Как бы неожиданно ни возникал пожар, дальнейшее его развитие будет идти по определенной схеме.

Описание и характеристика фаз пожара

Всего различают несколько фаз пожара:

1. Начало возгорания.
2. Интенсификация горения.
3. Объемное развитие пожара:

• в закрытом объеме;
• в открытом объеме.

1. Стабилизация.
2. Снижение интенсивности.
3. Догорание.

С началом возгорания среднеобъемная температура вырастает до 200 град., увеличивается, а затем медленно снижается расход приточного кислорода. Одновременно растет процент диоксида углерода (13% и больше).

Горючие материалы проходят бурный процесс разложения, выгорают под действием теплоты. Длительность 1 фазы пожара в среднем составляет 2-30% общей продолжительности процесса (или 1-10 минут), более точно данный показатель будет зависеть от таких параметров:

• скорость выгорания материалов;
• скорость распространения огня.

2 фаза, уже исходя из ее названия, характеризуется интенсификацией всех параметров, имевших место в самом начале возгорания:

• увеличивается объем зоны пожара;
• растут тепловые потоки;
• скорость распространения огня также увеличивается;
• температура в помещении поднимается до отметок в 250-300 град.

Длительность второй фазы - около 5-10 минут.

Далее процесс начинает не просто распространяться линейно по поверхности горючего материала, а захватывать объем помещения. Воспламеняются все имеющиеся в помещении горючие материалы и предметы, даже находящиеся на расстоянии от прямого пламени. Происходит это через воздушные просветы при содействии тепловых потоков.

В тот момент, когда в помещении нарушается целостность остекления (что происходит при температуре в 300 град. Цельсия), резко возрастает интенсивность газообмена и увеличивается приток кислорода. Как результат, наблюдается:

• небольшое снижение температуры в помещении;
• рост полноты сгорания;
• рост скорости выгорания;
• рост скорости распространения горения;
• рост удельного и общего тепловыделения.

После незначительного снижения, температура опять резко возрастает до значений 800-900 град., становятся максимальными интенсивность выгорания и задымленность помещения.

На 20-25 минуте со времени начала пожара наблюдается переход процесса в фазу стабилизации. Продолжительность этой стадии - около получаса.

В том случае, если пожар развивается свободно (т. е. отсутствуют попытки его тушения), за фазой стабилизации следует фаза снижения интенсивности. Количество продуктов горения в этой фазе максимально, концентрация кислорода, наоборот, минимальна (16-17%). В помещении постепенно спадает задымленность, уменьшается температура, растет оптическая плотность среды.

Пожар постепенно затухает, сила и площадь горения снижаются. Наблюдается медленное тление, а после - полное прекращение пожара.

Важные моменты

Следует помнить, что доступ на место пожара (даже после полной остановки огня) запрещен. Причин этого несколько - от угрозы обвала выгоревших конструкций до необходимости обследования места происшествия экспертами.

В случае прибытия службы пожарной охраны на место пожара (на любой стадии возгорания), сотрудники сначала производят разведовательные работы, устанавливая наличие и характер угрозы для людей; наличие людей в горящем здании; точное местонахождение очага возгорания; площадь пожара и т. д.

На основании установленной руководителем информации, у пожарников появляется возможность действовать более осознанно и эффективно.

Теплота пожара

Теплота пожара, это количество тепла, выделяющееся в зоне горения в единицу времени. Она зависит от массовой скорости выгорания ( ,[кг/с]), низшей теплоты сгорания вещества (Q н, [кДж/кг]), и полноты сгорания вещества:

, кВт,

где - коэффициент полноты сгорания.

Для пожаров, регулируемых вентиляцией (притоком воздуха), увеличение притока воздуха приведет к увеличению теплоты пожара.

2.2.6 Продукты горения

При пожаре в результате термического воздействия выделяются газообразные, жидкие и твердые вещества Их называют продуктами горения. Они распространяются в газовой среде и создают задымление.

