Методы и средства защиты человека от опасных и вредных производственн

ГЛАВА 8

СРЕДСТВА ЗАЩИТЫ ОТ ПОЖАРА

Горение – это быстрое соединение кислорода или другого окислителя с горючим веществом. Эта химическая реакция носит экзотермический характер. Первоначально количество тепла, выделяющегося при реакции, остается незначительным, легко рассеивается, и температура вещества поднимается ненамного. Если вещество нагревается, реакция по мере подъема температуры ускоряется. При определенной температуре, которая зависит от природы вещества и некоторых других факторов, горение становится более активным и к теплу внешнего источника добавляется теплота горения. Резко повышается равновесная температура, и при достижении точки воспламенения вещество воспламеняется. Для того чтобы произошло воспламенение, т.е. горение с пламенем, вещество должно начать выделять горючие газы или пары в результате испарения, разложения или химической реакции (например, с образованием оксида углерода). В противном случае горение будет происходить без пламени.

Сгорание может быть полным и неполным. Для полного сгорания необходимо наличие достаточного количества кислорода, чтобы обеспечить полное превращение горючего в его насыщенные оксиды. В тех случаях, когда воздуха подается недостаточно, окисляется лишь часть вещества. Остальное разлагается с выделением большого количества дыма. При этом образуется оксид углерода. Дым состоит из твердых или жидких частиц, которые остаются во взвешенном состоянии в газообразных продуктах сгорания и перемещаются вместе с ними. Количество и плотность дыма зависят от характера горючего вещества. Вещества, в продуктах разложения которых содержится большой процент тяжелых фракций, например смол, образуют очень густой дым.

При пожаре сгорание всегда неполное и, следовательно, выделяется дым, что затрудняет пожаротушение вследствие ухудшения видимости или наличия токсичных веществ в воздушной среде.

Избыток воздуха, с другой стороны, охлаждает газообразные продукты сгорания. В тех случаях, когда горючего немного, охлаждения бывает достаточно, чтобы погасить огонь, поскольку температура падает ниже уровня, необходимого для воспламенения. Именно это происходит, когда задувают свечу. Однако сильный ветер при лесном пожаре оказывает обратное действие, поскольку масса горючего материала и объем газообразных продуктов сгорания слишком велики, чтобы могло произойти необходимое охлаждение.

8.1. ЯВЛЕНИЯ, ВЫЗЫВАЮЩИЕ ПОЖАР

Пламя и накаленные материалы. Когда твердое вещество подвергается воздействию пламени, его температура повышается, начинается описанный выше процесс, что может вызвать пожар. Вероятность возникновения пожара зависит от следующих факторов:

151

1)характера твердого вещества, которое может быть горючим, трудногорючим

инегорючим;

2)массы твердого вещества; небольшое количество материала не способно выделить достаточно теплоты сгорания для распространения пожара;

3)состояния твердого вещества; легко зажечь спичкой древесную стружку или отдельные листки бумаги, поскольку у этих материалов велика площадь поверхности, открытой для доступа воздуха, и, следовательно, высока скорость окисления, тогда как для воспламенения бревна или плотной пачки бумаги требуется более интенсивный огонь;

4)способа, с помощью которого зажигается горючее твердое вещество; если предмет из этого вещества располагается над огнем вертикально, он загорится быстрее, чем при горизонтальном расположении.

Накаленный материал, будь это горючее (например, кокс) или негорючее вещество (например, раскаленный докрасна металл), способен вызвать загорание при соприкосновении с горючим твердым телом при условии, что его масса достаточно велика, чтобы помешать слишком быстрому охлаждению, и что само горючее тело находится в состоянии, обеспечивающем быстрое окисление (опилки, древесная стружка, неплотно сложенная бумага и т. п.). В последнем случае для загорания достаточно раскаленных брызг расплавленного металла от газового резака. Твердое вещество, нагретое выше температуры, при которой оно раскаляется (например, электропроводник при перегрузке), способно воспламенить материал, с которым оно находится в контакте, если тепло будет рассеиваться недостаточно быстро.

