Использование методики изучения состава и свойств копоти при определении очага пожара

Зона же отсутствия копоти, образовавшаяся по причине выгорания, характеризуется плавным переходом от наименьшего значения электросопротивления к наибольшему, при этом от этой зоны будут отходить в одну или несколько сторон зоны прохождения конвективных потоком.

Зоны наибольшего прогрева конструкций характеризуются наименьшими значениями сопротивления слоя копоти электрическому току. Такие зоны возникают, прежде всего, над очагом пожара, если копоть не выгорела, и на путях распространения основных конвективных потоков от очага. Но в отдельных случаях, таким, же образом проявляют себя очаги горения, обусловленные сосредоточением пожарной нагрузки.

Зоны прохождения интенсивных конвективных потоков продуктов горения характеризуются постепенным увеличением электросопротивления копоти от очага горения в направлении вытяжных проемов. Электрическое сопротивление слоя копоти на периферийных участках вне этих зон существенно выше и может отличаться на один-два, а иногда и несколько порядков.

Алгоритм работы:

1. После выбора помещений и конструкций в них (потолок, стены и др.), имеющих наслоения копоти и подлежащих исследованию, должна быть нарисована схема для каждого помещения или другого объема, ограниченного стенами. Так, например, для двух смежных комнат строятся две схемы, каждая из которых включает поверхности, которые имеют слой копоти и подлежат исследованию. На каждую из схем наносят точки, в которых будут производиться измерения. Шаг между точками должен быть одинаков и зависит от размеров помещения и может колебаться от 0,2м до 2,0м. Точки должны быть пронумерованы.

2. В каждой точке необходимо делать не менее пяти измерений, каждый раз смещая контактный щуп на 2-3мм. Если измеренные в двух соседних точках значения сопротивления значительно отличаются друг от друга, следует наметить дополнительную точку (или 2-3 точки) в которых произвести необходимые измерения. Прижимать датчик для измерения электросопротивления необходимо до соприкосновения внешнего кольца с поверхностью. После каждого измерения контакты и площадку необходимо очищать от копоти марлевым тампоном, смоченным этиловым спиртом.

3. Полученные результаты измерения электрического сопротивления заносят в таблицу.

4. Построение карты (плана) зон распределения значений десятичных логарифмов среднего значения электросопротивления (изорезистивных зон) копоти (вручную или с помощью компьютерных программ, предназначенных для построения графического представления данных). Зоны наибольшего прогрева конструкций характеризуются наименьшими значениями сопротивления слоя копоти электрическому току.



ГЛАВА 3. МЕХАНИЗМ ОБРАЗОВАНИЯ И СВОЙСТВА КОПОТИ

3.1 Горение на пожаре

Пожар - сложное и многообразное явление, развитие которого может происходить по различным сценариям, что обусловлено зависимостью процессов горения от структуры, химического состава, геометрических параметров, взаимного расположения сгораемых веществ и материалов, их распределения в объеме помещения, а также от размеров самого помещения и условий воздухообмена.

При пожаре в помещении, например, в отсеке судна или номере гостиницы, насыщенном горючими материалами, куда поступление свежего воздуха практически не происходит, как правило, имеет место неполное горение. Оно сопровождается образованием большого количества разнообразных продуктов. Эти продукты по своему агрегатному состоянию могут быть жидкими, газообразными (парообразными) и твердыми. Многие из них токсичны, горючи и взрывоопасны.

В закрытом помещении горение может прекратиться из-за недостатка кислорода. При этом задымленность помещения может еще сохранятся весьма длительное время.

В случае открытых дверей и оконных проемов в зону пожара поступает неограниченное количество воздуха, и горение продолжается до полного выгорания пожарной нагрузки, если пожар не потушить.

Значительное количество пожаров начинаются с длительного периода тления, переходящего в пламенное горения при стечении благоприятствующих этому факторов. К таким факторам можно отнести наличие достаточного количества способного тлеть материала, ограниченный теплоотвод из зоны горения и аккумуляция тепла, наличие достаточной концентрации кислорода в воздухе.

