ЛЕКЦИЯ 1 ЧРЕЗВЫЧАЙНЫЕ СИТУАЦИИ

1.1 Общие сведения о чрезвычайных ситуациях

Чрезвычайная ситуация (ЧС) — обстановка на определенной территории, сложившаяся в результате аварии, опасного природного явления, катастрофы, стихийного или иного бедствия, которые могут повлечь или повлекли за собой человеческие жертвы, ущерб здоровью людей или окружающей природной среде, значительные материальные потери и нарушение жизнедеятельности людей.

Зона ЧС — территория, пораженная в результате проявления чрезвычайного события и требующая специальных мер ликвидационного и восстановительного характера.

Оперативная обстановка в зоне ЧС — характеристика зоны ЧС, полученная на определенный момент времени и содержащая сведения о состоянии зоны, проведенных работах по ликвидации ЧС, требуемых ресурсах для ликвидации ЧС, внешних факторах, относящихся к ЧС и влияющих на развитие обстановки.

Предупреждение ЧС — комплекс мероприятий, проводимых заблаговременно и направленных на максимально возможное снижение риска возникновения ЧС, а также на уменьшение всех негативных последствий ЧС в случае их возникновения.

Ликвидация ЧС- аварийно-спасательные и другие неотложные работы, проводимые при возникновении ЧС и направленные на спасение жизни и сохранение здоровья людей, снижение размеров ущерба окружающей природной среды, уменьшение материальных потерь, а также на локализацию зон ЧС и прекращение действия характерных для них опасных факторов.

В основу классификации ЧС могут быть положены разнообразные признаки, характерные для групп чрезвычайных событий. Так, все ЧС делятся в зависимости от сути явления, вызвавшего их, на конфликтные и бесконфликтные (рис. 7.1).

Рисунок 1.1 - Классификация чрезвычайных ситуаций

К бесконфликтным относятся ЧС техногенного, природного и экологического характеров. Источники угроз этих ситуаций находятся в техносфере и природной среде, а сами ситуации возникают в связи с хозяйственной деятельностью человека или проявлением стихийных сил природы.

К конфликтным относятся ЧС, источниками которых являются общество, действия его отдельных групп или неразрешенные противоречия социально-политические или экономические между классами, группами или социальными слоями.

В зависимости от количества пострадавших людей, у которых оказались нарушенными условия жизнедеятельности, размера материального ущерба, а также размера зон действия поражающих факторов ЧС подразделяются на следующие группы:

- локальные (пострадало не более 10 чел., либо нарушены условия жизнедеятельности не более чем у 100 чел., либо материальный ущерб составил не более 1000 минимальных размеров оплаты труда и зона ЧС не вышла за пределы территории объекта производственного или социального назначения);- местные (пострадало от 10 до 50 чел., либо нарушены условия жизнедеятельности 100 — 300 чел., либо материальный ущерб составил 1 —5 тыс. минимальных размеров оплаты труда и зона ЧС не вышла за пределы населенного пункта, города, района);

- территориальные (пострадало 50 — 500 чел., либо нарушены условия жизнедеятельности 300 — 500 чел., либо материальный ущерб составил от 5 тыс. до 0,5 млн. минимальных размеров оплаты труда и зона ЧС не вышла за пределы субъекта Российской Федерации);

- федеральные (пострадало более 500 чел., либо нарушены условия жизнедеятельности более 1000 чел., либо материальный ущерб составил более 5 млн минимальных размеров оплаты труда и зона ЧС вышла за пределы более двух субъектов Российской Федерации);

- трансграничные (поражающие факторы вышли за пределы России либо ЧС, происшедшие за рубежом, затронули территорию Российской Федерации).

Чрезвычайные события (явления, процессы), лежащие в основе ЧС и их инициирующие, подразделяются на группы по следующим классификационным признакам:

- по скорости увеличения и (или) распространения опасности: внезапные (взрывы, транспортные аварии и др.); с быстрым изменением факторов (пожары, выбросы ХОВ и др.); с умеренным изменением факторов (выбросы РВ и др.); с медленным изменением факторов (засуха, эпидемии, эпифитотии, аварии на очистных сооружениях и др.);

- по характеру источников опасности и поражающих факторов: химические, тепловые, радиационные и др.;

- по результату воздействия поражающих факторов на основные объекты (предприятия, жилые массивы, территории, технические установки и сооружения): затопление, разрушение, заражение и др.

В результате анализа ЧС различных видов установлены следующие фазы развития ситуаций:

- накопление отклонений различных параметров в источнике ЧС от допустимых норм или отрицательных эффектов до критической величины;

- инициирование возникновения ЧС;

- развитие ситуации до достижения максимального действия поражающих факторов;

- затухающее действие поражающих факторов ЧС;

- стабилизация обстановки в зоне ЧС.

Свойства поражающих воздействий оружия, природных явлений, техногенных аварий и катастроф в процессе развития ЧС определяются видами энергии, действующей на человека, объекты техносферы и элементы природной среды. При возникновении ЧС имеют место следующие виды поражения: физическое, химическое, биологическое, информационно-психологическое и комбинированное.

