскоростной взрыв (детонационный) со ско-
ростью ударной волны более 900 м/с.
В зоне химического превращения исходного вещества в конечные
продукты (парогазовое облако) наблюдается в этих случаях локальное и
*’ Под критическим диаметром понимается минимальный диаметр тру-
бы, в которой еще возможно распространение пламени. Связь между критичес-
ким диаметром (<У) и размером гасящего зазора (<5р, мм) имеет вид: S = 0,65г/.
289
значительное повышение давления и температуры. При взрыве, в отли-
чие от вспышки, фронт давления и температуры быстро расширяется от
места загорания (характер изменения давления в зависимости от расстоя-
ния см. рис. 8.3). Сильный разрушительный эффект взрыва обусловлива-
ется влиянием ударной волны, формирующейся вследствие быстрого рас-
ширения газа и высокоскоростного обтекания встречающихся препят-
ствий. Ударные волны возникают, например, при срабатывании клапан-
ных устройств, резком открытии вентилей, прорывах мембран, создаю-
щих условия для быстрого соединения полостей с газами, находящимися
под различными давлениями [210].
Изменения давления, плотности, температуры и скорости газа во
фронте ударной волны происходят с большой скоростью. Так, в ударной
трубе*1 газ нагревается за время менее 1 мкс [211].
В том случае, если ударному сжатию подвергается горючая газо-
вая смесь, может наблюдаться ее воспламенение. Если сжимается газооб-
разный кислород, то возможно зажигание материалов, контактирующих
с ним [212].
Особенностью ударной волны является значительно более высокая
температура газа за ней по сравнению с изоэнтропийным его сжатием**1
в условиях одного и того же изменения давления и плотности газа. Эта
особенность отражена уравнением [211]
где К-—~ ; A,S- изменение энтропии.
О
Из уравнения (2.3) следует, что для идеального газа при одинако-
вом отношении давлений отношение температур газа T2ITt в ударной вол-
не ( aS > 0) превышает соответствующее отношение в условиях изоэнтро-
AS
пийного сжатия (AS = 0) на множитель ехР< г ) всегда больший едини-
цы._________________________
*’ Закрытая труба, в которой может образоваться ударная волна в резуль-
тате внезапного расширения газа высокого давления в область, занимаемую га-
зом с низким давлением.
**’ Изоэнтропийным процессом называется термодинамический процесс,
в котором энтропия (S) системы не изменяется. Например, в обратимом адиа-
„ -Ж_л
батическом процессе ‘>2 oi - J - Ч S' = const, dQ = 0.
290
В таблице 3.3 приведены значения температур Т2, развивающихся
за ударной волной и получаемых в случае изоэнтропийного сжатия при
одном и том же изменении давления в идеальном газе при отношении
удельных теплоемкостей К - 1,4- В последнем столбце таблицы даны чис-
ла Маха падающей ударной волны, которой соответствуют приведенные
значения отношения давлений и температуры.
Таблица 3.3
Сравнение степеней нагрева идеального газа (К = 1,4) в ударной
волне и в случае изоэнтропийного сжатия при одинаковом
изменении давления (начальная температура газа 293 “К) [211]
Т1, ° К Число Маха ударной еолны
ударная волна .. изоэнтропий- ное сжатие
1 293 293 1,0
2 420 357 1,32
5 605 464 2,07
10 895 566 2,95
25 1753 735 4,45
50 3177 897 6,55
100 6020 1093 9,26
200 11690 1333 13,10
Различают формы работы взрыва общего (фугасного) и бризант-
ного действия. К общему действию взрыва относятся разрушения, вызы-
ваемые ударными волнами и движением среды на некотором расстоянии
от очага взрыва. Наибольшее воздействие оказывает фронт давления при
его прямом ударе в препятствие. Носит он, однако, характер поверхност-
ного действия. При бризантном действии, являющемся функцией скоро-
сти выделения энергии (мощности) и характерном главным образом для
конденсированных взрывчатых веществ, происходит интенсивное дроб-
ление и деформация тел, непосредственно примыкающих к месту взрыва.
Детонация - разновидность процесса взрыва, в ходе которого воз-
никает мощная, самоподдерживающаяся, сверхзвуковая ударная волна,
сжимающая вещество до такой степени, что в месте ее прохождения мгно-
венно начинается химическая реакция, сопровождаемая выделением зна-
чительного количества энергии. Наблюдаемый очень сильный разруши-
тельный эффект является результатом образующейся ударной волны, не
требующей препятствий для своего развития.
291
При детонационном распространении пламени в трубопроводах
максимальные скорости могут достигать значения до 3000 м/с. Скорость
распространения пламени существенно зависит от вида горючей смеси и
условий его распространения. В сравнительных условиях испытаний по-
лучены следующие скорости распространения пламени:
для метано-воздушной смеси - 137 м/с.на расстоянии 10,6 м от ис-
точника зажигания;
для пропано-воздушной смеси - 149 м/с на 10,6 м;
для этилено-воздушной смеси - 149 м/с на 3,4 м;
для водородо-воздушной смеси - 2134 м/с на расстоянии 1,5 м от
источника зажигания [213].
Возможность значительного ускорения горения при его распрост-
ранении часто недооценивается при проработке вопросов пожаровзры-
воопасности, что приводит в ряде случаев к неэффективности средств за-
щиты.
В большинстве горючих систем пределы концентраций реагентов,
при которых возможно распространение детонации, уже, чем соответству-
ющие пределы, при которых происходит дефлаграционное распростра-
нение пламени. Детонация может возникать под влиянием ряда причин.
Как правило, возбуждению детонации предшествует стадия распростра-
нения ударной волны, интенсивность которой достаточна для иницииро-
вания ускоряющейся экзотермической химической реакции. Предельным
случаем слабой ударной волны является звуковая волна. При скорости
горения, меньшей 45 м/с, образование ударных волн не наблюдается.
В условиях концентрированного в коротком промежутке времени
совместного действия давления и температуры, подвергающихся к тому
же сильным колебаниям, детонация представляет собой наиболее бурно
развивающуюся реакцию. Для нее характерно образование наряду с де-
тонационной волной отраженной волны, распространяющейся примерно
с одинаковой скоростью. Избыточное давление в проходящей волне мо-
жет достигать 2 МПа, а давление, действующее на элементы конструк-
ций, может быть порядка 10 МПа за счет отражений и в случае иниции-
рования локальных взрывов поджатой смеси [153].
Непосредственное инициирование детонации от точечного источ-
ника можно осуществить путем взрыва заряда взрывчатого вещества оп-
ределенной мощности, взрыва электропроводящей проволочки, с помо-
щью разряда обычного конденсатора или лазерного источника. При этих
способах инициирования детонации происходит нагрев некоторой массы
реакционноспособной смеси выше температуры ее самовоспламенения с
выдержкой при этой высокой температуре в течение некоторого проме-
жутка времени, достаточного для возникновения локального взрыва. Его
292
дальнейшее развитие в виде генерируемой достаточно сильной и медлен-
но затухающей ударной волны давления приводит к послойному разогре-
ву и сгоранию свежей смеси и к возбуждению детонации.
Экспериментально установлено, что полное количество энергии,
которое нужно выделить для возбуждения детонации, непосредственно
связано со скоростью ее выделения. Так, например, возбуждение сфери-
ческой детонации в стехиометрической ацетилено-кислородной смеси (на-
чальное постоянное давление 4 кПа) наблюдалось: при лазерном импуль-
се длительностью 0,02 мкс и выделении энергии ~ 0,75 Дж; при взрыве
проволочки (диаметр 0,075 мм) продолжительностью 10 мкс и выделе-
нии энергии ~ 10 Дж; при электрическом разряде обычного конденсатора
длительностью 60 мкс (Емкость 100 мкФ) и выделении энергии ~ 700 Дж
[117].
На основе опытов [117], сделан вывод о том, что необходимая для
возбуждения детонации объемная мощность энерговыделения (определя-
ется как энергия источника, деленная на его объем и время действия) яв-
ляется постоянной величиной для заданного горючего и окислителя.
В указанных опытах она составила 510” Вт/см3.
Возбуждение детонации возможно и без возникновения ударных
волн и при температуре горючей смеси, не превышающей ее температуры
самовоспламенения.
Как показали исследования, воздействие ультрафиолетового излу-
чения на смеси ацетилен-кислород, водород-кислород и водород-хлор,
находившиеся в камере с окнами из кварцевого стекла, приводило в зави-
симости от интенсивности излучения*1 к горению смеси, взрыву или дето-
нации [117].
Возбуждение детонации без содействия ударных волн достигается
также путем изменения условий истечения продуктов сгорания. Экспери-
ментом установлено, например, что после поджигания эквимолярной сме-
си ацетилена с кислородом (начальное давление 20 кПа) искровым источ-
ником в маленькой круглой камере, сначала происходило истечение хо-
лодной смеси через отверстие в соседнюю камеру большего объема. Спу-
стя некоторое время в большую камеру начинали втекать продукты сго-
рания и после короткой задержки при определенных условиях непосред-
ственно от зоны смешения струи начинала распространяться детонаци-
•’ Поглощение ультрафиолетового излучения молекулами кислорода и
хлора приводило к диссоциации этих молекул с образованием свободных ради-
калов. В зависимости от интенсивности излучения получались разные концент-
рации свободных радикалов, обусловливающие цепные реакции протекания
процесса по трем режимам (горение, взрыв, детонация).
293
онная волна. Этому способствовали процессы турбулентного перемеши-
вания холодной смеси с продуктами сгорания, в результате чего возрас-
тала поверхность фронта пламени. Поскольку скорость превращения све-
жей смеси в продукты сгорания прямо пропорциональна поверхности пла-
мени, то резко повышающаяся суммарная скорость горения способство-
вала значительному нарастанию давления в локальном участке, приводя
в свою очередь к ускорению реакции в соседних участках с подготовлен-
ной смесью. Дальнейшее повышение волн давления привело к образова-
нию детонационной волны, имеющей скорость 3160 м/с.
Изучение взрывов в помещениях [117] подтвердило эти данные. Если
инициирование осуществлялось в одной камере и затем пламя распрост-
ранялось в другую камеру, то в последней наблюдалось более сильные
разрушения, чем в первой. Результаты опытов показали, что имеется кри-
тический размер вихрей в струе (обусловливаются степенью турбулиза-
ции потока), начиная с которого может произойти возбуждение детона-
ции. Последнее может произойти без предварительного формирования
сильных ударных волн при наличии на пути пламени препятствий доста-
точно большого размера, способствующих образованию определенного
типа завихренностей. Возбуждение взрыва детонации может происходить
также в результате создания условий ускорения распространения пламе-
ни в полностью или частично замкнутых объемах. Процессам такого типа
будут благоприятствовать: характер взаимодействия пламени с препят-
ствиями разного рода, при котором турбулизируется поток, и собственно
возникающие реакции самовоспламенения и реакции, проходящие по ра-
дикальному механизму (с образованием свободных радикалов).
Если при распространении пламени внутри здания скорость нарас-
тания давления будет достаточной, чтобы обеспечить быстрое истечение
газа в каком-либо направлении, то такое течение газа приведет в свою
очередь к искревлению и увеличению тем самым поверхности пламени™
ускорению его распространения уже в стадии взрыва. Проводившиеся ис-
следования ускорения пламени на препятствиях простой формы показа-
ли следующее. В условиях, когда точечный источник зажигания, помещен-
ный в центре взрывчатой смеси пропана или этилена с воздухом, был ок-
ружен сеткой, полностью охватывающей область инициирования, пламя
распространялось с нормальной скоростью до тех пор, пока не достигало
сетки. Затем в зависимости от числа Рейнольдса (Ле) потока происходило
за сеткой увеличение его скорости (Ле > 60, поток турбулизуется) или ско-
рость потока не изменялась (Ле < 60, поток не турбулизуется).
Распространение пламени метано-воздушиой смеси в условиях зак-
рытого объема между двумя параллельными пластинами с препятствием
294
и без него показало следующие результаты. При отсутствии препятствия
пламя распространялось с нормальной скоростью около 6 м/с, а при ус-
тановке препятствия в виде спиральной проволоки с определенным ша-
гом и относительной степенью загромождения прохода скорость, пламе-
ни достигла 130 м/с.
При возникновении горения взрывчатой смеси в трубе очень боль-
шая шероховатость ее стенок и наличие изгибов также способствует за
счет усиления турбулентности потока резкому сокращению длины пред-
детонационного участка.
При разливе легко воспламеняющейся жидкости и ее испарении с
большой свободной поверхности пары жидкости могут успеть переме-
шаться с воздухом. Образование в этом случае большого объема газо-па-
ровоздушной смеси с концентрациями горючего и окислителя, находящи-
мися в пределах ее воспламенения, может привести в зависимости от ус-
ловий к загоранию с развитием ламинарного пламени или взрыва. Какие
это условия?
Распространение пламени в больших (свободных) объемах переме-
шанных горючих смесей само по себе не способствует ускорению пламе-
ни, необходимому для перехода ламинарного горения во взрыв. На этот
процесс не оказывает влияние естественная конвекция. Безударное ини-
циирование детонации возможно в результате создания условий, при ко-
торых поток активно турбулизуется перед фронтом пламени. Это может
произойти, например, в следе за крупноразмерными препятствиями вслед-
ствие возрастания скорости горения в пламени. На генерацию волн дав-
ления в облаке сказывается также увеличение поверхности пламени.
В табл. 4.3 приведены условия достижения избыточного давления 10 кПа
на расстоянии 100 м от точки зажигания. Как видно из данных таблицы,
для образования разрушающей взрывной волны требуются весьма боль-
шие значения ускорения пламени (dV/dr, м/с2) или скорости увеличения
его поверхности (dF/dr, м2/с) [117].
Таблица 4.3
Условия генерации пламенем избыточного давления
10 кПа на расстоянии 100 м от точки зажигания
V, м/с I dVldr, м/с2 | F, м2 I dFIdT, м2/с
1 1,75-10® 102 1,7-10'
10 1,75-103 10" 1,7-10е
ю2 17,0 10е 1,7-10®
295
На основе исследования горения неорганиченного парогазовоздуш-
ного облака сделаны следующие выводы:
1) для создания разрушающей взрывной волны облако должно быть
очень большого размера;
2) необходимо, чтобы давление взрыва было относительно равно-
мерно распределено по всем направлениям, т.е. взрыв должен быть сфе-
рически симметричен;
3) расчеты для сферического пламени приводят к значительно боль-
шим давлениям взрыва по сравнению со случаями поджигаемых с краю
несферических облаков;
4) максимальное избыточное давление при прочих равных услови-
ях пропорционально отношению меньшего размера облака к расстоянию
до наблюдателя.
3.1.2. Горение и взрыв в не перемешанных (горючее-окислитель)
системах
Как отмечалось выше, процессы горения могут протекать также в
системах, где горючее и окислитель не перемешаны. Для образующегося
в этом случае пламени характерно наличие основной зоны горения пере-
мешанной смеси и граничных поверхностей между областями, занятыми
чистым окислителем и горючим. Горючее и окислитель из этих двух об-
ластей диффундируют навстречу друг другу, а продукты их реакции ухо-
дят из области пламени. Интенсивность диффузионного горения лимити-
руется скоростью подвода компонентов в зону горения; для случая пожа-
ра, связанного с горением над зеркалом жидкости, образовавшимся при
ее разлитии или содержании в резервуаре,- скоростями испарения горю-
чего и смещения его паров с кислородом воздуха.
На скорость выгорания жидкости также влияют: химические свой-
ства, размер зеркала горения, скорость ветра, интенсивность собственно-
го облучения от пламени к жидкости.
Поскольку эти зависимости сравнительно хорошо проработаны в
материалах, связанных с образованием и горением факелов, и позволяют
лучше понимать встречающиеся на практике случаи взрывов при разли-
тии жидкостей и утечки газов, некоторые данные из этих материалов вклю-
чены в настоящий раздел.
З.1.2.1. Образование и горение Факелов
В связи с сильными и непрерывными турбулентными флуктуация-
ми пламени весьма сложным оказывается вопрос о его геометрических
296
(форма, размеры) и термических (температура, излучающая способность)
характеристиках. Однако для практических расчетов на основании экспе-
риментов принимается, что высота факела пламени, например, для легко
воспламеняющихся нефтепродуктов в резервуаре равна 1,5 D (где D - ди-
аметр резервуара более 1 м), а для горючих - 1 D [214]. Расстояние, пере-
крываемое пламенем при его сильном наклоне, составляет для легковос-
пламеняющихся и горючих нефтепродуктов соответственно 0,7 D и 0,5D.
При отсутствии непосредственного контакта пламени горящей жид-
кости или горячих продуктов ее горения с соседними объектами теплопе-
редача на них от очага пожара происходит только излучением. При этом
количество тепла, передаваемое от пламени нефтепродукта излучением,
достигает 40-50% от общего тепловыделения.
Как отмечалось выше, интенсивность облучения (7о) элемента по-
верхности на различных расстояниях от изучающей поверхности факела
пламени можно определять по формуле (23.1). Преобразуя эту формулу,
имеем:
•^о=^ф^Р\ф, (3.3)
где Зф - интенсивность излучения факела пламени, Вт/м2
-5'7£*(а) <«>
Для резервуаров диаметром 5 м и более суммарная степень черно-
ты факела пламени (6^) нефтепродуктов принимается равной 1. Средние
интегральные термические характеристики пламени для некоторых неф-
тепродуктов приведены в табл. 5.3.
(Р\ф - коэффициент облученности между излучающей и облучаемой
поверхностями является геометрической величиной, зависящей от формы
и взаимного пространственного их расположения.
Таблица 5.3
Термические характеристики пламени [214]
Параметры Нефтепродукты
бензин дизельное топливо нефть
Среднеповерхностная температура факела пламени (7«), °К 1142 1061 1050
Интенсивность излучения факела пламени (7«), кВт/м2 97 73 69
297
Для расчетной схемы (рис. 4.3) с излучающей поверхностью пламе-
ни в виде треугольника и с облучаемой поверхностью, расположенной
параллельно излучающей поверхности на перпендикуляре к ее плоскости
в середине основания, формула имеет следующий вид:
1 ah, h2 а2
Ф =-------(arctg—--arctg—), (5.3)
' !* л А А А
гДе A = >lh2b2 +a2b2 +a2h2
Рис. 4.3. Схема для расчета коэффициента облученности
поверхности, расположенной вертикально и
параллельно излучеющей поверхности
Пожары разлитий возникают после того, как жидкость (в том чис-
ле сжиженный газ) выбрасывается на поверхность земли; форма и глуби-
на разлития определяется особенностями места разлития. При выбросе
на открытую поверхность потоки горючей жидкости могут переносить
огонь на сотни метров. Попадая в водостоки, эта жидкость может гореть
под землей.
Пламя, возникающее при разлитии, аппроксимируется цилиндром,
имеющим отношение высоты (й) к диаметру разлития (D) [153]:
h/D* 1,75-2,50.
При наличии ветра пламя отклоняется, при >ем угол отклонения
пламени от вертикали ® соответствует
Cos0 =
0,75
7^
(6.3)
где V, = Va(m,gD / р„/|/3 - безразмерная скорость ветра;
И - скорость ветра, м/с;
mv - массовая скорость выгорания, кг/м2с ;
298
Скорость выгорания для небольших разлитий, например, сжижен-
ного природного газа составляет 0,05-0,08 кг/м2с, а для метилового спир-
та ~ 0,02 кг/м2с.
g - ускорение силы тяжести, м/с2;
D - диаметр разлития, м ;
рг - плотность пара жидкости, кг/м’.
Особенностью пожаров при разлитии горючей жидкости в обвало-
вании является “накрытие” или “растяжение пламени” с подветренной
стороны. Это “накрытие”, по экспериментальным данным [153], состав-
ляет 25-50% диаметра обвалования (20 м). Таким образом, эффективный
диаметр пожара разлития оказывается значительно большим, чем диаметр
обвалования. Интенсивность излучения пламени при горении разлитого
нефтепродукта на площади разных размеров и на различных расстояниях
от него показана в табл. 6.3.
Таблица 6.3
Интенсивность излучения пламени при горении
разлитого нефтепродукта [215]
Площадь горения, м2 Интенсивность излучения пламени (кВт/м2) на расстоянии от него, м
2 5 10 15 20
1 3,8 - - - -
2 7,0 4,2 - - -
3 11,1 7,0 4,2 - -
5 14,0 8,1 4,9 2,1 -
7 16,5 9,2 5,5 2,3 -
10 18,0 10,5 6,3 3,1 -
15 20,5 15,6 8,1 3,9 -
20 30,0 24,0 11,1 5,6 2,4
50 45,0 30,0 11,5 5,8 2,5
100 75,0 40,0 12,5 6,0 2,8
150 82,0 45,0 14,0 8,0 4,2
При утечке горючего газа на скорость распространения газового
облака также оказывают влияние атмосферные условия, физико-химичес-
кие свойства газа и объемная или массовая скорость его истечения.
Для расчета геометрических характеристик факела пламени турбу-
лентных газовых струй, истекающих в атмосферу из сопел или отверстий,
используют ряд эмпирических зависимостей. В работах [216-218] приво-
299
дятся зависимости относительной длины пламени Z^/d от безразмерных
параметров, характеризующих режим истечения и свойства газа:
Сф/О = аРг‘ Рг' , (7.3)
где Lifi - длина факела пламени, м ;
rf-диаметр отверстия истечения, м ;
а, в, с- постоянные коэффициенты, определенные эксперимен-
тально ;
г й?2 гт.
~~gd ~ кРитеРии ФРУЯ&;
а> - скорость истечения газа, м/с ;
g - ускорение силы тяжести, м/с2;
у
?г =~ф - критерий Прандтля;
v - кинематическая вязкость газа, м2/с (определяется при тем-
пературе окружающего воздуха);
<р - коэффициент молекулярной диффузии, м2/с (определяется
при температуре газа на выходе из сопла).
Для газов, истекающих из сопел, коэффициенты а, в, с имеют
следующие значения [217-219]:
а в С
Московский городской газ (теплота сгорания 28000-29200 кДж/м’) 56,3 0,125 0,3
Пропан-бутановая смесь (теплота сгорания 90500 кДж/м?'| 56,3 0,165 0,3
Водород 56,3 0,121 0,3
Для струй генераторного газа, полученного из торфа, коксового
газа и природного газа (Бугуруслано-Похвистневский район) эти коэф-
фициенты соответственно имеют значения [220, 221]:
а= 12, « = 0,17, с = 0;
а = 20, « = 0,17, с = 0;
а = 30, « = 0,17, с = 0;
В работах [216, 218] отмечается, что в области значений Fr > 210s
величина /d для водорода постоянна и равна 220-230; в области зна-
чений 40<Fr< 10' коэффициенты зависимости (7.3) равны: а = 14 , в = 0,2
и с - 0. В области 10s < Fr < 2- 10s коэффициент “с ” изменяется в преде-
лах от 0,2 до 0. Для метана в области 103 < Fr < 10s а =25, в=0,2 и с=0 .
300
В работе [222] для расчета длины факела пламени приводятся сле-
дующие эмпирические зависимости:
L=2,43Q>i при числе Маха < 0,15 (8.3)
= 7,7-70-5 • Q/d2 при числе Маха 0,15-0,35 (9.3)
Lt = 120d при числе Маха > 0,35 (10.3)
где d - диаметр факельной трубы ;
Q - количество тепла, выделяющегося при сгорании, МДж/ч.
Максимальный диаметр турбулентного диффузионного факела пла-
мени приближенно определяется соотношением [221]
d = (0,10 + 0,15) L*
Приведенные зависимости длины турбулентного диффузионного
факела горящего газа от размера сопла и параметров газа справедливы
для случая горения газа в атмосфере одиночной струей. Для многоструй-
ного диффузионного горения газа, а также при горении в воздушном по-
токе, движущемся под тем или иным углом к газовой струе, геометричес-
кие характеристики факела сильно меняются. Факел удлиняется в попут-
ном потоке воздуха, а также меняет свою форму и размеры под влиянием
гравитационных сил [221].
Интенсивность излучения пламени газовых струй (J, МДж/м2ч)
определяется общим уравнением [222]:
г _ еюОп
(11.3)
где - коэффициент излучения факела пламени ;
Qn =PQnV- количество тепла, выделяемого факелом пламени,
МДж/ч ;
Р~ коэффициент неполноты сгорания ;
бн - низшая теплота сгорания газа, МДж/м3;
V— расход газа, м3/час ;
R - расстояние от центра пламени до объекта, на поверхности ко-
торого отражается интенсивность излучения, м.
Коэффициент равен: для метана - 0,2, пропана - 0,39, углеводо-
родов с молекулярной массой более 44 - 0,4. Зависимость от молекуляр-
ной массы (Л/) горящего углеводорода выражается следующим уравне-
нием [222]:
еш= 0,0484м (12.3)
Для определения высоты факела пламени газовых фонтанов (к ним
относят фонтаны с содержанием горючего газа не менее 90-95% по массе)
рекомендована следующая формула [223, 224]:
301
ht = 204v, (13.3)
где - высота пламени, м ;
V- расход газа, млн.м’/сутки.
Максимальный диаметр в верхней части турбулентного диффузи-
онного факела газового пламени приближенно определяется соотноше-
нием [223]
</. = (0,1 + 0,15)Л„
ф v ’ ‘ ф
В табл. 7.3 приведена температура пламени газовых фонтанов. Не-
которое повышение температуры пламени газового фонтана с увеличе-
нием расхода газа объясняется изменением степени его турбулентности
и, как следствие, скорости сгорания.
Таблица 7.3
Температура пламени газовых фонтанов [223]
Диаметр устья скважины, м Расход газа, млн.м’/сутки Максимальная температура пламени, °К
0,15 6,78 1553
0,15 31,2 1623
0,20 6,55 1573
0,20 30,8 1633
Интенсивность излучения компактного вертикального факела га-
зового фронта в безветренную погоду рекомендуется [223] рассчитывать
по формуле (11.3). Величины интенсивности тепловых потоков, измерен-
ные на опытных и реальных пож-арах газовых и нефтяных фонтанов, при-
ведены в табл. 8.3.
В результате выброса или разлития сжиженного газа с последую-
щим его испарением образуется паровое облако, размер которого может
быть очень большим. Так, например, при выбросе 20 т пропана образует-
ся паровое облако объемом, приблизительно равным 10 тыс.м3. При аб-
солютном давлении в 1 МПа пропаи будет образовывать облако, объем
которого приблизительно в 80 раз превышает начальный его объем при
атмосферном давлении и радиус которого приблизительно в 4,5 раза боль-
ше его начального радиуса (при равномерном распределении). Избыточ-
ное давление от взрыва паровых облаков, образовавшихся при разрыве
контейнеров с любыми горючими сжиженными газами, может распро-
страняться на многие километры, а максимальное давление не будет пре-
вышать 0,2 МПа [153].
302
Излучение газовых и нефтяных фонтанов
Таблица 8.3
Дебит фонта- на, млн.м1 сутки Вид струи Диаметр устья скважи- ны, мм Интенсивность теплового потока, кВт/м2
Наветренная сторона, м Сторона, перпендикулярная направлению ветра, м Подветренная сторона, м
10 | 20 40 60 I 60 ю т 20 40 | 60 I 60 20 40 60
2,2 ком- 150 8,5 5,5 3,0 1,6 1,5 13,0 9,0 4,2 2,3 1,5 12,0 6,8 3,3
пактная 250 12,0 7,5 4,2 2,8 1,5 20,0 16,5 7,0 4,0 1,8 12,0 10,5 4,3
4,0 150 11,0 8,5 5,8 3,5 2.5 14,5 13,5 8,0 4,1 3,0 16,0 10,5 5,1
250 15,0 9,5 6,5 - 3,0 20,0 17,2 10,5 6,0 3,5 18,0 13,7 8,0
5.8 150 14,0 10,5 7,5 4,5 3,2 17,4 15,5 10,5 5.4 4,0 17,0 13,5 8,8
250 17,0 - - 3,3 3,5 20,0 18,5 14,0 АР 4,5 19,0 18,0 7,2
Максимальное значение радиуса зоны воспламенения, т. е. рассто-
яния от места выброса пропана до точки, в которой его концентрация в
воздухе снижается до нижнего предела воспламенения, составило в опы-
тах [225]: 370 м при выбросе 10 кг/с в течение 300 с и 340 м при выбросе со
скоростью 6 кг/с в течение 200 с. Эти значения наблюдали при скорости
ветра менее 0,5 м/с. Некоторые результаты исследований [153] по распро-
странению паровых облаков, образованных при разлитии на воды озера
сжиженного природного газа (СПГ) и охлажденного жидкого пропана,
приведены в табл. 9.3. Исследования проводились при попутном ветре.
Для определения концентрации аммиака и хлора на различных рас-
стояниях от источника утечки при скоростях ветра 5 и 3 м/с в [226] приво-
дятся специально составленные номограммы.
Таблица 9.3
Данные исследований по распространению паровых облаков
при разлитии СПГ и жидкого пропана
Вещество Выброс вещества, м3 Скорость ветра, м/с Измеренное расстояние достижения НПВ'1, м
Пропан 2,8 7,9 245±35
3,9 5,2 340+80
2,3 3,6 400±100
СПГ"’ 2,5 4,8 110±30
4,5 4,5 130±20
2,7 3,9 150+30
*' НПВ - нижний концентрационный предел воспламенения.
**' СПГ _ сжиженный природный газ. Некоторые данные о его составе и
свойствах приведены в приложении 2.
Как следует из приведенных в табл. 9.3 данных, пары могу г возго-
раться на значительном расстоянии от образующей нх в условиях выбро-
са горючей жидкости. После возгорания паров пламя движется в сторо-
ну, противоположную их распространению, г. е. к горючей жидкости, к
незакрытому или разгерметизировавшемуся резервуару. Скорость движе-
ния пламени может быть больше 100 м/с [227].
Полученные экспериментальные данные [228] позволяют полагать,
что в условиях свободного испарения пропана из емкости при слабом вет-
ре (скорость ~ 0,5 м/с), взрывоопасная его концентрация, равная 0,5% об.,
может существовать для емкости объемом 50 тыс. м’(радиус емкости 20 м)
304
не далее двух радиусов от центра газовыделения. Поскольку центр газо-
выделения емкости может смещаться по направлению ветра от ее центра
к окраине, указанное предельное расстояние не должно превысить трех
радиусов емкости (60 метров). Для емкости меньшего объема указанное
расстояние будет меньше и, очевидно, не превысит величины 40+г м, где
г - радиус емкости.
Для оценки максимально возможной концентрации в воздухе па-
ров пропана, свободно испаряющегося с открытой поверхности разлито-
го сжиженного газа при температуре воздуха 15-25 °C, давлении
727-750 мм рт.ст., скорости ветра 6,5-4,75 м/с, преложено использовать
следующую формулу:
Vr
C = °’657F ’ (143)
где С - концентрация пропана по объему, % ;
Vr - скорость газовыделения, кг/ч ;
& - скорость ветра , м/с ;
L - расстояние (по ветру) от центра газовыделения, м.
Температура пламени сжиженного углеводородного газа (СУГ),
измеренная оптическим пирометром при горении в изотермической ем-
кости, не зависит от ее диаметра и равна 1240-1270 °C. Диаметр факела
незначительно превышает диаметр емкости и высота его равна 2-3 ее ди-
аметра. При скорости ветра 2-4 м/с факел отклоняется по ветру под уг-
лом до 45°, отдельные языки пламени отрываются от факела. В верхней
части факела наблюдается сильное выделение копоти. Результаты опре-
деления с помощью актинометра интенсивности облучения объекта
(Ja тыс.ккал/м2ч) на разных расстояниях от горящей емкости диаметром
5 м приведены на рис.5.3.
Температура поверхности объекта (экрана) может быть вычис-
лена через интенсивность облучения J по формуле
где £а - степень черноты (для стального, плохо зачерненного копо-
тью экрана приблизительно равна 0,85);
а* - коэффициент конвективной теплоотдачи, кДж/мгч ;
zb - температура воздуха, “С ;
tt - температура поверхности экрана, °C.
Результаты измерений температуры поверхности экрана с помощью
термопар на высоте 1,5 м над поверхностью земли приведены на рис.6.3.
305
25
Расстояние до центра емкости, м
Рис. 5.3. Интенсивность облучения объекта на
резных расстояниях от факела пламени при горении
сжиженного пропана в емкости диаметром 5 м
Рис. 6.3. Температура поверхности объекте на разных
расстояниях от емкости (диаметром 5, 2 и 1,2 м)
с горящим сжиженным пропеном
С увеличением расстояния от емкости характерно, в соответствии с полу-
чаемыми гиперболическими кривыми, быстрое понижение температуры
экрана.
Данные о скоростях выгорания СУГ приведены в табл. 10.3.
306
Таблица 10.3
Зависимость средних скоростей выгорвния СУГ
от диаметра емкости
Диаметр емкости, м Средняя скорость выгорания, мм/мин
1,2 4-4,2
2,0 9,15
5,0 7,8-8,7
Скорость выгорания СУГ с температурой кипения от -30 до -35 “С
в промышленных подземных изотермических емкостях не более чем вдвое
превышает скорость выгорания бензина в стальных наземных резервуа-
рах и равна приблизительно 0,3-0.5 м/ч. Скорость испарения СУГ со сво-
бодного зеркала изотермической емкости находится в пределах 20-40 мм/ч
(диаметр емкости до 5 м). Воспламенение, размеры факела и характер пла-
мени СУГ соответствуют тем же параметрам при горении бензина в ре-
зервуарах.
При диффузионном горении в результате присутствия в отдельных
областях пламени избытка горючего и их высокой температуры повыша-
ется роль процесса пиролиза и разложения горючего до его полного окис-
ления в пламени. При горении углеводородов это приводит к образова-
нию горящих частичек сажи, свечение которых обусловливает типичную
желтоватую окраску углеводородо-воздушных диффузионных пламен.
Значительная часть энергии этих пламен передается за счет излучения, по-
этому большие диффузионные пламена, образующиеся при пожарах, со-
здают серьезную угрозу возгорания прилегающих объектов за счет теп-
ловой радиации. Так, например, при аварии с бензоцистерной (содержа-
ние горючего 50 т) на Московской железной дороге через образовавше-
еся в цистерне отверстие начал вытекать бензин со скоростью
~ 12 кг/с. Возгорание паров бензина через 30 с слива образовало пламя,
тепловая радиация которого привела к значительному повреждению эле-
ментов конструкций комбикормового цеха Комбината хлебопродуктов,
находившегося на расстоянии 100 м от места разлива бензина.
При арарии самолета и разливе топлива с его'возгоранием (коли-
чество топлива на современных тяжелых самолетах составляет - 80-100 т)
пожар принимает значительные размеры, распространяясь на площади
500-1000 м2за 1-2 мин [229].
307
3.1.2.2. Условия взрыва паро-газового облака, загоревшегося
в диффузионном или дефлаграционном режиме, и аэровзвесей
Отсутствие в процессе диффузионного горения предварительно
подготовленной газо-паровоздушной смеси, по которой может развивать-
ся этот процесс, исключает для него понятие скорости распространения
пламени и тем самым, казалось бы, возможность образования волн дав-
ления, приводящих к взрыву и детонации.
Однако, большая длительность протекания процессов в диффузи-
онных пламенах (по сравнению со взрывом), обусловливает подвержен-
ность таких пламен сильному влиянию естественной конвекции. После-
дняя, наряду с процессом возникшего вначале диффузионного горения
парового облака, может генерировать турбулизацию пламени. При утеч-
ке. например, горючего, его испарении и турбулентном перемешивании с
воздухом загоревшегося парового облака, оно в определенных условиях
может взрываться. К таким условиям, например, относится наличие пре-
пятствий на пути распространения процесса горения парового облака в
виде зданий и сооружений. Эти препятствия могут не только возбудить,
но и усилить воздействие взрыва, что подтверждается опытом аварии во
Фликсборо [153).
На рис. 7.3 а) видно, что наибольшая плотность размещенного
оборудования и установок на предприятии в Фликсборо наблюдалась в
северо-восточном направлении от места утечки горючего газа, в то время
как в юго-западном направлении существовало “окно” относительно сво-
бодной территории предприятия. В соответствии с этим планом располо-
жилась зона разрушений после взрыва газа, представляя собой грубый
эллипс, больший радиус которого, направленный на северо-восток,
в 2,4 раза превышал малый радиус, направленный на юго-запад
(см. рис. 7.3 б).
В связи с асимметричностью направления распространения взры-
ва в экспертной работе нельзя пользоваться методикой оценки, при кото-
рой в качестве критерия для определения уровня избыточного давления в
зависимости от удаления производится отбор наиболее поврежденных
объектов в любом радиальном направлении.
Возможное возникновение мощных взрывных процессов (вплоть до
детонации) в паровых облаках не обязательно требует ограничения про-
странства н мощных источников инициирования. Они зависят также от
свойств вещества, условий испарения и смесеобразования, неоднородно-
сти температуры и концентрации смеси. Под влиянием градиента концен-
траций и других указанных факторов, способствующих турбулизации,
308
возникающее дефлаграционное горение облака, распространяющееся с
малыми скоростями, подвержено существенному ускорению. Вероятность
создания таких условий тем больше, чем больше облако.
Рис. 7.3 а). План расположения оборудования и установок
на предприятии а Фликсборо.
В отличие от легких газов, таких как водород, метан, аммиак, тя-
желые газы и пары более склонны к образованию устойчивых горючих
облаков. Различие в плотностях горючего газа и воздуха может приво-
дить при вытекании газа из емкости к образованию местных объемов, в
которых локальная концентрация горючего газа с воздухом лежит в кон-
центрационных пределах воспламенения. Даже на ранних стадиях аварий-
ного вытекания газа возможно существование определенного ограничен-
ного объема, в котором может произойти взрыв. Для легких газов этот
опасный объем возникает вблизи крыши здания, для тяжелых газов - вбли-
зи пола. При наиболее часто реализуемом дефлаграционном режиме го-
рения облака, приводящем к взрыву, скорость распространения пламени
309
составляет от 5 до 300 м/с, избыточное давление во фронте ударной вол-
ны достигает значения в несколько сотен миллибар (так, при скорости 150-
200 м/с давление достигает величины порядка 0,3 бар), длительность фазы
сжатия велика (около секунды).
{нарушив
Пвг<*е
разрушение
Рис. 7.3 б). Зоне разрушений на предприятии в Фликсборо
после взрыва
310
При высокой реакционной способности смесей и мощном источ-
нике зажигания возможен детонационный режим, при котором скорость
пламени составляет 1800 м/с, давление 15-17 бар, а длительность фазы
сжатия составляет несколько миллисекунд. Термическое излучение горя-
щего газа при взрыве свободных газовых облаков может достигать
2200 °К [230].
На основе описаний случайных взрывов, происшедших после мас-
совой утечки горючего, сделаны следующие выводы [117]:
1) при высвобождении массы горючего, меньшей 2000 кг, но боль-
шей 100 кг, разрушающие взрывы наблюдаются лишь для Н„ смеси
Н2 + СО, С Н4, С2 Н4. Для остальных горючих веществ разрушения при
взрыве наблюдаются лишь при утечке горючего вещества в количестве,
превышающем 2000 кг ;
2) в большинстве разрушающих взрывов собственно взрыву пред-
шествует относительно длительная стадия “спокойного” горения, обес-
печивающая необходимое ускорение пламени до детонационной или по
крайней мере до сверхзвуковой скорости ;
3) возникающий взрыв во многих случаях носит направленный ха-
рактер.
Горение аэровзвесей жидких и твердых веществ имеет особеннос-
ти, позволяющие рассматривать соответствующий процесс как происхо-
дящий в перемешанных смесях и в виде диффузионного горения. Напри-
мер, при распылении жидкого горючего, состоящего из отдельных капе-
лек размером меньше 25 мкм легколетучей жидкости, горение происхо-
дит так же, как в случае перемешанных газообразных систем, ибо капли
успевают испариться в зоне подогрева ламинарного пламени. Если раз-
меры капель достаточно велики и упругость пара жидкости достаточно
низка, то пламя распространяется по индивидуальным каплям жидкости,
каждая из которых окружена оболочкой из диффузионного пламени. Та-
кая неоднородность двухфазной системы обусловливает наличие локаль-
ных объемов с избытком или недостатком горючего, что способствует
увеличению верхних концентрационных пределов подобных систем по
сравнению с верхними пределами для аналогичных гомогенных газо-па-
ровоздушных смесей.
При горении аэровзвесей твердых веществ основной гетерогенной
реакции окислителя с частицами материала может предшествовать испа-
рение летучих компонентов и пиролиз частиц. Значительное переобога-
щение горючим такой аэровзвеси не может исключить горение ее летучих
компонентов. Так, например, по угольной пылевзвеси стационарное го-
рение распространяется даже при коэффициенте соотношения компонен-
тов (горючее, окислитель) около 10, что намного превышает верхний кон-
37/
центрацнонный предел воспламенения в случае газообразных горючих.
Отмечается [213], что максимальная скорость роста давления для газовых
взрывов оказывается сравнимой с аналогичной характеристикой самых
тяжелых аварий со взрывами пылей.
Важное отличие горения пылевзвесей от горения аэровзвесей жид-
ких горючих заключается в степени излучения пламен. В первом случае
источниками излучения могут служить собственно частички пыли, а во
втором случае - лишь образующиеся при горении частички сажи. В связи
с отмеченным лучистый перенос энергии может стать основным при го-
рении большого и непрозрачного объема пылевой системы. При этом ско-
рость ее горения может увеличиваться на порядок величины по сравне-
нию со скоростью распространения пламени в системах малого масшта-
ба, где существенны лучистые потери теплоты. Этот вывод качественно
подтверждается экспериментальными данными, в которых скорость рас-
пространения пламени по угольной пыли достигала 10-30 см/с при ма-
лых размерах зоны, охваченной пламенем, и ее прозрачности. При непроз-
рачной зоне скорость распространения пламени возрастала до 1 м/с [117].
Большинство пылевых взрывов в промышленности являются де-
флаграционными. Однако установлена также возможность в некоторых
случаях распространения детонации в аэровзвесях твердых и жидких го-
рючих веществ. Экспериментальные данные показали осуществимость
непосредственного возбуждения детонации двухфазных капельных систем
(аэровзвеси жидких веществ) с помощью взрыва заряда твердого взрыв-
чатого вещества. Гетерогенная детонация наблюдалась также в трубе, на
стенке которой находилась пленка легколетучего жидкого топлива. Срав-
нительно легко детонация возникаете пылевоздушных смесях, обогащен-
ных кислородом, при инициировании взрыва пыли ударной волной, а так-
же при самоускоренни пламени, связанном с распространением взрыва в
длинных срубах и галереях.
В угольных шахтах, например, подрывы зарядов ВВ с целью рых-
ления угля и породы могут приводить к образованию взрывчатых смесей
угольной пыли с воздухом и их сильному взрыву. Особенно разрушитель-
ным он становится в случае присутствия в пылевоздушных смесях мета-
на. Отмечается, что при достаточно разрушительных взрывах в угольных
шахтах и зерновых элеваторах скорость распространения взрывного про-
цесса весьма близка к скорости детонации, которая в аэровзвесях дости-
гает величины от 1450 до 2200 м/с. Давление во фронте ударной волны
может составлять от 2 до 5 МПа, а иногда достигает 8 МПа [231].
Детонация возникает в штольне угольной шахты в случае длины
ее, достигающей нескольких сотен метров. В зернохранилищах детонаци-
онный процесс может наблюдаться при аналогичной длине конвейерных
312
линий [153]. В лабораторных условиях, однако, воспроизвести детонаци-
онный процесс в пылевзвесях не удалось. Это, возможно, связано с боль-
шими теплопотерями при их горении в небольших лабораторных уста-
новках.
Для оценки взрывоопасности газо-паровоздушных смесей и аэро-
взвесей при их дефлаграционном горении пользуются параметрами, при-
веденными в разделах 1.3.2.5; 1.3.2.8.
3.1.3. Конденсированные взрывчатые вещества (ВВ)
В табл. 11.3 приведена существующая классификация ВВ, которая
является условной, т. к. поведение указанных веществ зависит от условий,
в которых они находятся, н способов инициирования. Так, например, ам-
миачная селитра, используемая в качестве сельскохозяйственного удоб-
рения и даже не относимая некоторыми специалистами к числу ВВ, про-
являет себя как весьма сильное взрывчатое вещество, о чем свидетельству-
ют примеры, описание которых приведено в разделе 4.
Таблица 11.3
Условная классификация ВВ [117, 153]
Г руппы Характеристика. Примеры веществ
1 Чрезвычайно опасные вещества Нестабильны. Взрываются даже в самых малых количествах. Трихлорид азота; некоторые органические пероксидные соедине- ния; ацетиленид меди, получающийся при контакте ацетилена с медью или медьсодержащим сплавом.
II Первичные ВВ Менее опасные вещества. Инициирующие соединения. Обладают очень высокой чувствительностью к удару и тепловому воздейст- вию. Используются в основном в капсюлях-детонаторах для возбуждения детонации в зарядах ВВ. Азид свинца, гремучая ртуть (фульминат ртути).
III Вторичные ВВ (бризантные ВВ)
Возбуждение детонации в них происходит при воздействии доста- точно сильной ударной волны. Последняя может создаваться в процессе их горения или с помощью детонатора. Как правило, ВВ этой группы сравнительно безопасны в обращении и могут храниться в течение длительных промежутков времени. Динамиты, тротил, гексоген, октоген, централит. На месте взрыва динамита могут быть обнаружены кусочки бумаги, вкрапленные в остатки взорвавшегося вещества. Примеры случаев взрыва тротила и гексогена приведены в разделе 4.
313
Окончание табл. 11.3
Г руппы Характеристика. Примеры веществ
IV Метательные ВВ. Пороха Чувствительность к удару очень мала, относительно медленно го- рят. Баллиститные пороха - смесь нитроцеллюлозы, нитроглицерина и других технологических добавок. Загораются от пламени, искры или нагрева. На открытом воздухе быстро горят. В закрытом сосуде взрываются. На месте взрыва черного пороха, содержащего азотнокислый калий, серу и древес- ный уголь в соотношениях 75:15:10, остается черный остаток, содержащий углерод. Смесевые твердые ракетные топлива - смесь перхларата аммония (или другого твердого окислителя) и органического связующего (например, полиуретана).
Характеристики некоторых взрывчатых веществ приведены в
табл.12.3 [117].
Таблица 12.3
Характеристики некоторых взрывчатых веществ
Взрывчатое вещество Теплота взрыва, кДж/кг ТНТ-ак- вива- лент') Плот- ность, г/см’ Скорость детона- ции.км/с Давле- ние детона- ции, ГПа
Г ексоген 5360 1,185 1,65 8,7 34,0
Октоген 5680 1,256 1,90 9,11 38,7
Октол (70% гексоген + 30% ТНТ) 4500 0,994 1,80 8,48 34,2
ТЭН 5800 1,282 1,77 8,28 34,0
Пентолит 50/50 (50% ТЭН + 50% ТНТ) 5110 1,129 1,66 7,47 28,0
Пикриновая кислота 4180 0,926 1,71 7,26 26,5
Тетрил 4520 1,000 1,73 7,85 26,0
ТНТ 4520 1,000 1,60 6,73 21,0
РВХ 9404 (94% октогена + 3% нитроцеллюлозы + 3% пластификатора) 5770 1,227 1,844 8,80 37,5
•) тнТ-эквивалент определяется из соотношения теплот взрыва
исследуемого вещества и тринитротолуола (см. формулу 17.3). Значения
тротилового эквивалента в таблице основаны на экспериментальных данных.
При поджигании взрывчатых веществ сначала возникает медлен-
ное горение. На открытом воздухе процесс может полностью пройти в
виде медленного горения, если отсутствуют условия для развития мест-
374
него повышения давления. Горение ВВ в условиях замкнутого или полу-
замкнутого объема способствует повышению давления, приводящему к
существенному ускорению горения и к развитию взрыва и детонации.
Кроме повышения давления, являющегося основным фактором перехода
горения во взрыв, существенным также является предварительный разог-
рев горящей системы. При сильном ударе по ВВ одновременно возника-
ют очаги разогрева и весьма высокое давление, что способствует возник-
новению взрыва.
Как видно из табл. 12.3, из-за высокой начальной плотности кон-
денсированных ВВ при их детонации развиваются колоссальные давле-
ния до 39 ГПа.
Для определения взрывоопасности порохов и взрывчатых веществ
при их хранении и эксплуатации используются следующие методы: диф-
ференциально-термический анализ кинетики разложения вещества при
повышенных температурах, метод копровых испытаний для изучения чув-
ствительности к удару, метод изучения передачи детонации через зазор
или инертную преграду и метод определения критического диаметра де-
тонации (т. е. наименьшего диаметра заряда ВВ, при котором еще воз-
можно самоподдерживающееся распространение детонационной волны).
Описание соответствующих методик или необходимые ссылки на них при-
ведены в [117].
Критический диаметр детонации зависит от удельной массы обо-
лочки, окружающей заряд ВВ. Прн помещении заряда в массивную сталь-
ную оболочку он будет иметь меньший критический диаметр, чем в слу-
чае детонации заряда того же ВВ в воздухе. Возбудить детонацию в кон-
денсированных ВВ III группы (см. табл. 11.3) можно только с помощью
сильной ударной волны, создающейся при ударе осколка детонации ини-
циирующего заряда, локального трення ВВ, нагрева.
Все ВВ и пороха при хранении в адиабатических условиях способ-
ны разлагаться с возрастающей скоростью до взрыва. Если ВВ хранятся
в неадиабатических условиях, то критические условия их разложения оп-
ределяются размером, формой и температурой стенок контейнера с ВВ.
Характерной особенностью конденсированных ВВ является обра-
зование при взрыве воронки в земле. Для 1т ВВ объем воронки может со-
ставлять 60 м3 [153]. Предложена следующая расчетная формула для оп-
ределения диаметра воронки:
О=ЗИ5/й (16.3)
где Dt - диаметр воронки, м;
V - объем воронки, м3;
h - глубина воронки, м.
315
По результатам наблюдений утверждается, что h = Dt 12, отсюда
D, = J6~-V‘-25
Для массы ВВ в 1т Dt ® 16,7 м.
Масса ВВ в этих уравнениях строго определена только для стан-
дартных ВВ “бризантного действия”.
Различия, наблюдаемые при детонации и дефлаграции взрывчато-
го вещества, приведены на рис. 8.3 [94]. Свойства многих веществ и мате-
риалов, опасных в отношении пожара н взрыва, описаны в ряде работ и в
справочной литературе [20, 21, 117].
Расстояние, фут (1 фут-0,305 м)
Рис. 8.3. Зависимость давления от расстояния при
детонации 45 кг ВВ и дефлагрвции
Химические вещества, способные взрываться и чувствительные к
трению, часто приводят к взрыву на производстве. Такой взрыв наблю-
дался, например, на производстве тринитрорезорцината свинца [232]. Он
316
возник от трения в перемешивающем устройстве, где образовались крис-
таллы продукта (ССН), после испарения его раствора*’.
Аммиачная селитра особенно склонна к взрыву в присутствии орга-
нических веществ. В качестве таковых могут быть бумажные пакеты, упа-
ковочные мешки, примесь масла и др. Инициировать детонацию в чис-
том нитрате аммония очень трудно.
3.2. Особенности физического взрыва
Физические взрывы, как правило, связывают со взрывами сосудов
от давления паров и газов. Причем основной причиной их образования
является не химическая реакция, а физический процесс, обусловленный
высвобождением внутренней энергии сжатого или сжиженного газа. Сила
таких взрывов зависит от внутреннего давления, а разрушения вызыва-
ются ударной волной от расширяющегося газа или осколками разорвав-
шегося сосуда. Физический взрыв может произойти в случае, например,
падения переносного баллона с газом под давлением и срыва вентиля, по-
нижающего давления. Давление сжиженного газа редко превышает 40 бар
(критическое давление большинства обычных сжиженных газов).
К физическим взрывам относится также явление так называемой
физической детонации. Это явление возникает при смешении горячей и
холодной жидкостей, когда температура одной из них значительно пре-
вышает температуру кипения другой (например, выливание расплавлен-
ного металла в воду). В образовавшейся парожидкостной смеси испаре-
ние может протекать взрывным образом вследствие развивающихся про-
цессов тонкой фрагментации капель расплава, быстрого теплоотвода от
них и перегрева холодной жидкости с сильным ее парообразованием. Фи-
зическая детонация сопровождается возникновением ударной волны с из-
быточным давлением в жидкой фазе, достигающим в некоторых случаях
более тысячи атмосфер. Соответствующие процессы наблюдались на прак-
тике при взаимодействии, например, расплавленного алюминия с водой
при аварии на атомном реакторе, контакте с ней расплавленной стали в
литейном цехе или расплава солей (Na.CO. и ,V«,S') в бумажной промыш-
ленности.
Взрыв вулкана Кракатау в 1883 г. - пример физической детонации,
т. к. возник в результате взаимодействия расплавленной лавы с морской
водой. “Гул” взрыва был слышен на расстоянии 5000 км в течение четы-
рех часов после события [153].
*' Аппаратчик с помощью заостренного латунного прута прочищал штуцер
мерника, что оказалось достаточным для возбуждения взрыва.
317
Проведены специальные исследования паровых взрывов в услови-
ях контактирования воды с горячим расплавом стекла и металла (Ga, Pb,
.‘11. Си, Fe) В результате их диспергирования большое количество тепла
передается воде, что способствует ее быстрому испарению. Определены
условия возникновения парового взрыва в зависимости от материала рас-
плава, температур воды и расплава, массы реагирующих веществ, формы
сосуда, в котором происходит их контакт [233].
Многие жидкости хранятся или используются в условиях, когда
давление их паров значительно превышает атмосферное. К числу таких
жидкостей относятся: сжиженные горючие газы (например, пропан, бу-
тан), сжиженные хладоагенты - аммиак или фреон, хранимые при ком-
натной температуре, метан, который должен храниться при пониженной
температуре, перегретая вода в паровых котлах. Если емкость с перегре-
той жидкостью повреждается, то происходит истечение пара в окружаю-
щее пространство и быстрое частичное испарение жидкости. При доста-
точно быстрых истечении и расширении пара в окружающей среде гене-
рируются взрывные волны. Методы расчета таких взрывов приводятся
в [117].
Причинами взрывов сосудов с газами и парами под давлением яв-
ляются:
1) нарушения целостности корпуса из-за поломки какого-либо узла,
повреждения или коррозии при неправильной эксплуатации;
2) перегрев сосуда за счет нарушений в электрообогреве или режи-
ме работы топочного устройства. В этом случае давление внутри сосуда
повышается, а прочность корпуса понижается до состояния, при котором
происходит его повреждение. Верхнюю оценку параметров соответству-
ющего взрыва также можно установить с помощью зависимостей, приво-
димых в [117] для хрупких сосудов. Реальные взрывы сосудов будут менее
интенсивными в сравнении с расчетными, так как в связи с пластичнос-
тью материала сосуды разрываются относительно медленно:
'3) взрыв сосуда при превышении допустимого давления. Например,
крупный паровой котел общего назначения может взорваться, если внут-
реннее давление повысится на 10-15 кПа. Повышение давления может про-
изойти вследствие утечки пара в топку, вызванной повреждением трубы
или водяного коллектора. Эти быстро протекающие аварийные процес-
сы делают невозможным сброс избыточного давления в котле.
Взрывы газовых емкостей с последующим горением в атмосфере в
основе своей содержат те же причины, которые описаны выше и харак-
318
терны для физических взрывов. Основное различие заключается в обра-
зовании в данном случае огненного шара, размер которого зависит от
количества выброшенного в атмосферу газообразного горючего. Это ко-
личество зависит, в свою очередь, от физического состояния, в котором
находится газ в емкости. При содержании горючего в газообразном со-
стоянии его количество получается намного меньше, чем в случае хране-
ния в той же емкости в жидком виде.
3.3. Параметры взрыва и его последствия
Параметры взрыва, обусловливающие его последствия, в основном
определяются характером распределения энергии в области взрыва и ее
перераспределением по мере того, как взрывная волна распространяется
от источника взрыва. Первоначально вся энергия сосредоточена в источ-
нике в форме потенциальной энергии (см. рис. 1.3). В момеит взрыва эта
энергия переходит в кинетическую и тепловую энергию системы, которая
включает в себя все участвующие вещества, содержащиеся в расширяю-
щейся ударной волне. Система не стационарна вследствие постоянного
увеличения массы охваченных движением веществ и перераспределения
энергии в продуктах взрыва и в газе (воздухе), подвергнутых ударному
сжатию.
Суммарное энерговыделение источника взрыва служит важной его
характеристикой. Этот параметр является наиболее существенным для
описания и оценки последствий взрыва. Так, например, тяжесть послед-
ствий аварий технологических систем прямо зависит от их энергетичес-
ких потенциалов взрывоопасности W. Например, взрывы в блоках окис-
ления метанола в формальдегид ((Т = 0,17101 МДж) не приводили к раз-
рушению аппаратуры, а в сходных по аппаратурному оформлению агре-
гатах окисления этилена в окись этилена (W = 81-101 МДж) взрывы в си-
стемах развивались в крупные аварии [234].
Для случайных взрывов оценка энерговыделения затруднена, тог-
да как для взрывов заданных масс конденсированных ВВ его величина
хорошо известна. Поэтому весьма распространенным, но ие всегда точ-
ным способом оценки повреждений, вызванных взрывной волной при слу-
чайных взрывах, является выражение степени разрушения от взрыва в его
тротиловом эквиваленте, т. е. в указании того, сколько килограммов ТНТ
319
(17.3)
вызовут эквивалентное разрушение на таком же расстоянии от центра
взрыва** 1 *.
Максимальный тротиловый эквивалент кг) рассчитывается
по следующей формуле:
(Wmr)
к 4520.ю3 * * * •
где Q„ - теплота сгорания реагентов (заряда), Дж/кг;
тк - масса взрывающегося вещества, кг;
4520-103 - теплота взрыва ТНТ, Дж/кг.
При сравнении теплоты взрыва реагирующих веществ с теплотой
взрыва ТНТ следует учитывать различие между взрывами в свободном
объеме и при размещении ВВ на отражающей поверхности (наземные
взрывы). Наземные взрывы зарядов ВВ примерно в 1,8 раза мощнее взры-
вов тех же зарядов в свободном объеме. Это правило подходит для взры-
вов, сопровождающихся образованием значительных воронок в земной
поверхности, на что тратится часть энергии взрыва. Для источников с
низкой плотностью энерговыделения лишь незначительное количество
энергии переходит в землю. В этом случае при расчетах учитывается ко-
эффициент отражения, равный 2. Если, например, 50 кг пропана выделя-
ется на земле и перемешивается с воздухом, образуя облако, которое взры-
вается, то с учетом отражения взрыва от земли следует считать, что про-
исходит эквивалентный взрыв в воздухе облака, содержащего 100 кг про-
пана [117].
*' Процедура замены волны произвольного источника взрывной волной
ТНТ относительно верна лишь для химических высокоэнергетических ВВ, а в
зоне слабого взрыва и для источника с низкой плотностью энерговыделения
(например, газовые смеси), выражаемой формулой
W
</ = у. (18.3)
где q - плотность энерговыделения;
И7 - энергосодержание источника;
I7- объем источника.
Зона слабого взрыва является наиболее удаленной от источника взрыва.
Несмотря на слабые в целом повреждения, наблюдающиеся в этой зоне, могут
иметь место значительные локальные повреждения, происходящие в результате
колебания давления, обусловленного преломлением и фокусировкой волн в
реальной неоднородной атмосфере. Для зоны слабого взрыва допустимо
аналитическое решение, основанное на том. что если на некотором расстоянии
от этой зоны известна зависимость избыточного давления от времени, то
возможно построить соответствующую зависимость и для других расстояний.
320
Помимо энергосодержания источника взрыва, его основными па-
раметрами являются: максимальное избыточное давление в проходящей
волне (Рх) и избыточное давление в отраженной взрывной волне (Рг), рас-
стояние от центра источника взрыва до места разрушения (г), удельный
импульс в проходящей (it) и отраженной взрывной волне (Л).
Избыточное давление проходящей волны соответствует измерению
давления с лицевой стороны датчика, расположенного параллельно на-
правлению распространения взрывной волны. Если избыточное давление
измерять датчиком, ориентированным под углом 90° к направлению рас-
пространения взрывной волны, то тогда измеренный физический параметр
называют избыточным давлением отраженной волны. Он может иметь зна-
чение, в 2-8 раз превышающее избыточное давление проходящей волны.
Реальные взрывы редко бывают сферическими. Например, газопа-
ровоздушное облако, в котором горючее вещество тяжелее воздуха, бу-
дет скорее плоским, нежели даже полусферическим. Облако паров, обра-
зующееся при случайной массовой утечке горючего, имеет форму блина
или сигарообразную форму с характерным соотношением длин (1:50). Как
правило, облако загорается с края. Взрывная волна от разрывающегося
на две части сосуда под давлением также не будет сферически симметрич-
ной. Проведенный анализ взрывов газовоздушных облаков показал, что
для не сферического облака с реальным соотношением размеров при оцен-
ке степени разрушений в зоне сильного взрыва нельзя использовать без
оговорок данные по сферическому взрыву. Для оценки ожидаемого из-
быточного давления и импульса в зоне сильного взрыва для облаков, име-
ющих, например, форму диска, предлагается использовать зависимости,
приведенные в [117]. Там же предложен ряд численных методов расчета
для несферических взрывов, которые могут рассматриваться как двухмер-
ные.
К последствиям взрыва относятся фугасное действие воздушной
ударной волны, осколочное действие разрушенных и разлетающихся эле-
ментов оборудования и тепловое действие от выгорания горючих веществ
и материалов.
3.3.1. Фугасное действие воздушной ударной волны
Фугасное действие воздушной волны может проявляться при взры-
вах в открытых (не ограниченных) и замкнутых (ограниченных) объемах.
Возможность взрыва неограниченного облака пара обусловливается, в
первую очередь, необходимостью массового выброса горючего вещества
321
(например, углеводорода) в атмосферу либо у поверхности земли. Такое
событие может произойти на химическом предприятии, при транспорта-*
ровке горючего или при разрушении газопровода. После выброса горю-
чего развитие явления может протекать по четырем направлениям: 1) выб-
рошенное горючее рассеивается без воспламенения; 2) во время выброса
горючее загорается и инцидент завершается только пожаром; 3) выбро-
шенное горючее рассеивается на большой площади, после некоторой за-
держки образующееся облако зажигается и происходит массовый пожар.
Количество жидкости вещества, которое, испаряясь, превратится в обла-
ко паровоздушной смеси, зависит от интервала времени между разливом
и возгоранием; 4) последовательность событий такая же, как и в случае 3,
но после начала пожара пламя заметно ускоряется и образуется взрывная
волна. В работах, на которые дается ссылка в [117], приведена статистика
случаев 1, 3 и 4. По случаю 2 отмечается, что загорание в самом начале
выброса обычно не вызывает взрыва.
Наблюдало :ь большое число аварий, когда топливо загоралось без
образования разрушающей взрывной волны. Пример такой крупной утеч-
ки топлива без взрыва приведен в разделе 4. Здесь же сообщается о неко-
торых случаях взрывов образовавшихся облаков, содержащих горючие
газо-паровоздушные смеси. Исследования аварийных взрывов таких об-
лаков свидетельствуют о том, что для возникновения в окружающем воз-
духе и распространения взрывных волн не обязателен детонационный про-
цесс. Однако, как видно из рис. 9.3 и 10.3, давления, достигаемые в обла-
ке, сильно зависят от числа Маха** волны горения. Для волн дефлагра-
ции (число Маха < 1) эти давления значительно ниже, чем для детонаци-
онных волн.
Скорости детонации горючих смесей низкомолекулярных углево-
дородов с воздухом равняются приблизительно 1500 м/с, что соответствует
числу Маха, равному 4. На рассматриваемых графиках рис. 9.3 и 10.3
- Л
Р, = ~ - безразмерное максимальное избыточное давление в ударной
Га
р'-’
волне, Ра - атмосферное давление, г = - приведенное расстояние
от центра сферического облака горючих паров ; г - расстояние; W - пол-
ная энергия облака, рассматриваемого как гомогенная смесь паров с воз-
духом в концентрационных пределах взрыва.
* Число Маха (Л/) является мерой влияния сжимаемости волны горения
на ее движение. М = V/a), где К- скорость волны горения в рассматриваемой
точке, а) - скорость звука (в этой волне) в той же точке.
322
Рис. 9.3. Расчетные зависимости максимального _
нормализованного безразмерного избыточного давления Р, от
безразмерного расстояния Г для различных скоростей горения а
сфере при р’ = 8:
1. - М=0,01; 2 - М=0,02; 3 - М=0,034; 4 - М=0,066; 5 - М=0,128;
6 - М-0,218; 7 - взрыв сферы; 8 - детонация; 9 - взрыв пентолите
323
Рис. 10.3. Расчетные зевисимости безразмерного импульсе I от
безразмерного расстояния г для различных скоростей горения
а сфере:
1 - М =0,066; 2 - М =0,128; 3 -М =0,218; 4 - М =2,0; 5-М =4,0;
6 - М =5,2; 7 - М =8,0; 8 - взрыв сферы; 9 - взрыв пентолита
324
Давление в падающей взрывной волне почти никогда не представ-
ляет истинной нагрузки, действующей на элементы объекта после взры-
ва. Поэтому используют ряд дополнительных характеризующих ее пара-
метров. К основным характеристикам взрывных волн относят динамичес-
кое давление Р'. Оно в значительной мере определяет лобовую нагрузку
и, следовательно, возможное разрушение элементов объекта [117]:
= (19.3)
где р - плотность газа за волной;
К - массовая скорость газа за волной,
и импульс (I), под которым понимается произведение давления на
время его действия (точнее - интеграл от избыточного давления по вре-
мени) [153]. Безразмерный импульс определяется как
i о,
'= P^Ww ’ (203)
где - скорость звука в окружающем воздухе;
W - энергия взрыва.
Вертикальная штриховая линия на рис. 9.3 представляет конечный
безразмерный радиус облака при Р= 8 для случая малых скоростей горе-
ния, когда не происходило заметного подъема давления. Штриховые ли-
нии справа от этой вертикальной линии отвечают расчетной зависимости
Ps ~ 1/7. Описание существа метода определения типа взрыва (детонаци-
онного или дефлаграционного) приведено в разделе 6.1.3.
Детонационному взрыву горючих газо-паровых облаков способ-
ствуют, как указывалось выше, условия турбулизации их потоков (осо-
бенно перемешивание холодных потоков с горячими), наличие на пути
пламени препятствий больших размеров, приводящих к образованию за-
вихрений и возбуждению детонации. Значительное скопление горючих
паро-газовых смесей в полностью или частично замкнутых объемах бла-
гоприятствует возбуждению детонации в результате быстрого ускорения
пламени в этих условиях.
Производства, характеризующиеся массой горючих паров более»
Ют, выбрасываемых в течение 5 мин при авариях в атмосферу, относятся
в США к наивысшей категории взрывоопасности. К категории невысо-
кой взрывоопасности отнесены процессы с массой горючих паро-газовых
смесей меньше 100 кг. При взрыве такой массы, например, паров углево-
дородов в сравнительно небольшом производственном помещении общим
объемом около 15000 м3 избыточное давление не превысит 5 кПа, т. е. проч-
325
ностные характеристики типовых несущих конструкций производствен-
ных зданий не будут нарушены, а на открытой установке возможно лишь
повышение давления на 3 кПа на расстоянии менее 5,5 м от места взрыва.
Для оценки разрушений при взрывах неограниченных облаков при-
нимается, в порядке грубого приближения, участие в них 2% (для верхней
оценки 10%) теплоты сгорания всего пролитого горючего [117].
Максимально возможный, достигаемый при сферической детона-
ции, КПД взрыва парового облака (т. е. отношение энергии воздушной
ударной волны к теплоте сгорания смеси) составляет около 40%. Осталь-
ная часть энергии остается в нагретых продуктах взрыва и частично в ра-
зогретом ударной волной воздухе. Доля энергии, перешедшей в воздуш-
ную ударную волну при дефлаграции, в дальней зоне всегда меньше, чем
при детонации. Так, для видимой скорости горения парового облака по-
рядка 200 м/с она составляет около 30% [153].
При взрывах конденсированных ВВ на образование воздушной
ударной волны расходуется практически вся энергия (более 90%).
С учетом приведенных выше данных расчетная формула (17.3) для
тротилового эквивалента, рассчитанного по максимуму, принимает сле-
дующий вид:
, , , _ 0.4 -6, т, 0.1 _ 0.0444 6, т,
- 09.4520.ю3 " 4520 Ю3 ’ КГ f2I'3)
где 0,4 и 0,9 - соответственно доли энергии, затрачиваемой на фор-
мирование ударной волны при взрывах паро-газовоздушного облака и
ТНТ;
0,1 - доля у1 участия энергии паров и газов во взрыве паро-газо-
воздушного облака.
Сравнение с ТНТ необходимо проводить отдельно по давлению и
по импульсу ударной волны. Соответствующие максимальные величины
для них равны 5 и 8 т ТНТ на 1т углеводорода [153]. Такой выход не все-
гда достигается при авариях на объектах вследствие значительных откло-
нений локального состава облака от стехиометрического. С ростом об-
щей массы выбрасываемых паров в атмосферу доля их участия (у') во
взрыве уменьшается. Так, во Фликсборо (1974 г.) при внезапном залпо-
вом выбросе 60 т паров циклогексана у ’» 0,05, при взрыве больших масс
паровых облаков у' < 0,02.
Согласно оценке, основанной на опытных данных [153], при содер-
жании 10-40 т горючего вещества в паровом облаке энергия взрыва со-
ставила 4-6% энергии тепловыделения при полном сгорании вещества.
326
Данная величина эквивалентна примерно 0,5 т ТНТ на 1 т углеводорода.
Ударная волна взрыва стехиометрической смеси** газа обычного
углеводородного топлива соответствует ~ 20 кг ТНТ на 1000 м3 паровоз-
душной смеси в предположении, что 2,5% тепловой энергии горения пе-
реходит в энергию ударной волны.
Для условий полностью и частично замкнутых объемов, в том чис-
ле в зданиях, у’существенно увеличивается. Так, например, для ограни-
ченного облака принимается, что во взрыве участвует 100% паров, зани-
мающих ограниченный объем и смешивающихся с воздухом в стехиомет-
рическом соотношении. Ограничение, облака способствует более эффек-
тивному участию реагентов во взрыве, о чем свидетельствуют следующие
данные:
1) для взрыва паро-газовоздушной смеси в условиях частичного
ограничения пространства требуется наличие критической массы поряд-
ка нескольких тонн углеводородов, тогда как для взрыва в неограничен-
ном пространстве - порядка нескольких сотен тонн углеводородов;
2) масштабы возможных разрушений при взрывах парогазовых сред
в помещениях в 3-5 раз превышает тяжесть последствий на открытых ус-
тановках.
Пример расчета оценки возможной мощности взрыва ограничен-
ного облака паров пропана приведен в разделе 4.
Существуют два отчетливо выраженных предельных случая для
взрывов горючих газов, паров и пылей в замкнутых объемах.
1. Если отношение длины к диаметру данного объема l:D я 1 и если
пространство не слишком загромождено оборудованием, перегородками
и т. п., то после загорания газов и паров происходит просто взрыв. Ско-
рость повышения давления в этом случае не велика и в первую очередь
будут разрушаться наименее прочные детали (окна, двери и др.). В случае
же однородной по прочности конструкции здания подъем крыши и раз-
рушение всех стен произойдут одновременно. В остальных помещениях,
подобных трюму корабля или котлу, оболочка будет стремиться принять
сферическую форму до тех пор, пока разрыв не даст выход продуктам сго-
рания.
В рассматриваемом случае взрывная волна является слабой. Наблю-
даемое тем не менее разрушение зданий, кораблей, котлов объясняется
тем, что они не являются очень прочными сооружениями и разрушаются
при низком избыточном давлении (от 7 до 70 кПа). Подобные взрывы
могут рассматриваться как возникшие от источников с низкой плотно-
стью энерговыделения._______
* Максимальное избыточное давление ударной волны взрыва заданной
смеси создается при взрыве смеси, более обогащенной горючим, чем смесь
стехиометрического состава.
327
2. Если имеется большое отношение I / D в ограниченном объеме
или в нем содержится ряд препятствий (например, крупное оборудование,
внутренние перегородки), то возникающие взрывы отвечают другому пре-
дельному случаю. При загорании расширяющиеся продукты сгорания вы-
зывают движение газа перед фронтом пламени и тем самым генерируют
турбулентность и крупномасштабные вихри в местах контакта потока
с препятствиями. Это в свою очередь способствует быстрому увеличению
эффективной поверхности пламени, росту давления и усилению взаимо-
действия пламени с образующимися вихрями. Этот процесс может при-
вести к детонации газовой фазы в некоторых частях объема. В областях
детонации внутреннее давление может достигнуть ~ 1,5 МПа за проме-
жуток времени менее 1 мс [117] и вызвать сильные локальные разруше-
ния. Максимальное избыточное давление в пределах детонирующего об-
лака смеси окись этилена - воздух достигает примерно 2 МПа.
Следует отметить, что максимальные разрушения наблюдаются не
в точке загорания, а на наиболее удаленном от нее участке ограничиваю-
щего объема. В рассматриваемом предельном случае образующиеся взры-
вы создают сильные взрывные волны, сообщают высокую скорость ос-
колкам и вызывают более серьезные повреждения окружающих объектов,
чем простые взрывы за счет избыточного давления. Большинство взры-
вов, например, на танкерах происходят в емкостях с соотношением l:D&\
и соответствуют по своему характеру первому предельному случаю. Од-
нако некоторые взрывы на танкерах приводили к сильным локальным
разрушениям, типичным для большего соотношения Z /D. Описание од-
ного из таких случаев приведено в разделе 4.
Взрывы сразрушениямилокальногохарактера, типичными для взры-
вов в сосудах с большим соотношением 1/D, наблюдаются, например, в
магистралях со сжатым воздухом. Они возникают в результате загорания
на стенках магистралей масляных или нагаромасляных отложений. По-
добные взрывы описаны в работах, на которые имеется ссылка в [117].
Жилые здания также взрываются довольно часто, причем послед-
ствия взрыва указывают на то, что происходит распространение пламени
со значительным ускорением. Горение, переходящее во взрыв, наблюда-
ется при выделении и зажигании метана в шахтах. Относительно слабый
взрыв метана может вызвать турбулентность воздушных потоков, доста-
точную для того, чтобы образовать облако угольной пыли в штольне.
Воспламенение угольной пыли в свою очередь генерирует ударную вол-
ну, поднимающую еще большее количество угольной пыли, что в конце
концов приводит к разрушительному взрыву на больших расстояниях.
Взрывы пыли происходят в котельных, химической промышленности,
фармацевтической индустрии, на мукомольных предприятиях, элеваторах.
328
Взрывы паровых котлов (физический взрыв) в результате нараста-
ния избыточного давления могут характеризоваться двумя случаями:
а) отсутствием разрушения. В этом случае котел может раздувать-
ся, округляться и деформироваться;
б) наличием разрушения. В этом случае наблюдается небольшое в
сравнении со взрывами парогазовых смесей повреждение окружающего
оборудования.
При нагревании емкости под давлением (например, паровой котел)
открытым пламенем поддержание температуры стенок емкости вблизи
температуры кипения жидкости достигается за счет ее охлаждающего эф-
фекта в результате высокого коэффициента теплопередачи, который имеет
кипящая жидкость. Нарушение соответствующего равновесия при аварии
может привести к возрастанию температуры стенки до 700-800 °C. При
такой температуре сталь разупрочняется и возможно ее резкое разруше-
ние по хрупкому механизму (в отличие от пластичного разрушения), про-
являющееся в “лепестковом” разрыве емкости. Подобным образом мо-
гут протекать физические взрывы емкостей под давлением, содержащих
газы, пары или перегретые жидкости и подвергающихся внешнему обо-
греву.
Общий сценарий поведения резервуара с жидкостью (может быть
сжиженный газ) при нагреве приведен в табл. 13.3 [153]
Таблица 13.3
Последовательность событий при негреве жидкости,
хранящейся в резервуаре без предохранительного клапана
Стадии Описание Режим давления
1 В резервуар загружена жидкость
2 Объем содержимого увеличивается по мере нагрева, но остается меньше внутреннего объема резервуара. Давление паров жидкости рас- тет с температурой.
