Характерные схемы развития пожаров

Рассмотрим зависимость интенсивности развития пожара от вида и характера пожарной нагрузки, состояния горючих материалов и некоторых их специфических особенностей. Если горючий материал, составляющий пожарную нагрузку, однороден (например, древесина, кипы бумаги) и равномерно размещен по площади пола, и если в помещении нет ориентированных газовых потоков, то процесс горения будет распространяться равномерно во все стороны, будет иметь форму, близкую к круговой. Чем больше скорость линейного распространения пламени, тем выше скорость роста площади пожара; чем выше теплота сгорания данного материала, тем больше скорость роста интенсивности тепловыделения на пожаре, выше скорость роста температуры пожара; чем мельче частицы материала (больше дисперсность), тем больше скорость выгорания его. Чем менее компактно уложен материал, тем больше коэффициент поверхности горения КП, тем больше поверхность нагревания горючего материала, легче поступает воздух в зону горения и интенсивнее выходят летучие фракции из горючего материала и тем, соответственно, выше скорость линейного распространения пожара и т.д.

Но поскольку неизвестно истинное значение зависимости скорости распространения пожара во времени, то в расчетные формулы для определения площади пожара в начальной стадии его развития и после введения первых стволов на ликвидацию горения вводят поправочный коэффициент скорости распространения пожара: а<1.

Условно а принят равным 0,5. Также условно принято, что этот коэффициент в формулу вводится для расчета площади пожара в первые 10 минут развития пожара и после введения первых стволов, независимо от того, насколько и соответствует и (фактические и требуемые интенсивности подачи и расходы огнетушащих веществ).

Эти взаимосвязи просматриваются при принятых ранее условиях: однородной пожарной нагрузке; равномерном ее расположении в горизонтальной плоскости; отсутствии ярко выраженных других факторов, влияющих на скорость и направление развития пожара (при равномерном и однородном поле температур, отсутствии внешних принудительных газовых потоков и др.).

Если пожарная нагрузка неоднородна, то распространение и развитие пожара существенно изменится. В характере процесса горения появится доминирующее направление распространения . Этот фактор и будет определять направление и скорость распространения процесса горения, а стало быть, величину и форму площади пожара, и все остальные параметры динамики его развития.

То же самое произойдет в случае, если однородная пожарная нагрузка размещена неравномерно. Особенно если часть ее расположена горизонтально (т.е. размещена в плоскости пола или на некотором уровне от пола), а значительная часть ее размещена вертикально (обшивка стен горючими материалами, картины, занавеси, стеллажное хранение горючих материалов, и др.). При прочих равных условиях доминирующим направлением распространения процесса горения станет вертикальное. Причем может быть в 2-3 раза больше, чем .

Рассмотрим некоторые простейшие схемы распространения и развития пожара, когда пожарная нагрузка неоднородна или размещена неравномерно:

- Пожарная нагрузка неоднородна. Таких вариантов множество. Одного и того же вида пожарная нагрузка неравномерно размещена (рис. 2.16.). При разнородной пожарной нагрузке (рис. 2.17.) пожар будет распространяться быстрее и интенсивнее по более легкогорючим материалам. Если пожарная нагрузка размещена неравномерно и различается по структуре (рис. 2.18.), в реальных условиях процесс горения будет распространяться неравномерно и по направлению, и по скорости.

- Пространственное размещение однородной и неоднородной пожарной нагрузки. При пространственном (наиболее реальном) размещении однородной пожарной нагрузки преимущество распространения пожара будет определяться направлением действия сил конвекции. Примером может служить распространение пожара в высотных зданиях и высокостеллажных складах (рис. 2.19.).

Известно, что, когда вектор распространения горения совпадает с вектором конвективных потоков, скорость распространения горения увеличивается в 2-3 раза и более. И наоборот, если направление вектора распространения горения не совпадает с вектором конвективных потоков, скорость распространения горения начинает убывать и в пределе может стать равной нулю.

Рис. 2. 16. Схема распространения пожара при неравномерном размещении пожарной нагрузки

Рис. 2. 17. Схема распространения пожара при разнородной пожарной нагрузке.

Еще больше усложнится и задача прогнозирования обстановки на пожаре, если в зоне горения находятся неоднородные горючие вещества и материалы. Например, если в книгохранилище по полу выстлана ворсистая ковровая дорожка из синтетического материала, то пламя распространяется по ней, как по «пороховой дорожке», как по специальному пламяпроводу (рис. 2.20.). Тогда, по законам действия конвективных газовых и тепловых потоков, пламя по стеллажу пойдет вверх, а по легкогорючей и легковоспламенимой ковровой дорожке распространяется до противоположной стены книгохранилища. Если стеллажи по торцам отделаны декоративным легковоспламенимым и быстрогорящим пластиком, лаком, масляной краской и другими горючими покрытиями, то по ним пламя будет распространяться еще быстрее.

Рис. 2. 18. Схема распространения пожара, когда пожарная нагрузка размещена неравномерно и различается по структуре

Рис. 2. 19. Схема распространения пожара в высокостеллажных складах.

