Теоретические основы пожарной безопасности на объектах

ВВЕДЕНИЕ
Практика показывает, что абсолютно безопасных в пожарном отношении объектов не существует. Пожар возможен под водой, под землей, на воде, на земле, в воздухе и даже на космическом корабле. При таком подходе к вопросу все материальные элементы объекта, включая и элементы конструкций зданий, необходимо рассматривать не с точки зрения их функционального назначения, их материальной или духовной ценности, а как пожарную нагрузку данного объекта, т. е. вещество и материалы, способные гореть в случае возникновения пожара. Пожар приносит людям, обществу страдания, материальные, духовные, экономические потери, а иногда гибель людей и животных.

При появлении возгорания важно не допустить, чтобы процесс горения вышел из-под контроля, поскольку его несвоевременное обнаружение и тушение может привести к разрушительным последствиям. Они связаны с нанесением материального ущерба, а также травмированием и гибелью людей и в их числе могут оказаться и дети. Обеспечение безопасности жизни и здоровья не только работников, но и студентов является главной задачей объектов образовательных учреждений. В деятельности вузов большую роль играет оценка пожарной безопасности.

Несмотря на требования к выполнению законодательства по ПБ, которые государственные противопожарные органы предъявляют к образовательным учреждениям Республики Казахстан, статистика дает сведения о непрекращающихся фактах пожаров. Они представляют не всегда оптимистичную картину, не только в нашей стране, но и в мире в целом:

- По меньшей мере восемь человек, включая несовершеннолетних, стали жертвами пожара, возникшего в понедельник, 2 мая 2022 года в жилой части университетского кампуса в городе Кесон-сити на Филиппинах. Об этом сообщает телеканал CNN Philippines со ссылкой на пожарную службу, передает ТАСС. По его данным, еще как минимум три человека получили травмы, пытаясь покинуть жилые здания кампуса. Более чем 80 домам нанесен ущерб. Власти продолжают расследовать обстоятельства произошедшего. По предварительным данным, пожар начался на втором этаже одного из жилых строений.[72] []

- В понедельник, 2 июля 2019 года вечером, в университете искусств "Шабыт" в столице нашей Родины произошло возгорание. Сообщение о пожаре поступило в 20:36, проинформировал официальный представитель комитета по ЧС МВД Нурсултан Нурахметов. Выяснилось, что в одном из кабинетов, расположенных на первом этаже, горели оргтехника и потолочное перекрытие, площадь возгорания составила 25 квадратных метров. Спасатели локализовали пожар в 20:57 и ликвидировали в 21:03. Причина пожара устанавливается. Жертв и пострадавших нет. На ликвидации возгорания были задействованы 20 человек личного состава и пять единиц пожарной техники столичного департамента по ЧС. [73]

- По статистике, почти 50% всех пожаров в высших учебных заведениях России происходит из-за неосторожного обращения с огнем: согласно проведенному анализу, в первом полугодии 2019 года в 47% случаев возгорания происходили в результате неосторожного обращения с огнем, в том числе при курении. [18]

Наша работа посвящена вопросам обеспечения пожарной безопасности в образовательных учреждений, путем прогнозирования возможных сценариев развития пожара.

Объектом исследования является Казахско-русский международный университет.

Предметом нашего исследования является состояние пожарной безопасности учебного заведения

Цель дипломной работы – прогнозирование развитие пожара и его опасных факторов в учебных корпусах.

Исходя из цели работы, мы решаем следующие задачи:

1. 
   исследовать имеющиеся данные объекта для выявления наиболее вероятных мест возникновения пожара;
   
2. 
   выяснить уровень пожарной нагрузки помещений и спрогнозировать возможное развитие пожара и его опасных факторов;
   
3. 
   определить необходимое количество сил и средств для тушения возможного пожара, а так же разработать рекомендации для минимизации последствий опасных факторов пожара.
   

В первой главе мы рассматриваем понятия пожар, классификацию причин пожаров, опасные факторы пожара, техническую характеристику объекта исследования.