3 Объем нагретой жидкости в точности равен внутреннему объему резер- вуара Взрыв может произойти только вследствие давления паров, но не самой жидкости
4 Дальнейшее расширение жидкости происходит за счет растяжения сте- нок резервуара в пределах упругости. Существенна сжимаемость жидкости. К давлению паров добавляется гидравлическое давление
5 Дальнейшее расширение жидкости происходит за счет растяжения сте- нок резервуара за пределами упруго- сти.
6 Появляется трещина, которая быстро развивается. Быстрое падение давления (на этой стадии давление жидкости превышает давление ее паров)
329
Окончание табл. 13.3
Стадии Описание Режим давления
7 Упругая энергия жидкости и стенок резервуара рассеивается. Это может сопровождаться разлетом осколков.
8 Внутренняя энергия жидкости рас- сеивается. В случае сжиженного газа величина высвобождаемой энергии соответствует энергии, необходимой для его сжижения. Рассеяние энергии происходит в форме выброса. Падение давления до атмосферного
9 Если произошел залповый выброс, резервуар и его части могут переме- щаться под действием реактивных сил.
10 Образуется перенасыщенное паро- вое облако Атмосферное давление
Примечания:
1. Для нелетучих жидкостей последовательность событий останавливается
на стадии 7.
2. Горючие жидкости и газы при выбросе могут в зависимости от свойств
и условий возгораться или самовозгораться.
Необходимо учитывать, что система (в ее состав входят емкости под
давлением, трубопроводы, вентили и оборудование для перекачки и др.) более
склонна к неполадкам, чем только емкость под давлением, хотя размер течи из
аварийной системы может быть много меньше, чем из аварийной емкости.
Например, отказ трубопровода в системе может обусловить эскалацию аварии
по цепному механизму ее развития (эффект “Домино"). Так, в аварии 04.12.1966 г.
в Фейзене (Франция) простая точечная течь привела к пожару, который в свою
очередь вызвал разрыв большого числа емкостей и хранилищ под давлением.
В случаях возможности протекания в емкостях неконтролируемых
химических реакций велика вероятность разрыва емкостей под влиянием
химического взрыва. Такая ситуация может возникнуть при повышении
по разным причинам температуры и давления в емкости. Возрастание тем-
пературы приводит к увеличению скорости реакции и выделению повы-
шенного количества тепла. Если при этом не усиливается охлаждение, то
увеличение скорости реакции способствует дальнейшему возрастанию тем-
пературы и ее выходу из-под контроля. Ситуация, как указывалось выше,
не является саморегулируемой, поскольку зависимость скорости реакции
от температуры выражается в виде экспоненциальной функции и, в силу
этого, тепловой поток также возрастает экспоненциально, а скорость
330
охлаждения является линейной функцией от разности температур. Харак-
терным примером такого взрыва является реакция получения нитрогли-
церина, когда небольшое превышение (против режима)-температуры на-
гревания приводит к ее спонтанному росту. К типу неконтролируемых хи-
мических реакций можно также отнести выгорание паров бензина, выде-
ляющихся, например, из железнодорожной бензоцистерны. По мере про-
хождения этого процесса в цистерну обязательно будет входить воздух,
снижающий концентрацию паров до предела их воспламенения. В этом
случае должен произойти переброс пламени внутрь цистерны, сопровож-
дающийся взрывом. При полной цистерне, отсутствии условий для ее до-
полнительного обогрева снаружи, горении паров бензина на воздухе толь-
ко у верхнего люка этот переброс пламени может произойти через дли-
тельное время, т. к. требуется выгорание почти всего бензина (потребность
бензина для образования взрывчатой смеси в 50 тн цистерне составляет
около двух десятков килограмм). В условиях, благоприятствовавших ак-
тивизации горения и создавшихся на ст. Овечка Северо-Кавказской ж. д._
где горело несколько цистерн, наблюдался взрыв одной из цистерн с бен-
зином, отбросивший ее на 400 м от железнодорожного полотна (рис. 11.3).
Рис. 11.3. Вид бензоцистерны после взрыве на
станции Овечкв Северо-Кавказской ж.д.
331
При аварийном взрыве крупной железнодорожной цистерны со
сжиженным углеводородным газом радиус зоны поражения достигал око-
ло 1200 м [235]. Образование при аварии отверстия в цистерне диаметром
8 см (толщина ее стенки 16 мм) способствовало выходу горевшего пропа-
на из нее до взрыва в течение 10 ч.
Существует множество примеров взрывов по типу самопроизволь-
ных процессов в резервуарах хранения, имевших серьезные последствия.
Из-за недостаточной, например, очистки хранимых веществ в резервуа-
рах происходит накопление горючих паров, которые воспламеняются в
результате сварочных работ, проводимых снаружи резервуара. Взрыв па-
ров горючего, накопившихся в пустых грузовых объемах (например, тан-
керах), может явиться также результатом возгорания паров, иницииро-
ванного действием электростатических зарядов, образовавшихся при воз-
действии водяной струи в процессе уборки судна.
При взрывах происходят разрушения различных сооружений и кон-
струкций, находящихся на определенных расстояниях от его источника.
Вычисляя эти расстояния, можно определить эпицентр взрыва.
Для соответствующего расчета и анализа тяжести последствий
взрыва облака паров горючего необходимо иметь зависимость между дав-
лением во взрывной волне и степенью повреждения технологического обо-
рудования и элементов зданий, а также надежную модель, которая связы-
вала бы давление во взрывной волне с определенным количеством горю-
чего, создавшего облако взрывоопасной паровоздушной смеси. Одним из
важных методов получения требуемой для этого информации является
анализ последствий реальных взрывов на промышленных предприятиях.
Пример такого анализа последствий взрыва приведен в [236].
На основе обобщения данных о результатах бомбардировок во вре-
мя второй мировой войны, проводившегося в Англии [117], построены
диаграммы Ps - is (избыточное давление - удельный импульс), содержа-
щие сведения о повреждениях типовых зданий и промышленных соору-
жений, вызываемых взрывной волной (см. рис. 12.3). Полученные данные
аппроксимированы уравнением:
г.^
Г, /иол / \21/б , (22.3)
11 + (3180/тв) ’ ' 7
г - расстояние от центра источника взрыва до места разрушения, м;
- масса взрывающегося вещества, кг;
а, - коэффициент, зависящий от степени разрушения зданий;
а, = 3,8 - полное разрушение зданий;
332
at = 5,6 -50% зданий полностью разрушены;
at = 9,6 - здания непригодны для обитания;
а =28 - умеренные разрушения, повреждения внутренних
Рис. 12.3. Диаграмма давление - импульс для зданий
с кривыми равновероятного поражения:
1 - граница области минимальных повреждений: разрыв соединений и
расчленение конструкций; 2 - граница области значительных повреждений:
повреждение некоторых конструктивных элементов, несущих нагрузку;
3 - граница области частичного разрушения: 50 .. . 75 % стен
разрушено или находится на грани разрушения.
Преимущество уравнения (22.3) в том, что не требуется учитывать
при расчетах тротиловый эквивалент.
Уравнение (22.3) использовано для построения на диаграмме Р - i
(рис. 12.3) линий равной степени повреждения. Избыточное давление и
удельный импульс падающей ударной волны в атмосферных условиях на
уровне моря рассчитывали по известным значениям г и mt с использова-
нием зависимостей r=f (Ps, ij, приведенных в [117].
333
Эмпирическая Р-^диаграмма (рис. 12.3) применяется и для оцен-
ки степени повреждения некирпичных зданий, небольших административ-
ных построек и легких промышленных сооружений каркасной конструк-
ции в предположении, что все эти строения обладают такими же прочно-
стными характеристиками, как и кирпичные здания.
Диаграмма поражения, построенная в координатах Р- is .характе-
ризует только приемник нагрузки и не требует конкретизации типа ис-
точника взрыва и особенностей распространения ударной волны. Исполь-
зование указанных зависимостей - формулы (22.3) и диаграммы пораже-
ний (рис. 12.3) для расчета данных при взрыве паров пропана вследствие
разгерметизации технологической установки позволило получить резуль-
таты, приведенные в табл. 14.3 (234].
Таблица 14.3
Расстояния (наблюдаемые и рассчитанные) от технологической
установки до зданий, подвергшихся различной степени разрушения
при взрыве парогазового облака пропана
№ Степень разрушения промышленных и жилых зданий Избыточ- ное давление ударной волны, Р, кПа Кон- стан- та ав Расстояние от технологической установки до разрушенного объекта, м
наблю- давшее- ся. гк расчетное
г' Г
1 Полное разруше- ние 100 3,8 125 152 181 50
2 Сильное повреж- дение - 50% полно- го разрушения 53 5,6 225 224 266 73
3 Средние повреж- дения - разруше- ния зданий без их обвала 28 9,6 450 386 461 123
4 Умеренные разру- шения - поврежде- ния внутренних перегородок, рам, дверей 12 28,0 800-1200 1120 1344 370
5 Малые поврежде- ния - разбито не более 10% остек- ленения 3 56 2000- 2300 2280 2688 728
Примечание: г', г", г рассчитаны при доле участия пропана во взрыве
соответственно /= 0,3; 0,5 и 0,1 (для открытой установки).
334
Из таблицы видно, что гп имеет достаточно близкую сходимость с
f и г", найденными по формуле (22.3). Определяя характер разрушения
зданий и сооружений (прогибы и относительные деформации, возникаю-
щие в элементах конструкций) под действием взрывной волны, можно,
используя методы, приведенные в [117], получить уточненные характери-
стики.
Величину избыточного давления ударной волны (Р ) в функции
приведенного расстояния (от г = 1 до г = 20-50) предлагается оценивать и
по формуле Садовского [71], согласно которой избыточное давление Р.
ударной волны, распространяющейся в свободном воздухе, равняется:
Ps = 0,84/7+ 2,7/72 + 7,0/г3. (23.3)
При разрушениях, определяемых величиной избыточного давления
Р ( на некотором расстоянии г от заряда) или скоростью движения сре-
ды, приведенное расстояние г можно вычислить по формуле:
г = г/щ,‘'3. (24.3)
Вместо массы заряда mt можно ввести его энергию. Для этого под-
ставляют в качестве массы заряда величину тротилового эквивалента
("’тНТ^рас
Определение параметров взрывных волн, образовавшихся на объек-
тах при авариях, осуществляют, используя закон подобия, на основе ко-
торого получена формула (24.3). Из этого закона следует, что на равных
приведенных расстояниях г избыточные давления. Р будут равными, дли-
тельность волны Т (продолжительность спада давления Pt до давления
окружающей среды ) и импульс /Л (общее давление в течении периода Т)
будут пропорциональны щ,1'3. Примеры расчета на этой основе парамет-
ров взрыва зарядов ТНТ и облака пропана с использованием тротилово-
го эквивалента приведены в разделе 4.
Поскольку параметры взрыва ТНТ используются в качестве осно-
вы для сравнения взрывных волн других веществ, на рис. 13.3, 14.3 приве-
дены стандартные кривые для параметров взрывов ТНТ в атмосфере на
уровне моря [117].
Главным энергетическим управлением Франции предложена мето-
дика [230] по определению механического воздействия на здания и соору-
жения при взрыве газовых облаков в открытом пространстве. В ней при-
водятся полученные на основании экспериментальных данных графики
для расчета падения давления с ростом расстояния от центра взрыва в ре-
жиме дефлаграционного горения с различной скоростью.
335
Т./т1'1 или т /т1'1 с/кг1'1
10'1
ю-2
10 s
КУ
1(У
1(У
КУ
i /т"1, Па с/кг‘п
— , 1/3 / 1/3
г - r/m , м/кг
Рис. 13.3. Параметры взрыва в падающей (проходящей,
невозмущенной каким либо препятствием) взрывной волне ТНТ:
г - приведенное расстояние; г - расстояние от центра источника взрыва
до места разрушения; т - масса заряда; Г - продолжительность
положительной фазы взрывной волны; г - время до прихода ударной
волны; Ps - максимальное избыточное давление в проходящей
взрывной волне; is - удельный положительный импульс в проходящей
взрывной волне
336
Рис. 14.3. Параметры взрыва в нормально отраженной
взрывной волна ТНТ:
Рг - максимальное избыточное давление в отраженной взрывной волне;
ir - удельный импульс в отраженной взрывной волне
ijm"’, Па с/кг'
337
Предлагаемый метод оценки падения давления отличается от ме-
тода “тротилового эквивалента’’, который рекомендуется применять лишь
на значительных расстояниях от центра взрыва. Это обусловливается тем,
что на значительном расстоянии от эпицентра эффекты воздействия взры-
ва эквивалентных количеств конденсированного ВВ и парового облака
довольно схожи. Здесь проявляется близость их импульсов взрыва, осно-
ванная на значительно большей продолжительности воздействия избы-
точного давления взрыва парового облака при меньшей его величине по
сравнению со взрывом конденсированного ВВ.
В связи с этим отмечается неправильность вычисления значений
избыточного давления с использованием формулы (24.3) в случае разру-
шений зданий, находившихся на границе сформировавшегося парогазо-
вого облака [153]. Наиболее реальной оценкой в этом случае является
принятие значения избыточного давления свыше 70 кПа при разрушении
более 75% внутренней кирпичной кладки зданий. Повреждения при взры-
ве, обусловленные избыточным давлением ударной волны, характеризу-
ются данными, приведенными в табл. 15.3 [94].
Таблица 15.3
Повреждения при взрыве
Ns Давление, Р„ кПа Степень повреждения
1 0,1 Раздражающий звук (137 децибел) с низкой частотой (10-15 отсчетов в секунду)
2 0,2 Случающаяся иногда поломка больших стекол в окнах в результате деформации
3 0,3 0,5 Громкий звук (143 децибела); повреждение стекол; 5%-ное разрушение остекления [153]
4 1,1 Типичное давление, вызывающее повреждение стекол
5 2,1 “Безопасная дистанция" (более низкое давление не создает серьезных повреждений). Некоторое повреждение обшивки домов; поломка до 10% оконных стекол
6 2,8 Незначительные повреждения конструкций
7 4,0 90%-ное разрушение остекления [153], иногда поврежде- ние оконных рам. Имеется указание [182), что плохо застек- ленные окна разрушаются при давлении 7,1 кПа, тогда как хорошо застекленные окна не разрушаются даже при дости- жении давления в 14 кПа.
8 5,0 Незначительные повреждения конструкции домов
9 7,2 Частичное разрушение домов до состояния, при котором обитание в них делается невозможным
10 8,5 Разрушение гофрированного асбеста. Гофрированные стальные или алюминиевые панели ослабевают в креплении и подвергаются изгибу. Деревянные панели (используемые в домостроении) не только ослабевают в креплении, но и раз- летаются
338
Окончание табл. 15.3
№ Давление, Р„ кПа Степень повреждения
11 9.2 Стельные конструкции зданий слегка искривляются
12 14,2 Частичное разрушение стен и кровли домов
13 14,2-21,4 Разрушаются не укрепленные стены из бетона и шлаковых блоков
14 16,4 Нижний предел серьезных повреждений конструкций
15 17,8 50%-ное разрушение кирпичной кладки зданий
16 21,4 Тяжелые машины (весом 1,35т) в промышленных зданиях подвергаются небольшим повреждениям. Стальные конст- рукции зданий изгибаются и выдергиваются из основания
17 21,4-28,5 Разрушение безкаркасных сооружений, склепанных из сталь- ных панелей. Разрушение танков - масляных хранилищ
18 28,5 Отрыв покрытий легких промышленных зданий
19 35,6 Растрескивание деревянных столбов (телеграфных и др.). Слегка повреждаются высокие гидравлические прессы (весом 1,8т)
20 35,6-49,9 Почти полное разрушение домов
21 49,9 Перевертывание тяжело груженых железнодорожных вагонов
22 49,9-57,0 Кирпичные стены толщиной 200-300 мм, не укрепленные, теряют прочность в результате сдвига или изгиба
23 64,1 Тяжелые грузовые железнодорожные вагоны полностью разрушаются
24 70,0 Разрушение более 75% внутренней кирпичной кладки зданий [153]
25 71,2 Возможно общее разрушение зданий. Тяжелые (более 3 т) машины и ствнки передвигаются и очень сильно поврежда- ются. Очень тяжелые (более 5 т) машины и станки сохраня- ются
26 2137,0 Разрушения с образованием кратера
Согласно данным [71], ударная волна с Р-19 кПа вызывает значи-
тельные разрушения большинства городских построек, а с Р порядка
98 кПа - приводит к полному разрушению всех зданий, кроме специаль-
ных сейсмостойких железобетонных конструкций. Этого же порядка дав-
ление вызывает смертельные поражения живых организмов.
На степень разрушений влияют особенности конструкций соору-
жений и рельефа местности.
Большие повреждения наблюдаются в наиболее прочных и герме-
тичных зданиях, где утечка газов более ограничена. Лабораторные опы-
ты [182] показали, что давление взрыва, достигающее 2130 кПа в 10 дюй-
мовой трубе с открытым концом, не вызывает ее разрушения. Отмечает-
ся, что по этому самому принципу длинные узкие здания, несмотря на на-
личие существенного давления с закрытой стороны, не имеют поломки
339
стекол в окнах с его открытой стороны. Взрыв вызывает наибольшие по-
вреждения там, где концентрируется большая часть горючих паров. При
парах тяжелее воздуха наибольшие повреждения наблюдаются в нижней
части здания и наоборот.
При отражении ударной волны, взаимодействии ее с преградами,
препятствиями или другой ударной волной величина Р, как указывалось
выше, может существенно увеличиваться. В этом случае учитывают дав-
ление не падающей ударной волны, а отраженной. Методы расчета отра-
женной ударной волны приведены в [117].
Во многих зданиях именно окна являются теми элементами, кото-
рые разрушаются при наименьших взрывных нагрузках. Для оценки ве-
личины избыточного давления, вызвавшего разрушение оконных стекол
при взрывах газа внутри помещений, предложены диаграммы (рис. 15.3)
[117]. Чтобы применять диаграммы, приведенные на данном рисунке, нуж-
но руководствоваться схемой последовательных действий, которая обо-
значена цифрами на пояснительных вставках в правых частях рисунков.
Если известна площадь поверхности оконного стекла, то нужно отточки 1
нижней дна1раммы провести прямую параллельно оси абсцисс до пересе-
чения в точке 2 с одной из наклонных линий, которая определяется отно-
шением максимального размера к минимальному размеру стекла с лице-
вой стороны, затем перейти к точке 3 и определить “показатель стекла"
(отношение площади поверхности стекла к периметру). Следующая точ-
ка 4 соответствует пересечению с одной из линий, определяемых мини-
мальной толщиной стекла, от этой точки нужно вновь провести линию
параллельно оси абсцисс к точке 5, которая определяет искомое давле-
ние.
В больших зданиях при взрыве окна могут быть найдены разру-
шенными внутри здания, причем их разрушение происходит в направле-
нии к месту, где произошел взрыв. То же наблюдается с дверями, разру-
шающимися или выдуваемыми по направлению к месту взрыва. Повреж-
дения являются результатом образующегося в этом месте вакуума.
Наблюдался такой случай [182]. Взрыв в рефрижераторе вызвал
открытие двери его помещения. Однако сильное движение воздуха, про-
тивоположное направлению взрыва, привело к ее закрытию, в результате
чего образовавшиеся обломки остались в рефрижераторной.
Наиболее чувствительны к поражающему действию взрывной вол-
ны органы дыхания и слуха человека. Вычисляя процент выживания сре-
ди жертв поражения органов дыхания в исследуемом районе и используя
графики рис. 16.3 и 17.3[117], представляется возможность определить со-
ответствующие им минимальные значения Psh Применяемая в расчет-
ной формуле i (см. рис. 16.3) величина т характеризует массу в кг наи-
340
Линия, соответствующая
определенной площади
Давление, разрушающее
стекло (минимальное
значение внутреннего
поверхности стекла д
давления)
Отношение макси- d
мального размера к §
минимальному раз- к
Линия, соответствующая
определенной толщине
стекла
меру стекла с лице-
вой стороны
более легкого по весу человека из жертв поражения. Полученные данные
позволяют уточнить расстояние до источника взрыва и массу заряда.
7, Па‘а с/кг"3
Рис. 16.3. Кривые выживания при поражении органов
_ дыхания человека:
Ps=Ps/Pa - безразмерное давление;
ь = 4/ Ра т ' пРивеАемный импульс (т - масса человека)
Рис. 17.3. Изменение атмосферного давления
в зависимости от высоты над уровнем моря
342
Выявлена прямая зависимость между процентом повреждения ба-
рабанных перепонок уха человека и максимальным избыточным давле-
нием. Соответствующая зависимость приведена на рис. 18.3.
Рис. 18.3. Зависимость вероятности (%) разрыва барабанных
перепонок от избыточного давления я яолне Ps
Оценка максимального приведенного расстояния для случая смер-
ти, возникающей только от взрыва, изменяется в зависимости от физи-
ческого положения человека и его расположения относительно отражаю-
щей поверхности. Для данного избыточного давления намного более ве-
роятно, что смерть произойдет, если человек находится близко к стене,
перпендикулярной направлению распространения ударной волны, чем
если бы он находился на открытом месте. Наименьший риск смерти бу-
дет у тех, кто лежит на земле перпендикулярно направлению распростра-
нения ударной волны. Уровни поражения человека от избыточного дав-
ления показаны в табл. 16.3.
Уровни поражения человека
Таблица 16.3
Уровень пораже- ния Безуслов- ное смер- тельное поражение Леталь- ный ис- ход, 50% случаев Порог смертель- ного по- ражения Тяжелая степень поражения легких Разрыв бара- банных перепо- нок
Избыточ- ное дав- ление, бар 5-8 3,5-5 2-3 1,33-2 2-2,3 возраст до 20 лет; 1-1,3 возраст свыше 20 лет
343
В застроенной местности смерть может последовать: в результате
усиления избыточного давления при отражении от стен и резервуаров; от
разрушения зданий, приводящего к удушью, раздавливанию или ожогу,
если здание охвачено огнем; от вторичных осколков (кирпичи, кровельная
черепица, стекла). Сама жертва может стать “осколком” и быть отброше-
на на сооружения.
Взрывы газо-паро-пылевоздушных смесей и конденсированных ВВ
могут быть разграничены по их последствиям, что облегчает обоснова-
ние версии о характере взрыва. Специфическими признаками взрыва газо-
паро-пылевоздушных смесей являются [16]:
а) своеобразное действие ударной волны, приводящее к падению
стен наружу, приподнятию потолков (промежуточные перекрытия при
этом расширяются под воздействием проникшего газа таким образом, что
нижняя сторона выбивается вниз, а верхняя - кверху), скручиванию ме-
таллических балок; оконные рамы при взрыве газа вырываются, иногда с
целыми стеклами, из своих креплений.
Ударная волна взрыва парового облака из-за гораздо большей его
длительности (или величины импульса) может оказать большее неконцен-
трированное разрушительное действие по сравнению с взрывом обычно-
го ВВ, характеризующегося так же величиной избыточного давления;
б) беспорядочных характер разрушений, проявляющийся в толка-
ющем и расталкивающем действии (перемещение предметов на различ-
ные расстояния и в разных направлениях, передвижка стен помещения в
зависимости от характера их крепления). Стеклянные колбы ламп, в час-
тности неоновые трубки, остаются целыми, т. к. сдвигающая сила взры-
ва газа по сравнению, например, с дробящим действием взрыва ВВ недо-
статочна для их разрушения;
в) отсутствие воронки в земле. Если иногда при взрыве парового
облака воронка и образуется, то это обусловлено условиями истечения
сжиженного газа, вызывающего размыв почвы в непосредственной бли-
зости от места утечки;
г) сопровождение взрыва пламенем, которое охватывает сразу все
помещение и воспламеняет легковозгорающиеся материалы или, по край-
ней мере, опаляет их; инициирование пожара; покрытие частей здания
копотью; превалирующее термическое воздействие приводит к характер-
ному для волос потерпевших вздутию, напоминающему как бы нить жем-
чуга, и обширному отслоению участков кожи. Этот эффект предположи-
тельно объясняется диффузией смеси газов под наружные участки кожи и
ее последующим отслоением.
344
Признаки, характерные для конденсированного взрыва:
а) взрыв ВВ проявляется дробящим локально ограниченным дей-
ствием на близлежащие предметы, разрушением окон; сопровождается
метанием с высокой скоростью отдельных фрагментов и образовавшихся
осколков, обвалом жилых частей зданий. Наряду с выдавливанием стен
может наблюдаться их фрагментация. При таком взрыве перекрытия в
помещениях выбиваются вверх. Давление газов от эпицентра взрыва рас-
пространяется радиально во всех направлениях, в связи с этим незакреп-
ленные объекты опрокидываются по центробежным направлениям. В не-
которых случаях происходит последующее всасывание воздуха в образо-
вавшийся вакуум, что вызывает, например, разрушение уцелевших сте-
кол в направлении, обратном первоначальному направлению ударной
волны;
б) образование воронки в земле;
в) при взрыве, как правило, отсутствует пламя, а если оно возника-
ет, то в ограниченном секторе и не надолго;
г) взрывное действие преобладает над термическим. На поверхнос-
ти, например, тела трупа наблюдаются следы внедрения частиц, а обшир-
ные термические повреждения отсутствуют.
Пожар при взрыве может явиться, главным образом, результатом
воздействия источника загорания, возникшего как следствие взрыва. На-
пример, при разрушениях фрагментов электрического оборудования и
газовой трубы с образованием искры и горючих газов.
3.3.2. Осколочное действие взрыва
При взрывном разрушении (фрагментации) стенок оболочек кон-
тейнеров, сосудов, содержащих взрывчатые вещества, образуются первич-
ные осколки. Если источником взрыва является заряд мощного конден-
сированного взрывчатого вещества, то при разрушении контейнера илн
оболочки образуется множество мелких осколков, разлетающихся со ско-
ростями порядка до нескольких километров в секунду [117]. По имеющим-
ся данным, при взрыве бомб в полевых условиях типичная масса оскол-
ков составляет порядка 1 г и меньше. Образующиеся осколки являются
плохообтекаемыми телами. При взрывном разрушении контейнеров или
сосудов с газом или паром высокого давления может образоваться всего
1-2 первичных осколка. Возможно также большое количество промежу-
точных случаев, возникающих при разрушении емкостей за счет само-
ускоряющихся экзотермических реакций недетонационного типа или при
разрушении хрупких сосудов высокого давления. Осколки этого типа ус-
коряются при взрыве лишь до скорости порядка сотен метров в секунду.
345
Кроме того, масса таких осколков достигает величины порядка 1 кг , а
форма может быть удлиненной или плоской (дисковидной) и плохообте-
каемой.
Взрыв конденсированного вещества более опасен с точки зрения
образования осколков (фрагментации), чем взрыв парового облака, из-за
гораздо большей величины начального давления.
Доля кинетической энергии фрагментов в общей энергии, высво-
бождающейся прн полном разрушении сосуда под давлением, соответству-
ет 0,6. В реальных авариях отмечены радиусы разлета фрагментов массой
1-4 т до 200-500 м и более. Известны случаи, когда турбина массой 1 т
была отброшена на расстояние 1500 м, а 60- тонный сосуд под давлением
- на расстояние 400 м [153].
Контейнеры или оболочки, ограничивающие объем, где происхо-
дит взрыв, не являются единственными источниками образования оскол-
ков. Образующаяся при взрыве волна может оказывать разрушительное
действие на расположенные поблизости от источника взрыва объекты и
предметы - срывать их с места с такой скоростью, которая способна про-
извести последующие разрушения. Такими объектами и предметами мо-
гут быть мелкие незакрепленные инструменты, а также трубы, бревна,
части зданий и других сооружений, разрушенных взрывной волной, боль-
шие куски разрушенного оборудования и т. п. Такие потенциально опас-
ные объекты называют вторичными осколками.
Удар осколка по элементам объекта (мишеням) различного типа
может приводить их к разрушению как от простого соударения, так и
вследствие проникания осколка в мишень или при отражении осколка от
мишени. При ударе осколка по мишени от ее материала могут откалы-
ваться куски. В случае хрупких материалов типа гипса и бетона такой от-
кол может наблюдаться при низких скоростях удара - менее 100 м/с.
Важным для расследования случая взрыва является знание дально-
сти и времени полета осколков. Методика расчета соответствующих по-
казателей приведена в [117]. Для этих расчетов необходимо знание скоро-
сти осколка, которая может определяться на основе приводимых там же
зависимостей. В них учитываются величины остаточного углубления на
поверхности мишени в точке удара осколка и толщина мишени (при про-
битии ее осколком). Эти величины в свою очередь могут быть выявлены,
наряду с физическими параметрами осколков (плотность осколка, разме-
ры и его радиус для сферической формы), при осмотре места происше-
’’ Осколки могут быть и меньшей величины и очень большие,
представляющие собой большие куски частично развалившегося контейнера.
346
ствия. Пример расчета скорости полета осколка в момент столкновения с
мишенью приведен в разделе 4.
При ударе осколка по кровле здания может произойти разрушение
ее материала. В табл. 17.3 приведены нижние значения импульсов оскол-
ков, при которых повреждение кровельных материалов будет значитель-
ным.
Таблица 17.3
Действие осколков на кровельные материалы
№ Тип кровельного покрытия mV"} КГ, М/С Примечание”1
1 Асфальтовое покры- тие кровли 0,710 6,120 Растрескивание кровли Разрушение подложки
2 Составные мягкие кровли (перемежаю- щиеся гидроизоля- ционные слои биту- ма и покрытий типа рубероида с защит- ной насыпкой) <0,710 2,000 > 4,430 Растрескивание битумного слоя Растрескивание поверхностного слоя кровли (верхнего слоя рубероида без защитной насыпки) При наличии слоя шлака с поверхност- ной плотностью 14 кг/м2 разрушения кровли не происходило вплоть до им- пульса 4,430 кг-м/с, т. е. до максималь- ного импульса, использованного в опы- тах
3 Панельные кровли: асбоцементные пли- ты толщиной 3 мм; асбоцементные пли- ты толщиной 6 мм; зеленый шифер тол- щиной 6 мм; серый шифер тол- щиной 6 мм; кедровая дранка толщиной 13 мм; красная черепица толщиной 19 мм; кровельное железо 0,710 1,270 1,270 0,710 0,710 1,270 4,430 Растрескивание фанерного настила
"• mV - минимальный нмпульс осколка, приводящий к заметному
разрушению, где т- масса осколка, кг; V-скорость осколка, м/с.
** Вследствие старения покрытия могут разрушаться при более низких
значениях импульса, чем указано в таблице. Приведенные данные опытов
соответствуют комнатной температуре. При более низкой температуре
пороговый импульс возрастает.
347
Для грубой экспресс-оценки проникающего действия осколков мож-
но исходить из того, что стальной лист толщиной 1 см эквивалентен по
прочности (стойкости против действия осколков) железобетонной плите
толщиной 9 см.
Исследования поражающего действия осколков на человека пока-
зали, что пороговая скорость, например, пули может быть выражена сле-
дующей зависимостью [117]:
Ш50 = 1247, if -] +22,03 (25.3)
где ®50 - пороговая скорость пули, при которой в 50% случаев кож-
ный покров пробивается насквозь, м/с;
А - миделево сечение*’ пули, м2;
т - масса пули, кг.
Эксперименты показали, что пороговая скорость <и50 для пули на-
блюдается при А/т < 0,09 м2/кг и т < 0,015 кг.
Для осколков стекла, летящих кромкой вперед (наиболее опасный
случай) и имеющих форму квадратов (сторона а) толщиной (<5) от 3,175
до 6,35 мм при плотности (р), равной 2471 кг/м5, получены данные поро-
говых скоростей (<и50), приведенные в табл. 18.3.
Таблица 18.3
Параметры осколков стекла при их поражающем действии на
человека
№ т, г ®50, м/с А/т, м2/кг
S =3,175 мм 5=6,35 мм
1 0,1 125 0,1136 0,1603
2 0,5 84 0,0507 0,0717
3 1,0 75 0,0358 0,0507
4 10,0 55 0,0113 0,0160
Примечание: При объеме осколка стекла V=a23 его масса т = а2 8р. Вы-
ражая а через легко получаемые при расследовании величины, имеем
а = (т! рЗ)"1, миделево сечение А - аб - (т / рб/п
х - т°
° - , отсюда
V Р /
Л
т
1/2
*’ Площадь сечения осколка в направлении его движения.
348
Как видно из данных таблицы 18.3, с увеличением массы осколка
уменьшаются пороговая скорость <г>50, при которой в 50% случаев про-
исходит поражение человека, а также показатель А/т .
3.3.3. Тепловое действие взрыва
Поражающее действие теплового излучения является наиболее ча-
стым спутником случайных взрывов. Взрывы ракетных топлив или хими-
ческих продуктов, разрывы сосудов с последующим взрывом облака па-
ров в ограниченном или открытом объеме, горение жидкостей в откры-
тых резервуарах, детонация бризантных ВВ и ядерные взрывы - все эти
явления могут привести к образованию огненного шара.
В случае взрыва газовых емкостей с последующим горением выхо-
дящих продуктов в атмосфере образующийся огненный шар увеличивает
разрушающее действие на окружающее оборудование за счет развития
пожара. Последствия действия такого огненного шара, однако, не столь
серьезны, как в случае взрывов емкостей с перегретой горючей жидкостью,
что обусловливается большим содержанием жидкого продукта в емкости
одинакового объема. Наличие общей массы жидкости в момент взрыва и
характер ее распределения вне емкости определяют продолжительность
горения и размер образовавшегося огненного шара. Наиболее опасные
взрывы описываемого типа произошли на железнодорожном транспор-
те. Аварии происходили с железнодорожными цистернами, в которых пе-
ревозились горючие сжиженные газы: нефтяной газ, пропан, бутан, ви-
нилхлорид и т. п. Типичное развитие аварии начиналось с того, что гру-
зовой поезд сходил с рельс. Находившиеся в его составе цистерны с про-
дуктом нагромождались друг на друга, нарушалась герметичность цис-
терн и выходящий газ загорался. Образовавшийся факел нагревал сосед-
ние цистерны, что приводило к раскрытию предохранительных клапанов,
образованию новых факелов и, в конечном счете, к взрывам цистерн. Со-
гласно имеющемуся описанию подобных аварий, разброс значений ради-
уса разлета осколков при взрывах подчиняется закону нормальной веро-
ятности распределения. 95% всех осколков независимо от их размера на-
ходились в пределах окружности радиусом 700 м. Огненный шар, образо-
вавшийся от одной из потерпевших аварию железнодорожных цистерн
(США) вместимостью 88 м3, охватил участок поверхности земли радиу-
сом 60 м и воспламенил горючие материалы в радиусе 350 м. Огненный
шар, возникший 21.06.1970 г. (шт. Иллинойс, США) в результате взрыва
автоцистерны, вмещающей 120 м3 сжиженного газа, имел диаметр 180 м
349
при разливе горючего в количестве 68 т [117]. Расчет поражающего дей-
ствия такого огненного шара приведен в разделе 4.
Облако пара, образовавшееся при разрыве сосуда и смешанное с
воздухом в соотношении выше верхнего концентрационного предела вос-
пламенения, не способно к объемному взрыву (необходимые условия для
взрыва см. в разделе 3.1.2.2). Оно может начать гореть вокруг своей внеш-
ней оболочки, вытягиваясь и образуя огненный шар. Эмпирические фор-
мулы, предсказывающие ориентировочно размер и время существования
такого огненного шара, имеют следующий вид [153]:
D = 55-^m^, (26.3)
где D - диаметр огненного шара, м;
ту - масса углеводородов формулы CJH^, т.
г =3,8-^, (27.3)
где г - время существования огненного шара, с.
Действие теплового излучения зависит не только от энергии выб-
роса, но и от скорости, с которой происходит выброс, т. е. от его мощно-
сти. Если энергия выброса - линейная функция т, а время, в течение ко-
торого происходил выброс - функция т'", то мощность, выделившаяся
при сгорании огненного шара (Р^, Вт), составит
т—, (28.3)
где Qt - теплота сгорания углеводорода, принимаемая равной
47-10’Дж*>.‘
Отсюда
47 10’т . ,,,
p“* = ~yr^='2’4'10 ’Вт-
В случаях, характерных для аварий промышленных предп, ичти,“
имеем: т,.=50т; р=200м; г= 14 с; Р =170 ГВт.
Для большинства горючих веществ образованный на их основе ог-
ненный шар очень быстро достигает максимального размера, мало изме-
няясь затем в течение длительного времени. Поэтому, если не учитывать
нестационарную стадию формирования огненного шара, характеризую-
*> Вещества, которые чаще других приводятк образованию огненного шара,
имеют теплоту сгорания, изменяющуюся в пределах 45-48 МДж/кг, и
адиабатическую температуру пламени около 2250-2320 °К..
350
щие его зависимости параметров могут быть представлены в виде следу-
ющих уравнений [117]:
T^D .
"PT ’’ (29J)
twA
= (303)
—7± = л% (31.3)
т/}
где Т - температура огненного шара;
Г| - время существования огненного шара;
D - диаметр огненного шара;
Q - полное энергосодержание горючего вещества;
т - полная масса горючего вещества;
Ль4г>^з - постоянные коэффициенты.
Температура Т, входящая в приведенные уравнения, определяется
в основном типом вещества. Ракетные топлива дают температуру около
2500 °К, тогда как при взрывах ВВ температура ближе к 5000 °К, а горю-
чие газы дают температуру около 1350 °К.
Уравнение (29.3) означает, что при равных массах и энергосодер-
жании как ВВ, так и ракетное топливо, отличающееся в два раза по абсо-
лютной температуре, создадут огненные шары, которые будут различаться
по диаметру лишь на 26%. С другой стороны, из уравнения (30.3) следует,
что вследствие большего показателя степени при температуре (равного
10/3) ожоговое действие более холодного огненного шара, образовавше-
гося при взрыве ракетного топлива, будет в 10 раз более продолжитель-
ным, чем в случае ВВ равной массы. Физически это объясняется тем, что
более горячий объект быстрее излучает свою энергию по сравнению с бо-
лее холодным.
Для определения максимальных диаметра (D, м) и времени жизни
огненного шара (г, с) рекомендуются также следующие эмпирические фор-
мулы:
D = 3£6 m'‘ ™ , (32.3)
г = 0,299 m”32”, (33.3)
351
г=1,07тош, (34.3)
где т - масса горючего, кг.
Формулы (32.3), (33.3) рекомендуются к использованию для боль-
ших масс горючего и если при его горении температура достигает при-
мерно 3600 °К. Формула (34.3) применяется лишь в тех случаях, когда масса
горючего вещества не превышает 10 кг. Пример расчета по этим форму-
лам с использованием закона подобия, выраженного формулами
(29.3)... (31.3), приводится в разделе 4.
Для оценки теплового излучения огненного шара на различных
расстояниях используются зависимости, графически представленные на
рис. 19.3. Их можно применять при анализе взрыва перегретой легкоки-
пящей горючей жидкости или любого другого сильного взрыва.
Рис. 19.3. Зависимость приведенной интенсивности
теплового потока / = (//Г4) Ю' и приведенной его энергии
q=(q/m'l3Tm) • 1,18 • Ю"* от приведенного
расстояния f~=rTM/mm.
Для удобства кривая разбита нв две части,
соответствующие разным областям г
Излучательная мощность огненного шара, образованного горящи-
ми парами углеводородов, может быть определена из зависимости
= 12,410’ -ш3'3 04 = 3.72-109 , Вт
352
где 0,3 - доля энергии теплового излучения в общем энерговыделе-
нии.
За время существования огненного шара облучаемая им единичная
поверхность будет получать энергию qr, которую можно вычислить из
следующего выражения:
0,3 Qy m
Ч' ~ 4яг2
(35.3)
0,3-47109от,
4яг2
„т,
= 1,123 lo’-^f , Дж/м2.
Отсюда получаем выражение для г
г = (1,123 10’ ^-)°5 = 3,35 104 5 м
Я,
Интенсивность энергии (Jr) у облучаемой поверхности определя-
ется из выражения
Jr = pu/^2 (36.3)
Jr =3,72-10’ л^’/4-3,14 г2 = 2,96-10' л^’ г-2 , Вт/м2.
Отсюда г = 1,72 -10*- т*2 ]~Уг, м.
Тепловое излучение ослабляется атмосферой, причем не одинако-
во в разных местах в течение суток и даже часа. Эффект ослабления пред-
лагается учитывать коэффициентом (Л) по следующей формуле:
0,96-0,12 1g г. (37.3)
Формула (37.3) учитывает ослабление теплового излучения с рас-
стоянием при относительной влажности воздуха 50%. С повышением
влажности эффект ослабления увеличивается.
Для огненных шаров с коротким временем жизни вид зависимос-
ти, в которой учитывается интенсивность энергии (Jr) и время его действия
(г), не имеет значения, а существенна лишь полная энергия (qr), сообщен-
ная объекту. При больших временах теплового воздействия, превышаю-
щих время, необходимое для достижения равновесия, порог поражения
определяется исключительно величиной Jr.
Существует пороговый уровень интенсивности излучения, ниже
которого, независимо от длительности воздействия, поражение равно
нулю. Таким безопасным пределом является интенсивность излучения
5 МДж/(м2ч) [117,222]. С увеличением интенсивности теплоизлучения воз-
можное время пребывания человека в зоне излучения уменьшается.
353
На рис. 20.3 приведена Js -т диаграмма, разделяющая области тер-
пимой и нестерпимой боли (критерий, близкий к понятию ожога второй
степени [117]). Две линии на графике обусловлены разбросом данных
Рис. 20.3. Болевой порог при лучистом ожоге
незащищенной кожи.
На область между двумя изображенными
кривыми приходится до 50% наблюдений
Для малых экспозиций, меньших 10-4 с, поражение глаз наблюдает-
ся при q = 1,7 кДж/м2. Кожный покров человека способен выдерживать (без
появления болевых ощущений) интенсивность излучения 7 =2,1 IO4 Вт/м2
в течение 2 с, т. е. q = 4,2 10* Дж/м2. Не действует отрицательно на кож-
ный покров температура 42 °C. Боль начинает ощущаться при температу-
ре кожи 44 °C. Соприкосновение в течение 10 с с водой, имеющей темпе-
ратуру 60 °C, приводит к частичной утрате кожного покрова, а при тем-
пературе 70 °C в течение 10 с вызывает полную потерю кожного покрова.
Определение порогового расстояния, на котором возникают ожо-
ги открытых участков кожи, может производиться с помощью зависимо-
стей, приведенных на рис. 19.3 и 20.3. Соответствующий пример см. в раз-
деле 4.
На рис. 21.3 приводятся радиусы теплового поражения от огненно-
го шара в зависимости от образовавшей его массы пропана. (Предпола-
354
гаются на поверхности шара адиабатические температуры и не учтено
ослабляющее влияние атмосферы*1 [153].
Масса пропана в огненном шаре, т.
Рис. 21.3. Радиусы теллоаого поражения от огненного шера,
образованного пропаном, в зависимости от его мессы.
*> Выражение “огненный шар массой т" не эквивалентно утверждению,
что огненный шар возникает от разлития т тонн углеводорода. К факторам,
сближающим указанные понятия, относятся:
а) высокое значение доли мгновенно испарившейся части жидкости.
Ее зависимость от начальной температуры Твыражается для пропана, пропи-
лена, аммиака, хлора в следующем виде
хт = (вт-вк)/вп (38.3)
где хт- доля мгновенно испарившейся части жидкости в адаибатичес-
ком приближении при температуре Т\
QT - удельная энтальпия (теплосодержание) жидкости при температуре Т:
QK - удельная энтальпия (теплосодержание) жидкости в точке кипения при
атмосферном давлении;
Qn - удельная скрытая теплота парообразования в точке кипения при ат-
мосферном давлении.
Масса горючего в огненном шаре (zn) как доля разлитой массы(тД выра-
жается уравнениями;
zn = mixT' 2 (зимой), (39.3)
m = msxT- 3 (летом); (40.3)
б) обстоятельства, способствующие быстрому вовлечению в огненный шар
разлитой жидкости - разлитие в летнее время и на поверхность воды, полное
разрушение сосуда.
355
Предлагаются следующие апроксимирующие выражения, характе-
ризующие вероятность поражения человека (см. табл. 19.3):
а) смертельного
индекс дозы = (У,)423 г, Дж/м! (41.3)
б) ожогом третьей степени
индекс дозы = (У,)115 r=5,5 10s, Дж/м2 , (42.3)
где г—время существования огненного шара, с.
Пример расчета поражающего действия огненного шара массой 20 т
приведен в разделе 4.
Таблица 19.3
Вероятность смертельного поражения в зависимости от полученной
дозы
Вероятность получения смертельного поражения Индекс дозы = (Л)*3? Дж/м2
0,01 1,00-10'
0,50 2,30-Ю7
0,99 6,50-10'
Отмечается [153], что указанные вычисления интенсивности излу-
чения на определенном расстоянии от определенной массы вещества в
огненном шаре являются достаточно точными. Имеющиеся несовпадения,
приводящие к уменьшению расчетных величин по крайней мере в 2 раза,
являются результатом:
1) появления значительных ошибок при предсказании доли разли-
тия жидкости, образующей огненный шар;
2) трехмерности фигуры, на которую попадает излучение. Напри-
мер, человек - это не неподвижная плоская поверхность, ориентирован-
ная на 90° к направлению излучения;
3) подхода к вопросу, основанного на опытах с ядерным оружием.
Соответствующие данные применительно к человеку полученыдля
тепловых импульсов, длительность которых относительно короче, чем
длительность тепловых импульсов огненного шара.
Применительно к тепловым импульсам от огненных шаров с дли-
тельностью 10-20 с (характерно для огненных шаров, образованных уг-
леводородами) человек, если успеет полностью отвернуться, то получит
ожоги более низкой интенсивности, но распределенные по большей пло-
щади тела. Очевидно также, что за это время люди могут где-нибудь ук-
356
рыться или убежать на расстояние 50-100 м. Очень важно влияние одеж-
ды, которая может загореться, что приведет к ожогам пламенем. Вид одеж-
ды влияет на степень поражения тела.
Для полупрозрачных источников, к которым относится пламя во-
дорода, приведенные выше данные не пригодны. Излучение огненного
шара, образованного горящим водородом, столь невелико, что все объек-
ты, находящиеся вне огненного шара, практически не испытывают теп-
лового поражения.
4. Некоторые опытные, практические и расчетные
данные, связанные с возникновением взрывов
4.1. Источник взрыве - химическое самовозгорание
1. Взрыв в результате образования ацетиленида меди [237]
Инцидент, обусловленный недостаточной осведомленностью про-
ектировщиков об опасных свойствах веществ и материалов. Взрыв теп-
лообменника во время проведения профилактического обслуживания про-
изошел в результате накопления на стенках аппарата значительных коли-
честв ацетиленида меди (AM). Чрезвычайная взрывоопасность AM об-
щеизвестна, но в данном случае содержание ацетилена в газе, проходя-
щем через теплообменник, было незначительным (300 млн1), однако выз-
вало образование ацетиленида. Расследование показало, что опасны даже
меньшие концентрации. Установлено также, что образование AM проис-
ходит, если сплав металла содержит более 50% меди. Коррозия, а также
присутствие минеральных кислот и щелочей благоприятствуют этому про-
цессу.
2. Факторы, влияющие на взрывоопасность гидроперекиси дитрет-
бутила (ТВНР) [238]
Гидроперекись днтретбутила (ТВНР) является промежуточным про-
дуктом в производстве перекиси дитретбутила. ТВНР - нестойкое взры-
воопасное вещество, взрывчатое экзотермическое разложение которого
ускоряется в кислой среде. Опыты, проводившиеся в лабораторном кало-
риметре со смесями ТВНР (70%-ный раствор в воде) и п-толуолсульфоно-
вой кислоты, показали, что в этих смесях после индкуционного периода
от 100 до 400 мин возникает бурное экзотермическое разложение ТВНР,
357
сопровождающееся резким повышением температуры. В лабораторных ус-
ловиях этот процесс начинается при температурах 40-50°С. Термическая
стабильность данной системы резко снижается в присутствии ацетона.
3. Факторы, влияющие иа пожаро-взрывоопасиость гипохлорита
кальпия.
В помещении каффердама ледокола “Капитан Драницин" Мурман-
ского морского порта во время его ремонта в доке произошел взрыв.
На металлическом полу каффердама, нагреваемом от газорезки, плотно
стояли 100 пластмассовых упаковок с гипохлоритом кальция, общим ве-
сом 250 кг. Продукт в пластмассовых упаковках представлял собой белое
вещество, состоящее из гранул и из кристаллов различных размеров; ги-
похлорита кальция в нем содержалось 70% и инертного ингредиента -
30% [320].
Физико-химические свойства гипохлорита кальция.
Кристаллическое вещество белого цвета с запахом хлора, облада-
ющее высокой химической активностью, токсическим и раздражающим
воздействием, окисляющими и корродирующими свойствами.
Используется в качестве антибактерицидного или отбеливающего
компонента, дезодорирующего, дезинфицирующего или окисляющего
вещества. Наиболее распространен в виде 70%-ной смеси с другими соля-
ми кальция или в чистом виде с содержанием 99,2%. Не склонен к горе-
нию, но опасен как сильный окислитель, способный эффективно поддер-
живать горение других веществ [321]. Контакт продукта с горючими и лег-
коокисляемыми веществами может привести при небольшом тепловом им-
пульсе к самовозгоранию и пожару. Чувствителен к загрязнению, чем
объясняются многие из наблюдавшихся взрывов бочек с Са(ОС1),.
Взрывоопасными являются смеси гипохлорита кальция с горючи-
ми веществами, такими, как мелкодисперсная сера, алюминий, дизельное
топливо, органические растворители (ацетон, бензин н др.).
Са(ОС1)2 склонен к самонагреванию при медленном разложении.
Температура самонагревания - ниже 50 “С. Умеренное увлажнение
Са(ОС1)2 увеличивает склонность к самонагреванию [239].
На стабильность вещества во время нагревания влияют содержа-
ние Са(ОН),, СаС12 и/ДО , причем СаС1. и Я,О увеличивают разложе-
ние, а Са\ОН). уменьшает его.
358
Было установлено, что в начальный момент при сушке вещества
(г°= 100—150 °C) наблюдается хлорный тип распада по реакции:
Са(ОС1),+ СаС12~> 2СаО +2С1, , а к концу сушки, когда достига-
ется минимальное содержание воды и высокая температура, разложение
идет с выделением тепла и кислорода по реакции;
Са(ОС1),-> СаС12 +О2+87,1 кДж/моль.
При медленном разложении может выделиться моноокись хлора,
являющаяся взрывоопасным газом, чувствительным к удару [239]. Попа-
дание бочек с Са(ОС1), в очаг пожара может привести к их взрыву.
Образцы Са(ОС1)2, содержащие от 61 до 65% активного хлора и
от 3 до 13% щелочи, были испытаны на стабильность в интервале от 40 до
150 °C. При температуре 40-60 °C в течение 5 ч разложения не наблюда-
лось, выше 100 °C образцы за 5 ч теряли до 3% активного хлора, а при
150 °C образцы почти полностью разлагались. Разложение продукта, на-
чавшееся в одном месте, распространяется на всю упаковку.
Исследование разложения гипохлорита кальция в количестве 200 г
в камере объемом 0,125 мэ показало следующие результаты [320]:
Температура вещества, при которой начинался процесс разложе-
ния 140-170 °C.
Время нагрева вещества до начала разложения 8-15 мин.
Время разложения всей массы вещества 18-56 мин.
Температура вещества, при которой закончился процесс разложе-
ния 400-430 °C.
Масса образовавшихся газообразных продуктов - 38-50 г.
Температура газов в центре камеры 160-310 °C.
Максимальное избыточное давление в камере 0,15-0,35 кгс/см2.
Характер разложения гипохлорита кальция в камере при нагреве
показан на осцилограмме (рис. 1.4).
При нагреве образца материала укупорки Са(ОС1)2 до 300 °C на-
блюдалось его плавление. При более высокой температуре происходила
полная деструкция материала. Пламенное горение его возникало лишь при
температуре 1000 °C. При добавке к плавящемуся образцу материала не-
большого количества Са (ОС1)2 (1 -2 г) через 10-15 с возникало пламя ярко
красного цвета и образец быстро сгорал с резким потрескиванием и яр-
кими вспышками. Аналогичные результаты наблюдались с образцами
древесины.
359
360
Рис. 1.4. Осциллограмма одного из опытов нагрева гипохлорита кальция а камере:
(тп - навеска продукта, г; - время нагрева, мин; Т* - температура начала разложения, °C;
Г;1 - температура конца разложения, “С; г - время саморазогрева с достижением максимального
давления Р
i:tu\
Расчеты:
По реакции хлорного типа может разлагаться не более 10% исход-
ного вещества, т. к. содержание СаС12 в продукте обычно не превышает
10%. Таким образом из 200 г исходной массы в реакцию хлорного типа
вступает 20 г СаС12 и, следовательно, 25,8 г Са(ОС1)2. Газообразного хлора
при этом выделяется - 25,6 г. При содержании в 200 г вещества 70% ак-
тивного ингредиента и с учетом того, что 25,8 г Са(ОС1)2 прореагирова-
ло с СаС12, количество кислорода, выделившегося по реакции кислород-
ного типа, составляет 25,6 г. Общая масса образовавшихся газообразных
продуктов получается равной 51,2 г. Объем занимаемый 25,6 г газообраз-
ного хлора при нормальных условиях равняется 8,1 л., а 25,6 г кислорода
-18 л. Общий объем газов - 26,1 л. С учетом температуры газов, опреде-
ленной в центре камеры и равной 160 °C, расчетное избыточное давление
в объеме камеры составит:
26,1 (273+160)
Л, = ---• 1,03 = 0,3 кгс/см2
Исходя из расчета в объем каффердома ледокола могло выделить-
ся при разложении гипохлорита кальция 32,6 м3 газов. Отсюда избыточ-
ное давление, которое могло развиться в помещении получалось равным:
32,6 (273 + 160)
Рил = 111 „ • ™ 1,03 = 0,47 кгс/см2
1 1 1 ,о Z / j
Вывод:
Импульс взрыва в каффердаме возник в результате протекания в
нем химической реакции разложения гипохлорита кальция, вызванного
нагревом с выделением газообразных продуктов - хлора и кислорода.
Вследствие этого в каффердаме произошел взрыв, поднялось давление,
(в результате раскрытие переборки), сопровождавшиеся звуковым эффек-
том, распространением волны сжатия, а также истечением в соседние по-
мещения горячих продуктов разложения и горения различных материа-
лов (пластмассовой укупорки, оргалита и др.), находившихся в каффер-
даме.
4. Взрыв резервуара с бутадиеном [240|
Причиной взрыва резервуара с бутадиеном с последующим горе-
нием газа явилось нарушение технологии хранения бутадиена в цехе ПО
“Оргсинтез” г. Сумгаита. От длительного хранения продукта на дне ша-
рового резервуара емкостью 600 м3 образовался слой перекисных соеди-
361
нений повышенной концентрации. В его среде началась неуправляемая
реакция полимеризации, в результате которой температура и давление
поднялись до критических значений, и металл не выдержал.
5. Анализ возможности взрыва цистерны с белым фосфором (241]
Анализ проведен с целью выяснения обстоятельств взрыва при же-
лезнодорожной аварии, происшедшей в штате Небраска (США). В резуль-
тате этой аварии состав сошел с рельсов, 31 цистерна из 99 опрокинулась
и через более чем 7 ч после крушения и возникшего горения поврежден-
ная цистерна, в которой находился белый фосфор, взорвалась с разруши-
тельными последствиями. Большие куски цистерны были найдены на рас-
стоянии до 400 м от места взрыва.
Белый фосфор является веществом с температурой плавления 45 °C
и обычно загружается в цистерны в расплавленном состоянии. Фосфор
покрывают слоем воды и слоем углекислого газа для предотвращения воз-
можности самовозгорания на воздухе при обычной температуре.
При крушении аварийная цистерна повернулась на бок на угол око-
ло 120", в результате чего смотровые люки и отверстия клапанов оказа-
лись направленными к земле При крушении образовалось несколько про-
боин в нижней части цистерны. В связи с тем, что фосфор был в твердом
состоянии, он занимал то же положение в перевернутой цистерне, как и
до аварии. Это обусловило вытекание находившейся над фосфором воды
через имевшиеся отверстия. Открывшаяся поверхность фосфора в резуль-
тате взаимодействия с кислородом воздуха должна была самовоспламе-
ниться с большим тепловыделением, приводящим к его плавлению. Рост
температуры способствовал ускорению реакции горения и подъему дав-
ления паров и газов в пространстве цистерны до высоких значений
(рис. 2.4).
Согласно данным рис. 3.4, область воспламеняемости, лежащая в
пределах И-образной кривой, для смеси паров Р* с воздухом, весьма вели-
ка. Она показывает, что при всех приемлемых температурах смесь паров
Pt с воздухом самопроизвольно загорается. Для возникновения однако
взрыва требовалось значительное ускорение реакции, которое достига-
лось в рассматриваемом случае быстрым поступлением воздуха в цистер-
ну, обеспеченным аварией.
Подробное изучение происшедшего взрыва представляло интерес
также в связи с распространенным мнением о неспособности белого фос-
фора взрываться. Для соответствующего анализа проводились металло-
графические, термо- и газодинамические расчеты.
362
Температура (°C)
Рис. 2.4. Давление паров фосфора и его окисла
а зависимости от температуры
а) металлографические исследования.
Проводились сбор разбросанных взрывом частей цистерны, восста-
новление их на место первоначального расположения и маркировка. Из
характера расположения частей выявлено, что взрыв разорвал цистерну
приблизительно вдоль ее продольной оси. Кроме того, как передняя, так
и задняя части (колпаки, сферические днища) были отделены от цилинд-
рической оболочки в результате удара при крушении. На многих сталь-
ных пластинах цистерны толщиной ~ 13 мм были видны интенсивные пла-
стические деформации, образовавшиеся в результате взрыва, и их края
имели ясно видимый пластический сдвиг.
Для металлографических исследований отбирались образцы, выре-
занные из стальных пластин, имевших явные признаки разрушений и не
подвергшиеся таковым. Они полировались, протравливались в 2% азот-
ной кислоте и исследовались на оптическом микроскопе с увеличением
1000х и 2000х.
363
Рис. 3.4. Воспламеняемость паров фосфора в зависимости
от его соотношении с кислородом
Исследования образцов из зоны разрушения не обнаружили изме-
нений перлитной структуры, что указывает на возможное тепловое воз-
действие ниже температуры ее превращения, равной 500 °C. Для сравне-
ния сделанная микрофотография образца, подвергавшегося действию пла-
мени горелки, показала изменения перлитной структуры.
Результаты химического анализа и определения твердости по Вик-
керсу для стальных пластин цистерны подтвердили соответствие матери-
ала стандарту. Проведенные металлографические исследования не выя-
вили металлургических и других дефектов материала, могущих повлиять
на аварию цистерны.
б) термодинамические расчеты.
Было принято, что газовая смесь, содержащаяся в цистерне перед
взрывом, занимала 50% общего ее объема и содержала пары фосфора Р4,
кислорода О2 и азота .V.. Хотя цистерна после аварии была пробита в не-
скольких местах, допускалась возможность ее герметичности с целью рас-
чета внутреннего давления после взрыва. Это приближение обосновыва-
ла
лось тем, что время взрыва чрезвычайно мало по сравнению с временем,
необходимым для истечения ощутимого количества газа через отверстия
цистерны.
Возникший химический взрыв характеризуется быстрым выделени-
ем энергии в ограниченном стенками цистерны объеме и нарастанием тем-
пературы. С помощью термодинамических расчетов определялись коли-
чество выделившейся энергии при взрыве (И7) и конечная температура
(Г,). Для расчетов использовались три начальные температуры Г : 150,
200 и 250 "С. Эти начальные темпера гуры охватывали ожидаемый диапа-
зон их значений перед взрывом, обусловленных подогревом всей массы
фосфора в результате его частичного горения.
Зависимость давления паров Рл оз температуры приведена на гра-
фике рис. 2.4, исходя из которого (см. также рис. 3.4) для указанных тем-
ператур (Д) получены следующие парциальные давления (Ру.
Ti “С рР. мм.рт. ст. атм ро. мм.рт.ст. атм PN, мм.рт.ст. атм Робщ мм.рт. СТ. атм
150 23 0,030 155 0,204 582 0,766 760 1
200 115 0.151 135 0,178 510 0,671 760 1
250 400 0,526 76 0,100 284 0,374 760 1
и PN1 подсчитаны, исходя из объемного соотношения
[Q / N2-0,21 /0,79. Из предположения, что цистерна до половины за-
полнена жидким фосфором, обьем idsoBOfi смеси над ним составил
32,793 м3.
Число киломолей каждого вещее та в газовой смеси при темпера-
турах Tt подсчитывалось из следу кччей формулы:
_ Р 32,793 1000
760-К, , (1.4)
где и - число кмолей вещества в газовой смеси;
Р - парциальное давление пара в смеси при Д, мм Hg;
V* - объем, занимаемый кмолем вещества, м’:
при 0 °C ^=22,413 м3
150 °C 34,719 м3
200°С 38,822 м3
250°С 42,920 м3
365
Расчет при 1\- 150 °C
23 - 32,793 1 000
- для фосфора Пф = - 760.34>719 - 29 ;
155-32,793-1000 )(И
- для кислорода п« = 760.34719 ’-193;
582-32.793-1000
- для азота «« = 760 34,719 ~ 723'
Если не учитывать возможность распада /*4О|(| при высоких темпе-
ратурах, уравнения окисления фосфора представятся в следующем виде:
Т= 150 °C
29 Р4 + 193 0,+ 723 ,V2 -> 29 Р4 О|0 + 48 О2 +723 Х2 (1)
Т= 200 °C
128 Ра + 150 О2 + 567 N1 -> 30 Р4 О|0+ 98 Р4 +567 N2 (2)
Т = 250 °C
402 Р4 + 76 О2 + 287 4V2 -» 15 Р, О,0+ 387 Р4 + О2 +287 X, (3)
Как видно нз графика (рис. 3.4), каждая реакция может приводить
к взрыву паров фосфора.
Стехиометрические количества Р4 (показанные уравнениями (1), (2),
(3) могут не в полном объеме реагировать с кислородом из-за термичес-
кого распада Р4ОЮ при высоких температурах. В любом случае, однако,
будет достигаться равновесие, при котором реагирует X киломолей Р4.
Число киломолей X определялось с использованием следующих уравне-
ний равновесия:
Т = 150 °C
" (29-Х)-(193-5А')5-(ЛТ2/Е)' ’ ’24)
где Кр - константа равновесия при температуре Т2, °К:
R - универсальная газовая постоянная, 0,08205 м’- атм/К-кмоль;
V - объем, равный 32,793 м’,
Т = 200 °C
к =_______________*_____________
Г (128-.¥)(193-5Х)5-(/?Т2/Г)5 (34)
366
Т= 250 °C
___________________X______________
Кр (402 - X) • (76 - 5Х)5 (Я Тг / Г)5 (4’4)
Константа К? определялась из уравнения:
- AFT
<54>
где ^т2 - свободная энергия, выделяемая при постоянном объе-
ме, ккал/моль.
= AGT^ + 5RT2 (6.4)
где Л&тг - энергия Гиббса, ккал/моль, находимая в справочниках.
Рассчитанные значения К для различных принятых температур Т2
составили:
Т2, °C т„°к /Ют , ‘1 ккал/моль zlFT , '1 ккал/моль Кр RT2IV , атм/ кмоль
1327 1600 -367,04 -352,04 1,23-10“ 4,00
2327 2600 -134,44 -108,61 1,35- 10’ 6,51
2427 2700 -111,43 -84,61 7,07- 10е 6,76
2527 2800 -88,47 -60,65 5,42- 10" 7,01
2627 2900 -65,56 -36,75 5,89 102 7,26
2727 3000 -42,69 -12,89 8,69 10° 7,51
Пример расчета RTJV для Т2=ЗООО°К
RT2 0,08205-3000
rz _ пта-i атм/кмоль
Пример расчета Kf для 7^=3000 “К
Используя уравнения (5.4), (6.4), имеем
, „ ~^GT1-5RTi 42,69-10’ .
1пК=-------i------=------------5
р rt2 rt2
RT2 =7,51-32,793=246,28 м’ атм/кмоль
367
Учитывая, что R= 1,986 ккал/К-кмоль, имеем
246,28 1,986
RT1 =---л no-ini-= 5961 ккал/кмоль
V,VoZUj
In Кп = - 5 = 7,162 - 5 = 2,162
р 5,961
1g Кр = 2,162 • 0,43429 = 0,939 Кр = 8,69 10°
Значения X находились по уравнениям (2.4), (3.4), (4.4) с помощью
компьютера итерационным методом. Для сравнения ниже приведены рас-
считанные конечные температуры Т2 в области достижения равновесия и
принятые значения (табл. 1.4).
Таблица 1.4
Рассчитанные и принятые значения конечной температуры Т2
Принятые значения Т2 Рассчитанные значения Т2
»с «К 71 Ft? ккал/моль X, молей и; кал АТ П “С
При Т,=150“С
2727 3000 -12,89 8,69-10° 18,95 1,39-107 2012 2162
2627 2900 -36,75 5,89 Ю2 26,37 1,93-10' 2793 2943
2527 2800 -60,65 5,42-10* 28,25 2,06-10' 2982 3132
При Т,=200°С
2727 3000 -12,89 8,69-10° 17,96 1.31-107 1750 1950
2627 2900 -36,75 5,89-Ю2 24,25 1,77-10' 2364 2564
2527 2800 -60,65 5,42-10* 27,51 2,00-10' 2672 2872
При Т,=250°С
1327 1600 -352,04 1,23-10” 14,90 1,07-10' 1090 1340
Расчет Wпроизводился с использованием следующего уравнения:
&W= &H-5R7; , (7.4)
где ДИ7 - изменение внутренней энергии, ккал/моль;
ДЯ - энтальпия образования Р4ОЮ, не являющаяся строгой функ-
цией температуры, равная -702 ккал/моль.
Пример расчета ДИ7 при Т=3000 °К
368
AU7 w < 1986- 3000 _170
AW = -702-5 ——:-— = -731,79 ккал/моль.
1 VVV
Общая выделяемая энергия при реакции:
W= 731,79-18,95 = 13900 ккал = 1,39-10’кал
При расчете конечной температуры Т2 использовались следующие
уравнения:
W
^=T2-Tl~ (8.4)
г2 = т;+л7’=7;+^ (94)
где СуР-теплоемкость продуктов реакции при постоянном объе-
ме, кал/Кмоль.
Сур = Пр<(Су)р< + Пр>Ок(Су)ptow + пО2(Су)ог + nN2(CV >N2 ,(10.4)
где п - число молей Р4, Р4О10, Ог, N;;
Cv - теплоемкость Р4, Р4О10, О2, N2 при постоянном объеме,
кал/Кмоль;
= 17,88 кал/К моль;
(Q)ft = 6,59 кал/К моль;
(СИ)^=6,О1 кал/Кмоль;
(<'г)р4о,0 = 77,49 кал/К моль.
Пример расчета СуР для реакции по уравнению (1)
С^=29-77,49+48-6,59+723-6,01=2247,21+316,32+4345,23=6908,75 калЖ
На основе расчетов получено:
При Т, = 150 °C Сур = 6,909-1 О’ кал/К;
При Т=200°C Сур= 7,485-Ю3 кал/К;
При Т=250°С Сур= 9,813-10’кал/К;
Пример расчета 7^ при Т = 150 °C по уравнению (9.4)
369
т, = 150 + 273+ 1-39 1°7 =2435 °K = 2162 °C.
6,909-103
Интерполяцией в области равновесия определяем из табл. 1.4 сред-
ние данные при Г, = 150 °C:
v 28,25+18,95
X _-----------= 23,6 молей реагирующего Pt,
3132-2162
т. ------------23,6 = 2462 °C
2 28,25-18,95 ’
отсюда
5-1,986-2462
tXW = -702 -----------= -702 - 24,4 = -726,4 ккал/моль
W= 726,4 23,6 =17143 ккал = 1,71.1 о7 кал
Аналогично определялись средние величины X, Т2 и W для
Г, =200 “С и 7’1=250 °C. Результаты расчетов приведены в табл. 2.4
Таблица 2.4
__________Средние данные в области равиовесия______________
Ti, “С Тг, "С X, молей реагирующего W, кал
150 2462 23,6 1,71-Ю7
200 2195 22,7 1,65-107
250 1340 14,9 1,07-107
в) газодинамические расчеты.
Внутреннее давление в цистерне, обусловившее взрыв и возникшее
в результате химического экзотермического превращения фосфора, опре-
делялось приближенно с помощью термодинамических расчетов на осно-
ве двух газодинамических моделей: адиабатического сжатия и образова-
ния сферической взрывной волны. Указанные процессы являются резуль-
татом быстрого экзотермического выделения энергии при взрыве и его
превращения в другие формы энергии. Эти модели служили соответствен-
но в качестве верхней и нижней границ выделения энергии.
В соответствии с законом сохранения энергии, полная выделенная
энергия взрыва Wраспадается на следующие компоненты:
W=WtJrW1+WiJrWi , (11.4)
370
где W2 - энергия деформации, необходимая для разрушения кон-
струкции цистерны;
W2 - тепловая энергия, необходимая для нагрева частей цистерны
до конечной температуры;
JV}- кинетическая энергия, переданная частям цистерны и вызвав-
шая их отбрасывание на некоторое расстояние от центра взрыва;
Wt - общая тепловая и кинетическая энергии, переданные газо-
образным продуктам и окружающей атмосфере.
Выбор двух моделей был необходим для перекрытия диапазона
превращения тепловой и механической энергии взрыва от наиболее иде-
ального случая (адиабатическое сжатие) до более реального случая (взрыв-
ная волна). При этом создавалась возможность количественно выявить
разрушительный потенциал взрыва.
Адиабатическое сжатие
Если полное выделение энергии W происходило при постоянном
объеме адиабатично, то давление взрыва Р, определялось из уравнения:
X пр
Рг =/4^-И"'-1 , (12.4)
к Г, 7
где Р, - давление до взрыва;
Т2 - конечная температура;
Т- температура до взрыва;
Х„р - отношение удельных теплоемкостей продуктов реакции при
_С7
постоянных давлении и объеме, равное У пр ~ .
Для Р = 1,033 кг/см!, значений Г, и Т2 (см. табл 2.4), Сур(см. с. 369)
и рассчитанных Срр , исходя из значений:
Ср
Pt 19,87 кал/К моль
О2 8,58 кал/К моль
N2 8,00 кал/К моль
Р4О10 79,48 кал/К моль
получены по уравнению (12.4) значения Р.
371
Пример расчета СУ при T’-ISO’C
су = 29-79,48+48-8,58+723-8,00=8502,76=8,5-10’ кал/К
” 6,909-10’
В табл. 3.4 приведены подсчитанные значения су и Г„р при
Т = 150 °C, 200 °C, 250 °C.
Таблица 3.4
Расчетные значения су и / ,р
Т1, °C су, кал/К / пр
150 8,50-Ю3 1,23
200 8,87-10’ 1,18
250 11,19-10’ 1,14
Пример расчета давления взрыва Р2 при Т = 150 °C
1,23
Р2 = 1,03зГ2462 + 27310,а = 1,033-6,466м5 =2,24-104 кг/см2
2 к 150 + 273 )
В табл. 4.4 приведены подсчитанные значения давления взрыва Р2
при Т = 150 °C, 200 °C, 250 °C.
Таблица 4.4
Значения Р2 в зависимости от Т,
Т„ °C Р,, кг/см2
150 2,24-10*
200 5,22-10*
250 9,93-10"*
Расчеты показали, что для разрушения цистерны требуется давле-
ние - 40 кгс/см2. Таким образом, давление, развиваемое при адиабатичес-
ком процессе взрыва, как минимум превышает требуемое давление более
чем в 200 раз.
372
Сферическая взрывная волна
При моделировании взрыва использовались теоретические разра-
ботки для сильного взрыва в центральной точке, вызывающего сферичес-
кую взрывную волну. Эта задача решалась Тейлором и Седовым для опи-
сания атомных взрывов. Если вся энергия Wвзрыва фосфора выделяется
в ограниченной области в окрестности центральной точки цистерны, то
из места взрыва возникает сильная сферическая взрывная волна (ударная
волна), которая распространяется радиально наружу. Эта волна разогре-
вает и сжимает газообразные продукты на своем пути. При достижении
взрывной волной стенки цистерны она отражается, создавая значительно
возрастающее давление на стенку. Представление о действии сферичес-
кой взрывной волны до и после отражения выражается в схемах:
Стенка
цистерны
Сферическая
взрывная
волна
до отражения
Стенка
цистерны
Отраженная
волна
после отражения
Параметры, определяющие указанный процесс:
И7-энергия взрывной волны, выделяемая в точке;
р{ - начальная плотное! ь [ азообразных продуктов;
К - скорость взрывной волны до отражения;
г, - радиальная координата взрывной волны;
Р2 - давление непосредственно за взрывной волной до отражения;
Т2 - температура непосредственно за взрывной волной до отраже-
ния;
Р, - давление непосредственно за взрывной волной после отраже-
ния;
Т, - температура непосредственно за взрывной волной после отра-
жения;
/ - отношение удельных теплоемкостей реагентов.
373
В соответствии с теорией Садова
Пример расчета Y р при 7”,=150 °C , см. уравнение (1)
С= 29 17,88+193-6,59+723-6,01=6136 кал/К
С= 29-19,87+193-8,58+723-8,00=8016 кал/К
8016 ,
у = ——- = ,306.
Р 6136
Подсчитанные величины Y р для трех принятых значений темпе-
ратур 7’| приведены ниже:
7’|, °C у,
150 1,306
200 1,251
250 1,162
Учитывая значение W из табл. 2.4 и размер г2 =1,5 м, соответству-
ющий радиусу цистерны, когда взрывная волна достигает ее стенки, име-
ем в случае Т = 150°С:
„ 1,36 10"5-W 1,36-10~5-1,71-107 ,„оо . 2
/*2 = -----j—г- =---------—-—т— = 29,88 кг / см L
(ур+1)г{ (1,306+ 1)1,53
Когда происходит нормальное отражение ударной волны, отноше-
ние давлений за отраженной волной составляет
ЗУд~1 Уд-1 Р,
Pi _ Зу„+1 У,+1 Рг
pi <14-4)
Р1 /д+1
или
Зур-1 Pj У р-1
Рз = Pi ,Р1 = Зур+l Л Гр + 1
Pl Pl Pl р\ j Гр-1 (15.4)
Pl"" Yp^
374
Используя отношение давления Р2/ Р, для каждой начальной тем-
пературы 1\ при г= 1,5 м, определяем с помощью уравнения (15.4) давле-
ние Р3, действующее на стенку цистерны при отражении ударной волны.
Пример расчета Р3 при Г,=150 °C
3 1,306-1 29,88 1,306-1
РЗ = 1,033-3 |’3^' ‘-в3.3.. '306 + | =104,57 кг/см2
1,033 1,306 — 1
2988 +Ё306+Т
Результаты аналогичных расчетов при других Т, приведены
в табл. 5.4.
Таблица 5.4
Давление после взрыва на стенке цистерны
Ti, °C Pi (адиабатическое давление), кг/см2 Рз (сферическая ударная волна), кг/см2
150 2,2410* 10,46-10’
200 5,2210s 1,16 10z
250 9,93-10* 8,64-10’
Как видно из приведенных данных, даже для сферической ударной
волны с наиболее низким показателем давления, Р3 превышает более чем
в 2 раза давление разрушения цистерны (т. е. ~ 40 кг/см2).
Вывод
Проведенные термо- и газодинамические расчеты показали, что
горение фосфора в цистерне в рассмотренных условиях могло привести к
взрыву.
6. Взрывы в системах со сжатым воздухом
В работах, на которые имеется ссылка в [117], описывается взрыв,
происшедший вследствие неисправности оборудования: пары компрессор-
ного масла смешались в магистрали с воздухом, обогащенным кислоро-
дом, и сдетонировали. Во многих местах магистрали (по несколько мет-
ров) оказались расщепленными на длинные полосы, особенно в местах
изгиба, трубы.
Следует отметить, что вообще взрывы и пожары в промышленных
системах сжатого воздуха наиболее часто происходят в компрессорах или
375
трубопроводах около компрессора. Взрывы наблюдались как в системах
с центробежными компрессорами, так и в системах с поршневыми и ро-
тационными компрессорами, причем в последних чаще, чем в первых.