Дым– дисперсная система из продуктов горения и воздуха, состоящая из газов, паров и раскаленных твердых частиц.

Под дымообразованием на пожаре понимают количество дыма (), выделяемого со всей площади пожара, которое определяется по формуле:

> ,

где –выделяемое количество дыма при горении;

Коэффициент пропорциональности;

–массоваяскоростьвыгорания;

Объем продуктов горения, образовавшихся при сжигании 1 кг горючего, ;

Площадь пожара;

–температурадыма;

Температура окружающей среды.

Процесс задымления зданий и помещений связан с разностью образующегося количества дыма при горении ( и удаляемого из здания ). Если эту разность отнести к объему помещения (), получим интенсивность задымления,

Объем помещений,

Z- концентрация дыма, в долях процентов.

Концентрация дыма- это количество продуктов горения, содержащихся в единице объема газовой среды ( ; или в объемных долях), вызывающих ухудшение видимости и токсичность атмосферы в зоне пожара.

2.3 Газовый обмен на пожаре

Газовый обмен на пожаре - это движение газообразных масс, вызываемое выделением тепла при горении. Причиной газообмена при пожаре в помещении является разность давлений газовой среды внутри помещения и воздуха снаружи. При нагревании газов их плотность уменьшается, и они вытесняются более плотными слоями холодного атмосферного воздуха, поднимаясь вверх. У основания факела пламени создается разряжение (зона пониженного давления), которое способствует притоку воздуха к зоне горения, а над факелом пламени- избыточное давление. При этом, на определенной высоте внутри помещения, давление будет равно атмосферному. Плоскость, которая расположена на высоте, на которой давление равняется атмосферному, называется "плоскостью равных давлений" или "нейтральной зоной". Через часть проема или проемы, расположенные выше нейтральной зоны, происходит выход продуктов горения из здания. Через проемы ниже нейтральной зоны – поступает свежий воздух.

h прд – высота плоскости равных давлений;

Избыточное давление газовой среды.

Рисунок 5. Схема газообмена в помещении

На процесс газообмена в помещении оказывают влияние высота проёма, площади проёмов, скорость и направление ветра.

Процессы газообмена на пожаре могут приводить к задымлению как отдельных помещений, так и здания в целом.

2.4 Процесс теплообмена

Одними из главных процессов, происходящих на пожаре, являются процессы теплообмена. Тепло, выделяющееся при горении, воздействует на людей, окружающие конструкции, во многом определяет обстановку на пожаре, а также является одним из факторов развития пожара. Кроме того, нагрев продуктов горения вызывает движение газовых потоков и вытекающие из этого последствия –задымление помещений и территорий, расположенных около зоны горения.

В общем случае тепло, выделяющееся на пожаре, идет на нагрев продуктов горения, часть тепла передается за счет конвекции от зоны горения воздуху, не участвующему в горении, а также излучением.

Рисунок 6. Выделение тепла в зоне горения

Тепло, передаваемое во внешнюю среду, способствует распространению пожара, вызывает повышение температуры, деформацию конструкций и т.д.

Большая часть тепла на пожарах передается конвекцией.

Конвекция способствует выравниванию температуры среды. Конвективные потоки газов при пожарах в зданиях способствуют быстрому распространению пожара, проникая через системы вентиляции, пустоты в строительных конструкциях и т.п.

На открытых пожарах большое влияние на его распространение имеет направление и скорость ветра, т.к. ветер отклоняет восходящий поток нагретых газов от вертикали.

При пожарах внутри зданий продукты горения, двигаясь по коридорам, лестничным клеткам, шахтам лифтов, вентканалам и т.п., передают тепло встречающимся на их пути материалам и конструкциям, вызывая их загорания, деформацию, обрушение и т.п. Необходимо помнить, чем выше скорость движения конвективных потоков и чем выше температура нагрева продуктов горения, тем больше тепла передаётся в окружающую среду.

Значительная часть тепла на пожаре передается излучением.