Многие твердые горючие вещества, используемые для отделки помещений, разлагаются и полностью сгорают при воздействии на них высоких температур. Другие полимеры (реактопласты и материалы на основе целлюлозы) только частично деструктируют и в результате горения образуют богатый углеродом карбонизированный слой. В этом случае углерод реагирует с кислородом, диффундирующим на твердую поверхность. Реакция сопровождается выделением большого количества тепла и ярким свечением. Процесс этот относительно медленный. В результате такого горения, как правило, образуется коксовый остаток. Горение жидкостей и газов так же имеет свои особенности механизма горения.

Для понимания происходящих в условиях пожара процессов необходимо ясно представлять механизмы горения различных веществ.

Наиболее часто происходят пожары, на которых основной сгораемой нагрузкой являются твердые вещества, а именно - природные и синтетические полимеры.

При горении поверхность полимера нагревается излучательным тепло-переносом от пламени. В турбулентных условиях возможен также и конвективный теплоперенос.

Поглощение тепла полимером при излучении зависит от спектральных характеристик как полимера, так и источника радиации. Скорость нагрева определяется теплофизическими свойствами, условиями теплообмена с окружающей средой, а также размерами и формой исследуемых образцов.

Сложным и недостаточно изученным является вопрос о роли кислорода воздуха в процессе разложения полимеров при горении. Можно лишь утверждать, что усиление притока воздуха в зону горения приводит в конечном счете к увеличению температуры на поверхности горящего вещества. Соотношение вклада в процесс горения термической или термоокислительной деструкции в стадии газификации зависит от природы полимера, особенностей механизма разложения, температуры пиролиза, определяемой температурой поверхности горящего материала, т.е. от условий горения. Эти же факторы определяют и природу летучих продуктов.

При воздействии высокой температуры на поверхность полимера, он деструктирует до сложной смеси летучих углеводородов. Температура смеси газов повышается по мере ее приближения к фронту пламени . Кислород из окружающего воздуха диффундирует в эту смесь газов, и при достижении соответствующих условий концентрации и температуры, смесь воспламенятся. Пламя вновь поставляет энергию, необходимую для поверхностной термодеструкции полимера. Часть углеводородов претерпевает пиролиз в пространстве между поверхностью полимера и фронтом пламени в том случае, если их температура достаточно высока - до 1000°С, а концентрация кислорода еще довольно низка. Описанный механизм справедлив для всех полимеров только в начальной стадии горения. Термопласты при длительном тепловом воздействии пламени плавятся, растекаются, происходит объемный прогрев полимера до температуры пиролиза, из расплава интенсивно выделяются горючие газообразные продукты. В результате полимер либо полностью сгорает, либо остается негорючий жидкий или твердый остаток. На поверхности реактопластов в процессе горения образуется углистый слой, который изолирует массу полимера от радиационного воздействия пламени и препятствует выходу продуктов термической деструкции. Если образовавшийся углистый слой имеет толщину больше критической, и отсутствуют условия, способствующие его прогреву, растрескиванию либо выгоранию (внешний тепловой поток, аккумуляция тепла, приток окислителя), то горение может прекратиться. Выход летучих часто сопровождается диспергированием поверхности твердой фазы, и выносом последней в газовую фазу в виде частиц с горящей поверхностью, на которых в свою очередь интенсивно идет газовыделение, воспламенение и горение. В результате горения остается негорючий минеральный остаток либо кокс.

Только пористые материалы, которые образуют твёрдый углистый остаток при нагревании, могут самостоятельно поддерживать тлеющее горение. Сюда относится широкий спектр материалов растительного происхождения, таких, как бумага, целлюлозные ткани, опилки, слоистые плиты и латексная резина, а также некоторые термореактивные пластики в растянутом расстоянии. Материалы которые могут плавиться и претерпевать усадку под воздействием источника тепла, не будут обнаруживать рассматриваемый вид горения. Причину этого можно понять из рассмотрения механизма тления.

Можно установить три области горения, а именно:

Зона 1. Зона пиролиза, характеризующаяся резким подъёмом температуры, где происходит истечение видимых летучих продуктов из исходного материала;

Зона 2. Зона углистого остатка, где температура достигает максимума, и прекращается эволюция видимых продуктов пиролиза, и начинается накаливание:

Зона 3. Зона сильно пористого углистого остатка, где остаток больше не нагревается и температура медленно падает.