Во второй главе мы прогнозируем развитие обстановки в результате возникновения пожара согласно двум сценариям, рассчитываем необходимые силы и средства для тушения пожара, разрабатываем рекомендации для минимизации последствий опасных факторов пожара.

ГЛАВА 1. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ПОЖАРНОЙ БЕЗОПАСНОСТИ НА ОБЪЕКТАХ

1. 
   Пожар
   

Пожар – неконтролируемое горение, причиняющее материальный ущерб, вред жизни и здоровью граждан, интересам общества и государства. [31], [55]

Пожар характеризуется: фазами, зонами, параметрами, опасными факторами, сопутствующим проявлением опасных факторов пожара. Процесс развития пожара делится на четыре характерные фазы:

I фаза – происходит активное нарастание параметров пожара, среднеобъемное повышение температуры, понижение нейтральной зоны (зоны равных давлений). Идет нагрев окружающих конструкций и горючей нагрузки.

II фаза – характеризуется бурным нарастанием всех параметров пожара. Происходит объемное развитие пожара. Скачком изменяется интенсивность газообмена. Растет тепловыделение. Среднеобъемная температура достигает своего максимального значения (800–900 °С).

III фаза – стабилизация процесса развития пожара.

IV фаза – снижение интенсивности горения. Идет догорание в медленном темпе и наконец горение прекращается. [55]

В настоящее время большинство объектов оборудуется системами автоматического пожаротушения, и количество этих объектов увеличивается. Системы сигнализации и системы автоматического пожаротушения должны срабатывать в I фазе развития пожара. Действия пожарных подразделений, как правило, начинаются во II фазе, а иногда и на III фазе развития пожара, когда параметры его развития достигали наибольшей интенсивности или максимального значения.

Пожар развивается на определенной площади или в объеме и может быть условно разделен на три зоны: зона теплового воздействия, зона задымления, зона горения.

Зона горения – часть пространства, в котором происходит подготовка горючих веществ к горению и их горение.

Зона теплового воздействия – часть пространства на пожаре, в котором происходит заметное изменение материалов, конструкций от воздействия тепла и делает невозможным пребывания в нем людей без средств защиты. (Безопасная температура не более 60–70 °С или лучистый тепловой поток не более 3500 Вт/м 2 .)

Зона задымления – часть пространства на пожаре, заполненная дымовыми газами (продуктами разложения) в концентрациях, создающих угрозу жизни и здоровью людей и животных, затрудняющих действия участников тушения пожара и техники. [64]

Ухудшение видимости при задымлении определяется плотностью, оцениваемой по толщине слоя дыма, через который не виден свет эталонной лампы, или количеством твердых частиц, содержащихся в единице объема, измеряется в г/м 3.

Каждый пожар характеризуется параметрами:

- продолжительность пожара – время с момента его возникновения до полного прекращения горения;

- площадь пожара – площадь проекции зоны горения на горизонтальную или вертикальную плоскость.

Площадь пожара является одним из основных параметров пожара, особенно важным при оценке его размеров, при выборе способа ликвидации горения, при определении особенностей тактики его тушения и расчете количества сил и средств, необходимых для его локализации и ликвидации. На внутренних пожарах в многоэтажных зданиях общая площадь пожара находится как сумма площадей пожара всех этажей. [36]

Температура пожара – различают температуру внутреннего пожара (среднеобъемная температура газовой среды в помещении) и открытого пожара). Температура внутреннего пожара определяется по формуле: см пt g  345l (8 1),   (1.1) где  – время с момента возникновения пожара, ч.

Таблица 1.2 Воздействие теплового излучения на человека

Ориентировочная температура пожара представлена в табл. 1.1, а воздействие теплового излучения на человека – в табл. 1.2.