При физическом поражении на объекты воздействуют раздельно или комбинированно все известные формы физической энергии: кинетическая, акустическая, электромагнитная, радиационная, тепловая и др.

Кинетическое (или механическое) поражение является результатом воздействия на людей и материальные объекты среды движущихся предметов (обломки техники, части зданий и сооружений, камни и др.), напора воды, воздуха, грунта, ударной волны, лавы и других факторов. При этом разрушаются или повреждаются материальные объекты, поражаются население, животные и растительность.

Акустическое поражение возникает при воздействии на людей и животных энергии акустических излучений. Звуковые волны с уровнем давления свыше 140 дБ, возникающие при взрывах, приводят к потере слуха, а мощные инфразвуковые излучения на частотах от 2 до 15 Гц в зоне штормов вызывают чувство обеспокоенности, страха и даже могут привести к временной потере зрения, психическим расстройствам, потере сознания или даже к смерти.

Электромагнитное поражение представляет собой результат воздействия на объекты энергии электромагнитных излучений. Электромагнитные излучения различной частоты и мощности могут нарушать работу радиоэлектронных, электрических и оптических средств, линий энергоснабжения, техники и оборудования; вызывать возгорание, оплавление или испарение некоторых материалов; оказывать негативное воздействие на людей и животных. На человека весьма пагубно воздействуют излучения частотой 6,2 Гц.

К радиационному поражению относится воздействие энергии элементарных частиц, при котором на живые организмы, элементы техносферы и природной среды оказывают влияние энергетические частицы материи, образующиеся в результате радиоактивного распада или ядерного взрыва.

Тепловое (или термическое) поражение происходит в результате воздействия на объекты био-, эко- и техносферы тепловой энергии, прежде всего открытого огня - источника пожаров и взрывов. Имея физико-химическую природу, тепловое воздействие является составной частью как физического, так и химического видов поражений.

Акустическое, электромагнитное и частично радиационное поражения имеют общие свойства, обусловленные волновой (лучевой) природой. Направленный перенос энергии в волне или пучке элементарных частиц при воздействии на объекты носит название лучевого поражения. При лучевом поражении используется энергия не вещества, а физических полей.

Несколько видов физического поражения возникают одновременно при взрывах, пожарах, землетрясениях, извержениях вулканов и других явлениях природного и техногенного характера. Все виды такого поражения вызывает ядерный взрыв.

Химическое поражение при ЧС возникает в результате воздействия на объекты химически опасных веществ (ХОВ), в том числе сильнодействующих ядовитых веществ (СДЯВ). Эти вещества поражают людей и животных, загрязняют (заражают) почву, воду, воздух, продукты питания, растительность, здания, сооружения технику и другие объекты техносферы. Вызывая структурные изменения в материалах, они могут приводить к нарушению функционирования технических средств.

Биологическое поражение происходит в результате воздействия на людей и животный мир болезнетворных микробов, токсинов, иных биологически активных веществ, а также энергии происходящих при этом биологических превращений. Это поражение возникает при использовании в военных конфликтах и террористических актах биологического оружия, вследствие техногенных аварий и стихийных бедствий, сопровождающихся разрушением биологически опасных объектов техносферы или выбросом в атмосферу, на почву или в водоемы биологически опасных веществ.

Информационно-психологическое поражение — воздействие с помощью средств массовой информации или специальных средств на психическое состояние человека.

Комбинированное поражение в ЧС имеет место в случае одновременного воздействия на объекты различных видов поражений.

Опасные явления и процессы, приводящие к возникновению ЧС, как события случайные могут быть независимыми или зависимыми от внешнего источника опасности. К внешним относятся источники опасностей, присутствие которых не характерно для той сферы, в которой возникает ЧС. Например, экологические ЧС могут возникать из-за хозяйственной деятельности человека в техносфере, а техногенные аварии и катастрофы на объектах экономики — вследствие проявления опасного природного фактора (землетрясение, сильный ветер, снегопад и др.) или конфликтного события (диверсия, забастовка, массовые беспорядки и др.).

К наиболее частым и типичным авариям на предприятиях, классифицируемым как техногенные ЧС, относятся пожары, взрывы емкостей с горючими газами или жидкостями, разрушение и взрывы технологического оборудования, обрушение строительных конструкций, прорывы трубопроводов с газом, нефтью, ХОВ и другими продуктами, разрушение гидротехнических сооружений.

Анализ причин возникновения промышленных аварий и катастроф позволяет объединить их в группы по следующим признакам:

1) Ошибки и недоработки на стадиях проектирования объекта: изыскательские ошибки; проектные недоработки; конструкторские ошибки и недоработки.

2) Некачественное изготовление (строительство) объекта: отступление от заложенных в проектах решений, материалов; нарушение технологии изготовления (строительства); скрытый брак в материалах или сырье, несоответствие их характеристик нормативным требованиям.

3)Эксплуатационно-технические причины: нарушение технологических процессов (отклонения параметров процесса, отклонения в характеристиках сырья и материалов, нарушение технологической дисциплины и др.); изношенность оборудования.

4) Человеческий фактор: нарушение трудовой дисциплины; нарушение правил безопасности проведения работ; психофизиологические причины (ошибки в действиях, усталость, невнимание и др.).