Выделение тепла происходит в зоне 2, где углистый остаток подвергается поверхностному окислению. Именно здесь температура достигает максимума (для тления в спокойном воздухе целлюлозных материалов максимум температур меняется от 600 до 750°С).Тепло из зоны 2 передаётся в область свежего горючего. Благодаря этому в зоне 1 наблюдается повышение температуры. Это приводит к термическому разложению горючего, в результате которого происходит выделение продуктов пиролиза и образование углистого остатка. Для большинства органических материалов реализация такого изменения требует температур выше 250-300 °С.

Летучие продукты термического разложения, которые вытесняются из зоны 1, не подвержены значительному окислению. Эти продукты представляют собой газообразное горючее, которое при пламенном горении сгорает в форме факела. Они выделяются перед зоной активного горения и образуют весьма сложную смесь продуктов, включая жидкости с высокими температурами кипения и смолы, которые конденсируются в виде аэрозолей, что существенно отличает их от дыма, образующегося при пламенном горении. Если их собрать в замкнутый сосуд, то они способствовали бы образованию пожароопасной атмосферы. Судя по модели тления, описанной выше, при отсутствии способности материала сжиматься при воздействии источника тепла (зона 2) существенно уменьшается перенос тепла вперед. Если это уменьшение будет значительным, то в таком случае дальнейшее распространение тления будет невозможно. Отсюда следует интересный вывод о том, что тление может и наблюдаться и у горючих жидкостей при условии, что ими пропитаны жёсткие пористые материалы.

Горение разлитых жидкостей после воспламенения происходит через стадию ее испарения. Пары входят в зону пламени и реагируют с окислителем, выделяющаяся тепловая энергия прогревает поверхностный слой до температуры кипения. Скорость горения при этом максимальная. В процессе горения толщина прогретого слоя увеличивается. При горении смеси жидкостей в первую очередь выгорают компоненты, температура кипения которых ниже. Жидкости, как правило, сгорают полностью.

Горение газов регламентируется скоростью истечения из емкости, концентрацией окислителя и степенью гомогенности газовоздушной смеси. Так как при горении газов происходит прямое химическое взаимодействие горючего и окислителя, скорость горения очень велика, часто возможен взрыв.

По сути, копоть - это осевшая на ограждающих конструкциях помещения дисперсная фаза дыма, образующегося при пожаре. Задымленность помещений при пожаре и путей эвакуации является одним из опасных факторов пожара. Это выражается в снижении видимости, высокой концентрации отравляющих и канцерогенных веществ. Опасность дыма обусловила то пристальное внимание, которое уделяется исследованию свойств дыма, образующегося при горении различных материалов, а так же снижению дымообразующей способности применяемых конструкционных и отделочных полимеров.

3.2 Состав и свойства дыма

Дым - видимый продукт пожара. Он состоит из частичек сажи, частично сгоревшего горючего и капель жидкости. Вещество в этих фазах находится в конденсированном состоянии. Однако помимо дисперсной фазы в любом случае имеется и дисперсионная среда, в качестве которой служит смесь выделяющихся при горении газообразных веществ с воздухом.

В продолжении «времени жизни» количественное соотношение фаз дыма и их качественный состав непрерывно меняются в силу изменения на пожаре соотношения «окислитель/горючее» и внешних условий (температуры, давления, влажности, скорости аэрации и т.п.). Все это, вероятно, накладывает отпечаток на состав и свойства наслаивающейся на конструкции копоти.

Изменение условий горения (температуры, окислительной среды, давления, влажности) существенно влияет на дымообразование. Для поливинилхлорида (ПВХ), полистирола коэффициент дымообразования практически не зависит от содержания в среде кислорода, а для древесины и огнезащищённого полистирола становится выше при снижении концентрации кислорода в окружающей атмосфере. С увеличением температуры дымообразование древесины снижается, а полистирола и ПВХ увеличивается. Древесные материалы при тлении с увеличением плотности теплового потока выделяют возрастающее количество дыма, которое резко уменьшается при переходе к пламенному горению. Для ПВХ наблюдается обратная закономерность . При низких температурах разложения, до 600°С, в продуктах преобладают газообразные и жидкие (конденсированные) вещества. С повышением температуры пиролиза выход твердой фазы у отдельных полимеров увеличивается до нескольких десятков процентов.