Линейная скорость распространения горения – физическая величина, характеризующая поступательное движение фронта пламени по поверхности горючего материала в данном направлении в единицу времени. Линейная скорость не постоянна во времени, и поэтому в расчетах используют среднюю скорость распространения горения. Наименьшей линейной скоростью обладают ТГМ. По вертикали снизу вверх линейная скорость отличается по отношению к горизонтальным поверхностям в 5–6 раз, а по отношению сверху вниз – в 10 и более раз. Горючая нагрузка – масса Мг.м всех горючих и трудно горючих веществ и материалов, приходящихся на 1 м 2 площади пола F в помещении, или площади, занимаемой этими материалами на открытой площадке: п.п г.м P  M F/ . (1.2) Горючая нагрузка в помещениях делится на постоянную (горючие и трудногорючие материалы строительных конструкций, технологическое оборудование и т. п.) и временную (сырье, готовая продукция, мебель и т. п.). Горючая нагрузка помещения определяется как сумма постоянной и временной нагрузок. В зданиях горючая нагрузка для каждого этажа определяется отдельно. Масса горючих элементов чердачного перекрытия и покрытия включается в горючую нагрузку чердака. Средняя величина горючей нагрузки для некоторых помещений принимается следующей:

– для жилых, административных и промышленных зданий величина горючей нагрузки не превышает 50 кг/м 2 (если основные элементы зданий негорючие);

― в жилом секторе: для однокомнатных квартир 27 кг/м 2 , для двухкомнатных – 30 кг/м 2 , для трехкомнатных – 40 кг/м 2 ;

― зданиях III степени огнестойкости не менее 100 кг/м 2 ;

― производственных помещениях, связанных с производством и обработкой горючих веществ и материалов, от 250 до 500 кг/м 2 ;

― складских помещениях, сушилках и т. п. достигает 1000–1500 кг/м 2;

― помещениях, в которых расположены линии современных технологических процессов и в высокостеллажных складах 2000–3000 кг/м 2. [50]

Скорость выгорания горючей нагрузки – потеря массы материалов (вещества) в единицу времени при горении. Процесс термического разложения сопровождается уменьшением массы вещества и материалов, которая в расчете на единицу времени и единицу площади горения квалифицируется как массовая скорость выгорания, измеряется в кг/(м 2 ·с).

Массовая скорость выгорания зависит: ― от агрегатного состояния горючего вещества и материала; ― начальной температуры; ― вида горючего, его размеров, величины свободной поверхности и ориентации по отношению к месту горения; ― интенсивности газообмена; ― температуры пожара; ― концентрации окислителя в окружающей среде. Коэффициент поверхности горения – это отношение площади поверхности горения Fп.г к площади пожара Sп: п.г п.г п K  F S/ . (1.3) [54]

Коэффициент поверхности горения определяет фактическую величину площади горения, массовую скорость выгорания, интенсивность тепловыделения на пожаре, теплонапряженность зоны горения, температуру пожара, скорость его распространения и другие параметры пожара. Коэффициент поверхности горения при горении жидкостей в резервуарах, Kп.г = 1, при горении ТГМ для большинства пожаров не более 2–3, редко равен 4–5. Интенсивностью газообмена Iг называется количество воздуха, притекающее в единицу времени к единице площади пожара, кг/(м 2 ·с). Интенсивность газообмена характеризует внутренние пожары, где ограждающие конструкции ограничивают приток воздуха в объем помещения (а, следовательно, и в зону горения), но проемы в ограждающих конструкциях позволяют определить количество воздуха, поступающего в объем помещения. [54]

На открытых пожарах воздух поступает из окружающего пространства непосредственно в зону горения, и расход его остается неизвестным. Различают требуемую интенсивность газообмена и фактическую. Требуемая интенсивность газообмена показывает, какое количество воздуха должно притекать в единицу времени к единице площади пожара для обеспечения полного сгорания материала. Фактическая интенсивность газообмена характеризует фактический приток воздуха на пожаре, а, следовательно, полноту сгорания, плотность задымления, интенсивность развития и распространения пожара и другие параметры. [3]

1.1.2. Опасные факторы пожара

Наиболее частым и страшным бедствием всегда являлись пожары. Бытовые возгорания, которые возникают в жилых зданиях, имеют большую опасность, так как велик риск появления человеческих жертв. Огонь способен в короткое время оставить человека без жилья и имущества, уничтожить целые населенные пункты.