Распространение пожара по этим видам горючих материалов вверх и в направлении их размещения будет еще интенсивнее, а задача правильного расчета и прогнозирования направлений и скорости развития пожара еще сложнее. И тем не менее, уметь хотя бы приблизительно оценивать направление и интенсивность развития пожара в реальных условиях крайне необходимо. Необходимо это и инженерам-конструкторам и проектировщикам, разрабатывающим автоматические системы сигнализации о пожаре и системы автоматического пожаротушения, а также оперативным работникам пожарной охраны.

При возникновении пожара в складе у основания стеллажей уже через 3 мин скорость его распространения достигает 10 м/мин. Увеличение высоты стеллажей с 2,5 м до 5 м повышает интенсивность тепловыделения в 9-10 раз, а поскольку в этих условиях она пропорциональна интенсивности выгорания пожарной нагрузки, значит, и скорость выгорания возрастает более чем в 10 раз. Локальная температура под крышей уже через 3-5 мин достигает 870 °С (а прочность металлических конструкций резко снижается при 350-400 °С, и при 450°С происходит потеря устойчивости).

Рис. 2. 20. Схема распространения пожара при наличии отделочных и декоративных материалов.

Динамика распространения и развития пожара во многом зависит от интенсивности газообмена. Искусственные и естественные газовые потоки, существующие в зданиях и помещениях, а особенно естественные конвективные потоки, возникающие при пожарах, существенно влияют не только локально на процессы горения в зоне уже распространяющегося факела пламени, но и определяют весь ход развития и распространения пожара в целом.

Увеличение скорости распространения горения с ростом скорости попутных газовых потоков, приводящее к двух-, трехкратному увеличению линейной скорости распространения пожара и скорости распространения процессов горения вверх по направлению конвективных газовых потоков, приводит к резкой интенсификации пожаров на таких объектах, как: театры, высотные здания, туннели, шахты, ангары, выставочные павильоны, высокостеллажные склады, и т.п. Эти воздушные потоки, резко интенсифицируя динамику пожаров, создавая неожиданные, иногда трудно поддающиеся учету и прогнозированию, направления интенсивного распространения пожара, сильно осложняют обстановку на пожаре. При этом, опасность распространения пожара по вентиляционным каналам и лифтовым шахтам, по лестничным клеткам и коммуникациям, по покрытиям больших площадей и другим конструктивным элементам зданий возрастает.

Нередко на направление и интенсивность распространения пожара решающее влияние оказывают даже такие непредвиденные обстоятельства, как изменения агрегатного состояния горючих материалов. К ним относится растекание расплавленных горящих масс горючих веществ, которые при нормальных условиях являются твердыми материалами, например, проникновение и развитие пожара внутрь здания при горении покрытий больших площадей. Расплавленные смолы, битум, пенополистирол или пенополиуретан горят и стекают через неплотности в покрытии, что является причиной пожара внутри зданий и помещений (рис. 2.21.).

Знание всех этих особенностей необходимо для правильной оценки обстановки на пожаре. И в первую очередь, это необходимо знать РТП, в задачи и обязанности которого входит, проводя разведку пожара, достаточно точно прогнозировать обстановку на пожаре, определить решающее направление и характер тактико-технических действий, количество и положение отдельных участков тактико-технических действий и их задачу, необходимость вызова дополнительных сил и средств и т.д.

- Распространение пожара за пределы одного помещения. Как известно, реальные пожары сравнительно редко ограничиваются зоной их первоначального возникновения. Если не будут приняты специальные активные меры по их локализации и тушению, то через некоторое время, после разрушения остекления, прогорания дверей, изолирующих перегородок, перекрытий или по другим каналами коммуникациям, пожар перебрасывается за пределы одного помещения и начинает интенсивно распространяться дальше.

Рис. 2. 21. Схема перехода пожара извне внутрь помещения.

Раньше всего пламя пожара выходит за пределы помещения, где оно первоначально возникло, через оконные проемы, если дверь помещения была при этом плотно закрыта. Это происходит потому, что остекление окон, как правило, разрушается при среднеобъемной температуре пожара 250-300ºС (т.е. через 10-15 мин после начала пожара); а, при недостатке воздуха в зоне горения, который обычно имеет место при внутренних пожарах, эти горючие газы сгорают за пределами помещения, в оконных проемах и над ними. Языки пламени из окна с разрушившимся остеклением вместе с горячими продуктами горения устремляются вверх и достигают оконных переплетов верхних этажей, которые могут воспламениться (рис. 2.22.)

При очень интенсивном горении пожар может переброситься на расположенное вблизи здание по механизму передачи лучистой энергии или от искр и головней (рис. 2.23.).