Наиболее частыми причинами взрывов являются воспламенение
жидкостного масляного аэрозоля искрами, возникающими при поломках
компрессора. Причем замена обычного масла на нефтяной основе синте-
тическими смазочными материалами не устраняет этой опасности. Вто-
рой причиной пожаров и взрывов является самовозгорание смолистых
отложений на внутренних стенках трубопроводов. Если горение этих от-
ложений своевременно не обнаруживается, то это может привести либо к
взрыву масляного аэрозоля, либо к разрыву перегретого трубопровода
[242].
7. Детонация ацетилена в трубопроводе
В работе, на которую имеется ссылка в [117], описывается взрыв
трубопровода, вызванный экзотермическим разложением и последующей
детонацией ацетилена под высоким давлением. В этом случае детонаци-
онная волна прошла по трубе путь длиной примерно 1,1 км. Удачная кон-
струкция трубы исключила возможность ее разрыва, Наличие отсекателя
детонации предотвратило распространение детонации на реактор.
8.0 причинах непреднамеренного взрыва кислородных шлангов [243]
Проведено экспериментальное изучение возможных причин взры-
вов кислородных шлангов при проведении газосварочных работ с приме-
нением ацетилено-кислородного пламени. Сделан вывод, что наиболее
вероятной причиной является загрязнение внутренней поверхности шланга
сажей (осевшей при случайном попадании ацетилена в шланг и выгора-
нии в нем) или жировыми отложениями (попадание жира внутрь шланга
в период его изготовления или эксплуатации).
9. Взрыв вследствие реакции хлора с углеводородами [244]
11.04.1961 г . мощный взрыв разрушил входную секцию смеситель-
ной камеры на установке нефтеперегонного завода фирмы American Oil
Со. Поток обессеренного нефтепродукта фракционировался в двухколон-
ной системе с отгоном низкокипящнх и высококипящих фракций. Нефте-
продукт с пределами кипения 162-193 °C при температуре 37,5 °C перете-
кал из конденсатора в специальную емкость, в которой поддерживалось
небольшое избыточное давление азота. В нефтепродукте содержалось 50%
376
парафиновых углеводородов, 19-15% ароматических углеводородов
и в остатке менее 1% олефинов и нафтенов. После ректификации нефте-
продукт смешивали с каустикогипохлоридным раствором в соотношении
1:2. Затем смесь разделяли, нефтепродукт направлялся в резервуарный
парк, а раствор возвращался на вход в смеситель.
Через каждую неделю основную часть отработанного гипохлорид-
ного раствора дренировали, заменяя его свежим 15%-м водным раство-
ром гидроокиси натрия. В этот раствор добавляли хлор для получения
гипохлоридного раствора.
Взрыв произошел сразу после одной из промежуточных добавок
хлора в раствор. Соотношение количества впускаемого жидкого хлора,
избыточного тепла и давления в системе обеспечивало содержание в ней
значительного количества хлора в жидком состоянии, обладающего вы-
сокой реакционной способностью. Возможность образования горючей га-
зовоздушной смеси исключалась вследствие герметичности системы и от-
сутствия благодаря этому в ней воздуха. Кроме того, отсутствовал источ-
ник зажигания, необходимый для воспламенения смеси.
Взрыв явился следствием реакции хлора с углеводородами, привед-
шей к самовозгоранию продуктов. Давление взрыва превышало началь-
ное рабочее давление в десятки раз, что может быть объяснено только
возникновением реакции в жидкой фазе.
4.2. Источник взрыва - тепловое самовозгорание
1. Опасность взрыва при реакции гидрогенизации в присутствии
никелевого катализатора Релея |245]
При каталитической гидрогенизации полизамещенного ацетонит-
рила, растворенного в метаноле, под высоким давлением (100 бар) и при
Г = 130 °C в гидрогенераторе вместимостью 1 м3 произошло неожиданное
повышение давления до 190 бар и температуры до 160 °C. Аварии не слу-
чилось только благодаря высокому запасу прочности реактора. Рассле-
дование инцидента показало, что причиной выхода процесса из-под кон-
троля послужило образование метана из метанола в присутствии избыт-
ка Релеевского никелевого катализатора и прекращение работы мешал-
ки.
2. Самовозгорание трис-этаиоламин-железа
На стенках аппарата, служащих внутренней стороной рубашки,
используемой для его обогрева, отложился комплекс трис-этаноламин-
377
железа (Fe( -NH2CH,CHfi)3-ЗН,0), температура разложения которого
110 “С. При кратковременной подаче пара в рубашку обогрева этот ком-
плекс самовоспламенился и возникло горение этаноламина, при этом стен-
ки раскалились, кислород был израсходован, а выделяющийся СО2 - по-
глощен моноэтаноламином. Создалось разряжение, которое привело к раз-
рушению аппарата.
3. Самопроизвольная экзотермическая реакция, связанная с бурным
выделением хлора и хлористого водорода [246]
Описан и проанализирован случай возникновения экзотермической
реакции в реакционной смеси, состоявшей из 52,8% хлорированного па-
рафина, 1,5% сажи, 33,4% двуокиси свинца, 5,9% двуокиси марганца и
0,5% “силана". Смесь (-1200 л) была оставлена в стальном реакторе без
перемешивания на выходные дни и через 1,5 суток начала активно реаги-
ровать, что привело к бурному выделению смеси хлора и хлористого во-
дорода. В результате инцидента пострадал 71 чел. Расследование показа-
ло термическую нестабильность реакционной смеси, могущую привести
к взрыву, ее высокую вязкость и низкую теплопроводность. Энтальпия
реакции в интервале 90-500 “С составляет около 3650 Дж/г, а энергия ак-
тивации - около 70 кДж. Предполагается, что причиной аварии явилось
попадание в смесь продукта с повышенной температурой нз предыдущей
стадии процесса.
4. Взрывы^ связанные с быстрым экзотермическим разложением
веществ |247|
В химической промышленности и особенно на предприятиях орга-
нического синтеза большую опасность представляют процессы, связан-
ные с быстрым экзотермическим разложением вещества, сопровождаю-
щиеся выделением большого количества энергии. 27.06.1976 г. на заводе
фирмы Dow Chemicol (Англия) произошел взрыв сушильного аппарата, в
котором находилось 1200 кг 3,5-дннитроортотолуамнда (зеолен), нагре-
вавшегося паром с температурой 130-140 °C. После окончания сушки опе-
ратор остановил установку и прекратил подачу пара, а сутки спустя раз-
дался сильный взрыв. Погиб один человек, нанесен значительный мате-
риальный ущерб.
Температура разложения зеолена составляет 270 °C, но при длитель-
ном адиабатическом хранении разложение началось при 120 °C.
10.07.1976 г. произошел взрыв на заводе фирмы J.C.M.E.S.A. неда-
леко от Милана (Италия). В реакторе для производства 3,4,5-трихлорфе-
378
нола вместимостью 10 тыс.л производился нагрев многокомпонентной
смеси. Нагрев осуществлялся паром, циркулирующим в змеевике при тем-
пературе 190 °C и давлении 12 бар. После окончания реакции температу-
ра смеси составляла 158 °C, а температура непогруженной части змеевика
190 °C. Через 8 ч температура на поверхности смеси достигла 180 °C, раз-
дался взрыв и произошел выброс смеси из реактора.
В [247] приводятся статистические данные о 134 подобных авари-
ях, опубликованных Health and Safety Executive. Наибольшее число ава-
рий приходится на технологические процессы, связанные с реакциями
нитрования и полимеризации. Реакции нитрования характеризуются об-
разованием неустойчивых, склонных к разложению продуктов. При ре-
акциях полимеризации происходит изменение вязкости продукта, что
уменьшает отвод тепла в процессе реакции и способствует его перегреву
до опасных температур.
4.3. Источник взрыве - микробиологическое самовозго-
рание
1. Взрыв при самовозгорании подсолнечного шрота
На Нальчикском комбинате хлебопродуктов в августе 1988 г. про-
изошел мощный взрыв. Он возник в одном из двух многоэтажных силос-
ных складов сырья, в отделении, где хранится подсолнечный шрот. В про-
цессе его самонагревания выделялись газы, которые прн самовозгорании
взрывались. Взрывом, а затем пожаром разрушены нижние галереи, два
силосных отделения, другие примыкающие к складу постройки. Выведен-
ному из строя крупнейшему комбинату (производил 400 т комбикормов в
сутки) был нанесен ущерб в десятки тысяч рублей. Имелись человеческие
жертвы; от полученных ран скончались двое из девяти доставленных в
больницу работников, дежуривших на предприятии. Двое человек, рабо-
тавших в смене, пропали без вести.
2. Взрыв при самовозгорании семян подсолнечника
На Томиловском элеваторе Куйбышевской области хранилось бо-
лее тысячи тонн семян подсолнечника с повышенной влажностью. Соглас-
но инструкции, засыпать в элеваторы семена подсолнечника следует с
влажностью не более 17% и содержанием сорных примесей - не более 10%.
С полей подсолнечник везли с влажностью до 30% и сорностью до 37% и
без сушки закладывали в элеватор. В результате в силосах начался в сы-
рой массе подсолнечника под давлением процесс самонагревания, привед-
379
ший к поднятию в ней температуры до опасных величин и образованию
взрывоопасной смеси газов, содержащей метан и водород.
Примерно через б месяцев хранения начались пожары и взрывы.
С 7 по 31 января 1988 г. возникли 23 пожара, 20 января взрыв обрушил
угол корпуса элеватора. 31 января новый взрыв вызвал обрушение пере-
крытия еще одного корпуса и гибель двух работников элеватора.
3. Взрывы при самовозгорании зерна
В марте 1988 г. на элеваторе Коготовского комбикормового заво-
да Рязанской области произошел взрыв, в результате которого были раз-
рушены перекрытия над 6 силосами. Причиной взрыва явилось наруше-
ние технологии хранения зерна. Министерство хлебопродуктов РСФСР
дало разрешение на приемку частично проросшего зерна с солодовым за-
пахом. Недостаточно просушенное, оно не потеряло биологической ак-
тивности и подверглось самонагреванию и самовозгоранию, приведшему
к взрыву.
62% всех взрывов в промышленности приходится на зерноперера-
батывающую промышленность. Из них 48% взрывов приходится на про-
изводство кормов, 25% - на мельницы, 23% - на хранилища и 4% на про-
чие производства. Наиболее частая причина пожаров и взрывов в бунке-
рах и хранилищах - самовозгорание растительных продуктов [248]. Вы-
зываются они, главным образом, нарушением технологии - складирова-
нием продуктов с повышенной влажностью, пренебрежением к удалению
пыли, совместным хранением продуктов с различными биохимическими
свойствами и др. Самовозгорание обычно обнаруживается по выходяще-
му дыму и пару.
За период 1977-1982 гг. в мире по причине взрывов и пожаров
в силосных башнях погибло 97 чел. и ранено 234 чел., во Франции 14 чел.
погнблои 15чел. ранено [249]. За последние 8 лет(1980-1987 гг.) во Фран-
ции произошло 7 взрывов в силосных башнях, 8 взрывов в башнях для
производства сухого порошкового молока [250]. В США в 1985 г. про-
изошли 22 взрыва на зерновых элеваторах и погибли 4 чел. [251].
4.4. Источник взрыва - возгорание
1. Возгорание н взрыв сжиженного углеводородного газа (СГ) |252,
256,257]
19.11.1984 г. в Мексике на промышленном предприятии “Сан Хуа-
нико”, где собирался и хранился углеводородный газ (пропан, бутан и их
смеси) для распределения его между оптовыми потребителями, произош-
ло
ла одна из крупнейших аварий в истории современной промышленности.
Центр предприятия представлял собой резервуарный парк размером
100x100 м, состоящий из 6 сферических и 48 цилиндрических емкостей для
хранения 16000 м3 (8000 т) сжиженного углеводородного газа (рис. 4.4а).
На начало аварии энергонасыщенность резервуарного парка составляла
600 кг топлива/м2. Вокруг хранилища располагались другие объекты. От
территории промышленной зоны до жилых кварталов населенного пунк-
та было ~ 150 м. Катастрофа произошла во время пополнения запаса СГ.
К ее началу были заполнены 2 шаровых цистерны вместимостью
по 2400 м3; 48 вертикальных цилиндрических (от 36 до 270 м3) и несколько
шаровых цистерн (по 1500 м3) наполнились на 50%. Всего в хранилище
находилось около 11000 м3 газа, когда на насосной станции было обнару-
жено падение давления из-за аварийной утечки СГ. Она возникла предпо-
ложительно через поврежденную трубу 0 100 мм между рядом цилинд-
рических цистерн и одной из шаровых. Это привело к загазованности тер-
ритории склада и распространению облака взрывоопасной смеси паров
СГ с воздухом на участок 150x200 м за его пределами.
Воспламенившись, частично ограниченное облако паров СГ сде-
тонировало. Под действием теплового излучения и ударной волны взры-
ва начала развиваться авария: были повреждены резервуары и трубопро-
воды, возникло факельное горение паров СГ. Самыми мощными деструк-
тивными процессами в ней стали взрывы резервуаров с перегретой жид-
костью и огненные шары. Они имели от 600 до 200 м в диаметре и суще-
ствовали от 90 до 30 с.
Отдельные резервуары и их фрагменты были найдены на расстоя-
ниях до 1200-2000 м от склада. При взрывах было зарегистрировано зем-
летрясение силой до 0,5 балла по шкале Рихтера.
Воспламенение облака СГ вызвало массовые пожары жилых зда-
ний и резервуаров СГ на складе. Состояние предприятий “Сан Хуанико”
и его окрестностей после аварии показано на рис. 4.4 б), где черными пря-
моугольниками обозначено местонахождение разлетевшихся цилиндри-
ческих резервуаров, черными кругами - частей сферических резервуаров.
Пострадавшие районы городской застройки показаны штриховкой чер-
ного цвета.
В результате аварии полностью уничтожено само предприятие, со-
седние с ним промышленные объекты и прилегающие дома в кварталах
городской застройки. Погибли около 500 и 7000 человек серьезно постра-
дали. Более 200000 человек власти эвакуировали из района аварии.
Расследование проводили представители Шведского страхового
общества Skandia, организации противопожарной защиты (NFPA) США
и нидерландского института прикладных исследований (NTO).
381
до взры®®
„«тия-СанХУ-н-*0 «
4 д-a. Лл*н
рис. 44
382
Рис. 4.4-6. План предприятия “Сан Хуанико” после взрыва
383
Место и время начало истечения паров СГ точно установить не уда-
лось. Наиболее правдоподобными являются две гипотезы: трещина в од-
ном из межустановочных трубопроводов; срабатывание предохранитель-
ного клапана при переполнении резервуара с СГ. Источником воспламе-
нения облака паров послужило, вероятно, открытое пламя факельного
устройства на крыше секции наполнения баллонов СГ в складе баллонов.
На основе анализа обстоятельств аварии комиссия пришла к выво-
ду, что одной из причин было устаревшее оборудование. Персонал плохо
знал свои обязанности в случае аварии; отсутствовали приборы для об-
наружения утечки СГ и своевременного ее предотвращения; расстояние
от хранилища до ближайших жилых домов было недостаточным. Комис-
сия полагала, что это расстояние для таких опасных объектов должно быть
не менее 400 м, хотя и оно не гарантирует безопасности от разлетающих-
ся при взрыве обломков.
2. Взрыв железнодорожной цистерны с жидким пропаном [254]
В июле 1973 г. в г. Кинг мен (США. штат Аризона) после загорания
железнодорожной цистерны (Ц) с жидким пропаном произошел взрыв, в
результате которого погибло 13 чел., ранено 85 чел. Горение возникло при
перекачке пропана в складской резервуар по трубам, проложенным под
землей. Перекачка производилась по методу перепада давлений. Пожар
произошел в результате загорания паров пропана, выходивших из верх-
него люка Ц. К моменту прибытия пожарных наблюдалось активное го-
рение Ц. Пожарные начали тушение с охлаждения Ц водой, подаваемой с
расстояния 400 м. Несмотря на охлаждение Ц взорвалась и разрушилась.
Половина корпуса Ц была отброшена на расстояние 400 м. В момент взры-
ва на уровне земли образовался огненный шар радиусом 60 м, который
затем преобразовался в грибовидное огненное облако диаметром 300 м.
Облако быстро рассеялось, однако привело к загоранию пяти зданий и
образованию нескольких пожаров кустарника. В момент взрыва на рас-
стоянии 45 м от Ц находились 13 пожарных, 12 из которых погибли от
полученных ожогов. Многие из посторонних наблюдателей, находившихся
на расстоянии до 300 м, получили ранения и ожоги. Причины загорания
не установлены.
3. Взрыв облака паров пропилена
В Ист-Сент-Луисе (США) в январе 1972 г. произошел взрыв обла-
ка паров пропилена на железнодорожном транспорте. При формирова-
нии железнодорожного состава была пущена к нему с “горки" цистерна с
384
пропиленом. До нее в этом же направлении был направлен пустой хоппер
(саморазгружающийся вагон). Хоппер не успел пройти полный путь и сце-
питься с формирующимся составом. Тормозная система, установленная
на пути движения цистерны с “горки”, не замедлила достаточным обра-
зом ее ход, и она ударила хоппер на большой скорости. Подброшенный
вверх хоппер своим механизмом сцепки пробил отверстие в цистерне с
пропиленом. Два вагона затем прошли путь - 300 м, при этом происхо-
дил разлив жидкого пропилена вдоль пути и его испарение. Облако заго-
релось в служебном вагоне на некотором расстоянии от того места, где
остановились эти два вагона. Вслед за пожаром произошел мощный взрыв,
в результате которого было ранено 176 человек и причинен ущерб 7,6 млн.
долларов. Тротиловый эквивалент взрыва соответствовал примерно 0,2“ г.
энергии, определенной по теплоте сгорания всего пролитого горючего.
4. Взрыв облака паров циклогексана |153|
1 июня 1974 г. в Фликсборо (Англия) на заводе компании Nypro
Work произошел мощный взрыв парового облака с последующим круп-
ным пожаром. Погибли 28 чел.. 36 чел., находившихся на территории пред-
приятия, и еще 53 чел. вне ее получили ранения.
Как установлено, временно подсоединенная к двум реакторам цеха
окисления циклогексана труба с двумя сильфонами вышла из строя, что
вызвало выброс через отверстие размером 0,7 м примерно 40 т цикло-
гексана, находившегося при температуре 155 °C и давлении 0,9 МПа. Это
горючее, быстро испаряясь, образовало большое облако. Его зажигание
произошло, по всей вероятности, от печи водородного цеха, находивше-
гося на некотором расстоянии от места утечки (рис. 7.3). Возникшее у печи
пламя достигло места расположения парового облака, в котором концен-
трация циклогексана была близкой к стехиометрической. В результате
этого и ускорения пламени произошел сильный взрыв, ударная волна ко-
торого и летящие осколки вызвали серьезные разрушения завода и домов
на расстоянии полутора километров.
Разрушение трубопроводов и резервуаров вблизи места взрыва спо-
собствовало появлению дополнительного горючего для последующего
интенсивного горения. Ущерб заводу и окружающей территории оцени-
вался в 100 млн. долл.
Момент времени, когда произошел взрыв, был установлен по раз-
личным источникам, один из них - часы, находившиеся на предприятии,
которые остановились при отключении питания, другие источники - сви-
детельства жителей, для которых звук взрыва совпал с появлением помех
на телевизионном экране. Доказательством также явилась регистрация
5Я5
атмосферных помех, произведенная в одном из научно-исследовательских
институтов. При проведении экспериментов были зарегистрированы сиг-
налы возмущений в ионосфере.
При обсуждении природы взрыва конденсированные ВВ были ис-
ключены по двум причинам: а) данные вещества не хранились на терри-
тории предприятия; б) взрыв конденсированного ВВ привел бы к образо-
ванию воронки и более серьезным разрушениям.
Оставалось предположить наличие в разбираемом случае взрыва
газообразной фазы в условиях ограниченного или неограниченного про-
странства. Взрыв паро-воздушной смеси в ограниченном пространстве был
исключен на том основании, что на территории предприятия отсутство-
вали здания с большими размерами, могущими способствовать столь силь-
ному взрыву. Поэтому была признана возможность неограниченного
взрыва. Однако такой взрыв должен был охватить несколько тонн горю-
чего пара, чтобы масштабы разрушения достигли уровня, соответствую-
щего случаю аварии во Фликсборо. Разрушение соединительной трубы
между реакторами, о чем говорилось выше, способствовало весьма ин-
тенсивной утечке продукта, в противном случае она была бы заранее за-
мечена операторами. Вся реакторная цепь содержала около 125 т цикло-
гексана при температуре, на 75 °C превышающей точку кипения вещества
при атмосферном давлении. Разрушение трубопровода, очевидно, приве-
ло к мгновенному испарению вещества в атмосферу, причем количество
пара обусловливалось размером отверстия в 0,7 м.
Для расчета ТНТ-эквивалента наземного взрыва определялась сте-
пень разрушений и соответственно уровень избыточного давления
(см. раздел 3) на территории предприятия и вне ее. Из графика рнс. 5.4*’
находилось приведенное расстояние?, соответствующее найденному уров-
ню избыточного давления, затем определялась величина ТНТ эквивален-
та для реального расстояния г из уравнения (24.3)
Z чЗ
('"тнт)^ (16.4)
Результаты полученные рядом авторов, приведены на графике
рис. 6.4. Из него видно, что разброс значений велик. Оптимальное значе-
ние зависимости соответствует ТНТ-эквиваленту 32 т.
*’ Считается, что зависимость, приведенная на рис. 5.4, неприменима для
приведенных расстояний, меньших г = 40м m 1/3, где: m - масса, т;м - метры.
386
106
Взрывы полусферического
заряда ТНТ на
поверхности земли
105
104
103
10 100 юоо
Приведенное расстояние, м т1'3
Рис. 5.4. Соотношение между избыточным давлением
и приведенным расстоянием
В аппаратуре перед выбросом находилось, как указывалось выше,
125 т циклогексана. Доля.вещества, участвовавшего в процессе адиабати-
ческого мгновенного испарения (у), определялась из видоизмененной
зависимости (38.3):
ЙТП ’
(17.4)
где с - удельная теплоемкость вещества;
г2 - температура нагрева вещества;
г, - температура кипения вещества при атмосферном давлении;
бтг,- удельная скрытая теплота парообразования в точке ки-
пения при атмосферном давлении.
Для циклогексана у = 0,35.
Отсюда теоретически могло испариться 125 0,35 - 44 т вещества,
а около 80 т его осталось бы в жидком состоянии (если не считать пренеб-
режимо малого количества вещества, присутствовавшего в парах в виде
капель).
387
Уровень избыточного давления, Па
Рис. 6.4. Зависимость уровня избыточного давления от
расстояния для аварии в Фликсборо.
Обозначения: • 0 □ - данные различных исследователей
Зная величину ТНТ- эквивалента наземного взрыва, равную 32 т, и
величину утечки 44 т, определяли минимальное значение доли участия
энергии парового облака во взрыве (см. с. 326). Исходя из теплот сгора-
ния циклогексана 44,5- 10б Дж/кг и тротила - 45,20-10’ Дж/кг, следует, что
388
1 т циклогексана эквивалента теоретически 10 т ТНТ. Доля участия энер-
32 100 „.
гии 44 т циклогексана во взрыве составила = //о.
_ Для определения зоны разрушений в результате взрыва все насе-
ленные пункты, подвергшиеся разрушению, были распределены по раз-
ным категориям в соответствии с долей повреждений домов: 1) более 80%;
2) 40-80%; 3) менее 40%*'. После того, как все населенные пункты были
отмечены на карте местности, оказалось возможным соединить точки од-
ной категории огибающей, что продемонстрировало отсутствие симмет-
рии в картине разрушений (см. рис. 7.3,6). Использование картины зоны
разрушений позволило выдвинуть предположение о связи между площа-
дью зоны, ограниченной внешней огибающей, и ТНТ-эквивалентом. Для
случая аварии в Фликсборо площадь зоны составила 117 км2. Исходя из
указанной связи, получено следующее выражение:
f3=12.mIHT2Z3 , (18.4)
где Fs - площадь зоны, ограниченной огибающей, которая харак-
теризует легкие разрушения, км2; - величина ТНТ-эквивалента на-
земного взрыва, т.
Как видно из рис. 7.3, пожаром и взрывом были уничтожены все
сооружения в юго-восточной части территории завода; пожар распрост-
ранился на площади около 6 га (15 акров). Этому способствовало склади-
рование на территории завода большого количества легковоспламеняю-
щихся жидкостей.
На площади завода хранились:
циклогексан
растворитель (тяжелый бензин)
бензол
толуол
1250 т
250 т
100 т
40 т
ИТОГО 1640 т
*’ При исследовании зоны разрушений вся территория делилась иа ячейки
равной площади и рассчитывался процент разрушенных домов для каждой ячей-
ки. Максимальная площадь выбранной ячейки не превышала 1 км2.
389
5. Взрыв облака пропана (153]
а) В Порт-Хадсоне (штат Миссури, США) произошел 09.12.1970 г.
взрыв облака пропана. Происшествие могло стать самым крупным за всю
историю случаем взрыва парового облака, однако оно произошло в ма-
лонаселенном районе города и взрыву предшествовал определенный пе-
риод времени, позволивший эвакуировать некоторое число жителей.
В результате взрыва жертв не было, за исключением получивших легкие
травмы.
Причиной взрыва явился разрыв 200 мм подземного трубопрово-
да, по которому осуществлялась транспортировка жидкого пропана под
давлением 6 МПа. После разрыва трубопровода и образования фонтана
над ним прошло 20 мин до возгорания, произошедшего в результате про-
никновения парового облака в здание склада, сооруженное из бетонных
блоков и расположенное в 300 м от места утечки по направлению ветра.
В здании находилось оборудование глубокого охлаждения и, вероятно,
искровой разряд в термостате привел к возгоранию.
В результате первого взрыва здание было разрушено, тогда как
прилегающие к месту аварии здания не подверглись полному разрушению.
Количество разлившейся из трубопровода жидкости составило пример-
но 60 т. Оценка состояния парового облака показала следующие его раз-
меры: в длину 500 м, в ширину 16-20 м, в высоту 4-7 м. Такое облако
покрывало площадь около 6 тыс. м2. Нижеприводимые аналитические со-
поставления позволяют считать режим взрыва этого облака дефлаграци-
онным.
Единственное разрушение, как указывалось выше, было вызвано
первичным ограниченным взрывом; здание, находившееся в непосред-
ственной близости от точки зажигания, лишь частично разрушилось, сте-
ны его не пострадали. Имевшиеся на нем орнаментные структуры и ог-
раждения, а также телеграфный столб остались нетронутыми. Приведен-
ные на диаграмме (рис. 7.4) сравнительные данные о количестве разру-
шенных зданий вблизи места аварий в Порт-Хадсоне и Фликсборо
(см. выше п. 4) в зависимости от удаления от него позволяют предполо-
жить об отсутствии в них существенных различий. Случай аварии в Фликс-
боро также признан случаем дефлаграционного взрыва.
Используя методику, основывающуюся надопущении, что площадь
зоны легкого разрушения пропорциональна величине ТНТ-эквивалента
в степени 2/3 (см. формулу (18.4)), была оценена путем сравнения зон раз-
рушения в Порт-Хадсоне и Фликсборо величина их ТНТ-эквивалента.
Поскольку зона легких разрушений при аварии в Порт-Хадсоне была
в 1,6 раза больше аналогичной зоны для случая аварии в Фликсборо,
390
ТНТ-эквивалент в первом случае в 1,6 т раза мог превышать ТНТ-экви-
валент другой аварии. Если ТНТ-эквивалент аварии в Фликсборо был
принят равным 32 т, тогда разрушения в случае аварии в Порт-Хадсоне
могли быть вызванными наземным вторичным взрывом, соответствовав-
шим ТНТ-эквиваленту величиной 32-l,6w»44т.
3 4 5 6 78910
-| г я Г-ГГП98
В 95- .
о А
S
х
I 90-
tn ,
а
| 80-
= 70-
а
а
! 6ОГ-
§
| 50---------
|4°-
|зо-
! 20-
У
I
* 101_______1
1 2
95
90
J__I ' I I I 10
3 4 5 6 78 9 10
Расстояние, км
Ямс. 7.4. Зависимость количества разрушенных домов
от расстояния до эпицентра взрыва:
ф - данные по аварии в Порт-Хадсоне;
Д - данные по аварии во Фликсборо
Рассчитывая ТНТ-эквивалент по формуле (21.3) с учетом пролито-
го горючего (60 т), получили:
0,0444 О т 0,0444 46,4 106-60 10’
4520 Ю3 “ 4520 10’ - 27347 кг,
391
где Q, - теплота сгорания пропана, Дж/кг;
- масса пропана, кг.
Все основные разрушения в радиусе 8 км были вызваны вторичным
взрывом, который был инициирован взрывом в здании.
б) Подсчитано [255], что при взрыве в автомобильном туннеле бал-
лона с 45 кг газа пропана и его возгорании примерно 40 м автомагистра-
ли будет охвачено огней.
6. Взрыв железнодорожной цистерны с диметиловым эфиром (153]
28 июля 1948 г. на предприятии компании BASF в Людвигсхафене
(ФРГ) произошел взрыв железнодорожной цистерны. Цистерна получи-
ла большие повреждения, в результате чего произошла полная утечка ее
содержимого - 30,4 т диметилового эфира. В результате взрыва образо-
вавшегося парового облака погибли 207 чел. и 3808 чел. получили ране-
ния, из них 500 - серьезные. Материальный ущерб составил около 25 млн.
долл, (по курсу 1983 г.). ТНТ-эквивалент по расчетам был равен 20-60 т,
площадь зоны полного разрушения составила около 40 тыс. м2, а с уче-
том площади зоны серьезных разрушений - 300 тыс. м2.
При расследовании причины взрыва были выдвинуты две версии:
а) цистерна была переполнена и при ее нагреве под действием солнечной
энергии произошел гидравлический разрыв; б) разрыв произошел под
действием давления пара внутри цистерны, что объясняется дефектом ее
конструкции.
При анализе первой версии использовались следующие данные:
Объем цистерны равнялся 50,2 м3. Цистерна была защищена от прямых
солнечных лучей деревянным экраном, поэтому более вероятно предпо-
ложить, что температура вещества близко соответствовала максимальной
температуре воздушного пространства, т. е. максимальной температуре в
тени. Цистерна была ориентирована с севера на юг, что обеспечивало
минимальную площадь нагрева под действием солнечной энергии в сере-
дине дня. Согласно полученной информации, максимальное значение тем-
пературы в тени 28 июля 1948 г . достигало 32 °C. В качестве более веро-
ятной принималась температура в 29 “С, т. к. обеспечивался градиент тем-
ператур между воздушной средой в тени и жидким содержимым цистер-
ны.
Плотность диметилового эфира при 29°С равнялась приблизитель-
но 0,645 т/м3, отсюда объем, занимаемый продуктом, составил
30,4:0,645 = 47,13 м3.
392
Процентное отношение незаполненного объема к общему объему
цистерны равнялось
W2-47;1 3)100 = 6iy/o
50,2
Сравнение полученной величины со значением 5%, регламентиро-
ванным существующими правилами, позволило сделать вывод о том, что
цистерна не была переполнена.
При анализе второй версии использовались данные металловедчес-
кой эспертизы. По ее результатам цистерна была изготовлена с примене-
нием метода сварки, впоследствии вышедшего из употребления; повреж-
дение цистерны произошло вдоль продольного сварного шва (около 80%
всей его длины) и, хотя прочность сварного шва обычно составляет не
менее 90% прочности металла, не затронутого сваркой, имелись отдель-
ные участки сварного шва, прочность которых была меньше указанной
величины.
Заключение металловедческой экспертизы сводилось к тому, что
разрыв резервуара, очевидно, можно объяснить трещиной, образовавшей-
ся в одной из точек на верхней части продольного шва. Это могло про-
изойти в результате воздействия давления, которое находилось в нормаль-
ных пределах. Количественных данных, подтверждающих сделанный вы-
вод, экспертиза не содержала, что вносило в него известную неопределен-
ность.
Однако в пользу второй версии свидетельствовали имеющиеся фак-
ты из истории эксплуатации цистерны. За год до этого случая цистерна
пострадала при аварии (вышли из строя ее вентили). Никаких расследо-
ваний этой аварии не производилось. Впоследствии цистерна принадле-
жала предприятию, выпускающему аммиак, который в ней перевозился.
Безводный аммиак способен воздействовать на хрупкостные свойства не-
которых сталей.
Экспертиза однако к окончательному выводу не пришла из-за не-
достаточности доказательств для правильного суждения о причине ава-
рии.
7. Взрывы паров пропилена
а) взрыв автоцистерны с жидким пропиленом [1531
Во время движения автоцистерны, которая везла 23,5 т жидкого
пропилена по дороге, расположенной в местечке Сан-Карлос де-ла Рапи-
та (Испания), разорвалась оболочка цистерны и образовалось горючее
393
облако паровоздушной смеси. Воспламенение облака привело к крупно-
му пожару с гибелью 215 чел., из которых 100 чел. скончались сразу,
а 115 чел. - позже в результате полученных ожогов; 67 чел. получили ожоги
и вынуждены были проходить курсы лечения различной продолжитель-
ности. На территории в 50 тыс. м* (5 га) были сильно повреждены здания
и автомобили (радиус эквивалентного по площади круга - 125 м). Неко-
торые обломки цистерны отлетели в различных направлениях от места
аварии на расстояние до 300 м.
По показаниям одного из свидетелей, он сначала услышал подо-
зрительный грохот, а затем примерно через 2 мин раздался мощный взрыв.
Возник огненный шар, жар от которого был настолько нестерпим, что он
выскочил из машины и бросился в море, находившееся рядом с дорогой.
Радиус сильного дискомфорта (но не ожогов) составил примерно 200 м.
Автоцистерна состояла из тягача и полуприцепа с цистерной, ко-
торая имела неправильную форму цилиндра. Диаметр ее передней части
был несколько меньше диаметра задней части, составлявшего 2,3 м. Дли-
на прямой линии до крышки равнялась 10 м, торцевые части имели полу-
сферическую форму, толщина стенок не менее 8 мм. Рабочее давление ци-
стерны - 18 бар, давление при испытаниях - 30 бар (давление паров про-
пилена при 21 °C составляет примерно 10 бар).
Предохранительный клапан на цистерне отсутствовал.
Цилиндрическая часть цистерны была выполнена из низкоуглеро-
дистой стали, предел прочности которой при разрыве составлял
81,2 кг/ммг, а торцевые части были выполнены из стали другой марки с
пределом прочности при разрыве 67,1 кг/ ммг.
Номинальный объем цистерны 45 м3, что эквивалентно 24930 кг
жидкого пропилена при 4 °C. Допустимая загрузка цистерны составляла
19350 кг (80% объема цистерны).
Причиной разрушения цистерны явилось ее переполнение.
В цистерне отсутствовало необходимое свободное пространство для
паров пропилена, испарявшегося внутри ее вследствие высокой темпера-
туры окружающей среды.
Важным вопросом является выяснение природы аварии: был ли это
пожар или взрыв паровоздушной смеси, или же их комбинация.
Для решения этого вопроса анализировался характер разрушений
и травм полученных людьми.
В пользу взрыва говорило следующее:
- ряд свидетелей подтверждали, что слышали звук взрыва перед
образованием огненного шара;
- некоторые здания и сооружения получили сильные механические
повреждения или были полностью разрушены;
394
- некоторые осколки цистерны были найдены на расстоянии сотни
метров от места аварии.
Следует отметить, что неспециалистам трудно было отличить яв-
ление разрыва оболочки при превышении допустимого давления от взрыва
парового облака или взрывчатого вещества.
В пользу преимущественного влияния пламени горевшего облака
говорили трупы погибших, обгоревших до неузнаваемости. Это вряд ли
могло произойти лишь под действием взрыва, длящегося доли секунды.
Соотношение убитых и раненых (215:67) также нетипично для взры-
ва. При наблюдавшихся взрывах паровоздушной смеси это соотношение
составляло 1:3-18.
Разрушение зданий и сооружений можно объяснить действием со-
здавшегося осколочного поля цистерны - часть осколков массой в несколь-
ко тонн пролетели сотни метров и некоторые из них попали в здания. На-
личие в одном из зданий следов взрыва объяснялось проникновением па-
ров пропилена и последующим их воспламенением внутри здания от
внутреннего источника или огненного шара.
В подтверждение сказанного говорит такой факт. На расстоянии
75 м от места аварии был полностью разрушен павильон, под обломками
которого погибли четыре человека. На расстоянии 20 м от места аварии
стоял мотоцикл, который остался на том же месте, но полностью обго-
рел.
Взрыв, вызвавший разрушение цистерны, обусловлен энергией,
выделившейся при мгновенном испарении жидкости.
Перед разрывом цистерны ее содержимое занимало объем 45 м\
после разрыва цистерны и мгновенного испарения жидкого пропилена его
объем должен был возрасти примерно до 4000 м3. Согласно имеющимся
оценкам, при переходе 24 т сжиженного пропилена при 20 °C в газообраз-
ное состояние выделяется энергия, эквивалентная 260 кг ТНТ. На разрыв
оболочки затрачивается не вся потенциальная энергия. При хрупком раз-
рушении сосуда под давлением выделяющаяся энергия распределяется
следующим образом: 20% - кинетическая энергия осколков, 80% - энер-
гия ударной волны.
Характерным подтверждением того, что имел место физический
взрыв, являются образование и разлет цилиндрических осколков с отно-
шением длины к диаметру 3:1 или 4:1. Осколки таких размеров должны
иметь огромную скорость не только в случае разрыва сосуда под давле-
нием с горючими сжиженными газами, но и с негорючими, такими, на-
пример, как фреон. На рис. 8.4 показан разлет и местоположение оскол-
ков.
395
Рис. 8.4. Разлет и местоположение осколкоа
Как следует из рис. 8.4, задняя оборвавшаяся часть цистерны при
полете способствовала образованию огромной струи испаряющегося про-
пилена. ударившей в направлении, противоположном движению этой ча-
сти цистерны. Удар газожидкостной струи общей массой 12 т попал в сте-
ну под углом в 45° и разрушил ее. Основанием для такого вывода служит
тот факт, что механическое повреждение, вызванное энергией удара ос-
колка цистерны, привело бы лишь к пролому в стене, однако стена оказа-
лась разрушенной полностью, а фундамент остался неповрежденным.
Высказывалось соображение, что обстоятельства разрушения цистерны
и выброс паров на большое расстояние по поверхности земли не способ-
ствовали образованию огненного шара. Кроме того, верхний предел вос-
пламенения для пропилена 10,3% (об.) и ограниченная максимальная ско-
рость движения фронта пламени - 5,1 м/с делают несостоятельным пред-
положение о предварительном наличии единичного источника воспламе-
нения, могущего воспламенить все облако в течение нескольких секунд.
6) Взрыв паров пропилена, выброшенного из аппаратуры
На заводе фирмы Reinische Olefinwerke Wesseling в ФРГ в 1985 г.
произошел взрыв 5 т пропилена. Выброшены из аппаратуры пропилен
образовал плоское облако вблизи поверхности земли, которое затем взор-
396
валось. Анализ разрушений показал, что максимальное давление во взрыв-
ной волне составило 0,2 бар. Однако в отличие от взрыва взрывчатых ве-
ществ в данном случае давление во взрывной волне снижалось медлен-
нее, чем обычно, что привело к значительному разрушению остекления
зданий на расстоянии до 500 м от центра взрыва [236].
8. Взрывы аммиака
а) На фабрике мороженого в декабре 1983 г. в г. Хьюстон (США)
произошел взрыв в результате утечки аммиака нз компрессоров рефри-
жераторной системы, расположенной в подвале. Взрыв разрушил все зда-
ние фабрики. Предполагается, что источником воспламенения явилось
электрооборудование [258].
б) На Ярославском мясокомбинате произошел в июне 1988 г. взрыв
холодильной емкости. В цехе приготовления пельменей при профилакти-
ческой разморозке охлаждающей системы не выдержала давления труба,
произошел выброс в атмосферу аммиака, который проник в соседнее по-
мещение и взорвался. Двое рабочих погибли, пятеро госпитализированы.
Предполагается, что причиной взрыва явилось электрооборудование.
9. Взрыв иа установке синтеза аммиака [259]
Взрыв на установке синтеза аммиака был вызван внезапным хруп-
ким разрушением питающего трубопровода. Разрыв трубы привел к зна-
чительным вторичным разрушениям и человеческим жертвам. Анализ
аварии показал, что причиной взрыва послужила сильная водородная кор-
розия или необратимое водородное охрупчивание металла трубы. Этот
процесс, протекающий по реакции Fe,C+4H^>3Fe+CHt, переводит це-
ментит Fe3C в железо с потерей прочности, а главное - способствует об-
разованию микрополостей, в которых скапливается метан. По мере на-
копления газа давление в полостях повышается до больших величин, про-
исходит рост полостей до образования раковин, которые в еще большей
степени снижают прочность металла. Анализ показал, что на установке
выбор марки стали был сделан по устаревшей диаграмме без всякого за-
паса надежности.
10. Разрушение абсорбера, работавшего под высоким давлением [260]
В 1984 г. на одном из нефтеочистительных заводов США произо-
шел разрыв стенок абсорбера для поглощения аминами H,S из смеси газо-
образных пропана и бутана. Стальной сосуд высотой 18,8 м и диаметром
397
2,6 м со стенками толщиной 25 мм был разорван на 2 части и верхняя часть
длиной около 14 м была отброшена на расстояние! км. В результате взры-
ва погибли 17 рабочих и возник крупный пожар. Расследование причины
взрыва абсорбера показало, что перед аварией он работал в нормальном
режиме при давлении 1,4 МПа и температуре 38 °C. Разрыв произошел по
серии трещин, образовавшихся вблизи сварного поперечного шва, с по-
мощью которого одна секция обечайки была присоединена к другой.
Установлено, что причиной образования трещин была водородная кор-
розия и общее увеличение хрупкости металла под действием водорода.
Абсорбер эксплуатировался с 1970 г., за это время он каждые 2 года об-
следовался и ремонтировался.
11. Взрыв паров бензина (261 ]
На бензозаправочной станции велись демонтажные работы. Три
подземных резервуара были освобождены от остатков топлива, подняты
на поверхность и проверены. В непосредственной близости от работ со-
блюдались все меры пожарной безопасности, но один из рабочих неосто-
рожно попытался передать радиосообщение из автомобиля, поставлен-
ного достаточно близко от места проведения работ. В момент включения
радио пары бензина, скопившиеся вокруг заправочной станции, взорва-
лись. Скоплению паров бензина низко над землей способствовала боль-
шая влажность и почти полное отсутствие ветра.
12. Взрыв иа установке по очистке бутадиена [262)
23.10.1969 г. взорвалась колонна на установке по очистке бутадие-
на фирмы “Юнион Карбайд” в Техас-Сити. Секция весом около 363 кг
пролетела 914 м. Очевидцы отметили два громких взрыва: первый взрыв,
связанный с разрушением колонны, второй - с воспламенением газов, вы-
ходящих из разрушенных емкостей. Пожар был ликвидирован 26.10.69 г.
Ущерб, нанесенный установке по производству олефинов, был таков, что
понадобилось 4 месяца для ее ремонта.
Процесс в колонне очистки производился путем удаления бутадие-
на из более тяжелых компонентов С4, винилацетилена и фракции С5. Обыч-
ный рабочий процесс сводился к поддержанию в остатке концентрации
винилацетилена около 35%. Давление в колонне поддерживалось 4,2 ати
при температуре в кубе около 60 “С. Для извлечения кислорода из систе-
мы в нее впрыскивали 12%-ный раствор нитрита натрия.
Опыт работы установки и исследования возможности ее взрыва
свидетельствовали о том, что винилацетилен 35%-ной концентрации не
398
создавал взрывобезопасной ситуации. Другие испытания показали, что
требовались очень мощные запасы энергии (температура на поверхно-
сти 618 °C) для разложения винилацетилена 48% концентрации.
Для установления причины пожара и взрыва проводилась работа,
состоящая из следующих этапов.
I, Восстановление колонны из кусков корпуса и вспомогательного
оборудования. С этой целью обследовалась вся площадь, охваченная
взрывом. Определялись и помечались все куски и осколки разрушенного
оборудования на схематическом плане установки. Затем они собирались
с восстановлением по возможности первоначального вида колонны. Соз-
давалась “реставрационная” диаграмма колонны с указанием характери-
стик различных ее частей, например, толщины обечайки, типа и место-
расположения фланцев, сварочных швов обечайки и кольцевых лотков,
колец тарелки, изоляционных колец и т. д., достаточных для идентифи-
кации. Результаты такой работы показаны на рис. 9.4. Основная невос-
становленная секция имела обечайку из стали толщиной ~ 1,6 см (тарел-
ки 10-17). Разбросанность тарелок 10-17 и их кусков малого размера сви-
детельствуют о том, что в этом районе действовали наибольшие разру-
шающие силы.
При исследовании было обнаружено, что края многих кусков были
рваными, в то время как поверхность других кусков была гладкой, при-
чем в некоторых местах произошло их утоньшение под влиянием растя-
жения. Вид краев обломков является важным показателем быстроты из-
лома. Куски с рваными краями могли образоваться при увеличивающих-
ся трещинах в материале, что характерно для процесса происходящего со
скоростью - 609 м/с. Меньшая скорость разрушения-сдвига ( на рис. 9.4
помечена буквой S) была равна —152 м/с. Ее устанавливали по истончен-
ности краев. Обломки, помеченные буквой С на рис. 9.4, были поврежде-
ны при ударе о другие предметы, в результате чего определить направле-
ние разрушения не представилось возможным. По отметинам, мелким ос-
колкам и направлению прокола соседней колонны можно было судить о
том, что взрыв произошел выше уровня земли, а именно в секции между
тарелками 10-15.
Исследование колец тарелок обнаружило, что все тарелки выше
секции, содержащей тарелки 10-15, были выброшены волной взрыва
вверх, в то время как кольца тарелок оказались неповрежденными. Ниж-
ние 10 тарелок были смещены скорее пульсацией давления, чем мгновен-
ным действием взрыва. Это объясняет, почему кольца тарелок остались
на обломках корпуса в нижней части колонны.
Колонна очистки имела два вертикальных кипятильника с есте-
ственной циркуляцией, подогреваемых глухим паром 1,05 ати, поступаю-
399
щим в межтрубное пространс'1 во. Во время шрыва оба кипятильника ото-
рвались от колонны и их о । несло на расстояние от 9 до 18 м.
Рис. 9.4. “Реставрационная" диаграмма колонны. Верхняя и нижняя
части диаграммы, заштрихованные перекрестными штрихами -
уцелевшие тарелки. Стрелки указывают направление разрушения.
Пометки буквой S означают сдвиг, а букаой С - поврежденные
края. Цифрами обозначены номера тарелок
400
2. Восстановление условий работы установки до взрыва. Исследо-
ванием установлено, что в условиях почти полного орошения колонны
происходило непрерывное подтекание бутадиена через клапан отбора вер-
хнего продукта. В результате более 8 ч нарушался фракционный состав в
колонне. Легкие компоненты оказались вверху, в то время как тяжелые
компоненты были сконцентрированы в ннжней секции. В тарелках
7-15 снизу создавалась максимальная концентрация винилацетилена в 60%
(мол.). Уровень жидкости в кубе падал ниже допустимого, необходимого
для обеспечения залива трубок в кипятильнике.
Выводы
Реакция на поверхности не залитых трубок под влиянием не уста-
новленного инициатора, возможно NaNov могла привести к термополи-
меризации продукта. Условиями для такого процесса были:
1) перегретый пар под давлением 1,05 ати с максимальной темпе-
ратурой 157 °C; 2) значительный период, когда уровень в кипятильнике
был низким; 3) возрастание температуры конденсата.
В результате пять трубок кипятильника (обнаружены после взры-
ва) под влиянием давления и температуры взорвались. Удар и выделив-
шееся дополнительно тепло способствовали разложению высококонцен-
трированного пара винилацетилена в кипятильнике, создавая волну фрон-
та горения, охватившую колонну. На тарелке 14 ( или около) давление и
температура были столь высоки, что вызвали детонацию жидкости, со-
держащей около 60% винилацетилена. С этой точки колонны пошли тре-
щины вверх и вниз, нижние 13 м колонны разрушились и колонна упала.
Из систем, окружавших колонну, выделилось большое количество угле-
водородов, послуживших топливом для их воспламенения и возникнове-
ния общего пожара на объекте.
13. Взрыв на опытно-промышленной установке получения
водорода |322]
19 февраля 1990 г. в корпусе опытно-промышленной установки по-
лучения водорода производства гексаметнлендиамина (ГМД) и себаци-
ната гексаметилендиамина (СГ) Ровенского ПО “Азот” произошел взрыв.
В результате этого взрыва погибло два человека, четверо получили теле-
сные повреждения различной степени тяжести, практически полностью
было разрушено здание установки, повреждены технологическое обору-
дование и наружные сооружения. Прямой материальный ущерб от ава-
рии составил 484 тыс. руб.
401
Характеристика технологического процесса на установке
Установка получения водорода предназначалась для обеспечения
водородом комплекса по производству I МД и СГ. Водород получался
методом диффузионного выделения из продувочных газов производства
аммиака на мембранах из палладиевого сплава В-1 под давлением 20 МПа
(200 кге/смг) при температуре 450-480 °C. Производительность установки
составляла 1200 нма/ч водорода с содержанием 95% об.
Продувочный газ из цеха аммиака представлял собой примерно
смесь водорода (59,6%). азота (21,2%), мегана (6,5%>), аргона (4,5%), ам-
миака (8,6%) со следами оксида, диоксида углерода, а также масла
(3,6 мг/ма). Некоторые физико-химические и пожаровзрывоопасные свой-
ства перечисленных горючих газов приведены в табл. 6.4.
Таблица 6.4
Физико-химические и пожаровзрывоопасные свойства горючих
газообразных компонентов, входящих в состав продувочного газа
Показатель Водород Метан Аммиак
Химическая формула Н:; СН4 NH3
Молекулярная масса, М, кг/кмоль 2.016 16,043 17,03
Плотность газовой фазы при 20 °C и 101,3 кПа, кг/м3 0.0837 0,668
Плотность по воздуху 0.0695 0,554 0,589
Низшая теплота сгорания CL мДж/кг мДж/м3 120 10.83 49,94 35,76 18,58
Высшая теплота сгорания, Ов, мДж/м^ 12,8 40,16 14,13
Температура самовоспламенения, Тсе, °C 410-590 545-800 650
Нижний концентрационный предел вос- пламенения, НКПВ, % об. 4 5-5.28 15
Верхний концентрационный предел вос- пламенения, ВКПВ, % об. 75 14,1-15 28
Температура пламени, Тг, °C 2400 I960 1777
Нормальная скорость горения, К, м/с 2 7-3,05 0,34-0,37 0,23 при 150 °C
Степень увеличения давления при сгора- нии стехиометрической смеси в закрытом объеме, п 7 39 8,2 6
Минимальная энергия зажигания, мДж 0 017 0,29 680
Показатель адиабаты, К 1.41 1,312
402
Из табл. 6.4 видно, что из горючих газов, входящих в состав про-
дувочного газа, наиболее пожаровзрывоопасным является водород.
Он характеризуется очень низким значением минимальной энергии зажи-
гания, поэтому водородо-воздушная смесь может воспламеняться от очень
слабого источника зажигания, например, искры разряда статического элек-
тричества с тела человека, широким диапазоном концентраций, в кото-
ром водородо-воздушная смесь устойчиво горит, гораздо более высокой
(в 8-10 раз), по сравнению с воздушными смесями других горючих газов
и паров, скоростью горения. Поскольку скорость нарастания давления при
взрыве, определяющая, помимо степени турбулизации, величину газопрн-
хода, пропорциональна скорости горения смеси, взрыворазрядительные
проемы (окна) здания при взрыве в нем водородно-воздушной смеси не
справляются с отводом продуктов взрыва, даже если их площадь соот-
ветствует требованиям СНиП, поэтому здание, как правило, разрушает-
ся.
Продувочный газ из цеха аммиака поступал в абсорбер, где отмы-
вался с помощью химочищенной воды или производственного конденса-
та от аммиака до его остаточных объемных долей в газе 0,01%. Затем с
расходом не более 3000 м3/ч, давлением 25 МПа и температурой 40 °C газ
проходил фильтры для очистки от масла до его массовой концентрации
не более 0,3 мг/м3 и осушку силикагелем. Осушенный и очищенный от си-
ликагелевой пыли газ имел массовую концентрацию воды не более точки
росы (-10 °C). После редуцирования до давления 20 МПа продувочный
газ направлялся в отделители водорода.
Процесс диффузии водорода происходил при прохождении проду-
вочного газа через трубки толщиной стенки 0,1 мм из палладиевого спла-
ва В-1 в отделителях водорода, которые включали трехпоточный тепло-
обменник, электроподогреватель и 6 диффузионных блоков, скомпанован-
ных в одном корпусе. В теплообменниках отделителя водорода продувоч-
ный газ нагревался до температуры 340-350 °C за счет тепла отходящих
непродиффундировавшнх газов и водорода. Дальнейший нагрев проду-
вочного газа до 450-480 °C осуществлялся встроенными в отделители во-
дорода электроподогревателями.
Процесс диффузии включал в себя следующие элементарные ста-
дии: транспорт водорода, находящегося в газовой смеси, из ядра потока
к поверхности мембраны; хемосорбцию водорода на поверхности мемб-
раны с диссоциацией его молекул на атомы, растворение атомов или ионов
водорода в металле и транспорт их через кристаллическую решетку ме-
талла; десорбцию растворенного водорода и рекомбинацию его атомов в
молекулы на выходной стороне мембраны. Продиффундировавший во-
дород охлаждался во встроенном в отделитель водорода теплообменнике
403
до температуры 200-230 °C. Его давление составляло не более 3 МПа
(30 кгс/см2). Дальше он охлаждался в холодильнике оборотной водой до
температуры 35-40 °C и направлялся к потребителю.
События, связанные со взрывом
Через 2 часа с момента пуска установки в работу был услышан нео-
бычный звук, доносившийся из насосной, находившейся рядом с помеще-
нием отделителей водорода. В помещении насосной располагались насо-
сы для подачи конденсата в абсорбер, сборник конденсата и электропо-
догреватель азота. При осмотре насосной было установлено, что причи-
ной звука явилась вибрация нагнетательного трубопровода насоса, при-
чем из трубопровода наблюдалась утечка среды, подобная туману, чув-
ствовался запах аммиака. Утечка была связана с разрушением в сварном
шве отвода дренажного вентиля на линии подачи конденсата в абсорбер.
В результате утечки продувочного газа через разрушенный отвод в поме-
щении образовалась достаточная для взрыва его концентрация в воздухе.
Образование этой смеси с наиболее высокими параметрами взрыва имен-
но в объеме помещения насосной подтверждают следующие факты, вы-
явленные в ходе осмотра места происшествия:
- все стены н перегородки, ограничивавшие помещение 2
(см. рис. 10.4) насосной, были опрокинуты вне помещения - в сторону по-
мещений 1, 3, 4, 6 и вне здания; обломки колонн по осн 8 обрушены в
сторону помещения 1, а колонны по осям 7 н 6 наклонены в сторону по-
мещений 4 и 6;
- электродвигатели в помещении 6, расположенные у стены, разде-
лявшей помещения 6 и 2, сбиты с оснований, что могло произойти от уда-
ров кирпичей или их обломков при разрушении стены взрывом;
- внутренняя стена насосной (по оси Б) разрушена до основания с
образованием отдельных кирпичей, отброшенных в сторону помещений
3 н 4;
- внутренние стены помещений 3 и 4 (параллельные оси Б) разва-
лились с образованием крупных кусков и опрокинуты внутрь этих поме-
щений;
- дверь помещения 3 опрокинута внутрь помещения;
- кирпичная стена, разделяющая помещение 1 от помещений 2 и 3,
обрушена внутрь помещения 1;
- обломками внешней стены помещения 2 (по оси В) снесены с ос-
нований стоявшие снаружи адсорберы, предназначенные для осушки про-
дувочного газа, холодильник аммиачной воды, деформированы металло-
конструкции этажерки аппаратов-отделителей водорода и холодильника
непродиффундировавших газов.
404
План первом «пажа
Пеан (терок «пажа
Рис. 10.4. Плен здания опытно-промышленной
установки получения водорода:
1 - помещение аппаратов мембранного разделения площадью
108 м2 категории А; 2 - насосная (53,7 м2, Д); 3 -
газоанализаторная (20 м2, А); 5 - тамбур-шлюз (2,66 м2, Д); 7 -
коридор (29,1 м2, Д); 8 - лестничная клетка (18 м2, Д); 9, 16 -
входной тамбур (общ. пл. 4,9 м2, Д); 10 - комната обогрева,
респираторная, переоборудованная под слесарную мастерскую
(17,7 м2, Д); 23 - ЦПУ (74 м2, Д); 24 - химлаборатория (19,1 м2,
В); 25 - мастерская КИП (17,1 м2, Д); не отмеченные позиции
плана - другие вспомогательные помещения
Причины взрыва. Анализ нормативных документов и их нарушений,
допущенных при проектировании, строительстве, монтаже и эксплуата-
ции опытно-промышленной установки получения водорода
Для лучшего понимания причин рассмотрим дерево событий ава-
рии, где в качестве головного принято событие “гибель людей” (рис. 11.4).
Отсутсвие проектных
решений по предот-
вращению вибраци^
Не выполнены требова-
ния нормативных доку-
ментов, регламентирую-.^
щих уровень вибрации ®
Рис. 11.4. Дерево событий (отказов) аварии в здании 320 цеха ГМД
ГПО “Азот-
406
Гибель персонала могла наступить как в результате воздействия на
людей поражающих факторов взрыва (избыточного давления во фронте
взрывной волны, высокой температуры), так и в результате обрушения
здания и элементов технологического оборудования при взрыве. Посколь-
ку оба эти события произошли практически одновременно, разграничить
четко роль этих факторов в гибели людей не представляется возможным.
Обрушение строительных конструкций здания при объемном взры-
ве явилось результатом того, что оно не было взрывостойким вследствие
недостаточней прочности его несущих строительных конструкций, недо-
статочной площади легкосбрасываемых конструкций, высокого давления
вскрытия (разрушения) ограждающих конструкций, совместного действия
перечисленных факторов или их комбинаций.
Следует отметить, что в России отсутствуют нормативы, регламен-
тирующие прочность зданий и сооружений по отношению к избыточно-
му внутреннему давлению, развивающемуся при взрыве. Поэтому рассчи-
тать проектировщику достаточную площадь легкосбрасываемых покры-
тий здания для случая взрыва в нем газовоздушной смеси в настоящее вре-
мя не представляется возможным.
Необходимо подчеркнуть, что газовоздушная смесь с наиболее вы-
сокими параметрами взрыва образовалась в помещении насосной, отне-
сенной к категории Д (негорючие вещества и материалы в холодном со-
стоянии). Проемность этого помещения составляла всего 0,016 м!/м', что
явно недостаточно для сброса продуктов взрыва и сохранения строитель-
ных конструкций от разрушений. При разрушении в процессе взрыва внут-
ренних стен помещения насосной происходила дополнительная турбули-
зация фронта пламени горящей газовоздушной смеси, выброс в соседние
помещения непрореагировавшей турбулизированной смеси. Указанные
факторы привели к резкому увеличению газоприхода за счет сгорания
смеси с возрастающей скоростью, обусловленной значительным ростом
поверхности пламени прн турбулизации. В результате взрыворазрядите-
ли (окна), имеющие в помещениях I и 3 гораздо большую по сравнению с
насосной площадь (удельная проемность соответственно 0,09 и 0,046 м!/м5),
не справлялись с выводом продуктов взрыва, что привело к быстрому на-
растанию давления в этих помещениях и разрушению строительных кон-
струкций здания. Согласно [323], для причинения зданию сильных разру-
шений величина воздействовавшего на него избыточного давления долж-
на быть не менее 0,3-0,4 кгс/см2.
В указанной ситуации, как зто видно из приводимого ниже расче-
та, достаточно было образоваться в насосной небольшому локальному
объему горючей смеси, взрыв которой мог произвести подобные разру-
шения. Учитывая, что удельная площадь оконных (взрыворазрядитель-
407
ных) проемов в насосной мала, оценка максимального давления взрыва
при сгорании локального объема горючей смеси в закрытом объеме про-
изводилась на основе методики расчета, предложенной в [324]. Из соот-
ношений, приведенных в [324], было получено следующее выражение:
Ур _ {Ртах/Рр) ।
v~ (WoM
(19.4)
где Vo - локальный объем помещения; V - общий объем помеще-
ния; Ртах - абсолютное давление, реализующееся при сгорании локаль-
ного объема смеси (1,4 кгс/см2) - исходя из принятого избыточного дав-
ления, нарушающего прочность строительных конструкций; - макси-
мальное давление взрыва горючей смеси стехиометрической концентра-
ции в закрытом объеме (7,39 кгс/см2); Ро - начальное давление (1 кгс/см2).
Отсюда у - (7’39/1) _ । ~ °’063
Объем насосной V= 417,8 м3, следовательно, Vg =0,063-417,8= 26,1 м3.
Таким образом, для полного разрушения стен насосной достаточ-
но было образоваться в помещении локальному объему 26,1 м3 водоро-
до-воздушной смеси стехиометрической концентрации. В стехиометричес-
кой водородо-воздушной смеси содержится 29,5 об.% водорода, отсюда,
в 26,1 м3 - 7,7 м3 Н2. При содержании в продувочном газе » 60 об.% Н2 в
объем насосной должно было истечь всего 7,7/0,6 = 12,9 м3 продувочного
газа с образованием смеси взрывоопасной концентрации, взрыв которой
привел бы к полному разрушению стен помещения.
Здание было практически полностью разрушено в осях 5-9
(рис. 10.4). Учитывая, что взрыв протекал в значительной степени в усло-
виях, когда площадь взрыворазрядителей (оконных проемов) была явно
недостаточна, можно аналогичным образом приближенно оценить локаль-
ный объем смеси, взрыв которой привел бы к разрушению здания в осях
5-9. Свободный объем здания в осях 5-9 составлял 2240 0,8= 1792 м3. Тог-
да Vo = 0,063-1792 = 113 м3. Для образования такого количества стехио-
метрической смеси требуется 1 13-0,295=33,3 м3 водорода или
33,3/0,6=55,6 м3 продувочного газа.
Образование газовоздушной смеси в помещении насосной явилось
следствием:
1) разрушения отвода дренажного вентиля в зоне сварного шва,
приведшего к истечению этой смеси под высоким давлением в объем по-
мещения;
408
2) отсутствия на линии нагнетания конденсата непосредственно пе-
ред абсорбером обратного клапана, который воспрепятствовал бы попа-
данию газов в эту линию при уменьшении давления в ней ниже давления
в абсорбере.
Возможность быстрого заполнения помещения насосной продувоч-
ным газом после разрушения отвода дренажного вентиля подтверждает-
ся следующим расчетом. Расход газа (G) через отверстие при критичес-
ком истечении составляет
где Кн - коэффициент расхода; Fo - площадь отверстия; К - пока-
затель адиабаты; Pt - давление в сосуде; И, - удельный объем газа при
давлении Pt.
В соответствии с данными материального баланса, приведенными
в технологическом регламенте, на установку получения водорода посту-
пал продувочный газ следующего состава в количестве: Н2 - 58,6 об.%,
5274 м’/ч; N2 - 22,2 об.% 1998 м’/ч; Аг - 4,4 об.%, 396 м’/ч; СН4 - 5,395 об.%,
477 м’/ч; NH3 - 9,5 об.%, 855 м’/ч. Плотность смеси газов приведенного
состава при О “С и давлении 1 кгс/см2 составляет
р =0,5860,0899+0,222 1,25+0,044-1,78+0,053-0,717+0,095-0,77=0,52 кг/м’.
Согласно изъятой из ЦУП диаграммы самописца, фиксировавше-
го давление в абсорбере, с начала истечения газа и до взрыва давление в
аппарате упало со 180 до 124 кгс/см2. Приняв, что при истечении оно ос-
тается постоянным и равным давлению на момент взрыва, оценим мини-
мальное значение расхода газа, истекавшего через разрушенный отвод, и
максимальное время до достижения в объеме помещения взрывоопасной
концентрации. Продувочный газ в абсорбере имел температуру 40 "С, тог-
да при давлении 124 кгс/см2 (12,4 МПа) его плотность составила:
Продувочный газ истекал в объем помещения через отверстие диа-
метром 4,8 мм (в сечении, проведенном по сварному шву дренажного от-
вода). Согласно[325], коэффициент расхода для диафрагм при любых от-
ношениях их диаметра к диаметру трубопровода и давления за диафраг-
мой к давлению перед ней соответствует 0,6. Принимая для смеси газов,
образовавших продувочный газ, показатель адиабаты К = 1,4, получаем
минимальный расход газа через отверстие
409
G = 0,6 0,785(0,0048/J—^'l24^00'56-24 /_L_' =0,196 кг/с
1/ 1,4 + 1 \1,4 + 1J
0J96 = мз/с
или 052
При содержании в продувочном газе 73,4 об.% горючих газов (сум-
марное содержание Нг, СН4 и NHj) в объем помещения поступало
0,378 0,734=0,277 м’/с взрывоопасных продуктов. Объем водорода в сме-
си горючих газов достигал 80%, поэтому НКПВ смеси был принят рав-
ным 4 об.%. Тогда без учета работы вентиляции взрывоопасная смесь на
нижнем концентрационном пределе воспламенения могла образоваться
за 4170,04/0,277 = 60 с.
В анализируемом случае влияние вентиляции на время, за которое
концентрация горючего газа достигла НКПВ, было невелико. Это под-
тверждает следующий расчет. Дифференциальное уравнение нестационар-
ного процесса вентиляции определяется балансом вредного (горючего)
вещества в объеме вентилируемого помещения [326]
Gdt- Lc(t)dT = Vdc , (21.4)
где L - воздухообмен, м’/с; G - количество выделяемого горючего
газа, м’/с; т-время, с; с(г) - концентрация горючего вещества в вентили-
руемом помещении в данный момент времени в объемных долях; V- объем
помещения, м’.
Уравнение выведено в предположении, что поступающее в поме-
щение в каждый момент времени вещество равномерно распределяется в
его объеме. После разделения переменных и интегрирования, получаем
выражение
К, G
Т LnG-Lc(r)' (22-4>
Производительность вентилятора вентиляционной системы насос-
ной составляла 1,64 м’/с. Время, за которое в объеме насосной при рабо-
тающей вентиляции образуется газовоздушная смесь с концентрацией на
уровне НКПВ, получилось равным
417,8, 0277 ..
г = ——In--------------= 69 с.
1,64 0277-1,64 0,04
Если продувочный газ из насосной попадал в другие помещения
производственной части здания, то концентрация горючего газа, равная
НКПВ, достигалась при работающей вентиляции за
410
1792. 0,277
r 1,64 0,277-1,64 0,04
= 295 с.
По диаграмме с записью зависимости давления в абсорбере от вре-
мени было установлено, что время от начала падения давления в аппара-
те до взрыва составило 10 мин. Если предположить, что взрывоопасная
газовоздушная смесь образовалась только в объеме насосной, то за 10 мин
при работающей вентиляции концентрация смеси могла достигнуть:
/ ( G
с т =Т
1_ 1/
/ехр\ у )
0.277
1,64
]_ 1/ р.64-6004'
/елД 4173 )
= 0,153
или 15,3% (об.)
Для образования смеси такой концентрации в объеме насосной дол-
жно поступить 417,8 0,153/0,734 = 87 м3 продувочного газа, что превыша-
ет расчетное количество продувочного газа (55,6 м3), взрыв которого мог
привести к разрушению производственной части здания. Этот факт, а так-
же анализ характера разрушения строительных конструкций дает осно-
вание полагать, что развитие аварии могло происходить по следующим
механизмам.
1. Газовоздушная смесь образовалась в помещении насосной. По-
скольку все горючие компоненты продувочного газа легче воздуха, то их
накопление происходило сначала в верхней части помещения, а затем по
мере накопления взрывоопасных газов газовоздушная смесь с концент-
рацией на уровне НКПВ достигла нижней части насосной. Воспламене-
ние смеси произошло от искр, которые могли образовываться при рабо-
те вентилятора вентустановки. В насосной был установлен взрывозащи-
щенный вентилятор типа В-06-300 Ns 6,3. Согласно ПУМБЭВВ-85 [327],
этот осевой вентилятор по своему исполнению и классификации взрыво-
опасных смесей по ГОСТ 12.1.011-78, приведенной в [142], не предназна-
чен для удаления из помещений смесей категории_ПС, к которой относит-
ся водородо-воздушная смесь.
2. Взрывоопасные газы проникали из насосной в другие помеще-
ния производственной и частично (поскольку разрушения после взрыва
были относительно невелики) непроизводственной части здания, при этом
смесь с наиболее мощными параметрами взрыва образовалась в насос-
ной. Воспламенение облака газовоздушной смеси могло произойти с его
периферии от искр даже с минимальной энергией зажигания (порядка
0,017 мДж), образовавшихся при работе нормально искрящего оборудо-
вания в помещениях категории Д непроизводственной части здания.
411
Следует подчеркнуть, что разработчики технологического регла-
мента не предусмотрели возможность создания аварийной ситуации при
разгерметизации трубопровода нагнетания конденсата в абсорбер с утеч-
кой взрывоопасного газа в помещение насосной. Поэтому категорирова-
ние помещения насосной как помещения категории Д осуществлено фор-
мально, исходя лишь из того, что по трубопроводам функционировала
негорючая жидкость (конденсат, обессоленная вода). Такому подходу спо-
собствовало отсутствие в современных нормативных документах указа-
ний об учете при категорировании ситуаций, связанных с возможной раз-
герметизацией трубопроводов.
Избежать образования газовоздушной смеси в помещении насос-
ной в случае разрушения штуцера дренажного вентиля можно было, толь-
ко предотвратив утечку, то есть в случае установки обратного клапана на
трубопроводе нагнетания непосредственно у абсорбера. Этого сделано не
было.
В анализируемом случае попадание водородосодержащего газа в
коммуникацию конденсата и из нее в помещение насосной было обуслов-
лено разрушением дренажного отвода.
По паспортным данным тройник и отвод были изготовлены из уг-
леродистой стали S20C по стандарту Jisg 4051 с последующей нормали-
зацией. Химанализ и определение механических свойств материала трой-
ника и отвода показали, что они соответствуют паспортным данным и
аналогичны по своим показателям стали 20 по ГОСТ 1050-72. На основе
изучения характера излома сделан вывод, что разрушение трубопровода
произошло по границе шва патрубка тройника и отвода, а также по зоне
термического влияния сварного шва со стороны отвода.
Фактографические исследования поверхности разрушения позво-
лили классифицировать излом как усталостный. Внешне излом трубы
хрупкий, без видимых следов пластической деформации. В нем четко раз-
личаются две зоны с гладкой пришлифованной поверхностью, одна из
которых занимает ~ 50% площади излома, а также небольшая зона уско-
ренного развития трещины. Наличие двух зон медленного развития тре-
щины типично для усталостного разрушения при воздействии знакопере-
менной нагрузки.
В сварном соединении тройника и отвода обнаружен целый ряд де-
фектов: непровары глубиной до 0,8 мм, подрезы, поры. Кроме того, тол-
щины стенок стыкуемых патрубков тройника и отвода отличались на 1
мм, а смещение их кромок превышало 10% от толщины более тонкостен-
ной трубы.
Конструктивные недостатки соединения тройника с отводом (свар-
ка труб различного диаметра со стенками различной толщины) и дефек-
412
ты их сварочного шва вызывают при действии вибрации на этот узел сни-
жение его несущей способности, являясь концентраторами напряжений,
н, как следствие, иннциаторамн зарождения и развития усталостных мик-
ротрещин.
Выводы по результатам анализа нормативных документов
1. В соответствии с технологическим регламентом помещение на-
сосной по взрывопожарной опасности категорировалось на основании
ОНТП 24-86. Как отмечалось выше, попадание водородосодер...ащего газа
в помещение насосной с учетом смонтированной схемы подачи конденса-
та в абсорбер было возможно либо при разрушении участка трубопрово-
да, либо при негерметичности вентилей байпаса илн дренажа (после оста-
новки насоса). Эти события как единичные отказы в технологических си-
стемах в нормативных документах, существовавших на момент проекти-
рования установки, не рассматривались. Важнейшие принципы филосо-
фии обеспечения безопасности ядерных реакторов и, в первую очередь,
принцип единичного отказа (в том числе ошибочного действия персона-
ла) для химических и нефтехимических производств до сих пор не заим-
ствованы.
2. СНиП 2.09.02-85 (п. 2.42) предлагает в помещениях категорий А
и Б предусматривать наружные легкосбрасываемые ограждающие конст-
рукции, площадь которых следует определять расчетом. При отсутствии
расчетных данных площадь легкосбрасываемых конструкций должна со-
ставлять не менее 0,05 м2 на 1 м3 объема помещения категории А н не ме-
нее 0,03 м2 - для помещения категории Б. Указанный СНиП не оговари-
вает требование к прочности несущих и ограждающих конструкций зда-
ний н поэтому в большинстве случаев взрыва газовоздушных смесей ре-
комендуемая в нем норма проемности не предотвращает их разрушения.
Можно полагать, что и в анализируемом случае при ее выполнении (вклю-
чая помещение насосной категории Д) здание бы разрушилось, посколь-
ку в помещение истекал водородосодержащий газ под высоким давлени-
ем. Этому должна была способствовать высокая степень турбулентности,
создающейся в месте истечения газовоздушной смесн, и существенное воз-
растание скорости нарастания давления взрыва в результате ее “передав-
ливания” и последующего сгорания в смежных помещениях.
3. Аварийная вентиляция во многих случаях малоэффективна, по-
скольку:
- сигнализаторы взрывоопасных концентраций сравнительно инер-
ционны и при больших утечках газа успевает образоваться локальный
объем горючей смеси, достаточный при его взрыве для разрушения зда-
ния;
413
- воздухозаборники системы оказываются иногда расположенны-
ми неэффективно по отношению к месту утечки газа.
Предложения по предотвращению подобных аварий
Для этого необходимо:
1. Переработать ГОСТ 12.1.010-76 (Взрывобезопасность. Общие
требования), Общие правила взрывобезопасности для взрывопожароопас-
ных химических, нефтехимических и нефтеперерабатывающих произ-
водств (ОПВХП-88) и Инструкцию по составлению планов ликвидации
аварий, внеся в них важнейшие принципы философии (методологические
принципы) обеспечения безопасности ядерных установок.
2. Разработать нормативный документ, регламентирующий требо-
вания к проектированию,’изготовлению, монтажу, ремонту и эксплуата-
ции технологических трубопроводов воды с давлением выше 100 кгс/см2.
3. Внести в этот документ, а также в другие нормативы (СНиП
2.04.12-88, СН 527-80 и пр.) требование обязательного расчета ответствен-
ных трубопроводов на вибропрочность и периодического контроля па-
раметров вибраций в процессе их эксплуатации, особенно на участках
после плунжерных насосов.
4. Внести в ОНТП 24-86, в п.3.2 в качестве максимальной проект-
ной аварии мгновенный разрыв трубопровода с беспрепятственным дву-
сторонним истечением транспортируемых по нему веществ.
5. Изменить п. 4.7 Правил безопасности для неорганических про-
изводств азотной промышленности, внеся в него требование об обязатель-
ной установке непосредственно у штуцера сосуда под давлением обрат-
ного клапана и быстродействующей запорной арматуры для предотвра-
щения попадания в технологические трубопроводы воды, пара, азота,
взрывоопасных продуктов.
6. Внести с учетом новой редакции п. 4.7 (см. п.5 Предложений) из-
менения в пп. 5.2.1 и 5.2.4 новых (1987 г.) Правил устройства и безопас-
ной эксплуатации сосудов, работающих под давлением.
7. Дополнить раздел “Конструктивные решения” СНиП 2.09.02-85
(Производственные здания) требованиями к прочности взрывозащищае-
мых зданий.
8. Провести экспертизу проектов производства водорода и подго-
товить по результатам исследований рекомендации по повышению их
пожаровзрывобезопасности.
414
14. Взрыв аммиачной селитры
Применение аммиачной селитры в качестве удобрения создает это-
му сильному окислителю н взрывчатому веществу репутацию безобидно-
го сельскохозяйственного химиката.
Температура плавления аммиачной селитры 169,6 °C. Разлагается
при 1 = 218 “С с выделением высокотоксичных окислов азота. В условиях
пожара поддерживает горение, т. к. при разложении выделяет кислород.
Горение может неожиданно перейти в детонацию. Попадание аммиачной
селитры в растворенном виде в канализацию может привести к опасному
смешению ее с органическими горючими веществами и вызвать трудно
тушимый подземный пожар [263].