5) Внешние причины: отклонения параметров энергопитания; погодные факторы; геологические явления; диверсии и др.

Развитие государства и чрезвычайные ситуации катастрофического характера имеют сферы взаимовлияния. Это влияние может быть как позитивным (возможность восстановления производств на базе новейших технологий), так и негативным (повышение риска ЧС — увеличение числа опасных производств и технологий, ограничение развития экономики и социальной сферы). Негативных моментов значительно больше.

В целом на развитие государства ЧС оказывают тормозящее действие, которое проявляется в следующем:

- происходит потеря ресурсов, используемых на социальное и экономическое развитие;

- в зависимости от масштабов катастроф текущие программы развития могут быть прерваны с целью перекачки ресурсов из долгосрочных программ на программы по ликвидации последствий ЧС и осуществление программ реконструкции;

- ухудшается инвестиционная картина, возможен рост безработицы и спад рыночного спроса в регионе ЧС, что ведет к стагнации экономики;

- оказывается негативное влияние на частный сектор экономики, который несет при этом как прямые, так и косвенные убытки.

Таким образом, проблема защиты населения и территорий от ЧС всех видов является глобальной проблемой и, несомненно, относится к сфере национальной безопасности России.

1.2 Характеристика ЧС техногенного характера

К техногенным относятся ЧС, происхождение которых связано с производственно-хозяйственной деятельностью человека на объектах техносферы. Как правило, техногенные ЧС возникают вследствие аварий, сопровождающихся самопроизвольным выходом в окружающее пространство вещества и (или) энергии.

Базовая классификация ЧС техногенного характера строится по типам и видам чрезвычайных событий, инициирующих ЧС:

- транспортные аварии (катастрофы);

- пожары, взрывы, угроза взрывов;

- аварии с выбросом (угрозой выброса) ХОВ;

- аварии с выбросом (угрозой выброса) РВ;

- аварии с выбросом (угрозой выброса) биологически опасных веществ;

- внезапное обрушение зданий, сооружений;

- аварии на электроэнергетических системах;

- аварии в коммунальных системах жизнеобеспечения;

- аварии на очистных сооружениях;

- гидродинамические аварии.

1.3 Чрезвычайные ситуации, вызванные возникновением пожаров и взрывами

Пожары и взрывы объектов промышленности, транспорта, административных зданий, общественного и жилищного фонда наносят значительный материальный ущерб и зачастую приводят к гибели людей.

Пожар — это комплекс физико-химических явлений, в основе которых лежат неконтролируемые процессы горения, тепло- и массообмена, сопровождающиеся уничтожением материальных ценностей и создающие опасность для жизни людей.

Взрыв — это неконтролируемое освобождение большого количества энергии в ограниченном объеме за короткий промежуток времени.

Пожары и взрывы зачастую представляют собой взаимосвязанные явления. Взрывы могут быть вторичными последствиями пожаров как результат сильного нагрева емкостей с горючими газами (ГГ), легковоспламеняющимися жидкостями (ЛВЖ), горючими жидкостями (ГЖ), а также пылевоздушных смесей (ГП), находящихся в закрытом пространстве помещений, зданий, сооружений. В свою очередь, взрывы, как правило, приводят к возникновению пожара на объекте, так как в результате взрыва образуется сильно нагретый газ (плазма) с очень высоким давлением, который оказывает не только ударное механическое, но и воспламеняющее воздействие на окружающие предметы, в том числе горючие вещества.

Объекты, на которых производятся, хранятся или транспортируются вещества, приобретающие при некоторых условиях способность к возгоранию (взрыву), относятся соответственно к пожаро- или взрывоопасным объектам.

Процесс горения возможен при следующих основных условиях: непрерывное поступление окислителя (кислорода воздуха); наличие горючего вещества или его непрерывная подача в зону горения; непрерывное выделение теплоты, необходимой для поддержания горения.

Зона наиболее интенсивного горения, в которой имеются все -те условия, называется очагом пожара. Процесс развития пожара состоит из следующих фаз: распространение горения по площади и пространству; активное пламенное горение с постоянной скоростью потери массы горючих веществ; догорание тлеющих материалов и конструкций.

Пожар происходит в определенном пространстве (на площади или в объеме), которое условно может быть разделено на зоны горения, теплового воздействия и задымления, не имеющие четких границ.

Зона горения занимает часть пространства, в котором протекают процессы термического разложения твердых горючих материалов (ТГМ) или испарения ЛВЖ и ГЖ, горения ГГ и паров в объеме диффузионного давления пламени.

Зона теплового воздействия представляет собой прилегающее к зоне горения пространство, в пределах которого происходит интенсивный теплообмен между поверхностью пламени, окружающими строительными конструкциями и горючими материалами.

В начальной стадии пожара теплота в основном передается теплопроводностью через металлические строительные конструкции, трубы и инженерные коммуникации. При пожарах в зданиях излучение является основным способом передачи теплоты по всем направлениям до момента интенсивного задымления, когда дым в результате рассеивания и поглощения лучистой энергии ослабляет тепловой поток. В период сильного задымления зоны пожара конвекцией передается значительно больше теплоты, чем иными способами; при этом нагретые до высоких температур газы способны с легкостью вызывать возгорание горючих материалов на пути своего движения: в коридорах, проходах, лифтовых шахтах, лестничных клетках, вентиляционных люках и т.д.