Перенос тепла излучением осуществляется посредством электромагнитных волн, в основном, за счет этого вида теплопереноса, происходит развитие пожара на открытом пространстве. Причем, чем больше поверхность пламени, тем ниже степень его черноты, чем выше температура горения, тем больше передается тепла этим способом.

При пожарах в ограждениях действие излучения ограничивается строительными конструкциями горящих помещений и задымлением, как тепловым экраном. На наиболее удаленных от зоны горения участках тепловое воздействие излучением существенного влияния на обстановку пожара не оказывает. Но чем ближе к зоне горения, тем более опасным становится его тепловое воздействие.

Подающий тепловой поток зависит от расстояния между факелом пламени и объектом. С этим параметром связаны безопасные условия для облучаемого объекта.

Зная расстояние между измеряемой и излучаемой поверхностью, при котором интенсивность облучения объекта или температура на его поверхности не превышает допустимых величин или допустимых значений для данного объекта, можно определить промежуток времени, по истечении которого необходимо обеспечить его (поверхности) защиту.

Процесс теплообмена нагретых газов, факела пламени и ограждающих конструкций при пожаре в помещении носит сложный характер и осуществляется одновременно тепловым излучением, конвекцией и теплопроводностью.

III. ЗОНЫ И СТАДИИ ПОЖАРА

3.1 Зоны пожара

Пространство, в котором развивается пожар, условно подразделяется на три зоны: горения, теплового воздействия и задымления.

Установить четкие границы зон пожара практически не представляется возможным, так как происходит их непрерывное изменение, и можно говорить лишь об условном их расположении.

3.1.1 Зона горения

Зона горения представляет собой часть пространства, в котором происходит подготовка горючих веществ к горению (испарение, разложение) и их горение. Она включает в себя объем паров и газов, ограниченный границами видимого пламени и поверхностью горящих веществ, с которой пары и газы поступают в объем зоны. Иногда зона горения, кроме указанного, ограничивается также конструктивными элементами здания, стенками резервуара, аппарата и т. д.

3.1.2 Зона теплового воздействия

Зона теплового воздействия примыкает к границам зоны горения. В этой части пространства протекают процессы теплообмена между поверхностью пламени, окружающими ограждающими конструкциями и горючими материалами.

Передача теплоты в окружающую среду осуществляется конвекцией, излучением и теплопроводностью. Границы зоны проходят там, где тепловое воздействие приводит к заметному изменению состояния материалов, происходит их подготовка к горению, а также создаются условия, невозможные для пребывания людей без специальной тепловой защиты.

3.1.3 Зона задымления

Под зоной задымления понимается часть пространства, примыкающая к зоне горения, в которой концентрация продуктов горения создает угрозу для жизни и здоровья людей или затрудняет действия пожарных.

Границы задымления определяют показатели, представляющие опасность для жизни и здоровья людей: видимость, пониженная концентрация кислорода, предельно допустимая концентрация продуктов горения и пиролиза.

При пожарах в зданиях и сооружениях опасные факторы пожара являются основным препятствием для выполнения действий пожарными подразделениям и по тушению пожаров, создают опасность для жизни и здоровья людей, оказавшихся в зоне задымления. Особое влияние зона задымления оказывает на обстановку пожара в зданиях повышенной этажности и на объектах с массовым сосредоточением людей.

Зона задымления может включать в себя всю зону теплового воздействия и значительно превышать ее.

3.2 Стадии пожара

Для горения необходимы три компонента – горючий материал, окислитель (кислород) и источник зажигания.

В процессе развития пожара различают четыре стадии:

1. начальную,

2. стадию развивающегося пожара,

3. развитую стадию пожара,

4. затухания.

Рисунок 8. Стадии пожара

1 – температура пожара; 2 – скорость выгорания; 3 –температура поверхности строительной конструкции; 4 – температура прогрева защитного слоя.

I – начальная стадия; II– стадия развивающегося пожара; III– развитая стадия; IV–затухания.