Катастрофический взрыв произошел в Техас-Снти 16.04.1947 г. на
судне “Грэнд Кэмп” с 2500 т аммиачной селитры на борту [153].
Возник пожар в грузовом отсеке, где находился нитрат аммония,
упакованный в бумажные мешки. Капитан судна принял решение не га-
сить огонь водой, чтобы не испортить груз, и пытался ликвидировать по-
жар, задраив палубные люки и впуская пар в грузовой отсек. Это меро-
приятие, способствуя подогреву нитрата аммония, ухудшило ситуацию и
привело к усилению пожара. Через 1 ч 12 мин с момента его возникнове-
ния произошел взрыв, приведший к гибели более 200 чел., столпившихся
в порту и наблюдавших за пожаром; в числе этих двухсот - команда суд-
на (32 чел), а также четыре человека - экипажи двух самолетов, в момент
взрыва совершавших облет судна. Все здания в радиусе полутора кило-
метров оказались разрушены. Обломки при взрыве разлетелись на тыся-
чи метров. Так, например, обломок осн винта судна массой 1 т отлетел на
4 км. В результате взрыва загорелось другое судно, транспортировавшее
нитрат аммония и серу. Этот пожар также вызвал взрыв. В целом аварии
на судах привели к гибели 522 чел., пострадало 3000 чел. и 200 чел. пропа-
ли без вести. Ущерб составил 100 млн долларов (по ценам 1947 г.). Троти-
ловый эквивалент каждого из взрывов составил примерно 1000 т ТНТ
15. Возгорания н взрывы на танкерах
а) Прн заполнении танкера в порту балластом вытесненные из трю-
ма пары горючего образовали на палубе, при очень слабом ветре, обла-
ко, загоревшееся от случайного источника. Пламя проникло в трюм и го-
рение привело к детонации. В результате вся палуба танкера и палубные
надстройки были подброшены вверх примерно на 250 м. При взрыве по-
гибли 6 чел., трое пропали без вести, ранено 58 чел. Ущерб от взрыва со-
ставил 21,6 млн долл. [117].
415
б) Высокая взрывоопасность работ по опорожнению и наливу тан-
керов ЛВЖ н ГЖ возникает в связи с накоплением статического электри-
чества. Эти заряды образуются при движении капель жидкости или час-
тиц твердых материалов по трубам и рукавным линиям. Использование
труб из электроизоляционных материалов (стекловолокна, резины, пласт-
массы) приводит к генерированию мощных зарядов статического элект-
ричества. Заряды накапливаются на трубах, металлических соединитель-
ных элементах, не имеющих заземления.
В целях предупреждения взрывов от разрядов статического элект-
ричества используемые трубы и соединения должны быть соединены элек-
трически между собой и с корпусом танкера, причем с мест электрическо-
го контактирования необходимо удалять масло, грязь и другие изолиру-
ющие материалы. Надо иметь в виду, что при взаимодействии с ржавой
поверхностью стали А1 и Mg образуют раскаленные частицы с большой
зажигающей способностью, поэтому эти металлы не следует использовать
на танкерах. Для заземления линий можно применять провода и трубки с
электросопротивлением менее 1 мОм (0,001 Ом) [264].
16. Трение как причина взрыва
а) Взрыв на лакокрасочном заводе 1265]
Взрыв возник в ноябре 1984 г. на заводе в Словакии, в технологи-
ческой емкости для смешивания нитроцеллюлозы с другими компонента-
ми красок. Причиной была небрежность рабочего, оставившего в емкос-
ти стальной стержень, которым он прочищал выпускной вентиль при сливе
готовой гомогенизированной смеси. При перемешивании следующей
партии стержень заклинило, трение лопастей мешалки о него привело к
локальному повышению температуры и взрыву.
б) Взрыв нестойкого гидразида
Случай связан со взрывом бункера-питателя с нестойким гидрази-
дом (температура разложения 150 °C). Бункер имел систему взрывоподав-
ления с хладоном, предназначенную для предотвращения развития пыле-
вого взрыва гидразида. Инцидент начался с местного разложения гидра-
зида в шнекопитателе из-за разогрева от трения. Зона разложения про-
дукта быстро увеличилась вследствие высокого экзотермического эффек-
та реакции. В результате повышения температуры сработала система взры-
воподавления, добавившая газов к выделяющимся при разложении азоту
и парам воды. Все это привело к взрыву, разрушившему стенки бункера.
416
17. Взрывы порошкообразного кремния [328]
Взрывы порошкообразного кремния наблюдались на Запорожском
заводе“Кремнийполимер"в 1966и 1979гг. 22февраля 1982г.в 18ч35мин
произошел взрыв в производстве контактных масс этого завода, в резуль-
тате которого один человек погиб и пятеро были травмированы. Соглас-
но данным экспертизы этот случай произошел вследствие попадания в
приямок с водой расплава кремния с медью, переполнившего лоток раз-
ливочной машины. Как следствие - образование и взрыв водородо-воз-
душной смеси, приведшие к взрыву азровзвеси пыли кремния, осевшей на
оборудовании в плавильном и дробильном отделении, и к разрушению
здания.
30 августа 1982 г. произошел взрыв пыли кремния в накопитель-
ном бункере циклонов аспирационной установки дробильно-размольно-
го отделения (ДРО) кремния на Данковском химическом заводе. В резуль-
тате взрыва один аппаратчик погиб, разрушена установка, повреждены
оконные переплеты. 14 августа 1985 г. произошел взрыв в шаровой мель-
нице для измельчения кремния в ДРО Запорожского титано-магниевого
комбината (ЗТМК). В результате взрыва была взорвана крышка мельни-
цы и сильно повреждено остекление окон помещения.
16 июня 1987 г. произошел взрыв в ДРО ЗТМК, приведший к гибе-
ли семерых рабочих и телесным повреждениям различной степени тяжес-
ти у четверых человек.
Здание ДРО имело внутренний объем в 14688 м3. Его ограждающие
конструкции и перекрытия были выполнены из железобетонных плит.
Площадь окон составляла 200 м2. В ДРО размещались дробильно-размоль-
ная установка, состоявшая из щековой дробилки (см. рис. 12.4 поз. 6) и
шаровой мельницы (поз. 7), снабженных питателями и аспирационной
системой для обеспыливания мест загрузки и выгрузки кремния (поз. 1,2,
3,4), пневмонасосов (поз. 8), промежуточной емкости для хранения моло-
того кремния (поз. 9), емкостей для транспортирования кускового крем-
ния.
Аспирационная установка состояла из четырех циклонов (поз. 3)
марки ЦН-15 НИИОГАЗ, диаметром 700 мм с общим бункером (поз. 4)
объемом 2 м3, фильтра (поз. 2) типа СМЦ 166Б, воздуховодов и вентиля-
тора (поз. I) типа В-Ц6-28 № 10. Последний представлял собой радиаль-
ный вентилятор общего назначения с подачей 14200 м3/ч и напором
445 мм воз. ст. при 1400 об/мин ротора. Диаметр воздуховодов от венти-
лятора до циклонов соответствовал 700 мм.
417
Рис. 12.4. Схема дробильно-размольной установки и ее аспирационной системы:
1 - вентилятор; 2 - фильтр; 3 - циклон: 4 - бункер циклонов; 5 - шибер бункера; 6 - щековая дробилка;
7 - шаровая мельница; в - пневмонасос; 9 - промежуточная емкость; 10 - здание ДРО.
Указанного типа фильтр, имевший общую площадь фильтрующей
поверхности 120 м2 и 96 рукавов в 4-х секциях, предназначался для очист-
ки воздуха от пылн строительных материалов, главным образом, для улав-
ливания цементной пылн. Для обеспыливания взрывоопасных и химичес-
ких агрессивных газов его применение не допускалось. На ЗТМК затво-
ры фильтра, предназначенные для удаления из его бункеров уловленной
пыли и герметизации мест ее выгрузки, были заменены брезентовыми ру-
кавами. которые подсоединялись к специальным пылесборннкам объемом
0,06 м3.
Периодическое встряхивание рукавов фильтра, выполненных из
лавсановой ткани, осуществлялось путем кратковременной подачи сжа-
того азота давлением 8 атм. Пуск вентилятора аспирационной системы
был сблокирован с включением командно-электрического прибора сис-
темы продувки фильтра.
Технологический процесс дробления и измельчения кремния, пред-
назначенного для использования в процессе синтеза трихлорсилана, осу-
ществлялся следующим образом.
Кусковой кремний доставлялся в цех на машинах, разгрузка кото-
рых выполнялась автопогрузчиком и краном. Емкость с кремнием под-
нималась и устанавливалась на бункере дробилки, из которого кареточ-
ным питателем кремний подавался в щековую дробилку. После дробле-
ния кремний попадал в приемную емкость, поднимавшуюся краном и выг-
ружавшуюся в шаровую мельницу барабанного типа, производительнос-
тью 16 т/ч. Единовременная загрузка кремния в барабан составляла 800 кг.
Измельчение дробленного кремния осуществлялось путем его ударного
разрушения, раздавливания и истирания стальными шарами при враще-
нии барабана. Измельченный кремний самотеком поступал в два пневмо-
насоса, которые представляли собой емкости, снабженные разгрузочным
сифоном и загрузочными люками с клапанами. После заполнения пнев-
монасоса кремний передавался из него азотом по трубопроводам диамет-
ром 100 мм в приемно-расходные бункера (сборники сушители) реакто-
ров синтеза трихлорсилана (за пределы здания ДРО) или в две промежу-
точные емкости (поз. 9) объемом 3,2 м3, установленные в ДРО.
По заводским данным, циклоны улавливали пыли - 12,5 кг/ч, а
фильтр ~ 2 кг/ч. Согласно инструкции для аппаратчиков процессов дроб-
ления и измельчения кремний должен был выгружаться из пылесборни-
ков, расположенных под фильтром, через трое-четверо суток работы ДРО
(в сутки ДРО работало 16 ч.)
В июне 1987 г. в ДРО перерабатывался кремний марки КР-1 произ-
водства КНР и кремний марки КР-О производства Днепропетровского
419
алюминиевого завода. Первый имел следующее количество включений
(%, мае.): Fe - 0,7% ,А1- 0,5% , Са - 0,4%, а второй: Fe - 0,5% ,А1- 0,2%,
Са - 0,4%.
Согласно исследовательским данным и ГОСТ 12.1.041-83 НКПВ
кремния составлял 100 г/м3.
Технологические процессы дробления и размола кремния в проек-
те цеха трихлорсилана ЗТМК, выполненным Институтом титана в 1978 г.,
были отнесены (согласно СНиП П-М.2-72 н исходя из нижнего концент-
рационного предела воспламенения аэровзвеси кремния более 65 г/м3), к
пожароопасным производствам (категория “В”).
Зоны производственного размещения электрооборудования клас-
сифицированы как пожароопасные класса П-П по ПУЭ-76.
В связи с этим аспирационная установка не имела средств взрыво-
защиты: вышибные проемы, взрывопреграждающие клапаны и др. Кор-
пуса фильтра, циклонов и их бункера, а также соединения воздуховодов
не были рассчитаны на возможное в случае взрыва избыточное давление.
В день взрыва ДРО не работало. В нем проводились ремонтно-про-
филактические работы с использованием керосинореза и электросварки.
Перед началом этих работ в ДРО проводилась мокрая уборка помеще-
ния. Однако, оборудование цеха не было очищено от отложений крем-
ния, несмотря на то, что оно находилось в зоне ремонтных работ и разле-
та раскаленных частиц металла. При ремонте шаровой мельницы крыш-
ка ее была открыта. По показаниям рабочих искры падали на сЬильтр
СМЦ, а также между фильтром и мельницей до момента взрыва. Взрыв
произошел через 3-4 мин после запуска вентилятора аспорационной ус-
тановки для ее аэродинамических испытаний.
Взрывом были разрушены бункер циклонов и вентилятор, часть
воздуховодов оборвана, фильтр был незначительно деформирован изнут-
ри.
По показаниям старшего мастера ДРО, нижние боковые люки филь-
тра были открыты с обеих сторон и из них вырвался при взрыве огонь. В
емкостях, в которые ссыпалась пыль из фильтра наблюдалось ее тление.
После аварии в воздуховодах, направленных к вентилятору, было
обнаружено примерно 15 кг пыли кремния.
Несущие и ограждающие конструкции здания не пострадали, были
лишь разрушены оконные переплеты и остекление, а также повреждены
ворота и двери. Пожара в помещении цеха после взрыва не было.
420
Анализ причин взрыва и выводы.
Определение взрывоопасных свойств порошка кремния, перераба-
тываемого в ДРО производилось на следующих образцах:
1. Образец, отобранный из емкостей СМЦ, с дисперсным составом:
> 100 мкм - 7,8%; 80-100 мкм - 34,3%; 63-80 мкм - 11,5%; < 63 мкм -
46,3% и влажностью 0,1%.
2. Образец, отобранный из емкостей СМЦ, с дисперсным составом:
> 160 мкм - 17,3%; 10(Х—160 мкм - 17,7%; 80-100 мкм - 22,2%; 63-80 мкм
- 12,7%; < 63 мкм - 29,9% и влажностью 0,1% .
3. Образец, отобранный из емкостей циклона, с дисперсным соста-
вом: > 100 мкм - 2,6%; 80—100 мкм - 74,1%; 63-80 мкм - 17,9%; < 63 мкм -
5,3% и влажностью 0,1%.
Взрывные испытания образцов кремния производились в 1 м3 ка-
мере, имевшей удельную поверхность охлаждения в 7 раз меньше, чем ка-
мера по ГОСТ 12.1.044-89, что способствовало более надежному прояв-
лению взрывоопасных свойств. Для зажигания образцов кремния исполь-
зовался пиротехнический воспламенитель, состоящий из смеси алюмомаг-
ниевого сплава ПАМ-4 с азотнокислым натрием в соотношении 50/50.
Энергия воспламенителя -184 кДж; мощность при времени горе-
ния 2 с - 92 кВт, расчетная температура горения - 3250 °К.
При сгорании воспламенителя объем выделившихся газообразных
продуктов (менее 7 л) не увеличивал давление во взрывной камере, буду-
чи зажженным ~ за 1с до начала создания азровзвеси кремния.
Результаты взрывных испытаний образцов (см. рис. 13.4) показа-
ли, что аэровзвесь кремния может взрываться при концентрации 50 г/м3,
а максимальное давление взрыва и скорость его нарастания могут дости-
гать соответственно 0,86 МПа и 4,3 МПа/с.
Были проведены эксперименты по поджиганию слоев вышеуказан-
ных образцов порошка кремния пиротехническим воспламенителем, ко-
торый использовался для зажигания их аэровзвесей в 1 м3 камере. Аэро-
гель кремния им зажечь не удалось. Такой же результат был получен при
попытке зажигания аэрогеля искрами электросварки и пламенем газовой
горелки.
Исследования взаимодействия измельченного кремния с водой по-
казали, что даже при нагревании полностью смоченного порошка крем-
ния до 50 °C количество выделяющегося водорода не превышает 0,318 мг/г.
Если предположить, что в оборудовании ДРО при попадании в него
воды во время мокрой уборки и при наличии в нем ~ 1т измельченного
кремния пройдет между ними реакция, то выделится всего 0,318 м3 водо-
42/
рода. Поскольку вентилятор аспирационной установки проработал до
взрыва 3-4 мин взрывоопасная водородо-воздушная смесь внутри обору-
дования образоваться не могла.
50,
0 100 200 300 400 500 600 700
G, г/м3
Рис. 13.4. Зависимость максимального давления взрыаа (а} и
максимальной скорости нарастания давления взрыаа (6) порошка
кремния от концентрации его аэровзаеси (1,2,3 - номера образцов)
Возможность образования взрывоопасных смесей трихлорсилана,
тетрахлорсилана, полисиланхлоридов с воздухом в мельнице и оборудо-
вании аспирационной установки была исключена на основе следующих
данных. Технологическим регламентом ДРО предусматривалось пневмо-
транспортирование измельченного кремния в сборник-сушитель отделе-
ния синтеза трихлорсилана. В этот же сборник поступала после очистки
422
кремниевая пыль, которая выносилась из реактора парогазовой смесью,
содержащей водород, пары трихлорсилана и других силанхлоридов. При
определенных условиях (изменении температуры греющего пара, давле-
ния азота и др.) указанная парогазовая смесь могла попасть в сборник-
сушитель, а затем по пневмотрассе в ДРО. Подтверждением такой воз-
можности явился взрыв паров трихлорсилана в шаровой мельнице ДРО
ЗТМК 14.08.1985 г. Однако, 16.06.1987 г. это исключалось наличием 2-х
заглушек на пневмотрассе (одна в отделении синтеза, другая в ДРО на
выходе из пневмонасоса).
Исследовалась также другая версия попадания хлорсиланов в ДРО
- по линии азота (из-за возможной негерметичности запорной арматуры),
которая была подведена к пневмонасосу и к нижней части шаровой мель-
ницы, а также ко многим аппаратам синтеза трихлорсилана. При резком
падении давления азота в магистрали по сравнению с давлением в этих
аппаратах пары хлорсиланов могли в них попадать. Однако, поступление
этих паров в ДРО 16.08.1987 г. не осталось бы незамеченным находящи-
мися в нем рабочими из-за их весьма резкого запаха и раздражающего
воздействия на глаза и слизистую оболочку верхних дыхательных путей.
На основании приведенных данных был сделан вывод о том, что
взрыв в аспирационной установке ДРО 16.06.1987 г. возник в результате
воспламенения высокодисперсной аэровзвеси порошка кремния. В связи
с этим были рассмотрены три версии о природе источника ее зажигания:
искры удара и трения, которые могли возникнуть при попадании инород-
ного предмета в вентилятор или при его поломке: электрический разряд в
межфланцевых промежутках аспирационной установки при ее использо-
вании в качестве “обратного провода” сварочной цепи; капли расплав-
ленного металла, возникшие при резке или сварке металла. Причастность
электростатических разрядов к аварии не рассматривалась, поскольку
кремний является полупроводящим материалом и имеет низкое удельное
объемное сопротивление (для фракции порядка до 80 мкм -
10‘ Омм, а для фракции 80-160 мкм - 105 Омм).
Версия о причастности искр удара и трения в вентиляторе была от-
клонена, поскольку в ходе его осмотра не были обнаружены следы меха-
нического воздействия на рабочем колесе и спиральном кожухе. Вторая
версия была отклонена, потому что не был установлен факт использова-
ния установки в качестве “обратного провода” сварочной цепи.
С учетом материалов уголовного дела, возбужденного в связи со
взрывом в ДРО ЗТМК, наиболее вероятной его причиной явилось попа-
дание частиц расплавленного металла, образовавшихся при резке или свар-
ке металла, в оборудование аспирационной установки через его откры-
423
тые верхние или боковые люки или через иеплотиости с последующим за-
жиганием непосредственно аэровзвеси высокодисперсного кремния, об-
разовавшейся при продувке рукавов фильтра, или рукава фильтра, пламя
которого, в свою очередь, инициировало горение этой аэровзвеси. Соглас-
но данным [329] теплосодержание искры диаметром 6 мм, образующейся
при огневых работах, составляет 58,6 Дж. Эта величина почти в 13- КРраз
больше минимальной энергии зажигания кремния. Предварительное за-
жигание такой искрой рукава фильтра, особенно при попадании ее в склад-
ку материала, имеющего температуру самовоспламенения 440 °C, также
является вполне вероятным процессом.
Химический анализ копоти во внутренней части выхлопной трубы
аспирационной системы, а также на стороне здания в районе установки
вентилятора, показал, что оиа является продуктом горения лавсановых
рукавов фильтра. Поскольку взрыв разрушил воздуховоды, эти продук-
ты могли попасть в указанные места лишь до взрыва, что подтверждает
возможность возникновения горения рукавов СМЦ до взрыва.
Групповой несчастный случай на ЗТМК произошел вследствие гру-
бейших нарушений технологической дисциплины.
На это указывает обнаружение сварочного града после взрыва на
крышке фильтра и на площадках для обслуживания этого аппарата и мель-
ниц и отсутствие защитных мероприятий от опасности, создаваемой раз-
летом искр.
По данным [329] при проведении огневых работ на высоте искры
разлетаются на значительные расстояния. Так, при падении с высоты 5 м
минимальное расстояние до незащищенных горючих материалов должно
составлять при сварке не менее 8 м, а при резке не менее 10 м.
Авария была обусловлена также несовершенством нормативно-тех-
нической документации, являющейся основой правового регулирования
безопасности промышленных производств.
Несмотря на периодически случающиеся взрывы пыли с НКПВ >
65 г/м3 в производственных условиях СНиП П-М.2-72 и СНиП П-90-81 от-
носили производства, в которых обращаются горючие пыли или волокна
с таким нижним концентрационным пределом воспламенения, к катего-
рии пожароопасных. Лишь с введением в действие ОНТП 24-86 МВД
СССР требования категорирования производств, в которых обращаются
горючие пыли, на пожароопасные и взрывоопасные по их НКПВ 65 г/м3
было из СНиП убрано. Однако, в ПУЭ деление пылей на пожароопасные
и взрывоопасные по этим значениям НКПВ до сих пор сохранилось.
Экспертиза случая взрыва выявила необходимость внесения уточ-
нений и разработки следующих нормативно-технических документов:
424
1. Для категорирования по ОНТП 24-86/330/ помещений и зданий
по опасности пожара и взрыва, в которых обращаются горючие пыли,
нужно экспериментально обосновать принятые в этих нормах значения
доли участия взвешенной пыли во взрыве, а также значения неадиабатич-
ности ее горения. Методика соответствующего определения приведена в
[328].
2. Подлежат разработке: стандарт на оборудование, в котором об-
ращаются горючие пыли; методика расчета легкосбрасываемых конструк-
ций зданий; стандарт на автоматические системы подавления взрывов.
18. Взрыв конденсированных ВВ
В июне 1988 г. на ст. Арзамас-I Горьковской железной дороги в
момент подхода к ней грузового поезда в одном из вагонов раздался силь-
ный взрыв, в результате которого во многих домах, расположенных от
станции более чем на 2 километра, вылетели стекла. Тепловоз переверну-
ло и отбросило в сторону, частично пострадало здание вокзала. Полнос-
тью уничтожено 151 жилое строение, 50 зданий имеют среднюю степень
разрушения. На расстоянии 300 м от места взрыва от дома остались одни
стены. Во многих местах начались пожары, вагоны сошли в кювет, рель-
сы покорежило.
В самом эпицентре взрыва оказались грузовые и легковые автомо-
били, которые стояли у переезда, пережидая прохода поезда. Их разбро-
сало на большие расстояния. В результате аварии погибли 91 чел., сотни
ранены. Без крова осталось 600 семей - примерно 2800 человек.
В трех взорвавшихся вагонах, прицепленных непосредственно к
локомотиву, находились промышленные взрывчатые вещества, которые
применяются в частности при геолого-разведочных работах. Всего их было
около 117 тонн. В первом вагоне у локомотива содержались материалы
разных разрядов: 35 т тротиловых шашек ТЛ-400, 93 ящика ЗПКС-80 и
изделие, содержащее гексоген, что категорически запрещается инструк-
цией.
Воронка, образовавшаяся после взрыва, оказалась глубиной - 26 м,
диаметр ее составил 53 м. Предполагаемая причина взрыва - попадание
искры тепловоза через щели вагона.
425
4.5. Некоторые опыты и расчеты
1. Определение минимальной энергии зажигания н скорости распро-
странения пламени по аэровзвесн пробковой пыли в трубах [270]
Опыты проводились на пробковой пыли с размером частиц
14-28 мкм в горизонтальной трубе с внутренним диаметром 4,2 см. Уста-
новлено, что с увеличением скорости потока пыли минимальная энергия
зажигания () возрастает. Скорость распространения пламени по мере
удаления от точки зажигания также возрастала и достигла наибольшего
значения 110-180 м/с в направлении, обратном вектору скорости потока.
При скорости потока 10 м/с и концентрациях пыли - 400-600 г/м’ мини-
мальная энергия зажигания составила 8 мДж. Нижний предел воспламе-
нения пыли мало изменялся с изменением скорости потока и характери-
зовался величиной ~ 100 г/м3.
2. Влияние размера диаметра выходного отверстия в горловине ка-
нистры для ЛВЖ на ее сохранность прн взрыве [266]
Огневые опыты, связанные со взрывами, проводили внутри метал-
лических и пластмассовых канистр емкостью 4 л. Для испытания внутрь
канистры вводили 5 мл этанола или 0,46 мл бензина и оставляли закры-
тую канистру для создания однородной концентрации паров внутри. За-
тем горловину канистры открывали и смесь зажигали. Если после опыта
канистра сохраняла целостность, то измеряли ее вместимость и опреде-
ляли степень увеличения ее объема в результате взрыва. В опытах изме-
няли диаметр выходного отверстия от 0 до 10 см2 путем установки на гор-
ловине ограничительного кольца.
Опыты с металлическими канистрами показали после взрыва:
при сечении 10 см1- никаких деформаций канистр;
при сечении 2,86 см2 - повышение давления до 0,2 атм и слабая де-
формация;
при сечении 2,01 см1 - избыточное давление при взрыве составило
1-1,2 атм и канистра сильно деформировалась;
при сечении 1,3 см1 и менее - канистра при взрыве разрушалась.
Опыты с пластмассовыми канистрами:
при внутреннем диаметре горловины 2,5 см2 - взрыв внутри нее не
вызывал разрушений;
при сечении 0,08 см2 - происходит мощный взрыв с полным разру-
шением сосуда.
426
3. Определение максимальной высоты над зеркалом жидкости, при
которой воспламенялись ее пары
Опыты проводились с н-гептаном и н-октаном, разлитыми на во-
дяной подушке в трубках 0 1,05; 2,2 и 10,3 см и высотой от 25 до 35,7 см.
В опытах, проводившихся при температуре 20-24 °C, определялась мак-
симальная высота над зеркалом жидкости, на которой наблюдали воспла-
менение ее паров в трубке (концентрация паров достигала нижнего пре-
дела воспламенения). Сравнение экспериментальных наблюдаемых высот
с высотами, рассчитанными по предложенной формуле (55.1) показало вы-
сокую точность расчета: отклонение расчета от опыта составило для геп-
тана 4,4% для октана - 10,7%. Характерно, что все отклонения наблюда-
лись в сторону завышения рассчитанной высоты по сравнению с опыт-
ной.
4. Определение взрывоопасности смесей метана с воздухом (268)
Опыты проводились в сферическом закрытом металлическом со-
суде вместимостью 4,7 л при центральном зажигании предварительно пе-
ремешанной смеси. Получено максимальное давление взрыва метана с воз-
духом (концентрация метана 9-10%)-7,8 кг/см2 (избыточное); максималь-
ная скорость нарастания давления взрыва при той же концентрации ме-
тана - 140 кг/(см2 с).
5. Расчет возможности образования взрывоопасной концентрации
паров стнрола-ректнфнката в сборнике (267]
Условия:
Состав собираемого в сборнике стирола-ректификата:
стирола - 99,65% (мае),
этилбензола CJisC}Hs - 0,35% (мае).
Температура 30 “С. Нижний концентрационный предел воспламе-
нения (НКПВ) = 1,1% об.
Расчет:
Общее давление паров в сборнике Ро = 760 мм рт. ст.
Концентрация насыщенных паров стирола-ректификата в сборни-
ке при I = 30 °C составит:
427
Со6 =^ 100 = — -100 = 1,13% об.,
° Ро 760
где Ceg - объемная концентрация паров жидкости, %;
Ps - давление насыщенных паров стирола-ректнфиката при
30 °C-8,9 мм рт. ст.
Массовая концентрация паров смеси определяется по формуле:
см = .,из404.7дц73._„ 73 г/ з
м 100/>о(/ + 273)го 100-760(30 + 273)-22,4 ' '
где См - массовая концентрация паров при рабочей темпера-
туре, г/л;
М - моль чистого вещества или смеси.
Если исходить из того, что молярные доли компонентов паров сти-
рола и этилбензола находятся в тех же соотношениях, что и в жидкости,
то молярная доля стирола (Мст) в паровой смеси составит:
Мст -
99,65
~Т04~
щ m2 99,65 0,35
М} + Мг 104 + 106
= 0,996
где /и, - массовое содержание в паре стирола;
m2 - массовое содержание в паре этилбензола;
М2 - моль стирола;
М2 - моль этилбензола.
Молярная доля Мэ этилбензола
М= 1- Mcr = 1 - 0,996 = 0,004.
Моль смеси паров будет соответствовать:
Мс = 0,996-104+0,004-106 = 104,
Р - барометрическое давление в мм рт. ст.;
Vo - объем моля паров при 0 °C, л;
t - рабочая температура в сборнике, °C.
428
Вывод:
Расчет показывает, что при появлении источника зажигания в сбор-
нике произойдет взрыв паровоздушной смеси.
6. Расчет возможности зажечь аэровзвесь льняной пыли
в воздуховоде искрой удара, возникающей при попадаипп
в вентиляционную систему металлических предметов (269]
При обследовании вентиляционного отвода после взрыва был най-
ден стальной предмет массой около 113 г. Наибольшей скоростью этот
предмет будет обладать в том случае, если он отбрасывается турбиной
вентилятора, окружная скорость конца лопасти которого не превышает
70 м/с. Энергия удара (1Р, Дж) предмета о стену вентиляторного отвода
при V = 70 м/с и массе т = 113 г. составит:
W = = °'113,7°2 = 276,85 кг м2 / с2 = 276,85 Дж.
2 2
Вес частички стали (искры) (ти), отколовшейся от предмета при
ударе и нагревшейся до температуры t2 = 1520 °C (температура искр неле-
гнрованных малоуглеродистых сталей), получаем из соотношения
W 276,85
">и =--------Ч =-------5----= 0,3 1 Г,
C(r2-Z|) 0,586-103 • 1500
где Z, - температура в воздуховоде, равная 20 °C;
С - теплоемкость стали, равная 0,586-10’ Дж.
Определение длительности остывания искры от температуры
1500 °C (13) до температуры самовоспламенения льняной пыли (/гй) про-
водили с помощью следующих зависимостей [36]:
в = Ьлк = J500 - 440 = о 716
Г3-Г, 1500-20
где 0 - относительная избыточная температура.
По скорости полета искры (Ии), которую принимаем также рав-
ной 70 м/с, вычисляем ее коэффициент теплоотдачи (а )
а = 188^ = 1572,92 Вт м~2 К"1.
Критерий Био определяем по формуле:
в. = ^=1572:92.2.10-3
4 29,08
429
где dH - диаметр искры, считая, что она имеет форму сферы. При
плотности ри- 7800 г/дм3, <7я=2мм;
Ли - коэффициент теплопроводности материала искры, равный
29,08 Вт/м-К.
По значению относительной избыточной температуры О и крите-
рию Bi определяем из графика рис. 14.4 величину критерия Фурье (Fo),
равную 2,52.
Рис. 14.4. Зависимость критерия Фурье (Fo) от значения
критерия Био (BI) и относительной избыточ-
ной температуры 0
Длительность остывания частицы металла составляет
Fod^C„-р„ 2,52(210-3)г.0,569.10}.7800
4 29,08 ’ ’
где Си - теплоемкость материала искры при температуре самовос-
пламенения горючего вещества, 0,569-103 Дж/кг-К.
Средняя мощность искры соответствует
= 1К = Ш85 = 18457 дж/с = 184>57 Ватт
г 1,5
Минимальная мощность электрической искры, зажигающей аэро-
взвесь льняной пыли, определяется из формулы:
W 25 10~3
Р = л =250 Д*/с = 250 Ватт,
4 10~4
430
где - минимальная энергия зажигания льняной пыли (фракции
менее 70 мкм), равная 25 мДж;
г - длительность искрового разряда при определении 10"4 с.
Вывод
1. Поскольку Ри< Р^, имеются основания предполагать, что ис-
кра, могущая возникнуть при ударе металлического предмета о стейку вен-
тиляционного отвода, не в состоянии зажечь аэровзвесь льняной пыли.
2. Попадание искры в отложения льняной пыли в воздуховоде мо-
жет привести, в результате хороших теплоизоляционных свойств аэроге-
ля и экзотермической реакции разложения, к его загоранию. Об этом сви-
детельствует также большой запас энергии искры (276,85 Дж) по сравне-
нию с минимальной энергией зажигания пыли (25 мДж).
7. Расчет параметров взрыва заряда ТИТ (117]
Условия:
Пусть сферический заряд ТНТ массой т = 27 кг взрывается при
стандартных атмосферных условиях на уровне моря. Требуется опреде-
лить параметры иевозмущенной (проходящей) и нормально отраженной
от препятствия взрывной волны на расстоянии г =30 м от центра заряда.
Расчет:
Определяем значение приведенного расстояния г(см. рнс.13.3, 14.3)
для расстояния 30 м.
Г = г/т|/3 = Зо/(з3)'/3 = 10 м/кг,л.
С помощью рис. 13.3 получаем параметры проходящей взрывной
волны
1) для г = 10 м/кг 1/3 имеем избыточное давление Pf = 1,0-10* Па.
Удельный импульс ijni^ = 40 Па-с/кг1”,
отсюда is = 40-271'3 = 120 Па с;
время до прихода взрывной волны т
rfl/т113 = 0,03 с/ кг1'3, отсюда га = 0,03 • 27,/3 = 0,09 с.
2) С помощью рис. 14.3 получаем параметры отраженной взрыв-
ной волны
431
pr =3 104 Па; /г/<3г-Ю6=6,0 107 Пас/кг^3 =60 Па с/кг,/3.
отсюда ir = 60-27^3 = 180 Па с.
8. Расчет параметров взрыва паровых облаков с использованием
тротилового эквивалента |117|
Условие:
50 кг пропана выделяется на земле и перемешивается с воздухом,
образуя облако, которое загорается и взрывается.
Определить параметры (максимальное избыточное давление и им-
пульс) невозмущениой (падающей) и отраженной от препятствия взрыв-
ной волны на расстоянии г= 35,8 м. Для учета отражения от земли прини-
мается фактор отражения, равный 2, тем самым взрыв 50 кг пропана для
облака на земле эквивалентен взрыву 100 кг пропана для сферического
облака в воздухе.
Решение:
1. Определяем максимальный тротиловый эквивалент (тшг)рас по
формуле (17.3). При теплоте сжигания пропана Qn=46,4- 106 Дж/кг и мас-
се пропана т=100 кг
, , 46,4 106 1 00 ......
;— = 1026,55 кг.
' 4520 103
2. Определяем значение т(см. рис. 13.3, 14.3) для расстояния 35,8 м
~г = г/п^нт = 35,8 / (1026,55)1/3 = 35,8 /10,09 = 3,55 м / кг173
3. С помощью рис. 13.3 для г = 3,55 м/кг,/3 имеем в проходящей
взрывной волне:
Ps = 95 кПа; is/n$T =91 Па-с/кг1'5,
отсюда is = 91 10,09 = 920Па с.
4. С помощью рис. 14.3 для г = 3,55 м/кг|/3 имеем в отраженной
взрывной волне: Рг =4,4 10s Па; Ю6 =2,3 108 Пас/кг|/3;
ir =230 10,09 = 2320 Па с.
432
9. Две опенки возможной мощности взрыва облака паров пропана,
заполнившего помещение склада объемом 1,240s м3
1) Для случая участия во взрыве 10% от всех наличных паров:
Определяем массу пропана: молекулярная масса пропана - 0,044 кг;
объем, занимаемый молем вещества - 0,0224 м’/моль
1,210s 0,044 ... 1Л5
-----------= 2,36 • щ кг
0,0224
Энергия взрыва составит 2,36-10®-0,1-4,6-107= 10,84-1011 Дж, где
4,6-107 Дж/кг - теплота сгорания пропана.
2) Для случая участия во взрыве стехиометрической смеси пропана
с воздухом
В объеме помещения содержится кислорода 1,2-105 0,21 =0,25-10s м3.
С3Я8 + 502 -> ЗСО2 + 4Н2О.
Количество молей кислорода в помещении: 1 моль- 0,0224 м3
0,2510s 1Л5
-------= 11,161щмолеи О
0,0224 2
Количество молей пропана, требующееся для стехиометрической
реакции с кислородом
Щ^.2.2310-.
5
Величина массы пропана в помещении, реагирующей в стехиомет-
рическом соотношении (молекулярная масса - 0,044 кг)
2,23 105 0,044=0,10105 кг.
Энергия взрыва составит 0,1010М,6107=4,610" Дж.
Вывод:
Полученные по двум критериям значения энергии взрыва отлича-
ются друг от друга примерно в 2 раза.
10. Расчет скорости осколка в момент удара по мншенн (по данным
остаточной деформации)
Условия:
Плохообтекаемый стальной осколок массой т=0,01 кг ударяет по
листу из алюминиевого сплава. Толщина листа h= 1,25 мм; предел текуче-
сти сплава ст=300 МПа; его плотность р(=2500 кг/мЗ. Плотность матери-
433
ала осколка рр = 8000 кг/м3; остаточное углубление на поверхности листа
в точке удара <5= 1 мм.
Расчет:
Радиус осколка сферической формы (г) определяется из формулы
3-0.01
4 3.14 -8000
= 0.006
м.
Исходя из зависимости (рис. 15.4), определяется величина безраз-
мерного комплекса:
Л/г2 =
11,25
62
= 0,035 и по графику (рис. 15.4) находим
величину комплекса
Ppv/4°IP, =0-15
Отсюда скорость осколка в момент удара составит:
0.15Vcr, _ 0,15-л/з00 106-2500
рр ~ 8000
16,2 м/с.
Рис. 15.4. Зависимость величины безразмерного
остаточного прогиба на поверхности плиты
от приведенной скорости плохообтакаемого ударника
434
Зная скорость осколка, можно определить дальность его полета,
что важно в исследовании взрыва. Для этого могут использоваться зави-
симости, приведенные в [117].
11. Расчет параметров огненного шара, образовавшегося при взры-
ве автоцистерны с пропаном (117]
В результате аварии автоцистерны, заполненной 6,8-104 кг пропа-
на, образовался огненный шар.
Требуется определить:
1. Диаметр, время существования и температуру огненного шара,
образовавшегося при взрыве пропана.
2. Расстояние от места аварии, на котором возможно образование
болезненных ожогов открытых участков кожи у людей, присутствовав-
ших при взрыве.
3. Как изменились бы ответы по пп. 1 и 2, если вместо взрыва авто-
цистерны рассматривалась бы детонация того же количества (6,8-10“ кг)
мощного ВВ?
Решение:
С помощью уравнения (32.3) можно оценить диаметр огненного
шара, если вещество дает при взрыве температуру около 3600 °К
D = 3,86- т0320 = 3.8б(б,80-10“)°’320 = 135,83 м.
С помощью уравнения (33.3) можно оценить продолжительность
существования этого огненного шара для той же температуры 3600 °К
г = ЪЗЭЭпР™ = 0,299^6,80 • 104 )°”° = 10,52 с.
Однако средняя температура огненного шара, как указывалось
выше (см. раздел 3), зависит от природы горючего вещества. Для пропа-
на соответствующая температура приблизительно равна 1350 “К.
Чтобы оценить диаметр, “более холодного” огненного шара при
взрыве пропана и “более горячего” огненного шара с температурой око-
ло 5000 °К, образующегося при детонации твердого ВВ, используем за-
кон подобия, который выражается формулой (29.3). Из нее получаем для
вещества с разными температурами соотношение:
7J1/3-Z)l/e'/3 = 7^3D2/el/3
_7?3 D, _ 3600|/3 136 15,33136 .....
отсюда: D2 - — = 188,68
м.
435
В случае детонации ВВ
5000|/3 17.10
Аналогично вводим поправку на температуру при оценке времени
существования огненного шара. Используя формулу (30.3), получаем для
пропана;
10,52 З600|0/3
Тп ~ 1350|0/3
= 276 с
10,52 -ЗбОО'*3
и для детонации ВВ гв = —~ с-
Как видно из расчетов, при детонации ВВ образуется огненный шар
меньшего диаметра и с меньшим временем существования, хотя и более
горячий.
Для определения порогового расстояния, на котором возникнут
ожоги открытых участков кожи, используем данные рис. 20.3 и продол-
жительность излучения огненного шара (276 с), образованного взрывом
пропана. Из этих данных следует, что 7=1,4 кВт/м2. Используя рис. 19.3,
оценим пороговое расстояние до места взрыва. С этой целью вычислим
приведенное J = —j-107
-= 1,4103107 ... „ ,/ г v4)
J = -----з— = 4,21 мВт/ м К I.
13504 3 '
Из рис. 19.3 следует, что J соответствует значение приведенной ве-
личины 7, равноеЮО мК|я/кг'я, отсюда
100ги|/3
yl/3
100(б,8104)М
—i------[7='-=369
(1350)'
Аналогичные расчеты, проведенные для детонации ВВ, дают
7 = 16 кВт/м2 при времени излучения 3,5 с. Величина J =2,5610'4Вт/(м2 К4)
при температуре 5000 “К. Величина г=385 м-К1Я/кг1Я, отсюда г =919 м. Боль-
шее расстояние, при котором наблюдается поражение кожи, в случае де-
тонации ВВ объясняется более высокой температурой, которая компен-
сирует уменьшение диаметра огненного шара и времени излучения.
436
12. Расчет поражающего действия огненного шара массой 20 т,
образовавшегося при сгорании пропана [153]
По формуле (27.3) рассчитываем мощность, выделяемую при сго-
рании огненного шара
7> = 12,4109-20^ = 9J-10'° Вт.
Излучательная мощность (см. с. 352) составит Ри = 9,1-10'° 0,3 =
= 2,73• 1О10 Вт, отсюда интенсивность энергии у облучаемой поверхно-
сти составит (см. формулу (36.3))
Л = /4лг2 = 2,73-Ю10/4-3,14-г2 = 2,17 109-г-2 Вт/м2.
Зависимость дозы теплового облучения от расстояния г для огнен-
ного шара массой 20 т*1 показана в табл. 7.4.
Таблица 7.4
Зависимость дозы теплового облучения от рвсстояиия для
огиеииого шарв массой 20 т
Зависимость Л =/('') Г, м
100 200 400 800 1600 2262
Jr = 2J7-109 г-2, Вт/м2 2.17Ю5 5,42-104 1,35-10" 3,37-10’ 8.74-102 4,27-Ю2
7^333 г , Дж/м2, (см. формулу 41.3) 1,34-10’ 2.11-107 3,30-10’ 5,19-10’
Фактор ослабления, (см. формулу 37.3), Л = 0,96-0,I2lgr 0,720 0,683 0,647 0,61 0,575 0,555
Интенсивность после ослабления J? , Вт/м2 1,56-10’ 3,70 Ю4 8,70 103 2,05-10’ 4,87-102 2,07-102
(/,)'ЗП ' т > Дж/м2 8,61-10' 1,26-107 1,84-10“
(J'r )’ 15 г , Дж/м2, (см. формулу 42.3) 3,49-10’ 6,60-104 1,26-10* 5,54 10’
*> г = 3,8-201'3 = 10,3 с (см. формулу 27.3)
437
Как видно из табл. 7.4, при сопоставлении с данными табл. 19.3 и
индексом дозы, вызывающей ожог третьей степени, равной 5,5-105 Дж/м2,
порог смертельного поражения с учетом ослабляющего действия атмо-
сферы лежит на расстоянии до 200 м, а для ожогов третьей степени - при-
мерно до 400 м.
Огненный шар, образовавшийся в результате сгорания около 10 т
пропана при аварии 9 марта 1972 г. в Линчберге (США), имел радиус
примерно равный 60 м. На расстоянии - 90 м - привел к гибели 1 чел. и
на расстоянии 140 м вызвал тяжелые ожоги у трех очевидцев случившего-
ся. Один смертельный случай зарегистрирован на расстоянии 130 м. На
этом же расстоянии были поражены еще 2 чел., но не смертельно.
5. Судебно-техническая экспертиза пожара
и взрыва
Для объективности экспертизы пожара и взрыва и, следовательно,
ее качества требуется:
1. Знание условий возникновения и развития пожара и взрыва.
2. Знание пожаро-взрывоопасных свойств веществ и материалов,
находившихся на месте происшествия.
3. Знание методики экспертизы пожара и взрыва и умение иссле-
довать их обстоятельства.
Необходимые данные по первому и второму вопросам приведены
в 1-4 разделах книги. В 5 и 6 разделах сообщаются сведения, касающиеся
третьего вопроса.
Под судебно-технической экспертизой пожара и взрыва понимает-
ся производимое в установленном процессуальным законом порядке ис-
следование с привлечением специальных научно-технических знаний, на-
правленное на выявление причины пожара и взрыва, сопутствующих им
факторов и обстоятельств, нарушений правил пожаро- взрывобезопасио-
сти и разработку профилактических рекомендаций [271]. Найти причину
происшествия - почти то же, что найти методы его предотвращения. Этот
процесс облегчается тем, что при производстве экспертизы наиболее рез-
ко выявляются отклонения от технологического регламента производства;
неисправности технологического оборудования и потребителей электро-
энергии; нарушения правил и инструкций по совместному хранению раз-
личных веществ и материалов; несоответствие приборов автоматики и
контроля за состоянием среды требованиям, предусмотренным техничес-
кими нормами и проектом; недостатки в организации и осуществлении
противопожарной и противовзрывной службы на объекте; неудовлетво-
438
ригельное техническое состояние автоматических установок обнаружения
и тушения пожаров и др.
Исследования проводит зксперт(единоличио, комиссионно или ком-
плексно*’, назначаемый постановлением лица, производящего дознание,
следователя или прокурора. Основанием для проведения экспертизы яв-
ляется также специальное определение суда.
Для выполнения работы эксперта по вопросам пожара и взрыва
специалист должен не только обладать глубокими знаниями в рассматри-
ваемой области, но и владеть методикой экспертного исследования.
Предмет экспертизы предопределяется вопросами, поставленными
следователем или судом. Они в общем сводятся к следующему:
- Какова причина пожара и взрыва?
- Условия их возникновения и протекания. Место и время, пути рас-
пространения огня, взрыва, продуктов горения. Особенности, сказавши-
еся на последствиях?
- Обладают ли вещества и материалы, использовавшиеся на по-
страдавшем объекте, пожаровзрывоопасными свойствами и каковы их па-
раметры?
- Соответствуют ли эти вещества и материалы (в том числе исполь-
зованные для изготовления аппаратуры), изъятые с места происшествия,
требованиям специальных регламентов, технических условий, ОСТов и
ГОСТов?
- Соответствуют ли (в части, имеющей отношение к условиям воз-
никновения и протекания пожара и взрыва, а также к их последствиям)
проект строительства (монтажа) и эксплуатация объекта требованиям спе-
циальных (строительных, технологических, электротехнических и др.)
нормативных документов; недостатки этих документов?
- Соответствовало ли противопожарное и противовзрывное состо-
яние объекта действующим нормам и правилам?
*’ Единоличную экспертизу проводит одно лицо, комиссионную - группа
(комиссия) экспертов одной специальности. Экспертизу в составе комиссии на-
значают в случаях сложности проводимых исследований, а также при произ-
водстве повторной экспертизы. Эксперты, участвующие в комиссии, составля-
ют общее заключение, однако в случаях разногласий каждый из экспертов пред-
ставляет самостоятельно заключение (ст.80 УПК) [272]. При возникновении не-
обходимости в объединении усилий специалистов различных отраслей знаний
для решения того или иного вопроса назначают комплексную экспертизу. Зада-
чи судебной экспертизы по делам о пожарах и взрывах являются сложными и во
многих случаях интеграционными. Их решение обеспечивается синтезировани-
ем результатов работы экспертов различных специальностей. Поэтому данная
экспертиза является, как правило, комплексной.
439
- Какая причинная связь существует между допущенными наруше-
ниями нормативных документов и возникновением, условиями протека-
ния, тушения и последствиями пожара и взрыва?
- Имелись и соответствовали ли планы эвакуации людей из зоны
пожара, взрыва действующим нормам и правилам? Если имели место на-
рушения, то какое влияние они оказали на условия эвакуации? Правиль-
но ли осуществлялась эвакуация людей из зоиы пожара, взрыва?
- Правильно ли было организовано и осуществлено тушение по-
жара? Если нет, то какое влияние это оказало на наступление последствий?
- Какие мероприятия, направленные на предотвращение (предуп-
реждение) аналогичных происшествий, необходимо осуществить на объек-
те?
В зависимости от конкретных обстоятельств возникновения и про-
текания пожара и взрыва на разрешение судебной экспертизы могут быть
поставлены и другие вопросы, требующие специальных позиаинй в обла-
сти технических и других дисциплин.
Объектом экспертизы являются материалы уголовного дела, веще-
ственные доказательства, обстановка на месте пожара, взрыва и другие
относящиеся к происшествию данные.
Судебно-техническая экспертиза проводится с учетом ее предмета
при помощи определенных приемов и с использованием разнообразных
технических средств. Схема последовательности работ, связанных с су-
дебно-технической экспертизой пожара и взрыва, приводится на рис. 1.5,
содержание ее разделов подробно разбирается в последующих главах. Из
схемы (рис. 1.5) видно, что судебно-техническая экспертиза пожара и взры-
ва, являясь основной в выявлении их причины, может включать, как от-
мечалось выше, другие экспертизы, связанные с использованием различ-
ных отраслей знаний (например, электротехническая, строительная, ме-
дицинская, транспортная и др.), для правильного решения поставленных
вопросов. Однако другие экспертизы носят ограниченный и вспомогатель-
ный характер, потребность в них определяется основной экспертизой по
пожару и взрыву и поэтому правильнее их называть дополнительными
экспертными исследованиями. К их числу относятся также требующиеся
иногда по ходу расследования следственные эксперименты.
Процессуальным законодательством, помимо основания и условий
проведения экспертизы, определены также права и обязанности эксперта
[272, 273].
440
Рис. 1.5. Схема экспертизы пожара и взрыва
441
Эксперт имеет право:
- знакомиться с материалами дела, относящимися к предмету экс-
пертизы. Такое ограничение оправдывается тем, что ознакомление экс-
перта со всеми материалами дела может способствовать предвзятости в
его суждениях, тенденции к решению вопросов не на основе изучаемых
фактов, а путем оценки имеющихся в деле доказательств. По нашему мне-
нию, соответствующее искусственное ограничение и толкование являют-
ся ошибочными.
Научный анализ н оценка материальных следов, признаков и со-
стояний возможны только при использовании всех источников информа-
ции, как вещественных, так и личных (показания свидетелей, потерпев-
ших, помощь специалистов). Эксперт, будучи специалистом, имеет воз-
можность оценить более правильно, в отличие от следователя, указанные
показания. В случае их соответствия определенным научно-техническим
данным они могут использоваться в экспертизе как доказательные.
- ходатайствовать о предоставлении ему дополнительных матери-
алов, необходимых для достоверного решения вопросов.
В случае непредоставления следователем дополнительных матери-
алов эксперт имеет право оставить экспертизу без исполнения. С другой
стороны, эксперт должен принимать все меры при отсутствии дополни-
тельных материалов к проведению исследования и полному убеждению в
том, что дать заключение на основании имеющихся материалов невозмож-
но.
- присутствовать с разрешения следователя (суда) при производ-
стве следственных (судебных) действий, задавать допрашиваемым вопро-
сы, просить о занесении в протокол существенных для дачи заключения
обстоятельств;
- излагать на допросе свои показания собственноручно;
- давать заключение н показания на родном языке, если не владеет
языком, на котором осуществляется судопроизводство;
- обжаловать действия лица, ведущего дознание, следователя, про-
курора, суда.
Жалоба подается надзорному прокурору непосредственно через
лицо, на действия которого она приносится. В течение 24 ч это лицо обя-
зано направить жалобу со своим объяснением прокурору. Принесение
жалобы (вплоть до ее разрешения) не влечет обязательного приостанов-
ления исполнения того действия следователя, которое обжалуется.
- каждый эксперт, будучи в составе комиссии, вправе составить,
как уже отмечалось выше, свое собственное заключение, если оно не со-
гласуется с мнением других ее членов;
442
- в заключении эксперт вправе указать на установление им обстоя-
тельств, имеющих значение для дела, но по поводу которых ему не были
поставлены вопросы;
- имеет право на возмещение понесенных расходов и вознагражде-
ние за выполнение своих обязанностей, если они выполнялись не в поряд-
ке служебного задания.
При расследовании дел о пожарах и взрывах вопрос о причинной
связи возникает в двух аспектах: 1) причинная связь между действием или
бездействием человека и пожаром, взрывом, возникшими в результате
этого действия или бездействия (юридическая сторона вопроса); 2) при-
чинная связь между явлениями технического порядка, из которых одно
(как причина) предшествует другому (следствие) и порождает его.
Вопросы, разрешаемые экспертом в соответствии с его компетен-
цией, не могут касаться юридической стороны уголовного или гражданс-
кого дела, относящейся к компетенции следователя и суда. Нарушение
пределов компетенции эксперта на практике проявляется в том, что экс-
перт:
а) решает правовой вопрос о наличии или отсутствии в деянии со-
става преступления;
б) самостоятельно собирает для исследования какие-либо матери-
алы, изымает вещественные доказательства и документы, допрашивает
очевидцев и т. д.
Во всех случаях, когда возникает необходимость дополнить объек-
ты экспертного исследования новыми материалами, эксперт обязан об-
ратиться с ходатайством к органу, назначившему экспертизу. Такая заяв-
ка может быть сделана в момент объявления постановления о назначе-
нии экспертизы или в ходе исследования. Это ходатайство может быть
заявлено устно (тогда оно подлежит внесению в протокол) или письмен-
но. Для правильного разрешения ходатайства необходимо, чтобы эксперт
указал, какие именно и для производства каких исследований ему нужны
дополнительные материалы.
в) отбирает по своему усмотрению некоторые из данных, относя-
щихся к предмету экспертизы, оставляя без внимания остальные, т. е. при-
сваивает себе функцию оценки доказательств.
Поскольку юридическая оценка причины пожара не входит в ком-
петенцию технического эксперта, он не вправе отвечать на вопросы о ви-
новности конкретного лица, умысле или неосторожности.
Эксперт имеет право толковать содержание технических норм и
правил, относящихся к области его специальных знаний, и руководство-
ваться ими в своей работе. Он вправе разрешать вопрос о применении того
443
или иного положения технических норм и правил к данному случаю,
разъяснять его смысл, соответствие действия определенного лица в дан-
ной обстановке техническим требованиям, изложенным в соответствую-
щем акте. Вопрос о мотивах поведения лица в конкретной ситуации, оцен-
ка его поступков с этой стороны (со стороны правовых норм) не являет-
ся, как подчеркивалось выше, компетенцией эксперта.
Эксперт обязан:
- заявить самоотвод прн наличии указанных в законе [272] основа-
ний (личная, прямая или косвенная заинтересованность в рассматривае-
мом деле, родственные отношения с его участниками и др.);
- явиться по вызову следователя и суда;
В случае невозможно участия в качестве эксперта должен сообщить
причины, обоснованность которых решает орган, назначавший эксперти-
зу.
- дать объективное заключение в письменном виде;
- отказаться от дачи заключения:
а) по вопросам, не входящим в его компетенцию (вопросы право-
вого характера или отсутствие надлежащих знаний);
б) при недостаточности материалов для ответов на поставленные
вопросы. В этом случае эксперт должен поставить вопрос о предоставле-
нии в его распоряжение необходимых дополнительных материалов;
в) в случае, когда состояние современного уровня развития пред-
ставляемой им отрасли знаний не позволяет дать ответы на поставлен-
ные вопросы. Во всех случаях сообщение о невозможности дать заключе-
ние по поставленным вопросам должно быть мотивированным, т.е. со-
держать конкретные доводы и сведения, обосновывающие позицию экс-
перта;
- явиться на допрос по поводу представленного заключения и дать
правдивые показания;
- не разглашать данные предварительного следствия и дознания.
За необоснованный отказ дать заключение или за дачу заведомо ложного
заключения эксперт несет уголовную ответственность.
444
6. Особенности исследования пожара и взрыва
Из приведенной схемы (рнс. 1.5) следует, что судебно-техническая
экспертиза пожара и взрыва сводится к их исследованию, состоящему из
двух основных разделов, имеющих цель:
- установления причины и сопутствующих фактов и обстоятельств;
- разработки на основе выявленных нарушений рекомендаций по
обеспечению пожаровзрывобезопасных условий эксплуатации пострадав-
шего объекта.
Установление причины происшествия и сопутствующих ему фак-
тов и обстоятельств позволяет следственным работникам обоснованно
рассмотреть правовую сторону вопроса и определить степень виновно-
сти причастных к происшествию лиц.
Важнейшим элементом указанной экспертизы является ее направ-
ленность также на решение профилактических вопросов пожаро-взрыво-
безопасности. В связи с этим необходимо особо подчеркнуть, что возник-
новение неконтролируемого горения вне специального очага, одинаково
характеризующее явления «пожар» и «загорание», обязывает учитывать
и исследовать также случаи загораний. Последние отличаются от пожа-
ра, как указывалось выше, лишь отсутствием материального ущерба. Слу-
чайность, однако, возникающего процесса горения в стадии загорания не
исключает при наличии благоприятных условий его развития и перехода
в стадию пожара и взрыва. Поэтому при проводимом исследовании про-
исшествия важно учитывать и рассматривать все имевшие место до него
случаи загораний на пострадавшем объекте.
Как видно из приведенной схемы (рнс. 1.5), собственно работа по
установлению причины пожара и взрыва и их профилактике складывает-
ся из следующих основных этапов:
1. Исследование обстоятельств происшествия.
2. Выдвижение и обсуждение версий и установление причины по-
жара, взрыва.
3. Выявление нарушений пожаро-взрывобезопасности объекта и
разработка профилактических рекомендаций.
Успешность указанной работы зависит от тщательности ее прове-
дения, инициативы, научно-технической подготовки и опыта участвую-
щих в работе лиц. Эффективность решения задачи в целом определяется
также состоянием методических разработок экспертизы пожара и взры-
ва.
Следует отметить, что метод расследования одного происшествия
никогда в точности не совпадает с методом расследования другого. Од-
нако известная общность задач расследования происшествия, требова-
445
ний и подходов к его проведению, факторов, влияющих на процессы воз-
никновения н развития горения и взрыва, помогающая выявить влияние
этих факторов в конкретных условиях, предшествовавших и сопровож-
давших происшествие, позволила разработать методические указания по
анализу обстоятельств его возникновения и развития. Они содержат опи-
сание действий, необходимых при исследовании любого случая пожара и
взрыва.
В ниже приводимых подразделах излагаются эти указания приме-
нительно к каждому этапу экспертизы.
б. 1. Исследование обстоятельств происшествия
Согласно схеме (рис. 1.5), работа по исследованию обстоятельств
пожара и взрыва складывается из следующих основных этапов:
1. Осмотр места пожара н взрыва.
2. Выявление обстановки, предшествовавшей и сопутствовавшей
пожару н взрыву.
3. Дополнительные экспертные исследования.
4. Изучение материалов дела и следственные эксперименты.
6.1.1. Осмотр места пожара и взрыва
Определение первоначального места пожара н взрыва возможно
только тогда, когда правильно установлен источник их возникновения.
Для выявления соответствующего места незаменимым первоочередным
следственным действием является осмотр пострадавшего от пожара и
взрыва объекта.
Возможность непосредственного обозрения и восприятия обстанов-
ки, ее многих существенных для исследования деталей не может быть ком-
пенсирована самыми подробными показаниями свидетелей или другими
материалами дела. Учитывая, что обстановка после пожара и взрыва со-
храняет в себе наиболее достоверно все данные, характеризующие усло-
вия возникновения и развития указанных процессов, необходимо всемер-
но обеспечивать прибытие эксперта на место происшествия до возмож-
ного изменения этой обстановки.
Производство осмотра места происшествия требует владения зна-
нием характерных условий возникновения и развития пожара и взрыва,
нх особенностей (см. разделы 1 и 3), методики осмотра, умения аналити-
чески осмысливать выявляемые при осмотре факты и обстоятельства.
Следственный осмотр места происшествия имеет целью;
446
- обнаружить и зафиксировать признаки очага пожара и эпицент-
ра взрыва;
- обнаружить, изъять и обеспечить сохранность предметов, кото-
рые могут явиться вещественными доказательствами;
- собрать данные, отражающие обстановку (предшествовавшую и
сопутствовавшую пожару и взрыву), в которой проявилась причина ава-
рии, возникли и развивались горение и взрыв, происходили их обнаруже-
ние и ликвидация.
Главной задачей осмотра места происшествия является обнаруже-
ние и фиксация признаков, позволяющих на основе их анализа с учетом
материалов дела и данных, приведенных в разделах 1-4, прийти к выводу
об источнике и месте возникновения процессов, приведших к пожару и
взрыву. В целях облегчения и лучшего выполнения поставленной задачи
весьма важно ознакомиться с условиями работы однотипных (пострадав-
шему) объектов, их особенностями и имевшими место на них пожарами и
взрывами.
Обстановка на месте происшествия может быстро изменяться в свя-
зи с необходимостью сразу после аварии (пожара, взрыва) проводить ра-
боты по спасению пострадавших людей, восстановлению аварийного
объекта. Это в свою очередь связано с необходимостью растаскивания
обломков зданий и сооружений, раскапыванием образовавшихся завалов
и насыпей, закапыванием воронок, газорезательными работами и др. По-
этому важным является своевременное принятие мер к сохранению обста-
новки пожара и взрыва до подробного ее описания и отбора веществен-
ных доказательств*’. Учитывая это обстоятельство, следует прежде всего
подвергать осмотру и фиксации участки, где в первую очередь возникает
необходимость (например, спасание людей) проведения работ по ликви-
дации последствий пожара и взрыва.
Осмотр места происшествия надо всемерно стремиться производить
с участием специалиста (эксперта) в области пожара и взрыва. Специа-
лист (эксперт) помогает следователю уяснить механизм происшедшего,
обнаружить следы, установить их связь и других вещественных доказа-
тельств с самим происшествием, выделить то, что нуждается в фиксации.
* ’ В Англии осуществляется система подготовки пожарных, включающая
их ознакомление с экспертной работой и направленная на то, чтобы защищать
от повреждений обнаруженные в ходе тушения пожара предметы, могущие слу-
жить вещественными доказательствами, несущими определенную информацию
об обстоятельствах происшествия [274].
447
К этой работе следует привлекать и других специалистов (экспертов) (тех-
нолога, электрика, механика, строителя, врача и др.), причем их состав
может меняться в зависимости от конкретных обстоятельств возникнове-
ния и протекания пожара и взрыва, а также их последствий.
Прн осмотре места пожара и взрыва целесообразно придерживаться
принципа последовательного перехода от периферийных участков к пер-
вичному очагу или эпицентру происшествия, характеризующимся наи-
большими поражениями, от общего охватывающего объект обзора к де-
тальному ознакомлению с отдельными пострадавшими участками. Обна-
ружение на периферийных участках тех или иных вещественных доказа-
тельств (особенно в случае взрыва) дает возможность более целенаправ-
ленно производить осмотр в районе эпицентра, где могут встретиться труд-
ности, связанные с наличием значительных разрушений.
При осмотре, охватывающем все место происшествия, отмечаются
закономерности в изменении разрушений в пределах всей зоны пожара и
взрыва; устанавливают в целом, что сгорело и пострадало от их воздей-
ствия. По внешним признакам разрушений и следам горения получают
представление о направленности горения и очаговой зоне.
В зону пожара и взрыва входят пострадавший объект, территория
вокруг него с признаками поражений и разлета осколков. Размеры такой
зоны весьма различны и могут достигать в радиусе более 100 м в случае
пожара и более 1000 м в случае взрыва. Размеры зоны определяют также
с учетом специфики объекта и предполагаемых версий о причине пожара
и взрыва. Если, например, на объекте происшествия обнаружены веще-
ственные доказательства с признаками аварийного режима работы элек-
тросети, то в эту зону осмотра должна быть включена и ближайшая транс-
форматорная подстанция, питающая данный объект электроэнергией.
Объектом осмотра и исследования на трансформаторной подстанции бу-
дут являться аппараты защиты на линии, питающей пострадавший объект,
их техническое состояние, способ прокладки, тип, сечение и состояние
электропроводки на всем расстоянии до объекта пожара, взрыва. Это
объясняется прежде всего тем. что электросеть как в процессе нормаль-
ной работы, так и прн аварийных режимах функционирует с жестко оп-
ределенными связями между различными составными элементами, начи-
ная от источника питания ( трансформаторная подстанция) до конечного
потребителя электроэнергии (электросветильники, электродвигатели и
другое электрооборудование). Наличие этой связи приводит к тому, что
неисправность, аварийный процесс или другой аномальный режим эксп-
луатации в одном элементе, как правило, отражается в виде определен-
ных закономерно возникающих признаков на других элементах и участ-
ках электросети. Например, возникновение короткого замыкания (КЗ) на
448
участке электропроводки при правильно выбранной электрозащите при-
водит к ее срабатыванию, сопровождающемуся необратимыми изменени-
ями в состоянии защитных устройств.
В случае несрабатывания защиты значительные по величине токи
КЗ, протекающие по всем элементам электросети от источника питания
до места замыкания, могут вызвать дополнительные (вторичные) повреж-
дения элементов электросети, в том числе на участках, находящихся вне
зоны термического воздействия пожара. В практике, например, известны
случаи, когда такие повреждения образовывались на удалении до несколь-
ких сотен метров от объекта, на котором возникло замыкание и произо-
шел пожар [315]. Кроме того, дополнительные повреждения изоляции ка-
бельных изделий с возникновением вторичных КЗ могут происходить при
увеличении зоны термического воздействия пожара в процессе его разви-
тия. Причем до момента отключения питания места этих замыканий пе-
ремещаются по трассам прокладки электропроводки в направлении к ис-
точнику тока, что ведет к постепенному увеличению силы тока КЗ.
В качестве обязательных действий, осуществляемых при обзоре,
охватывающем все место происшествия, являются:
- установление масштаба и характера разрушений (повреждений)
объекта, а также соседних с ним сооружений и объектов;
- составление крок разрушенных и поврежденных объектов (по-
этажных планов и вертикальных разрезов сооружений) с нанесением на
них линий, характеризующих форму и границы разрушений, зоны горе-
ния и выгорания пожарной нагрузки, следы теплового воздействия и за-
дымления, предполагаемые или установленные первоначальный очаг по-
жара и эпицентр взрыва (пример на рис. 1.6) [275];
- описание на плане места происшествия расположения свидетелей
и потерпевших с указанием расстояния от них до места его возникнове-
ния и характеристикой положения людей по отношению к первичному
очагу или эпицентру (стоя, сидя, лежа, боком, спиной или передом);
- составление подробного описания ущерба, нанесенного сооруже-
ниям и оборудованию.
При осмотре отдельных пострадавших участков выявляют и фик-
сируют особенности развития пожара и взрыва, отражающие для каждо-
го из участков повышающуюся интенсивность воздействия пожара и взры-
ва по мере приближения к месту их возникновения, и с этой целью:
- производится осмотр в направлениях: а) начиная со слабо закоп-
ченных участков к сильно закопченным; б) от подвергавшихся тепловой
обработке к сильно поврежденным в результате теплового воздействия;
в) от наименее обгоревших и разрушенных к наиболее пострадавшим от
пожара и взрыва;
449
Разглч по
Рис. 1.6а. Кроки рабочей башни элеватора, разрушенной взрывом:
1 - головка нории; 2 - емкость 12 т; 3 - весы; 4 - емкость 2 т;
5 - распределительный круг; 6 - сепаратор ЗСМ; 7 - оперативный бункер;
8 - башмак нории; 9 - железнодорожный вагон; 10 - очаг пожара;
затемненная область - зона разрушений
450
S-i
Рис. 1.66. Кроки рабочей башни элеватора, разрушенной взрывом.
Планы:
1 - оперативный бункер; 2 - сепаратор;
Затемненная область - зона разрушения
451
- устанавливают более конкретно и точно данные, характеризую-
щие особенности распространения пожара и взрыва (параметры пожаров-
зрывоопасиости присутствующих веществ и материалов, их состояние и
размещение на объекте; пожарную и взрывную нагрузки, возможные ус-
ловия возникновения пожара и взрыва, интенсивность развития и направ-
ленность распространения процессов, обусловленные также размерами
помещения, формой и размерами проемов, через которые осуществлялся
газообмен с внешней средой; наличие обугливания и дымовых отложе-
ний на дверных выходах и окнах, вокруг вентиляционных отверстий, со-
фитах, на свесе крыши и наружных стенах здания под карнизом), зоны
развития и их контуры;
- выискивают вещественные доказательства и менее заметные сле-
ды;
- уточняют полученные при общем осмотре данные и наблюде-
ния;
- выявляют нарушения правил и требований. В частности обра-
щается внимание на степень сопротивляемости ограждающих конструк-
ций огню при имеющейся пожарной нагрузке и соответствие их свойств
предъявляемым требованиям. Устанавливаются данные о состоянии, осо-
бенностях устройства электросети и ее эксплуатации.
При установлении особенностей возникновения и распространения
пожара и взрыва, определении их первичного очага или эпицентра необ-
ходимо пользоваться, как отмечалось выше, данными и признаками, при-
веденными в разделах 1-4.
Нередко местоположение очага пожара, обнаруженное на частях
оборудования и мебели, уже само по себе дает основание для вывода о
возможной причине его возникновения. Так, обнаружение очага пожара
на мягкой мебели, кроватях чаще всего свидетельствует о том, что причи-
ной могла явиться тлеющая папироса или сигарета. Наиболее сильное тер-
мическое повреждение того или иного предмета мебели со стороны дей-
ствующего отопительного прибора, около которого он был установлен,
указывает на то, что пожар мог возникнуть от тления, вызванного тепло-
вым воздействием этого прибора. Например, часто в случаях, связанных
с отопительными печами, причиной пожара может явиться неправильно
сооруженный переход от дымогарной к дымовой трубе. Опасность воз-
никает прежде всего в том случае, если труба не имеет негорючей раздел-
ки или не облицована специальным огнеупорным материалом. Сама ды-
мовая труба с плохо заделанными швами и щелями также часто стано-
вится причиной пожара.
Отмеченные строительные дефекты можно обнаружить по налетам
сажи, проникающей в щели, на внешней стороне дымовой трубы в виде
452
языков, направленных вверх. Для того, чтобы убедиться в наличии дефек-
тов в дымовой трубе, ее следует подвергнуть последовательной (ряд за
рядом) разборке. Для проверки исправности дымохода зажигают в печи
мусор, дающий дым. Появление дыма в одном из мест прохождения ды-
мохода через конструктивные элементы свидетельствует о его неисправ-
ности. На пожароопасность печи могут сказываться также свойства свя-
зывающих растворов, используемых в печных работах. Так, например,
применение цементного раствора допускается при кладке фундаментов
печей в сырых грунтах, а также для кладки дымовых труб выше крыши.
Использование цементного раствора вместо глиняно-песчаного при кладке
самой печи приводит в условиях нагрева к образованию трещин. Это обус-
ловливается тем, что цементный раствор не имеет необходимой пластич-
ности, жестко связывается с кирпичной кладкой, что при нагревании вы-
зывает повышенные внутренние напряжения в стенке печи. Они усилива-
ются благодаря неодинаковому температурному расширению цементно-
го раствора и кирпича. Обнаружение при разборке печи в месте образо-
вания трещин оставшегося связывающего слоя в шве, соединяющего кир-
пичи, свидетельствует о его жесткости [189].
Быстро протекающий процесс горения создает повышенные труд-
ности в определении первичного очага пожара и его причины. При мед-
ленном горении (тлении), например, софы очаг загорания может быть лег-
ко обнаружен приехавшими пожарными и ликвидирован. При пожаре в
товарном складе и приезде с запозданием пожарной части склад может
полностью сгореть, не оставив никаких вещественных доказательств.
Между этими двумя примерами наблюдается большинство случаев пожа-
ров.
Для облегчения расследования, связанного с выявлением причины
пожара или взрыва, необходимым мероприятием является восстановле-
ние первоначального положения всех сохранившихся в той или иной сте-
пени деталей и предметов путем возвращения их на прежнее место до про-
исшествия. Это помогает установлению его первичного очага или эпицен-
тра. Определяют также состояние отдельных элементов оборудования (по-
страдавшего от пожара и взрыва и не поврежденного, но непосредствен-
но связанного с пострадавшим) в целях выявления технических неисправ-
ностей (повреждений, разрушений), имевшихся в нем до происшествия, а
также возникших при его наступлении. Весьма важным является уста-
новить [275];
- работоспособность систем, предотвращающих повышение дав-
ления в оборудовании выше величины, предписанной правилами его экс-
плуатации (предохранительных клапанов, мембран);
453
- состояние систем, предотвращающих распространение горения и
детонации (огиепреградителей, отсекателей детонации, пламяотсекателя
и др.);
- работоспособность систем автоматического тушения загорания
и подавления взрыва;
- работоспособность систем получения и подачи инертного газа
(или другой защитной среды) в оборудовании;
- работоспособность контрольно-измерительных приборов и кои-
трольно-регулирующей аппаратуры (приборов для измерения давления,
температуры, расхода, концентрации, задвижек, клапанов, дозаторов и
ДР);
- состояние электрооборудования пострадавшего объекта и связан-
ного с иим в других объектах;
- состояние аспирации и вентиляции объекта и соседних с ним
объектов;
- состояние систем промышленных стоков и канализации постра-
давшего объекта и соседних с ним объектов;
- характер излома стенок оборудования при взрыве, а также его
осколков и отдельных конструктивных элементов (усталостный излом нлн
излом в результате потери прочности и др.);
- степень деформации (увеличение объема сосуда в результате взду-
тия его стенок, утонение стенок, их вогнутость и др.) стеиок оборудова-
ния, а также его отдельных конструктивных элементов;
- толщину стенок оборудования и причины их утонения (деформа-
ция, коррозия, эрозия).
В связи с частым возникновением пожаров и взрывов по электро-
техническим причинам важно при их расследовании обращать внимание
на возможные нарушения в состоянии электрической схемы объекта, увя-
зывая их с характером развития аварийного процесса. Поскольку на прак-
тике все проводники электричества оказывают сопротивление протека-
нию тока, выделение тепла внутри электрической системы не является нео-
жиданностью. Поэтому электрическая система проектируется и монти-
руется с таким расчетом, чтобы всячески уменьшить выделение тепла и
способствовать его быстрому рассеиванию. Однако возникающие ано-
мальные явления в системе (см. раздел 1.2.3) приводят к пожарам н взры-
вам.
Пожары от электрических причин могут быть разделены на два
основных класса.
1. Пожары, возникающие внутри электрической распределитель-
ной системы. К ней относится все установленное электрическое оборудо-
вание от точки, где завершается силовая проводка в здание, до прнемни-
454
ков, коммутаторов, переключателей и соединительных коробок, к кото-
рым подключается потребляющее ток электрооборудование (электропри-
емники). Под электроприемниками понимается оборудование, использу-
ющее электрическую энергию для механических, химических, нагреватель-
ных, осветительных и других практических целей.
2. Пожары, возникающие внутри электроприемников.
Сопоставление местонахождения найденных остатков сгоревшего
электрооборудования с местами его первоначального расположения со-
гласно электрической схеме объекта позволяет выявить допущенные в
процессе эксплуатации отклонения. В процессе осмотра объекта следует
обращать внимание на тип электрооборудования, вид его исполнения,
способ укладки электропроводки и проверить соответствие этих данных
указанным в документах.
Места перехода электропроводки через конструкции здания (сте-
ны, перегородки, перекрытия) и места присоединения проводов исследу-
ются особо тщательно, чтобы определить способ присоединения (сварка,
скрутка и т. п.). В случае сомнения в целостности скрытой проводки на
определенном участке ее следует вскрыть и осмотреть. Необходимо учи-
тывать опасности, содержащиеся в самой электропроводке и часто при-
водящие к пожару. Они сводятся к возможности возникновения корот-
ких замыканий, приводящих к возгоранию изоляции. Образование капель
расплавленного металла, выбрасываемых из места короткого замыкания,
может вызвать загорание веществ и материалов, на которые попали эти
капли. Воспламенение проводов может произойти в местах возникнове-
ния больших переходных сопротивлений или при перегрузке. Способство-
вать короткому замыканию и искрообразованию могут
1) коррозия металла, покрывающего или изолирующего проводник;
2) закрытые выпускные отверстия в соединительных коробках или
отсутствие в них контактов;
3) коррозия крепления проводки или его отсутствие;
4) наличие проводников в системе открытой проводки, освобож-
денных от крепления и оказавшихся в контакте между собой, с металли-
ческими и деревянными изделиями или другими проводящими или горю-
чими материалами;
5) разрушение изоляции проводника в условиях эксплуатации под
влиянием механических и тепловых воздействий, увлажнения и действия
агрессивной среды;
6) наличие мест соединения, имеющих недостаточный контакт меж-
ду собой;
7) наличие не восстановленной на место временно нарушенной элек-
тропроводки.
