Опасные факторы пожара и их вторичные проявления. Поражающие факторы пожара. Снижения количества кислорода

2.1. Классификация опасных и вредных производственных факторов. Гигиеническая оценка условий и характера труда Опасные и вредные производственные факторыНа предприятиях работающие могут подвергаться воздействию различных опасных и вредных производственных факторов

К косвенным материаль­ным потерям относятся затраты на восстановление производства, потери от недовыпуска продукции, срыв графиков движения поездов, выплаты штрафов и неустоек грузоотправителям (грузополучателям) и др. На пожаре расходуются огнетушащие средства, изнашивается пожарная техника и оборудование, боевая одежда и снаряжение пожарного.

Пожары - это мощный фактор, негативно влияющий на состояние экономики страны. Урон от пожаров не только невосполним, но и требует еще больших затрат для восстановления уничтоженных материальных ценностей.

Опасными факторами , воздействующими на людей и материальные ценности, являются:

Пламя и искры;

Повышенная температура окружающей среды;

Токсичные продукты горения и термического разложения;

Пониженная концентрация кислорода.

К вторичным проявлениям опасных факторов пожара, воздействующим на людей и материальные ценности, относятся:

Осколки, части разрушившихся аппаратов, агрегатов, установок, конструкций;

Радиоактивные и токсичные вещества и материалы, вышедшие из разрушенных аппаратов и установок;

Электрический ток, возникший в результате выноса высокого напряжения на токопроводящие части конструкций, аппаратов, агрегатов;

Огнетушащие вещества.

Опасные факторы взрыва происшедшего вследствие пожара. К ним относятся:

• 
  ударная волна, во фронте которой давление превышает допустимое значение;
• 
  пламя;
• 
  обрушивающиеся конструкции, оборудование, коммуникации, здания и сооружения и их разлетающиеся части;
• 
  образовавшиеся при взрыве и (или) выделившиеся из поврежденного оборудования вредные вещества, содержание которых в воздухе рабочей зоны превышает предельно допустимые концентрации.

Температура среды. Эффект воздействия высокой температуры на организм человека в значительной мере зависит от влажности воздуха: чем выше влажность, тем ниже критическая температура. Для начальной стадии пожара, которая характеризуется сравнительно высокой влажностью, критическая температура находится в пределах 60-70 °С.

Наибольшую опасность представляет вдыхание нагретого воздуха , приводящее к поражению и некрозу (омертвению) верхних дыхательных путей, удушью и смерти. Так, воздействие температуры свыше 100 °С приводит к потере сознания и гибели через несколько минут. Опасны также ожоги кожи. Несмотря на большие успехи медицины в лечении ожогов, человек, получивший ожоги II степени на 30 % поверхности тела, имеет мало шансов выжить.

Исследованиями установлено, что во влажной атмосфере вторую степень ожога вызывает температура 55 °С при воздействии в течение 20 с и 70 °С - в те­чение 1 с. Температура 69-71 °С при вре­мени воздействия несколько минут является опасной для человека.

Лучистые потоки. В некоторых случаях опасность для людей мо­гут представлять лучистые потоки. Исследованиями установлено, что при пожаре в сценической коробке зрелищного предприятия лучистые потоки представляют опасность для зрителей первых ря­дов партера уже через 30 с пожара. Еще большая интенсив­ность лучистых потоков наблюдается при пожарах технологических установок. В некоторых случаях человек без специальных средств защиты не в состоянии приблизиться к таким установкам ближе 10 м.

Переносимость человеком лучистых потоков зависит от интенсивности облучения. Чем выше интенсивность облучения, тем меньше время, в течение которого человек способен выдерживать воздействие лучистых потоков. В качестве критической может быть принята интенсивность, равная 3000 Вт/м, при которой время до появления болевых ощущений составляет примерно 10-15 с, а время переносимости - 30-40 с.

Токсичные продукты горения. При пожарах в современных зда­ниях с применением полимерных и синтетических материалов на человека могут воздействовать токсичные продукты горения. Хотя в продуктах горения нередко содержится 50-100 видов химиче­ских соединений, оказывающих токсическое воздействие, по мне­нию большинства ученых разных стран, основной причиной гибели людей при пожарах является отравление окисью углерода.