Начальная стадия

Начальная стадия пожара включает период времени от момента возникновения горения до полного охвата пламенем поверхности горючей нагрузки. Продолжительность этой стадии зависит от вида и количества горючей нагрузки, мощности источника зажигания, объемно-планировочных характеристик помещения. Продолжительность начальной стадии пожара может изменяться в широких пределах, температура в этот период характеризуется сильной неоднородностью.

На этой стадии газовая среда в помещении увеличивается в объеме, создается избыточное давление, в результате чего газовая смесь выходит из помещения через не плотности в стыках строительных конструкций, зазоры в притворах дверей, окон, воздуховоды и другие отверстия.

Если на начальной стадии недостаточно воздуха для сгорания пожарной нагрузки, то интенсивность горения замедляется, а при достаточной изоляции от окружающей среды, развитие процесса горения в помещении может замедляться вплоть до полного прекращения горения. Пожар при этом будет зависеть от притока вентиляции и будет находиться в режиме ПРВ – «пожар, регулируемый вентиляцией».

Если притока воздуха достаточно для сгорания пожарной нагрузки, то горение распространяется на всю ее площадь, прогреваются конструкции и материалы, среднеобъемная температура в помещении поднимается до 200 0 ÷300 0 С. В газовой среде помещения возрастает содержание оксида и диоксида углерода, происходит интенсивное дымовыделение, снижается видимость.

Начальная стадия пожара, как правило, не оказывает существенного влияния на огнестойкость строительных конструкций, поскольку температуры пока еще сравнительно невелики.

Стадия развивающегося пожара

Стадия развивающегося пожара включает период времени от полного охвата пламенем поверхности пожарной нагрузки до достижения постоянной скорости выгорания материалов пожарной нагрузки. Характеризуется резким подъемом скорости тепловыделения и быстрым повышением температуры в помещении. В период развивающейся стадии пожара строительные конструкции подвергаются нарастающему интенсивному тепловому воздействию.

Развитая стадия пожара

Развитая стадия пожара характеризуется наибольшей интенсивностью пожара. Все параметры, обуславливающие развитие пожара (скорость выгорания, газообмен, температура, тепловые потоки, концентрация продуктов горения), принимают максимальные и, практически, постоянные значения. На этой стадии сгорает около 80-90% объемной массы горючих веществ и материалов.

Данная стадия развития пожара является квазистационарной, при этом расход удаленных газов из помещения приблизительно равен притоку поступающего воздуха и продуктов горения. На этой стадии вскрытие дополнительных проёмов (дверей, окон и т.п.) существенного влияния на интенсивность горения не оказывает.

Значительную опасность для действий пожарных подразделений, представляет пожар в режиме ПРВ (пожар, регулируемый вентиляцией). Как правило, он происходит на начальной стадии пожара. При этом в условиях, когда недостаточно воздуха для сгорания пожарной нагрузки, интенсивность горения снижается, но среднеобъемная температура в помещении достаточно велика для процесса пиролиза (термического разложения) горючих материалов. При этом продукты пиролиза накапливаются в объеме помещения, создавая взрывоопасную концентрацию. В случае быстрого поступлении кислорода (например, за счет вскрытия оконных или дверных проемов), может произойти объемная вспышка, при которой выделяется большое количество тепла. При этом возникает прямая угроза жизни и здоровью пожарным и распространения огня по всему объему помещения. Среднеобъёмная температура в помещении возрастает до 650÷850 0 С.

Стадия затухания

Стадия затухания начинается с момента снижения скорости выгорания пожарной нагрузки и заканчивается временем достижения исходного значения среднеобъемной температуры. Тепловыделение и средняя температура газовой среды в очаге пожара снижаются, однако в начале этой стадии остаются еще достаточно высокими и оказывают значительное тепловое воздействие на конструкции.