455
Исследование всей системы электрической проводки на аварийном
объекте представляет трудоемкую задачу, требующую большой затраты
времени. Наиболее полезными для изучения являются места соединений
электропроводки (переходные коробки, распределительные устройства,
групповые щитки, пускатели, рубильники, аппараты защиты - автоматы
и плавкие предохранители, штепсельные розетки, всякие зажимы и креп-
ления). Особое внимание следует обращать на цепи с большой силой тока,
связанные с нагревательными системами, электропечами, сушилками. При
осмотре проводки и элементов электрооборудования должны определять-
ся по возможности номинальные значения токов плавких вставок предох-
ранителей и автоматов защиты. Нужно обратить внимание на положение
автомата (включен или выключен), установить целостность плавких вста-
вок и соответствие их токовременных характеристик защищенной элек-
трической цепи. Если часть объекта, где произошел пожар, не поврежде-
на, необходимо изучить в ней состояние электропроводки с целью оцен-
ки общих условий ее эксплуатации, существовавших до пожара. Такое
исследование позволяет определить длительность эксплуатации и недо-
статки проводки. Если она устарелая и ее изоляция характеризуется на-
личием разрушений, то имеются основания для рассмотрения в качестве
одной из версий возможности возникновения пожара от электрической
причины.
Весьма тщательно производится осмотр самих электроприемников
(электродвигателей, электронагревательных устройств и т. п ). Вопрос о
причастности, например, бытовых электронагревательных приборов к
возникновению пожара может обсуждаться в тех случаях, когда место
обнаружения бытового электронагревательного прибора совпадает с пер-
воначальным очагом пожара; найденный в очаге пожара бытовой нагре-
вательный электроприбор в момент возникновения пожара оказался вклю-
ченным в электрическую сеть (штепсельная вилка его электрического шну-
ра находится в розетке); характер горения горючих материалов, находив-
шихся в контакте с нагревательным электроприбором, свидетельствует о
том, что электроприбор явился источником зажигания; развиваемая теп-
ловая мощность найденного электроприбора достаточна для зажигания
горючих материалов, находящихся в контакте с ним или поблизости.
Целью указанного осмотра электроприемников является установ-
ление характера их разрушения и наличия оплавлений. По состоянию,
например, обмоток электродвигателей, трансформаторов иногда можно
судить, явились ли они причиной возникновения пожара. Если, например,
мотор найден на площади пожара вблизи подозреваемого первоначаль-
ного очага, необходимо определить степень глубины повреждения обмот-
ки. Если его изоляция обгорела лишь у поверхностных слоев обмотки с
456
одной стороны, то причиной такого обгорания мог явиться внешний ис-
точник нагрева. Если изоляция обмотки выгорела по всему ее сечению и
по всему периметру аппарата, значит произошел перегрев обмотки от элек-
трического тока.
Следует, однако, учитывать, что в условиях пожара в зоне актив-
ного горения длительно могут сохраняться высокие температуры, при
которых изоляция сгорает по всему сечению обмотки. Этот факт - лиш-
нее подтверждение необходимости во всех случаях учитывать конкретные
условия развития пожара и фактор времени.
Одним из свидетельств того, что нагрев имел место внутри мото-
ра, является непроворачиваемость его вала. Однако для маленьких мото-
ров, сохраняющих под влиянием воздействия тепла много меньше инер-
ции, этот симптом не надежен. Если мотор находился во вращении во вре-
мя возникшего пожара, обнаружение кусочков припоя внутри его корпу-
са может иногда свидетельствовать, что горение началось в результате
повреждения коллектора мотора. Обнаруживаемое в нем трение под вли-
янием нагрева изнутри проявляется также разрывом приводного ремня
при проходе через шкив. Огонь снаружи наиболее часто проявляет свое
воздействие на мотор тем, что разрыв приводного ремня в результате
теплового повреждения происходит в местах, расположенных между шки-
вами. Это объясняется тем, что в местах соприкосновения со стальными
шкивами отводится тепло и повреждение в них ремня наблюдается в мень-
шей степени [94].
Если сразу после пожара обнаруживается, что корпус мотора оста-
ется слишком горячим, а другие элементы из железа и стали подобных
размеров на той же площади относительно холодные, то можно предпо-
лагать о возникновении опасного перегрева внутри корпуса мотора. Сле-
дует, однако, учитывать, что потеря в скорости вращения мотора или его
остановка могут произойти по причинам дефектности мотора, чрезмерно
плотной затяжки подшипников, маломощности мотора и его перегруз-
ки.
Светильники с люминесцентными лампами могут вызвать пожар
при попадании на них повышенного напряжения, что ведет к перегреву
дросселей и воспламенению их изоляции, к пробою конденсаторов. Эти
повреждения могут вызвать воспламенение рассеивателя; при поврежде-
нии дросселя (межвитковое замыкание) может наблюдаться его нагрев и
воспламенение.
Однако при сохранении в дросселе пуско-регулирующей аппарату-
ры заливочной массы, можно утверждать категорично о его непричаст-
ности к возникновению пожара.
457
Выключатели, служащие для включения и выключения светильни-
ков, и штепсельные розетки могут быть причиной пожара при перегреве
контактов в случае больших переходных сопротивлений и прохождения
тока нагрузки. При осмотре светильников с люминесцентными лампами
необходимо проверить состояние стартеров, монтажных проводов и от-
сутствие замыкания их на корпус;*’ в светильниках с лампами накалива-
ния - соответствие мощности лампы типу светильника.
При осмотре места пожара могут быть обнаружены детали ламп с
определенными признаками (результат наличия напряжения в освети-
тельной сети), выявление и изучение которых целесообразно производить
непосредственно прн осмотре. На остатках стекла колбы лампы, нахо-
дившейся под напряжением к моменту разрушения колбы, при дуговом
разряде между никелевыми иитедержателями оседает слой металла. Его
выявление непосредственно на месте пожара может быть произведено пу-
тем воздействия на поверхность осколков стекла колбы раствором диме-
тнлглиоксима; при этом возникает цветовая окраска, наблюдаемая визу-
ально [317]. О протекании дугового разряда может свидетельствовать так-
же оплавление электродов, поскольку температура плавления никеля
1455 °C практически не достигается на пожарах [315]. Выяснение возмож-
ности нахождения электрической лампы накаливания под напряжением к
моменту разрушения ее колбы может быть осуществлено путем анализа
остатков колбы на наличие окислов вольфрама. Для этого осколки кол-
бы должны быть изъяты и направлены на лабораторное исследование.
Обобщающая таблица способов обнаружения и фиксации признаков ава-
рийных режимов в электросети приведена в приложении 3 [315].
Следует установить также материал конструкций, к которым кре-
пятся электроприемннкн, и расстояние до ближайших горючих материа-
лов; состояние заземления и связь его с заземляющим контуром; наличие
н время отключения питания с подстанции или с главного распределитель-
ного щита.
Весьма важно правильно и полно составлять описание состояния
электрооборудования на месте пожара. Оно позволяет более точно уста-
новить наличие нарушений правил эксплуатации и монтажа электроуст-
ройств, а, следовательно, существование пространственно-временной свя-
зи между этими нарушениями и очагом возникновения пожара.
*’ Слипание электродов стартера и пробой его конденсатора обычно не
влекут срабатывания устройств электрозащиты данного участка сети, посколь-
ку сила потребляемого тока ограничивается сопротивлением дросселя на уров-
не близком к номинальному.
458
Осмотр отдельных участков пострадавшего объекта целесообраз-
но сопровождать при необходимости вскрытием и разборкой конструк-
ций, загромождающих доступ к исследуемым участкам, удалением или
перемещением различных предметов и материалов, расчисткой полов. Вся
производимая работа с наблюдаемыми и выявляемыми изменениями дол-
жна тщательно фиксироваться, лучше всего видеозаписью или кино-фо-
тосъемкой, и требует большой аккуратности, чтобы сохранить обнару-
живаемые следы и признаки. Практика показывает, что даже в случаях,
когда пожар в помещении принял значительные размеры, оборудование
и предметы, находящиеся в зоне горения, могут не сгореть полностью. Это
дает возможность при разборке оборудования и предметов установить по
положению и характеру поражений признаки направленности распрост-
ранения горения на соответствующих участках пожара, а иногда и непос-
редственное положение очага. В качестве примера на рис. 2.6 показано
обугленное место первоначального загорания, обнаруженное при расчи-
стке комнаты от мебели и мусора [94].
Особо тщательно следует выяснять причину возникновения силь-
но обгоревших участков, плавления веществ, так как они могут явиться
результатом длительного воздействия огня, развития высоких темпера-
тур, либо быстрого выгорания хранившихся в этих местах легковозгора-
ющихся материалов, обладающих большой скоростью горения и тепло-
той сгорания. Весьма важно поэтому иметь при осмотре четкое представ-
ление о расположении пожарных нагрузок на пути теплового потока при
горении, их массе, геометрических размерах, характерных физических и
химических свойствах.
Противоречия в закономерностях возникновения и развития горе-
ния, выявляемые при осмотре места пожара и взрыва, должны нацели-
вать на особо внимательное их исследование. Так, например, если пол под
мебелью и ее нижняя часть оказались выгоревшими, то имеется основа-
ние полагать о возникновении первоначального горения именно под этой
мебелью и возможности искусственно созданных для этого условий.
Обнаруживаемые следы от первичного очага пожара, расположен-
ного вблизи стен, могут иметь упоминавшуюся выше форму «V». Если
пожар начался в центре помещения, таких следов может и не наблюдать-
ся.
Горение кровельной драни на крыше рассматривается только как
результат занесенного огня. Не столь просто оценить возникновение го-
рения внутри здания. В учреждении, например, где бумаги лежат на пись-
менных столах и вокруг них, при возникновении пожара эти горящие бу-
маги под влиянием возникающих горячих токов воздуха могут перено-
ситься и откладываться в различных местах помещения. В результате уча-
459
стники тушения, видя i орение в разных местах, могут предположить, что
это поджог, а не результат воздействия источника загорания, возникшего
в одном месте. Поэтому исследователю важно учитывать свойства и осо-
бенности материалов, вовлеченных в процесс горения.
Рис. 2.6. Обугленное место первоначального загорания,
обнаруженное при расчистке комнаты от пожарного мусора
460
Создать условия пожара, вводящие в заблуждение исследователя,
могут горючие материалы (особенно плавкие), обладающие высокой теп-
лопроизводительиой активностью и способные в самой начальной стадии
пожара вовлекаться в процесс горения весьма большой интенсивности.
К таким материалам относятся, например, пластики, используемые для
отделки помещения. При температуре пожара, достигающей 500-600 °C
под потолком, их горение может сопровождаться вспышкой (внезапный
охват огнем всего содержимого помещения), причину которой могут не-
правильно объяснить как результат нескольких самостоятельно возник-
ших пожаров. Отсутствие учета возможности возникновения и передачи
тепла от вторично возникшего горения, очаг которого находится на уда-
лении от первичного очага, может способствовать существенной ошибке
в определении места и причины пожара. Для примера рассмотрим горе-
ние стула в жилой комнате. При горении стула комната наполнится горя-
чими газами, воздействующими на потолок и поверхности материалов,
расположенных ниже. До общей вспышки в комнате верхушки драпри и
занавесок к окнам могут загореться и огненной кучей свалится на софу.
По прибытии через несколько минут пожарной части, ликвидировавшей
пожар, могут быть обнаружены два очага пожара, независимых друг от
друга [74].
Путанице в определении первичного очага пожара и условий воз-
никновения горения способствуют обычное его распространение вверх с
проникновением через пустотелые полости стен в различные места и на-
ружу, отсутствие при исследовании наружной отделки сооружения учета
влияния ветра на развитие пожара, скорость его распространения и обра-
зуемые следы. Приведенные примеры показывают, что возможность воз-
никновения на объекте с самого начала нескольких пожаров требует дос-
таточно глубокого и квалифицированного анализа. Если между возник-
шими пожарами не устанавливается связи, позволяющей считать, что один
пожар является продолжением другого, то эти пожары при наличии обо-
снованных подозрений (см. с. 475,556) могут рассматриваться как резуль-
тат умышленных действий.
Одной из руководящих нитей для выявления поджога является вы-
яснение места нахождения горючих материалов до и после пожара. Изме-
нение места расположения этих материалов (например, драпировки и дру-
гих горючих тканей, бумаги), которые могут использоваться в качестве
вспомогательных для стимулирования процесса возгорания, служит так-
же одним из оснований для предположения о возможности умышленных
действий .
Следует учитывать при исследовании пожара в закрытом помеще-
нии, что каждый горючий материал может иметь повреждения от огня и,
461
если не полностью разрушен, то характерное обугливание позволяет его
идентифицировать. Поэтому весьма важно знать, как ведут себя в усло-
виях пожара все типы конструктивных и отделочных материалов и харак-
терные особенности этого поведения. При осмотре места пожара следует
фиксировать состояние всех материалов, не подвергшихся и подвергших-
ся горению, обугливанию и плавлению, и оценивать их в сравнении с име-
ющимися данными о поведении материалов при нагреве и в огне (см. раз-
делы I и 2).
Особое внимание необходимо обратить на присутствие веществ,
склонных к самовозгоранию, процесс горения которых возникает под вли-
янием химического, теплового и микробиологического импульсов. Само-
возгорание может возникнуть в следующих материалах:
I) реакционно способных прн обычной температуре;
2) обычно инертных, становящихся реакционно способными при
длительном хранении в больших (иногда в малых) количествах;
3) подвергающихся микробиологическому воздействию, повыша-
ющему температуру в их массе;
4) при нагреве или укладке в нагретом состоянии, тогда как в хо-
лодном состоянии не склонны к самовозгоранию.
Для материалов, относящихся к пп. 2, 3, 4, характерны возникно-
вение процесса самовозгорания, развитие высоких температур, и, тем са-
мым, большее переугливание внутри их массы. Это способствует скрыто-
му протеканию процесса с его распространением от центра массы к пери-
ферии и позднему обнаружению.
Часто весьма слабые признаки, обнаруживаемые при осмотре мес-
та пожара, могут служить основанием для выводов о причине его разви-
тия. Так, например, обнаружение гвоздей, удерживающих остатки горю-
чего материала акустической обшивки потолка, дает основание считать,
что потолок имел пониженную огнестойкость и мог способствовать ак-
тивизации процесса горения. Горючая отделка стен может быть обнару-
жена по маленьким кусочкам отделочного материала, находимым подчас
возле несгоревших плинтусов.
На обугленных поверхностях красок и бумаги, нанесенных на гип-
совые плоскости стен, хорошо просматривается направленность развития
горения, помогающая выявить первичный очаг. Обнаружение после по-
жара жидкого нефтепродукта на поверхности обгоревшей деревянной кон-
струкции (образование маслянистых пятен на фильтровальной бумаге при
соприкосновении ее с этой поверхностью и легком нажатии) указывает
на вероятность занесения нефтепродукта после пожара. В противном слу-
чае это вещество в жидком состоянии в количествах, обнаруживаемых
указанным способом, не могло присутствовать. Способность, однако, ди-
462
стиллятов нефти, легко абсорбироваться строительными, отделочными и
другими материалами и удерживаться ими в малых количествах, несмот-
ря на обгорание, в течение длительного периода времени, требует, при
наличии оснований для подозрения в поджоге, использования, помимо
указанного выше грубого способа оценки, более чувствительных спект-
роскопических методов исследования специально отобранных образцов
материалов в лаборатории.
Обнаружение растекшейся свечной массы, попавшей в щели пола,
защищавшие ее от выгорания, могут свидетельствовать о присутствии
источника зажигания - факела свечи. Всесторонний учет при осмотре ме-
ста пожара и взрыва характерных особенностей возможных и обнаружи-
ваемых источников загорания (см. раздел I) значительно облегчает выяс-
нение места и причины происшествия.
Надо при этом в первую очередь установить самую низкую точку
возникновения горения в комнате. Индикатором такой точки являются,
например, повреждения от пожара на полу, под меблировкой, этажерка-
ми и подоконниками. Проверка потолков на наличие следов воздействия
огня может обнаружить присутствие более интенсивного повреждения от
него в одиом месте. Наличие такого повреждения во многих случаях слу-
жит указанием о нахождении внизу первичного очага.
Выявление направления теплового потока служит одним из инди-
каторов в определении первичного очага пожара. Так как тепловой по-
ток распространяется вдоль потолка, следует исследовать состояние све-
товой арматуры, разных приспособлений, электрических лампочек и дру-
гих материалов, находящихся на уровне потолка. Определяя положение
очага пожара и эпицентра взрыва, необходимо также учитывать, наряду
с выявленными признаками, характеризующими условия и особенности
горения на исследуемом участке, показания очевидцев, участников туше-
ния и ликвидации аварии о месте и времени возникновения пожара и взры-
ва, появлении их характерных признаков. Важно установить, как выгля-
дели эти признаки, позицию, откуда были замечены.
Следует учитывать, что место, где наблюдались первые языки пла-
мени, не обязательно является местом возникновения горения. Этот про-
цесс, в зависимости от свойств материалов и окружающих условий, мо-
жет протекать вначале в виде тления, способного распространиться дале-
ко от первичного очага, прежде чем проявится пламенным горением.
В исследовании пожара важно установить обстановку к моменту
приезда пожарных и ее изменение в процессе тушения. Поэтому допрос
пожарных, прибывших первыми на пожар, - одни из важнейших элемен-
тов указанного исследования. Пожарные могут:
463
- уточнить сцену пожара, место, характер, размеры и специфику
горения конструкций и горючих материалов к моменту их прибытия;
- сообщить о явлениях, наблюдавшихся в ходе тушения пожара:
направление воздушных потоков (какие окна и двери были отрыты), ка-
кие дополнительно образовались открытые проемы, способствовавшие
возникновения сквозняков, увеличивавших интенсивность горения; заго-
рание от лучистой теплоты различных предметов; деформация конструк-
ций, звуковые явления, запахи и цвет дыма и пламени, места их выхода;
особенности тушения и случаи задержек и перебоев на различных его эта-
пах (какая проводилась разборка обгоревших конструкций и материалов);
- помочь в определении причин возможного неодинакового выго-
рания конструкций и материалов на различных участках пожара и уста-
новлении влияния на этот процесс положения очага загорания, условий
для его развития.
При осмотре отдельных участков, подвергшихся воздействию взры-
ва, существенным является проведение прямых измерений степени разру-
шения конструкций с четкой идентификацией расположения и простран-
ственной ориентации этих конструкций. К ним относятся (в порядке умень-
шения полезности информации):
1) разрушенные вязкие конструкции или элементы - стальные и
железобетонные балки, плиты, опоры и т. п.;
2) разрушенные деревянные элементы конструкций - стропила,
опорные стойки и т. п.;
3) выбитые стекла (следует указать размеры и толщину оконного
листа и тип стекла, отношение площади поврежденных стекол к общей
площади остекления).
Важно составить описание случаев полного или обширного разру-
шения сооружений (см. раздел 3) с указанием их на масштабной карте и
схеме территории объекта.
При исследовании зоны разрушений, вызванных взрывом, реко-
мендуется всю территорию разделить на ячейки равной площади и рас-
считывать процент разрушенных объектов для каждой ячейки. Макси-
мальная площадь выбранной ячейки не должна превышать 1 км2. В этой
работе необходимо выявить и подробно описать “индикаторы разру-
шения” (деформации, прогибы в листах металлических материалов,
сквозные отверстия в них от осколков). Следует указать: расположение
образовавшихся воронок, их диаметр и максимальную глубину; располо-
жение оборудования и сооружений, сдвинутых с первоначального места
или опрокинутых взрывом, особо отмечая характер повреждений, раз-
меры и месторасположение пробоин и вмятин, массу сдвинутых
464
или опрокинутых элементов оборудования и сооружений, технические
характеристики их крепления к фундаменту. При разрушении сооруже-
ний, их передвижке надо очень внимательно исследовать пол или основа-
ние, на которых могут быть следы первоначального расположения стеи,
других сооружений, оборудования и материалов. Для идентификации це-
лого ( например, в случае взрыва оборудования) по его частям (осколки)
составляются кроки разрушенного взрывом оборудования (планы, разрезы
и развертки оборудования с нанесением иа них линий разрушений
(рис. 3.6), (275).
Рис. 3.6. Развертка корпуса сепаратора С-201 (извилистыми
линиями показаны линии его разрушения, прямыми линиями -
сварные швы аппарата, пунктиром - места изъятия образцов,
на которых первая цифра означает номер образца, вторая - номер
осколка, цифрами а кружках обозначены номера осколков
сепаратора)
465
Для составления крок разрушенного и поврежденного взрывом обо-
рудования собирают все его осколки, которые нумеруют несмываемой
краской, после чего проводят их идентификацию по принципу целого по
частям. Габаритные размеры и массу осколков тщательно измеряют и с
характеристикой формы вносят в спецификацию, а на чертежах ( развер-
тке, планах или разрезах) взорвавшегося оборудования (аппарата, маши-
ны, трубопровода и др.) наносят линии его разрушения, т. е. контуры ос-
колков с указанием их номеров. При идентификации осколков необходи-
мо строго следить за целостностью их поверхностей изломов, которые на
месте происшествия должны быть осмотрены металловедами в целях оп-
ределения характера излома, наличия усталостных трещин и т. д. Оскол-
ки должны быть защищены от атмосферных осадков и сохранены.
Составление карты разброса осколков и фрагментов оборудования
и сооружений, несущих в себе отметку происшедшего события и облегча-
ющих его выяснение путем определения их места до взрыва, весьма важ-
но для его расследования. В связи с этим должен быть подобран удовлет-
ворительный масштаб карты, позволяющий идентифицировать зоны и
образцы, также как траекторию полета осколков и их места расположе-
ния [275].
С помощью карты должна создаваться возможность исследования
траектории движения осколков в обратном направлении - от места их па-
дения к месту возникновения взрыва. Важность скрупулезной фиксации
местоположения осколков видна на следующем примере.
Произошел случай взрыва двух зданий, период между которыми
составлял секунды. Несколько свидетелей, слышавших два взрыва, утвер-
ждали, что сушилка (здание № I) взорвалась первой, а за ией гранулятор
(здание № 2). При вычерчивании карты расположения осколков для двух
зданий было обнаружено, что большие секции паровых труб здания № I
были набросаны внутри площади и зоны образцов здания № 2, причем
лежали они сверху остатков труб этого здания. Фиксация соответствую-
щего факта явилась доказательством того, что взрыв в здании № 2 про-
изошел раньше взрыва в здании № 1.
Обнаружение осколков после взрыва и выявление их первоначаль-
ного местоположения позволяет определить наряду с траекторией оскол-
ков также и силу, необходимую для переноса осколков вдоль предполага-
емой траектории. Внешний вид и другие данные, характеризующие оскол-
ки, могут позволить обнаружить такие показатели, как температуру, воз-
действию которой они подвергались, а также способствовать обнаруже-
нию других переброшенных предметов, несущих отличительные знаки или
являющихся идентифицирующими материалами (краски, волокна, хими-
калии и др.)
466
Различить фрагменты и осколки легче после их дифференциации
по времени появления, размерам, материалу, окраске или “родственно-
сти” в зоне образцов. Часто при взрывах находят, например, такие “род-
ственные” фрагменты, как мотор и связанную с ним оснастку.
При больших взрывах изготовление одной карты осколков пред-
ставляет подчас большие затруднения. Лучше сделать несколько карт с
уменьшенным масштабом, характеризуя отдельно осколки материалов,
образовавшихся, например, из машинного оборудования и металличес-
ких деталей, из материалов строительных конструкций и т. п. Карты раз-
лета осколков, составляемые в горизонтальной проекции на месте взры-
ва, позволяют соединить разбросанные части н детали оборудования нли
конструкции с установлением нх положения до взрыва. Следует при этом
учитывать возможные особенности:
а) если линии разброса частей распространяются во всех направле-
ниях по грубоочерчениому контуру круга, то можно сделать вывод, что
взрыв произошел внутри сосуда, машины или контейнера, находящихся в
центре;
б) если линии разброса частей приближаются к форме “V" с точ-
кой пересечения линий у первоначальной позиции сосуда, машины или
контейнера, то взрыв произошел снаружи на одной из их сторон;
в) если линии разброса частей приближаются к форме “V" с точ-
кой пересечения линий у позиции, ие соответствующей первоначальному
положению аппарата, то здесь при отсутствии препятствий могут быть
следующие два последовательных явления. Наружный взрыв, произойдя
первым, вызывает перемещение сосуда, машины или контейнера, содер-
жащих взрывоопасное вещество, к вторичной позиции с последующим их
взрывом изнутри. Примером такого случая служит авария со смесителем,
установленным на фундаменте. При внешнем первичном взрыве, действо-
вавшем на фундамент, фрагменты оборудования были подброшены вверх.
Второй взрыв, происшедший почти в то же время внутри смесителя, спо-
собствовал их разбросу по кругу;
г) если после взрыва образуется воронка, то она почти всегда слу-
жит центром карты осколков.
Для характеристики осколков и определения их происхождения сле-
дует использовать информацию, которую может дать производственно-
технический персонал.
Когда приходится интерпретировать повреждения от взрыва при
пожаре объекта, также важно учитывать различия между процессами,
именуемыми дефлаграцией, взрывом и детонацией (см. разделы 3 и 4 ) .
Эти различия заключаются в скорости реакции, в силе воздействия и тем-
467
пературе, оказывающих характерное влияние на сооружения или перево-
зочные средства.
Исследования взрыва иа месте происшествия ведутся в остальном
также, как в случае исследования пожара, однако фотографирование и
другое фиксирование места особенно важно начинать с периферии. Боль-
ше, чем в случае исследования пожара, необходимо, до установления свя-
зи между различными кусками предметов, осколками, фрагментами обо-
рудования, из которого оии образовались, и местом их первоначального
расположения, уберечь от изменения положения элементы сооружений.
При расследовании важно установить, предшествовал ли взрыву пожар?
Наличие на стальных фрагментах рваных краев, содержащих оплавле-
ния металла, указывает иа первоначальное возникновение взрыва.
При пожаре, предшествовавшем взрыву, имеется у обслуживавшего
объект персонала время, чтобы спасаться в направлении выходных две-
рей. Если около них обнаруживаются жертвы, можно обсуждать версию
о том, что в начале произошел пожар.
Общий способ идентификации схожих кусков оборудования - от-
сутствие следов коррозии в местах их совмещения. Два куска оборудова-
ния из различных мест будут иметь различия в срезе, износе, толщине,
степени эрозии или коррозии. Следует учитывать важную информацию,
доставляемую, например, кусками трубопровода: если сегмент трубы под-
вергся однообразному сплющиванию, приняв форму полукруга или круг-
лой петли, то это указывает на действие внешнего взрыва. Признаками
внутреннего взрыва являются растрескивание трубы или ее разрушение
вдоль длины или шва. Если труба расплющивается или полностью разру-
шается, сжимаясь вдоль ее длины, - это возможно действие глубокого ва-
куума.
Образование при ударе летящего осколка отверстий с острыми кра-
ями на внутренней стенке трубы и наружной, диаметрально противопо-
ложной ей стороне этой трубы, служит известным доказательством, что в
момент взрыва труба находилась на стороне первоначального действия
разрушивших ее осколков.
При осмотре и оценке последствий взрыва необходимо наряду с
указаниями, приведенными на с. 464:
I. Применить, используя обнаруженные “индикаторы разрушения”,
Р - i диаграммы (см. разделы 3 и 4), чтобы установить амплитуду взрыв-
ной волны иа различных расстояниях от центра взрыва.
2. Внести поправки иа амплитуду взрывной волны, воспользовав-
шись известной или оцененной массой энергетического вещества, кото-
рая могла бы участвовать во взрыве.
468
3. Установить контуры линий равного разрушения.
4. Определить, может ли фокусировка взрывной волны и препят-
ствия усилить разрушение.
5. Количественно учесть месторасположение жертв поражения ор-
ганов дыхания, разрыва барабанных перепонок, процент выживших.
6. Привести подробное описание поражения различных объектов
тепловым излучением.
Все эти данные, наряду с картой разлета осколков, используются
для расчета параметров взрыва и анализа происшествия.
Для характеристики обстановки на месте происшествия необходи-
мо также получить метеорологические'данные с ближайшей станции на-
блюдения погоды на момент времени, наиболее близкий к моменту про-
исшествия. Должны быть установлены: влажность и температура возду-
ха, скорость и направление ветра к моменту происшествия, а также коли-
чество выпавших осадков. В случае взрыва в атмосфере необходимо знать
скорость и направление ветра по высоте.
Исследователь места пожара и взрыва должен во избежание отрав-
ления в опасных, по данным технологов, местах, пользоваться, особенно
сразу после происшествия, кислородоизолирующей аппаратурой. Части-
цы дыма и копоти могут содержать в своем составе токсичные и раздра-
жающие вещества.
6,1.1.1. Отбор вещественных доказательств и фиксация результа-
тов исследования места происшествия
Для того, чтобы восстановить событие, приведшее к пожару и взры-
ву, важно отобрать вещественные доказательства, помогающие в этом
исследовании. С этой целью с места происшествия изымаются веществен-
ные доказательства, характеризующие причину пожара и взрыва, дина-
мику их развития во времени и пространстве, фиксируются показания оче-
видцев, подбираются фотографии объекта до происшествия, в ходе и после
него. Тщательность в исследовании места пожара и взрыва обусловлива-
ется тем, что оно является основным источником объективной информа-
ции об обстоятельствах события.
Для удобства поиска вещественных доказательств целесообразно
границу площади пожара, используя метод периметрии, отметить с по-
мощью веревки, флажков или установки барьера из подсобных материа-
лов. Исходя из структуры развития пожара, целесообразно поиск веще-
ственных доказательств производить по спирали, начиная с внешней сто-
роны периметра и двигаясь в направлении к центру пожара.
469
К вещественным доказательствам относятся все предметы, изъятые
при осмотре места происшествия и несущие о нем доказательную инфор-
мацию. Такими предметами могут быть: образцы отдельных веществ и
материалов (окурок папиросы, коробок спичек, отрезки обвязочной про-
волоки, например, от кип хлопка-волокна со следами трения, ткани, сле-
ды ЛВЖ и ГЖ на предметах и земле, отпечатки предметов на полу, сте-
нах, самовозгорающиеся вещества, частицы металлов, угли, зола, сажа,
копоть и др.), детали ламп, характерные образцы, вырезанные из конст-
руктивных элементов объекта, детали, фрагменты, осколки отдельных ус-
тройств, оборудования, сооружений, транспортных средств. В числе пред-
метов могут находиться образцы основного материала, из которого из-
готовлено взорвавшееся оборудование, содержащие дефекты сварных
швов, клепки, признаки разрушающей коррозии и др.
Привлекаются для расследования изымаемые с места происшествия
части электроустановок (аппараты защиты, коммутационные аппараты,
отрезки кабелей, проводов с медными и алюминиевыми жилами, свето-
технические изделия, предохранители с несоответствующими инструкции
параметрами и др.), имеющие характерные следы воздействия темпера-
туры от короткого замыкания, пожара или взрыва. Электронагреватель-
ные и электроосветительные приборы (плитки, утюги, чайники, торше-
ры, бра и т. п.), найденные на месте пожара, должны подвергаться тща-
тельному осмотру. При обнаружении на них следов оплавления или дру-
гих повреждений приборы изымаются в качестве вещественных доказа-
тельств. В описании указываются их паспортные данные и расстояние от
этих приборов до ближайших горючих материалов и предметов(мебель,
обои, занавески, шторы и т. п ). Вместе с нагревательными приборами
должны изыматься провода с вилками, с помощью которых они подклю-
чались к сети.
Стеклянные фрагменты могут разрушаться под влиянием механи-
ческого или термического воздействия. Учитывая особенности в поведе-
нии стекла при пожаре и взрыве (см. разделы 1 и 3 ), необходимо для вы-
яснения соответствующего обстоятельства отбирать образцы стекла, со-
держащие характерные для указанных воздействий признаки (наличие или
отсутствие оплавлений, характерных трещин (изломов), копоти, угля и
другого остатка от воздействия огня на сломанных краях стекла и др.).
При мгновенном разрушении стекла его осколки могут разбрасываться
примерно на 3 метра в направлении разбивающей силы. Если человек сто-
ял вблизи этого места, осколки могут быть найдены в его волосах, на пла-
тье, в кармане или манжетах. Даже очень маленькие осколки (менее 1 мм)
могут быть сравнимы с первоначально подозреваемыми стеклами, напри-
мер, от бутылки или окна. Стекло очень мало изменяется в своих хими-
470
ческих и физических свойствах, поэтому не требуется никакой его обра-
ботки, чтобы сделать ценным предметом в качестве вещественного дока-
зательства для исследователя.
Каждое исследование места пожара и взрыва должно включать под-
робное изучение смертельного случая, особенно связанного с усилиями,
проявленными жертвой перед смертью. Без комплексной экспертизы:
эксперта по пожару, патолога, токсиколога, радиолога не может быть сде-
лано заключение о причине и особенностях смертельного случая.
При обнаружении трупов людей необходимо зафиксировать: точ-
ное место их нахождения; расположение ближайших предметов относи-
тельно трупов с характеристикой их состояния и особенностей. Важно
отметить: позу трупов, степень ожогов (наличие ожогов 1 и 2-й степени
позволяет предполагать о прижизненном их происхождении, цвет труп-
ных пятен, повреждения на трупах и следы крови, наличие и состояние
одежды и обуви, наличие часов и время их остановки (наручные часы ос-
танавливаются при температуре 120-125 °C вследствие расплавления шел-
лака, крепящего камни часового механизма ) [331].
Для успеха дальнейших исследований весьма важно иметь своевре-
менные данные судебно-медицинской экспертизы. С участием следовате-
ля она должна решать вопросы, связанные с временем появления челове-
ка (может быть подозреваемого), обнаруженного на месте пожара, а так-
же установить: кто эта жертва; причина его смерти; условия, вызвавшие
смерть? Был ли человек живым и в сознании во время возникновения по-
жара? Если да, то по какой причине погиб, а не убежал? Что помешало
этому? Облегчает ответ на поставленные вопросы знание степени погло-
щения жертвой продуктов горения, их токсичности, уровня содержания
монооксида углерода, частиц копоти и угля. Все это играет важную роль
для установления причины смерти и воспроизведения условий, существо-
вавших в период пожара. Этому способствует также хорошее знакомство
с данными, приведенными в разделе 1.
Частицы твердой сажи при курении могут вдыхаться и прилипать
к поверхности дыхательной гортани и легких [94]. Обнаружение только
таких признаков на трупе - это указание на то, что жертва была живой во
время пожара. Вдыхание в экстремальных условиях горячих газов могло
вызвать рефлексивно прекращение дыхания. В таких случаях наряду с
прекращением дыхания должны присутствовать также другие патологи-
ческие признаки. Вдыхание пламени и очень горячих газов может выз-
вать быстрое разбухание языка и глотки с теми же симптомами удушья.
В приведенных случаях смерти уровень содержания монооксида углеро-
да в крови жертвы может быть весьма низким, особенно если жертва под-
верглась внезапному воздействию огня на ранней стадии пожара. Типич-
471
ным примером такого случая может служить внезапное открытие жерт-
вой двери из холодной свободной от дыма комнаты в коридор, в котором
полностью развился пожар. Исследователю в этом случае не следует пре-
небрегать рассмотрением также версии о возможном самоубийстве. Та-
кое самоубийство обычно сопровождается обливанием самого себя горю-
чей жидкостью и ее поджиганием. В этом случае особенно типичен низ-
кий уровень содержания монооксида углерода, потому что смерть проис-
ходит в результате удушья. Такая причина, связанная с вдыханием пла-
мени и нагретых газов, может найти подтверждение при обнаружении на
остатках одежды жертвы и поблизости на покрытии пола или окружаю-
щей обстановке следов горючей жидкости. Их образцы следует положить
в чистые, сухие и герметичные металлические или стеклянные банки с на-
правлением в лабораторию для идентификации горючей жидкости с по-
мощью, например, газовой хроматографии.
Образцы сохранившейся крови жертвы и неповрежденные органы
также обязательно направляются на анализ. Кровь подвергается токси-
кологическим исследованиям для определения присутствия монооксида
углерода, алкоголя, наркотика, яда, а также определяют для идентифика-
ции тип крови жертвы. Ее органы анализируются для выявления призна-
ков патологии, приведших к возможной болезни и помогающих иденти-
фикации и определению причины смерти. Органы анализируются также
на присутствие ядов и наркотика.
Имеется утверждение, что огонь уничтожает следы от пальцев че-
ловека, но это неверно. Их рельефный отпечаток на окне, краске или сле-
дах крови может сохраняться и после непосредственного воздействия огня
[94].
Следует учитывать при отборе вещественных доказательств, что
многие бумажные документы, хранящиеся в определенном порядке, и кни-
ги могут сгорать не полностью, подвергаясь лишь обугливанию. Поэто-
му отобранные документы можно идентифицировать, для чего в лабора-
тории применяют визуальные исследования в видимой части света с по-
мощью ультрафиолетовых и инфракрасных лучей, фотографической тех-
ники или обработкой глицерином, минеральным маслом, органическими
растворителями, чтобы улучшить контакт между бумагой и типограф-
ской краской.
При отборе образцов обугленный бумаги необходимо принимать
меры против физического разрушения ее остатков. Отобранные докумен-
ты следует как можно меньше подвергать какому-либо воздействию и за-
ботливо проложить в жесткой бумаге или тонком картоне, уложив сво-
бодно на подушке из вспушенного хлопка. Этот хлопок помещают в жест-
472
кую коробку удобного размера и затем укладывают слой вспушенного
хлопка сверху документов для лучшей их сохранности
Как указывалось в разделе 1, температуры, развиваемые иа пожа-
рах, могут быть определены по наличию оплавленных металлов и других
веществ. В связи с этим обнаруженные образцы с оплавлениями должны
отбираться с фиксацией их места расположения и направляться для изу-
чения в лабораторию.
При исследовании места происшествия возникает подчас вопрос о
том, был ли открыт или закрыт дверной замок при возникновении пожа-
ра. Поэтому замок должен быть сфотографирован на месте и подробно
рассмотрен для установления его ориентации. Необходимо также иссле-
довать петли дверей. При закрытых дверях пластины этих петель в мень-
шей степени подвергаются воздействию температуры, тогда как стержень
петли больше подвергается действию огня, поскольку он более открыт,
находясь у кромки двери. При открытой двери стержень петли и ее плас-
тины подвергаются сильному воздействию тепла. Если активность огня
не слишком велика, изменение цвета металла и остаток краски на петлях
могут указывать на относительное положение двух пластин.
Поскольку основное повреждение от огня наблюдается у потолка
объекта, расположение изменений на петлях открытой двери происходит
в следующем порядке: наибольшие изменения у верхних петель, а наимень-
шие - у нижних. Фиксации таких изменений помогает метод фотографи-
рования, а также, при получении слабого внешнего различия, более под-
робное изучение состава образцов в аналитической лаборатории с исполь-
зованием высоко чувствительных методов хроматографии.
Необходимо учитывать, что идентификация газообразных продук-
тов пиролиза, образующихся при каком-либо тепловом процессе, предва-
рявшим или сопутствовавшим пожару и взрыву, может производиться в
связи с их улетучиваемостью большей частью лишь на основании строго
фиксируемого учета вторичных явлений (наличия, например, отравлений
при выделении СО и HCN, коррозии при воздействии НС1 или окислов
азота и др.).
Если на основании внешнего вида места происшествия и описан-
ных обстоятельств можно предположить, что произошел взрыв в поме-
щении, например, в результате утечки газа, то надо обнаружить инфильт-
рацию газа или установить ее причины.
При возникновении пожаров и взрывов от жидкого горючего его
следы могут обнаруживаться на элементах деревянных конструкций, об-
ратной стороне меблировки и внутри ее, покрытии пола, в щелях и тре-
щинах, позади плинтусов, в пазах, между ступенями и под ступенями на
473
лестницах, иа отделке помещения, подушках, матрацах, в воде, образо-
вавшейся при тушении пожара. Если жидкое горючее попало, например,
на обивочный материал дивана или куШеткн, то следы его могут нахо-
диться за обугленной поверхностью. Последняя способна защитить горю-
чее от действия огня. То же возможно в щелях, за плинтусами. Следы так-
же могут обнаруживаться на земле в результате просачивания под пол по-
мещения, в котором произошел пожар. Поэтому в случае обнаружения
опилок, почвы, других материалов и предметов, смоченных веществом со
специфическим запахом, образцы их должны изыматься для анализа.
Слой, например, земли, пропитанный жидкостью, можно снять стальной
лопатой (совком, ножом) и перенести в специально подготовленную гер-
метичную посуду. Если остатки жидкости, обнаруженные на полу или дру-
гой какой-либо поверхности, не успели еще впитаться или испариться, их
необходимо собрать чистой ватой (марлей, тряпкой, фильтровальной бу-
магой) и поместить в такую же посуду. В тех случаях, когда жидкость ус-
пела впитаться в материал, необходимо вырезать (выпилить, выломать
его образцы с пятнами жидкости. Диффузия бензина А-76 в сосновую дос-
ку за 2 ч составляет 0,2-0,4 мм. Аналогичной способностью обладает ке-
росин. С торца доски проникновение нефтепродуктов происходит на глу-
бину 80-90 мм [331]. Отбор грунта рекомендуется производить на глуби-
не 20-30 мм ниже его прокаленного слоя. Во всех случаях отбора образ-
цов для анализа надо брать контрольные образцы того же материала, не
содержащие следов пропитки.
Для грубой количественной оценки присутствия горючей жидко-
сти в США используется специальный ручной прибор - детектор [74].
В приборе имеется ручной или с моторчиком насос для отбора пробы ат-
мосферы с подозрительного места пожара. Оценка присутствия следов
горючей жидкости производится на основе измерения количества тепла,
генерируемого при каталитическом окислении ее паров. Поскольку состав
горючей жидкости может изменяться, надо иметь данные, позволяющие
сопоставить полученные сведения с помощью детектора с теми, которые
получают на нем в условиях искусственно созданных процессов горения.
Такой метод позволяет пользоваться обычным производственным детек-
тором. Затруднения в применении описанного метода создают аэрозоли,
содержащиеся в воздухе, которые могут образовывать дополнительно
горючие пары. Кроме того, тяжелые металлы, содержащиеся, например,
в бензине, способствуют снижению чувствительности прибора вследствие
их отложения на катализаторе (обычно платина) детектора. Применение,
однако, фильтра, через который берется проба атмосферы, поступающая
в детектор, может снизить влияние указанных отрицательных факторов.
Выяснить изменения в чувствительности детектора позволяет применение
474
для контроля горючих жидкостей с известным составом и характеристи-
ками.
При наличии основания полагать, что система промышленных сто-
ков или канализации явилась источником образования взрывоопасных
смесей газов или паров с воздухом, отбирают пробы жидкости из стоков
для определения ее состава, природы и концентрации образующихся га-
зов и паров.
Вещественные доказательства в виде остатков жидкостей лучше
всего помещать в чистые стеклянные сосуды с притертыми пробками и
заливать их для герметичности парафином, поскольку многие из них об-
ладают большой летучестью. Не допускается использование пробок из
резины для закрытия склянок с веществами (например, нефтепродукта-
ми), разъедающими ее.
Подлежат тщательному обследованию первичные средства пожа-
ротушения, находимые на месте пожара. Они могут служить одним из сви-
детельств того, что в данном районе находился очаг пожара.
При подозрении на возможность поджога*1 необходимо искать сви-
детельства, могущие служить ключом в этом направлении. Вот некото-
рые из этих свидетельств:
а) наличие устройств, элементы которых при взаимодействии мо-
гут приводить к образованию огня;
б) присутствие часовых механизмов и электрических поджигающих
устройств;
в) наличие свечей, фитилей, ветоши, смоченной маслом ;
г) наличие спичек;
д) присутствие самовозгорающихся химикатов (химических уско-
рителей реакции);
е) обнаружение следов возникших загораний в нескольких местах;
ж) наличие посуды со следами легковоспламеняемых или горючих
жидкостей;
з) обнаружение необычных путей развития огня в помещении.
Следует учитывать, что зажигательные устройства, предназначен-
ные для поджога, конструируются и используются таким образом, чтобы
зажигание происходило с замедлением, позволяющим поджигателю уйти
с места поджога, В связи с этим разработано много механических уст-
*> По данным , например, пожарной охраны Баварии (ФРГ) [84], в 1985 г.
от поджогов возникли 1015 пожаров (8,4% от всего количества), принесших
ущерб в 29710 тыс. марок ФРГ (9,9% от всего ущерба). Статистика пожаров в
Париже показала, что поджоги в 1986 г. составили 14,65% от всех случаев [102].
Анализ в США пожаров в быту [93] показал, что на поджоги приходится 4,2%
всех случаев.
475
ройств, связанных в первую очередь с простейшими инициаторами горе-
ния - зажигалками, спичками, загорающимися от трення [182]. Использу-
ются также устройства, фокусирующие солнечные лучи на спички, кото-
рые через определенный промежуток времени загораются. Для обеспече-
ния замедленного действия зажигающего устройства при применений спи-
чек в их коробку припрятывают горящую сигарету [74]. Отмечается [182],
что время распространения ее огня до головок спнчек достаточно для ухо-
да поджигателя с места поджога. Не так часто используются для поджога
свечи. Время горения свечи зависит от ее размеров, позволяющих регули-
ровать временные возможности поджигателя. Расплав свечи прн ее горе-
нии может попадать в поры дерева и идентифицироваться. Он может со-
храняться при пожаре в большей степени, чем древесина, что облегчает
эту идентификацию.
Для создания условий, благоприятствующих распространению го-
рения от места поджога, используется в большинстве случаев устройство
дорожек из разлитой на полу жидкости, прокладка волокнистых матери-
алов, пропитанных этой жидкостью.
Часто употребляются для поджога устройства с часовым механиз-
мом, электронным зажиганием, вызывающим воспламенение горючих
жидкостей с помощью нагретых пластин. Причем интервал между вклю-
чением и зажиганием может достигать более 12 часов. Применяются раз-
личного рода устройства, содержащие электролампы, нагревающиеся про-
вода, соприкасающиеся своей нагретой поверхностью с горючим матери-
алом. Их возможность автоматического включения позволяет варьиро-
вать в широком диапазоне время включения устройства и период зажига-
ния материале в.
Наряду с широко используемыми для целей поджога легковоспла-
меняющимися и горючими жидкостями (как, например, бензин, керосин,
дизельное топливо и др.), сравнительно легко обнаруживаемыми анали-
зом, применяются в качестве инициатора химические ускорители реакции.
Они состоят из смеси веществ, способных взаимодействовать между со-
бой с выделением большого количества тепла и развитием высоких тем-
ператур. К таким смесям относятся, например, перманганат калия и сер-
ная кислота, сахар, глицерин. Твердый КМпО4 реагирует медленно со
спиртами, но при этом выделяется достаточное количество тепла для до-
стижения температуры нх воспламенения. Взаимодействие пероксида на-
трия (Naft,) с водой также приводит к выделению кислорода и сильному
разогреву реагирующей массы. Конечным продуктом является натрий
гидроксид (NaOH), устанавливаемый аналитическим путем. Водные ра-
створы NaOH скользки на ощупь, подобны мыльным растворам и вызы-
вают раздражение кожи.
476
Отбеливающие порошки, обладающие сильными окислительными
свойствами, содержат главным образом гипохлорит натрия или кальция.
Они хорошо реагируют с алкоголем и углеводородами, выделяя тепло и
образуя открытое пламя [182}.
Для поджигания используются также смеси хлората калия (КСЮ}),
сахара и серной кислоты. Механизм действия: серная кислота дегидрати-
рует сахар. Реакция, протекающая с выделением тепла, вызывает разло-
жение хлората калия, приводящее к выделению большого количества кис-
лорода и загоранию горючих материалов. Опасными смесями являются
таблетки хлорпроизводиых, реагирующих в плавающем состоянии с орга-
ническими жидкостями типа гликолей [94]. Реакция эта возникает с за-
держкой во времени и образует высокотемпературное пламя, сохраняю-
щееся несколько секунд.
В качестве ускорителей используются пиротехнические порошки,
содержащие тонкий металлический порошок, обычно алюминий, и в ка-
честве окислителя перхлорат калия или нитрат бария.
Могут применяться для зажигания высоко реакционноспособные
металлы: калий или натрий, генерирующие большое количество тепла и
водород при взаимодействии с водой.
Пламя также возникает при разрушении, например, контейнера и
испарении содержащегося в нем органического растворителя, в котором
находится в виде суспензии дробленый белый фосфор. Взаимодействие
открытой поверхности фосфора с воздухом приводит к моментальному
его самовоспламенению.
Химические ускорители оставляют при поджоге остатки с отличи-
тельными химическими свойствами, но по физическим свойствам эти ос-
татки не имеют характерных особенностей, поэтому не могут быть опи-
саны и визуально обнаружены [94]. В связи с этим при подозрении на под-
жог от любого неестественного остатка, выявленного на месте первично-
го очага, должна отбираться проба для анализа.
Безопасные осветительные патроны и бикфордовы шнуры также
содержат химические ускорители. Осветительные патроны, горящие крас-
ным пламенем, содержат нитрат стронция, перхлорат калия, серу, воск и
опилки. Их остатки после горения могут представлять комковатую инер-
тную массу беловатого, сероватого или беловато-зеленого цвета. Эта масса
нерастворима в воде, ио продолжительная выдержка ее в воде приводит к
образованию пастообразной массы. Остаток содержит оксиды стронция
и различные сульфиды. Элементарный анализ с помощью эмиссионной
спектроскопии, атомной абсорбции или рентгенографического анализа
легко обнаруживает высокие концентрации стронция в подозреваемом
477
остатке. Зажигающее устройство сохраняется в известной мере при гор,,
нии и может быть найдено в остатке после пожара.
Таблетки твердых хлорпроизводных, употребляющиеся для peai
рования в плавающем состоянии с органическими жидкостями типа гли
колей, обычно не полностью расходуются и не очень растворимы в во.,с
Присутствие в них хлорноватистокислых солей может быть установлено
с помощью инфракрасной спектроскопии или химического анализа
Перманганат калия, употребляемый в качестве химического уш.,-
рителя в соответствующих смесях растворим в воде и даже его слабые ы.
ные растворы принимают в зависимости от степени окисления иона мар
ганца- фиолетовый, зеленый или коричневый цвета. Эти ионы легко идеи
тифицнруются химическим анализом или инфракрасной спектроскоп,,, и
Калий хромат и калий бихромат подобны KMnOt по химическому л >
ствию. K2CrOf окрашен в светло-желтый цвет, а К2Сг2О, - в красно ор<>
жевый. Оба растворимы в воде и оставляют пятна. Побочный продукт
окисления имеет глубокую зеленую окраску и обнаруживается анали,
[182]. С помощью элементарного анализа в остатке пиротехнических
рошков после сгорания можно обнаружить алюминий, калий или 6ар>, >
Присутствие перхлората или нитрата в остатке можно определить с
мощью химического анализа в случае оставшейся непрореа! ировавш, и
смеси. Хлорат калия легко идентифицируется с помощью химическою
анализа, если он также присутствует в непрореагировавшем состоят. .,
После реакции в смеси ускорителей, когда в остатке остаются хлориде,
солей, анализ существенно затрудняется.
Сахар реагирует с серной кислотой, оставляя вспененную коричне-
вую или черную массу элементарного углерода. Она имеет слабый зап» s
горящего алтея аптечного, но в большинстве случаев проявление этой [>.
акции может остаться незамеченным. Присутствующая концентрирован
ная серная кислота обугливает древесину, бумагу или ткань. Кислот х.
рошо растворяется в воде, не испаряется и сохраняется на короткое вре-
мя в активном состоянии, вызывая коррозию металла. Обжигающее во.
действие на кожу при контакте с указанными остатками свидетельствует
о наличии в них кислоты. Кислотность легко определяется индикатором
на pH и химическим анализом на присутствие ионов сульфата или нитра
та. Остаток реакционных металлов К и Na, также как в случае бу-
дет содержать гидроокись калия или натрия, обладающих сильными ще-
лочными свойствами, вызывающими раздражение и жжение кожи. Нали-
чие щелочи легко обнаруживается индикатором на pH, а с помощью хи-
мического или спектроскопического анализа устанавливается присутствие
н вид металла.
478
В связи с коррозионными свойствами обнаруженные на пожаре ос-
татки с кислыми или щелочными свойствами укладывают в стеклянные
банки с пластмассовой крышкой или в сумки из нейлона или полиэфир-
ных смол. Не рекомендуется применять мешки из бумаги или полиэтиле-
на. Элементарный анализ остатка сгоревшего фосфора позволяет обна-
ружить повышенные концентрации фосфора, хотя этот элемент создает
определенные трудности в контрольном анализе. Поэтому при рассмот-
рении возможности присутствия таких ускорителей необходимо отбирать
контрольные образцы находившихся поблизости материалов для сравни-
тельного исследования. В этом случае определяющим фактором в анали-
зе будет не абсолютное количество присутствующего в окиси определен-
ного элемента, а его повышенная концентрация по сравнению с меньши-
ми концентрациями этого элемента, найденными в окружающих матери-
алах. Установление такого факта позволяет предполагать о присутствии
в отобранной пробе ускорителя зажигания.
Распространенным источником зажигания, содержащим фосфор,
являются спички. Определение состава головки спички может быть про-
ведено методами химического анализа.
Следует учитывать при выявлении и отборе вещественных доказа-
тельств. что даже несмотря на сверхвысокие температуры и давления, раз-
виваемые при высокоскоростной детонации, некоторые куски оборудо-
вания, как они не малы, сохраняются в идентифицируемой форме и могут
быть обнаружены. Известное сопротивление разрушающему эффекту
взрыва оказывает оплавляемость металла, способствующая удержанию
атакующих его осколков взрыва. Поэтому, несмотря иа детонацию таких
сильных взрывчатых веществ, как нитроглицерин и тринитротолуол, сле-
ды веществ и материалов, участвовавших и подвергшихся взрыву, могут
быть выявлены на ближайших к эпицентру поверхностях аппаратов и дру-
гого оборудования.
Естественно, что с низкоскоростной детонацией взрывчатые веще-
ства, подобные черному пороху или бездымному пороху, неполностью
разлагающиеся, образуют явные следы, обнаруживаемые на больших кус-
ках от разорвавшегося контейнера или другого их содержащего оборудо-
вания.
Отобранные осколки и фрагменты оборудования подлежат экстрак-
ции растворителем для обнаружения состава веществ, содержащихся в
налете на их поверхностях. Анализ полученных растворов требует при-
менения высоко чувствительных лабораторных методов, включающих
тонкослойную хроматографию, газовую хромотографию и масспектро-
метрию. Эти методы приводятся в специальной литературе, например,
в [276, 277].
Одним из часто применяемых основных компонентов заряда, об-
ладающего взрывчатыми свойствами, является монометиламиинитрат [94].
479
Этот продукт не может быть обнаружен в остатках после взрыва, но час-
ти пластмассовой пленки, используемой для заворачивания патрона (за-
ряда) взрывчатого вещества, и металлическая проволочная скобка, зак-
рученная на концах для закрытия заряда, могут сохраняться.
Части синхронизатора или пускового прибора сохраняются, если
не оказываются в непосредственном контакте с взрывчатыми изменения-
ми. Фрагменты часового механизма или электронного регулятора выдер-
жки времени и батарей, употребляемых для электрического зажигания,
во многих случаях могут быть идентифицированы испытаниями в специ-
ализированной лаборатории.
Отбираемые на месте их обнаружения образцы пластика, резины
или металла, имеющего относительно низкую температуру плавления,
могут быть идентифицированы, основываясь на виде и форме остатков
предметов, их имеющихся характеристиках, учете особенностей располо-
жения на объекте. Эти обстоятельства особенно тщательно фиксируются
при отборе образцов. При наличии несгоревших остатков их идентифи-
кация может быть проведена также с помощью химического анализа.
Обнаруженные в предполагаемом первоначальном месте возник-
новения пожара и взрыва остатки поджигающих или взрывающих средств
должны быть изъяты, сохранены, а затем сопоставлены с подобными ма-
териалами, находящимися у подозреваемого лица.
Следует внимательно присматриваться на месте пожара и взрыва
к золе, саже, шлаку, пыли, обломкам штукатурки и, если будет обнаруже-
на необычная нх окраска или форма, или какие-либо вкрапленные в шлак
вещества, необходимо эти материалы изъять для последующего исследо-
вания.
При наличии предположения о возможности возникновения пожа-
ра, например, от микробиологического самовозгорания, следует отбирать
пробы от остатков растительного материала, собранных после пожара,
для анализа на присутствие термофильных бактерий. В качестве одного
из методов для подобного рода исследований используется метод Глате-
ша [16] (существо метода приведено в разделе 6.1.3). В этом методе для
обеспечения надежности оценки его результатов берется параллельно не-
сколько проб (по 10 г) оттого же растительного материала, но не подвер-
гшегося действию пожара и не претерпевшего каких-либо изменений. Та-
ким принципом отбора образцов следует руководствоваться при наличии
веществ и материалов, имевших до пожара и взрыва одинаковые физико-
химические характеристики и отличающихся тем, что одна их часть под-
верглась воздействию пожара и взрыва, а другая - нет. К таким материа-
лам, могущим служить идентификаторами обстановки на месте происше-
ствия, относятся: дерево, стекло, металл, штукатурка, а также другие ве-
щества, хранимые в определенной массе, часть которой может не подвер-
гнуться воздействию развивающихся процессов. Сравнительные нсследо-
480
вания такого рода образцов позволяют выявить, например, степень изме-
нения их состава и структуры при горении в зависимости от температуры
и продолжительности ее воздействия и на этой основе определить харак-
терные для разбираемого случая параметры пожара. Методические раз-
работки такого рода исследований приведены в разделе 6.1.3.
Для быстрого определения при осмотре места происшествия, ка-
кой применялся, например, отделочный материал, целлюлозный или син-
тетический (пластик), можно использовать горящую спичку, воздействуя
на образец материала и наблюдая, плавится он, обугливается или горит
пламенем. Наблюдающееся тление образца после тушения пламени ука-
зывает на целлюлозный материал. Если образец плавится и образует кап-
ли - это синтетический материал (полиэфир, олефин, нейлон и др.). Шерсть
не поддерживает горения от слабого по нагреву источника и характери-
зуется запахом, наблюдаемым при горении животного волоса. При горе-
нии пенопласта из резины ощущается запах горелой резины, а в случае
горения пенополиуретана чувствуется сладкий запах [74].
В таблице 1.6 приведены некоторые общие указания по сбору и обес-
печению сохранности вещественных доказательств [96].
Сбор, упаковка и хранение вещественных доказательств должны
производиться таким образом, чтобы исключить испарение из образцов,
возможность их поломки, разлива и изменения свойств до исследования
в лаборатории.
Для исключения испарения жидкости ее пробу отбирают в герме-
тичную банку и стараются сохранять в охлажденном состоянии. Если ото-
бранные образцы органического происхождения, как, например, кровь,
биологическая ткань, почва, волос, - нужно исключить возможность их
разложения в результате воздействия плесневого грибка. Такой материал
следует подвергнуть воздушной сушке при комнатной температуре, упа-
ковать в чистые бумажные мешки и хранить в сухом прохладном месте.
Хрупкие образцы, могущие подвергнуться поломке, должны упа-
ковываться в удобные контейнеры и ручные сумки, исключающие такую
возможность. Нельзя помещать образцы в тару, с которой они могут хи-
мически взаимодействовать.
Бензин, разведенные краски и другие летучие углеводороды спо-
собны растворяющим образом воздействовать на материалы из резины и
пластика. Применение пластика допустимо лишь в крайнем случае и при
условии срочной доставки образцов в лабораторию для анализа, Пред-
почтительнее из пластиков - полипропиленовые или полиэтиленовые бан-
ки, в отличие от полистирола, который подвергается растворяющему дей-
ствию бензина.
Следует учитывать, что полиэтиленовые мешки и пленки проница-
емы для некоторых углеводородов, которые благодаря этому могут вы-
водиться из состава образцов. Мешки, сделанные из нейлона, и специаль-
481
ные полиэфирные пленки способны удерживать непродолжительное вре-
мя и легчайшие углеводороды, но они допускают потерю метилового и
этилового спиртов. Поэтому вещественные доказательства, могущие со-
держать указанные вещества, должны помещаться в металлические или
стеклянные банки. Полиэфирные мешки теплоустойчивы и обеспечива-
ют хорошую сохранность большинства вещественных доказательств.
Таблица 1.6
Общие указания по сбору вещественных доказательств
Тип веществен- ного доказательства Требуемое количество Вид упаковки Специальные требования
Документы все Надежная упаковка без складок в водоне- проницаемую. проч- ную ткань Не трогать голыми руками
Характерные осколки и облом- ки все Руководствоваться указаниями, приведенными ниже
Фрагменты из стекла ПО возможности больше образцов Ящики, бумажные или целлофановые меш- ки; обвязка их должна исключить движение в упаковке
Характерные образцы одних и тех же веществ и материалов, под- вергшихся и не подвергшихся воздействию по- жара и взрыва до 1 кг каждый образец Ящики, бумажные или полиэтиленовые меш- ки Каждый образец завертывается в отдельный ме- шочек
Подозреваемый инструмент весь Завернуть каждый инструмент отдельно с защитой от переме- щения При завертыва- нии исключить возможность потери пристав- ших следов крови и других веществ на по- верхности инст- румента
Сухие кровавые пятна на предме- тах по возможности больше образцов Бумажный мешок, ящик, завернутый и обвязанный Не употреблять мешки из пла- стика; исклю- чить трение и встряхивание; хранить в сухом и по возможно- сти охлажден- ном состоянии
482
Окончание табл. 1.6
Тип веществен- ного доказательства Требуемое количество Вид упаковки Специальные требования
Подозреваемые инициаторы и ускорители горе- ния до 1 л или 1 кг каждый образец Чистая стеклянная банка с герметичной крышкой Отмечаются обнаруженные особенности, неличие запаха, потребность в химическом анализе
Горючие жидко- сти до 1 л каждый образец Стеклянная бутылка с герметичной бакели- товой или металли- ческой пробкой Нельзя приме- нять резиновые пробки и бутыл- ки из пластика
Обугленные или обгоревшие бу- маги или картон все характерные образцы Упаковка в хлопок, как указано на с. 472, исключающая повре- ждение материала при доставке в лабо- раторию Исключить кон- такт с лаками и другими покры- тиями
Ткани все характерные образцы Упаковка каждого отдельного образца в бумагу с указанием типа материала Если ткань смо- чена кровью, она должна быть просушена до упаковки для исключения разложения и гниения. Во из- бежание влия- ния отдельных участков ткани друг на друга между ними прокладывают (также между складками тка- ни) бумагу и хранят по воз- можности в ох- лажденном со- стоянии
Твердые вещества, отобранные в виде образцов, могут оказывать
при содержании определенных компонентов коррозионное действие на
металл. Поэтому их упаковка должна производиться в стеклянные банки
или в нейлоновые и полиэфирные мешки, с помощью которых стенки ме-
таллической тары изолируются от непосредственного соприкосновения с
483
образцами. Для вещественных доказательств, способных разрушаться или
изменять свой вид при трении, встряске или других механических воздей-
ствиях, их упаковка должна быть особенно прочной, предмет в ней дол-
жен укрепляться неподвижно без соприкосновения с упаковочным мате-
риалом.
Чтобы вещественные доказательства не потеряли своей обличитель-
ной ценности, они должны четко фиксироваться. В специальном ярлыке,
прилагаемом к вещественному доказательству, должны быть указаны дата,
время и место отбора образцов, увязанное с расстояниями от окружаю-
щих предметов, визуальная характеристика состояния образцов, условия
изъятия (атмосферные условия, температура и влажность воздуха, пара-
метры среды в технологическом аппарате и др.), предполагаемые пожа-
ровзрывоопасные и токсичные свойства, фамилии и должности лиц, уча-
ствовавших в отборе образцов. Их хранение и транспортировка должны
производиться с учетом пожаровзрывоопасных и токсичных свойств об-
разцов. При упаковке небольших проб различных веществ в одно транс-
портное место необходимо руководствоваться существующими правила-
ми совместного хранения веществ.
Количество веществ и материалов, отбираемых на месте происше-
ствия для экспертных исследований, должно быть (при отсутствии необ-
ходимости учета каких-либо особенностей) для каждого вида порядка до
1 л горючей жидкости и 1 кг горючего твердого материала. Длина изыма-
емого, например, электропровода для исследования должна быть не ме-
нее 0,5-1 м [318].
Изымать проводники следует осторожно, стараясь не повредить
места оплавлений, изменений в изоляции и других повреждений. При упа-
ковке проводников недопустим их изгиб на расстоянии менее 50 см от
места повреждений. Сплавившиеся жилы не разделяются, а изымаются
вместе. Провода, покореженные в трубах или металлорукавах, изымают-
ся вместе с их отрезками. Каждый проводник снабжается ярлыком с опи-
санием места изъятия и принадлежности к конкретному участку электри-
ческой схемы объекта и упаковывается отдельно.
При исследовании места происшествия может возникнуть необхо-
димость проведения дополнительных экспертных исследований. В этом
случае при отборе вещественных доказательств должны также учитывать-
ся и выполняться условия, оговариваемые в требующихся для этих иссле-
дований методиках. Описание существа некоторых из так^х методик при-
водится в разделе 6.1.3. Изъятие вещественных доказательств, их упаков-
ку и опечатывание необходимо производить в присутствии свидетелей.
Для изъятия вещественных доказательств и выполнения ряда дей-
ствий на месте происшествия, связанных с закреплением наиболее харак-
484
териых следов, признаков первоначального очага пожара и эпицентра
взрыва, фиксированием общей картины и характера развития процесса,
расследующему полезно иметь индикатор, позволяющий определить на-
личие горючего газа и пара, индикатор тока, фонарь, ножовки по-дереву,
металлу, перочинный нож, жесткий метр, рулетку, кронциркуль и штан-
генциркуль, школьный мел, гипс, планшет, увеличительное стекло, каран-
даш для маркировки по стеклу, шприц, емкости для образцов, фильтро-
вальную бумагу, вату, щипцы, грабли для разгребания осколков и облом-
ков, видео-кино-фотоаппараты, материал для составления эскизов.
Место, где отбираются образцы, должно быть тщательно зафикси-
ровано подробным описанием и фотографированием.
Необходимо, особенно в местах отбора вещественных доказа-
тельств, скрупулезно проводить описание состояния и взаиморасположе-
ния (друг относительно друга) обнаруженных горючих веществ и матери-
алов, отдельных предметов, элементов конструкций и оборудования. Сле-
дует фотографировать участки, характеризующие места горения и дей-
ствия взрыва (особенно места, где вероятнее всего возникли эти процес-
сы), направление, скорость и другие особенности их развития. Если уда-
лось прибыть на место до ликвидации пожара, фотографирование следу-
ет производить во времени. Каждый снимок сопровождается записью,
отмечающей номер, отличительные признаки и время выполнения кадра.
Для более полного запечатления картины места происшествия необходи-
мо проводить фотографирование с различных точек объекта (например,
с четырех его сторон или с двух противоположных углов по диагонали), а
также с разных уровней по высоте, используя, например, пожарные при-
ставные лестницы. Точка съемки каждого кадра должна помечаться на
плане объекта для полной информации о сфотографированных участках.
Для обеспечения возможности последующего точного геометрического
анализа обстановки по фотографиям целесообразно применять способ
фотограмметрической съемки (спаренным фотоаппаратом с известным
расстоянием между осями объективов ) [274].
Видеозапись имеет значительные преимущества перед другими ме-
тодами фиксации зрительной информации (фото-, киносъемка). Она обес-
печивает возможность одновременной фиксации зрительной и речевой
информации, записи изображения в условиях ограниченной освещеннос-
ти без применения дополнительных средств освещения, воспроизведения
полученных видеофонограмм на месте происшествия и др. При отсутствии
видеомагнитофона целесообразно фиксировать обстановку на месте про-
исшествия методами киносъемки. Фотосъемку следует применять в основ-
ном для запечатления отдельных следов и предметов, которые могут иметь
значение вещественных доказательств. При производстве фотосъемок
485
необходимо вести учет снимаемых кадров по времени и месту, используя
диктофон или делая запись в блокноте.
С помощью видеозаписи, кино- и фотосъемки должны быть зафик-
сированы также имеющие.важное значение для расследования пожара и
взрыва детали, словесное описание которых затруднительно. В тех случа-
ях, когда место происшествия занимает значительные территории или
располагается на сильно пересеченной горной, покрытой лесом и кустар-
ником местности, для его фиксирования целесообразно использовать так-
же аэрофотосъемку. Для точного измерения отдельных участков места
происшествия, перепадов высот отдельных объектов, расположенных на
нем, используется геодезическая съемка.
Поскольку в процессе осмотра места пожара и взрыва необходимо
взять на учет и получить информацию от всех очевидцев происшествия и
лиц, участвовавших в тушении, целесообразно использовать также маг-
нитофонную запись, ведя опрос в свободной разговорной форме.
По результатам осмотра места происшествия составляется прото-
кол. При этом соблюдаются требования ст.ст. 141 и 142 УПК [272]. Реко-
мендуемая форма протокола приведена в приложении 4. В протоколе ос-
мотра места пожара и взрыва фиксируются только результаты осмотра, а
выводы и предложения, вытекающие из него, в протокол не вносятся.
6.1.2. Выявление обстановки, предшествовавшей
н сопутствовавшей пожару н взрыву
Знание обстановки, предшествовавшей и сопутствовавшей пожару
и взрыву, позволяет при сопоставлении с данными осмотра места проис-
шествия более целенаправленно проводить исследование по обнаружению
причины пожара и взрыва. Для выявления этой обстановки необходимо
получить данные о специфике пострадавшего объекта, проводившихся в
нем работах и технологических операциях (до и в момент происшествия),
характеристики пожаровзрывоопасности этих работ, установить их осо-
бенности и возможные нарушения, приводящие к пожару и взрыву. Соот-
ветствующие сведения об этом могут быть получены из документов, по-
мимо материалов уголовного дела, представляемых эксперту следовате-
лем, характеризующих:
1. Состояние объекта до происшествия
- проектная документация на объект, а также все документы, по-
казывающие изменения, внесенные в проект в ходе строительства (монта-
жа) объекта и его эксплуатации.
486
В этой документации, например, для стационарного объекта дол-
жны быть отражены: данные о назначении объекта (предприятия, цеха,
сооружения, служебного или складского здания, торгового помещения и
др.) и его ведомственной принадлежности; основная характеристика объек-
та, размеры в плане, высота, этажность, материалы основных конструк-
тивных элементов и степень огнестойкости здания, соответствие норма-
тивным требованиям; категория пожаро-взрывоопасности производства
и соответствие оборудования технологическому процессу;
- документы, составленные при принятии объекта в эксплуатацию,
после окончания строительства (монтажа) или после капитального ремон-
та (акты государственных и ведомственных комиссий с приложениями);
- отраслевые нормативные документы, которые использовались
при разработке проекта, при его изменениях на стадии проектирования и
в ходе строительства (монтажа), а также при эксплуатации объекта;
- технологический регламент, содержащий характеристику исход-
ного сырья и готового продукта, описание технологического процесса,
правила пуска и остановки объекта, описание систем автоматического
контроля и регулирования технологического процесса, перечень основ-
ных возможных аномалий в работе и способы их устранения*’, описание
видов брака сырья и готовой продукции, его влияния на процесс и мето-
ды исправления недостатков, правила профилактической очистки и про-
мывки оборудования; инструкции по технике безопасности и охране тру-
да, расчеты по категорированию производства по степени пожаро-взры-
воопасности, расчеты взрывобезопасных расстояний, данные анализа рис-
ка в пожаровзрывоопасных узлах производства (учет вероятности возник-
новения пожара и взрыва в таких узлах и решение вопросов о необходи-
мых мерах защиты);
- документы, свидетельствующие о ведении технологического про-
цесса по регламенту или о его изменении (инструкции, письменные рас-
поряжения административных лиц, вахтенные журналы цеха, журналы
учета работы оборудования и его дефектов, ежемесячные (ежекварталь-
ные) технические отчеты, журналы центральной заводской лаборатории,
накладные и паспорта на сырье, паспорта на готовую продукцию, кар-
тограммы самописцев и других регистрирующих приборов);
- документы на проведение ремонтных работ, особенно огневых и
сварочных (приказы администрации, планы проведения ремонтных работ
и данные их выполнения, разрешения на проведение работ, записи в вах-
тенных журналах, наряды и др.);
’’Должны быть составлены планы локализации и ликвидации возможных
аварий.
487
- документы периодических проверок правильности эксплуатации
объекта, обнаруженных отклонений и нарушений, аварий;
- акты инспекций Госпожнадзора о соблюдении правил пожарной
безопасности (предписания и акты проверки их выполнения);
акты инспекции Госгортехнадзора о состоянии оборудования,
работающего под давлением, и др.;
- акты технических комиссий по проверке пожаро-взрывобезопас-
ного состояния объекта (предлагаемые мероприятия и их выполнение);
- данные о случаях пожаров и взрывов, наблюдавшихся на постра-
давшем или однотипном объектах, их причины и проведенные мероприя-
тия.
В этой связи весьма важным является получение для анализа ста-
тистических данных о происшествиях, позволяющих также учитывать
наиболее ослабленные по защите пожаровзрывоопасные узлы объекта.
Так, например, анализ 46 пожаров, происшедших до 1977 г. на 34 атом-
ных электростанциях, показал, что 15 случаев произошли из-за утечки
водорода, 13 - в масляных системах, 7 - в электрических кабелях, 6 - в
дизельных генераторах, 3 - в трансформаторах, 2 - в угольных фильтрах
[278];
- акты санитарно-эпидемиологических станций о состоянии воз-
душной среды в производственных помещениях (о загазованности, запы-
ленности и т. п.);
- паспортные карты или журнал с описью основного электрообо-
рудования и защитных средств с указанием технических характеристик;
- общие схемы электроснабжения, составленные по объекту; прак-
тическая документация на устройство электрического освещения, приспо-
собления для технического обслуживания, схема сети освещения.
Наличие схем позволяет произвести подсчет нагрузок и установить,
была ли перегрузка сети, проверить правильность выбора установленных
защитных аппаратов (предохранителей, автоматов). Необходимы для ана-
лиза материалы (акты, журналы) по аварийности электрооборудования.
- акты инспекции госэнергонадзора о состоянии электрооборудо-
вания и его защиты, состояния электроосвещения, правильности монта-
жа и соответствии правилам устройства электроустановок. Подлежит про-
верке наличие и выполнение графика планово-предупредительного ремон-
та;
- акты организаций, занимающихся периодической наладкой вен-
тиляции и отопления объекта, систем газо-водоснабжения и т. п.;
- акты освидетельствования контрольно-измерительной и регули-
рующей аппаратуры.
488
Естественно, из перечисленных выше документов должны привле-
каться к анализу лишь те, которые относятся непосредственно к специфи-
ке происшествия и содержат важные характеристики обстановки, пред-
шествовавшей и сопутствовавшей пожару и взрыву. Так, например, в слу-
чае подозрения на возможность возникновения пожара на объекте от раз-
ряда молнии проверяется проектная документация по грозозащите объек-
та. В связи с этим представляют интерес следующие данные:
Сила тока грозового разряда составляет от 1000 до 100000 А, чаще
всего ~ 20000 А, поэтому сопротивление отводящих проводников в гро-
зозащитных устройствах должно быть минимальным (~ 3-7 Ом), чтобы
обеспечить предельно низкое тепловое воздействие. Для получения со-
противления в 3-7 Ом сечение заземляющего провода из стали должно
соответствовать 50 мм2, а медного - 10 мм2. Расстояние до других прово-
дов должно быть не менее 20 см на единицу сопротивления токоотводя-
щего проводника [16].