Приведенные примеры не могут дать полных представлений о фазовом составе продуктов горения. Безусловно он определяется не только условиями разложения (горения), но и химической природой материала. Например, количество кислорода, необходимое для осуществления процесса горения, зависит от природы горючего. Для горения углеводородов, таких как бензин, требуется очень высокое содержание кислорода, примерно 3.5 кг на 1 кг горючего или 11м воздуха на 1горючего. Для горения 1 кг спирта требуется гораздо меньше кислорода, около 1.2 кг или 3.5 м³ воздуха количество кислорода, теоретически необходимое для горения других горючих веществ, находится в этих пределах. Практически при горении во время пожара расходуется кислорода (воздуха) значительно больше теоретически необходимого. Для иллюстрации сказанного ниже приводятся изложенные в литературе данные по фазовому составу продуктов, выделяемых при горении типичных материалов отделки помещений.

3.2.1 Поливинилхлорид и материалы на его основе

При нагревании ПВХ выше 170°С выделяется хлористый водород. До 300°С летучие продукты состоят из хлористого водорода HCL (около 96%) и незначительного количества ненасыщенных и ароматических углеводородов. После завершения дегидрохлорирования (300°С) в нелетучем остатке содержится 88% углерода. С ростом температуры в пиролизе в нелетучих продуктах наблюдается повышение ароматизации структуры. При 400-450°С нелетучий остаток пиролиза ПВХ представляет собой плавящейся и частично растворимый в органических растворителях продукт, так называемый мягкий кокс. При температурах свыше 500°С выделяются в значительных количествах оксиды углерода.

На воздухе скорость деструкции ПВХ значительно увеличивается. Нелетучий остаток теряет плавкость и растворимость, образуется так называемый твердый кокс.

3.2.2 Древесина и материалы на основе целлюлозы

Представляют интерес особенности химического состава дымов, образующихся при сжигании древесных материалов. Элементный состав древесины примерно следующий, (%): С - 46,0; Н - 5,5; О - 38-39; N - 0,9. Кислород, содержащийся в полимерных макромолекулах целлюлозных материалов участвует в процессе горения, поэтому объем теоретически необходимого воздуха для них значительно меньше, чем для горючих веществ, в состав которых кислород не входит. Медленное разложение древесины начинается при 160-170°С, а заметный выход газообразных продуктов происходит при 250-300°С. как было отмечено выше, разложение 1 кг древесины сопровождается выделением 800 г газообразных продуктов и 200 г древесного угля. Состав газообразных продуктов разложения не постоянен, он изменяется в зависимости от температуры разложения твердых веществ. При низких температурах преобладает диоксид углерода и водяной пар, при более высоких - образуются горючие газы: водород, метан и др.

Березовая древесина разлагаясь образует следующие продукты: уголь - 31,8 масс, частей; негорючие продукты (вода и диоксид углерода) - 30, горючие продукты - 38. При горении древесины в условиях пожара количество образующегося угля несколько меньше и составляет 20% от массы древесины. Состав угля не постоянен и изменяется в зависимости от температуры разложения.

Как отмечает автор работы, ароматизирующее и вкусовое действие древесного дыма обусловлено многообразием входящих в его состав органических соединений. В состав дыма, образующегося при термическом разложении древесины, входит около 200 различных химических соединений. Поэтому автор подробно остановился на исследовании только некоторых интересующих его фенолов, присутствующих в древесном дыме, как в газообразном состоянии, так и в виде сконденсированного продукта на дисперсной фазе. Основная доля среди фенолов, содержащихся в древесном дыме.

3.2.3 Эпоксидные полимеры

Термическая устойчивость эпоксидных полимеров зависти от химического строения эпоксидного олигомера и отверждающего агента. Олигомеры начинают разлагаться при 200°С, образуя воду, формальдегид, СО, метан, водород, этилен, этан, пропилен и пропан. Состав летучих продуктов неотвержденных олигомеров и полимеров на их основе различен. Увеличение температуры приводит к росту выхода низкокипящих летучих продуктов пиролиза эпоксидных полимеров.