Излучение. Горючему веществу иногда нет необходимости вступать в непосредственный контакт с пламенем или накаленным материалом. Все источники тепла испускают видимые и ИК-лучи, т.е. электромагнитные волны. Когда эти волны встречают препятствие, они передают ему свою энергию, которая преобразуется в тепло. Таким образом, тело, подвергающееся облучению, нагревается и при недостаточном охлаждении может достичь температуры воспламенения и загореться. Так, дрова, сложенные у раскаленной печи (продолжительное накаленное состояние), могут воспламениться и вызвать пожар.

Взрывы паров или газов. Любая смесь горючего газа или пара с воздухом вспыхивает при вступлении в контакт с накаленным телом, и возникающее в результате пламя распространяется, если концентрация газа или пара находится в интервале нижнего или верхнего концентрационного предела воспламенения. В зависимости от характера вещества эти пределы могут быть различными. Скорость распространения огня может быть от 1 до 2000 м/с, это зависит от природы горючего, температуры окружающей среды и давления. Именно этот фактор определяет скорость расширения нагретых газов, а следовательно, и ущерб, который способен причинить взрыв.

Взрывы пыли или распыленных жидкостей. Пыль из горючих веществ или ка-

пельки жидкости, взвешенные в воздухе, ведут себя в значительной степени так же, как и газовоздушные или паровоздушные смеси, и тоже способны взрываться.

Искры. Искра с достаточно высокой температурой способна воспламенить горючую смесь газа, пара или пыли с воздухом. Такая искра не воспламенит горючее

152

твердое тело, поскольку она не обладает достаточной энергией и выделяемое тепло рассеется в твердом теле. Искры возникают от электрического тока по разным причинам: при размыкании цепи под током с помощью выключателя или прерывателя, выдергивании штепселя из розетки или обрыве проводника. Искрят подвижные контакты, например токоприемники троллейбусов или коллекторные кольца электродвигателей. Искры могут быть результатом электрического разряда между электродами при большой разнице потенциалов. Искры возникают и от статического электричества при трении между двумя движущимися деталями машин (ремни передач на шкивах), между движущимися объектами и воздухом (приводные ремни), а также между неэлектропроводной жидкостью или газом и трубой. Искры при ударе двух предметов друг о друга могут также воспламенить горючую газовоздушную или паровоздушную смесь. Для того чтобы вызвать воспламенение, искра электрического или механического происхождения должна обладать энергией не менее 0,1 мДж.

Наконец, опасным источником зажигания могут быть искры, возникающие при трении друг о друга двух твердых поверхностей с отделением мелких частиц, например при шлифовании черных металлов. Примером может также служить кремень зажигалки.

Самовозгорание. Горение способно возникнуть в груде твердого минерального топлива или органического материала, если имеет место циркуляция воздуха, достаточная, чтобы способствовать окислению, но недостаточная для отвода выделяемого тепла. Этому явлению способствует увлажнение. У некоторых минералов присутствие определенных веществ (например, железа) может катализировать процесс, а у органической массы важную роль играет деятельность микроорганизмов.

Большинство масел, в особенности растительных, легко окисляются. Количество высвобождающегося тепла определяется площадью поверхности, открытой для доступа воздуха. Она невелика, например, у разлитого масла, но если это же масло впитывается обтирочными концами или опилками, площадь поверхности значительно увеличивается, а тепловыделение при этом возрастает, поскольку материалы, пропитанные маслом, − плохие проводники тепла. Тепло накапливается и нередко за сравнительно короткий срок приводит к самовозгоранию.

Химическая реакция. Некоторые химические реакции сопровождаются выделением достаточного количества тепла, чтобы вызвать пожар: белый фосфор окисляется очень быстро и при контакте с воздухом воспламеняется, мелкие частицы железа (пирофорное железо) самовозгораются при контакте с воздухом и могут воспламенить горючие материалы; карбид кальция при соприкосновении с водой разлагается экзотермически, выделяя ацетилен, который может воспламениться от выделяющегося тепла; натрий и калий бурно реагируют с водой, выделяя водород, который способен воспламениться, если в результате реакции вода нагреется более чем на 40 °С; азотная кислота, вступая в контакт с органическими веществами, может их воспламенить; целлулоид разлагается при температуре около 100 °С, способен воспламеняться примерно при 150 °С и благодаря содержанию кислорода в своем составе может гореть даже в закрытой таре. Окислители, такие