Согласно ст. Закона РК «О гражданской защите» от 11 апреля 2014 года № 188-V, к опасным факторам пожара, воздействующим на людей и имущество, относятся[31]:

Опасные и сопутствующие факторы пожара

Опасные факторы пожара:

― пламя и искры;

― тепловой поток;

― повышенная температура окружающей среды;

― повышенная концентрация токсичных продуктов горения и термического разложения;

― пониженная концентрация кислорода;

― сниженная видимость в дыму.

― воздействие огнетушащих веществ. [1]

Во время возгораний наибольшее значение отдается изучению опасных факторов пожара (первичных факторов), которые оказывают разрушающее воздействие на материальные ценности и постройки, а также приводят к различным травмам, повреждениям и отравлению человека. Помимо этого, оказывать негативное влияние на людей, оказавшихся в зоне огненной стихии, могут и сопутствующие проявления опасных факторов пожара (вторичные факторы). Знания о них позволяют специалистам пожарных подразделений составить четкий план работы по профилактике и последующей ликвидации возгораний. Гражданам же эта информация дает возможность спасти свою жизнь и своих близких. [19]

Так, что же является самыми серьезными опасностями при пожаре? Рассмотрим каждые из них более подробно.

Опасные первичные факторы

Для того чтобы выяснить, как они влияют на человека, и сколько времени необходимо для проявления их разрушающего воздействия, используется оценка по их допустимому значению. Это верхняя граница, при которой не происходит никаких патологических изменений в здоровье или телесных повреждений в течение определенного промежутка времени.

Сопутствующие проявления опасных факторов пожара:

― осколки, части разрушившихся зданий, сооружений, строений, транспортных средств, технологических установок, оборудования, агрегатов, изделий и иного имущества;

― радиоактивные и токсичные вещества и материалы, попавшие в окружающую среду из разрушенных технологических установок, оборудования, агрегатов, изделий и иного имущества;

― опасные факторы взрыва, происшедшего вследствие пожара;

― вынос высокого напряжения электрического тока на токопроводящие части технологических установок, оборудования, агрегатов, изделий и иного имущества. [11]

При возникновении очага возгорания движущееся пламя появляется не сразу. Огонь должен набрать силу, и через 25-30 сек. на окружающее пространство начинают воздействовать опасные потоки огня. Наибольшую силу и интенсивность такие лучи набирают при горении технологического оборудования или установок. Для того чтобы приблизиться к ним ближе, чем на 10 м требуется специальная защитная одежда.

Чем выше интенсивность лучей пламени, тем меньше промежуток времени, в течение которого человек может их выдерживать без сильных последствий для своего здоровья. Критическим критерием считается интенсивность 3000 Вт/м2. При ней до появления первых болезненных ощущений проходит не более 15 сек. Максимальное время, которое человеческий организм способен выдержать – 40 сек. [11]

Тепловой поток и повышенная температура окружающей среды

Высокая температура и поток тепла

Воздух при пожаре нагревается быстро, и способен достичь отметки свыше 100 °С. При этом наиболее чувствительными к высокой температуре являются самые важные органы: рецепторы (глаза, кожа, нос) и дыхательные пути (носоглотка, легкие, бронхи, ротовая полость). Их повреждения могут приводить к трагичным последствиям.

Воздух подвергается нагреванию не только в той части помещения, где бушует пламя, но и в соседних комнатах. Допустимым температурным критерием для кожного покрова человека, при котором не возникает повреждений и боли, является 45 °С. [11]

Если температура достигла промежутка 60-70 °С, то даже кратковременное воздействие вызывает ожоги слизистых и кожи. При этом максимальное время, в течение которого человеческий организм способен выдержать такие внешние условия составляет чуть более часа. При повышении температуры воздуха до показателей 95-120 °С, время воздействие составляет не более 20 минут. В ситуации, когда в помещении воздух накалился до 150 °С и выше, человек мгновенно получает сильный ожог органов дыхания. Это приводит к его гибели.