В летучих газообразных продуктах пиролиза эпоксидных полимеров обнаружены в значительных количествах окись углерода, двуокись углерода, ацетальдегид, бензол, толуол, а в жидкой фазе - фенол, изопропилфенол.

Важную роль в фазовых превращениях, имеющих место в дымовом облаке, играет поверхность дисперсной фазы. Именно на поверхности твердой фазы протекают процессы адсорбции, конденсации, испарения, катализа и дессорбции, которые и определяют химические свойства аэрозольных частиц, и их отложений в виде копоти.

Энергетически неравновесное состояние поверхности частиц сажи предопределяет различные способы, пути и возможности взаимодействия с веществом окружающей среды.

3.3 Осаждение копоти на конструкциях и образование закопчений в условиях пожара

Рассматривая явление образования закопчений на пожаре, следует учитывать материал и температуру конструкций, их конфигурацию, интенсивность и размеры зоны горения, конвективный режим (скорость массообмена и температуру дымовых газов).

На пожаре частицы сажи движутся вдоль линии температурного поля в сторону понижения температуры. Поэтому, если частицы находятся между холодной и тёплой поверхностями они двигаются к холодной и осаждаются на ней. Подобным же образом интенсивный пучок света, односторонне нагревая поверхность частицы, принуждает двигаться их либо в направлении излучения, либо против него, т.е. вызывать явление фотофореза.

При положительном фотофорезе частицы перемещаются вдоль световых лучей от источника света; обратный же эффект именуется отрицательным фотофорезом. У одних веществ наблюдается только положительный фотофорез; частицы других веществ могут двигаться в разные стороны.

Фотофорез отсутствует или проявляется очень слабо у веществ, хорошо отражающих свет, например фторида кальция и оксида магния, и очень заметно у сильных поглотителей света: сажи, железных опилок, алюминиевых квасцов и красителей. В некоторых зонах светового пучка частицы могут совершать очень быстрые колебания, двигаться по спиральным и зигзагообразным траекториям и т.д.

Если сильнее нагревается сторона частицы, обращенная к источнику света, то благодаря усилившейся бомбардировке этой стороны молекулами окружающего газа частица смещается от источника света и, следовательно, имеет место положительный фотофорез, если же сильнее нагревается противоположная сторона частицы, то получается обратный эффект. Будет ли иметь место положительный или отрицательный фотофорез зависит от ряда факторов, а именно от размера и формы частицы, прозрачности вещества частиц для света различной длины волны и разности фаз в падающих, проходящих и отраженных лучах.

Образование наслоений копоти напрямую связано с направлением и скоростью дымовых потоков. Более смолистые и тяжелые частицы садятся, на поверхности дымового канала ближе к зоне горения. При высокой скорости конвективного потока включаются инерционные, аэродинамические механизмы осаждения. При этом наибольшее количество копоти образуется в местах выступов, сужений, и других препятствий выходу дыма.

В случае, когда интенсивные конвективные потоки отсутствуют, наряду с явлениями термо- и фотофореза имеет место гравитационное осаждение копоти на обращенные вверх поверхности.

Наряду с утолщением слоя копоти согласно описанным механизмам, на пожаре имеет место выгорание и газификация копоти при воздействии высоких температур, а так же испарение легких конденсированных органических веществ и преобразование их в полиароматические дегидрированные соединения.

3.4 Механизм образования компонентов копоти

Представления о механизмах превращений органических соединений в низко- и высокотемпературной зонах пиролиза твердых полимеров развиты недостаточно, но некоторые сведения в литературе имеются.

В низкотемпературной зоне пиролиза часть горючего будет превращаться по схеме конденсации в высокомолекулярные жидкие продукты с образованием дисперсного углерода в виде сферических частиц кокса или осаждаться на поверхность сажевых частиц и ококсовывать их. Часть капель углеводородного тумана при быстром охлаждении саже-газовой смеси может остаться в виде высокомолекулярных углеводородов на поверхности сажевых частиц и может быть экстрагирована с них органическими растворителями (хлороформом, этанолом и т.п.).

Чем выше температура процесса, тем большая часть топлива превращается в сажевые частицы, и тем меньшая - через промежуточные высокомолекулярные смолообразные продукты со значительным коксованием их на поверхности сажевых частиц.