153

как пероксид водорода, хлораты, перхлораты, бораты, пербораты и т. п., которые при нагревании выделяют кислород, активно способствуют окислению и вызывают воспламенение окисляющихся веществ. Даже при отсутствии внешнего источника тепла окислитель способен вызвать воспламенение органического материала, особенно если этот материал находится в измельченном виде или тесно соприкасается с окислителем. Чистый кислород, особенно сжатый, способен вызвать пожар или взрыв при контакте с горючим веществом. Именно поэтому жидкие и консистентные масла нельзя использовать для смазки кислородных баллонов и клапанов.

Прочие явления. Трение между двумя материалами приводит к нагреву, который идет тем быстрее, чем выше коэффициент трения. В тех случаях, когда выделяющееся тепло не успевает рассеиваться, возникает опасность воспламенения горючих материалов (например, возникновение пожара в результате перегрева плохо смазанных подшипников). И, наконец, адиабатическое сжатие газа приводит к повышению его температуры. В результате плохо охлаждаемый компрессор или баллон, в котором происходит сжатие газа, может взорваться вследствие самовозгорания смазочного масла.

8.2. ДИНАМИКА РАЗВИТИЯ ПОЖАРА

Развитие пожара зависит от многих факторов: физико-химических свойств горящего материала; пожарной нагрузки, под которой понимается масса всех горючих и трудногорючих материалов, находящихся в горящем помещении; скорости выгорания пожарной нагрузки; газообмена очага пожара с окружающей средой

ис внешней атмосферой и т. п.

Взависимости от средней скорости выгорания веществ и материалов развитие

пожара может принимать ту или иную динамику. Например, бензин выгорает со скоростью 61,7·103; дизельное топливо − 42,0·103; мебель в жилых и административных зданиях влажностью 8–10% − 14,0·103; книги, журналы − 4,2·103; резина −

11,2·103; хлопок+капрон (3:1) − 12,5·103кг/(м·с).

Влитературе приводятся общие схемы развития пожара, которые включают

в себя несколько основных фаз (экспериментальные данные для помещения размером 5×4×3 м, отношением площади оконного проема и площади пола 25 %, пожарной нагрузкой 50 кг/м2 − древесные бруски).

I фаза (10 мин) − начальная стадия – это переход возгорания в пожар (1–3 мин) и увеличение зоны горения (5–6 мин).

Втечение первой фазы происходит преимущественно линейное распространение огня вдоль горючего вещества или материала. Горение сопровождается обильным дымовыделением, что затрудняет определение места очага пожара. Среднеобъемная температура повышается в помещении до 200 °С (темп увеличе-

ния среднеобъемной температуры в помещении 15 °С в 1 мин). Приток воздуха в помещение увеличивается. Поэтому очень важно в это время обеспечить изоляцию помещения от наружного воздуха (не рекомендуется открывать или вскрывать окна и двери в горящее помещение; в некоторых случаях, при достаточном обеспе-

154

чении герметичности помещения, наступает самозатухание пожара) и вызвать пожарные подразделения. Если очаг пожара виден, необходимо по возможности принять меры к тушению пожара первичными средствами пожаротушения.

Продолжительность I фазы составляет 2–30 % продолжительности пожара.

II фаза (30–40 мин) − стадия объемного развития пожара. Бурный процесс,

температура внутри помещения поднимается до 250–300 °С, начинается объемное развитие пожара, когда пламя заполняет весь объем помещения. Процесс распространения пламени происходит уже не поверхностно, а дистанционно, через воздушные разрывы. Остекления разрушается через 15–20 мин от начала пожара. Изза разрушения остекления приток свежего воздуха резко увеличивает развитие пожара. Темп увеличения среднеобъемной температуры − до 50 °С в 1 мин. Температура внутри помещения повышается с 500–600 до 800–900 °С. Максимальная скорость выгорания − 10–12 мин.

Стабилизация пожара происходит на 20–25-й минуте от начала пожара и продолжается 20–30 мин.