Окись углерода (СО) опасна тем, что она в 200-300 раз лучше реагирует с гемоглобином крови, чем кислород, вследствие чего красные кровяные тельца утрачивают способность снабжать орга­низм кислородом. Наступает кислородное голодание, гипоксия тка­ней, теряется способность рассуждать, человек становится равно­душным и безучастным, не стремится избежать опасности, насту­пает оцепенение, головокружение, нарушение координации движе­ния, а при остановке дыхания - смерть.

Концентрация оксида углерода в размере 0,5 % вызывает смертельное отравление через 20 мин., а при концентрации 1,3 % смерть наступает в результате 2-3 вдохов.

Критическое содержание кислорода для человека – менее 17 % (об.)

В 50-80 % случаев гибель людей на пожарах вызывалась отравлением окисью углерода и не­достатком кислорода.

Другие продукты горения могут также представлять опасность для жизни человека (таблица 2).

Таблица 2 - Действие газов и паров на организм человека

Пожаровзрывоопасность и основные показатели её оцен ки

Если горючим веществом является газ , основными показателями являются:

• 
  концентрационные пределы распространения пламени (КПР), называемые также пределами воспламенения или взрываемости;
• 
  нормальная скорость распространения пламени (U н, м/с);
• 
  температура самовоспламенения (Т с, C);
• 
  минимальная энергия зажигания (МЭЗ, Д ж);
• 
  максимальное давление взрыва (Р max , КПа).

Горение возможно в области составов между НКПР и ВКПР. Это пространство называется областью воспламенения . Вне этой области горение в режиме распространения пламени невозможно.

Рис. 6 Схема концентрации пределов распространения пламени.

Нормальная скорость распространения пламени - это скорость перемещения фронта пламени относительно несгоревшего газа в направлении, перпендикулярном к его поверхности.

Температура самовоспламенения - наименьшая температура горючего вещества , при которой происходит резкое увеличение скорости экзотермической реакции с воздухом, заканчивающееся воспламенением .

Минимальная энергия зажигания - это наименьшая энергия искрового разряда, способная воспламенить наиболее легковоспламеняющуюся смесь вещества с воздухом.

P max – максимальное давление, развиваемое при воспламенении (зажигании) стеклометрической смеси данного горючего вещества.

При оценке пожаровзрывоопасности жидкостей необходимо знать и другие показатели. К ним относятся:

Температура вспышки (Т всп), С;

Температура воспламенения (Т в), С;

Температурные пределы воспламенения (ТП: нижний – НТП, верхний – ВТП), С.

Температура вспышки Т всп – минимальная пожароопасная температура жидкости, при которой внесённый извне в паровое пространство над жидкостью источник зажигания вызывает быстрое сгорание паров, но при удалении источника зажигания горение прекращается. По физическому смыслу Т всп – это минимальная температура жидкости, при которой давление насыщенных паров жидкости создаёт концентрацию паров над жидкостью, соответствующую НКПР.

В зависимости от летучести, характеризуемой температурой вспышки и позволяющей судить о возможности образования взрывоопасной среды, жидкости подразделяются на легковоспламеняющиеся (ЛВЖ) и горючие (ГЖ). К ЛВЖ относятся жидкости с T всп  61 С и к ГЖ – с Т всп  61 С.

Нагрева жидкостей до Т всп недостаточно для устойчивого горения жидкости. Для обеспечения требуемой интенсивности испарения для устойчивого горения необходим нагрев жидкости до более высокой температуры, называемой температурой воспламенения (Т в). Температура воспламенения - наименьшая температура вещества, при которой пары над поверхностью горючего вещества выделяются с такой скоростью , что при воздействии на них источника зажигания наблюдается воспламенение.

Если для устойчивого горения жидкости нагрев до Т всп недостаточен, то для достижения НКПР паров необходим нагрев именно до этой температуры. Взрывоопасность жидкостей можно характеризовать как КПР, так и ТП. Температурные пределы – это температуры жидкостей, при которых давление насыщенных паров создает концентрацию паров, соответствующую концентрационному пределу распространения пламени. Зависимость между ТП и КПР выражается следующим образом:

Где Р нтп, Р втп – давление насыщенных паров при нижнем температурном пределе (НТП) и верхнем температурном пределе (ВТП) соответственно;

Р атм – атмосферное давление.