Как отмечалось выше, в состав нерастворимой в органических растворителях части копоти входят углеродистые частицы, зольные элементы, а так же дегидрированные полиароматические соединения с высокой степенью аромотизации. Наличие в копоти зольной части объясняется отрывом конвективными потоками зольных частиц горящего материала. Следовательно, чем более интенсивным будет горение, тем большая часть зольного остатка горящего материала может перейти в дисперсную фазу дыма и осесть на конструкциях в составе копоти.

До настоящего времени механизм образования сажевых частиц при горении в полной мере не описан, что объясняется чрезвычайной сложностью этого физико-химического процесса.

Так как сажа представляет собой метастабильный продукт процесса горения, то не исключается возможность существования нескольких путей перехода (механизмов) в это состояние в зависимости от конкретных условий реализации процесса.

При горении полимера можно предположить два предельных условия для образования сажевых частиц:

- карбонизацию в зоне пиролиза;

- карбонизацию во фронте пламени.

Поверхность полимера нагревается излучательным теплопереносом от пламени. В турбулентных условиях возможен также и конвективный теплоперенос. При этой температуре полимер деструктирует до сложной смеси летучих. Температура смеси газов повышается по мере ее приближения к фронту пламени. Кислород из окружающего воздуха диффундирует в эту смесь газов, и при достижении соответствующих условий концентрации и температуры, смесь воспламенятся. Пламя вновь поставляет энергию, необходимую для поверхностной термодеструкции полимера. Часть углеводородов претерпевает пиролиз в пространстве между поверхностью полимера и фронтом пламени в том случае, если их температура достаточно высока - до 1000 °С, а концентрация кислорода еще довольно низка. Считают, что в зоне пиролиза образование частиц происходит вследствие пересыщения и конденсации пиролизирующихся продуктов и реакции между углеводородами. Если образовались ядра, то облегчены условия пресыщения, и дальнейший рост частиц происходит путем отложения газообразных углеводородов на поверхности ядер. Образуемые таким образом частицы подвергаются дальнейшему деградированию по мере их движения через область с более высокой температурой и входом в пламя. Не исключено также, что некоторая часть конденсированных частиц представляет собой большие молекулы углеводородов. Они также могут гореть по мере их движения через область пламени.



ГЛАВА 4. ИСПОЛЬЗОВАНИЕ МЕТОДИКИ ЭКСПЕРТНОГО ИССЛЕДОВАНИЯ КОПОТИ ПОСЛЕ ПОЖАРА

4.1 Описание места пожара. Визуальная оценка и фиксация закопчений при помощи технических средств

Описание места пожара выполняется по общему плану в соответствии с известными методиками и рекомендациями. В протоколе осмотра при этом целесообразно выделить отдельным разделом описание закопчений на конструкциях. Следует отмечать сравнительную степень закопчения (указывая субъективное ощущение цвета), направленность ее усиления, особое внимание, уделяя локальным участкам, которые обладают аномально высокой либо, наоборот, низкой интенсивностью закопчения относительно общей площади. Необходимо указывать точные координаты таких зон. Дополнительно к протоколу осмотра наряду со схемой места пожара следует оформить схему закопчений с указанием мест отбора проб копоти.

Фиксация визуальной информации с помощью технических средств позволяет наиболее полно и объективно отражать обстановку на месте пожара. В настоящее время для этих целей наиболее часто используют любительские видеокамеры и простейшие фотаппараты с постоянной экспозицией. В некоторых случаях этого достаточно, однако фиксация закопчений требует применения дополнительного оборудования и особых приемов съемки, которые позволяют отобразить оттенки серого на фоне черного цвета в условиях недостаточной освещенности. Обязательным является использование дополнительных осветителей, обладающих наиболее полным спектром (галогеновые), мощность осветителя выбирают зависимости от параметров фото- и видеоаппаратуры.

Наиболее целесообразно использование фотосъемки. При фотографировании больших площадей используют панорамную съемку. В этом случае должны быть обеспечены «перехлест» кадров на 10-20%, одинаковая экспозиция, видимое ограничение фотографируемого участка путем разметки общей площади.