III фаза − затухающая стадия пожара. Догорание в виде медленного тления. Температурное поле внутреннего пожара неравномерно в объеме помещения. Так, при горении бензина на площади 2 м2 в помещении объемом 100 м3 на 15-й минуте в зоне горения температура составила 900 °С, а в самой удаленной точке – 200 °С. При этом у потолка температура достигала 800 °С и более, по центру высоты помещения − 500 °С, у пола − 200 °С.

Нагретые продукты горения преимущественно концентрируются в верхней части помещения, что особенно характерно для помещений с высокими потолками. Поэтому в условиях задымленного помещения наилучшая видимость и соответственно наименьшая концентрация отравляющих веществ отмечается у припольного пространства.

Исходя из анализа динамики развития пожара, можно сделать некоторые выводы:

1.Автоматические системы пожарной сигнализации и тушения пожара должны сработать в начале I-й фазы развития пожара. В этой фазе пожар еще не достиг максимальной интенсивности развития.

При отсутствии автоматических систем сигнализации о пожаре время сообщения в пожарную охрану значительно увеличивается. Без вызова пожарной охраны безуспешно пытаться ликвидировать возгорание первичными средствами пожаротушения.

2.Тушение пожара подразделениями пожарной охраны начинается, как правило, через 10–15 мин после извещения о пожаре, т. е. через 15–20 мин после его воз-

никновения (3–5 мин до срабатывания системы сигнализации о пожаре; 5–10 мин − следование на пожар; 3–5 мин − подготовка к тушению пожара). К этому моменту пожар принимает объемную форму развития и максимальную интенсивность.

В зависимости от характеристики горючей среды или горящего объекта пожары подразделяются на следующие классы и подклассы (табл. 8.1).

155

8.3. ОПАСНЫЕ ФАКТОРЫ ПОЖАРА

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

•пламя и искры;

•повышенная температура окружающей среды;

•токсичные продукты горения и термического разложения;

•дым;

•пониженная концентрация кислорода.

Предельные значения опасных факторов пожара:

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

•осколки, части разрушающихся 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 по ГОСТ 12.1.010, происшедшего вследствие по-

жара;

•огнетушащие вещества.

156

8.4. СИСТЕМА ЗАЩИТЫ ОТ ПОЖАРА

Система защиты от пожара представлена на рис. 8.1.

Система предотвращения пожара − комплекс организационных мероприятий и технических средств, направленных на исключение условий возникновения пожара.

Рис. 8.1. Схема системы пожарной безопасности

Система противопожарной защиты − совокупность организационных мероприятий и технических средств, направленных на предотвращение воздействия на людей опасных факторов пожара и ограничение материального ущерба от него.

Организационные мероприятия включают в себя разработку мер (правил) пожарной безопасности на предприятии (приказов, инструкций, положений и т. п.). Правила пожарной безопасности − комплекс положений, устанавливающих порядок соблюдения требований и норм пожарной безопасности при строительстве

иэксплуатации объекта. При разработке профилактических мероприятий предва-

рительно изучается противопожарное состояние объекта. Противопожарное состояние объекта − состояние объекта, характеризуемое числом пожаров и ущербом от них, числом загораний, а также травм, отравлений и погибших людей, уровнем реализации требований пожарной безопасности, уровнем боеготовности пожарных подразделений и добровольных формирований, а также противопожарной агитации

ипропаганды. Организационные мероприятия устанавливают противопожарный режим на предприятии. Противопожарный режим − комплекс установленных норм поведения людей, правил выполнения работ и эксплуатации объекта (изделия), направленных на обеспечение его пожарной безопасности.

Надзорными функциями на предприятиях наделены лица, назначенные приказом руководителя, а также добровольные пожарные. Пожарный надзор − функция пожарной охраны, состоящая в осуществлении контроля за выполнением мероприятий, направленных на обеспечение пожарной безопасности объектов и повышение эффективности борьбы с пожарами.