Пожарная опасность твердых веществ и материалов характеризуется их склонностью к возгоранию и самовозгоранию. К возгоранию относятся случаи возникновения горения при воздействии внешних источников зажигания с температурой выше температуры самовозгорания (Т св). К самовозгоранию относятся случаи горения, возникающие при температуре окружающей среды или при умеренном нагреве ниже Т св.

Пожарная опасность строительных материалов определяется следующими пожарно-техническими характеристиками: горючестью, воспламеняемостью, распространением пламени по поверхности, дымообразующей способностью и токсичностью, и осуществляется согласно СНиП 21-01-97.

Одной из важнейших пожароопасных характеристик веществ и материалов является их горючесть , под которой понимается способность распространять по себе горение.

По горючести вещества и материалы подразделяют на три группы:

негорючие (несгораемые) - вещества и материалы, не способные к горению в воздухе (например: бетон, железобетон, кирпич и др.). Негорючие вещества могут быть пожаровзрывоопасными (например, окислители или вещества, выделяющие горючие продукты при взаимодействии с водой, кислородом воздуха или друг с другом);

трудногорючие (трудносгораемые) - вещества и материалы, способные гореть в воздухе при воздействии источника зажигания, но не способные самостоятельно гореть после его удаления (гипсовые и бетонные изделия с органическими заполнителями, древесина, пропитанная огнестойкими составами и др.);

горючие (сгораемые) - вещества и материалы, способные самовозгораться, а также возгораться при воздействии источника зажигания и самостоятельно гореть после его удаления (лесоматериалы, битум, рубероид и многие пластические материалы).

К легковоспламеняющимся веществам относятся те, которые могут воспламенятся при кратковременном воздействии источника зажигания (пламя спички, искра, накалённый электропровод и т.п.).

Трудновоспламеняющимися считают вещества, воспламеняющиеся под действием мощного источника зажигания.

Горючие строительные материалы подразделяются на четыре группы:

Г1 (слабогорючие);

Г2 (умеренногорючие);

Г3 (нормальногорючие);

Г4 (сильногорючие).

Горючесть и группы строительных материалов по горючести устанавливают по ГОСТ 30244.

Прирост температуры в печи не более 50 °С;

Потеря массы образца не более 50 %;

Продолжительность устойчивого пламенного горения не более 10 с.

Строительные материалы, не удовлетворяющие хотя бы одному из указанных значений параметров, относятся к горючим .

Для негорючих строительных материалов другие показатели пожарной опасности не определяются и не нормируются.

по воспламеняемости

В1 (трудновоспламеняемые);

В2 (умеренновоспламеняемые);

В3 (легковоспламеняемые).

Группы строительных материалов по воспламеняемости устанавливают по ГОСТ 30402.

Поверхностная плотность теплового потока (ППТП) - лучистый тепловой поток, воздействующий на единицу поверхности образца.

Критическая поверхностная плотность теплового потока (КППТП) - минимальное значение поверхностной плотности теплового потока, при котором возникает устойчивое пламенное горение.

Горючие строительные материалы по распространению пламени по поверхности подразделяются на четыре группы в зависимости от величины КППТП:

РП1 (нераспространяющие);

РП2 (слабораспространяющие);

РП3 (умереннораспространяющие);

РП4 (сильнораспространяющие).

Группы строительных материалов по распространению пламени устанавливают для поверхностных слоев кровли и полов, в том числе ковровых покрытий, по ГОСТ 30444 (ГОСТ Р 51032-97).

Для других строительных материалов группа распространения пламени по поверхности не определяется и не нормируется.

Горючие строительные материалы по дымообразующей способности подразделяются на три группы:

Д1 (с малой дымообразующей способностью) - КД до 50 м 2 /кг включ.;

Д2 (с умеренной дымообразующей способностью) - КД св. 50 до 500 м 2 /кг включ.;

Д3 (с высокой дымообразующей способностью) - КД св. 500 м 2 /кг.

Группы строительных материалов по дымообразующей способности устанавливают по 2.14.2 и 4.18 ГОСТ 12.1.044.

Коэффициент дымообразования - показатель, характеризующий оптическую плотность дыма, образующегося при пламенном горении или термоокислительной деструкции (тлении) определенного количества твердого вещества (материала) в условиях специальных испытаний.

Значение коэффициента дымообразования необходимо включать в стандарты или технические условия на твердые вещества и материалы.