Рисунок 9. Развитие пожара в комнате

Рисунок 10. Стадияразвитого пожара

Рисунок 11. Схемаизменения температуры и режимов пожара во времени

IV. УПРАВЛЕНИЕ ГАЗООБМЕНОМ НА ПОЖАРЕ

Управление газовыми потоками при тушении пожара является важным оперативно-тактическим действием, выполняемым с целью создания условий, способствующих успешному тушению пожара и проведению спасательных работ.

Фазы развития пожара.

В процессе развития пожара различают три фазы: фазу свободного развития пожара, фазу локализации и фазу ликвидации пожара.

В первой фазе развития пожара - фазе свободного горения – пламенем охватывается до 80% пожарной нагрузки. Эта фаза характерна ростом площади пожара, выгоранием пожарной нагрузки, нагревом строительных конструкций, их обрушением. Продолжительность этой фазы Т св определяется по формуле (1.3) как сумма времени сообщения о возгорании в пожарную часть Т дс, времени сбора личного состава Т сб, времени следования формирований к месту возгорания Т сл, и времени развертывания пожарных бригад Т бр:

Т св = Т дс + Т сб + Т сл + Т бр. (1.1.)

Во второй фазе происходит активное пламенное горение с потерей массы

пожарной нагрузки, скорость выгорания непрерывно увеличивается и достигает максимальных величин.

В этой фазе – фазе локализации – пожар развивается до момента ограничения распространения горения по площади сосредоточенными силами, средствами и исключения опасных ситуаций. Эта фаза характеризуется дальнейшим увеличением площади пожара, сокращением скорости распространения горения за счет внедренных средств тушения, выгоранием пожарной нагрузки на участках свободного горения и тления, а также другими явлениями.

Продолжительность фазы локализации зависит от быстрого проведения разведки пожара, оценки обстановки, скорости сосредоточения огнетушащих средств, грамотного управления силами и т.д. Практически определить точно время локализации пожара невозможно. Его можно рассчитать в процессе тушения и исследования потушенных пожаров.

В третьей фазе – фазе ликвидации – скорость выгорания резко падает, процесс характеризуется догоранием тлеющих материалов и конструкций.

В этой фазе площадь пожара сокращается и приостанавливается до момента полного прекращения горения на всех поверхностях пожарной нагрузки и завершается исключением возможности повторного возобновления горения в этих местах. Выявить время третьего периода также практически невозможно.

В каждом конкретном случае процесс развития пожара протекает при определенных условиях сосредоточения или рассредоточения пожарной нагрузки и газообмена, т.е. притока воздуха в зону горения и удаления из нее нагретых продуктов сгорания, а также дымовых газов. Газовый обмен является постоянным явлением любого пожара. При пожарах на открытом пространстве газообмен характеризуется наличием восходящего столба или движущейся колонны газообразных продуктов сгорания. При пожарах в ограждениях (зданиях) газообмен зависит от наличия, состояния и площади проемов, высоты их расположения, удельной пожарной нагрузки и других факторов.

Наиболее интенсивно газообмен протекает при наружных пожарах, пожарах в производственных зданиях со световыми фонарями, бесфонарных зданиях с дымоудаляющими люками в покрытиях. Мощные потоки газов, особенно при наружных пожарах, способны переносить искры, горящие угли и головни на значительные расстояния, создавая условия для возникновения новых очагов горения, что следует учитывать при организации спасательных работ. При газообмене в зданиях, когда доступ свежего воздуха к зоне горения сокращается, происходит обильное выделение продуктов неполного сгорания и теплового разложения. Указанные обстоятельства осложняют обстановку, создают наибольшую опасность для жизни людей и затрудняют оперативные действия спасателей.

Зоны на пожаре:

/-зона горения; 2 -зона теплового воздействия; 3 - зона задымления

Работа личного состава в задымленных помещениях требует определенных умений и навыков, высокой физической, морально-волевой и психологической подготовки.

Зона задымления может включать в себя всю зону теплового воздейст­вия и значительно превышать ее.