157

8.5. ОГНЕСТОЙКОСТЬ ЗДАНИЙ И СООРУЖЕНИЙ

Условия развития пожара в зданиях и сооружениях во многом определяются их огнестойкостью. Под огнестойкостью понимают способность материалов, конструкций и зданий в целом противостоять возгоранию, сохранять прочность, неразрушаться инедеформироваться под действием высоких температур при пожаре.

Предел огнестойкости строительных конструкций определяется временем

вчасах и минутах от начала их огневого стандартного испытания до возникновения одного из предельных состояний по огнестойкости: по плотности − образование

вконструкциях сквозных трещин или сквозных отверстий, через которые проникают продукты горения или пламя; по теплоизолирующей способности − повышение температуры на необогреваемой поверхности в среднем более чем на 160 °С или в любой точке этой поверхности более чем на 190 °С в сравнении с температу-

рой конструкции до испытания, или более 220 °С независимо от температуры конструкции до испытания; по потере несущей способности конструкций и узлов − об-

рушение или прогиб в зависимости от типа конструкции. Наименьший предел огнестойкости имеют незащищенные металлические конструкции, а наибольший − железобетонные.

Степень огнестойкости зданий и сооружений зависит от группы возгораемости

ипредела огнестойкости основных строительных конструкций. В соответствии со СНиП «Противопожарные нормы» здания могут быть пяти степеней огнестойкости: I, II, III, IV и V. Наиболее безопасны в отношении пожаров здания I и II степеней огнестойкости.

Впостройках и сооружениях I и II степеней огнестойкости все конструктивные элементы несгораемые (кроме крыш в зданиях с чердаками, которые могут быть сгораемыми) с пределами огнестойкости соответственно 0,5–2 и 0,25–2 ч. При III степени огнестойкости зданий и объектов несгораемыми должны быть только несущие стены, каркас, колонны, а перегородки, междуэтажные и чердачные пере-

IV степени огнестойкости несгораемыми могут быть только противопожарные стены (брандмауэры), разделяющие здания большой площади на части; несущие стены, колонны, перегородки и заполнение каркасных стен должны быть трудносгораемыми, а несущие элементы покрытий могут быть сгораемыми. У зданий V степени огнестойкости все элементы, кроме брандмауэров, могут быть из сгораемых строительных материалов.

В зданиях всех степеней огнестойкости допускается делать сгораемыми: щитовые перегородки, остекленные при высоте глухой части до 1,2 м от пола, а также сборно-разборные и раздвижные; полы (кроме тех помещений, где применяют или хранят легковоспламеняемые и горючие жидкости); оконные переплеты, ворота и двери, кроме расположенных в противопожарных стенах; облицовку стен, перегородок и потолков, обрешетку крыш и стропила в зданиях с чердаками; кровлю в зданиях III, IV и V степеней огнестойкости с чердаками.

158

Классификация помещений и зданий по пожарной и взрывной опасности.

Предусматриваемые при проектировании каждого конкретного здания (сооружения, помещения) противопожарные мероприятия должны учитывать степень его пожарной или взрывной опасности, которая зависит от размещенного в этом здании (сооружении помещении) производства.

В зависимости от характера технологического процесса различают производства пяти категорий: А, Б − взрывоопасные; В, Г и Д − пожароопасные.

Категория А − производства, где имеются: горючие газы с нижним пределом воспламенения до 10 % объема воздуха; жидкости с температурой вспышки паров до 28 °С включительно (при условии, что указанные газы и жидкости могут образовывать взрывоопасные смеси объемом более 5 % объема помещений); твердые вещества, способные взрываться и гореть при взаимодействии с водой, кислородом воздуха или между собой (склады бензина, спирта, карбида кальция и т. д.; газогенераторные помещения; участки и отделения, где выполняются работы с красками и органическими растворителями, и др.).

Категория Б − производства, в которых могут находиться: горючие газы с нижним пределом взрываемости более 10 % объема воздуха; жидкости с температурой воспламенения паров 28–61 °С включительно; жидкости, нагретые в условиях производства до температур вспышки и выше; горючие пыли или волокна с нижним пределом воспламенения до 65 г/м3 к объему воздуха. При этом указанные газы, жидкости и пыли могут образовывать взрывоопасные смеси объемом более 5 % объема помещения (склады лаков и красок, баллонов с кислородом или сжатым аммиаком; цехи по приготовлению травяной муки, комбикормов, белкововитаминных добавок, дроблению сухого сена, соломы, жмыха; машинные и аппаратные залы аммиачных компрессорных станций и др.).