При пожарах на открытых пространствах распространение огня происходит в основном за счет возгорания окружающих горючих веществ при передаче им значительной теплоты излучением. Несмотря на то, что доля теплоты, передаваемой конвекцией, достигает ориентировочно 75%, значительная ее часть передается верхним слоям атмосферы и не изменяет обстановки на пожаре. По условиям газообмена и теплообмена с окружающей средой все пожары подразделяются на два обширных класса: 1-й класс — пожары на открытом пространстве; 2-й класс — пожары в ограждениях.

Пожары I -го класса условно могут быть разделены на следующие виды:

- локальные, или не распространяющиеся, когда их размеры остаются неизменными во времени;

- распространяющиеся, когда ширина фронта, периметр или радиус пожара постоянно изменяются по различным направлениям;

- отдельные, когда пожаром охвачены отдельные объекты на территории, так что между ними возможны перемещения людей и техники без защиты от теплового воздействия;

- сплошные, когда одновременно пожаром охвачено преобладающее число объектов на данной территории, так что передвижение людей и техники через участок пожара невозможно без средств защиты от теплового воздействия;

- массовые как совокупность отдельных и сплошных пожаров;

- огневой шторм как особая форма не распространяющегося сплошного пожара, когда имеется значительный восходящий поток продуктов горения и нагретого воздуха и приток свежего воздуха со скоростью не менее 50 км/ч со всех сторон по направлению к границам огня.

Пожары 2-го класса могут быть двух видов: открытые, когда их развитие идет при полностью или частично открытых дверных, оконных и вентиляционных проемах; закрытые, которые протекают при полностью закрытых проемах.

Пожарная опасность объектов техносферы, в которых находятся ТГМ, определяется удельной пожарной нагрузкой g, МДж/м2, по формуле

, (1.1)

где Gi -количество i-го материала пожарной нагрузки, кг;

Q - низшая теплота сгорания i-го материала пожарной нагрузки,

МДж/кг;

n - количество видов материалов пожарной нагрузки;

S - площадь размещения пожарной нагрузки, м2 (не менее 10 м2).

Пожарная нагрузка в помещениях представляет собой различные виды мебели, материалов, инвентаря, оборудования и т.п., а на открытых пространствах — отдельные объекты (здания, штабели пиломатериалов, емкости и сооружения), материалы в россыпи, растительный покров (трава, кустарник, лес), торфоразработки и т. п.

Пожароопасность горючих материалов (ГГ, ЛВЖ, ГЖ, ГП и ТГМ) определяется их физико-химическими свойствами через систему показателей, включающих температуру вспышки, температуру воспламенения, температуру самовоспламенения, нижний и верхний пределы распространения пламени, температурные пределы распространения пламени, скорость выгорания, теплоту горения, коэффициент дымообразования и др. физико-химические и пожароопасные свойства горючих веществ, их отношение к огнетушащим веществам определяют особенности пожаров.

С этой точки зрения пожары подразделяются на следующие классы:

А - пожары ТГМ, в основном органического происхождения;

Б - пожары ГЖ и плавящихся ТГМ;

С - пожары ЛВЖ и ГГ;

Д - пожары металлов и их сплавов;

Е - горение электроустановок.

Взрывопожарная и пожарная опасность помещений и зданий производственного и складского назначений определяется в зависимости от количества и пожаровзрывных свойств горючих веществ, находящихся в них, и особенностей осуществляемых технологических процессов. Нормами пожарной безопасности все производства и помещения подразделяются на категории пожарной опасности А, Б, В1—В4, Г, Д (табл. 4.1, 4.2). Категории зданий по взрывопожарной и пожарной опасности определяются по соотношению площадей помещений, имеющих соответствующие категории взрывов и пожароопасности, к общей площади здания.

Таблица 1.1

Категории пожарной опасности производств и помещении

продолжение таблицы 1.1

Таблица 1.2

Характеристика пожарной нагрузки помещений категории В

Здание относится к категории А, если в нем суммарная площадь помещений категории А превышает 5% площади всех помещений или 200 м². Допускается не относить здание к категории А, если суммарная площадь помещений категории А не превышает 25% общей площади здания (но не более 1000 м²) и эти помещения оборудованы установками автоматического пожаротушения.

Здание относится к категории Б, если одновременно выполнены два условия: здание не относится к категории А; суммарная площадь помещений категории А и Б превышает 5% общей площади здания или 200 м². Допускается не относить здание к категории Б, если суммарная площадь помещений категории А и Б не превышает 25% общей площади здания (но не более 1000 м2) и эти помещения оборудованы установками автоматического пожаротушения.

Здания относятся к категории В, если одновременно выполнены два условия: здание не относится к категориям А или Б; суммарная площадь помещений категорий А, Б и В превышает 5% суммарной площади всех помещений (10%, если в здании отсутствуют помещения категорий А и Б). Допускается не относить значение к категории В, если суммарная площадь помещений категорий А, Б и В в здании не превышает 25% общей площади (но не более 3500 мг) и эти помещения оборудованы установками автоматического пожаротушения.