Горючие строительные материалы по токсичности продуктов горения подразделяются на четыре группы:

Т1 (малоопасные);

Т2 (умеренноопасные);

Т3 (высокоопасные);

Т4 (чрезвычайно опасные).

Группы строительных материалов по токсичности продуктов горения устанавливают по 2.16.2 и 4.20 ГОСТ 12.1.044.

Показатель токсичности продуктов горения - отношение количества материала к единице объема замкнутого пространства, в котором образующиеся при горении материала газообразные продукты вызывают гибель 50 % подопытных животных.

Значение показателя токсичности продуктов горения следует применять для сравнительной оценки полимерных материалов, а также включать в технические условия и стандарты на отделочные и теплоизоляционные материалы.

Строительные конструкции.

Строительные конструкции характеризуются огнестойкостью и пожарной опасностью.

Под огнестойкостью понимают способность строительной конструкции сопротивляться воздействию высокой температуры в условиях пожара и выполнять при этом свои обычные эксплуатационные функции.

Показателем огнестойкости является предел огнестойкости, пожарную опасность конструкции характеризует класс ее пожарной опасности.

Предел огнестойкости строительных конструкций устанавливается по времени (в минутах) наступления одного или последовательно нескольких, нормируемых для данной конструкции, признаков предельных состояний:

Потери несущей способности (R);

Потери целостности (Е);

Потери теплоизолирующей способности (I).

Пределы огнестойкости строительных конструкций и их условные обозначения устанавливают по ГОСТ 30247. При этом предел огнестойкости окон устанавливается только по времени наступления потери целостности (Е).

Потеря несущей способности определяется обрушением конструкции или возникновением предельных деформаций.

Потеря ограждающих функций определяется потерей целостности или теплоизолирующей способности.

Потеря целостности наступает вследствие образования в конструкциях сквозных трещин или отверстий, через которые на необогреваемую поверхность проникают продукты горения или пламя.

Потеря теплоизолирующей способности определяется повышением температуры на необогреваемой поверхности конструкции в среднем более чем на 140 С или в любой точке этой поверхности более чем на 180 С в сравнении с температурой конструкции до испытания.

Определение фактических пределов огнестойкости строительных конструкций в большинстве случаев осуществляют экспериментальным путём. Сущность метода испытания конструкций на огнестойкость сводится к тому, что образец конструкции, выполненный в натуральную величину, нагревают в специальной печи и одновременно подвергают воздействию нормативных нагрузок. При этом определяют время от начала испытания до появления одного из признаков, характеризующих наступление предела огнестойкости конструкции.

Рисунок 7 – Схемы некоторых строительных конструкций с указанием их пределов огнестойкости:

А - кирпичная стена;

Б - железобетонная колонна;

В - сборные железобетонные панели перекрытий с круглыми и овальными пусто­тами;

Г - незащищенные металлические конструкции;

Д - перекры­тие по металлическим балкам;

Е - металлическая облицованная ко­лонна, материал облицовки - кирпич толщиной 6,5 см;

Ж - пере­крытие по деревянным балкам;

З - деревянная оштукатуренная стойка.

Помимо огневых испытаний в ряде случаев предел огнестойкости может быть определён расчётным путём, который проводится по потере несущей способности и по прогреву необогреваемой поверхности конструкции. Момент времени воздействия пожара, по истечении которого температура на необогреваемой поверхности достигает недопустимого уровня, или несущая способность снизится до величины действующих на конструкцию рабочих нагрузок, или прогиб её достигнет недопустимого уровня, характеризует расчётную огнестойкость конструкции.

По пожарной опасности строительные конструкции подразделяются на четыре класса:

К0 (непожароопасные);

К1 (малопожароопасные);

К2 (умереннопожароопасные);

К3 (пожароопасные).

Класс пожарной опасности строительных конструкций устанавливают по ГОСТ.

Повышение огнестойкости. Одним из методов повышения огнестойкости стальных конструкций является их облицовка или оштукатуривание. Для зaщиты стальныx кoнстpyкций oт дeйcтвия высoких температур пpименяют различного poдa экpaны из несгopaемых и трудносгораемых материалов. Хopoшие результаты в некоторых случаях дает также охлаждение металлических конструкций водой.