При оценке пожаровзрывобезопасного состояния химических и
нефтехимических производств весьма важно учитывать не только степень
выполнения требований, возникающих из его зависимости от ряда общих
факторов (см. разделы 1—4), но и от целостности*1 технологических аппа-
ратов и других емкостей, содержащих опасные вещества, возможного их
износа и коррозионного растрескивания**1, от наличия утечек опасных
веществ, обеспечения защиты оборудования взрывными клапанами и в
частности реакторов, сушилок, фильтров, циклонов и др; устройства ог-
непреградителей в трубопроводах и газоходах, где существует риск обра-
зования и воспламенения взрывоопасной газовой смеси; наличия защиты
корпусов оборудования с опасными веществами негорючими теплоизо-
ляционными покрытиями, затрудняющими возникновение пожара и взры-
ва от внешнего термического воздействия, оснащения оборудования пре-
дохранительными клапанами для стравливания давления и водяными оро-
сителями для охлаждения корпусов аппаратов. Проверяется наличие ме-
роприятий по снижению опасности взрыва в объеме производственного
оборудования с помощью инертных газов и, например, путем распыле-
ния воды в нем с целью разбавления среды при образовании или проник-
новении горючих газов и паров, а также соблюдение требований по раз-
* > С этой целью предлагается, например, метод прочностного расчета взры-
воопасного технологического оборудования (расчет на сопротивление ударно-
му действию взрывной волны с учетом предела текучести материала, приведен-
ный в [279].
* *> По сетке обнаруженных трещин и толщине стенок из материала с изве-
стными свойствами прогнозируется рост трещин до опасного предела [112].
489
рывам между элементами этого оборудования, работающими в условиях
возможного возникновения пожара и взрыва.
В связи с проводимой оценкой необходимо получить подробное
описание взаиморасположения на объекте (с изображением на плане мес-
та происшествия): опасных в отношении горения и взрыва веществ и ма-
териалов с характеристикой их пожарной и взрывной нагрузок, аппара-
тов и коммуникаций с описанием их состояния с точки зрения пожаровз-
рывоопасности.
При рассмотрении обстановки, создаваемой, например, конвейер-
ными системами, применяемыми в промышленности, следует учитывать,
что их пожарная опасность обусловливается главным образом сгораемой
транспортерной лентой, наличием галерей, способствующих быстрому
распространению пожара, большим количеством трущихся деталей, тре-
бующих постоянной смазки, горючестью транспортируемых материалов,
а при транспортировке, например, золы и шлака от домениых печей тем,
что они нагреты до высокой температуры.
Конвейеры для транспортировки различных сыпучих и штучных
материалов представляют различные системы размерами от нескольких
метров (строительные транспортеры) до нескольких километров (транс-
портировка угля и других материалов). Известей крупный пожар конвей-
еров в Нью-Касле (Англия), из-за которого предприятие было остановле-
но на длительное время [280].
При возиикиовении подозрения на возможность загорания от ото-
пительной печи следует проверить правильность конструкций топки, ды-
могарной и примыкающей к ней дымовой труб. Трубы должны сооружать-
ся из негорючих, теплостойких и плотных строительных материалов и
находиться на определенном расстоянии от способных загораться элемен-
тов конструкций здания. Общая длина дымогарных труб не должна пре-
вышать 4 м, иначе газообразные продукты сгорания охлаждаются слиш-
ком сильно и из-за уменьшения тяги не удаляются через примыкающую
дымовую трубу. Последняя должна рассчитываться таким образом, что-
бы, обеспечивая отвод газообразных продуктов сгорания, не создавать
угрозы окружающей среде искрами и газами.
Для того, чтобы судить об обстановке, характеризующей возмож-
ность возникновения пожара от печной установки, необходимы данные,
приведенные на схеме рис. 4.6.
При рассмотрении пожаров на объектах в сельском хозяйстве сле-
дует учитывать их специфику. Так, например, при хранении сена в ови-
нах и на чердаках причиной пожара чаще всего бывает неисправная элек-
тропроводка; при искусственной сушке - электромоторы вентиляторов.
490
Иногда пожары возникают от попадания остатков сена на перегретые ча-
сти машины при использовании стогометателей и стогоукладчиков. На-
хождение сена ближе 1 м от двигателя транспортного средства приводит
к пожарам.
Рис. 4.6. Схема особенностей, подлежащих учету при подозрении
на возможность возникновения пожара от отопительного прибора
На возможность возникновения экзотермических процессов, при-
водящих к самовозгоранию, влияют (см. раздел 1.3.1.2) способ укладки,
степень уплотнения, условия хранения, зрелость трав и состав сена. Наи-
большую опасность представляет влажное сено (30-45%) [281].
Многие примеры, в которых рассматривается специфика обстанов-
ки, предшествовавшей пожару и взрыву, приведены в разделах 1-4.
Для облегчения и конкретизации оценки потенциальной пожарной
опасности объекта, необходимой при выяснении обстановки до пожара,
491
рекомендуется применение двухбалльной (да, нет) системы ответов на воп-
росы о соблюдении существующих требований пожарной безопасности
при эксплуатации помещений и оборудования [282]. Записи в акте произ-
водятся по следующей примерной форме, содержащей вопросы, на кото-
рые надо дать положительный или отрицательный ответ.
Электрооборудование: отсутствует временная электропроводка; все
участки проводки доступны для обслуживания; электродвигатели и меха-
низмы не имеют загрязнений и утечек смазки; для очистки используются
пожаробезопасные растворители; электропредохранители и щиты управ-
ления исправны и закрыты; электропредохранители соответствуют токо-
вой нагрузке электросети; электрооборудование соответствует классу по-
жаровзрывоопасности помещения; линия злектрозаземления очищена и
имеет надежные соединения.
Трение: машины и оборудование обеспечены качественной смаз-
кой, оборудование должным образом налажено и отрегулировано.
Материалы с повышенной пожарной опасностью: места их хране-
ния изолированы.
Электрогазосварочные и резательные работы: места их проведения
проверены на пожарную безопасность; горючие материалы (ГМ) укрыты
или удалены; производство работ оформлено допуском.
Огневые работы: производятся вне помещений для распыления кра-
сок и растворителей и в удалении от ГМ и легковоспламеняющихся жид-
костей (ЛВЖ); отсутствуют утечки газа; в конструкции генератора огня
не использованы ГМ.
Нагреватели: достаточны зазоры между их нагретыми частями и
окружающими предметами; устройство защищено от опасных прикосно-
вений и опрокидывания; ГМ и ЛВЖ удалены или укрыты: устройство
смонтировано на негорючем основании; устройство не используется для
сжигания отходов.
Нагретые поверхиости: иа горячих стенках трубопроводов отсут-
ствуют ГМ; обеспечивается безопасный зазор между нагретыми стенка-
ми и ГМ; паяльники ограждены от ГМ; зола собирается в металлические
контейнеры.
Курение: вывешены запрещающие и разрешающие курение указа-
тели; имеются в соответствующих местах контейнеры для окурков; отсут-
ствуют выброшенные окурки в запрещенных для курения зонах.
Самовозгорание: отходы ГМ закрыты в металлических контейне-
рах; последние достаточно часто опорожняются; штабелированные ГМ
достаточно хорошо вентилируются, сухи, имеют низкую температуру и
массу ниже критической, исключающую возможность самовозгорания;
мусоросборники очищаются ежедневно.
492
Статическое электричество: емкость с ЛВЖ заземлена; движущие-
ся части оборудования заземлены; в помещении поддерживается доста-
точная влажность воздуха.
Складирование: отсутствуют скопления мусора; выполняются тре-
бования пожаробезопасности при хранении ГМ и ЛВЖ; проходы и про-
езды не загромождены; помещения не содержат ненужных ГМ и ЛВЖ;
нет утечек, разливов на полу ГМ и ЛВЖ;-противопожарные двери не заб-
локированы и свободно открываются при срабатывании легкоплавкого
элемента приводного механизма.
Средства пожаротушения: соответствующего типа и в необходимых
местах; подход к ним не затруднен и не загроможден; маркировка их хо-
рошо видна; средства находятся в рабочем состоянии; дата их очередно-
го испытания, перезарядки не пропущена; рабочий персонал обучен об-
ращению с ними.
Предложена также количественная методика оценки пожаробезо-
пасности рабочих мест на промышленных объектах [313]. Методика со-
ставлена в соответствии с типовыми правилами пожаробезопасности для
промышленных предприятий, утвержденными в свое время ГУПО МВД
СССР и предусматривает пять основных критериев, К.-К;, которые вы-
ясняются в ходе оценки. Общий уровень пожаробезопасности рабочего
„ Kt + к2 + к3 + к4 + к,
места «оба/ ~~------------------, где К, - учитывает соответствие
путей эвакуации правилам и нормам; К2- выполнение требований пра-
вил, касающихся веществ и материалов, находящихся на рабочих местах;
К3- соблюдение правил при эксплуатации электрооборудования;
К„ - наличие и работоспособность средств пожаротушения; Ks - наличие
средств оповещения о пожаре и обучения рабочих.
При полном соответствии положения на рабочем месте каждому
из указанных показателей ставится оценка 1, при частичном - 0,5, при не-
соответствии - 0. Рабочее место может считаться аттестованным по по-
жаробезопасности, если i 0,8 и все основные критерии больше 0.
2. Состояние объекта в момент возникновения пожара и взрыва
Важность выявления состояния объекта в момент возникновения
пожара и взрыва обусловливается тем, что только при установлении во
времени и пространстве этого состояния, обязательно содержащего ано-
мальный элемент (по сравнению с обычно наблюдавшейся обстановкой
на объекте), возможно объективно определить источник загорания и его
причину.
493
Для выполнения соответствующей работы необходимо в первую
очередь (особо тщательно) уточнить собираемые данные, характеризую-
щие обстановку, предшествовавшую пожару и взрыву, применительно к
моменту их возникновения. С этой целью должны быть более подробно
исследованы:
- документы, вещественные доказательства, показания свидетелей,
отражающие во времени характер производившихся на объекте работ,
движения и действия людей. Необходимо выяснить: проводились ли в
соизмеримом с моментом возникновения пожара и взрыва времени огне-
вые работы, сварка? Наблюдались ли курение и другие действия с откры-
тым огнем? Использовались ли нагревательные приборы и условия их
применения?
- факторы технологического процесса, характеризующие особен-
ности функционирования оборудования, режима его работы и выявляю-
щие возможные нарушения процесса. Для этого используются данные тех-
нологического регламента, вахтенных журналов, результаты анализа за-
водской лаборатории, свидетельские показания, позволяющие выявить
нарушения, приводящие к нагреву веществ, материалов, оборудования до
опасных температур и взрыву;
- показания приборов, контролировавших процесс, путем расшиф-
ровки картограмм самописцев, определения положения стрелок показы-
вающих приборов и др.;
- положение устройств, свидетельствующих о работе оборудова-
ния (положение пусковых кнопок, контакторов управляющей аппарату-
ры, вентилей, задвижек, клапанов, стопорных устройств);
- данные по фактическому состоянию электросети к моменту воз-
никновения пожара, содержащие технические характеристики ее элемен-
тов, обнаруженные в ходе осмотра повреждения, и характерные особен-
ности;
- наличие в оборудовании и помещении перерабатываемых веществ
и материалов, определенных физико-химических свойств и количеств,
склонных к процессам, способствующим возгоранию, самовозгоранию и
взрыву;
- данные о метеорологических условиях (скорость и направление
ветра, влажность и температура воздуха, количество выпавших атмосфер-
ных осадков);
- данные по обнаружению пожара и взрыва (сведения о замечен-
ных признаках пожара и аномалиях, приведших к взрыву. В последнем
случае запрашивается сейсмограмма взрыва на ближайшей сейсмической
станции);
494
- характеристики и проявления пожара и взрыва (когда, кем, в ка-
ком месте и какие признаки были обнаружены).
При выявлении обстановки, предшествовавшей и сопутствовавшей
пожару и взрыву, например, на железнодорожном транспорте, следует по-
лучить дополнительно ответы на вопросы, приведенные в приложении 5
[319,335], а для выяснения состояния электроустановок на объекте - в при-
ложении 3 [315].
6.1.3, Дополнительные экспертные исследования
Данные, получаемые в соответствии с указаниями, приведенными
в подразделах 6.1.1 и 6.1.2, могут оказаться в ряде случаев недостаточны-
ми для полноты исследования места происшествия. В целях уточнения,
подтверждения или выяснения ряда новых вопросов, возникающих при
такой работе, проводятся дополнительные экспертные исследования.
К таким исследованиям, назначаемым следователем, относятся: судебные
инженерно-технические экспертизы (экспертиза по технике безопасности,
вентиляции, строительная и электротехническая экспертизы, транспорт-
ная, технологическая, металловедческая экспертизы и др.); криминалис-
тические экспертизы (трассологическая, почерковедческая экспертизы,
экспертизы химическая, лакокрасочных и полимерных материалов и по-
крытий, нефтепродуктов и горюче-смазочных материалов и др.); судеб-
ные медицинские и психо-физиологические экспертизы (медицинская, пси-
хиатрическая, психологическая).
В задачу, например, экспертизы по вентиляции может входить:
- характеристика и определение условий воздухо-теплообмена на
объекте до пожара, в момент его возникновения и развития:
- определение состояния и работы вентиляционных устройств;
- участие в изучении путей развития пожара и определении пер-
вичного его очага.
Электротехническая экспертиза может касаться вопросов, связан-
ных с:
- характеристикой и анализом состояния силового и осветитель-
ного электрооборудования на объекте;
- определением его соответствия нормам и правилам в части мон-
тажа, эксплуатации и техники безопасности;
- выявлением его причастности к возникновению пожара.
В задачу строительной экспертизы может входить:
- характеристика и определение соответствия проекта конструктив-
но-планировочных решений требованиям пожарной безопасности;
495
- соответствие строительства объекта действующим нормам и пра-
вилам (категорирование производственных помещений по пожаровзры-
воопасности и осуществление необходимых мероприятий, вопросы огне-
стойкости, устройство противопожарных стен, вышибных проемов, про-
тиводымных перегородок, устройство эвакуационных путей и выходов,
планировка служебных и подсобных помещений и др.);
- влияние выявленных нарушений на условия развития и ликвида-
цию пожара и взрыва.
Конкретные вопросы, возникающие в процессе расследования, мо-
гут ставиться и перед другими перечисленными выше экспертизами. Все
исследования основываются на использовании известных в науке и тех-
нике методов анализа, позволяющих более углубленно изучить с помо-
щью обнаруженных и отобранных образцов (вещественных доказательств)
непосредственно обстановку, предшествовавшую и создавшуюся в резуль-
тате пожара и взрыва. К указанным методам относятся в первую очередь
качественный и количественный анализы веществ, осуществляемые хими-
ческим путем, а также с помощью радиографии, электронографии, рент-
геноструктурного анализа, хроматографии, люминисцентного анализа,
электрографии.
При исследовании, например, взрывчатых веществ, зажигательных
устройств и тому подобных средств применяются спектральный анализ,
химический анализ, судебная баллистика. Для обнаружения и анализа
взрывчатых веществ, исследования паров горючих жидкостей и газов,
идентификации человека по запаху применяют методы газовой хрома-
тографии, одорологии, бионики. Газовая хроматография, например, по-
зволяет наиболее быстро производить анализы. Она применяется для се-
парации, идентификации и анализа практически всех газов и паровоздуш-
ных смесей. Образец, который является газом или жидкостью, помещают
в газовый хроматограф. Различные компоненты образца при его пропус-
ке через колонку с определенной температурой сепарируются и фиксиру-
ются на хроматограмме, которая сравнивается с хроматограммами изве-
стных веществ.
Экстракцией, например, веществ с места пожара можно извлечь,
как указывалось выше, следы нефтепродуктов (бензина, керосина, дизель-
ного топлива) и горюче-смазочных материалов, если они присутствовали
там. Применение метода тонкослойной хроматографии для анализа экст-
ракта позволяет установить их наличие и различить нефтепродукты. Рас-
плавленные, например, свечи, воск и другие аналогичные вещества могут
быть селективно извлечены из любого следоносителя, будь то земля, по-
ловые доски, остатки матраца и даже слипшийся в комок так называе-
мый “пожарный мусор”.
496
Для извлечения веществ подбирают растворители (петролейиый
эфир, метанол и др.) и подвергают их обогащению, исследованию и иден-
тификации с помощью тонкослойной хроматографии и инфракрасной
спектроскопии.
Качественной реакцией на присутствие жировых веществ на пред-
метах может служить образование жирового пятна на фильтровальной
бумаге при ее прикладывании с нажатием к исследуемой поверхности.
Имеется возможность установления присутствия некоторых твер-
дых веществ и материалов по их остаткам в очаге пожара. Поскольку,
например, остатки тканей, которые могут быть обнаружены в очаге по-
жара, большей частью подвергались Термолизу, то для их идентифика-
ции рекомендуются методы лабораторных исследований (например, ме-
тод термического анализа), основанные на пиролитическом разрушении
не подвергшихся термолизу тканей (из числа присутствовавших на пожа-
ре), и сравнении с помощью методов газовой хроматографии их пироли-
затов с полученными из остатков материалов, подвергшихся воздействию
пожара. Оценивая таким образом характер изменяемости веществ и ма-
териалов на пожаре, можно выявить также условия его распространения
и найти очаг пожара.
Эффективным методом исследования веществ, подвергавшихся теп-
ловому воздействию, является инфракрасная спектроскопия. Схема неко-
торых способов идентификации остатков натуральных веществ и синте-
тических продуктов после пожара показана на рис. 5.6 [16].
По признакам повреждений, возникших в результате теплового
воздействия, с образованием на поверхности материала, например, нале-
та сопутствующих элементов, а также по остаткам необгоревшего или ча-
стично сгоревшего органического вещества могут быть установлены пред-
меты, вызвавшие эти повреждения. Так, например, повреждения кожи че-
ловека, вызванные тепловым воздействием на нее тлеющего материала
растительного происхождения (сигареты или древесины), всегда характе-
ризуются повышенным содержанием кальция и калия в виде белых зон [ 16].
Места термических поражений, вызванных прикосновением раска-
ленного металла, загрязнены его мельчайшими частицами (их определе-
ние может производиться с помощью метода рентгено-флуоресцентной
спектроскопии). Такой же эффект обнаруживается при повреждениях,
вызванных тепловым действием тока. В области входа тока или воздей-
ствия электрической дуги можно определить элементарный состав элект-
родов.
Установлено, что кожа человека, подвергавшаяся термическому
воздействию, вырабатывает токсины. Участки пораженной кожи, пере-
саженные здоровым животным, вызывают их смерть.
497
синий зеленый желтый красный
>8,5 4,5-8,5 2,5-4,5 <2,5
кислый -ч---------------- Гидролиз ------------щелочной
I
Газовый или тонкослойный хромотографический анализ
гидролизатов или пиролизатов
Рис. 5.6. Схема способов идентификации натуральных и
синтетических материалов:
РА - полиамида; РЕ - полиэфира; PAN - фенил-альфа-нафтиламина
(неоэона A); PES - искусственного шелка из сложных эфиров; СА • ацетата
целлюлозы; РАС - полиакрилнитрила; PVC - поливинилхлорида.
Приведенные температуры являются граничными. Действие более высоких
температур на материалы исключает возможность их идентификации
Для определения возможности саморазогревания растительных
материалов, приведшего к пожару и вызванного термофильными микро-
организмами, рекомендуется, например, применять выращивание культу-
495
ры этих микроорганизмов по методу Глатеша [16]. Для этого 1-2 г мелко
нарезанного исследуемого материала помещают в стерильную пробирку
и заливают 30 мл стандартного питательного раствора (среды), затем пре-
парат выдерживают при 25 и 55 °C. Инкубация при 25 °C необходима для
оценки наличия популяции микроорганизмов в субстрате; инкубация при
55 °C служит для сравнительной оценки скорости размножения термофиль-
ных микроорганизмов на остатках растительного материала. При боль-
шом количестве микроорганизмов в субстрате (полное помутнение раство-
ра за время от 1/2 до 1руток) самовозгорание растительного материала
возможно; при получении отрицательных данных оио маловероятно.
Упоминаемые выше некоторые общие методы экспертного иссле-
дования являются лишь небольшой подчас составной частью всего мно-
гообразия методов, специально разрабатываемых и используемых для
решения конкретных вопросов, возникающих при той или иной экспер-
тизе пожара и взрыва.
При необходимости оказания помощи в установлении места их воз-
никновения и причины предлагаются также для применения дополнитель-
ные методы исследования (упоминаются в разделах 1, 3, 6), краткие све-
дения о которых приводятся ниже.
1. Определение возможной зоны возшмсновенмя пожара (метод гра-
фического построения) [72]
Для графического построения возможной зоны возникновения по-
жара строят в масштабе план помещения, в котором произошел пожар,
нанося его на координатную сетку, привязываемую обычно к шагу ко-
лонн. На плане помещения вычерчивают форму и границы зон горения и
теплового воздействия. При определении этих границ необходимо учи-
тывать условия газообмена, наличие открытых дверных, оконных и тех-
нологических проемов, а также систем приточной и вытяжной вентиля-
ции. Построение возможной зоны возникновения пожара осуществляют
в следующей последовательности. Выбирают произвольные точки по пе-
риметру зоны теплового воздействия или зоны горения. Для формы этих
зон, близкой к кругу, число выбираемых точек ие должно быть менее 5, а
при эллиптической форме - не менее 10. Через произвольно выбранные
точки проводят касательные и перпендикуляры к и им. Перпендикуляры
проводят до взаимного пересечения друг с другом внутри зоны пожара.
Точки взаимного пересечения перпендикуляров нумеруют или обо-
значают соответственно буквами. Эти точки соединяют между собой ло-
маной линией, образуя участок, внутри которого находится зона возник-
новения пожара. После определения границ этой зоны делают привязку
499
полученного участка к координатной сетке объекта, где возник пожар.
Это позволяет приступить к более тщательному обследованию выделен-
ного района и более точному определению места его возникновения.
2. Графоаналитический метод расчета времени возникновения
пожара
Для расчета по этому методу необходимы следующие данные: раз-
меры пожара или границы фронта распространения горения и время на
момент обнаружения пожара первым свидетелем (очевидцем); размеры
пожара или границы фронта распространения горения и время на момент
обнаружения пожара последующими свидетелями (очевидцами) числом
не менее 3-4; размеры пожара или границы фронта распространения го-
рения и время на момент прибытия первых и последующих пожарных под-
разделений, числом не менее 3-4; момент времени локализации пожара и
его размер.
При наличии всех исходных данных или части (не менее пяти
значений) на координатной сетке Fn-f (т) строят график изменения пло-
щади пожара (Fn) во времени ( г). Точка пересечения кривой с осью вре-
мени дает известный ориентир в оценке момента возникновения пожара.
3. Обследование железобетонных конструкций после пожара с по-
мощью ультразвуковых волн {283]
Сущность метода заключается в сравнении скорости прохождения
ультразвуковых волн (УЗВ) в нагретых и ненагретых зонах железобетон-
ных конструкций. Чем выше температура и больше продолжительность
нагрева при пожаре на исследуемом участке конструкций, тем большие
изменения происходят в бетоне и меньше относительная скорость повер-
хностной ультразвуковой волны:
где <он6 - среднее значение скорости поверхностной УЗВ в нагре-
вавшемся бетоне;
а>6 - то же для непрогретого бетона.
По обнаруженному характеру изменений поражения железобетон-
ных конструкций на пожаре определяют направленность его развития.
500
Область применения данного метода пока ограничивается только желе-
зобетонными конструкциями, выполненными из марок бетона от М200
до М600 при его нагреве в интервале температур от 200 до 800 °C. Не ус-
тановлено влияние статических нагрузок и характера нагрева (четырех-
сторонний, двухсторонний и т. д.) на получаемые показатели.
Достоинством методики является возможность проведения обсле-
дования непосредственно на месте пожара без отбора проб. Подробное
описание методики приведено в [283].
Ультразвуковой метод, рентгеновский анализ и электронная мик-
роскопия применялись для исследования состояния бетона в условиях на-
грева в одном из случаев пожара [284]. Пожар возник при взрыве газо-
провода, в результате чего пострадало бетонное (из предварительно на-
пряженного бетона) покрытие моста через реку. Покрытие исследовалось
указанными методами и было определено, что бетон подвергался нагре-
ву до 600-800 °C, что явилось причиной его разрушения.
4. Определение температуры нагрева бетона
При повышении температуры нагрева бетона сцепление его состав-
ляющих ослабевает и дефектность (трещины, зазоры, поры, оплавленные
участки) увеличивается.
Предложена методика определения температуры нагрева бетона на
пожаре по изменению его пористости [183]. С этой целью после пожара
отбираются пробы бетона, подвергнувшегося нагреву, с поверхности и из
внутренних слоев конструкции, а также того же бетона, не подвергавше-
гося воздействию нагрева. Последние пробы бетона нагревают при раз-
ных температурах и определяют соответствующую им пористость. Затем
определяют пористость бетона, нагревавшегося при пожаре, и по полу-
ченной выше эмпирической зависимости пористости от температуры на-
грева определяют температуру нагрева бетона при пожаре.
Тепловые нагрузки до 300 °C снижают прочность бетона на 10-20%,
а при температуре 300-450 °C снижение прочности возрастает еще боль-
ше [16]. Поэтому имеется возможность и таким способом проводить ис-
следование и оценку теплового воздействия, которому могут подвергать-
ся бетонные элементы горящего здания.
Отмечается [285], что результаты замера микротвердости объектив-
но характеризуют состояние бетона при нагреве и подтверждают резкое
падение этих значений при его нагреве свыше 500 °C. Сопоставление тем-
ператур нагрева образцов бетона после пожара по результатам физико-
501
химических анализов показало удовлетворительную сходимость данных,
полученных на месте пожара и при исследовании образцов в лаборато-
рии, где температура была точно зафиксирована.
При исследовании можно прибегнуть и к методу инфракрасной
спектроскопии, ибо он позволяет получить обширную информацию не
только о форме связанной воды в бетоне, но и по изменениям в состоянии
силикатных и сульфатных фаз - об интенсивности тепловой нагрузки. Ре-
комендуется также использование метода рентгенографии для выявления
изменений в бетоне под влиянием термического воздействия.
Хорошими показателями состояния бетона являются количество
гидратной воды и потеря массы по термограммам (в основном за счет гид-
ратной воды). Изменения размера линий на рентгенограммах и глубины
эффектов на термограммах новообразований в бетоне с повышением тем-
пературы нагрева имеют тенденцию к увеличению различий. Например,
уменьшается количество Са(ОН), (линия с d = 4,9 А, эндотермический
эффект при 470-490 “С).
5. Исследование изменяемости конструкционных сталей на
пожаре [283]
Предложена методика исследования наиболее распространенных
конструкционных сталей (углеродистые стали обыкновенного качества по
ГОСТ 980-71 от СтО до Стб и качественные стали по ГОСТ 1050-74), ко-
торая состоит из двух разделов. По первому разделу методики путем ис-
следования компонентного состава окалины, образующейся на отдельных
участках металлоконструкций при пожаре, ориентировочно устанавлива-
ют длительность и температуру их нагрева. Метод применим для изуче-
ния зоны развившегося пожара, где температура нагрева металлоконст-
рукций превышает 700 ’С. По второму разделу методики путем тьм.ре-
ния тока размагничивания на холоднодеформированных металлоиздели-
ях на месте пожара определяются зоны наибольшего термического воз-
действия. Метод может быть использован при температуре нагрева ме-
таллоконструкций от 200 до 800 “С и не требует в отличие от металлогра-
фических методов их разрушения путем выпиливания образцов.
Установлено, что толщина окалины и ее компонентный состав яв-
ляются функциями температуры и длительности теплового воздействия.
Магнитный метод определения зон различных термических п<ф..жений
заключается в оценке глубины развития (дорекристаллизационных и рек-
ристаллизационных) процессов изменения структурочувствительных
свойств стали в холоднодеформированных (стальных) изделиях при на-
502
гревании в ходе пожара. Измеряемым параметром при работе по предла-
гаемому методу является величина тока размагничивания J (мА). Возра-
стание скорости рекристаллизации и соответственно уменьшение вели-
чины тока размагничивания наблюдается с увеличением температуры и
продолжительности нагрева. Нахождение металлоизделия в зоне тепло-
вого воздействия (600-700 °C) характеризуется экстремально низкой ве-
личиной тока размагничивания. Основными объектами исследования по
предлагаемому методу, подробное описание которого приведено в [283],
являются все наиболее распространенные типоразмеры крепежных изде-
лий - болты, гайки, шпильки, винты, шурупы, скобы, гвозди, изготавли-
ваемые путем холодной деформации. К ним также могут относиться лю-
бые стальные изделия, полученные методом холодной штамповки (если
они имеют высокую степень деформации и не подвергались отжигу на за-
воде-изготовителе).
6. Исследование изменений, происходящих в строительных
материалах при нагреве, с помощью метода магнитометрии [286]
Метод основан на выявлении физико-химических изменений, про-
исходящих в веществах, подвергнутых высокотемпературному нагреву.
Воздействие температуры выше 500 °C приводит к необратимому увели-
чению магнитной восприимчивости полученных безобжиговым методом
строительных материалов (штукатурка, бетон, силикатный и массовый
кирпич) в зависимости от температуры и времени ее воздействия. Приве-
дены в [286]примерь1 использования метода.
7. Оценка изменяемости фнзнко-хнмическнх свойств древесных
углей под влиянием температуры и продолжительности нагрева
Филиалом ВНИИПО [283] предложен метод определения очаговых
признаков пожара, основанный на расчете температуры и продолжитель-
ности горения древесины, учитывающем физико-химические свойства
образовавшегося древесного угля (см. раздел 1) и линейную глубину обуг-
ливания древесины в точке отбора пробы.
Метод учитывает специфические условия образования древесного
угля, который под влиянием температуры изменяет свою структуру. Так,
например, уголь, образовавшийся из древесины при температуре 350 °C,
существенно отличается от угля, нагревавшегося до температур 700-800 °C.
При этих температурах его структура подвергается все большей конден-
сации, приближаясь к графиту. Утверждается, что физико-химические
503
свойства древесного угля, образующегося в условиях, приближенных к
пожару, обусловлены в основном температурой и продолжительностью
теплового воздействия. Влиянием прочих условий (например, воздухооб-
мен) считается возможным в первом приближении пренебречь.
Сущность метода заключается в отборе проб древесного угля в точ-
ках, определенных при визуальном исследовании места пожара. Пробы
рекомендуется отбирать в местах с наибольшей глубиной обугливания, в
районах сплошных прогаров и на участках, где по тем или иным сообра-
жениям предполагается очаг пожара, зона длительного тления, а также в
тех точках, для которых информация о длительности и интенсивности
процесса горения представляет первоочередной интерес для исследования.
В каждой точке отбора пробы методом пенетрации определяют
толщину слоя угля (hy) и путем обмера - первоначальную толщину эле-
мента конструкции (Л). Для исследования в каждой точке отбирают верх-
ний (3-5 мм) слой угля, предварительно смахнув с него кисточкой хлопья
золы и частички пожарного мусора. Уголь отбирают со стороны, обра-
щенной к источнику теплового воздействия. Отобранные пробы (в коли-
честве 10 г для каждой) упаковывают в полиэтиленовые пакеты, указыва-
ют номер пробы и место ее отбора на плане; в специальном протоколе
фиксируют измерения линейных параметров (ht, h). Отобранные пробы
углей измельчаются и сушатся до постоянной массы и подвергаются ис-
следованию.
Измеряя удельное электросопротивление древесных углей (потреб-
ная навеска угля 0,3-0,6 мг*1), определяют ориентировочно иа основе по-
лученной в лаборатории, предварительно, зависимости продолжитель-
ность пламенного горения древесины на пожаре в данной точке (тд) при
воздействии на нее средневременной температуры среды (Z). Предостав-
ляется также возможность определить по этому методу период времени
(г0), который проходит до момента, начиная с которого процесс обугли-
вания идет со скоростью, близкой к постоянной, и продолжительность
выгорания угля (г )**’.
Общее время теплового воздействия в зоне отбора пробы (г^) на-
ходится по формуле: г^-^+Гд+г. Путем определения остаточного содер-
жания летучих веществ (навеска - 0,5г) и изменений глубины обуглива-
ния в точках отбора проб также предоставляется возможность ориенти-
ровочного расчета t, тд, г0 и г. Эти параметры вычисляются и при опре-
делении в пробах атомного соотношения “водород : углерод”.
*> Здесь и ниже указывается потребное количество пробы древесного угля
для одного определения. Повторность определений может достигать пяти.
**> Принимается (в грубом приближении), что выгорание угля начинается
после завершения пламенного горения древесины.
504
Суммарная пористость угля возрастает с увеличением температу-
ры. Это позволяет путем определения насыпной массы пробы углей (на-
веска - 0,5 г) также оценить весьма ориентировочно температурный ре-
жим в зоне отбора пробы.
Для выявления зон низкотемпературного (300 °C < t < 500 °C) пи-
ролиза (тления) древесины, соответствующих в ряде случаев очагу пожа-
ра, предлагаются методы термогравиметрического анализа (навеска око-
ло 50 мг) и флюоресцентной спектроскопии (навеска около 0,5 г). Под-
робное описание всех указанных методик приведено в [283].
В филиале ВНИИПО разработан комплект специального оборудо-
вания для физико-химического исследования по указанной методике об-
горевших остатков древесины на месте пожара. В комплект включены:
мег?ометр Е6-16, измеряющий электросопротивление в диапазоне от 1 до
2-10’ Ом, ручной гидравлический пресс для приготовления проб, пробо-
отборник, штангенциркуль и другое оборудование. Комплект упакован в
чемодан типа “дипломат” с габаритными размерами 110 310-430 мм, (масса
3 кг). Исходя из результатов измерений электросопротивления проб угля,
а также толщины деревянного элемента конструкции и глубины его обуг-
ливания в точке отбора пробы, по прилагаемой к комплекту номограмме
определяют средневременную температуру и длительность горения дре-
весины [287].
8. Использование метода иконнкн
Новое направление в оптике, называемое иконикой, разрабатыва-
ется в Государственном оптическом институте им. С И. Вавилова. Изго-
товленное в институте электронно-оптическое устройство позволяет с по-
мощью математических программ, заложенных в ЭВМ, расшифровать
дополнительную оптическую информацию, содержащуюся, например, в
обычных фотоснимках, рентгеновских и иных изображениях. Область
применения методов иконики охватывает вопросы контроля за качеством
электропроводки в генераторах, восстановления со страниц старых доку-
ментов и книг текстов, контрастной обработки материалов аэрофотосъ-
емки и др. Подробности о методе иконики и его использовании можно
получить в институте.
505
9. Определение причастности коротких замыканий в электропровод-
ках к возникновению пожара
Предлагается для этой цели ряд методик. Одной из них определя-
ется причастность к возникновению пожара короткого замыкания в от-
крыто проложенных проводках с медными жилами независимо от их се-
чения и числа проволок в жиле, подвергавшихся при пожаре воздействию
температуры не более 900 °C. Методика не распространяется на кабели и
электропроводки, проложенные в трубах.
Существо методики основывается на исследовании оплавленных
проводов (вещественных доказательств) рентгеноструктурным методом
с установлением различия в структуре и в степени окисления отдельных
участков проводов. Это обусловливается различной последовательностью
термических воздействий на них пожара и токов короткого замыкания, а
также характером окружающей среды в момент возникновения коротко-
го замыкания,
Дифференциацию момента возникновения КЗ (до пожара или в ус-
ловиях его протекания) рекомендуется [314] проводить по следующим при-
знакам рентгеноструктурного анализа (табл. 2.6).
Таблица 2.6
Признаки дифференциации момента возникновения КЗ а проводах
с медными жилами
Анализируемый признак Состояние ис- следуемого при- знака на рентге- нограммах оп- лавленного об- разца 1 и кон- трольного 2 Режим съемки Вид КЗ Статистичес- кая воспроиз- водимость признака, %
Размер дифрак- ционных пятен Рп, составляю- щих линии меди (Си) рси < рси П\ П2 без враще- ния первич- ное 98
рСи > рСи П\ П1 то же вторич- ное 82
Интенсивность J линий меди J,c- >J2C' с вращени- ем _ - _ 93
Интенсивность линий окиси (СиО) и закиси (Си2О) меди - - 77
jCu^O jCu-ft первич- ное 94
506
Для исследования причастности к пожару короткого замыкания в
электропроводках с алюминиевыми жилами различных марок предложе-
на методика, основанная на рентгеноструктурном и кулонометрическом
анализах. При рентгеноструктурном анализе исследуются провода сече-
нием жилы до 25 мм2, проложенные как открыто, так и скрытно в трубах
(изоляционных с металлической оболочкой, стальных), в глухих коробах,
замкнутых каналах строительных конструкций зданий и в закрытых объе-
мах электроустановок. Кулонометрическим методом (количественный
анализ на содержание углерода в месте оплавления проводника) исследу-
ются провода сечением до 4 мм2, проложенные открыто. Методика при-
менима для проводов, которые подвергались воздействию короткого за-
мыкания в сети при различных напряжениях, силе тока и воздействии тем-
пературы не более 400 °C. В целях наиболее точного проведения экспер-
тизы по дифференциации момента КЗ в алюминиевых проводах исследо-
вание осуществляется с использованием нескольких уточняющих друг
друга методов (см. табл. 3.6).
Таблица 3.6
Последовательность исследования алюминиевых проводов
с целью дифференциации момента КЗ [314]
Последователь- ность методов исследования Возможные результаты Выводы
Визуальный осмотр Локальное оплавление провода с резко выраженными формами Оплавление вызвано токами КЗ с образова- нием электрической дуги
Оплавление значительное по длине, отсутствуют резко выраженные кон- туры оплавления Оплавление вызвано температурным воз- действием пожара
Рентгенострук- турные иссле- дования Наличие эффекта астеризма*’ на малых углах отражения рентгено- грамм Оплавление вызвано током КЗ с разрывом токопроводящей жилы
Астеризм выражен четко КЗ первичное
Астеризм выражен слабо, размыт, иногда отсутствует КЗ вторичное
Астеризм отсутствует; интерферен- ционная картина соответствует ис- ходному проводу; дифракционные линии выражены четко, в большинст- ве случаев имеют точечное строение Воздействие тока КЗ без разрыва жилы"’
Наличие интерференционных пятен на рентгенограммах; явление асте- ризма не наблюдается; дифракцион- ные линии отсутствуют или выраже- ны очень слабо Оплавление вызвано температурным воз- действием пожара
507
Окончание табл. 3.6
Последователь’ кость методов исследования Возможные результаты Выводы
Астеризм отсутствует; интерферен- ционная картина соответствует структуре исходного провода Структура исходных проводов
Кулонометри- ческий анализ на углерод Содержание углерода в месте оплавления, % для провода АППВ 2,5 0,012 и менее 0,045 и более КЗ первичное КЗ вторичное
Кулонометри- ческий анализ на углерод Содержание углерода в месте оплавления,% для провода АПР 2,5 0,015 и менее 0,05 и более КЗ первичное КЗ вторичное
•> Эффектом астеризма называется растяжение дифракционных пятен в
радиальном направлении, вызываемое деформацией кристаллической решетки.
*♦> При воздействии на провода тока КЗ без разрыва токопроводящей
жилы образуется интерференционная картина, аналогичная той, которая полу-
чается в исходном проводе, поэтому такие образцы ие подлежат исследованию.
Подробное описание методик приведено в [103, 314].
Предлагается также способ определения первичности короткого
замыкания в медных проводах при возникновении пожара, описанный в
[288]. Относительная концентрация закиси меди в зоне, непосредственно
прилежащей к участку оплавления провода в результате короткого замы-
кания (КЗ), зависит оттого, что произошло вначале - КЗ или пожар. Для
анализа отбирают два участка провода: один непосредственно у зоны оп-
лавления, другой - на расстоянии 25-35 мм от нее. Затем их подвергают
рентгенографированию, регистрируя две близко расположенные линии
Cufi и Си, по которым определяют интегральные интенсивности, а затем
их отношение. Если для первой пробы это отношение больше, чем для
второй, делается вывод о том, что вначале имело место КЗ, а затем про-
изошел пожар.
Следует учитывать, что причинно-следственную связь аварийного
явления в электросети с возникновением пожара можно выявить только в
ходе комплексного исследования с использованием инструментальных
методов (металлографических или рентгеновских), позволяющих в своей
совокупности сделать однозначный вывод о наличии или отсутствии та-
кой взаимосвязи.
508
Причинами невозможности самостоятельного использования ин-
струментальных методов являются [289]:
1. Ограничение применения методик температурными диапазона-
ми. Так, алюминиевые проводники пригодны к исследованию при их на-
греве не выше 400 °C, а медные - 900 °C, когда происходит перекристал-
лизация и изменение фазового состава окисной пленки проводников (тем-
пература в зоне пожара нередко достигает 1000-1200 °C).
2. В каждом конкретном случае аварийный режим характеризуется
индивидуальным чередованием короткого замыкания и перегрузочных
режимов, различной длительностью и устойчивостью их протекания, ве-
личиной токовых нагрузок и т. п. Эти особенности в значительной степе-
ни влияют на характер процессов разрушения изоляции, от которых во
многом зависит формирование устанавливаемых в ходе исследования при-
знаков.
3. В начальный период пожара при небольшом факеле пламени тем-
пературные параметры и газовый состав атмосферы в очаге горения не-
устойчивы, быстро меняются в значительном интервале.
4. Короткие замыкания в электросети, следы которых обнаружи-
ваются на различных элементах, могут вообще не являться ни причиной
пожара, ни его следствием. Например, следы короткого замыкания, воз-
никшего ранее при эксплуатации электросети, не приведшей к пожару, или
после тушения пожара в результате подачи напряжения или при включе-
нии освещения до начала осмотра места происшествия.
5. Не исключен поджог с предварительной инсценировкой аварий-
ного режима в электропроводке или электроприборе.
В связи с этим предложена следующая схема проведения комплекс-
ных исследований по установлению причинно-следственной связи аварий-
ных процессов в электросети с возникновением пожара:
I этап - систематизация исходной информации. Ее источники:
а) протоколы осмотра места происшествия, вещественные доказа-
тельства, чертежи, схемы, эскизы, технические паспорта, заключения ра-
нее выполненных экспертиз;
б) показания свидетелей.
Устанавливаются данные о характере эксплуатации электрообору-
дования; о явлениях, характеризующих предаварийный режим работы
электрооборудования; сведения об аномальных процессах, происходив-
ших при пожаре и др. На основе полученных данных составляется план
дальнейших исследований, определяются основные методы и технические
средства их проведения.
II этап - диагностическое исследование повреждений и выявление
их характерных особенностей. Нанесение мест повреждений (с учетом их
509
характера) на электросхему, что позволяет выявить последовательность
и закономерность их образования и способ исследования повреждений на
отдельных участках электросети инструментальными методами (рентге-
ноструктурный анализ, металлографический анализ, растровая электрон-
ная микроскопия). Проводятся необходимые геометрические и электри-
ческие измерения для нанесения на схему параметров отдельных элемен-
тов.
III этап - определяется характер взаимодействия между отдельны-
ми элементами электросети в процессе возникновения и, развития аварий-
ного режима. Выявляется взаимосвязь и последовательность поврежде-
ний и устанавливается возможность и длительность действия пожароо-
пасных факторов аварийного режима. Во взаимосвязи объективно оце-
ниваются результаты инструментальных исследований оплавлений токо-
ведущих элементов. В исследованиях используются расчетно-аналитичес-
кие, графические и экспериментальные методы.
IV этап - отдельные элементы электросети (или их определенная
совокупность) исследуются при различных отклонениях величины тока в
пределах выявленных условий эксплуатации. При этом моделируются
положения объектов (модель должна соответствовать всем особенностям
оригинала), изгибы проводов и другие детали.
Результаты методом токового нагружения позволяют не только
оценить пожароопасные условия аварийных режимов, но и объяснить
причину их возникновения.
Важную роль в оценке возможности развития аварийного процес-
са до возникновения пожароопасных проявлений играет графическое мо-
делирование. Указанные процессы оцениваются в этом случае сточки зре-
ния их граничных токовых и временных характеристик. Суть этого мето-
да состоит в наложении полученных в ходе раздельного исследования эле-
ментов электросети (обычно кабельных изделий и средств электрозащи-
ты) на время - токовых характеристик, построенных в едином масштабе
токовых значений, с последующей оценкой способности электрозащиты
отключить сеть при расчетных токовых нагрузках до наступления усло-
вий, при которых начинают проявляться пожароопасные факторы. В зак-
лючительной части этапа на основе комплексного электротехнического и
пожарнотехнического исследования выявляется возможность зажигания
определенных материалов при воздействии пожароопасных факторов ава-
рийных процессов.
Основные средства исследования - расчетные теплотехнические
методы и специально созданные технические устройства для проведения
модельных и натурных экспериментов.
510
V этап - анализ и обобщение всех полученных данных с формули-
рованием окончательного вывода о наличии причинно-следственной свя-
зи аварийных процессов в электросети с возникновением пожара.
10. Определение причастности ламп накаливания к возникновению
пожара [103]
Методика распространяется на все виды ламп накаливания быто-
вого и общепромышленного назначения, изготовленных в соответствии с
ГОСТ 2239-77 и ГОСТ 19190-73. Методика может быть использована для
исследования ламп, подвергшихся воздействию пожара с температурой
600-650 °C.
Образцами для проведения исследований служат лампы накалива-
ния или их элементы (остатки колбы, лопатка, штенгель, цоколь, спираль
и др., см. рис. 6.6), найденные на месте пожара и имеющие пространствен-
но-временную связь с очагом пожара.
Рис. 6.6. Конструкция лампы накаливания:
1 - выводы, 2 - тарелочка, 3 - цоколь, 4 - штенгель,
5 - предохранительное звено, 6 - выводы, 7 - лопатка, 8 - штабик,
9 - крючки, 10 - электроды, 11 - газовое наполнение, 12 - тело
накала, 13 - колба, 14 - линза.
511
При изъятии образцов фиксируется точное место нахождения дан-
ного вещественного доказательства по отношению к какой-либо репер-
ной точке. Такой точкой может быть проекция подвешенной лампы на
пол помещения. При изъятии ламп накаливания, руководствуясь также
указаниями, приведенными на с. 509, производится осмотр электросети и
выясняются все прямые и косвенные признаки, свидетельствующие о воз-
можности (невозможности) возникновения пожара от ламп накаливания:
наличие напряжения на лампе в момент возникновения (в процессе раз-
вития) пожара; наличие (отсутствие) горючих веществ, расположенных в
зоне поражения металлическими частицами, вылетающими из лампы при
взрыве колбы; наличие стеклянных колпаков на лампах, в светильниках в
момент возникновения пожара; положение выключателей; состояние ап-
паратов защиты; вид электропроводки и другие вопросы.
Основные признаки причастности (непричастности) ламп накали-
вания к пожару приведены на схеме дерева событий (рис. 7.6). Как видно
из приведенной схемы, электрический пробой стекла лопатки или линзы -
один из важнейших показателей наличия напряжения на лампе в момент
пожара и ее непричастности к его возникновению. Визуальный признак
явления пробоя лопатки проявляется в образовании между платинитовы-
ми вставками ее стекла затемненного участка, у линзы - то же между мо-
либденовыми кружками.
Часто пробой лопатки сопровождается расплавлением стекла и от-
делением штабика и электродов от лопатки. Явление пробоя также опре-
деляется с помощью денсотометрического анализа (измерение уровня оп-
тической плотности, т. е. степени почернения стекла), описанного в [103].
Пробой лопатки или линзы, как правило, сопровождается разру-
шением предохранительного звена, а в лампах без предохранителя - вне-
шних звеньев электродов.
11. Методы исследования, основанные на расчетах вероятности
возинкиовеиня пожара и взрыва
При выдвижении и обсуждении версий о причине пожара и взрыва
расчеты вероятности их возникновения могут играть существенную роль,
позволяя сопоставлять степень значимости той или иной версии для кон-
кретных условий происшествия. Поэтому приводим ниже некоторые ме-
тоды и примеры таких расчетов.
512
Непричастность ламп накаливания к пожару
Основные признаки ----------- и ------------ Косвенные признаки
Рис. 7.6. Схеме дерева событий по определению причастности ламп
некалиаания к возникновению пожара
513
а) Расчет вероятности возникновения пожара от электротехничес-
кого изделия [36]
Вероятность возникновения пожара от электротехнического изде-
лия вычисляют по формуле:
Р = Р,Р2Р3, (1.6)
где Р: - вероятность появления теплового источника зажигания в
элементе изделия;
Р2 - вероятность присутствия в изделии (или около него) горю-
чих веществ и материалов, представляющих пожарную опасность (уста-
навливается по материалам расследования пожара);
Р3 -вероятность того, что количество тепла, выделяемого источ-
ником за время существования, и его температура достаточны для заго-
рания горючей среды.
Значение Pt зависит от вида, назначения и условий эксплуатации
электроустановок и может определяться по формуле:
Р, = P4 PS P6, ’ (2.6)
где Р4 - вероятность возникновения характерного пожароопасно-
го режима в составной части изделия (возникновение короткого замыка-
ния, перегрузка, повышение переходного сопротивления и т. п.), приво-
дящего к горению изделия.
Значение Р4 определяют статистически по данным испытательных
лабораторий, предприятий-изготовителей или эксплуатационных служб.
Ps - вероятность неисправности или неправильного выбора (за-
грубления) защиты (электрической, тепловой и др.). Принимается равной
среднестатистической величине, имевшей место на пострадавшем объек-
те до пожара;
Р6 - вероятность того, что величина характерного электротехни-
ческого параметра (тока, переходного сопротивления и др.) лежит в диа-
пазоне пожароопасных значений.
Значения Р, и Р6 вычисляют статистически в ходе лабораторных
испытаний, воспроизводящих их возможные условия проявления на
объекте, приводящие к пожару, или на основе других ранее проведенных
исследований.
б) Определение причастности частиц металлов, образующихся при
коротких замыканиях в электропроводках, к возникновению пожара [103].
Предлагается методика, предназначенная для определения вероят-
ности возникновения пожара от частиц металлов, образующихся при ко-
ротких замыканиях в открытых электропроводках, прокладываемых в
пожароопасных зонах П-П и П-IIa (по ПУЭ) и выполненных незащищен-
514
ними изолированными проводами с алюминиевыми токопроводящими
жилами сечением до 6 мм2 в сетях напряжением до 1000 В.
Методика не распространяется на электропроводки скрытые; про-
ложенные на открытом воздухе (где сказывается ветровая нагрузка); вы-
полненные кабелем или проводами с медными жилами; открытые, выпол-
ненные незащищенными изолированными проводами в пожароопасных
зонах П-I и П-Ш.
Сущность предложений методики заключается в определении ве-
роятности возникновения пожара (Рп) от частиц металлов, образующих-
ся при коротких замыканиях электропроводов. Эта вероятность опреде-
ляется по следующей формуле
РП = Р„РвРгз> (3-6)
где Ри - вероятность появления источника зажигания (раскаленных
частиц) в пожароопасной среде.
Она зависит в каждом конкретном случае от взаимного располо-
жения горючего материала и места расплавления электропроводки.
Ри находится из выражения
1 - Рц(Г2^ ' Рц
(4.6)
где Ри (?j) - средняя вероятность расстояния г, от проекции места
образования раскаленных частиц на горизонтальную плоскость до бли-
жайшей границы расположения горючего материала (см. пример и
рис. 8.6);
Т’и('з) ‘ средняя вероятность расстояния г2от проекции места об-
разования раскаленных частиц на горизонтальную плоскость до наибо-
лее удаленной точки расположения горючего материала;
Рг - площадь в плане, занимаемая горючим материалом до возник-
новения пожара;
Fa - площадь части помещения между г. и г2.
Непосредственным измерением или (в случае обрыва электропро-
водки) по показаниям свидетелей, или по местам крепления электропро-
водки определяются место расположения короткого замыкания относи-
тельно уровня пола (земли) - h. и средняя высота горючего материала -
h2 (в метрах). В зависимости от разности высот h=ht-h2 и расстояния по
горизонтали от проекции места короткого замыкания до горючего мате-
риала (г,, г2} по специальной таблице, приведенной в приложении 7 [103]
находятся Ря(г,) и Ри(г2).
515
Рв - (см. формулу 3.6) - вероятность возгорания горючего матери-
ала от горящей частицы, определяется из табл. 4.6.
Таблица 4.6
Вероятность возгорания горючих материалов в зависимости от
группы горючести
Группа горючести материала Определение Средняя вероятность возгорания, Рв
Легковозго- рающийся Горючий материал, способный возгораться и распространять горение в горизонталь- ном направлении от кратковременного воздействия пламени спичек, искры, нака- ленного электропровода и других подобных источников с малой энергией 0,84
Горючий Материал, способный самостоятельно гореть после удаления источника зажигания 0,37
Трудного- рючий Горючий материал, способный гореть под воздействием источника зажигания. При его удалении самостоятельно не горит 0,08
Рп - (см. формулу 3.6) - вероятность отказа системы тушения,
Prj= 1/К, где К - коэффициент надежности, учитывающий наличие си-
стем пожарной сигнализации или пожарной защиты (при наличии таких
систем К = 7, а при отсутствии - К = 1.
Если Рп не менее 0,9, делается вывод о причастности электропро-
водки к пожару на объекте. При Рп не более 0,01 электропроводка не при-
частна к пожару. В случаях 0,01 < Рп < 0,9 причастность электропровод-
ки к пожару определяется на основе сравнения с вероятностями возник-
новения загорания от других причин и ее превышения, а также с учетом
материалов расследуемого уголовного дела.
Пример расчета вероятности возникновения пожара от частиц ме-
талла, образовавшихся при коротком замыкания.
Данные о пожаре: Пожар возник на складе, где имелась открыто
проложенная электропроводка на высоте h=1 м, расположенная по стене
склада и выполненная незащищенным электропроводом марки АПВ-2,5
с алюминиевыми жилами.
На складе хранилось сено - легковозгорающийся материал (сред-
няя высота укладки сена Л, = 5 м). План помещения, в котором возник
пожар, приведен на рис. 8.6. Средства пожарной защиты на складе отсут-
ствовали, Р.п = 1.
516
Рис. 8.6. План помещения, где возникло загорание,
и место, занимаемое до пожара горючим
материалом (точка О - проекция места
короткого замыкания на горизонтальную
плоскость)
Версия о причине пожара. При расследовании высказано предпо-
ложение о причастности электропроводки к пожару, так как на ней име-
лись следы оплавления проводников, характерные для короткого замы-
кания.
Исследование версии. Согласно приведенной выше методике, оп-
ределялась вероятность возникновения пожара Рп. Для этой цели через
ближнюю А и дальнюю Б точки площади помещения (см. рис. 8.6), зани-
маемой горючим материалом, проводились окружности с центром в точ-
ке О - проекции места короткого замыкания на горизонтальную плос-
кость.
Полученные радиусы равнялись: г,=3,5 м, г =7,25 м. Подсчитан-
ные площади F и Fo соответственно равнялись 3,5 м2, 7,0 м2. Согласно
табл. 4.6, для легковозгорающегося материала Рв = 0,84;
h=h-h = 7-5 = 2 м.
Из приложения 7 [103] для h вычислялись = Ри(3,5) и
Р^(гг) = Р^(7,25).
Искомые величины равнялись соответственно 0,985 и 0,01.
517
Используя формулу (4.6), определили
0Д85-0Д1.3Д
и 1-0,01 7
Искомая вероятность возникновения пожара, определяемая по фор-
муле (3.6), составила
Рп = РиРв рп = 0,492-0,84-1=0,413
Вывод. Согласно условию методики, причастность электропровод-
ки к пожару может быть установлена лишь на основании сравнения по-
лученной вероятности с вероятностями возникновения загорания от дру-
гих причин.
в) Расчет вероятности возникновения пожара и взрыва в отделении
компрессии этилена [36].
Характеристика объекта и данные для расчета
Отделение компрессии этилена расположено в одноэтажное про-
изводственном здании размерами в плане 20x12 м и высотой 10 м. Стены
здания - кирпичные с ленточным остеклением. Перекрытие из ребристых
железнобетонных плит. Освещение цеха - электрическое, отопление цен-
тральное. Цех обеспечен аварийной вентиляцией с кратностью воздухо-
обмена, равной 8.
В помещении цеха расположен компрессор, который повышает дав-
ление поступающего из магистрального трубопровода этилена с 11-105 до
275-Ю5 Па. Диаметр трубопроводов с этиленом равен 150 мм, температу-
ра этилена достигает 130 °C. Здание имеет молниезащиту типа Б.
Нижний концентрационный предел воспламенения этилена (Снкпв)
в смеси с воздухом равен 2,75% (об.), поэтому в соответствии со
СНиП II-90-81 производство относится к категории А, т.е. в цехе возмож-
но возникновение как пожара, так и взрыва. По условиям технологичес-
кого процесса возникновение взрывоопасной концентрации в объеме по-
мещения возможно только в аварийных условиях, поэтому помещение по
классификации взрывоопасных зон относится согласно ПУЭ к классу В-1а.
Опасность пожара в отделении компрессии складывается из
опасности аварии, создающейся в компрессорной установке и в самом
помещении. Опасность компрессора обусловлена возможностью возник-
новения взрыва этилено-воздушной смеси внутри аппарата. Опасность
помещения обусловлена возможностями возникновения пожара в цехе, а
также возникновения взрыва этилено-воздушной смеси в объеме цеха при
выходе этилена из газовых коммуникаций при аварии.
518
Расчет вероятности возникновения взрыва в компрессоре
Возникновение взрыва в компрессоре обусловлено одновременным
появлением в цилиндре горючего газа, окислителя и источника зажига-
ния.
По условиям технологического процесса в цилиндре компрессора
постоянно обращается этилен, поэтому вероятность появления в компрес-
соре горючего газа равна единице, Р, = 1.
Появление окислителя (воздуха) в цилиндре компрессора возмож-
но при заклинивании всасывающего клапана. В этом случае в цилиндре
создается разряжение, обусловливающее подсос воздуха через сальнико-
вые уплотнения. Для отключения компрессора при заклинивании всасы-
вающего клапана имеется система контроля давления, которая отключа-
ет компрессор через 10 с после заклинивания клапана.
Вероятность появления окислителя (Р2) в результате разгерметиза-
ции компрессора вычисляют на основе статистических данных о времени
и частоте существования причины по формуле:
I т
(5.6)
где - время существования причины появления окислителя при
j-ой ее реализации в течение анализируемого времени, мин; = 10/60;
т - количество реализаций причины появления окислителя за
период 1 год.
Обследование показало, что за год наблюдалось 10 случаев закли-
нивания клапанов, т = 10;
г - анализируемый период времени, мин;
tf = 365-24-60 = 525600 мин, отсюда
Р_____L_ 2£uo
525600 60
Исследуемый компрессор в течение года находился в рабочем со-
стоянии 4000 ч, половину времени он не работал.
Принимая равную периодичность нахождения компрессора под
давлением и разряжением, определяем по формуле (5.6) вероятность его
нахождения под разряжением (Р^):
Рз = 525600 2000 60 = 2,3 '° '
Отсюда вероятность подсоса воздуха в компрессор составит
Р,= р2/>3 = ЗД 10~6 2,3 IO'1 = 7,4-10-’
519
Вероятность образования горючей смеси (Pm) в цилиндре комп-
рессора будет равна
Д» = Рг Л = 1-7,4-Ю’7 = 7,4-10’7
Источником зажигания этилено-воздушной смеси в цилиндре ком-
прессора могут быть только искры механического происхождения, воз-
никающие при разрушении узлов и деталей поршневой группы из-за по-
тери прочности материала или при ослаблении болтовых соединений.
Статистические данные показывают, что за анализируемый пери-
од времени наблюдался один случай разрушения деталей поршневой груп-
пы, в результате чего в цилиндре компрессора в течение 2 мин наблюда-
лось искрение.
Вероятность появления в цилиндре компрессора фрикционных искр
(Рфи) в соответствии с указанной формулой (5.6) равна:
Энергию искр, возникающих при разрушении деталей поршневой
группы, оцениваем, исходя из формулы:
W (6.6)
где W - энергии соударения, Дж;
V - скорость движения деталей, 20 м/с;
т - масса деталей, 10 кг.
10-202
Отсюда W = —-— = 2000 Дж.
«Фрикционные искры твердых сталей при энергиях соударения по-
рядка 1000 Дж поджигают метановоздушные смеси с минимальной энер-
гией зажигания 0,28 мДж. Минимальная энергия зажигания этилено-воз-
душной смеси равна 0,12 мДж, а энергия соударения тел больше 2000 Дж.
Следовательно, энергия и время существования фрикционных искр, воз-
никающих при разрушении деталей поршневой группы, достаточны для
зажигания этилено-воздушной смеси. Отсюда
Р ={ Р =1
* фи) ’ вфи.) 1 ’
где Р^ и Р^ - вероятности достаточности энергий фрикционных
искр и времени их существования для зажигания этилено-воздушной сме-
си.
Вероятность появления в цилиндре компрессора источника зажи-
гания (Ризк) равна:
520
рик = 3,8 1(Г611 = 3,81(Г6,
отсюда вероятность взрыва этилено-воздушной смеси внутри компрессора
(Р^) будет равна:
= рхк Ри„ = 7,4• 10-7 3,8 10-4 = 2,8 -1012.
Расчет вероятности взрыва в помещении
Данные наблюдений за производством показали, что 3 раза в год
отмечалась разгерметизация коммуникаций с этиленом и газ выходил в
объем помещения.
Определим время образования взрывоопасной концентрации в ло-
кальном объеме, составляющем 5% от объема цеха.
Режим истечения этилена из трубопровода при разгерметизации
фланцевых соединений вычисляют по формуле:
Г атм
Рраб
ыо5
275-105
= 0,00364,
где Рт - атмосферное давление, Па;
Р - рабочее давление в трубопроводах с этиленом, Па.
Учитывая, что 0,00364 меньше критической величины К = 0,528,
можно сделать вывод: истечение происходит со звуковой скоростью (<д),
равной
<о = 3>34зНт ' Tv* = 3>34дНг'400 = 369 м/с,
V М V 28
где М - молярная масса вещества;
Т 6-рабочая температура этилена, °К.
Нлощадь щели Г при разгерметизации фланцевого соединения тру-
бопровода диаметром (d) 150 мм и толщиной щели <5= 0,5 мм равна:
F = яг/<5= 3,14-150-0,5 = 2,36-10“4 м2.
Расход этилена (G) через такое отверстие будет равен
G = 369 м/с-0,000236 м2 = 0,087 м3/с.
Тогда время образования локального взрывоопасного облака, за-
нимающего 5% от объема цеха при работе вентиляции, равно
3600 1п_________G________
п q_ Снкпв'п'У
< 100 3600-2 2
521
где п - кратность воздухообмена в час, равная 8;
CUIZ„„ - концентрация этилена на нижнем пределе воспламенения,
равная 2,75% об.;
V - объем помещения, равный 2400 м5.
Отсюда
3600. 0,087 ...
т' ~1п ILJWmis =0'32 мин-
V 100-3600-2 /
Учитывая, что из всей массы этилена, вышедшего в объем помеще-
ния, только 70% участвуют в образовании локального взрывоопасного
облака, время образования этого облака и его существования после уст-
ранения утечки этилена будет равно
гг = —= 0,46 мин.
Время истечения этилена при имевших место авариях за анализи-
руемый период (1 год) было равно 4,5 мин, 5 мин, 5,5 мин. Тогда общее
время существования взрывоопасного облака, занимающего 5% от объе-
ма помещения с учетом работы аварийной вентиляции, составит
3
Хг/ = '«[(го-Г2)+г2] = '”го =3-5 = 15 мин,
<=1
где т - общее количество событий, т=3;
г0 - среднее время существования пожароопасного события (сред-
нее время существования в отказе), определяемое по формуле
Го
4,5+ 5,0+ 5,5
Отсюда вероятность появления в объеме помещения достаточного
для образования горючей смеси количества этилена равна
л = -Х^ = ^15=з>610'5
гр " 525600
где Ks - коэффициент, учитывающий отклонение величины г0 от ее
истинного значения, вычисляемый по формуле
522
1 +—!------------
4,зК[(4,5-5)2+(5-5)2+(5,5-5)2
= 1 + ЛУ21-------------------------- = 1<25.
Значение коэффициента гд в зависимости от числа степеней свобо-
ды (т-1) выбирают по табл. 3 в [36] при доверительной вероятности
>9=0,95.
Учитывая, что в объеме помещения постоянно имеется окислитель,
имеем Ро = 1. Отсюда вероятность образования горючей смеси этилена с
воздухом (Р„„) в объеме помещения будет равна
Рх„ = Ра Рэ = \ 3,6 10-5=3,610~5.
Основными источниками зажигания взрывоопасного этилено-воз-
душного облака в помещении могли быть электроприборы, открытый
огонь, искры от удара и трения, разряд атмосферного электричества.
Пожарно-техническим обследованием отделения компрессии уста-
новлено, что 5 электросветильников марки ВЗГ в разное время в течение
120, 100, 80, 126 и 135 ч эксплуатировались с нарушением щелевой защи-
ты.
Вероятность нахождения электросветильников в неисправном со-
стоянии равна
Рнсв = — У г, = ——— 33660 = 7,7 • 10"2.
525600
Расчет производился по приведенной выше формуле.
Так как в электросветильнике температура колбы электролампоч-
ки мощностью 150 Вт может быть не более 350 °C, а температура само-
воспламенения этилена 540 °C, нагретая колба при нарушении щелевой
защиты не в состоянии вызвать зажигание этилено-воздушной смеси.
Установлено, что за анализируемый период времени в помещении
6 раз проводились газосварочные работы по 6, 8, 10, 3, 4 и 5 ч каждая.
Поэтому вероятность появления в помещении открытого огня будет рав-
на
523
Р = Агу г = —У—2160 = 5,8 • 10~3.
525600
Так как температура пламени газовой горелки и время ее действия
значительно превышает температуру самовоспламенения и время, необ-
ходимое для зажигания этилено-воздушной смеси, получаем, что вероят-
ность ее зажигания открытым огнем составляет Р,ог = 1.
Ремонтные работы с применением искроопасного инструмента в
помещении за анализируемый период времени не проводились.
Вычисляем вероятность появления в помещении разряда атмосфер-
ного электричества. Помещение расположено в местности с продолжи-
тельностью грозовой деятельности 50 ч/год. Среднее число ударов мол-
нии в год на 1 км2 определяется из табл. 5.6 и равно п = 6 км'2 год-1
Таблица 5.6
Продолжительность грозовой деятельности за год, ч 20-40 40-60 60-80 80-100 и более
Среднее число ударов молнии в год на 1 кмг 3 6 9 12
Вероятность прямого удара молнии в объект (Р ) равна
(7.6)
где Л' - количество прямых ударов молнии в объект за год;
т - продолжительность периода наблюдения, год.
Для объектов прямоугольной формы:
^ = (а+ 6Л)(в + 6Л)п-10"6 (8.6)
где а - длина объекта, 20 м;
h - наибольшая высота' объекта, 10 м;
в - ширина объекта, 12 м.
= (20 + 6 Ю)(12 + 6 10)-6 10^ = 3,4-10~2.
Отсюда рум = 1 - е"3'4'10 2 1 = 3,4 10~2.
Вероятность отказа исправной молниезащиты типа Б здания ком-
прессорной составляет
РОш=1-^ = 1-0.95 = 510-2,
где Ps - вероятность безотказной работы молниезащиты при ее
соответствии типу Б, Р = 0,95.
524
Отсюда вероятность поражения здания молнией равна
Ртм = Рум • Ромз = 3.4 • 10-2 • 5 • 10-2 = 1,7 1О-3.
Пожарно-техническим обследованием установлено, что защитное
заземление, имеющееся в здании, находится в исправном состоянии. По-
этому вероятность отказа защитного заземления в рассматриваемый пе-
риод времени РОЗЗ =0. Тогда с учетом этого Рти =1,7-1О3.
Учитывая параметры молнии, обеспечивающие зажигание этиле-
но-воздушной смеси по температуре и времени действия, соответствую-
щая им вероятность действия источника зажигания РТИЗ =1, Рвиз =1. От-
сюда вероятность появления источника зажигания от молнии и от откры-
того огня составит
Ризп = (Рпзм + Рог)Ртиз Рвиз = ГЬ7 10 3 +5,8 10 3/l 1 = 7,510 3.
Таким образом, вероятность взрыва этилено-воздушной смеси в
объеме помещения будет равна
Рвсп = Ргсп • Рюп = 3,6-10 5 • 7,5-10 3 = 2,7 10 7 •
Вероятность возникновения пожара в помещении компрессорной
рассчитывается из следующих соображений.
Анализ данных об объекте позволил установить, что примерно
255 ч/год в помещении компрессорной, в нарушение правил пожарной без-
опасности, хранились разнообразные горючие материалы (ветошь, дре-
весные отходы и т. п.), не предусмотренные технологическим регламентом.
Поэтому вероятность появления в помещении горючих веществ равна
Рп, = -£г.= 7^-255.60 = 2,6.10-2.
тр £1 525600
При реализации в течение года только одного события прини-
мают равным единице.
Вероятность образования в цехе пожароопасной среды равна:
Р пс ~ Ргв-Рок = 2,6• КГ2 1 = 2,6 10 2,
где Рок - вероятность присутствия окислителя, Рок = 1.
Из зафиксированных выше тепловых источников только открытый
огонь и разряды атмосферного электричества могли явиться источником
зажигания твердых горючих веществ. Поэтому вероятность возникнове-
ния в отделении компрессии пожара равна
Рп= Рпс-Р>вп = 2,6 Ю~2 -7,510'3 = 1,9 Ю-4
525
Заключение
Согласно расчетам, вероятность взрыва этилено-воздушной смеси
в компрессоре: = 2,8 1 О '2
Вероятность взрыва этилено-воздушной смеси в объеме помещения
Лот = 2,7-КГ’
Вероятность возникновения в отделении компрессии пожара
Л=1^Ю-4
12. Определение типа происшедшего взрыва (детонационного или
дефлаграционного)
Априори невозможно предсказать, какой была скорость волны
горения в происшедшем взрыве. Поэтому целесообразно рассматривать
его сначала по верхнему пределу, соответствующему детонационному
процессу.
При наличии сведений об энергии взрыва и используя формулу
(22.3) и рис. 10.3 и 11.3, можно построить графические зависимости пико-
вого избыточного давления (Р5) и удельного импульса (Г) от расстояния
(г) в размерных единицах.
Затем возможно их уточнение, сообразуясь с данными анализа сте-
пени разрушения различных сооружений и поражения обслуживающего
персонала. Уточненные зависимости Ps - г и г - г позволяют судить о типе
взрыва.
Для оценки разрушения зданий можно применять два различных
подхода. Первый из них основан на использовании данных рис. 13.3, где
изображены кривые равного разрушения. Две основные степени повреж-
дений, минимальные и значительные повреждения, приведенные на
рис. 13.3, характеризуются, дополнительно, следующими признаками:
Признаки минимальных повреждений Признаки значительных повреждений
Поврежден облицовочный камень; выбиты оконные стекла; повреждены швы и соединения; сорвана арматура в некоторых местах на простенках; сломаны некоторые стропила, балки перекрытия и опорные стойки; возможен ремонт здания. Крыша частично или полностью сорвана; по крайней мере одне из наруж- ных стен зданий получила тяжелые повреждения; некоторые несущие элементы конструкции или перегородки разрушены; ремонт здания невозможен.
526
Кривые постоянных уровней разрушений приведены в координа-
тах удельный импульс (it, Пас) и пиковое избыточное давление (Р, Па) в
падающей волне. Определяя по рис. 13.3 расстояния, отвечающие различ-
ным уровням разрушения, можно вносить коррективы в значения. Р и i,
полученные из рис. 10.3 и 11.3 с учетом энергии взрыва (IF).
Согласно второму подходу, выбирают несколько стандартных эле-
ментов конструкций и анализируют их степень разрушения. К стандарт-
ным элементам относятся: типовая стена жилого дома с опорными стой-
ками, стропила крыши и др.
Для оценки поражения обслуживающего персонала принято исполь-
зовать два уровня повреждений, причиняемых взрывом: порог, при кото-
ром разрывается барабанная перепонка, и порог летального исхода, выз-
ванного разрывом легких.
Каждый аварийный взрыв отличается присущими только ему вне-
шними условиями, определяемыми наличием и расположением топогра-
фических элементов (деревьев, холмов, зданий и др.), которые могут либо
поглощать энергию взрывной волны, либо отражать ее, усиливая пора-
жающее действие на человека. Чтобы избежать рассмотрения этих фак-
торов, усложняющих задачу, предполагается, что взрывная волна набе-
гает на тело человека, которое располагается в свободном пространстве
в положении стоя на ровной и плоской поверхности.
Метод оценки поражения органов слуха
На рис. 9.6 определяется Р, соответствующее полученному уров-
ню поражения. Исходя из энергии взрыва и данных рис. 10.3 и 11.3 опре-
деляются расстояния, на которых достигаются поражения, соответству-
ющие значениям Р и it, полученным из рис. 9.6. Сообразуясь с этими дан-
ными и фактическими расстояниями, на которых получены поражения
органов слуха, вносится коррекция в расчеты расстояний и других пока-
зателей взрыва.
Метод оценки поражения легких.
Из рис. 17.3 определяем величины Pt и которые отвечают полу-
ченному уровню поражения. Исходя из энергии взрыва и данных рис. 10.3
и 11.3, определяем расстояния, на которых достигаются поражения, соот-
ветствующие значениям Р, и ir, которые были получены из рис. 17.3. Вно-
сим коррекцию в расчеты, исходя из фактических расстояний.
13. Методы комплексного исследования, направленные на выясне-
ние причины пожара и взрыва
Как указывалось выше, для выяснения причины пожара и взрыва
приходится использовать в целях всестороннего изучения вопроса комп-
527
лексные методы исследования. Ниже приводится пример такого исследо-
вания.
it, Па-с
Рис. 9.6. Пороговые кривые поражения органов слухе
человеке при нормальном угле падения взрывной волны
ив него
Изучение возможной причины взрыва емкости Е-24 на установке
замедленного коксования [290].
По условиям технологического процесса получения кокса из гуд-
рона буферная емкость Е-24 на момент взрыва была заполнена на поло-
вину объема (-25 м3) гудроном и тяжелыми рисайкловыми фракциями,
имевшими температуру 360 °C. Емкость Е-24 была связана дыхательной
линией диаметром 100 мм с колонной К-1, работавшей под давлением
2,5 ати (3,5 ата). Выделявшиеся в колонне К-1 газы разного состава, пары
бензина и воды через ее верх и конденсатор воздушного охлаждения вы-
водились с установки для дальнейшей переработки, а конденсат водяно-
го пара перетекал в Е-24.
Для выяснения причины взрыва исследовались:
1) свойства основного металла и сварных соединений аппарата Е-24
для выявления возможных дефектов, приведших к его разрыву при нор-
мальном режиме работы;
2) возможность создания избыточного давления в аппарате при
нарушении режима работы, приведшего к его разрыву;
528
3) причина, способствовавшая спонтанному росту давления в ап-
парате и его разрыву.
1) Изучение свойств основного металла и сварных соединений аппа-
рата Е-24
Аппарат Е-24 был полностью разрушен взрывом на семь крупных
частей, которые разлетелись по территории установки на расстоянии до
200 м (см. рис. 10.6-а). Разрыв аппарата на отдельные части произошел
как по сварным швам, так и по телу листа. Ударной волной в зданиях,
расположенных от аппарата Е-24 на расстоянии до 410 м, были разруше-
ны частично или полностью стекла окон (см. рис. 10.6-6).
При визуальном осмотре на всех кромках разрушенных частей от-
мечались следы заметной пластической деформации. Было установлено,
что деформация кромок на обечайке имела величину 18-30%, а толщина
кромок в местах разрушения находилась в пределах 6,8-8 мм при толщи-
не листа вдали от места разрушения 9,5-10 мм. Утонение листа у кромок
было равномерное на расстоянии до 150 мм. На днище номинальной тол-
щиной 16 мм утяжка кромок колебалась в пределах 9-18% , а толщина
кромок у разрыва составляла 12,3-14,6 мм.
Излом по внешнему виду был вязкий, следов хрупкого разрушения
не обнаружено.
В соответствии с результатами осмотра из всех частей разрушен-
ной емкости вырезались пластины для исследования свойств основного
металла, не тронутого разрушением, а также из мест с характерными при-
знаками разрушений. Из пластин вырезались образцы для проведения
механических испытаний и металлографических исследований. Механи-
ческие испытания и химическое исследование основного металла прово-
дились в соответствии с существовавшими требованиями п. 1.10
ГОСТ 5520-69, сварных соединений - ГОСТ 6996-66.
Микроисследование в соответствии с требованиями ОСТ 26-291 -71
проводилось на микрошлифах, вырезанных из пластин основного метал-
ла и сварных соединений. Микрошлифы исследовались до и после хими-
ческого травления в 3%-ном спиртово'м растворе HNO^ на горизонталь-
ном металлографическом микроскопе.