Здания относятся к категории Г, если одновременно выполнены два условия: здания не относятся к категориям А, Б или В; суммарная площадь помещений категорий А, Б, В и Г превышает 5 % общей площади здания. Допускается не относить здания к категории Г, если суммарная площадь помещений категорий А, Б, В и Г в здании не превышает 25 % общей площади (но не более 5000 м2) и помещения категорий А, Б и В оборудованы установками пожаротушения.

Здания относятся к категории Д, если они не относятся к категориям А, Б, В или Г.

Пожар представляет большую опасность для здоровья и жизни людей, оказавшихся в зоне его воздействия. Результатами воздействия пожара являются ожоги, травмы и гибель людей. Опасностями пожара являются: повышенная температура окружающей среды; открытый огонь и искры; лучистые тепловые потоки; дымовые газы и токсичные продукты горения; пониженная концентрация кислорода в воздухе; разрушение строительных конструкций; взрывы емкостей с газом и перегретыми парами жидкостей и др.; психофизиологические факторы.

Особую опасность для жизни людей на пожарах представляет воздействие на их организм дымовых газов, содержащих токсичные продукты горения и разложения различных веществ и материалов. Наиболее опасным является продукт неполного горения -оксид углерода, 0,5% концентрация которого вызывает смертельное отравление в течение 20 мин, а при концентрации 1,3% смерть наступает в результате 2-3 вдохов. При горении полимерных материалов в воздух выделяются такие токсичные соединения, как цианистый водород, фосген, оксид азота, сероводород, хлористый водород и др., незначительные концентрации которых являются смертельными для человека.

Углекислый газ, который является постоянным спутником пожара, менее опасен, так как вызывает реальную опасность для жизни только при концентрациях, достигающих 8- 10 %.

Взрывы могут иметь химическую или физическую природу. При химических взрывах в твердых, жидких, газообразных взрывчатых веществах или аэровзвесях (мелкодисперсных частиц ГЖ или ГП в воздухе) горючих веществ, находящихся в окислительной среде, с огромной скоростью протекают экзотермические окислительно-восстановительные реакции или реакции термического разложения с выделением тепловой энергии.

Физический взрыв возникает вследствие неконтролируемого высвобождения потенциальной энергии сжатых газов из замкнутых объемов технологического оборудования, трубопроводов и других сосудов, работающих под давлением.

Параметрами, определяющими мощность взрыва, являются энергия взрыва и скорость ее выделения. Энергия взрыва обусловливается физико-химическими превращениями, протекающими при различных видах взрывов.

Основными поражающими факторами взрыва являются ударная волна (воздушная — при взрыве в газовой среде — или гидравлическая — при взрыве в жидкой среде) и осколочные поля.

Осколочные поля — площади территории, поражаемые разлетающимися осколками разорвавшихся объектов и объектов, разрушенных ударной волной. Осколочные поля условно делятся на две зоны. Первая зона определяется площадью круга при ненаправленном взрыве и площадью кругового сектора при направленном взрыве, на которую разлетается до 80 % всех осколков. Вторая зона непосредственно примыкает к первой и определяется площадью падения оставшихся 20 % осколков. Радиус этой зоны превышает радиус первой зоны в 20 и более раз, в зависимости от мощности взрыва.

Воздушная ударная волна образуется за счет энергии, выделенной в центре взрыва, которая приводит к возникновению в нем очень высокой температуры и огромного давления. Продукты взрыва, воздействуя на окружающие слои воздуха, создают в нем затухающее волновое поле, в котором переносятся на значительное расстояние тепловая, акустическая и кинетическая энергии взрыва. В воздушном пространстве образуются подвижные зоны сжатия и разрежения слоев воздуха, давление в которых будет значительно отличаться от нормального атмосферного. По сферической границе зоны сжатия возникает фронт ударной волны.

На объектах техносферы имеют место следующие основные типы взрывов: свободный воздушный, наземный на открытой территории, наземный в непосредственной близости от объекта и взрыв внутри объекта. Характеры распространения воздушных ударных волн при свободном воздушном взрыве (рис. 1.2) и наземном взрыве на открытой территории во многом сходны. В случае наземного взрыва в непосредственной близости от объекта (здания или сооружения) ударная волна подходит сначала к его фронтальной поверхности, затем, обтекая объект, воздействует на него с боков и сзади. Отраженная от преграды ударная волна тормозит движущиеся на фронтальную часть объекта массы воздуха в прямой волне, при этом происходит повышение избыточного давления в 2 — 8 раз.