Границами зоны задымления считаются места, где плотность дыма составляет

1 10 4 - 6-10 4 кг/м 3 , видимость предметов 6-12 м, концентрация кислорода в дыме не менее 16 % и токсичность газов не представляет опасности для людей, находящихся без средств защиты органов дыхания.

Практически установить границы зон при пожаре не представляется возможным, так как происходит их непрерывное изменение, и можно говорить лишь об условном их распо­ложении.

Дым ,- это смесь (дисперсная система) продуктов горения и воздуха, состоящая из газов, паров и раскаленных твердых частиц. Объем выделившегося дыма, его плотность и токсичность зависят от свойств горящего материала и от условий протекания процесса горения.

Под дымообразованием на пожаре принимают количество дыма, м 3 /с, выделяемого со всей площади пожара.

Концентрация дыма - это количество продуктов горения, содержащихся в единице объема помещения. Ее можно выразить количеством вещества, г/м 3 , г/л, или в объемных долях.

Экспериментальным путем установлена зависимость видимости от плотности дыма, например, если пред­меты при освещении их групповым фонарем с лампочкой в 21 Вт видны на расстоянии:

До 3 м -сильное задымление(содержание твердых частичек углерода 1,5 г/м 3)-дым оптически плотный;

до 6 м среднее задымление(0,6-1,5 г/м 3 твердых частичек углерода) -дым средней оптической плотности;

до 12 м слабое задымление (0,1-0,6 г/м 3 твердых частичек углерода) - дым оптически слабый.

Вывод по вопросу № 2: В процессе развития пожара различают три стадии: начальную, основную и конечную. Эти стадии характерны для всех пожаров независимо от того, где произошел пожар: на открытом пространстве или в помещении.

Абсолютно все пожары проходят 3 стадии развития, которые не зависят от причин и места их возникновения (в помещении или нет). Более подробно о каждой стадии мы и поговорим.

Причины пожара

Горение чаще всего возникает из-за следующих факторов.

1. Воспламенения, которое происходит под воздействием источника зажигания, а в самом процессе задействуются горючие вещества и окислитель. Главной опасностью воспламенения является большая вероятность взрыва, а также неизбежное распространение пламени по всей поверхности предмета.
2. Вспышки, которая представляет собой мгновенное сгорание газа над горючим веществом. Этот процесс всегда сопровождается свечением. От воспламенения вспышка отличается неустойчивостью горения, даже в тех случаях, когда присутствует источник зажигания.
3. Самовоспламенения, которое возникает в связи с умеренным нагреванием поверхности, и при отсутствии внешнего источника зажигания. Примером может служить торфяные пожары, возникшие от самовозгорания, вызванного воздействием особых микроорганизмов. Кроме того, такие химические вещества, как пирофоры, при контакте с воздухом также загораются.

Начальная стадия

Под начальной стадией пожара подразумевается определенный промежуток времени, который необходим огню, чтобы полностью охватить помещение, начиная с момента возгорания. Её продолжительность напрямую зависит от конструкции здания, имеющихся материалов и веществ, а также особенностей всевозможных предметов. Другими словами – материалов пожарной нагрузки.

Данной фазе свойственны: снижение плотности газов и рост температуры в помещении до 200-300 градусов. При этом количество поступающего воздуха меньше, чем количество удаляемых через проёмы газов. Пламя распространяется повсюду, а большинство материалов разлагается термически.

В этот момент следует заблокировать поступление кислорода. Подобные действия могут замедлить, и даже вовсе прекратить горение.

Основная стадия

После того, как пламя охватило всё помещение, начинается основная стадия развития пожара. При этом температура и скорость выгорания повышается до максимума, сгорает до девяноста процентов горючих веществ, а плотность газов изменяется незначительно. Кроме того, резко возрастает площадь горения и сам факел пламени.

Такой установившийся режим горения называется квазистационарным. Приток продуктов пиролиза и воздуха примерно равен объему удаляемых из помещения газов, а температура может достигать 900 градусов Цельсия.