Категория В − производства, где используются: жидкости с температурой вспышки паров выше 61 °С; горючие пыли и волокна с нижним пределом взрываемости более 65 г/м3 к объему воздуха; вещества, способные только гореть при взаимодействии с водой, кислородом воздуха или между собой; твердые горючие вещества и материалы (зерносушилки; элеваторы зерна; участки диагностики и ремонта двигателей; гаражи; столярные мастерские-отделения дробления и просеивания концентрированных кормов; цехи сушки молока, крови, яйцепродуктов и др.).

Категория Г − производства, в которых обрабатываются: негорючие материалы и вещества в горячем и расплавленном состоянии при наличии выделений лучистой теплоты, искр, пламени; производства с использованием твердых, жидких

игазообразных веществ, сжигаемых или утилизируемых в качестве топлива (котельные; кузницы; сварочные участки; термические, травильные, лудильные отделения; машинные залы фреоновых холодильных установок и др.).

Категория Д − производства, связанные с обработкой негорючих веществ

иматериалов в холодном состоянии (токарный инструментальный, разборочномоечные цехи; овощехранилища; силосохранилища и др.).

159

8.6. СПОСОБЫ ПРЕКРАЩЕНИЯ ГОРЕНИЯ. ОГНЕГАСЯЩИЕ СРЕДСТВА

Для того чтобы не допустить или прекратить горение, надо исключить одно из трех необходимых его условий: горючее вещество, окислитель или источник зажигания. С этой целью применяют следующие способы:

1)прекращают доступ окислителя в зону горения или к горючему веществу или снижают поступающий его объем до предела, при котором горение становится невозможным;

2)понижают температуру горящего вещества ниже температуры воспламенения или охлаждают зону горения;

3)ингибируют (тормозят) реакцию горения;

4)механически срывают (отрывают) пламя сильной струей огнегасящего вещества.

Вещества или материалы, способные прекратить горение, называют огнегасящими средствами. К ним относят воду, химическую и воздушно-механическую пену, водные растворы солей, инертные и негорючие газы, водяной пар, галоидоуглеводородные смеси и сухие твердые вещества в виде порошков.

Огнегасящие средства классифицируют по следующим признакам:

• по способу прекращения горения — охлаждающие (вода, твердая углекисло-

та и т. п.), разбавляющие концентрацию окислителя в зоне горения (углекислый газ, инертные газы, водяной пар и т. п.), изолирующие зону горения от окислителя (порошки, пены и т. п.), ингибирующие [галоидоуглеводородные смеси, в состав которых могут входить тетрафтордибромэтан (хладон 114В2), трифторбромэтан (хладон 13В1), бромистый метилен, а также составы на основе бромистого этила (3,5; 4НД; СЖБ; БФ); цифры в обозначении составов, указанных последними, показы-

вают, во сколько раз они эффективнее диоксида углерода];

• по электропроводности — электропроводные (вода, химические и воздушно-

механические пены) и неэлектропроводные (инертные газы, порошковые составы);

• по токсичности — нетоксичные (вода, пены, порошки), малотоксичные

(СО2, N2) и токсичные (C2HsBr и т. п.).

Чтобы прекратить горение, достаточно исключить какой-либо из перечисленных факторов. Следовательно, пожаротушение можно обеспечить:

1)охлаждением очага горения до определенных температур;

2)интенсивным ингибированием (торможением) скорости химических реакций в пламени;

3)механическим срывом пламени (сильной струей воды, газа, порошка);

4)созданием условий огнепреграждения.

Для создания этих условий традиционно применяют различные огнетушащие вещества и составы. Эффект воздействия средств тушения на горение зависит от физико-химических свойств горящих материалов, условий их горения и других факторов. Водой можно охлаждать и изолировать очаг горения, пенами – изолировать и охлаждать, порошками – ингибировать горение и преграждать распространение пламени устойчивым порошковым облаком.

160