Э — эпицентр взрыва; П — фронт падающей волны; Г — фронт головной волны; Т — траектория тройной точки; О — фронт отраженной волны

Рисунок 1.2 - Образование ударной волны при воздушном взрыве;

Взрыв внутри объекта характерен тем, что ударная волна распространяется в ограниченном преградами объеме помещения, поэтому, с учетом дополнительного давления отражения, его разрушающее действие значительно больше, чем на открытой местности. В общем случае последствия взрыва внутри помещения во многом определяются избыточным давлением, которое создается в момент взрыва. При наличии горючих газов, жидкостей, веществ, состоящих из атомов С, Н, О, N, Cl, Br, I, F, избыточное давление взрыва ∆Р, кПа, определяется по формуле

(1.2)

где P_max - максимальное давление взрыва стехиометрической газовоздушной или паровоздушной смеси в замкнутом объеме, кПа (допускается принимать Р_max = 900 кПа); Р₀ - начальное давление, кПа (допускается принимать Р0 =101 кПа); т - масса ГГ или паров ЛВЖ и ГЖ, вышедших в результате аварии в помещение, кг; Z - коэффициент участия горючего во взрыве (допускается принимать следующие значения Z: для водорода — 1,0; других ГГ, кроме водорода, — 0,5; ЛВЖ и ГЖ, нагретых до температуры вспышки и выше, а также ниже с образованием аэрозоля - 0,3; ЛВЖ и ГЖ, нагретых ниже температуры вспышки при отсутствии возможности образования аэрозоля, - 0); V_cи -свободный объем помещения, м3; рг..п. — плотность газа или пара при расчетной температуре, кг/м³; С_ст - стехиометрическая концентрация ГГ или паров ЛВЖ и ГЖ, %; К_н - коэффициент, учитывающий негерметичность помещения (допускается принимать К_н=3).

Характер и степень поражения людей зависят от мощности взрыва и степени их защищенности. Избыточное давление во фронте воздушной ударной волны, не превышающее 10 кПа, считается безопасным для находящихся на открытой местности людей, хотя и в этом случае они могут получить тяжелые или смертельные поражения разлетающимися осколками. Поэтому такое давление является определяющим при расчете осколочных полей.

При избыточном давлении 35 кПа плотность летящих со скоростью до 50 м/с обломков и камней может достигать 3500 единиц на 1 м2. Давление, создающееся при таком взрыве, может поднимать в воздух части объекта весом несколько сотен килограммов. Ущерб, причиняемый ударной волной жилым и промышленным зданиям, может носить характер полных разрушений при избыточном давлении более 50 кПа, сильных — при 50 — 30 кПа; средних — при 30 — 20 кПа; слабых — при 20—10 кПа.

1.4. Пожарная и взрывная безопасность

Пожарная и взрывная безопасность - это система организационных и технических средств, направленная на профилактику и ликвидацию пожаров и взрывов.

Пожары на промышленных предприятиях, на транспорте, в быту представляют большую опасность для людей и причиняют огромный материальный ущерб. Поэтому вопросы обеспечения пожарной и взрывной безопасности имеют государственное значение.

Процессы возникновения горения следующие:

- вспышка — быстрое сгорание горючей смеси, не сопровождающееся образованием сжатых газов;

- возгорание - возникновение горения под действием источника зажигания;

- воспламенение — возгорание, сопровождающееся появлением пламени;

- самовозгорание - явление резкого увеличения скорости экзотермических реакций, приводящее к возникновению горения вещества при отсутствии источника зажигания;

- самовоспламенение — самовозгорание, сопровождающееся появлением пламени.

Взрыв — чрезвычайно быстрое химическое (взрывчатое) превращение, сопровождающееся выделением энергии и образованием сжатых газов, способных производить механическую работу.

При пожаре на людей воздействуют следующие опасные факторы: повышенная температура воздуха или отдельных предметов, открытый огонь и искры, токсичные продукты сгорания (например, угарный газ), дым, пониженное содержание кислорода в воздухе, взрывы и др.

Оценим пожарную опасность (пожароопасность) различных веществ и материалов, учитывая их агрегатное состояние (твердое, жидкое или газообразное). Основные показатели пожарной опасности - температура самовоспламенения и концентрационные пределы воспламенения.

Температура самовоспламенения — минимальная температура вещества или материала, при которой происходит резкое увеличение скорости экзотермических реакций, заканчивающееся пламенным горением. Отличие этого процесса от процесса возгорания заключается в том, что при последнем процессе загорается только поверхность вещества или материала, а при самовоспламенении горение происходит во всем объеме. Процесс самовоспламенения происходит только в том случае, если количество теплоты, выделяемое в процессе окисления, превысит ее отдачу в окружающую среду.

Смеси горючих газов, паров и пыли с окислителем способны гореть только при определенном соотношении в них горючего вещества. Минимальную концентрацию горючего вещества, при котором оно способно загораться и распространять пламя, называют нижним концентрационным пределом воспламенения. Наибольшую концентрацию, при которой еще возможно горение, называют верхним концентрационным пределом воспламенения. Область концентрации между этими пределами представляет собой область воспламенения.

Значения нижнего и верхнего пределов воспламенения не являются постоянными, а зависят от мощности источника воспламенения, содержания в горючей смеси инертных компонентов, температуры и давления горючей смеси.

Кроме концентрационных различают и температурные пределы (нижний и верхний) воспламенения, под которыми понимают такие температуры вещества или материала, при которых его насыщенные горючие пары образуют в окислительной среде концентрации, равные соответственно нижнему и верхнему концентрационным пределам распространения пламени.

Температура воспламенения - это минимальная температура вещества или материала, при которой они выделяют горючие пары и газы с такой скоростью, что при наличии источника зажигания возникает устойчивое горение. После удаления этого источника вещество продолжает гореть. Таким образом, температура воспламенения характеризует способность вещества к самостоятельному устойчивому горению.