Рентгенографическое определение величины микронапряжений II
рода проводилось по методу аппроксимации на аппарате рентгенострук-
турного анализа УРС-50ИМ.
529
530
Рнс. 10.6-а. Схема разброса частей емкости Е-24 по территории установки зааода. Значком (Й
указано местонахождение пострадавших v
зд. 63 ВПЧ-8
\410м
(2) '>
'^Лаборатория
Управление Операторная
® Управление 29()и <3 битумной уетаноеки
Ю
1®
Компрес-
сорная
3-Л-35-11/3(
340м
,340м
Операторн^ \ 210м I
— <е)г-
176м X
Вакуумна* ч
® УЗК-1
*~^160м i ,,
Операторная 'Операторная
УЗК-2
160м
. 310м ©
Q*). 34/1
Операторная
парка
Компресс рная
220м
® £зэ<).4И
Пожарная насосная
^Воздушная
компрессорная
1А1М
290м
зд.40
Электролаборатория
Рис. 10.6-6. Схема растикякенмя объектов нефтеперераба-
тывающего завода, имеющих повреждение стекол в результате
воздействия ударной волны, возникшей при разрушении аппарата
Е-24 установки 21-10/6 (цифрами а круижах обозначены
номера объектов)
531
Результаты исследований:
а) по химическому составу - основной металл и сварные швы соот-
ветствуют паспортным данным на емкость; обечайка изготовлена из ста-
ли 10Г2С1, днище - из стали 20К. Сварные швы соответствуют требова-
ниям ОСТ 26-291-71;
б) по механическим свойствам - проведенные механические испы-
тания показали, что в целом основной металл и сварные соединения со-
ответствуют требованиям ОСТ 26-291-71 и ГОСТ 5520-69. Некоторое сни-
жение прочностных характеристик металла обечайки (50,7 против
52 кг/мм2) наблюдалось для его участков, расположенных у кромки раз-
рыва, то же наблюдалось и в части относительного удлинения (14 против
21%);
в) металлографические исследования показали, что основной ме-
талл дефектов макроструктуры не имеет. Макроструктура сварных образ-
цов, вырезанных в местах разрушения из швов корпуса и днища, в основ-
ном соответствует требованиям нормативно-технической документации.
По всем зонам разрушения излом вязкий, твердость швов основного ме-
талла при температуре 20 °C и в зоне термического влияния (400 °C) нахо-
дится в соответствии с нормами для указанных марок сталей.
В местах разрушения швов и основного металла повсеместно об-
наружены участки пластической деформации;
г) ренгенографическое исследование. Эталоном в исследовании слу-
жил отожженный образец этой же марки стали. Рентгеноструктурным
методом оценивалось распределение деформации у кромки разрыва ме-
талла. Как видно из рис. 11.6, полученного на основе испытания двух об-
разцов (2 и 4), вырезанных на участке расположения штуцера емкости
Е-24, величина микронапряжений на расстоянии 2 мм от места разрыва
получалась у образца 2 - порядка 30 кг/мм2, а у образца 4 - порядка
20 кг/мм2. По мере удаления от места разрыва величины микронапряже-
ний уменьшались и на расстоянии 20 мм достигали для двух этих образ-
цов 12-14 кг/мм2 и в дальнейшем не изменялись.
Четкая пластическая деформация фиксировалась на всех кромках
разрыва, в том числе и непосредственно в местах дефектных швов при-
варки наружных устройств и вварки штуцера.
Вывод:
Проведенные исследования показали, что разрушению металла ап-
парата Е-24 предшествовала пластическая деформация. При этом разру-
шение аппарата произошло со значительной, равномерной по всем раз-
рушенным частям, утяжкой кромок. Хрупкого разрушения емкости Е-24
не обнаружено.
532
Рис. 11.6. Распределение микронапряжений а образцах 2 и 4,
вырезанных из верхнего днища емкости
Полученные на отдельных образцах пониженные значения преде-
ла прочности металла по сравнению с ГОСТ 5520-69 (табл. 6.6) могли
явиться следствием нагрева металла при пожаре. Однако, если даже ме-
талл имел указанные значения прочности в исходном состоянии, это не
могло явиться причиной разрушения емкости при нормальном режиме
работы, так как прочностные расчеты, выполненные по фактическим зна-
чениям предела прочности материала при рабочей температуре, показа-
ли необходимый уровень допускаемых напряжений металла.
Расчет допускаемого рабочего давления среды для аппарата Е-24
проводился в соответствии с указаниями [291,292, 293]. Расчет показал,
что наиболее слабым элементом емкости Е-24 явилась цилиндрическая
обечайка корпуса вне зоны вварки штуцеров. Допускаемое рабочее дав-
ление среды для обечайки, а, следовательно и для емкости в целом соста-
вило при расчетной температуре стенки (=400 °C Рм=4,66 кгс/см2. Ввиду
этого давление разрушеиия емкости определялось из расчета разрывного
давления цилиндрической обечайки.
533
Таблица 6.6
Механические свойства исследованных сталей по ГОСТ 5520-69
Марка стали Времен- ное сопротив- ленив, кгс/мм2, не менее Предел теку- чести, кгс/мм2, не менее Отно- ситель- ное у длине- ние,%, не менее Ударная вязкость, кгс/см2, не менее, при температуре, °C Ударная вязкость, кгс/см2, после механи- ческого старения
при норм, т-ре при 400°С +20 -40 -70
20К 41-42 25 14 26 7,0 - - 3,0
10Г2С1 51 38 18 21 • 4,0 3,0 -
Поскольку металлографические исследования указывали на плас-
тичный характер разрушения, предвзрывное давление среды в емкости
рассчитывалось [294] по формуле
где р"°- предвзрывное давление среды в емкости при температу-
ре 400 °C;
ст"" - минимальное значение предела прочности стали 10Г2С1 при
температуре 400 °C, равное 4590 кгс/см2 (по данным лабораторных испы-
таний образцов, вырезанных из обечайки разрушенной емкости);
8- толщина стенки, равная 1,0 см;
de - диаметр обечайки, равный 300 см.
Согласно формуле (9.6)
Pf° = 4590*—s30 кгс/см2
в 300
Таким образом, расчетный запас прочности по разрушающему дав-
лению (Р,) при разрешенных инспекцией Госгортехнадзора параметрах
Р =5 кгс/см2 и t = 400 “С составляет
р р
Р. 30
и =---=— =-------= 5,4
' Р,+Р, 5 + 0,53
где Рг -ph- 0,53 кгс/см2 - гидростатическое давление столба жид-
кости (р- плотность жидкости, кгс/см’; h - высота столба жидкости, см)
против нормативного запаса п = 3,06, по данным [291].
534
Приведенные расчеты подтверждают невозможность разрушения
емкости при нормальном протекании в ней технологического процесса с
параметрами среды Р =5 кгс/см2, = 400 °C.
2/ Расчет статического давления разрушения емкости Е-24
по поражающим факторам взрыва
а) расчет статического давления разрушения Е-24 по данным о па-
раметрах ударной волны
При мгновенном разрушении оболочки емкости давление сжатого
газа скачком падает до значительно меньшей величины Рр что связано
с мгновенным переходом потенциальной энергии ранее покоившегося ра-
бочего газа в поверхностном слое в кинетическую энергию его движения.
Область рабочего газа, в которой давление снижается до значения Рр оп-
ределяется волной разрежения, распространяющейся к центру сосуда и
вовлекающей газ в движение. Движущийся газ вытесняет атмосферный
воздух, прилегающий к сосуду, формируя ударную волну, начальные зна-
чения давления на фронте которой определяются величиной Pt.
Давление Р1 можно определить из системы уравнений [295]
Ро ( 2К 2
—— = м-------------
ра VK + 1 к + \)
К-\ ша
К + 1
2К
(Ю.6)
Л=^(Л/2-1), (11.6)
6
где Р° - атмосферное давление;
К-показатель адиабаты К=Ср/С1г,
Ср,Сг- теплоемкости газа при постоянных давлении и объеме со-
ответственно;
соа - скорость звука в атмосферном воздухе при нормальных усло-
виях;
а>° - скорость звука в сжатом газе;
V
М = ~ - число Маха;
И - скорость движения ударной волны.
Преобразуя уравнение (10.6) для К = 1,4 и приближенно считая
== = 340 м/с, получим выражение
535
Ро = -(?Л/2-1)\Л(м~ —1
° 6' > б1 м)
(12.6)
На рис. 12.6 приведены графики зависимостей Р,(М} и Р^М). Дав-
ление на фронте ударной волны Рф по мере ее движения уменьшается от
величины Р, до текущего значения.
Рис. 12.6. Графики зависимостей Р0(М) и Р,(М)
М
—►
536
На больших расстояниях R= R! г0 >10 (где г°-радиус емкости) дав-
ление на фронте ударной волны определяется зависимостью для точечно-
го источника взрыва, когда его размерами можно пренебречь [296]:
0,137 0,119 0,269
ад|’
(13.6>
к
п "4“
R - расстояние от центра емкости до фронта ударной волны в ис-
следуемой точке;
И7 - энергия сжатого газа в емкости (энергия источника взрыва);
PV
W= ° ° , где: V - начальный объем емкости.
К — 1
На близких расстояниях R< 10 давление на фронте волны значи-
тельно ниже вычисленного по формуле (13.6). Для его оценки использо-
валась зависимость, построенная по данным измерений давления при раз-
рушении сферической емкости с газом, сжатым до 122 атм при темпера-
туре, равной наружной [295]
ДЛ-(Л-Л)......
РД-РД+Л(Р,-Р3)’ (15Ь)
. де Р3 - давлее на фронте волны на границе ближней зоны, опреде-
ляемой расстоянием R3 (радиусом сферы, в которой заключена масса воз-
духа, равная десятикратной массе газа в начальном объеме К,);
Ry = r0 , (16.6)
Л, Ло, Л, - приведенные расстояния.
Зависимость (15.6) установлена из условия мгновенного снятия всей
оболочки сосуда и определяет значения давления на фронте ударной вол-
ны при сферической симметрии его распределения.
Учитывая, что для рассматриваемого характера разрушения сосу-
да процесс истечения газа близок к одномерному (для небольших рассто-
яний R< 10), можно предположить, что давление на фронте фазы сжатия
расширяющегося газа изменяется от начального^ до текущего Р обратно
пропорционально безразмерному расстоянию R
РФ = ^ (176)
Используя приведенные зависимости, определяем давление газа в
емкости Е-24, которое вызвало ее разрушение.
Исходные данные для расчета
гц = 1,5 м - радиус цилиндрической части Е-24;
hp = 6,0 м - высота цилиндрической части Е-24;
гз = 2,16 м - радиус шара, эквивалентного по объему цилиндричес-
кой части Е-24;
Рф = 1,28 кгс/см2 - давление в ударной волне на расстоянии R = 8 м
от Е-24, необходимое для наблюдавшегося на этом расстоянии разруше-
ния опор аппарата-испарителя Т-3*>.
а) приближенный расчет:
По приближенной зависимости (17.6) определяем давление Р,:
Р, = Р# Я = 1,28 т-т- = 4,74 кгс/см2
Z,io
По известном у Р, определяем величину Л/ из (11.6):
М = (Р, у +1)|/2 = (4,74 | + 1)'/2 = 5,061/2 = 2,24.
По величине Л/=2,24 определяем значение Ро из уравнения (12.6)
(см. также рис. 12.6)
Ро = -(7 2,242 -1)-
61 /
( 1 у ,
= 5,69- ----- =5,69-11,8 = 67 кгс/см2.
10,7037
*> Минимальное усилие, необходимое для сбрасывания испарителя с по-
стамента, без учета удара и обрыва трубопроводов
Лг=ту Рр-ст рр = 3230+33,8 2190 = 77300 кгс
где т, - масса испарителя, кг; Fip - общая площадь среза опор, см2; о- -
предел прочности на сдвиг для стали СтЗ при нормальной температуре, кгс/см2.
При парусности испарителя (учитывается площадь продольного осевого сече-
ния Р=6,02 м2), необходимое минимальное давление ударной волны
РФ =
77300
60200
= 1,28 кгс/см2.
N
538
б) уточненный расчет:
Определяем Ро последовательными приближениями, задаваясь
Р° = 67 кгс/см2, Рф = 1,28 кгс/см2. По Р° определяем М из уравнения (12.6)
67 = i(7A/2-1
М= 2,24.
По величине Л/=2,24 определяем Р, из (11.6)
Р] = Цм2 -1); Р| = -(2242 -1) = 4,74 кгс / см2
Из (16.6) имеем Р3 = 2,16-vlO-67 = 18,9 м.
Из зависимости (17.6) определяем Р3:
„ 4,47-2,16
=----Гяо----= O’S* кгс/см2.
1 0,7
Формулу (15.6) переписываем с учетом (14.6) в виде:
О^-Р.^з-Го)
ф 0,54 Я3 - P,r0 + R (Р, - 0,54) (18 6)
r0 < R < R3.
Из (18.6) определяем величину Р
_________0,54-4,74 (18,9-2,16)_____42,84
ф ~ 0,54-18,9-4,74-2,16 +8 (4,74-0,54) ~ 33,63 ~ 1,27кгс/смг
Полученное значение Рф = 1,27 близко к требуемому Рф= 1,28, что
не требует дальнейшего уточнения. Поэтому окончательно принимаем
Ро = 67 кгс/см2
Примечание: Если исходить из того, что емкость Е-24 была иа 50%
заполнена гудроном и действие было обусловлено лишь 50%-ным объе-
мом газа, получим следующие данные:
8
гэ = 1,71 м; Pt = 1-28yyj- = 6 кгс/см2; Ро= 110 кгс/см2.
Если принять, что при взаимодействии ударной волны с цилинд-
рическим испарителем имело место повышение давления из-за отражения
приблизительно на 20%, то исходное давление Р в заданной точке соста-
539
вит Р = 1,03 кгс/см2. Тогда по аналогии расчетом можно получить вели-
чину Р;= 3,82 кгс/см2 и значение Р = 42 кгс/см2.
Вывод:
Исходя из того, что испаритель, находившийся на расстоянии 8 м
от емкости Е-24, был разрушен действием давления Р=1,28 кгс/см2, на-
чальное давление газа в емкости Е-24, согласно расчету, могло составить
Р = 42-67 кгс/см2
б) расчет статического давления разрыва емкости Е-24 по данным
о разрушении застекления окружающих объектов под действием ударной
волны
Данные о состоянии застекления объектов, подвергшихся действию
ударной волны, приведены в табл. 7.6.
Таблица 7.6
Данные о состоянии застекления на объектах, подвергшихся
действию ударной волны
№ п/п Направление действия ударной аолны (по положению часовых стрелок) Расстояние от емкости Е-24 до объекта с застеклением, м Состояние застекления после действия ударной волны
1 11 410 Выпало три стекла
2 10 340 Частично выбиты стекла
3 11-10 210 Все стекла разбиты
4 10-40 176 Все стекла разбиты
5 5-00 160 Разбит нижний ряд стекол
6 8-50 160 Все стекла разбиты
7 4-00 220 Разбиты два стекла
Согласно табл. 7.6, расстояние R, на котором наблюдалось устой-
чивое разрушение застекления, составляет 170-200 м. Время действия удар-
ной волны г для принятого Рг = 67 кгс/см2 составляет на этом расстоянии,
согласно данным формулы.
_ [/V>
г = 2,1 КГ3 (Я-1,6) -Лч ,196)
р 2к \ '
540
г = 2,1 • 10~3 • [— - 1,б] • = 2,1 Ю'3 • 131,7
V 1,5 ) -!±±
672 1Л
— = 538-1О~3 с.
1.8
Определяем также величину г по формуле для точечного источни-
ка взрыва [296]
г.0,26.£
(20.6)
где Л - см. формулу (14.6). При Ра = 1 кгс/см2
г =0,26-
l(PO^Of
R(K-1)V5
= 0,26-
(67 104 42,4)‘/3
200 (1,4-1)'/3
= 0,37 с.
Из [296] следует, что давление в ударной волне, при котором раз-
рушаются стекла, составляет ~ 0,05-0,1 кгс/см2 (при статической нагруз-
ке). При движении по поверхности земли давление удваивается, поэтому
требуемое расчетное давление проходящей волны, необходимое для раз-
рушения стекол, должно составлять 0,025-0,05 кгс/см2. С другой сторо-
ны, при набегании на поверхность стекла давление при отражении также
возрастает и определяется по формуле Измайлова [296]:
7 + 4- Рф
Р^=2РФ- 7+р....... (21.6)
1 ф
Из формулы (21.6) следует, что для небольших Рф давление при от-
ражении удваивается. Это в конечном итоге четырехкратное увеличение
приводит к тому, что давление на фронте проходящей волны, при воздей-
ствии которой произойдет разрушение стекол, составит в нашем случае
Р = 0,0125-0,025 кгс/см2.
Для точечного источника взрыва имеем, согласно формуле (13.6)
А# = 0,137Л2 + 0,119 Л2 + 0,269 Л, - 0,019,
где Д=— , а А соответствует формуле (14.6). Из этих формул
определяем:
Р. = (А*)’
(к-\)Ра
К
(22.6)
541
Для Vo = 42,4 м3; i = 1,4 Ра = 1
см
имеем
Р“ = (ЛЛ)3 42id0‘ = (АЛ)’ 0,00943-10-6
Подбором из преобразованной формулы (13.6) с учетом Рф мини-
мум получаем ^,*0,11. Подставляя ее в формулу (22.6), имеем
Р„=(0,11 -200-102)3-0,00943-10 6= 100 кгс/см2. При Л=170 м, Р° = 61,4 кгс/см2.
Вывод:
Согласно расчету, приведенному в 2а), величина давления опреде-
лялась диапазоном значений Ро=42-67 кгс/см2, а выше получено, что
Ро= 100-61,4 кгс/см2. Это позволяет сузить диапазон возможных величин
давления Р° более вероятным диапазоном /’„=61,4 - 67 кгс/см2.
в) оценка величины предвзрывного давления в емкости Е-24 по дан-
ным о разлете осколков
Рассматриваем полет отдельной части (осколка) емкости Е-24 как
движение тела, брошенного под углом к горизонту.
Принимаем ряд допущений:
1) сопротивление воздуха и возможное вращение осколка не учи-
тываются;
2) путь, на котором на осколок действует давление, принимается
равным толщйне стеики емкости;
3) наяало сдвига осколка относительно корпуса емкости принима-
ется одновременным по всему периметру осколка;
4) угол вылета осколка равен 45° - при котором обеспечивается наи-
большая дальность его полета [298].
Сила, действующая на осколок в момент вылета Р, определяется
величиной давления Р в емкости и размером внутренней поверхности ос-
колка S.-
F=P S. (23.6)
Уравнения движения тела, брошенного под углом к горизонту, име-
ют следующий вид [298]:
2V0 sin а , Eg
L = Vo cos a r; T--------~ • Vo = (24.6)
0 g sinia
где L - дальность полета осколка, м;
542
Vo - скорость вылета, м/с;
g - ускорение силы тяжести, м/с2.
а - угол вылета, ° ;
г - время движения, с.
И2
Зная, что F=ma, а ускорение а = —, получаем, используя форму-
26
лы (23.6, 24.6),
р m-Lg
26Ssin2a
(25.6)
где т - масса осколка, кг;
mg - вес осколка, кгс;
6 - толщина стенки емкости, м.
Исходные данные для расчета и результаты определения давления
разрыва емкости Е-24 по формуле (25.6) приведены в табл. 8.6:
Таблица 8.6
Давления разрыва емкости Е-24, рассчитанные по формуле (25.6)
Вес осколка, mg, кгс Дальность полета L , м Поверхность осколка S, м2 Толщина стенки <5, м Давление Р, кгс/см2
1700 128 6,1 0,016 110
430 142 4,7 0,01 65
360 200 4,6 0,01 80
Таким образом, давление взрыва емкости Е-24 с учетом вышепри-
веденных допущений в расчете должно составлять не менее 65 кгс/см2.
3) установление причины, способствовавшей спонтанному росту
давления в аппарате и его разрыву
По данным заводской лаборатории, продукт низа колонны К-1, со-
державший гудрон и тяжелые рисайкловые фракции, поступавший в ем-
кость Е-24 (отобранный с действующего аналогичного аппарата), имел
фракционный состав (по ГОСТ 2177-66): НК, °C - 265 °; 10% - 360 °C;
температура вспышки в закрытом тигле (по ГОСТ 6356-52) - 100 “С; тем-
пература вспышки в открытом тигле (по ГОСТ 4333-48) - 170 °C.
543
Примерное значение температурных пределов взрываемости неф-
тепродуктов вычислялось по формулам [299]:
1нпв = 0,82 tK - 86," С (26.6) - нижний температурный предел;
tBm - 0,7/, -42," С (27.6) - верхний температурный предел,
где tK- начальная температура кипения (НК, °C) нефтепродукта.
В разбираемом случае tHI1B = 0.82-265-86 = 132 °C;
‘впв =0,7-265-42 = 143 °C.
Минимальная температура самовоспламенения гудрона и нефтей
татарских месторождений по методу МАКНИИ составляет 368 °C [300].
Поскольку рабочая температура в Е-24 была выше tmB, загорания
продукта в аппарате не могло произойти. Горючая смесь газов продукта
с воздухом с последующим ее самовоспламенением и взрывом могла
возникнуть как в аппарате, так и в окружающей его атмосфере лишь при
разгерметизации емкости Е-24. Результаты металловедческих исследова-
ний (см. выше) показали, что в условиях нормального режима работы раз-
рыва аппарата не могло произойти. Следовательно, аппарат разрушился
под воздействием аварийно возникшего внутреннего давления в пределах
Ро = 30-67кгс/ м2 со значительной и равномерной по всем разрушенным
частям утяжкой кромок (деформация кромок на обечайке составила
18-30%). Доказательством отсутствия возможности взрыва парогазовоз-
душной среды в аппарате до его разгерметизации является также образу-
емое в нем при нормальном режиме давление не более 10 кгс/см2.
Расследование показало, что в результате допущенной ошибки со
стороны обслуживающего персонала в аппарат Е-24 был закачен газойль,
содержащий воду, что привело к ее быстрому испарению и нарастанию
давления в аппарате до критических величин. При разрыве аппарата выб-
рошенный в атмосферу гудрон, нагретый до температуры ~400 “С, само-
воспламенился, вызвав пожар на объекте.
Для подтверждения версии о роли испарившейся воды, попавшей в
емкость Е-24 и вызвавшей ее разрыв, определим количество потребной
для этой цели воды, испарение которой создаст давление 30 атм.
В емкость Е-24 жидкость подавалась насосом производительно-
стью 1000 м’/ч (27 кг/с). Если учитывать, что в подаваемой жидкостной
смеси 50% воды, насос в 1 с может подать в аппарат! 3,5 кг воды. При
давлении 30 ата плотность водяного насыщенного пара составляет
14,7 кг/ mj, а температура 233 “С. При объеме, занимаемом насыщенным
водяным паром в аппарате, равном ~ 25 м3, его потребуется 25х 14,7 = 367,5 кг.
544
Наличие уравнительного трубопровода, связывающего верх емко-
сти Е-24 с колонной К-1, обеспечивало утечку части пара в последнюю.
Для определения критического расхода водяного пара в трубопроводе
использовалась формула [301]:
«0,748 10s аг кг/ч, (28.6)
где - максимальный расход пара, кг/ч;
Ри- давление в начале паропровода, 30 ата;
VH - удельный объем пара в начале паропровода,
при Рк = 30 ата VH= 0,068 кг/м’;
F - расчетное сечение уравнительного трубопровода 0 100, рав-
ное 0,7850,1’=0,00785 м!;
1,45
аг - относительный расходный коэффициент, равный ,
где - суммарный коэффициент сопротивления паропровода.
где д> -приведенный коэффициент трения - 0,18;
/ - длина трубопровода, 45 м.
Количество местных сопротивлений (по фактической обвязке)
1) поворотов на 90 ° - 11, коэффициент сопротивления на один
поворот 1,75;
2) вход в трубу -1, коэффициент сопротивления 0,5;
3) выход из трубы -1, коэффициент сопротивления 1.
5\ = 11-1,75 + 0,5+1 = 20,75
г^ = <р / = 0,18-45 = 8,1 2^ = 8,1 + 20,75 = 2835
аг
1,45 1,45
= 0,27
Г in
= 0,748 106 -0^7-0,00785.-^- = 33299,6Кг/ч = 9,25 кг/с.
У V,UOo
Количество воды, подаваемой насосом н остающейся в аппарате,
составит 13,50-9,25=4,25 кг/с. Время, потребное для подачи 367,5 кг воды
367 5 м с
в аппарат = 863с. Возможность испарения воды в пределах ука-
545
занного времени подтверждается следующим расчетом.
Приняв, что в емкости Е-24 вся поступившая вода нагреется от тем-
пературы 80 °C до 233 °C и испарится, можно определить величину необ-
ходимого для этих целей тепла:
<2 = G-C-(t2-(1) + G-^,
где Q - количество необходимого тепла, Дж;
G - количество поступившей воды - 1167,75 кг;
г, - температура насыщенного водяного пара при 30 ата, равная
233 °C;
t, - температура поступившей воды, равная 80 °C;
q - теплота испарения при г, = 233°С и Р = 30 ата;
С - теплоемкость воды, равная 1798,23-106 Дж/кг.
Q = 1167,75 • 4,1868 106 /233 - 80/ +1167,75 1798,23 -106 =
= 748037,76-Ю6 + 2099883-Ю6 = 2847920,76 Ю6 Дж
Половина емкости Е-24 («25 м’) заполнена гудроном. При плотно-
сти его 812 кг/м3 весовое количество гудрона составит 25-812=20300 кг.
При отводе указанного выше количества тепла от гудрона его тем-
2847920,76-10‘ „
пература понизится на М = ^ооА56 <1868-1¥ = 59’8 С' В ЭТИХ уСЛ°"
виях температура гудрона составит ^=400-59,8=340,2 °C.
Поскольку испарение воды происходило в закрытом сосуде и ее
пары оказались в перегретом состоянии, могло развиться давление
„ 367Л -22,4(340,2 + 273) „„
Р^а =------;------------- 0,9 = 41ата , что превышает кри-
1 оZ/j•
тическое давление для емкости Е-24.
6.1.4. Изучение материалов дела и следственные эксперименты
Изучение материалов дела экспертом является важнейшим элемен-
том исследования, проводимого (предварительно, параллельно, последо-
вательно) наряду с его непосредственными по возможности исследовани-
ями места пожара и взрыва. К этим исследованиям, как указывалось выше,
относятся: осмотр места происшествия, выявление обстановки, предше-
ствовавшей и сопутствовавшей пожару и взрыву, дополнительные экспер-
тные исследования, включающие следственные эксперименты**
(см, рис. 1.5).________________
'* Эксперименты, помогающие выяснению обстоятельств, связанных с
пожаром и взрывом.
546
Данные изучения материалов дела используются и при выдвиже-
нии и обсуждении версий о причине пожара и взрыва. Наряду с приводи-
мыми в материалах дела различными сведениями, касающимися проис-
шедшего события и подлежащими учету, одним из важных среди них яв-
ляются первичные показания свидетелей, полученные сразу после пожа-
ра и взрыва. В этом случае у свидетеля наиболее четко сохраняются в па-
мяти факты случившегося и в наименьшей степени он подвержен влия-
нию различных соображений и мнений. При дальнейших допросах эти
факты могут представляться в ином свете, противореча ранее сообщен-
ным сведениям.
Для объективной оценки всех полученных экспертом фактов, име-
ющих подчас неоднозначную или противоречивую трактовку, проводят-
ся дополнительные эксперименты. Особенностью последних является про-
зедение опытов в обстановке, максимально приближенной к той, кото-
рая сопутствовала моменту возникновения события. Наглядным приме-
эом возникновения необходимости в таких следственных экспериментах
и методического их выполнения может служить случай пожара в вагоне с
проводником на станции Московка Западно-Сибирской железной доро-
ги [302]. Настоятельная потребность в указанных экспериментах возник-
ла в результате изменений, происшедших в показаниях основного свиде-
теля, и утверждений руководящих работников станции.
При маневровой работе, связанной со спуском с горки вагона, заг-
руженного виио-водочными и бакалейными товарами и имеющего топя-
щуюся печь, была превышена скорость, что привело к его сильному со-
ударению со сцепом вагонов, стоявших в подгорочном парке, падению
топящейся печи и возникновению пожара.
Из первичного показания старшего регулировщика движения сле-
довало, что «скорость вагона, несмотря на предпринимаемые им попыт-
ки, не удалось снизить до допустимого уровня (5 км/ч). Это заставило
его после соударения вскочить в вагон, чтобы выяснить причину выброса
из него пламени.» В последующих показаниях регулировщик утверждал
о нормальной скорости спуска вагона с горки. Эти показания подкрепля-
лись заключением оперативного совещания при начальнике станции по
случаю пожара, утверждавшего, что старший регулировщик движения,
«зная о спуске вагона, требующего повышенного внимания, обеспечил
допустимую скорость его подхода к сцепу». Совещание также пришло к
выводу, что пожар возник от навала груза на печь с ее опрокидыванием,
неправильно закрепленного грузоотправителем и способного передвигать-
ся при соударении вагона с допустимой скоростью движения.
Для установления истины в возникших противоречиях были про-
ведены следственные эксперименты, основывающиеся на установленном
547
объективном факте - падении топящейся печи, послужившей причиной
пожара. Эти эксперименты имели целью определить:
- скорость вагона, при которой его соударение может приводить к
опрокидыванию печи;
- возможность сдвига груза, закрепленного по принятому способу
грузоотправителем, при соударении вагона при маневрировании с допус-
тимой скоростью движения.
Для решения первой задачи проводились опыты по определению
усилия, необходимого для опрокидывания типовой железнодорожной
печи, устанавливаемой в крытых вагонах с проводниками. Для этого печь
устанавливалась в вагоне на специально предусмотренном для нее месте
и закреплялась с помощью гвоздей длиной 120 мм по два гвоздя в каж-
дую проушину (крепление печи соответствовало тому, что имело место в
разбираемом случае). На высоте печи Л=500 мм от пола крепилась капро-
новая лента (фал), к которой привязывался динамометр марки ДПУ.
К другому концу динамометра крепилась специальная винтовая стяжка,
позволяющая создавать тяговые усилия вдоль вагона. Критерием конца
испытания явилась фиксация максимального усилия, определяемого ви-
зуально по стрелке динамометра, при котором печь наклонялась в резуль-
тате потери прочности ее крепления.
Проведенные опыты показали, что при указанных условиях креп-
ление печи нарушалось в момент достижения максимального усилия, рав-
ного Л=400 кг. Сила инерции (Fm), способная разрушить крепление печи
к полу, определялась из выражения
(29.6)
где h^-высота центра тяжести печи от пола, равная 30 см, (высота
печи 60 см).
Из выражения (29.6) следует Л», ~ , (30.6)
*цт
По второму закону Ньютона Fm=ma ,
где т - масса печи;
а - замедление печи (вагона) в момент соударения;
Ра
F"" = ~Y • (31.6)
где Р- вес печи;
g - ускорение свободного падения.
Приравнивая (30.6) к (31.6), получили
548
Fh Pa Fgh
h “ е .откуда a~h p (32.6)
5 tfm*
Путь, пройденный вагоном при замедлении, определялся по фор-
муле
5=^-, (33.6)
где г - время замедления, т. е. время, за которое произошла оста-
новка вагона после его соударения.
К
Учитывая, что в замедляемом движении г = —, где К - скорость
а "
вагона в момент соударения, выражение (33.6), после преобразования при-
нимает вид
Г, = VaiS- _ (34.6)
Подставив значение формулы (32.6) в (34.6), получили окончатель-
ную формулу для определения скорости движения вагона в момент его
соударения, при которой разрушится крепление печи к полу
2FghS
У ^Р
(35.6)
Принимая 5=0,12 м - ход двух поглощающих аппаратов типа Ш1-Т,
установленных на четырехосных вагонах, Р=70,2 кг - вес печи, Л=0,5 м -
высота приложения силы Р=400 кг из эксперимента, Л1рп=0,3 м - половина
высоты печи, g=9,8 м/с2 - ускорение свободного падения, и подставив в
выражение (35.6), получили
12-400 9,8 05 0,12
У 0,3-70,2
= 4,73 м/с =17 км/ч
Таким образом, минимальная расчетная скорость движения ваго-
на в момент соударения его с составом других вагонов, при которой воз-
можно разрушение крепления печи к полу, получилась равной 17 км/ч,
что в три с лишним раза превышало допустимую скорость при маневро-
вых соударениях, равную 5 км/ч.
Для решения второй задачи в крытый вагон был загружен стандар-
тный груз с креплением его согласно принятой грузоотправителем схе-
мы, подтвержденной в ходе расследования. Со стороны вагона, где была
установлена печь, ящики были загружены в шесть рядов по его высоте и
длине и в пять рядов по ширине. Крепились эти ящики двумя поперечны-
549
мн досками толщиной 50 мм. С противоположной стороны вагона иа всю
его длину до дверного проема ящики загружались в шесть рядов по высо-
те и в пять рядов по ширине, крепление их также проводилось двумя по-
перечными досками толщиной 50 мм. В дверном проеме ящики уклады-
вались с постепенным понижением к входной двери: шесть рядов по вы-
соте и два ряда по ширине, в 5 рядов по высоте и один ряд по ширине,
4 ряда по высоте и 1 ряд по ширине. Крепился груз в дверном проеме дву-
мя продольными досками толщиной 50 мм.
В пространстве, где устанавливалась печь, поперечные доски зак-
реплялись продольными досками ( по две с каждой стороны, тех же раз-
меров). Печь была установлена на железный лист размером 1x1 м, под
который подложен асбест. Крепилась печь гвоздями длиной 120 мм, по
два гвоздя в каждую проушину.
Для обеспечения сохранности ценного груза в процессе испытаний,
при возможном его сдвиге, был установлен предохранительный деревян-
ный каркас коробчатого типа с обеспечением зазора между ним и поверх-
ностями груза порядка 100 мм.
Испытания проводились на прямом участке пути, где устанавли-
вался заторможенный сцеп в количестве 32 груженных вагонов, с помо-
щью маневрового локомотива. Опытный вагон с грузом разгонялся до
скорости = 7 км/ч и за 40 м до первого вагона сцепа тормоза локомотива
приводились в действие, чем обеспечивалась отцепка испытываемого ва-
гона от него, дальнейшее свободное движение вагона и соударение со сце-
пом. Скорость движения определялась замером пройденного пути и зат-
раченного времени по секундомеру. При производстве опытов печь не
топилась.
В результате проведенных испытаний было установлено, что при
скорости соударения 6,3 км/ч сдвига груза и поломки крепления не было.
Эксперименты подтвердили правильность первого показания стар-
шего регулировщика о скорости движения и необоснованность решения
совещания руководящих работников станции о вине грузоотправителя в
возникшем пожаре.
6.2. Выдвижение и обсуждение версий. Установление
причины пожара и взрыва и сопутствующих фактов и обстоя-
тельств
Для того, чтобы определить причину пожара или взрыва, надо по-
нять природу физических и химических реакций, возникающих в разби-
раемой ситуации, и использовать простые и логические рассуждения, по-
зволяющие проследить путь развития происшествия от конечной стадии
550
к месту его возникновения. Этому должны способствовать полученные в
результате исследования места происшествия данные (см. раздел 6.1). Ре-
шение задачи по определению его причины сводится в целом к выявле-
нию исходной ситуации, при которой создавшиеся конкретные условия
способствовали проявлению негативного эффекта, приведшего к проис-
шествию.
Общая форма описания такого эффекта может быть выражена сле-
дующим образом [303]:
A,-^A2(U,2) , (36.6)
где Ar А2, Ul 2- соответственно причина, следствие и условия реа-
лизации негативного эффекта;
Aj-> А2 означает: «Л, приводит к Ар;
(U, 2) означает: «при условии, что ...».
Согласно выражению (36.6), под эффектом понимается взаимосвязь
между двумя процессами, возникающая и реализуемая в определенных
условиях. Первый процесс является причиной, а второй - следствием.
Как следует из предыдущего материала книги, условия, благопри-
ятствующие проявлению негативного эффекта, могут создаваться в по-
жаро-взрывоопасных узлах (местах) системы, где присутствуют вещества
и материалы, склонные к горению и взрыву, и возможно появление ис-
точника-инициатора этих процессов. В соответствии с этим правилом об-
щая форма описания негативного эффекта может быть представлена в
более конкретном виде:
dP
JPO, -> Р2Ог(а <, J—O<,b), (37.6)
ат
А, А2 U,2
где J - источник загорания и взрыва;
Р - параметр (пожаро-взрывоопасные свойства вещества, темпера-
тура, давление, сила, скорость и др.);
О - система (масса вещества в твердом, жидком и газообразном со-
стоянии, аппарат, технологический узел, конструктивный элемент, элект-
ропровод и др.);
t dP
~ пределы и возрастающая скорость изменения параметра
в системе, благоприятствующие проявлению негативного эффекта.
Установление причины пожара и взрыва производится согласно
примерной схеме, приведенной на рис. 13.6.
551
Рис. 13.6. Схема установления причины пожара и взрыва
Исходя из выражения (37,6) и схемы (рис. 13.6), для выдвижения вер-
сий о причине пожара и взрыва необходимо:
I. Знание принципа действия любой рассматриваемой конкретной
системы, приводящей к негативному эффекту, благодаря согласованной
совокупности физических, химических и других свойств, изменяющихся
во времени в определенных пределах и направлениях.
2. Проведение тщательного анализа обстановки на объекте в райо-
не предполагаемого (установленного) очага пожара или эпицентра взры-
ва, предшествовавшей и сопутствовавшей этим процессам, с поиском всех
возможных условий возникновения и реализации негативного эффекта.
552
Очевидно, что к этому эффекту может привести такое сочетание Р;, Ор
(dP'l
при котором изменение параметра во времени будет благоприятство-
вать подъему температуры, давления, изменять свойства вещества в опас-
ных пределах.
3. Принятие во внимание всех факторов, способствующих или обес-
печивающих возникновение сочетания в негативных пределах.
К ним относятся (см. рис. 13.6): существующие на объекте конструктив-
ные, монтажные и технологические недостатки, наличие нарушений нор-
мального режима работы в результате недоучета влияния эксплуатаци-
онных факторов, халатности обслуживающего персонала или намеренных
действий.
4. Использование данных о происшествиях на других аналогичных
объектах или эксперимента, проводившегося в близких условиях.
5. Обоснование каждой из выдвинутых версий (эвристическое рас-
смотрение работы каждого конкретного узла или места системы, где воз-
можно во времени и в пространстве сосредоточение условий для возник-
новения негативного эффекта).
6. Руководствование правилом о фиксации всех выдвинутых идей
(версий), объясняющих причину возникновения события, независимо от
степени их обоснованности (возможность использования которых в мо-
мент появления не вполне очевидна).
Одно из решающих значений для выявления причины пожара и
взрыва имеет установление и анализ обстоятельств, предшествовавших и
сопутствовавших происшествию. Неисправность электросетей и прибо-
ров, отопительного, нагревательного и технологического оборудования,
нарушения правил их эксплуатации и обращения с огнем, изменения в
проектной документации, отклонения от установленного технологичес-
кого режима работы, несоответствие применяемого сырья, недостаточ-
ная квалификация и халатность обслуживающего персонала, злонамерен-
ные действия и другие негативные особенности, наблюдавшиеся в про-
цессе возникновения события, облегчают выдвижения обоснованных вер-
сий при его расследовании.
Однако, для ответа на основной вопрос, который связан с причи-
ной происшествия, надо установить место первичного очага горения или
эпицентра взрыва и источник, способствовавший возникновению процес-
са, приведшего к аварии. Соответствующая работа должна проводиться
при выдвижении версий путем анализа всего полученного при исследова-
553
нии фактического материала с использованием данных, приведенных в
предыдущих главах книги, справочной литературе и других научно-тех-
нических источниках, уточняющих в той или иной степени возможные
условия возникновения и развития подобного процесса.
При обсуждении выдвинутых версий нужно стремиться в первую
очередь выявить наиболее обоснованные из них. Это может быть достиг-
нуто путем анализа возможности всемерного уменьшения числа фактов,
которые могут играть существенную роль в решении поставленной зада-
чи. Внесение четких ограничений в возможность использования получен-
ной информации (освобождение от лишней информации), обоснованное
уменьшение числа возможных в рассматриваемой системе негативных
эффектов облегчают задачу поиска.
Следует еще раз подчеркнуть, что вводимые ограничения должны
,dP„ L
основываться на знании и учете условии а < J — О < о, при которых толь-
ко возможно проявление негативного эффекта. Если создание этих усло-
вий маловероятно в конкретной обстановке события, то версия, связан-
ная с такими условиями, должна исключаться. Об особенностях, ограни-
чивающих возможность возникновения и развития процессов, приводя-
щих к пожару и взрыву, сообщается в разделах 1-4 книги, а также в неко-
торых примерах ниже.
Если ограничения не обеспечивают сужения поля поиска до одно-
го направления, надо рассматривать при обсуждении версий каждое из
всех разрешенных ограничениями направлений. Таким образом, обсуж-
дение выдвинутых версий о причине пожара и взрыва сводится в общем к
рассмотрению и опровержению версий, противоречащих имеющимся фак-
там, и доказыванию достоверности одной версии, оставшейся после ис-
ключения всех остальных. Достоверность оставшейся версии может быть
установлена косвенно путем аргументированного фактами опровержения
других версий.
Тем не менее, комплекс фактических данных должен подтверждать
достоверность оставшейся версии, ибо каждый единичный факт, получен-
ный в результате проведенного исследования, является обоснованием лишь
для маловерояного вывода о причине происшествия. Только будучи под-
крепленным другими фактами, он способствует действительному обосно-
ванию версии.
Доводы для исключения и подтверждения версий зависят от харак-
тера и особенности предполагаемых причин пожара и взрыва, обстоя-
тельств дела и конкретных условий. Во многих случаях, например, пред-
554
положения об их причине могут быть отвергнуты или признаны действи-
тельными на основании:
а) положения установленного очага пожара и эпицентра взрыва и
особенностей их развития. Версия отпадает, если она требует определен-
ного, конкретного места для возникновения соответствующих процессов,
в то время как установленными фактами очаг пожара и эпицентр взрыва
обнаружены в другом месте.
Совпадение, например, установленного очага пожара с местом на-
хождения веществ, склонных к самовозгоранию при наличии определен-
ных условий (масса, плотность вещества, период индукции, температура,
следы присутствия катализаторов реакции и др.), способствующих воз-
никновению процесса, является одним из свидетельств о возможности воз-
никновения пожара от самовозгорания;
б) особенностей обстановки, предшествовавшей и сложившейся на
момент его возникновения. Так, например, в зависимости от качества за-
делки щелей в вагоне (контейнере) следует решать вопрос о вероятности
возникновения пожара (загорания) от залета искры извне;
в) времени возникновения пожара (загорания) и взрыва. Основы-
ваясь, например, на данных, приведенных в эксперименте (см. раздел 2),
имеются основания полагать о том, что при погрузке кип хлопка-волок-
на в вагон пожар в нем может возникнуть от брошенного окурка папиро-
сы. Однако принятие этой версии для дальнейшего обсуждения возмож-
но лишь при условии, если период с момента окончания загрузки кип хлоп-
ка до заметного проявления пожара вне вагона составил не более 7 часов;
г) особенностей возможного источника загорания и импульса взры-
ва.
При обсуждении наиболее вероятного источника загорания или
импульса, приведших к пожару или взрыву, необходимо исходить, как
указывалось выше (см. разделы 1 и 3), из возможности возникновения на
объекте процессов возгорания, самовозгорания, самоускорения с подъе-
мом давления и температуры, особенностей характерных для них источ-
ников и импульсов, наличия или появления условий, обеспечивающих воз-
никновение и развитие указанных процессов в рассматриваемой обста-
новке. Так, например, при несоответствии фактических условий перевоз-
ки кип хлопка-волокна критическим, определяемым согласно формулы
(2.1), возможность его загорания от трения узлов обвязочной проволоки
становится маловероятной.
Установление отсутствия на объекте условий для возникновения
процесса самовозгорания позволяет сосредоточить внимание только на
расследовании возможности возникновения пожара от возгорания. Для
555
этого нужно обнаружить соответствующий источник. Обоснованность
выдвижения версии, например, о причине, связанной с источником возго-
рания - неисправностью электрического оборудования, требует подтвер-
ждения путем тщательной оценки со стороны специалиста-электрика, об-
ладающего к тому же достаточным опытом в области проведения общих
исследований при пожарах. Важность учета этого обстоятельства, обязы-
вающего к проведению дополнительного экспертного исследования, на-
глядно подтверждается, наряду с приведенными выше данными, также тем
фактом, что лишь в исключительных случаях удавалось, например, дос-
товерно отличать чистые наплывы, возникающие при изготовлении про-
водов, от следов оплавления проводов при коротком замыкании [16].
Возникновение пожара и взрыва в таком месте, где отсутствует по-
тенциально возможный в эксплуатационных условиях источник загора-
ния, позволяет обоснованно выдвинуть версию о возможном его возник-
новении в результате умышленного действия.
В случае предполагаемого поджога основанием для выдвижения и
проверки такой версии могут служить также:
- указания потерпевших и очевидцев; другие свидетельства, связан-
ные с необычностью обстоятельств и процесса горения;
- недостача товаро-материальных ценностей, совершение какого-
либо преступления перед возникновением пожара, нелегальное проник-
новение на объект, где возник пожар, обнаружение на месте происшествия
средств поджога (зажигательных устройств, химических средств, ускори-
телей горения), следов подготовительных действий, направленных на со-
здание условий, способствующих быстрому развитию горения (открытие
окон и способствование вентиляции помещения, перемещение горючего,
содержимого в здании до пожара, изменение позиции дверей для способ-
ствования распространению огня) или препятствующих тушению пожара
(порча пожарного инвентаря, поломка и приведение в негодность сприн-
клеров и гидрантов, повреждение или отсоединение пожарной сигнализа-
ции, удаление устройств, обеспечивающих безопасность), возникновение
загораний сразу в нескольких местах (обнаружение после пожара несколь-
ких самостоятельных, не связанных между собой очагов пожара).
По данным проведенного в США исследования [304], выделены
шесть основных мотивов совершения поджогов: получение экономичес-
ких выгод (в частности страховой премии), сокрытие следов другого пре-
ступления, протест, умственные отклонения (пиромания, психопатия и др.),
вандализм и озорство, месть.
д) аналитических данных. Так, например, версию о возможности
возникновения одного из пожаров от загорания сажи в дымоходе при-
шлось исключить, исходя из следующих обстоятельств. Образцы сажи,
556
изъятые из разных мест дымохода, содержали 85% горючих веществ. Со-
держание горючих веществ в саже, изъятой из дымохода аналогичной печи,
действующей на таком же топливе, но где горения сажи заведомо не было,
составило 84%, т. е. сажа горению не подвергалась.
В ходе обсуждения версий о причинах пожара и взрыва часто встре-
чается необходимость в углубленном исследовании с целью выявления
недостающих научно-технических данных, трудно обнаруживаемых до-
казательств, получения более полноценной количественной и качествен-
ной характеристики комплекса индентификационных признаков, требу-
ющихся для вывода о тождестве исследуемых объектов и др. В этих слу-
чаях прибегают, как отмечалось выше, к дополнительным экспертным
исследованиям с привлечением специалистов и специальных методов.
Методики исследований должны обязательно учитывать особенности ус-
ловий, которые могли создаться в рассматриваемом случае пожара и взры-
ва и их возможное влияние на получаемые результаты.
При обсуждении версий и производстве экспертных исследований
в оценке значимости получаемых признаков могут использоваться веро-
ятностно-статистические методы (см. например, [305]). Так, для синтези-
рования суждений о событиях, приведших к пожару и взрыву, полезно
использование алгебры логики (булевой алгебры). Она позволяет совмес-
тно выражать в терминах логических формул имеющиеся суждения (выс-
казывания) о происшедшем событии.
Алгебра логики не дает возможности определить, которое из суж-
дений правильно. Она помогает устранить лишь избыточные высказыва-
ния при условии, что все они по-своему справедливы. Наличие противо-
речий в высказываниях свидетельствует о том, что где-то в них кроется
заблуждение. И хотя алгебра логики не указывает кто ошибается, она дает
средство упрощения, позволяющего сконцентрировать усилия на иссле-
довании наиболее важных фактов, присутствующих в суждениях.
В алгебре логики переменные обозначаются заглавными буквами
(А, В и т. д.) и имеют смысл некоторых событий или фактов. Эти пере-
менные принимают только два значения: истина (I) и ложь (F) (появле-
ние и непоявление события), обозначаемые соответственно А = Т и
А= F;B= Т и В = F н т.д. или в двоичном исчислении А=1; А = 0; 2?=1 и
В= 0 и т. д. Аналогично и функции принимают два значения в зависимо-
сти от комбинации логических переменных. Функции образуются с по-
мощью операций И, ИЛИ и НЕ. Смысл зтих операций определяется таб-
лицами истинности (табл. 9.6, 10.6, 11.6).
557
Таблица 9.6 Таблица 10.6 Таблица 11.6
Оператор И Оператор ИЛИ Оператор НЕ
X Y XY(Xh Y)
Т Т Т
Т F F
F Т F
F F F
X Y X+Y(Xwm Y)
Т Т Т
Т F т
F Т т
F F F
X X (иеХ)
т F
F Т
Истинное значение функции задается значениями переменных, вхо-
дящих в нее. Например, пусть функция А имеет вид:
А =ВС+ДЕ.
Для определения истинного значения А нужно знать истинностное
значение четырех переменных. Вычисление значения отдельных членов
ведется в следующем порядке: (1) НЕ, (2) И и (3) ИЛИ. Таким образом,
если установлено, что В = ложь, С = истина, D = истина и Е = ложь, полу-
чим, используя табл. 9.6, 10.6 и 11.6
А = FT+ TF=FT+ ТТ= F + Т= Т
Порядок выполнения операций может быть изменен применением
скобок, причем выражения внутренних скобок вычисляются первыми.
Например, А= В((С + D)E} = F((Т + T)F) = F(TT) ~FT = F
В качестве иллюстрации возможности применения алгебры логи-
ки используем для этой цели данные материалов дела по пожару, возник-
шему на Московской железной дороге в результате столкновения цемен-
товоза с бензоцистерной [306].
1. В материалах дела содержатся данные, свидетельствующие о сле-
дующих основных событиях:
а) данные протокола совещания при начальнике Орловского отде-
ления Московской железной дороги, утверждающие, что в результате про-
исшедшего соударения цементовоза с бензоцистерной возник пожар;
б) показания свидетеля № 1 (составителя поездов): “Когда произош-
ло столкновение, стрелочница бросилась подкладывать дополнительный
башмак под группу ранее выставленных вагонов с бензоцистерной для их
остановки. Я пошел в будку поста и сообщил о том, что пробита цистер-
на и все залито бензином. Когда вышел из будки и успел перешагнуть 9е-
рез путь, на котором произошло столкновение, бензин вспыхнул. Передо
мной на параллельном пути находились вагоны, сцепленные с паровозом.
Я с закрытыми глазами проскочил под передним вагоном. В это время не
курил”;
558
в) показания свидетеля № 2 (стрелочницы): “Бензин загорелся не
от столкновения цементовоза с цистернами. В этом случае бензин просто
лился. Подъехал паровоз и от форсунки отопления загорелся бензин”;
г) показания свидетеля № 3 (машиниста): “После удара цементо-
возов бензин полился по путям и на междупутье. Цистерны с цементово-
зами покатились. Паровоз стоял на расстоянии 30-50 м от места столкно-
вения. Когда вагоны остановились, бензин воспламенился, загорелся и па-
ровоз. Загореться бензин от форсунки не мог, т. к. температура отопле-
ния паровоза на маневрах всегда бывает небольшой. Я и помощник мой
не курили, составитель поездов курит...”;
д) показания свидетеля № 4: “Я Не видел, курил ли составитель по-
ездов, когда полился бензин. В момент столкновения паровоз был около
цистерн, в которые ударились цементовозы”;
е) показания свидетеля № 5 (пом. машиниста): “Когда полился бен-
зин из поврежденной цистерны, видел, как составитель поездов набрал
два ведра его и передал стрелочнице. Паровоз двигался и в момент, когда
поравнялся с цистерной, бензин воспламенился”.
2. Дополнительные сведения:
а) известны случаи воспламенения и взрыва бензина при наливе и
сливе из емкостей в результате разряда статического электричества;
б) трение башмака о рельс и его нагрев выше температуры 300 °C
может явиться причиной воспламенения бензина.
Для описания полученных данных об условиях и возможных при-
чинах пожара введем следующие логические переменные:
А - соударение цементовозов с бензоцистернами;
В - подкладывание дополнительного башмака под движущийся
сцеп. В результате - трение и нагрев башмака до опасных температур;
С - вытекание бензина из пробитой цистерны с воспламенением че-
рез некоторый промежуток времени;
D - паровоз вблизи места соударения;
Е - курение вблизи места соударения;
G - разряд статического электричества при сливе бензина.
Записываем логические выражения для каждого из приведенных
выше высказываний, что позволяет лучше сосредоточиться на главном в
происшествии. Любые из высказываний выражают события, достаточные
для того, чтобы способствовать возникновению пожара. Поэтому они
могут быть соединены операцией ИЛИ. Обстоятельства, необходимые для
того, чтобы каждое из таких событий произошло, объединяются опера-
цией И. Учет всех данных по пп. 1 и 2 приводит к следующему выраже-
нию:
559
К-А + ABCDE + ACD + AC DE + AECD + CD + CG <38-6)
Данные, учи-
тываемые по пп. la 16,26 1в 1г 1д le 2a
Порядковые
числа 1 2 3 4 5 6 7
Упрощение логического выражения (38.6), имеющего не более ше-
сти переменных (как в нашем случае: А, В, С, D, Е, G), может осуществ-
ляться с помощью метода карт [305]. Эти карты для шести переменных
строятся так, как показано на рис. 14.6 а, б, в. Присутствующие на картах
двоичные значения определяют следующие изменения для пар перемен-
ных АВ, CD, EG. В ячейках карт, определяемых двоичными значениями
00 (для АВ эти значения определяются по вертикали, для CD - по гори-
зонтали, а для EG - непосредственно в ячейках по указанной на
рис. 14.6-6 схеме), соответствующие пары переменных отсутствуют. При
значениях 01 отсутствуют в этих парах только первые переменные?!, С, Е.
При значениях 10 - отсутствуют вторые переменные В, Д, G. При-
сутствие указанных пар переменных в ячейках карт обусловливается зна-
чениями 11.
В соответствии с правилами заполнения карт и выражением (38.6)
внесение переменных в ячейки карты осуществляется, исходя из следую-
щих данных:
1) слагаемое А не имеет отрицания и поэтому вносится, будучи не
обусловленным другими переменными (В, С, D, Е, G), во все ячейки кар-
ты, соответствующие двоичным значениям АВ: 11 и 10 (см. рис. 14.6-а).
Это достигается внесением цифры 1, соответствующей позиции слагаемого
в выражении (38.6), в 32 ячейки карты;
2) переменные ABCD, содержащиеся во втором члене выражения
(38.6), также не имеют отрицания. Будучи, однако, зависимыми друг от
друга и от переменного Е, слагаемые ABCDE вносятся под цифрой 2 в
квадраты карты с двоичными значениями 11 (характеризуют ABCD и
только в ячейки EG: 00 и 01, соответствующие отрицательному значению
Е, т. е. ее отсутствию (см. рис. 14.6-6).
Согласно соображениям, приведенным в п. 1, слагаемое ACD с по-
рядковым числом 3 вносится во все ячейки двух квадратов карты, соот-
ветствующие двоичным положительным значениям 10 и 11 для А и 11 для
CD-,
560
AB 00 01 11 10
В
Рис. 14.6. а, б, а. Карты для упрощения логических
выражений, содержащих до 6 переменных
561
3) условием внесения порядкового числа 4, соответствующего в
выражении (38.6) слагаемому ACDE, в ячейки положительных значений
Е (10 и 11) двух правых нижних квадратов карты, является положитель-
ное значение (10 и 11) переменной А не имеющей ограничения, и соответ-
ствие только области 10 переменной С, поскольку накладывается отри-
цательное значение £>;
4) числом 5, соответствующим слагаемому AECD, отличаются ячей-
ки отрицательных значений переменной Е (00,01), находящиеся в квадра-
тах карты, соответствующих положительным значениям переменных А
(область 10. 11) и CD (область 11);
5) для слагаемого с положительными значениями переменных CD
фиксируется цифрой 6 область 11, т. к. это слагаемое не зависит от других
переменных, то они все в этой области представляются аналогично слу-
чаю со слагаемым А;
6) для слагаемого CG фиксируется цифрой 7 вся область положи-
тельных значений переменной С (10, 11), не имеющей ограничений, с от-
меткой положительных значений переменной G в ячейках карты, входя-
щих в эту область.
Комбинируя ячейки карты (рис. 14.6) в виде наиболее крупных
групп I, II, III, IV. считываем с карты упрощенное выражение, которое
для наглядности образуется из следующих операций:
По группе I имеем: ACD+ ACD = AC(D+ D) = АС
Примечание: D+D, согласно таблице 10.6, соответствует истине,
приравненной в двоичном исчислении 1.
По группе II имеем АС.
По группе III имеем: ABCD + ABCD = ACD
По группе IV имеем CG.
Суммируя полученные результаты по группам, получаем упрощен-
ное выражение:
К = АС + А С + ACD + CG = А + ACD + CG •
Г Т У
Дальнейшее выделенное для наглядности упрощение
(см. рис. 14.6-в) позволяет получить
Л— A +CD+CG. (39.6)
Из выражения (39.6), отражающего данные материалов дела, сле-
дует, что наиболее важными для обсуждения являются версии о возмож-
ности загорания бензина при сливе от топки паровоза или разряда стати-
ческого электричества.
562
Для упрощения логического выражения, имеющего более шести
переменных, используется табличный метод [305]. Он позволяет приме-
нять ЭВМ.
Возможность выражения с помощью алгебры логики различных
выдвигаемых версий о причинах происшествия в терминах логических
формул позволяет перейти к вероятностным методам и тем самым к ко-
личественному анализу события. Соответствующий анализ основывается
на том, что каждой логической переменной ставится в соответствие неко-
торая частость (относительная частота), с которой ожидается появление
связанного с ней события. Если каждой логической переменной выше при-
писывалось только два возможных значения 0 и 1, то теперь частость каж-
дой из них может иметь конкретную величину, лежащую в диапазоне меж-
ду 0 и 1. Задача решается в направлении определения вероятности (часто-
сти), с которой может проявиться событие, описываемое всем выражени-
ем, содержащим указанные логические переменные.
Как подчеркивалось выше, для того, чтобы обеспечить выявление
причины происшествия на объекте, необходимо рассмотреть при выдви-
жении и обсуждении версий все относящиеся к изучаемому вопросу фак-
ты и связь между ними; необходимо восстановить и последовательно со-
единить все события, происшедшие на пожаре и при взрыве. Только в ре-
зультате системного подхода к проблеме может быть достигнуто полное
ее понимание.
Методом, помогающим достичь соответствующего результата, яв-
ляется проведение анализа также с помощью дерева событий [307]. Это
один из методов, с помощью которого события, могущие привести к не-
желательной ситуации, организуются логически. Суть метода заключает-
ся в последовательном построении составляющих событий, пользуясь
формальными правилами (алгоритмами). Размещение событий представ-
ляется в виде деревообразной структуры с информацией, исходящей нз
кончиков ее ветвей. На сходе ветвей-событий (в вершине дерева) распо-
лагается вытекающее из них результирующее основное событие.
Логические связи выражаются через схемы “И” и “ИЛИ”. Схема
“И” такова, что выходное событие имеет место, если только все входные
события будут присутствовать. При схеме “ИЛИ” выход события случа-
ется, если будет иметь место одно или другое входные события.
В методе анализа с помощью дерева событий привлекает возмож-
ность конструктивно описать всю совокупность инициирующих аварию
деструктивных явлений. Он применим для анализа любых их последова-
тельностей.
563
Как видно из схемы рис. 13.6, при выдвижении версий проводится
анализ и установление возможной связи между факторами, приведшими
к пожару и взрыву. При обсуждении выдвинутых версий полученные дан-
ные подвергаются более углубленной проработке. Этому помогает исполь-
зование сначала метода, основанного на применении алгебры логики, а
затем метода дерева событий. Выполнение этого условия необходимо, если
мы не хотим, чтобы применеиие метода дерева событий было грубо при-
ближенным.
Использование с помощью алгоритмов построения булевой алгеб-
ры обеспечивает возможность вычисления вероятности каждого события.
В порядке примера использования метода дерева событий (другие приме-
ры приведены в предыдущих главах книги, начиная с рис. 1.1) рассмот-
рим пожар в вагоне с кипами хлопка-волокна.
Кипы были обвязаны поясами из стальной неотожженной прово-
локи 0 4 мм. Узлы проволоки имели нарушения требования ГОСТ, т. к
выступали более чем на 15 см от поверхности кип. Вагон был четырехос-
ный, грузоподъемностью 64 т, новый, с исправными роликовыми подшип-
никами, герметичный, оклеенный изнутри крафт-целлюлозной бумагой
на силикатном клее (для исключения щелей). Пожар случился через трое
суток после погрузки хлопка в вагон и через 3 часа после сильного соуда-
рения со сцепом при роспуске его с горки на одной из станций. В резуль-
тате соударения передняя по ходу движения стенка вагона сдвинулась на
40 см вглубь его с сильным повреждением металлических стоек. Исполь-
зуя метод дерева событий для логического анализа причины пожара, осу-
ществляем его построение согласно схеме (рис. 15.6). Эта схема представ-
ляет ряд последовательностей в событиях, объединенных символом
“ИЛИ”, могущих при определенных условиях привести к пожару. В их
числе рассматривается попадание на кипы хлопка окурка папиросы или
спички при погрузочных работах в вагоне: искры из вне при наличии ще-
лей в вагоне и загорание от трения обвязочной проволоки.
Каждая клетка на рисунке связана с вероятностью события.
Возможность возникновения огня в результате контакта окурка
папирос, горящей спички с хлопком выражается вероятностью
Такая же возможность загорания хлопка в результате попадания
искры из вне выражается вероятностью РИ=Р,Р4 Р}. Событие, связанное
с загоранием хлопка от трения, имеет вероятность Pm=P2 Ps Общая веро-
ятность событий, могущих привести к пожару вагона с хлопком, имеет
выражение
РП=Р0+РИ+РГ^Р, Р2 P2+PtP,+Pf'>-
564
Условия, подлежащие учету: пожар возник на третьи сутки после
погрузки, Р, = 0; вагон новый, герметичный, Ps =0; наличие нарушений в
обвязке, сильное соударение, Р6 = 1; хлопок - легко возгорающийся мате-
риал, Р2 = 1. Отсюда
Рл=1(0Р,+Рг0 + 1)=1.
Вывод. Наиболее вероятным является возникновение пожара в ва-
гоне с хлопком от трения при соударении.
При расчетах вероятности событий по обсуждаемым версиям це-
лесообразно пользоваться общими указаниями, приводимыми в [36]. Из-
вестные аналогии, облегчающие расчеты, могут бьггь получены при оз-
накомлении с примерами, приведенными в книге.
Рис. 15.6. Использование методе дерева событий для определения
вероятности возникновения пожара а вагоне с хлопком
Для выявления причины пожара и взрыва рекомендуется также ис-
пользование метода численного моделирования. Суть его в исследовании
численной модели происшествия на объекте путем проведения экспери-
ментов (серии вариантных расчетов) на ЭВМ. Возможность перенесения
полученных результатов на реальный объект основывается на подчине-
нии модели и реального объекта одинаковым закономерностям.
Как видно из приведенного материала, процесс установления при-
чины пожара и взрыва весьма сложен и требует от эксперта глубоких зна-
ний в вопросах исследования происшествия и умения аналитически обоб-
щать и решать их. Анализ особенностей пожара и взрыва на объекте дол-
жен также способствовать выявлению несовершенства сложившегося под-
хода к обеспечению его безопасности и существа встающих проблем, свя-
565
занных с профилактикой. Поэтому выявляемые факты и обстоятельства
должны служить обоснованием не только выдвигаемой версии о причине
пожара и взрыва, но и тех профилактических рекомендаций, которые не-
обходимо разработать при составлении заключения о происшествии. Дан-
ные о существе этих рекомендаций приводятся ниже.
6.3. Разработка профилактических рекомендаций
при экспертизе пожаров и взрывов [308]
Как подчеркивалось выше, анализ обстоятельств возникновения
пожаров и взрывов и их последствий несет в себе ценную информацию,
возможность существенного повышения безопасности производств. Это
обязывает всемерно использовать соответствующие сведения, получаемы
в ходе расследования происшествия. Практика, однако, показывает, чт.
в деле предупреждения пожаров и взрывов в промышленности и на транс
порте, в сельском хозяйстве далеко не всегда и не в полной мере исполс
зуются возможности судебных экспертиз пожара и взрыва. При их назна
чении нередко упускается возможность получения от экспертов выводов
и предложений, направленных на совершенствование мер защиты и про
филактики, а эксперты не проявляют инициативы в проработке соответ-
ствующих вопросов и своевременном информировании о них работников
следствия и суда. В определенной мере это объясняется также недоста-
точной осведомленностью следователей, прокуроров, судей и самих экс-
пертов об обстоятельствах, которые можно и необходимо выявлять с по-
мощью названных экспертиз.
Поэтому ниже приводится примерный перечень обстоятельств, спо-
собствующих возникновению пожаров и взрывов на различных объектах,
которые могут быть выявлены с помощью судебных экспертиз пожара и
взрыва и учтены при разработке профилактических рекомендаций.
Упущения и ошибки при проектировании;
- недостаточная изученность технологического процесса и приня-
тие проектных решений без достаточного научного обоснования (отсут-
ствие или недостатки предварительного анализа опасных ситуаций в раз-
рабатываемом технологическом процессе и, как следствие, отсутствие
комплексного подхода к обеспечению его безаварийной и ритмичной ра-
боты; ошибки при переходе с лабораторной и опытной установки к круп-
номасштабной промышленной установке и др.);
- разработка проекта с отступлением от утвержденных исходных
данных без согласования с соответствующей ведущей научно-исследова-
тельской организацией;
566
- несоответствие проектных решений действующим нормативным
документам;
- неполное и нечеткое изложение необходимых данных о техноло-
гическом процессе в технологическом регламенте, особенно в тех его раз-
делах, в которых речь идет о правилах безопасного ведения этого процес-
са и обслуживания оборудования, причинах возможных неполадок и спо-
собов их устранения.
Характерными примерами таких упущений могут служить:
- Крупный взрыв 04.06.1989 г. под Уфой, происшедший в резуль-
тате утечки газа из неисправного газопровода и приведший к гибели
575 человек и телесным повреждениям 623 человек.
Согласно полученным сведениям, взрыв на газопроводе Западная
Сибнрь-Урал-Поволжье явился в значительной степени результатом не-
достатков, допущенный при проектировании [336]. При расчетах надеж-
ности труб учитывалось только влияние толщины стенки, а не качество
стали. В соответствии с этим выбранный сорт стали допускал появление
хрупкости уже при 0 °C. Малейшая трещина в трубе способствовала ис-
парению транспортировавшейся по ней широкой фракции углеводородов
(сжиженный бутан, пропан и другие газы). Возникающий при этом дрос-
сель-эффект-охлажденне и мгновенное увеличение в объеме при испаре-
нии сжиженного газа - мог без труда способствовать разрыву хрупкой
как стекло стали.
Изоляция трубы пленкой допускалась толщиной 0,7-1 мм, тогда
как прн толщинах менее 0,6 мм пленка вообще не выполняет свои защит-
ные функции и не предохраняет от почвенной коррозии. Кроме того, га-
рантийный срок пленочных покрытий - 10 лет, а трубопровод должен слу-
жить 30 лет. Наличие стыков на трубопроводе через каждые 0,5 м могло
способствовать пропуску воды и его ржавлению. Трубопроводы были
плохо оборудованы средствами технической диагностики, что не позво-
ляло следить за их состоянием. Не использовались возможности аэрокос-
мической техники для контроля за отклонениями трубопровода от про-
ектного положения. Такие отклонения на практике имели место. Конт-
роль мог осуществляться фотографированием в видимом, инфракрасном,
ультрафиолетовом свете. За утечкой газа из трубопроводов можно было
следить с помощью лазерных локаторов-лидеров, установленных на бор-
ту спутников н самолетов. Использованием самодвижущихся зондов, за-
пускаемых в трубопровод, можно было контролировать состояние его
стенки с помощью магнитных, ультразвуковых и других приборов. За ру-
бежом такие зонды широко используются. В Московском институте не-
фти и газа им. Губкина и Ивано-Франковском институте нефти и газа раз-
работан прибор аналогичного назначения.
567
Особое внимание должно было быть обращено на опасные участ-
ки трубопровода - пересечения с железными и шоссейными дорогами,
места прохождения близ населенных пунктов. Эти места следовало обо-
рудовать датчиками утечки газа и автоматическими средствами передачи
аварийных сигналов по радиоканалам в местные диспетчерские пункты
или на борт спутников централизованной системы. Для оперативного сбо-
ра информации об авариях на трубопроводах могла быть приспособлена
в принципе международная система “Коспас Сорсат", служащая для опо-
вещения о морских судах и самолетах, терпящих бедствие.
Не уделено внимание составлению плана ликвидации возможных
аварий на трубопроводе, что могло помочь избежать их катастрофичес-
ких последствий. Этот план должен был содержать указание наиболее
опасных мест и вероятность возникновения в них аварий, анализ разви-
тия возможных аварий, действия в соответствующих условиях обслужи-
вающего персонала и пожарной службы, средства защиты, план эвакуа-
ции людей из опасной зоны, экологические последствия аварии [309].
В процессе монтажа на качество прокладки и глубины залегания
(проектная отметка - 1 м от поверхности земли) могли сказываться быст-
рые темпы прокладки (4000 км в год). На стадии проектирования надо
было предвидеть возможность отклонений от указанной глубины залега-
ния также в результате образования промоин, смыва грунта, что облегча-
ло повреждение трубопровода при проезде по нему трактора и бульдозера.
- Пожары тепловозов на железнодорожном транспорте [310]. Они
во многих случаях являлись результатом недостаточной изученности по-
жароопасных узлов тепловозов, допустимых сроков их эксплуатации (ре-
сурса) до обязательной замены, отсутствия работ по модернизации пожа-
роопасных узлов. Причинами пожаров тепловозов, например, в 1983 г.
явились:
1) короткое зам ыкание силовых
вспомогательных цепей 58,7% от всех случаев
2) разрушение подшипника и
излом вала вентилятора охлаждения ТЭД 6,4 %
3) неисправность выхлопного тракта 8,9%
4) неисправность ТЭД 3,4%
5) излом топливопровода 2,2%
6) неисправность главного генератора 2,1%
7) неисправность турбокомпрессора 2,6%
8) взрыв в картере 5,1%
9) прочие технические неисправности 10,6%
568
- Пожар на металлургическом комбинате в г. Смередове (СФРЮ)
25.03.1986г., причинивший ущерб 15 млрд динаров, не считая косвенных
убытков от остановки производства. Сгорел цех холодной прокатки раз-
мерами 486x283 м. Пожар возник при срезке автогеном винтов, крепящих
листы обшивки фильтра паров НС1 на участке декапирования листового
металла. Загорелась внутренняя резиновая футеровка фильтра. Пожар
быстро распространился по вентиляционным каналам на конструкции
крыши. Расследование вскрыло ряд нарушений и недостатков, приведших
к такой катастрофе. На стадии проектирования были допущены отклоне-
ния от предлагаемых пожарно-технических решений. Для тепло- и влаго-
изоляции крыш был использован композит из пенополиуретана, бумаги
и битума, легко загорающихся и интенсивно горящих материалов. Пер-
сонал не знал о горючей футеровке под металлической обшивкой. Разре-
шение на производство работ с открытым огнем не было выдано [311].
Упущения и ошибки при строительстве, проведении пуско-наладоч-
ных работ и приемке объектов в эксплуатацию:
- ведение строительства с отступлениями от проекта и требований
нормативных документов;
- нарушения в организации контроля качества поступающего на
монтажную площадку оборудования и подготовки трубопроводов и мон-
тажных заготовок под сборку (сварку);
- ведение пуско-наладочных работ с отступлениями от технологи-
ческого регламента и требований нормативных документов;
- недостаточный авторский надзор в ходе строительства и прове-
дения пуско-наладочных работ на объекте;
- упущения и ошибки при приемке в эксплуатацию построенных,
реконструированных и расширенных предприятий (объектов) рабочими
государственными приемочными комиссиями, приемка с недоделками.
Упущения и ошибки при эксплуатации и ремонте:
- эксплуатация и ремонт с нарушением технологического регламен-
та, правил безопасной эксплуатации н других нормативных документов
(ошибки при эксплуатации, несоблюдение норм технологического режи-
ма, выполнение работ на неподготовленных оборудовании и трубопро-
водах, недостаточный анализ технических решений, принимаемых при
проведении работ, и др.);
- эксплуатация и ремонт на основе требований нормативных доку-
ментов, при составлении которых использованы ошибочные данные о тех-
нологическом процессе и пожаровзрывоопасных свойствах обращаемых
569
в нем материалов и веществ, а также не учтена возможность аварийных
ситуаций во время ремонтно-профилактических и очистных работ;
- нарушения в организации и проведении противоаварийных, газо-
и горноспасательных работ;
- изменения проектной технологической схемы или режима техно-
логического процесса без обоснования их путем проведения научно-ис-
следовательских работ и согласования с научно-исследовательской орга-
низацией-разработчиком техпроцесса и проектной организацией.
Характерными примерами соответствующих упущений являются:
- взрыв танка из-под горючего на танкере “Ижора" Тихоокеанско-
го флота. Взрыв явился результатом проведения сварочных работ на не-
подготовленном оборудовании. При аварии один человек погиб, другого
не удалось найти, еще трое получили ожоги разной степени тяжести;
- при крупном пожаре 29.06.1991 г. на шахте “Южнодонбас-
ская № 1” (объединение “Донецкуголь”) погибли 32 горняка. Причиной
аварии послужило нарушение правил эксплуатации конвейера и проти-
вопожарной безопасности. Косвенными причинами явились: низкий уро-
вень трудовой, производственной, исполнительской дисциплины, неком-
петентность и безответственность инженерно-технического персонала
шахты. После аварии члены экспертной комиссии зафиксировали на дру-
гих участках шахты около 130 грубейших нарушений правил противопо-
жарной безопасности.
- В нормативной литературе (Правила устройства электрообору-
дования) указывалась допускаемая температура нагретых поверхностей
оборудования для основных производств, равная 140 °C [22]. При этом не
учитывались свойства пылей (температура самонагревания многих опас-
ных веществ лежит ниже указанной температурной точки) и влияние тол-
щины отложившегося слоя на снижение температуры внешней среды, при
которой пыли могут загораться. Продукт ЧХЗ-57 (2,2-азо-бис-изобутиро-
нитрил, СуТ^Х,) самовоспламеняется, например, при температуре выше
60-70 “С, что послужило причиной пожара на одном из производствен-
ных объектов.
- В журнале “Пожарное дело” (статья “Важный критерий”) [312]
рекомендуется использование температуры самовоспламенения аэровзве-
сей в качестве критерия для оценки допустимой степени нагрева поверх-
ностей технологического оборудования. Использование этой рекоменда-
ции не защищает от взрыва, а повышает возможность его возникновения
в горючей пылевоздушной смеси. Обусловливается такая возможность
склонностью аэровзвесей к седиментации и образованию слоя осажден-
ной пыли (аэрогеля). Как показали исследования [22], температура само-
570
воспламенения аэровзвесей получается примерно на 300-500 °C выше, чем
у аэрогелей.
Поскольку при проведении технологических операций с пылевид-
ными веществами легко образуется на поверхности оборудования слой
осажденной пыли, необходимо для обеспечения пожаровзрывобезопасно-
сти процесса ориентироваться на более низкую температуру самовозго-
рания аэрогелей и учитывать влияние толщины их слоя иа снижение опас-
ной температуры среды, при которой может возникнуть соответствующий
процесс.
- Отсутствие запрещения в нормативной документации по фарма-
копее совместного хранения перманганата калия (окислителя) и жидкого
продукта, содержащего 85% подсолнечного масла (лечебная мазь для на-
тирания), послужило причиной пожара и взрыва на производстве фарма-
цевтических препаратов “Гален-Москва”.