Еще более естественным и опасным путем распространения пожара за пределы помещения, где он первоначально возник, являются дверные проемы, если дверь в момент возникновения пожара не была закрыта или если она самопроизвольно открылась под действием избыточного давления газовой среды в горящем помещении. Даже если дверь плотно закрыта, это одно из слабых мест в отношении опасности распространения пожара за пределы горящего помещения, так как огнестойкость дверей, как правило, сравнительно мала и составляет 10-15 мин, а иногда и 4-5 мин. Огнестойкость двери зависит от конструкции материала, из которого она изготовлена, от режима горения в помещении, а также от характера размещения пожарной нагрузки и относительного расположения первоначального очага пожара.

Рис. 2. 22. Схема перехода Рис. 2. 23. Схема распростра -

пожара с нижних этажей нения пожара при интенсивном

на верхние. излучении.

Если очаг пожара расположен далеко от двери, то до начала ее загорания она будет испытывать в течение некоторого времени более или менее интенсивное тепловое воздействие процесса горения внутри помещении. Поэтому она будет разогрета и подготовлена к горению. Кроме того, когда пламя достигнет двери и начнется процесс ее горения, он будет протекать под интенсивным воздействием лучистого теплового потока от зоны горения, расположенной внутри помещения. Поэтому огнестойкость двери, как огнепреграждающей конструкции, с момента ее воспламенения, будет минимальна, она прогорит быстро, и пламя пожара (а также продукты полного и неполного горения) начнет распространяться на смежные помещения. Но с момента начала пожара это произойдет не сразу, а через более или менее продолжительный промежуток времени (складывающийся из времени, за которое пламя пожара достигнет двери и времени, за которое прогорит сама дверь). Если же очаг пожара находится в непосредственной близости от двери, например, при загорании бумаги и мусора в урне, стоящей под дверью, она загорится практически сразу, как только ее поверхность прогреется до температуры начала пиролиза древесины ( 250°С). А окрашенная краской или оклеенная горючими синтетическими декоративно-отделочными материалами дверь загорится еще раньше. При этом огнестойкость двери будет даже выше, чем в предыдущем случае. Но пожар выйдет за пределы горящего помещения еще быстрее, чем в первом случае.

Другой путь распространения пожара за пределы помещения- это переход горения через вертикальные и горизонтальные ограждающие конструкции (рис.2.24.). По вертикальным ограждающим конструкциям пожар может интенсивно распространяться с обогреваемой стороны в пределах того же помещения, если эти конструкции покрыты горючими, а тем более легковоспламеняемыми декоративно-отделочными синтетическими материалами. Если же ограждающие конструкции обладают низкой огнестойкостью и способны прогореть или частично разрушиться под воздействием пламени или высоких температур на обогреваемой пожарной нагрузке. Такими конструкциями являются переборки в судовых каютах, лабораторные боксы, перегородки, смонтированные из металлических сборных или сварных элементов, и т.д.

Рис. 2. 24. Схема распространения пожара за пределы помещения через ограждающие конструкции.

Через горизонтальные ограждающие конструкции пожар может распространиться через перекрытия на этажи здания, расположенные выше горящего помещения. Пожар лишь в редких случаях переходит через перекрытие на этажи, расположенные ниже горящего помещения. Чаще всего он распространяется в верхние этажи.

Наиболее опасными путями распространения пожара на верхние этажи здания являются различные пустоты в строительные конструкциях, вентиляционные и кабельные каналы и т.п. Продукты неполного сгорания, интенсивно выделяющиеся в горящем помещении, по законам естественной конвекции устремляются по таким каналам вверх. Скопление их с последующим внезапным воспламенением может вызвать даже взрыв с разрушением элементов конструкции здания и выбросом пламени.

При этом не исключено, что несгоревшие летучие продукты при их перемешивании с воздухом могут энергично сгорать, быть может, в местах, весьма отдаленных от места, где возник пожар, например, в том месте, где коридор переходит в лестничную клетку.

На стадии развившегося пожара в зданиях, после окончания фазы распространения, факел выбрасывается из оконных проемов. Наиболее устойчивый по времени факел в момент максимальной интенсивности пожара в среднем достигает половины высоты расположенного выше этажа. Поэтому за расчетную высоту факела при пожаре на одном этаже следует брать высоту фасада от подоконника горящего этажа до середины следующего этажа.

Площадь поверхности факела зависит от числа и размеров оконных проемов на каждом этаже, из которых выбрасывается пламя. Обычно пожар развивается в пределах одной секции жилого дома или противопожарного отсека промышленного (складского) здания. При коридорной системе пожар может развиться в пределах всего этажа, а затем охватить все здание.

С усилением скорости ветра в наветренной стороне оконных проемов горящего помещения, при наличии открытых проемов на подветренной стороне здания, пожар становится еще более интенсивным в результате увеличения разности давлений снаружи и внутри здания. Увеличивается скорость движения газовых потоков внутри здания как в вертикальной, так и в горизонтальной плоскостях. Поэтому вскрытие оконных проемов для удаления дыма и нагретых газов допускается только в пределах горящего этажа с подветренной стороны здания при одновременной подаче мощных стволов в очаг пожара и на защиту выше расположенных этажей, а также путей эвакуации.