Температура вспышки – это минимальная температура горючего вещества, при которой над его поверхностью образуются пары или газы, способные вспыхнуть от источника. Скорость образования горючих газов при вспышке еще недостаточна для возникновения пламени.

Основными причинами пожаров на производстве являются нарушение технологического режима работы оборудования, неисправность электрооборудования, плохая подготовка оборудования к ремонту, самовозгорание различных материалов и др. В соответствии с нормативными документами (ГОСТ 12.1.044-84 «Пожарная безопасность» и ГОСТ 12.1,010-76 «Взрывобезопасность. Общие требований» вероятность возникновения пожара или взрыва в течение года не должна превышать 10~6 (одной миллионной). Для предотвращения пожаров и взрывов необходимо исключить возможность образования горючей и взрывоопасной среды и предотвратить появление в этой среде источников зажигания.

1.5 Основные способы тушения пожаров

Рассмотрим основные способы тушения пожаров и применяемые при этом огнегасительные вещества.

Для тушения пожара используют следующие средства: разбавление воздуха негорючими газами до таких концентраций кислорода, при которых горение прекращается; охлаждение очага горения ниже определенной температуры (температуры горения); механический срыв пламени струей жидкости или газа; снижение скорости химической реакции, протекающей в пламени; создание условий огне преграждения, при которых пламя распространяется через узкие каналы.

Огнегасительными называют вещества, которые при введении в зону сгорания прекращают горение. Основные огнегасящие вещества и материалы — это вода и водяной пар, химическая и воздушно-механическая пены, водные растворы солей, негорючие газы, галоидоуглеводородные огнегасительные составы и сухие огнетушащие порошки.

Наиболее распространенным веществом, применяемым для тушения пожара, является вода. Она снижает температуру очага горения. Водяной пар (из 1 литра воды образуется около 1700л пара) препятствует доступу кислорода к горящему веществу. Вода, подаваемая к очагу горения под большим давлением, механически сбивает пламя, что облегчает тушение пожара. Воду не применяют для тушения щелочных металлов (натрия, калия), карбида кальция, а также легковоспламеняющихся и горючих жидкостей, плотность которых меньше плотности воды (бензин, керосин, ацетон, спирты, масла и др.), так как они всплывают на поверхность воды и продолжают гореть на поверхности. Вода хорошо проводит электрический ток, поэтому ее не используют для тушения электроустановок, находящихся под напряжением (это приводит к короткому замыканию).

Водяной пар можно применять для тушения ряда твердых, жидких и газообразных веществ. Наибольший эффект от применения водяного пара достигается в помещениях, объем которых не превышает 500 м3, а также при пожарах, возникших на небольших открытых площадках.

Химические и воздушно-механические пены применяют для тушения твердых и жидких веществ, не взаимодействующих с водой. Одной из основных характеристик этих пен является их кратность, т. е. отношение объема пены к объему ее жидкой фазы.

Воздушно-механическую пену получают в специальных пенообразующих аппаратах с использованием пенообразователей (ПО-1С, ПО-6К, ПО-ЗА, «САМПО» и др.). Различают воздушно-механическую пену низкой (до 20), средней (20—200) и высокой (свыше 200) кратности. Воздушная пена, полученная пенообразователем ПО-1С и некоторыми другими, пригодна для тушения некоторых ЛВЖ и ГЖ (спиртов, ацетона, эфиров и др.).

Химическая пена образуется при взаимодействии растворов кислот и щелочей в присутствии пенообразователя. Она состоит из водного раствора минеральных солей, пенообразователя и пузырьков углекислого газа. Ее стоимость выше, чем воздушно-механической пены, поэтому использование химической пены при пожаротушении имеет тенденцию к сокращению. При тушении пожаров пеной покрывают горящие вещества, препятствуя тем самым поступлению горючих газов и паров к очагу горения.

Применение инертных и негорючих газов (аргон, азот, галоидированные углеводороды и др.) основано на разбавлении воздуха и снижении в нем концентрации кислорода до значений, при которых горение прекращается. Так, углекислый газ (диоксид углерода) используется для тушения горящих складов ЛВЖ, аккумуляторных станций, электрооборудования, печей и др. Его нельзя применять для тушения щелочных и щелочноземельных металлов, тлеющих материалов и некоторых других. Для тушения этих материалов лучше применять аргон, а в некоторых случаях и азот. Высокими огнегасительными свойствами обладают и галоидированные углеводороды (хладоны, бромистый этил и др.).

К числу жидких огнегасительных веществ относятся водные растворы некоторых солей, например, бикарбоната натрия, хлористого кальция, хлористого аммония, аммиачно-фосфорных солей и др. Их действие при тушении пожара основано на образовании на поверхности горящего материала изолирующих пленок, возникающих при испарении из растворов солей волы. Эти пленки препятствуют проникновению кислорода к поверхности горящего материала. Кроме того, на испарение воды затрачивается значительное количество теплоты, что приводит к понижению температуры очага горения. При разложении некоторых солей в результате горения в воздухе выделяются негорючие газы, снижающие концентрацию кислорода.