Повышенная концентрация токсичных продуктов горения и термического разложения

При горении различных предметов выделяются в результате их термического разложения токсичные вещества. Высокая их концентрация в окружающем пространстве способна оказывать отравляющее действие. Кроме того, в жилых помещениях находятся вещи, способные к длительному тлению. Это способствует появлению большого количества угарного газа. Частыми причинами гибели людей в кратковременных пожарах является именно отравление дымом и токсичными веществами. Следует знать, что при концентрации в пространстве газа до 0,32 % человек уже способен потерять сознание, а спустя полчаса наступает смерть. Если СО достигает отметки 1,2 % и больше в воздухе, то человек умирает в течение 3-х минут. [23]

Пониженная концентрация кислорода

В время пожара, даже если концентрация продуктов горения минимальна, на самочувствие людей может негативно сказываться недостаток кислорода. В самом начале возгорания содержание О2 падает на 15%. Нарушения в организме начинаются уже при достижении отметки в 17%. У человека нарушается координация движений, снижается внимание. Мышление становится вялым. Зачастую кислородное «голодание» замедляет процесс эвакуации. Люди могут вести себя неадекватно, и в случае необходимости не смогут действовать быстро. [41]

Снижение видимости в дыму

К опасным факторам пожара относится и ухудшения видимости из-за образовавшегося едкого дыма. Из-за потери видимости люди не могут найти аварийные выходы. Ориентироваться в зоне возгорания становится невозможным. Кроме того, наличие в дыме частиц тлеющихся предметов разъедает глаза и слизистые. Максимальным значением по концентрации дыма и видимости в таких условиях равняется 20 м.

Рассмотренные выше основные пожарные факторы оказывают наибольшее негативное влияние на людей. Почти в 90% случаев они являются причиной гибели человека при бытовых пожарах. [33]

Сопутствующие вторичные факторы

Они оказывают косвенное влияние и возникают, как следствие основных факторов. Тем не менее, они способны причинить не меньший вред живому организму.

К ним относятся:

Осколки, части разрушившихся зданий, сооружений, транспортных средств, технологических установок, оборудования, агрегатов, изделий и иного имущества.

Радиоактивные и токсичные вещества и материалы, попавшие в окружающую среду из разрушенных технологических установок, оборудования, агрегатов, изделий и иного имущества.

Вынос высокого напряжения на токопроводящие части технологических установок, оборудования, агрегатов, изделий и иного имущества.

Опасные факторы взрыва, происшедшего вследствие пожара.

Взрыв

Действия ударной волны и поражающие факторы

Причиной страха, и как следствие панического поведения людей во время пожаров является недостаток знаний. Важным является проведение профилактической и информационной работы с населением со стороны соответствующих специалистов: спасателей, пожарных и медиков.

Изучение опасных факторов возгорания помогают улучшить системы оповещения, разработать эффективные пути для эвакуации, выявить реальные границы огнестойкости различных материалов. [46]

2. 
   Классификация причин пожаров
   

Для статистического учета используются следующая классификация причин пожаров:

- поджоги;

- нарушение правил устройства и эксплуатации электрооборудования и бытовых электроприборов;

- неисправность производственного оборудования, нарушение технологического процесса производства;

- неосторожное обращение с огнем;

- шалость детей с огнем;

- нарушение правил пожарной безопасности при проведении электрогазосварочных работ;

- взрывы;

- самовозгорание веществ и материалов;

- неисправность и нарушение правил эксплуатации печного отопления;

- неустановленные причины;

- прочие причины пожаров. [57]

Основными (первыми тремя) причинами пожаров в образовательных организациях являются:

1) Детские дошкольные учреждения:

- неосторожное обращение с огнем (45,6 %);

- нарушение правил устройства и эксплуатации (ПУиЭ) электрооборудования (27,9 %);

- поджог (13,9 %).

2) Общеобразовательные учреждения:

- неосторожное обращение с огнем (40,7 %);

- нарушение ПУиЭ электрооборудования (25,8 %);

- поджог (18,9 %).

3) Учреждения начального профессионального образования:

- нарушение ПУиЭ электрооборудования (37 %);

- неосторожное обращение с огнем (32 %);

- поджог (16,8 %).

4) Учреждения среднего профессионального образования:

- нарушение ПУиЭ электрооборудования (39,2 %);

- неосторожное обращение с огнем (35 %);

- поджог (12,5 %).