Упущения н ошибки при разработке нормативных документов:
Разработка нормативных документов с использованием: ошибоч-
ных критериев оценки опасности производства (неправильное категори-
рование производств по взрывной, взрыво-пожарной и пожарной опас-
ности); неверных рекомендаций по защите производств от пожаров и взры-
вов (на основе недостоверных данных о динамике процессов, приводящих
к загоранию и взрыву, а также динамике самих взрывных процессов; не-
правильных сведений об опасности технологического процесса и пожа-
ро-взрывоопасных свойствах обращаемых в нем веществ и материалов*’;
методик определения пожаро- и взрывоопасных свойств веществ и мате-
риалов, приводящих к ошибочным результатам; положений, которые про-
тиворечат другим действующим нормативным документам.
Разрабатывая профилактические рекомендации на основе данных
расследования пожара и взрыва, необходимо учитывать и отличать пре-
имущества, достигаемые при их выполнении. Эти преимущества обуслов-
ливаются уже самим фактом расследования происшествия, что является
хотя и не предусмотренным, дополнительным элементом профилактичес-
кой работы. Прн правильном и тщательном его проведении создается
возможность выявить наиболее острые недостатки на объекте, допущен-
ные в повседневной профилактической работе и подлежащие быстрейше-
му устранению. Выявление таких недостатков и разработка мероприятий,
* > По неправильно оцениваемым данным о взрывоопасности пыли (более
65 г/м3), элеваторы, например, не относились к взрывоопасным производствам.
57/
исключающих или существенно снижающих возможность возникновения
пожара и взрыва, служит известным качественным показателем достига-
емого преимущества. Одним из количественных показателей в этом слу-
чае могут служить данные о степени снижения вероятности возникнове-
ния пожара и взрыва в системе при выполнении предлагаемых профилак-
тических рекомендаций.
Предполагая, например, что событие в системе может произойти с
вероятностью
Ps, ~ Рг' Рб Рт Рг, (40.6)
где составляющие событие Sl происходят с вероятностью
P^PSP+P, (41.6)
Р=/; Р=1; Р,=1
имеем Ps, = (Р} Ра + Р5)-Р„ Рт Рг = (Л + Д) Д (42.6)
Проводя модернизацию системы, повышающую ее пожаро-взры-
вобезопасность, создаем условия, например:
по варианту 1: Р}=0; Р6=1; Р7=1-
В этом случае выражение (41.6) будет соответствовать
Р:=0- Pt+Ps=Ps. Подставляя в выражение (40.6), получаем новую систему
с вероятностью события
PS1=PtP6PtP^PsP>
2
Принимая Ps = -j Ра, имеем PS1_ = 0,667 • Ра Pt. Из выражения (42.6)
Л, = (Л + 0,667• Л) • Рг = 1,667 /’ />.
Соотношение вероятностей событий PsJ Ps, =0,4 указывает иа то,
что на 60% снижается вероятность возникновения пожара или взрыва в
системе S3 по сравнению с системой Sr
По варианту 2 принимаем Рб=0,2; Р = 1; Р7=1.
Из выражения (40.6) получаем вероятность события в системе
Ps, = Рг-ОД - Рг при р2 = 1 • ра + р5 (см. выражение41.6)
PSi = (Pt+ Ps)02-Pt- (43.6)
Соотнося выражения (43.6) и (42.6), имеем
Л3_0,2(Л + Д)А
Ps, (Pt + Рг) Рг
Вывод по варианту 2: вероятность пожара и взрыва системы умень-
шаемся в 5 раз.
572
Для расчета технических преимуществ разработанных профилак-
тических рекомендаций могут использоваться предлагаемые в литерату-
ре методы анализа риска в технологических процессах. Примером такой
литературы служат [166,193]. Оценка экономической эффективности пред-
ложенных систем, обеспечивающих пожаровзрывобезопасность объекта,
также является весьма важной в проводимых разработках и не должна
упускаться из виду. О способе ее определения, например, применительно
к вопросу пожарной безопасности здания сообщается в [205, 330].
7. Заключение по экспертизе
По итогам экспертизы пожара и взрыва составляется заключение -
письменный документ, в котором фиксируются основания и условия про-
ведения экспертизы, поставленные на ее разрешение вопросы и ответы,
процесс экспертного исследования и установленные экспертизой факти-
ческие данные. Это заключение является одним из видов доказательств.
Примерная форма составляемого заключения приведена в прило-
жении 6.
Заключение составляется и подписывается всеми лицами, прини-
мавшими участие в работе комиссии, производившей расследование.
В случае разногласия членов комиссии при определении причины проис-
шествия в заключении фиксируются особые мнения с их обоснованием.
573
Приложение 1
Свойства бензина и его паров [20,182, 335]
Бензин, получаемый из нефти, представляет сложную смесь, в ко-
торой содержатся: пентан - С,Н „; гексан - Ce/?J4; гептан - СД)6; октан -
CgH^, нонан - С^НЖ и другие углеводороды. Соотношение компонентов
в бензине зависит от технологии его производства.
Молярная масса 72-128. В среднем 109.
Наиболее приближенные к горению бензина химические уравнения:
С7Н|6+НО2=7СО2+8Н2О
С^+12,5О=8СО2+9Н2О.
Плотность 722-806 кг/м3
Плотность паров к воздуху 2,5-4. В среднем 3,4.
Температура кипения 38-204 "С.
Температура замерзания ниже -40 “С.
Температура вспышки (в закрытом тигле) -45-ь-11°С.
Температура самовоспламенения 255—492 °C.
Скрытая теплота парообразования 208-250 кДж/л.
Теплота сгорания 45800—47600 кДж/кг.
Скорость горения (на открытом воздухе) 3-6 л/м2 мин.
Скорость горения (выгорания) бензина в глубину за час 152-305 мм.
Скорость горения (выгорания) керосина в глубину за час
127-203 мм.
Лужа бензина глубиной ~ 13 мм может выгореть самостоятельно
за 2,5-5 мин.
Пределы взрыва (объем): 0,76 - 8,12% (нижн. - верхи.). Наиболее
сильный взрыв при концентрации 2,25% .
Пределы взрыва (температур) - 45 + -24 °C (нижн. - верхи.).
Давление ограниченного взрыва:
При концентрации паров бензина 1,3% (объем) в воздухе - 397 кПа;
При 2,25% - 745 кПа; при 4% - 213 кПа.
Давление неограниченного взрыва - 355 кПа.
Время взрыва: 0,026 с при максимальном давлении.
Распространение пламени в паровоздушной смеси - 4,58 м/с.
574
Распространение паров в безветренную погоду - 122 м.
Энергия взрыва 6% паровоздушной смеси, соответственно:
1495 кДж на кг жидкости;
307 кДж на 1 м3 паровоздушной смеси.
Примечание: Расчет максимальной энергии взрыва 6% паровоздуш-
ной смеси с учетом полного сгорания паров бензина в нормальных усло-
виях составляет = 13500 кДж на I м3.
Количество паров, получаемых из 1 литра жидкости - 0,222 м3
Количество паровоздушной смеси, содержащей 1,3% паров бензи-
на, полученной из I литра жидкости при 20 °C, - 17,08 м3.
Токсичность паров: содержание 2,4% паров бензина в воздухе вы-
зывает смерть большинства животных в очень-короткое время. При со-
держании паров от 2,2 до 1,1% отравление наступает соответственно че-
рез 30-60 мин. При концентрациях от 0,43 до 0,71% опасность отравле-
ния возникает при выдержке более I ч.
Приложение 2
Некоторые данные о составе и свойствах пароа природного газа
Природный газ содержит примерно 85% метана, 9% этана, 3% про-
пана, 2 % азота и 1% бутана. Присутствие этана в газе служит одним из
путей идентификации природного газа в отлнчне, например, от канали-
зационного газа.
Температура самовоспламенения природного газа варьирует в пре-
делах от 482 до 632 °C.
Пределы воспламенения: нижний - 4,5% (об.); верхний - 14,5% (об.).
Наибольшей взрывоопасностью обладает стехиометрическая смесь при-
родного газа с воздухом соответственно в соотношении 9,5% и 90,5%.
Скорость дефлаграционного горения природного газа около 0,3 м/с
с достижением за 0,1-0,8 с максимального давления, зависящего от про-
центного содержания газа в смеси.
Примером слабого развития давления при сгорании природного
газа является разрушение стены жилого дома без разрушения окон.
При взрыве на нижнем пределе воспламенения можно найти облом-
ки в пределах -1,5 м от первоначального положения объекта, тогда как
на оптимальном концентрационном пределе (9,5% для природного газа)
обломки разлетаются на расстояние свыше 30 м.
575
Приложение 3
Способы обнеружения и фиксации признаков аварийных режимов
в электросети
Элемент электро- сети Технические данные. ’ особенности исполнения Признаки аварийного режима Способы обнаруже- ния Способы фиксации
Трансформаторная подстанция
Силовой трансфор- матор Марка, способ соединения обмоток, мощ- ность.исполне- ние нейтрали Оплавления про- водников вторич- ной обмотки Визуально Узловая, детальная фотосъемка, маркировка, протоколиро- вание
Термические повреждения изоляции обмоток
Устрой- ства электроза- щиты Номинальные параметры на корпусах авто- матов и кон- тактных ножах предохраните- лей, характе- ристики нестандартных перемычек Положение рычага автомата, соответ- ствующее автома- тическому отключе- нию Визуально Детальная фотосъемка, протоколиро- вание. марки- ровка. изъятие автомата
Перегорание плав- ких вставок и нестандартных перемычек предо- хранителей Измерение сопротивле- ния вставок, визуально Протоколиро- вание, изъятие предохраните- ля. маркировка
Линия от силового трансформатора до ввода к электропотребителю вводного распределительного щита
Электро- проводка Способ про- кладки, длина линии, марка провода, кабе- ля, сечение жил провод- ников Оплавления про- водников и изоля- ции, в том числе и на удалении от места пожара Визуально Протоколиро- вание. марки- ровка, изъятие участков с оплавленными жилами
Участок электроввода к потребителю
Участок электро- проводки Способ про- кладки. длина линии, сече- ние жил Локальные оплав- ления проводников Визуально Протоколиро- вание, изъятие участков с оплавленными жилами, маркировка
Ваодной распределительный электрощит
Коммута- ционная аппарату- ра Тип, положе- ние подвиж- ных контактов рубильника Оплавление контактов Визуально Фотосъемка, протоколиро- вание, марки- ровка, изъятие контактной группы
576
Продолжение прил. 3
Элемент электро- сети Технические данные, особенности исполнения Признаки аварийного режима Способы обнаруже- ния Способы фиксации
Устрой- ства электроза- щиты Марка и номи- нальные пара- метры уст- ройств элек- трозащиты, характеристи- ки нестандарт- ных перемы- чек Автоматическое отключение авто- мата Визуально Фотосъемка, протоколиро- вание, изъятие автомата, маркировка
Разрыв плавкой вставки Измерение сопротивле- ния вставки Фотосъемка, протоколиро- вание, изъятие предохраните- ля, маркировка
Разрыв нестан- дартной перемычки Визуально
Электро- проводка внутри щита Марка прово- да, сечение жил Локальные оплав- ления проводников Визуально Фотосъемка, протоколиро- вание, марки- ровка и изъя- тие, составле- ние схемы соединений
Участок электросети внутри помещений
Электро- проводка Марки прово- дов, сечения жил, длины участков, спо- соб прокладки Локальные оплав- ления проводни- ков, металлических оболочек Визуально Узловая и де- тальная фото- съемка, прото- колирование, маркировка и изъятие про- водников с оплавлениями, устройств электрозащи- ты
Устрой- ства электроза- щиты Марка, номи- нальные ха- рактеристики Автоматическое от- ключение автома- тов, оплавление токоведущих час- тей, перегорание плавких вставок предохранителей Визуально, измерение сопротивле- ния плавких вставок
Пот ребители электроэнергии
Электро- двигатели и транс- формато- ры Марка, номи- нальные ха- рактеристики Локальные оплав- ления проводников обмоток Визуально после снятия фланцев корпуса Фотосъемка, протоколиро- вание. При на- личии локаль- ных оплавле- ний обмоток маркировка и изъятие
Трубча- тые элек- тронагре- ватели (ТЭНы) Марка Перегорание нагревательного элемента (спирали) Измерение электричес- кого сопро- тивления спирали Узловая и де- тальная фото- съемка, прото- колирование, маркировка,
577
Окончание прил. 3
Элемент электро- сети Технические данные, особенности исполнения Признаки аварийного режима Способы обнаруже- ния Способы фиксации
Контактирование спирали с трубкой корпуса ТЭНа Измерение сопротивле- ния между спиралью и трубкой кор- пуса ТЭНа изъятие ТЭНов с приз- наками ава- рийных явле- ний
Скаозные проплав- ления трубки ТЭНа Визуально
Лампы на- каливания общего назначе- ния Номинальная мощность, напряжение, тип светиль- ника Разрыв спирали; наличие на стекле капель металла (никеля); разру- шение электродов на куски; перегора- ние встроенного предохранителя; проплавление от- верстий в колбе; отверстия в цоко- ле; наличие дуго- вого канала внутри стекла лопатки между электрода- ми Визуально Протоколиро- вание, марки- ровка и изъя- тие с упаков- кой в мягкий материал (вату)
Люминес- центные светиль- ники Тип, номи- нальные ха- рактеристика Оплавления витков катушки дросселя, трансформатора. Оплавления ламподержателей. Отсутствие стар- тера Визуально Узловая и де- тальная фото- съемка, прото- колирование, маркировка, изъятие дрос- селя и транс- форматора
Пробой конденса- торов пуско-регу- лирующей аппара- туры Измерение сопротивле- ния между обкладками конденсатора Протоколиро- вание, марки- ровка, изъятие конденсатора.
Подводя- щие про- вода, сое- динитель- ные шну- ры, кабе- ли потре- бителей Марка, сече- ние жилы, длина Оплавления токо- ведущих жил на локальных участ- ках. прожоги на ме- таллических обо- лочках линий Визуально Узловая и де- тальная фото- съемка, прото- колирование, маркировка, изъятие участков с оплавлениями.
578
Приложение4
Протокол осмотра места пожара и взрыва
(указать наименование объекта)
Дата и время составления протокола____________________________________________
В составлении протокола участвовали
(указать должности, специальности и фамилии участников)
Основание для производства осмотра____________________________________________
(указать, на основании какого решения производится осмотр)
Осмотр начат________час_____мин
Окончен час_________________мин
Условия в которых производился осмотр
(освещение, погода, температура)
Характеристика места происшествия_____________________________________________
(описывается расположение и обстановка места происшествия, дается характеристика объекта, в котором
произошел пожар и взрыв, указывается состояние и взаимное размещение отдельных предметов,
особенности внутри объекта и изменения, вызванные пожаром и взрывом, а также при тушении огня и
ликвидации разрушений, степень и характер разрушения конструктивных элементов, признаки
направленности распространения горения и взрыва, наличие очаговых участков, их расположение и
характер поражения)
Характеристика найденных вещественных доказательств
(наименование, форма, размер, место расположения и другие особенности; приемы их обнаружения,
фиксации и изъятия, способы упаковки)
Характеристика документальных данных, полученных при осмотре
(переписываются полученные документы и отмечаются особенности видео-кино-фотокадров, планов, схем)
Замечания участников осмотра__________________________________________________
(при наличии особой точки зрения по отдельным вопросам осмотра)
Подписи лиц, участвовавших в осмотре:
579
Приложение 5
Вопросы, подлежащие выяснению при исследовании
пожаров нв железнодорожном транспорте
а) При пожарах в грузовых поездах
При пожарах в вагонах (контейнерах) с грузами
Номер вагона (контейнера), его осность (грузоподъемность), дата
и место постройки, последнего ремонта; тип и состояние тормозных ко-
лодок, буксовых узлов; наименование груза в вагоне (контейнере), вес гру-
за по накладной; станции отправления и назначения; номер накладной,
отправитель и получатель груза; пожароопасные свойства груза и его упа-
ковки, соответствие наименования груза данным, указанным в накладной;
где и когда - на подъездном пути, арендованном складе, в местах общего
пользования - и чьими средствами производилась погрузка груза, кем про-
верялось техническое состояние и коммерческое состояние вагона (кон-
тейнера) перед погрузкой, как и кем оборудовался вагон (контейнер) в
противопожарном отношении и какие отметки об этом имеются в доку-
ментах; сведения о пломбах; наличие в перевозочных документах отме-
ток об опасности или горючести груза и о прикрытии; наблюдались ли
ранее и когда случаи пожаров аналогичного груза, отправленного тем же
грузоотправителем и той же станцией; данные контрольных проверок ва-
гонов (контейнеров) с таким же грузом; станция формирования и номер
поезда, в котором произошел пожар, в какой части поезда находился ва-
гон, наличие положенного прикрытия; вид тяги, номер ведущего локомо-
тива и депо приписки; состояние дизелей, дренажных устройств, выхлоп-
ных трактов и искрогасителей на тепловозе; аналогичное состояние для
встречных локомотивов. Данные о встречах с ними по времени; профиль
пути следования поезда, в котором обнаружен пожар (загорание) (подъем,
уклон, площадка, выемки, насыпь, кривая), состояние погоды, видимость.
Кем, в какое время, при каких обстоятельствах и в каком месте ва-
гона (контейнера) обнаружен пожар (загорание), как сняты и сохранены
пломбы с горящего вагона (контейнера); имелись ли нарушения со сторо-
ны грузоотправителя (станции погрузки) в части совместимости перево-
зимых грузов, соответствия упаковки груза требованиям ГОСТа, очист-
ки вагона (контейнера) от остатков ранее перевозимых грузов и горюче-
го мусора, заделки конструктивных неплотностей и щелей в кузове ваго-
на (контейнера); в какой степени имевшиеся нарушения могли способство-
вать возникновению пожара (загорания).
580
При пожарах в вагонах с грузами, сопровождаемыми проводника-
ми грузоотправителей (грузополучателей), необходимо наряду с выясне-
нием вопросов, указанных выше, дополнительно уточнить: наименование
предприятия, отправившего груз, и его ведомственную принадлежность
(объединение, управление, департамент, министерство); фамилии провод-
ников и соответствие их количества по перевозочным документам; нали-
чие у проводников документов, удостоверяющих их знание правил пожар-
ной безопасности; правильность размещения и крепления груза, установ-
ки отопительных приборов и вид применяемого топлива, обеспеченность
приборами освещения (их характеристика), наличие других нарушений,
способствовавших возникновению пожара (загорания) (пользование при-
мусом, керосинкой, керогазом, портативной газовой плитой, свечами без
типовых фонарей, провоз в вагоне легковоспламеняющихся и горючих
жидкостей, пользование проводниками спиртных напитков, курение и др.).
При пожарах в вагонах рефрижераторных секций
Наряду с выяснением вопросов, указанных выше, дополнительно
уточняются:
Серия и номер секции, номер горящего вагона, депо и железная
дорога приписки; фамилии членов бригады, обслуживающих рефрижера-
торную секцию, наличие у них соответствующих документов на право
обслуживания дизельной установки, электрооборудования и системы ото-
пления; техническое состояние дизельной установки, электрооборудова-
ния, приборов отопления (водогрейного котла, кухонной плиты); нали-
чие и знание бригадой инструкции о правилах пожарной безопасности в
рефрижераторных вагонах.
б) При пожарах в пассажирских поездах
Номер и маршрут поезда, тип и заводской номер вагона, дата и
место постройки, депо и железная дорога приписки вагона, дата и место
последнего планового ремонта, единой технической ревизии; фамилии
проводников, обслуживающих вагон, их состояние до пожара.
Место возникновения пожара, кем, когда (дата, время), где и по
каким признакам обнаружен пожар.
Состояние и режим работы электрооборудования вагона к момен-
ту возникновения пожара (какие потребители электроэнергии были вклю-
чены, условия их работы, производилась ли подача электроэнергии от
системы горевшего вагона другим вагонам, получал ли данный вагон элек-
тропитание от другого вагона, включалась ли под нагрузку силовая или
581
осветительная сеть при наличии неисправного электрооборудования, на-
грева приборов или отдельных мест на электрощите, оставалось лн рабо-
тающее электрооборудование без присмотра, заменялись ли перегорев-
шие электрические лампы другими, мощность которых превышала уста-
новленную правилами, ставились лн предохранители, ие соответствующие
установленному номиналу для данной цепи, включались ли нагреватель-
ные приборы и другие электропотребители, не предусмотренные схемой
и инструкцией завода-изготовителя и др.).
Соответствие тепловой защиты электрических цепей по току сра-
батывания согласно технической документации и состояние ее после по-
жара, состояние аккумуляторных батарей и подвагонного генератора;
имелись ли ранее заявки от поездных бригад на устранение неисправно-
стей оборудования горевшего вагона, наличие отметок в книге учета н
ремонта электрического и холодильного оборудования о выполнении ра-
боты по устранению недостатков и росписи исполнителей.
Соответствие нормам и рабочим чертежам крышевых и потолоч-
ных разделок, дымивытяжных груб водогрейных котлов и кипятильни-
ков, состояние разделок и дымовытяжных труб, вид топлива, которое сжи-
галось в топках котла и кипятильника вагона до обнаружения пожара (за-
горания).
Кем и когда инструктировалась поездная бригада (проводники го-
ревшего вагона) о мерах предупреждения пожаров (загораний); прочие
обстоятельства, способствовавшие возникновению и развитию пожара
(провоз проводниками или пассажирами легковоспламеняющихся, горю-
чих жидкостей и других опасных веществ, распитие спиртных напитков,
наличие горючих материалов в котельном отделении, в нишах с электро-
аппаратурой, у приборов отопления, электросветильников; топка котла
без воды или ниже ее допустимого уровня, обогревание водоналивных
труб и фоновой системы открытым огнем, нарушение режима курения в
вагоне, применение для приготовления пищи и других надобностей керо-
синок, примусов, спиртовых горелок, газовых приборов, электроплиток,
утюгов, электрочайников и др.)
ПшШО2кара^двмшШсре«2Ванах
Наряду с выяснением вопросов, указанных выше, дополнительно
уточняются: фамилии директора вагона-ресторана, заведующего произ-
водством и кухонного рабочего (ночного сторожа), наличие у них удос-
товерений на право обслуживания электрооборудования вагона и плиты
на жидком топливе; торговая организация, арендующая вагон (контора,
трест, управление); вид отопления кухонной плиты (угольное, жидкостное),
582
состояние системы жидкостного отопления (если вагон оборудован тако-
вым), соответствие монтажа системы отопления, дымовытяжных труб,
потолочных и крышевых разделок технической документации.
Состояние и режим холодильных агрегатов, вентиляционных и ото-
пительных установок; знание обслуживающим персоналом инструкции по
мерам пожарной безопасности при эксплуатации системы отопления. До-
пускалось ли хранение горючих материалов и предметов в потолочных
нишах тамбуров и коридоре вагона, в которых размещено оборудование.
в) При пожарах иа локомотивах, в моторвагонном подвижном
составе
Тип, серия, номер локомотива или моторвагонного подвижного со-
става (номер моторного или прицепного вагона), время и место построй-
ки, депо приписки, пробег с момента постройки, соблюдение установлен-
ных норм межремонтного пробега, перечень и объем выполненных работ
при последнем техническом обслуживании и текущем ремонте.
Состояние механического и электрического оборудования, выхлоп-
ного тракта и дренажных устройств, топливной и масляной систем дизе-
ля тепловоза, дизель-поезда или автомотрисы.
Порядок хранения обтирочных и смазочных материалов, содержа-
ние дизельного помещения, высоковольтных камер и кабины управления
машиниста.
Когда (дата и время), кем и при каких обстоятельствах обнаружен
пожар (загорание) на локомотиве (в пути следования, при стоянке на стан-
ции под поездом, на тракционных путях, при маневрах и т. п.).
Профиль пути, участка дороги, на котором произошел пожар (за-
горание), и режим работы дизеля перед возникновением пожара (загора-
ния), сведения о приеме зачетов по программе пожарно-технического ми-
нимума от членов бригады и проведении с ними инструктажа по мерам
пожарной безопасности.
Наличие записей локомотивных бригад, бригад моторвагонного
состава о неисправностях (на локомотиве в журнале формы ТУ-152), от-
метки об их устранении, росписи исполнителей работ. Прочие обстоятель-
ства, способствовавшие возникновению пожара (загорания) - пользова-
ние для освещения и других целей открытым огнем (факелами, свечами,
паяльными лампами и т. п.), курение в дизельном помещении, вблизи ак-
кумуляторных батарей и в период заправки топливных баков; примене-
ние нетиповой или не соответствующей данной цепи по току срабатыва-
ния аппаратуры защиты; нахождение посторонних горючих предметов
(материалов) в дизельном помещении, высоковольтной камере, шахтах
583
холодильников и других местах, в частности сушка спецодежды и других
материалов на двигателях, генераторах, выхлопных трубах н в других по-
жароопасных местах; оставление открытыми индикаторных кранов дизе-
лей; промывка бензином или керосином кузова и агрегатов.
г) При пожарах на объектах нетранспортных организаций,
расположенных в полосе отвода железных дорог, в лесах, на хлеб-
ных массивах и на нефтяных разработках, примыкающих к полосе отво-
да железных дорог:
Расстояние от места возникновения пожара (загорания) до желез-
нодорожного полотна.
Содержание в противопожарном отношении полосы отвода в рай-
оне происшедшего пожара (загорания); время проследования поездов по
участку, где он возник, вид нх тяги. При паровозной тяге - серия парово-
за, характеристика применяемых углей, состояние искрогасительных и
шлакозалнвательных приборов; при тепловозной - серия тепловоза, со-
стояние дизелей, дренажных устройств, выхлопных трактов и искрогаси-
телей.
Были ли (где, когда и кем замечены до возникновения пожара (за-
горания) факты производства огневых работ, разведения костров и дру-
гих видов пользования открытым огнем в полосе отвода и вблизи объек-
тов нетранспортных организаций.
Прочие обстоятельства, которые могли способствовать переходу
огня из полосы отвода железных дорог на объекты нетраиспортных орга-
низаций, в леса, на хлебные массивы, торфяные разработки.
584
Приложение 6
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
по результатам экспертизы пожара и взрыва на объекте
(указать наименование объекта)
Дата и место составления заключения
1. Введение
В экспертизе пожара и взрыва участвовали
(сообщить должность, образование, специальность, стаж работы по специальности, служебный адрес и
фамилии лиц, участвовавших в экспертизе)
Основание для проведения экспертизы
(указать, на основании какого решения проводилась экспертиза)
Получены при экспертизе_______________________________________________
(перечисляются все документы и вещественные доказательства, полученные при экспертизе, описыва-
ются вид и состояние упаковки вещественных доказательств)
Обстоятельства пожара и взрыва________________________________________
(излагаются обстоятельства, имеющие значение для экспертизы и указывается, из кеких источников они
стали известны)
2. Исследовательская часть
Результаты осмотра места пожара и взрыва
(обстоятельно излагаются результаты осмотра места пожара и взрыва. Особое внимание обращается в
описании на размещение предметов относительно друг друга, места изъятия вещественных доказа-
тельств. характер обгорания конструкций и материалов, признаки очага пожара и взрыва, пути распрос-
транении огня и взрыва)
Версии причины пожара и взрыва________________________________________
(перечисляются возможные, предположительно, объяснения причины пожара и взрыва. По каждой
выдвинутой версии устанавливается наличие признаков (фактов), которые ее подтверждают Описыва-
ются средства и методы исследования этих признаков и ход проверки выдвинутой версии)
3. Выводы
Результаты экспертизы_________________________________________________
(сообщается дата, место возникновения пожара и взрыва, обосновывается их причина, сопутствующие
пожару и взрыву факты и обстоятельства, приводятся профилактические ракомендации, направленные
на устранение выявленных нарушений правил пожаро-взрывобезопасности объекта)
Подписи лиц, участвовавших в экспертизе:
5.45
ЛИТЕРАТУРА
I. "Fires Build Proc. Eur. Symp.. Luxembourg, 18-21, Sept., 1984“ London,
New-York, 1985, 51-58, 444-446, 547-548 (РЖ*> 12A27, 1986).
2. "Mag.Feuerwehr”, 1987, 12, № 8, 384-385 (РЖ 12БЗ, 1987).
3. Overhoff K.H., Schecker H.G. "Maschinenmarkt" - 1987, 93, № 6, 31-34
(РЖ7Б105, 1987).
4. Icrenling F. “VB: Vorbengender Brandschutz”, 1987, 6, № 3, 55 (РЖ 5Б48,
1988).
5. Tongauf K.W., Leysen К ."Mohle-Mischfuttertechn.", 1986, 123, № 51-
52, 703-704 (РЖ5Б177, 1987).
6. Moyer I. “Schweiz Feuerwehr”, 1986,112, № 12,671,679 (РЖ 5A33, 1987).
7. "Brandwacht”, 1986, 41, № 6, 128-129 (РЖ 12A36, 1986).
8. "Fire”, 1987, 79. № 983, 44 (РЖ 9A60, 1987).
9. Абрамов А. “Пожарное дело." - 1987, № 10, 18.
10. Тимохин А.П., Микитась Т.П. и др. - Сб. ВНИИПО: Системное ис-
следование пожаров и организационные проблемы пожарной безопасности. -
М., 1988, 123-129.
11, Пожарная опасность веществ и материалов, применяемых в промыш-
ленности, Сб. научных трудов ВНИИПО. - М., 1987 (РЖ ЗБ19К, 1988).
12. "Proc. Int. Symp. Explos. Hazard Classif. Vapors, Gases and Dusts,
Washington, D.C.July. 15-18, 1986", Washington, D.CJ, 1987, 205-244.
13. Справочные данные по опасным материалам (более 3000) - (РЖ 7Б9.
1988; РЖ 7Б22, 1988).
14. Jason N.H. “New Technoi. Reduce Fire Losses and losts: Proc.Conf.,
Luxemburg. 2-3 oct, 1986" London, New-Jork, 1986, 8-15 (РЖ 6Б20, 1988).
15. Стандарт СЭВ - ст. СЭВ 383-76: Противопожарные нормы строитель-
ного проектирования. Термины и определения. - 1979.
16. Клаус Дитер Поль. Естественно-научная криминалистика. - М.: Юри-
дическая литература, 1985.
17. "Osterr. Feuerwehr”. 1986, № 12, 14-15 (РЖ 5Б64, 1987).
18. Некрасов Б.В. Курс оыцей химии. - М., ОНТИ. 1935.
19. ГОСТ 12.1.044-84, ГОСТ 12.1.044-89. Пожаровзрывоопасность ве-
ществ и материалов; Номенклатура показателей и методы их определения. - Изд-
во стандартов, 1985, 1990.
20. Справочник: Пожарная опасность веществ и материалов, применяе-
мых в химической промышленности. Под общей ред. к.т.н. Рябова И.В. - М.:
Химия. 1970.
21. Справочник: Пожарная опасность веществ и материалов. Под общей
ред. к.т.н. Рябова И.В. - М.: Изд-во литературы по строительству. - Ч. 1, 1966;
Ч. 2, 1970.
22. Таубкин С И., Таубкин И.С. Пожаро- и взрывоопасность пылевид-
ных материалов и технологических процессов их переработки. - М.: Химия, 1976.
*’ Реферативный журнал "Пожарная охрана”, ВИНИТИ.
586
23. Справочник машиностроителя. Под обшей ред. д.т.н. Ачеркаиа Н.С.
-Т.2. - М.: ГНТИ машиностроительной литературы, 1960.
24. Мальцев В.М., Мальцев М.И., Кошпоров Л.Я. Основные характери-
стики горения. - М.: Химия, 1979.
25. Фристром Р.М., Вестенберг А,Л. Структура пламен. - М.: Металлур-
гия, 1969.
26. Драйздейл Д. Введение в динамику пожаров. - М.: Стройиздат, 1990.
27. Камерон Л.М. Химия - пожарная опасность - пожаротушение. - М.:
Изд-во Наркомхоз'а РСФСР, 1940.
28. Гейдои А.Г., Вольфгорд Х.Г. Пламя, его структура, излучение и тем-
пература. - М.: Металлургиздат, 1959.
29. Демидов П.Г. Горение веществ и способы тушения. - М.: Изд-во Нар-
комхоз'а РСФСР, 1955.
30. Асеева Р.М., Зайков Г.Е. Горение полимерных материалов. - М.: На-
ука, 1981.
31. Бахман Н.А., Беляев А.Ф. Горение гетерогенных конденсированных
систем. - М.: Наука, 1967.
32. Льюис Б., Эльбе Г. Горение, пламя и взрывы в газах. - М.: Иностран-
ная литература, 1948.
33. «Brandwacht», 1986, 41, №6, 128-129 (РЖ 12А36.1986).
34. Таубкин С И. Инф сб. ЦНИИПО: Вопросы пожаротушения и профи-
лактики. - М., 1959.
35. ХартигГ. Спички. - М : Лесная промышленность, 1975.
36. ГОСТ 12.1.004-85 Пожарная безопасность. Общие требования. - М.:
Госстандарт, 1985.
37. Roschenbleck В. Dissertation, Technische Hochschule, Hannover, 1958.
38. Бондарь B.A., Веревкин В.Н., Гескин А.И., Кравченко В.С., Погорель-
ский А.Е. Взрывобезопасность электрических разрядов фрикционных искр. - М
Недра, 1976.
39. Гескин С.С. Сб. трудов ВНИИВЭ: Взрывобезопасное электрообору-
дование. - М.: Энергия, вып. VIII, М., 1971. - 31-35.
40. Wohl H Z. "Z. angew. Physik". Bd 12, № 2, 1960, 60-62.
41. Handbuch der Raumexplosion. 1957.
42. Handbuch der Raumexplosionen “Verlagchemie", Weinheim. 1965.
43. Gibson W., Lloyd F.I., Perry G.R. "J. Chem. Eng. Symposium. Series '.
1968, №25, 26.
44. "Brandverhotung”, 1978, № 131,73-74(РЖ 12A221. 1978).
45. Hori Nemeiiova S. “Poiiamik”, 1985, 62, № 18. 13.
46. Stein K. "Maschinenschaden",1986, 59, № 6. 253 (РЖ 5Б176. 1987).
47. Ling Cheng, Fumo A.L., Courtney W.G. “Rept. Invest. Buro Mines U.S
Dep. Inter, 1987, № 9, 134, 1-10 (РЖ 5Б177, 1988).
48. Mullen Ronald R. “Fire Command". - 1988,55. №4, 34-36,41 (РЖ9Б171
1988).
49. Deville Ioan “Sapeur-Pompier”. - 1987, 98, № 782, 186-187 (РЖ 9Б12
1987).
587
50. Справочник машиностроителя. Подред. Сопель Э.А. - М.: Машино-
строение, т. 5, 1964.
51. Розенберг А.М., Розенберг О.А. Механика пластического деформи-
рования в процессах резания и деформирующего протягивания. - Киев: Наумо-
ва думка, 1990.
52. Справочник по технологии резания материалов. Под ред. Шкуро Г.
и Штеферле Т. - М.: Машиностроение, 1985.
53. Аршинов В.А., Алексеев ГА. Резание металлов и режущий инстру-
мент. - М.: Машиностроение, 1976.
54. Даниелян А.М. Теплота и износ инструментов в процессе резания ме-
таллов. - М.: Машгиз, 1954.
55. Даниелян А.М. Износ инструмента и тепловые явления при резании
металлов. - М.. 1946.
56. Таубкин И.С. Исследование причины взрыва эвапоратора установки
ЭЛОУ-АВТ-6М. - Экспресс-информация: Экспертная практика и новые мето-
ды исследования, № 22. - М., ВНИИСЭ, 1979.
57. Черепанов Г.П. Механика хрупкого разрушения. - М., 1974.
58, Williams J.G. The Thermal properties of Plastic Zone "Applied Materialy
Research”, April, 1965, 104-106.
59. Affens W.A., Large E.A. "Nav. eng. J.”, - 1979, 91, № 1, 76-80. (РЖ 12,
Б330,1979).
60. Розловский А.И. Научные основы техники взрывобезопасности при
работе с горючими газами и парами. - М.: Химия, 1972.
61. Нащокин В.В. Техническая термодинамика и теплопередача. - М..
Высшая школа, 1969.
62. Гельперии А.И. Основные процессы и аппараты химической техно-
логии. - М.: Химия, 1981.
63. Техническая энциклопедия, т. 10, 1055-М.: ГонтиНКТПСССР, 1938.
64. Якодин А.И. Эксплуатация воздушных компрессоров. - М.-Л.: Госэ-
нергоиздат, 1948.
65. Комов В.Ф. Информ, сб. ВНИИПО, № 4: Пожарная профилактика
и тушение пожаров. - М., 1968.
66. Абрамович Т.Н. Прикладная газовая динамика. - М.: Госиздат тех-
нико-теоретической литературы, 1953.
67. Кириллин В.А., Сычев В.В., Шейндлин А.Е., Техническая термоди-
намика. - М.: Энергоатомиздат, 1983.
68. Козлов А.А., Новиков В.Н., Соловьев Е.В. Системы питания и уп-
равления жидкостных ракетных двигательных установок. - М.: Машинострое-
ние, 1988.
69. Hotte, Справочник, т. 1. - М.-Л.: ОНТИ, 1936.
70. Касаткин А.Г. Основные процессы и аппараты химической техноло-
гии, ч. П. - М: ОНТИ, 1937.
71. Краткая химическая энциклопедия Под р.ед. Кнунянца И.Л. и др. -
М.: Советсткая энциклопедия, ч. I, 1961; ч. V, 1967.
588
72. Федотов А.И., Ливчиков А.П., Ульянов Л.Н. Пожарно-техническая
экспертиза. - М.: Стройиздат, 1986.
73. Правила перевозки грузов. - М.: Транспорт, ч. I, 1975; ч. 2, 1976.
74. Fire Investigation. Handbook, National Bureau of Standards, Washington,
August, 1980.
75. Brandsjo K. “Brand och raddming”. - 1987,2,№ 5,38. (РЖ9Б131, 1987).
76. Seago Dick "Stone Rev". - 1987. 3. № 6, 8-9 (РЖ 4Б148, 1988).
77. Абрамов В. Пожарное дело. - 1988, № 2, 2-3 (РЖ 6Б30, 1988).
78. Lasseran J.C. “Agr. Eng." - 1987, 42, № 4, 132-135 (РЖ 6Б224, 1989).
79. "Fire Fight Can". - 1988, 32, № 4, 44-45 (РЖ 1A64. 1989).
80. Мегорский Б.В. Методика установления причин пожаров от печного
отопления. - М.: Изд-во МКХ РСФСР, 1961.
81. ”Saf. seajnt”. - 1974, № 60, 16-17 (РЖ 8.68.156, 1974).
82. Peacock Richard D. "FireTechnol". - 1987, 23, № 4,292-312 (РЖ 5Б247,
1988).
83. Makeen A., Kamp E. "Osterr. Feuerwehr”. - 1987, v 3, 17-18.
84. "Brandwacht".- 1986, 41,№6. 128-129 (РЖ 12A36, 1986).
85. Puchner U. “Schadenprisma”, - 1988, 17, № 2, 23-26 (РЖ 9Б173, 1988).
86. Kindermann G. “Brandverhutung”. - 1986, № 3, 8 (РЖ 10A173, 1986).
87. Przepi6rka R. Laktady Azotowe “Putawy”. Пат. 133370, ПНР. Заявл.
23.03.83 № 241185, опубл. 31.10.86. МКИ Fl7 с 13/12 (РЖ 5Б124П, 1987).
88. "Fire Control Digest". - 1988, 14. № 1 (РЖ 6Б50, 1988).
89. Weikert F., Rebenack К., Manig S. “Schweisstechnik". - 1987, 37, № 12,
563-565 (РЖ6Б137. 1988).
90. Hellmann H.. Worpenberg R. “Schweiss undSchneid". - 1987, №7, E102-
E105. 315-321 (РЖ 11Б110. 1987).
91. Kindermann G. "Brandverhutung”. - 1987, № 4, 3 (РЖ 10Б174, 1987).
92. Hupe H.H. "UB: Vorbeugender Brandschutz”. - 1987, 6, № 1-2, 40-42
(РЖ 11Б182, 1987).
93. Gordon H. "J.Consum Prod. Flammabil". - 1978, 5, № 1, 20-25 (РЖ
I2A2O8. 1978).
94. John D. De Haan Kirk s Fire investigation, New-York, 1983.
95. Яворский E.M., Детлаф A.A. Справочник по физике. - М.: Наука,
Главная редакция физико-математической л-ры, 1979.
96. Hamer Mick “New Sci.”- 1988, 117,№ 1601, 26 (РЖ 8Б244, 1988).
97. Таубкин СИ Основы огнезащиты целлюлозных материалов. - М.:
Изд-во МКХ РСФСР, 1960.
98. Wraight Н. "Fire Res. Note”. - 1974 (Экспресс-информ.: Пожарная ох-
рана. - М.: ВИНИТИ, 1974, № 33, 10).
99. Абдурагимов И.М., Андросов А.С., Бартак М. - ФГВ, 1986, 22, № 1,
10-13.
100. Башкирцев М П., Повзик Л.С., Даниленко А С. Труды ВИПТШ:
Противопожареая техника и безопасность. - М., 1978, 83-88.
589
101. Lopez M.C. Fire Prof, and Fire Fight Nuel Install. Proc. Int. Symp, Vienna
27 Febr. - 3 March. 1989.
102. Moyer J. “Schweir. Feuerwehr- Ztg". - 1986, 162, № 12, 671, 679. (РЖ
5A33, 1987).
103. Смелков Г.И.. Александров А.А., Пехотиков В.А. Методы опреде-
ления причастности к пожарам аварийных режимов в электротехнических уст-
ройствах. - М.: Стройиздат, 1980.
104. Beland В. “Fire Technol”, - 1986, 22. № 4, 341-345 (РЖ 5Б115, 1987).
105. Смелков Г.И.. Гришин Е.В. !Г£ез. докл. на совещании по теме: повы-
шение эффективности и надежности электроснабжения сельского хозяйства,
Москва. 6-10 сентября 1987.-М.. 1987, 66-67 (РЖ 12Б85, 1987).
106. Рябов Д. “Пожарное дело. “ - 1986. № 12, 23 (РЖ 5Б20. 1987).
107. Coates М . Loader К. "FirePrev". - 1988. №207.46-48,50 (РЖ 8А205,
1988).
108. Sachs Gordon М. “Fire Eng". - 1987,140, № 10,41-44(РЖ 5Б254,1988).
109. Александров А.А., Пехотиков В.А. Материалы экспертного заклю-
чения по пожару в гостинице "Россия”. - М., 1977.
110. Aarnio М. "Palontorjunta”. - 1988. 39, № 1, 59 (РЖ 6Б69, 1988).
111. Стандарт на взрывозащиту в электромагнитных полях. - ФРГ, Din
VDE, 0848-85. ч. 3 (РЖ 7Б85, 1988).
112. Roberts A F "Chem. Eng. Res. and Des.” - 1987,65, №4,291-298 (РЖ
1Б96. 1988).
113. Сенько В.Ф., Кузнецов В.А. - “Уголь Украины", 1988, № 4, 32-33
(РЖ 8Б73. 1988).
114. Ausobskv S. “Brandverhotung". - 1986,№ 4, 10-11 (РЖ 12Б223, 1986).
115. "Brand oih raddning". - 1987. 2, № 6-7. 36-37 (РЖ 9Б103, 1987).
116. Owens .I E. "PlanVOper. Progr.". - 1988.7,№ 1, 37-39(РЖ 8Б49, 1988).
117. Бейкер У.. Кокс II.. Уэстрайн П., Кулеш Дж., Стрелоу Р. Взрывные
явления: оценка и последствия. - М. Мир, 1986.
118. Веревкин В.Н, - Инф. сб. ВНИИПО: Пожарная профилактика, № 9.
- М Стройиздат. 1974.
119. Попов Б.Г.. Веревкиц В.Н.. Бондарь В.Н., Горшков В.Н. Статичес-
кое электричество в химической промышленности. - Л.: Химия, 1977.
120. "FirePrev”. - 1977, № 122, 18 (РЖ 7А117, 1978).
121. Матков В.Н.. Сахарова Т.В. "Каучук и резина". - 1987, № 4, 38-41
(РЖ 8Б172, 1987).
122. Mertins “Wetterlotse”. - 1974. 26, № 325-326, 2-8 (РЖ 8.68.154, 1974).
123. Чистяков Ю.А., Борисов М.Б., Леонович В.Н. Проблемы совершен-
ствования процессов технической эксплуатации авиационной техники, инженер-
но-авиационного обеспечения полетов в условиях ускорения научно-техничес-
кою прогресса /Тез. докл. Всесоюзн. научно-техн, конф., 13-15 апреля, 1988. -
М 1988, 70-71 (РЖ 7Б106, 1988).
124. “Mot. Schnee”. - 1988, 19,№5, 38-39 (РЖ 1Б120. 1989).
125. “Киндай Сёбо, Fireman". - 1987. 25. №5, 95-104 (РЖ 8Б190, 1987).
590
126. Turkowski К. “Brandwacht”. - 1987, 42, № 7, 152-153 (РЖ 11Б208,
1987).
127. "Киндай Свбо, Fireman”. - 1987, 25, № 12, 146-151 (РЖ 5Б77, 1988).
128. Кривошапкин И.С., Люльков В.В., Капранов А.А. - Инф. сб.
ВНИИПО: Пожарная опасность веществ и технологических процессов. - М.,
1988, 53-56.
129. ”Allg., Pap-Rdsch”. - 1987, 111, № 9, 218-220, 223-225 (РЖ 6Б182,
1987).
130. Филиппов А.А., Холтуринский Н.А., Берлин А.А. //Горение гетеро-
генных и газовых систем. - Всесоюзн. симпозиум по горению и взрыву. - Таш-
кент, 1986, 82-85.
131. Филиппов А.А., Холтуринский Н.А., Берлин А.А. “Высокомолеку-
лярные соединения”. - 1985, т. (А) XXVII, №6, 1185—1189.
132. Холтуринский Н.А.,Попова Т.В., Берлин А.А. “Успехи химии”. -
1984, т. LIII, вып. 2, 326-346.
133. ’’Bull. Int. Dairy Fed”. - 1987, №219, 1-15 (РЖ 10Б128, 1988).
134. Таубкин С.И., Баратов А.Н., Никитина Н.С. Справочник пожарной
опасности твердых веществ и материалов. - М.: Изд-во МКХ РСФСР, 1961.
135. Киселев Я., Абрамов А. “Пожарное дело”. - 1974, № 3, 24-26.
136. Bihowicki Jacek. “Meeh. rol”. - 1987, 36, № 1,25-28.
137. Nadler “Osterr. Feuerwehr’. - 1988, № 2, 6-7 (РЖ 6Б277, 1988).
138. Вымах Л.П., Проценко Л.С. //Пожарная опасность веществ и техно-
логических процессов. - М.: ВНИИПО, 1988 (РЖ 10Б170, 1988).
139. Danzer Doter. “Landtechn. Z”. - 1988, 39, № 6, 670-674 (РЖ 1 ОБ 175,
1988).
140. Pineau J.P. “Suer. fr”. - 1987, 128, № 111, 5-9.
141. Строительные нормы и правила. Производственные здания промыш-
ленных предприятий. - СНиП 11-90-81, ч. II, гл. 90. - М.: Стройиздат, 1982.
СНиП 2.09.02-85
142. Правила устройства электроустановок, 6-е изд. (перераб. и дополи.).
- М.: Энергоатомиздат, 1987.
143. Правила изготовления взрывозащищенного и рудничного оборудо-
вания. - М.: Энергия, 1969.
144. Хитрии Л.Н. Физика горения и взрыва. - М.: МГУ, 1957.
145. Беллес Ф.Е., Свет Дж.Р. //Основы горения углеводородных топлив.
- М.: Иностранная литература, 1960.
146. Кумагаи С. Горение. - М.: Химия, 1979.
147. Ройтман М.Я. Противопожарное нормирование в строительстве. -
М.: Стройиздат, 1985.
148. ГОСТ 12.1.010-76 (Ст. СЭВ 3517-81) Взрывобезопасност ь. Общие тре-
бования. - 1981.
149. Монахов В.Т. Методы исследования пожарной опасности веществ.
- М.: Химия, 1972.
150. Dichle Joachim “Jkz Haustechn”. - 1987, № 4,29-30 (РЖ 9Б144, 1987).
591
15(. Справочное пособие по пожарной тактике /Под ред. Евтюшкина
Н.М., Повзика Я.С., - М., ВИПТШ МВД, 1975.
152. Wang Zhixin. Тунчен исэули сюэбао, J. Eng. Thermophys”. - 1987.8,
№2, 184-192 (РЖ 9Б148, 1987).
153. Маршалл В. Основные опасности химических производств. - М.:
Мир, 1989.
154. Молчадский И.С., Макаров В.М., Бородкин А.Н. //Системное ис-
следование пожаров и организационные проблемы пожарной безопасности. -
М., ВНИИПО, 1988.
155. Muno z. - Candelario R., Alvares N.J. “Fire Safety, Sci and Eng. Symp.
Denver Colo 26-27 June, 1984“, Philadelphia, Pa, - 1985,377-384, Discuss, 385 (РЖ
6Б59,1987).
156. Palmer K.N. “Proc. Int. Symp. Explos, Hazard Classif. Vapors, Gases
and Dusts, Washington. D.C. July 15-18, 1986", Washington, D C., 1987, 109-123
(РЖ 1Б41, 1988).
157. Prodhomme J.M., Moret F. “Suer. FR", - 1987, 128, № 111,29-34 (РЖ
7Б215, 1987).
158. ’’Brand och raddming". - 1987,2,№4, 18(РЖ9Б134, 1987). .
159. Общесоюзные нормы технологического проектирования. Определе-
ние категорий помещений и зданий по взрывопожарной и пожарной опаснос-
ти: ОНТП-24-86. - М„ МВД СССР, 1987., (заменены на НПБ 105-95, М. 1995).
160. Richmond J.K.. Beitel F.P. “17-th Oil Shale Symp. Prac., Golden Colo,
Apr. 16-18, 1984”, Golden Colo, 1984, 255-268 (РЖ 11Б154, 1987).
161. "Trav. et Secur". - 1986, № 1, 86-87.
162. Harmathy T.Z. “Fire Technol”, - 1972, 8, № 3, 196-217; № 4, 326-351
(Экспресс-информация ВИНИТИ: Пожарная охрана, №21. - М., 1973).
163. Иванов А.А. - Инф.сб.: Пожарная профилактика, № 7. - М.:
ВНИИПО, 1972, 107-112.
164. Самотаев А.К. //Пожарная техника, тактика и автоматические уста-
новки пожаротушения. - М., ВНИИПО, 1989, 137-147.
165. Hall Nina. “New Sci’’,- 1988, 117,№ 1596, 30-32 (РЖ 6Б56, 1988).
166. Ashmore F.S., Shama Y. “Fire Safety J". - 1988, 13, № 2-3, 125-136
(РЖ 10Б74, 1988).
167. Mehaffey J.R. “J. Therm, jnsul". - 1987, 10, № Apr., 256-259 (РЖ 1Б164,
1988).
168. Sanvage E. “Fires Build Proc. Eng. Symp, Luxemburg, 18-21 Sept., 1984”,
London, New-York, 1985, 243-244, 492-493, 595-597 (РЖ 12Б57, 1986).
169. Равич М.Б. Упрощенная методика теплотехнических расчетов. - М.:
Наука. 1964.
170. Stickevers John, “Fire Eng". - 1986, 139. № 1,36-46.
171. Четко А.Д., Егоров Б.С., Голяев В.Г., Смирнов К.П. //Экспертная
техника. - М., ВНИИСЭ, 1987, 99.
172. Булгаков В.К., Кодолов В.И., Липанов А.М. Моделирование горе-
ния полимерных материалов. - М.: Химия, 1990.
592
173. Damjanovic M. “Poiar, eksploz, prev”. - 1987,8, № 1,75-81 (РЖ 2Б167,
1988).
174 Демидов П.Г., Евтюшкин H.M., Ледовских B.A. Справочное посо-
бие по пожарной тактике. - М.: ВИПТШ МВД СССР, 1975.
175. Демидов П.Г., Евтюшкин Н.М. Практикум по пожарной тактике. -
М.: ВИПТШ МВД СССР, 1972.
176. Parnell А.Е. “Rev. gen. Secur". - 1988, № 71,44-46 (РЖ 7Б60, 1988).
177. Методы расчета температурного режима пожара в помещениях зда-
ний различного назначения. - М.: ВНИИПО, 1988.
178. Романенко П.И., Бубырь Н.Ф , Башкирцев М.П. Теплопередача в
пожарном деле. - М.: Высшая школа МВД СССР, 1969.
179. Benjamin J.A. “J. Fire Sei”. - 1987. № 1.25-49 (РЖ 1Б94, 1988).
180. Мегорский Б.В. Методика установления причин пожаров (общие
положения методики и основы пожарно-технической экспертизы). - М.: Изд-во
литературы по строительству, 1966.
181. Thiel N„ Kunze Ch. “Shadenprisma” - 1988, 17, № 2,26-32 (РЖ 10Б21,
1988).
182. Kennedy J., Kennedy P.M. Fires and Explosions. Determining cause and
origin. Investigations Institute, Chicago, Illinois. 1985.
183. Бушев В.П., Пчелинцев B.A , Федоренко В.С., Яковлев А.И. Авт.
свид. 1293600 (СССР), заявл. 11.11.84, № 3810853/40-25, опубл, в БИ, 1987. №8,
МКИ G 01 № 25/00 (РЖ 8Б182 П, 1987)
184. Астапенко В.М., Кошмаров Ю А., Молчадский И.С., Шевляков А Н
Термогазодинамика пожаров в помещениях. - М.: Стройиздат, 1988.
185. Menker R.E., Floren T.N. “Fire Command”, 1986, 53, № 10, 30-34,41
186. Rainbow A.K.M. “Int Symp. Environ. Geotechnol., Allentown, Pa, Apr.
21-23, 1986, Vol. 1” [Lehigh. Valley, Pa], 1986. 425-431. Barret R. “Fire J", 1986, 11,
№ 3, 7, 8-10. (РЖ 5Б162, 5Б163, 1987).
187 Reimers G.W., Pomroy W.H Inf. Circ. J. Bur. Mines US Dep. Inter,
1988, № 9206, 54-60 (РЖ 4Б136. 1989).
188. Tyler B.J. Henderson DK. "Inst. Chem. Eng. Symp. Ser”. - 1987, № 102,
45-59 (РЖ 6Б76, 1988).
189. Мегорский Б.В. //Рекомендации no вопроевм пожарной профилак-
тики и пожаротушения. - М., ЦНИИПО, 1962.
190. Петров А.П., Богданович А П., Лученок Н.Н., Шатров Н.Ф. //Го-
рючесть материалов и обнаружение пожаров. - М., 1986, 25-32.
191. Комамия Кокаку. “Касай”. - 1987, 37,№2, 12-14(РЖ 11Б193, 1987).
192. Труды ВНИИ торфяной промышленности, вып. XV. - Госэнергоиз-
дат, 1957.
193. Jnonas J., Pyg Р. “World Conf. Chem. Accidents, Rome, July, 1987”
Edinburgh. - 1987, 72-75 (РЖ 12Б119, 1988).
194. “Oil and Gas J ”. - 1986, 84, №22. 82 (РЖЗБ97, 1988).
195. Harris F.S. “Hazardous Cargo Bull”. - 1987, 8, № 7, 63, 65 (РЖ 1Б219,
1988).
593
196. Volkmann P. “VB: Vorbengender Brandschutz”, - 1986, 5, № 4 (РЖ
6Б117, 1987).
197. Dosanjh S., Peterson J., Fernandez-Pello A.C., Pagni PI. “Acta
ostronant". - 1986,13, № 11-12, 689-695 (РЖ 6Б63, 1987).
198. Nelson R.M., Adkins C.W. “Con. L, Forest Res.”. - 1986,16,№6,1293-
1300(РЖ6Б62, 1987).
199. Bartknecht W. “Plant/Oper. Progr.”. - 1988,7, №2,114-121 (РЖ 9Б113,
1988).
200. Gibson N„ Lloyd F.C., Perry G.R. “J. Chem. Eng,” Symp. Series. - 1968,
№25,26.
201. Kuczynski R., “Staub Reinhalt Luft.”, - 1987, 47, №5-6. 157-160 (РЖ
12Б137, 1987).
202. “Киндай себо. Fireman”, - 1988, 26, № 1, 153-155 (РЖ 6Б289, 1988).
203. Смирнов К.П. //Рекомендации по вопросам пожарной профилакти-
ки и пожаротушения. - М.. ЦНИИПО, 1962.
204. Кошелкии Б.И., Шестаков В,А. Материалы экспертизы по пожару в
гостинице “Россия”. - 1977.
205. Beck V.R., Poon S.L. “Fire Safety J.”, - 1988. 13, №2-3, 197-210 (РЖ
9Б179, 1988).
206. Астафьев А.Ф. Инженерная справочная книга. - М.-Л,: ОНТИ НКТП
СССР, 1937.
207. Cartwright Р. ”Chem. Eng (GR. Brit.)”, - 1988, № 454, 49 (РЖ ЗБ70,
1989).
208. Бабкин Е.И., Гурашов М.И., Наливайко В.Б., Фомченков А.П. //Си-
стемное исследование пожаров и организационные проблемы пожарной безо-
пасности. - И.: ВНИИПО. 1988. 138.
209. Кузьмищев А.П.. Романов В.В. //Системное исследование пожаров
и организационные проблемы пожарной безопасности. - М.: ВНИИПО, 1988,
129.
210. Ударные трубы. - Сб. статей / Подред. Рахматулина Х.А. и Семено-
ва С.С. - М.: Иностранная литература, 1962.
211. Гейдон А.Г.. Герл И Р Ударная труба в химической физике высо-
ких температур. - М.. Мир, 1966.
212. Иванов Б.А. Безопасность применения материалов в контакте с ки-
слоррдом. - М,: Химия, 1974.
213. BinksG. “Process Eng.”, - 1987, 15, № 10, 19, 23(РЖ7Б101, 1988).
214. Волков О.М., Проскуряков Г.А. Пожарная безопасность на пред-
приятиях транспорта и хранения нефти и нефтепродуктов. - М.: Недра, 1981.
215. Иванников В.П., Клюс А П. Справочник руководителя тушения по-
жара. - М.: Стройиздат, 1987.
216. Попов П.С.. Реутт В.Ч., Гришин В.В. //Пожарная профилактика. -
Сб. ВНИИПО. - М.: Стройиздат. 1974, 3-12.
217. Спейшер В.А. Сжигание газа на электростанциях и в промышленно-
сти. - М.: Энергия, 1967.
594
218. Иванов Е.Н. гаснет и проектирование сетей противопожарной за-
щиты. - М.: Химия 1990.
219. Шорин С.Н., Ермолаев О Н. ‘ Теплоэнергетика", - 1959, № 2, 57-62.
220. Левченко Г;.В., Китаев Б.Н. "Сталь", - 1952, № 3, 265-272.
221. Михеев В.П., медников Ю.П. Сжигание природного газа. - Л.: Не-
дра, Ю75.
222. Стрижевский И.И., Эльнатанов И.И. Факельные установки. - М.:
Химия, 1979.
223. Абдура. п.ксь И м., Говоров В.Ю., Макаров В.Е. Физико-химичес-
кие основы развития и су.нения пожну ое. — М.'. ВИПТШ МВД СССР, 1980.
224 Повзик Л.С . Панарин В.М.. Смоляренко А.М. Пожарная тактика.
- М.: ВИПТШ МВД СССР, 1984
225 Heinrich М , Ceroid Е.. Wieffeltt Р. "J.Hazardous Mater”, - 1988, 20,
bfe 3. 287-301 (РЖ 5Б56, 1989)
226 Kukxonen J.. Savclair.en L "Palontorjunta”, - 1988,39, № 9, 30-31 (РЖ
5Б58. 1989).
227. fssiern. "Taspo-Mag ”. - 1987. № 12, 29 (РЖ ЗБ83, 1988).
228 Каг.ияусА.Ф Петров Й.И , Рассолов Б.К., РеуттВ.Ч., Сапунов H.E..
Семененко Д.К., Сильвестров Л к Пожарная профилактика и тушение пожа-
ров. Инф. сб. № 5. - М.: ВНИИПО 19 ’0, 57-68.
229 Абдурагимов И.М Понимасов Е.Н. Пожарно-технические меро-
приятия и пожаротушение на объектах народного хозяйства. - М., 1986, 77-82.
236. Lannoy Andre "Rev. gen. Secur”. - 1988, № 73,41-48 (РЖ 12Б64,1988).
231. Wolanski P. "Proc. Shenyang Int. Symp. Dust Explos. Shenyang, Sept.
14-16, 1987”, - Shenyang, 1987. 568-598 (РЖ 5Б127, 1988).
232. Саклантий A.P.. Ахачинский А.В., Таубкин И.С., Беньковская Т.В.
//Экспертная техника. - М.. ВНИИСЭ. 1987, 99.
233. Frohlich G. "Chem-lr.g.-Techn". - 1978, 50, № 11,861-866 (РЖ 6Б215,
1978)
234 Бесчастнов МВ. Оценка и обеспечение взрывобезопасности промыш-
ленных объектов. "Безсласнссть труда ь промышленности", - 1988, № 1,52-97.
235. Kaplan L. "World CoiJ". Спспг>. Accidents. Rome, Joly, 1987”, Edinburgh,
- 1987, 40-46 (РЖ 2a292, 1988)
236. Giesbrecht H. "J. Hazardous Mater". - 1988, 17, № 3,247-257 (РЖ 7Б55,
1988).
237. Bond J. "inst. Chem. Eng. Symp. Ser.”, - 1987, № 102,37-44 (РЖ 6Б178.
1988).
238. Andreozzi R., Caprio V., Crescitelli S., Russo G. ” J.Hazardous Mater”,
- 1988, 17. № 3, 305-313 (РЖ 7Б63, 1988).
239. Clancey V.I ' Inst. Chem. Eng. Symp. Ser”. - 1987, № 102, 11-23 (РЖ
6Б77, 1988',.
240. Молчанов Ь “Пожарное дело". - 1989. № 3, 18-19 (РЖ 6Б152, 1989).
241. Ross В Pound G.M., Kadlec R. Failure Analysis Associates. 2225 East
Bayshore Road, Palo Ako, California, 94303, USA.
595
242. Clark E.E. ‘-Locomotive”. - 1987.65. № 8, 187-189 (РЖ 6Б134. 1988).
243. Matsui H.. Komamiya К. Санчё андзен кенкудзё кэнкю хококу. Res.
Rept, Res. Inst. Ind. Safety. - 1987. 149-159 (РЖ ЗБ135. 1989).
244. Экспресс-информация: Пожарная охрана. - M.: ВИНИТИ. № 30.
1975.
245. Klais О. “Inst. Chem. Eng. Symp. Ser ", - 1987. № 102. 25-36 (РЖ 6Б177,
1988).
246. Rasmussen В. "I. Hszardous Mater", - 1988,19.№ 3.279-288 (РЖ ЗБ166,
1989).
247. Rajof P. “Prey. Explos. therm: comment maitriser react Chim. c.r. jourme
etude 26 jan. 1986”. Paris. 1986.3-11 (РЖ 11Б164.1987).
248. Mentel S. "Poziarnik", - 1988. 65. № 14, 14-15 (РЖ 12Б234. 1988).
249. "Trav. et setur". - 1986. № 1.86-87 (РЖ 8Б215, 1986).
250. Pineau J.P. “Sucrfr". - 1987. 128. № 11,5-9 (РЖ 6Б124. 1987).
251. “Fire chief, - 1986.30.M5. 18(РЖ 12Б224. 1986).
252. Легасов B.A.. Чайванов Б.Б.. Черноплеков А.Н, Научные проблемы
безопасности современной промышленности “Безопасность труда в промышлен-
ности". - 1988. № 1.44-51.
253. "Proc. Mar. Safety Counc”. - 1978, 35. № 4. 48-50 (РЖ I2A246. 1978).
254. "Fire Command". - 1973. 40. № 9. 26-27 (РЖ 1974. 8. 68. 122).
255. "Toxic Materials Transport", - 1988. 9. № 5, 38 (РЖ 8Б240. 1988).
256. Johansson Olle "Brand Vaern". - 1986. № 3. 2-7 (РЖ 5A173. 1987).
257. Piefersen C.M. "Gas-Wasser-Abwasser". - 1986, 66. № 6. 375-382 (РЖ
11Б252. 1986).
258. McRae Max. H.'Plant/Oper. Progr.".- 1987. 6. № 1. 17-191РЖ 7A186.
1987).
259. Blommaeri P . Prescott G.. Grisolia L. "Plant/Oper. Progr.". - 1986. 5.
№ 3. 155-159 (РЖ 12Б139. 1986).
260. Me. Henry H.J., Reud D.T., Shives T.R. "Mater Perform", - 1987. 26.
№8. 18-24 (РЖ ЗБ96. 1988).
261. KyteGreg. "Fire Command". - 1987. 54. № 1.32-3.3 (РЖ 7A189. 1987).
262. Buehler J.H. et al "Chdm. Eng ”. - 1970, 77. № 19. 77-86.
263. FireF.L. "Fire Eng.". - 1986, 139.№9. 25. 27. 28 (РЖ 5Б68. 1987).
264. "Proc. Mar. Safety Counc". - 1987. 44. № 9. 239 (РЖ 1Б222. 1988).
265. RoSik S. "Poziarnik". - 1988. 65. №4. 14 (РЖ 8A206. 1988).
266. Hanley E.S. "J. Chem. Educ". - 1988. 65. № 1. A6. A8-A12 (РЖ 8Б96.
1988)
267. Бубырь Н.Ф. // Пожарная безопасность новых производств хими-
ческой промышленности. - М.: Изд-во МКХ РСФСР. 1962.
268. Takagi Н., Takiguchi J.. Takahashi М. "Canko То Xoah. Mining and
Safety".-1988. 34. №1.21-29 (РЖ 12Б63 1988).
269. Заключение судебно-технической экспертизы по делу о взрыве и по-
жаре на Дмитровградском льнокомбинате. 1975.
596
270. Matsuda Toci ” Андзэн к.-.лку. J. Jap. Soc. Safety Eng.” - 1987, 26,
№4, 196-204 (РЖ ЗБ93. 1988)
271. Бюллетень Верховного суда СССР, 1977, №1,11,13.
272. Уголовно-процессуз тьный кодекс РСФСР, - М.: Юридическая ли-
тература, 1990.
273 Юридический энциклопедический словарь. - М.: Советская энцик-
лопедия. 1984.
274 Holleghlord R “J Forens Sc ”, - 1988, 28, № 5-6, 374-375 (РЖ 6Б8,
6Б9, 19891.
275. Таубъин И С., Беджашег- В И. Методические рекомендации след-
ственно-прокурорским работникам по подготовке материалов для производства
судебных экспертиз по летам о взрывах на различных объектах народного хо-
зяйства - М . ВНИИСЭ МЮ СССР. 1980
276 Yallop А J Explosion Investigation. Forensic Science Society Press,
Harrogate. England. 1980
277 Jinon J. "Analysis of Explosive” crc. Critical Reviews in Analytical
Chemistry December 191
278. Scotfcr.1 G В "Ni cl. J-.r-y ” - ‘987. 28, №№ 1,3, 4(РЖ 9Б183, 1987).
279 Kirby G N . Siwek R Them Eng.” (USA). - 1986, 93, № 12, 125-128
(РЖ5Б119. 1987).
280. "Tire J". - 1987. 11; № 2. if. 17 (РЖ 9Б149, 1987).
281. Bixowicki Jacek "Meeh. Rol". - 1987, 36, № 1,25-28 (РЖ 9Б236, 1987).
282 "Nat. Safety and Health News”, - 1986, 134, № 3, 33-36 (РЖ 12Б82,
1986)
283. Смирнов К.П., Четко И.Д. и др. Комплексная методика определе-
ния очага пожара. - Л.: ЛФ ВНИИПО. 1986.
284. Persy J.P.. Deloye F.X "Bull, liais Lab. pontset chanssdes", - 1986, № 145,
108-114 (РЖ 11Б239. 1987).
285. Ларионова 3.M . Соломонов В.В., Леднева Н.П. "Промышленное
строительство”. - 1989, №2. 20-21 1РЖ6Б172, 1989).
286. Азимов 3.А. ГаилоьБН игр "/Доклады АН УзССР”. - 1988, № 6,
29-31 (РЖ 10А2, 1988).
287. Четко И . Лукин Е "Пож^оное аею" - 1987,№10, 13(РЖ 1Б7,1988).
288. Митричев Л .С.. Россинская Е Р и др. ВНИИ МВД СССР, Авт. свид.
1368743 (СССР), заявл 14.10.85, № 3980072 (40-25, опубл, в БИ, 1988, № 3) МКИ
G 01 № 23/20. (РЖ 6Б16П. 1988).
289. Маковкин А.. Кабанов В . Струков В. "/Пожарное дело”. - 1989,
№ 1,32-33.
290. Экспертные материалы по делу об аварии, происшедшей 23.12.75 на
установке замедленного коксования типа 21-10/6 Красноводского нефтепере-
рабатывающего завода Миннефтехимпрома СССР.
291 ГОСТ 14249-73. Сосуды и аппараты. Нормы и методы расчета на
прочность. - М.: Стандартгиз, 1974.
597
292. OCT 26-771-73. Сосуды и аппараты. Методы расчета укрепления от-
верстий в обечайках, переходах и днищах. - М., Минхиммаш, 1973.
293. ОСТ 26-02-706-72. Допускаемые напряжения при расчете сосудов и
аппаратов, в которых обрабатываются, хранятся и транспортируются взрыво-
пожароопасные продукты и сильно действующие ядовитые вещества. - М.: Мин-
химмаш, 1973.
294. Фрейтаг В.А. Исследование несущей способности цилиндрических
обечаек и уточнение методики их расчета. - “Химическое и нефтянное машино-
строение". - 1963, № 1.
295. Шомин В.М. Расчет защитных конструкций для дуговых вакуумных
печей. “Электротермия”, № 3, 1961, с. 5-7.
296. Баум Ф.А., Станюкович К.П., Шехмер Б.И. Физика взрыва. - Физ-
матгиз, 1959.
297. Набок А.А., Хазов В.Д. Из опубликованных трудов авторов, 1973.
298. Шапиро Д.М. Внешняя баллистика. - М.: Оборонгиз, 1946.
299. Алексеев М.В. Предупреждение пожаров от технологических при-
чин. - М.: Изд-во МКХ РСФСР, 1963.
300. Монахов В.Т., Михайлов В.Г. и др. Пожарная опасность гудрона и
битумов. - Экспресс-информация ВНИИПО: Серия 1, вып. 10. - М., 1969.
301. Нормативный метод гидравлического расчета паровых котлов., т. 1,
вып. 33. -Л..ЦКТИ. 1973.
302. Заключение пожарно-технической экспертизы по делу о пожаре, воз-
никшем при спуске с горки на станции Московка Зап.-Сиб. ж.д., вагона с про-
водником и грузом. - 1984.
303. Глазунов В.Н. Поиск принципов действия технических систем. - М.,
1990.
304. O’Connor David G. "Fire Eng ”, - 1986. 139, № 3, 54. 56, 58-60 (РЖ
11Б21. 1986).
305. Браун Д.Б. Анализ и разработка систем обеспечения техники безо-
пасности. - М.: Машиностроение. 1979.
306. Заключение по результатам пожарно-технической экспертизы, про-
веденной по делу о пожаре, возникшем в результате столкновения цементово-
зов с бензоцистерной на ст. Ливны-1 Орловского отделения Московской ж.д. -
1977.
307. Alan N. Beard "Fire”, - 1979, 71. № 885. 517-519.
308. Таубкин И.С. "Экспертная техника”, - 99, М., ВНИИСЭ, 1987.
309. Рачевский Б.С., Сафонов В.С. "Транспортирование и хранение неф-
тепродуктов и углеводородного сырья", 1987, № 1, 16-18 (РЖ 6Б135, 1987).
310. Таубкин С.И.. Касьянов А.А., Белан М.С. “Железнодорожный транс-
порт", 1978, №2. 58-61.
311. Simic D. "Pozar. exploz. prev". 1986. 7. № 3-4. 297-306 (РЖ 2Б154,
1988).
312. "Пожарное дело", - 1989. № 1,37.
313. Зарецкий А.Д. "Безопасность труда в промышленности". 1988, № 1,
60-61.
598
314. Смелков Г.И. Пожарная опасность электропроводок при аварийных
режимах. - М.: Энергоатомиздат, 1984.
315. Маковкин А.В., Зернов С.И., Кабанов В.Н. Из опубликованных тру-
дов авторов, 1988.
316. Пехотиков В.А. и др. Сб. “Пожарная профилактика в электроуста-
новках". - М.: ВНИИПО, 1985,65-74.
317. Смелков Г.И., Пехотиков В.А., “Пожарное дело”, 1986, № 7, 22.
318. Смирнов К.П. Из опыта определения причин пожаров, связанных с
эксплуатацией электроустановок. - М.: Изд-во МКХ РСФСР, 1963.
319. Методика установления причин пожаров на железнодорожном транс-
порте. УВО МПС СССР, М., 1982., № ЦУОП-1/13.
320. Таубкин И.С., Ахачинский А.В. Заключение по факту аварии на л/к
“Капитан Драницин” Мурманского морского пароходства, 1985.
321. FireF.L. “Fire Eng.", - 1991, 144,№3, 163-167 (pip 1Б62, 1992).
322. Таубкин И.С., Саклантий А.Р., Гельфанд Б.Е. Проблемы безопас-
ности при чрезвычайных ситуациях. - М.: ВИНИТИ, 1991, вып. 6, 59-96.
323. Ильяшев А.С. Специальные вопросы архитектурно-строительного
проектирования. Учеб, пособие для Вузов - 2-ое изд. - М.: Стройиздат, 1985.
324. Бабкин В.С., Кононенко Ю.Г., Вьгхристюк А.Я. и др. Сгорание ло-
кального объема газа в закрытом сосуде, ФГВ, 1985, 21, № 6.
325. Макаров А.Н., Шерман М.Я. Расчет дроссельных устройств. - М.:
Металлургиздат, 1953.
326. Эльтерман В.М. Вентиляция химических производств. - М.: Химия,
1980.
327. Правила устройства, монтажа и безопасной эксплуатации взрыво-
защищенных вентиляторов (ПУМБЭВВ-85). - М.: Недра, 1988.
328. Таубкин И.С., Ахачинский А.В., Уршанский М.А. Сб. “Проблемы
безопасности при чрезвычайных ситуациях” Вып. 5. - М.: ВИНИТИ, 1994.
329. Рафа П.И. Пожарная безопасность при огневых работах. - М.: Строй-
издат, 1984.
330. Микеев А.К. Пожар - социальные, экономические, экологические
проблемы. - М.: Ассоциация “Пожнаука”, 1994.
331. Расследование пожаров. Пособие для работников Госпожнадзора в
2-х ч. - М.: ВНИИПО МВД РФ, 1993.
332. Шевченко Н.Ф., Арнополин А.Г.. Семененко В.Н. и др. Взрывоза-
щищенное электрооборудование. - М.: Недра, 1972.
333. Справочник “Пожаровзрывоопасность веществ и материалов и сред-
ства их тушения”. Под ред. Баратова А.Н. и Корольченко А.Я., ч. I и II. - М.:
Химия, 1990.
334. Горшков В.И., Гурьянова Н.Н. и др. Расчет и экспериментальное
определение скорости выгорания горючих жидкостей (методические рекомен-
дации). - М: ВНИИПО, 1985.
335. Таубкин С.И., Соснова И.С. Инструкция по заполнению и кодиро-
ванию статлистка о пожаре (загорании). - М: МПС СССР, ПКТБ, АСУЖТ, 1978.
336. Коновалов Б., газета “Известия", 26.01.1990.
599
Таубкин Соломон Исаакович
ПОЖАР И ВЗРЫВ, ОСОБЕННОСТИ ИХ ЭКСПЕРТИЗЫ
Ответственный за выпуск Е.А.Мешалкнн
Технический редактор А.Н.Ромашкнн
Изд лиц. ЛР № 021300 от 25 нюня 1998 г. Подписано в печать 30.10.98 г.
Бум. Формат 60x84/8. Печать офсетная. Усл. печ. л. 67,82. Уч.-изд. л.65,8.
Тираж 1000 экз. Заказ 13.
Типография ВНИИПО МВД России. 143900, Московская обл., Балашихинский
р-н, пос. ВНИИПО, д.12.