Порошковые огнегасительные составы препятствуют поступлению кислорода к поверхности горящего материала. Их используют для тушения небольших количеств различных горючих веществ и материалов, при тушении которых нельзя применять другие огнесительные средства. Примером этих материалов могут служить хлориды калия и натрия, порошки на основе карбонатов и бикарбонатов натрия и калия.

Средства пожаротушения подразделяют на первичные, стационарные и передвижные (пожарные автомобили).

Первичные средства используют для ликвидации небольших пожаров и загорания. Их обычно применяют до прибытия пожарной команды. К первичным средствам относятся передвижные и ручные огнетушители, переносные огнегасительные установки, внутренние пожарные краны, ящики с песком, асбестовые покрывала, противопожарные щиты с набором пожарного инвентаря (багры, ломы, ведра и др).

Различают ручные огнетушители (до 10 л) и передвижные (свыше 25 л). В зависимости от вида огнегасительного средства, находящегося в огнетушителях, они делятся на жидкостные, углекислотные, химические пенные, воздушно-пенные, хладоновые, порошковые и комбинированные. Жидкостные огнетушители заполнены водой с добавками, углекислотные — сжиженным диоксидом углерода, химические пенные — растворами кислот и щелочей, хладоновые - хладонами (например, марок 114В2,13В1); порошковые огнетушители заполнены порошковыми составами. Огнетушители маркируются буквами, характеризующими вид огнетушителя по разряду, и цифрой, обозначающей его объем в литрах.

Различают следующие виды углекислотных огнетушителей; ручные - ОУ-2А, ОУ-5, ОУ-8 и передвижные - ОУ-25, ОУ-80, ОУ-400. Эти огнетушители используют для тушения загораний некоторых материалов и электрических установок, работающих под напряжением до 1000 В.

Из химических пенных огнетушителей наиболее распространены на практике ОХП. Их применяют для ликвидации загораний твердых материалов и горючих жидкостей (при малых площадях горения).

Воздушно-пенные огнетушители маркируются как ОВП (например, ручные ОВП-5 и ОВП-10). Их используют для тушения загораний ЛВЖ, ГЖ, большинства твердых материалов (кроме металлов). Их нельзя использовать для тушения электроустановок, находящихся под напряжением.

Хладоновые огнетушители маркируются как ОХ (например, ОХ-3, ОХ-7) или ОАХ-0,5 (в аэрозольной установке).

Порошковые огнетушители маркируются как ОПС (например, ОПС-10). Их используют для тушения металлов, ЛВЖ, ГЖ, кремнийорганических материалов, установок, работающих под напряжением до 1000 В.

Комбинированные огнетушители (например, типа ОК.-10) используют для тушения горящих ЛВЖ и ГЖ. Их заряжают порошковыми составами ПСБ-3 и воздушно-механической пеной.

Стационарные установки предназначены для тушения пожаров в начальной стадии их возникновения. Они запускаются автоматически или с помощью дистанционного управления. Эти установки заправляются следующими огнетушащими средствами: водой, пеной, негорючими газами, порошковыми составами или паром.

К автоматическим установкам водяного пожаротушения относятся спринклерные и дренчерные установки. Отверстия, через которые вода поступает в помещение при пожаре, запаяны легкоплавкими сплавами. Эти сплавы плавятся при определенной температуре и открывают доступ распыляемой воде. Сведения о температуре вскрытия спринклерных головок представлены в таблице 1.3.

Таблица 1.3

Характеристика спринклерных головок

Каждая головка орошает помещение и находящееся в нем оборудование площадью до 9 м².

В тех случаях, когда целесообразно подавать воду на всю площадь помещения, в котором возник пожар, применяют дренчеры, которые также представляют собой систему труб, заполненную водой, оборудованную распылительными головками-дренчерами. В них в отличие от спринклерных головок выходные отверстия для воды (диаметром 8, 10 и 12,7 мм) постоянно открыты. Спринклерные головки приводят в действие открыванием клапана группового действия, который в обычное время закрыт. Он открывается автоматически или вручную (при этом дается сигнал тревоги). Каждая спринклерная головка орошает 9—12 м2 площади пола. Рис1.3 объясняет, как работает схема автоматического пожаротушения.

1 — емкость для хранения огнетушащего вещества; 2 — оборудование для подачи огнетушащего вещества; 3 — система включения подачи огнетушащих веществ; 4 — устройство обнаружения пожара; 5 — устройство подачи огнетушащего вещества к очагу загорания (например, спринклерная или дренчерная головки), 6 — очаг загорания.

Рис. 1.3 - Принципиальная схема автоматического пожаротушения

Система работает следующим образом. Пожарный датчик (извещатель) реагирует на появление дыма (дымовой извещатель), на повышение температуры воздуха в помещении (тепловой извещатель), на излучение открытого пламени (световой извещатель) и т.д. и подает сигнал включения системы подачи огнетушащих веществ, которые подаются к очагу загорания.

Пожарные датчики (извещатели) могут быть как ручные (пожарные кнопки, устанавливаемые в коридорах помещений и на лестничных площадках), так и автоматические. Последние, как уже сказано выше, подразделяются на тепловые, дымовые и световые.