При проектировании металлических конструкций избегают их сочетания со сгораемыми материалами (древесина, пластмассы и др.).

Предел огнестойкости железобетонных конструкций может быть увеличен за счет толщины защитного слоя арматуры у изгибаемых элементов. При необходимости прибегают к оштукатуриванию и облицовыванию поверхностей несгораемым теплоизоляционным материалом (вермикулитом, асбестовермикулитом, перлитом и др.)

Для защиты деревянных конструкций в первую очередь применяют штукатурки и облицовки из несгораемых материалов. Из имеющихся видов штукатурки предпочтение отдают известково-цементной толщиной 20 мм или равноцнных ей по термическому сопротивлению (асбестоцементные листы, гипсовая штукатурка и т.д.). Весьма эффективна защита антипиренами – химическими веществами, предназначенными для придания древесине невозгораемости (фосфорнокислый аммоний (NH 4) 2 HPO 4 , бура Na 4 B 2 O 7 10H 2 O и др.).

В настоящее время для огнезащиты строительных конструкций используют следующие способы :

1) обетонирование, оштукатуривание, обкладка кирпичом;

2) нанесение непосредственно на поверхность объекта огнезащиты (например, конструкции, кабели) огнезащитных покрытий (окраска, обмазка, напыление и т.п.);

3) облицовка объекта огнезащиты плитными материалами или установка огнезащитных экранов (конструкционный способ);

4) комбинированный (композиционный) способ, представляющий собой рациональное сочетание различных способов.

Основные преимущества и недостатки способов огнезащиты строительных конструкций, кроме комбинированного (композиционного), приведены в табл. 3.

Таблица 3

Любой пожар сопровождается проявлением опасных факторов пожара. Опасный фактор пожара (ОФП) - фактор пожара, воздействие которого приводит к травме» отравлению или гибели человека, а также к материальному ущербу .

Опасными факторами пожара (ОФП), воздействующими на людей и материальные ценности, являются:

Пламя и искры;

Повышенная температура окружающей среды;

Токсичные продукты горения и термического разложения;

Пониженная концентрация кислорода.

К вторичным проявлениям опасных факторов пожара относятся:

Осколки, части разрушившихся аппаратов, агрегатов, установок, конструкций;

Радиоактивные и токсичные вещества и материалы, вышедшие из разрушенных аппаратов и установок;

Электрический ток, возникший в результате выноса высокого напряжения на токопроводящие части конструкций, аппаратов, агрегатов;

Опасные факторы взрыва, происшедшего в результате пожара;

Огнетушащие вещества.

Около 73% погибших при пожарах погибают от воздействия на них токсичных продуктов горения, около 20% - от действия высокой температуры, около 5% - от пониженного содержания кислорода. Остальные погибают от травм, полученных в результате обрушения строительных конструкций, разлета осколков при взрыве, из-за обострения и проявления скрытых заболеваний и психических факторов.

Опасные факторы пожара действуют во времени и пространстве и оказывают негативное влияние на человека, материальные ценности, окружающую природную или техногенную среду одновременно.

При пожарах, как правило, наблюдается сочетанное воздействие сразу нескольких ОФП.

Предполагается, что полный поражающий эффект от такого воздействия будет больше, чем от простого суммирования воздействий отдельных составляющих. Такое явление, когда, результат взаимодействия не является простой суммой частных действий, а порождает качественно новые результаты, зависящие от всей совокупности взаимодействий, носит название синергизм. Однако пока еще нет достоверных данных, подтверждающих или опровергающих это предположение.

Основополагающим документом, базирующимся на вероятностном подходе, является ГОСТ 12.1.004 – 91. ССБТ. Пожарная безопасность. Общие правила. Этот документ регламентирует требования к мероприятиям по пожарной профилактике.

В соответствии с этим стандартом объекты должны иметь системы пожарной безопасности, направленные на предотвращение воздействия на людей опасных факторов пожара, в том числе их вторичных проявлений, на требуемом уровне. При определении требуемого уровня обеспечения пожарной безопасности людей принимается, что вероятность предотвращения воздействия опасных факторов в год в расчете на каждого человека должна быть не менее 0,999999, а допустимый уровень пожарной опасности для людей – не более 10 -6 воздействия опасных факторов пожара, превышающих предельно допустимые значения, в год в расчете на каждого человека.