Перспективным методом фиксирования визуальной информации является цифровая фото- и видеосъемка, которая позволяет получать высокое качество изображения и проводить его обработку на компьютере.

Выбор зон исследования осуществляется по результатам визуального осмотра.

На начальном этапе должны быть очерчены зоны, в которых слой копоти отсутствует, либо нарушен. Необходимо установить причины образования этих зон, что может быть связано с локальным выгоранием копоти от воздействия температуры интенсивного очага горения, либо с воздействием воды при тушении.

После этого выделяют зону непосредственного теплового действия пожара и разбивают её на участки горения и задымления (где конструкции закопчены, но собственно горения не было) с учётом информации о расположении пожарной нагрузки, развитии пожара и ходе тушения.

Далее проводится исследование свойств копоти на этих участках.

4.2 Измерение электрического сопротивления слоя копоти. Фиксация и интерпретация результатов

Измерение электрического сопротивления слоя копоти может проводиться с целью выявления зон локального прогрева конструкций на месте пожара. Такие зоны возникают, прежде всего, над очагом пожара и на путях распространения основных конвективных потоков от очага. Возможно определение направленности этих конвективных потоков и, следовательно, направленности распространения горения. Замеры следует проводить в соответствии с намеченным по результатам визуального осмотра планом, который должен предусматривать максимальный охват имеющихся закопчений с шагом 0,2-0,3 м. В каждой позиции необходимо делать не менее пяти измерений, каждый раз смещая контактный щуп на 2-3 мм. Полученные результаты усредняют и наносят на схему места пожара. Близкие значения объединяют в зоны. Наименьшие значения будут соответствовать участкам наибольшего прогрева конструкций.

Измерения электросопротивления могут быть проведены в случае образования слоя копоти на любых поверхностях материалов, обладающих диэлектрическими свойствами. При этом следует учитывать шероховатость и чистоту поверхности. Как показала практическая апробация, наиболее информативными являются результаты исследований слоя копоти на потолке помещений, так как он имеет однородную поверхность и наиболее подвержен тепловому воздействию пламени и конвективных потоков, что позволяет объективно оценивать расположение в плане помещения очагов интенсивного горения.

В случае незначительных термических разрушений пожарной нагрузки, может быть установлен, при необходимости, режим горения. Для этого замеры электросопотивления копоти производятся непосредственно над зоной горения.

4.3 Использование полученной информации при реконструкции пожара

Под реконструкцией пожара принято понимать восстановление событий пожара - от возникновения до ликвидации - во времени и в пространстве, на основе информации, получаемой путем исследования последствий пожара и других сведений (показаний свидетелей, данных об объекте, на котором произошел пожар и др.) Это стадия исследования и экспертизы пожара, позволяет связать в единую цепь все происшедшее на пожаре и выявить причинно-следственные связи, лежащие в основе протекания этих событий. На стадии реконструкции могут быть отведены, как невписывающиеся в общую картину возникновения и развития горения, уже сделанные предположения об очаге и причине пожара; могут возникать и ситуации, когда реконструкция позволяет выявить дополнительные очаги пожара, на основании того, что развитием из одного выявленного очага невозможно описать наблюдаемые последствия пожара. При реконструкции пожара любая информация о пожаре полезна - как объективная, полученная исследованием материальных объектов, присутствующих на месте пожара, так и субъективная (показания свидетелей и др.), но особенно важна первая, получаемая, в том числе, исследованием копоти.

По существующим методикам установление очага пожара проводится исходя из так называемых очаговых признаков и признаков направленности распространения горения, выявляемых визуально и инструментальными методами. Одним из очаговых признаков является в частности, локальное выгорание копоти над очагом. Однако достаточно часто, особенно на пожарах в помещениях больших объемов с относительно невысокой или несклонной к интенсивному горению пожарной нагрузкой, при затрудненном воздухообмене и т.п. ситуациях) температура на перекрытии над очагом не достигает температуры, необходимой для выгорания копоти и все помещение оказывается более-менее равномерно закопченным. Визуально в этой ситуации очаг не установить, однако исследованием копоти над очагом и на ограждающих его конструкциях легко выявляется.

Весьма полезным может быть использование результатов анализа копоти при выявлении путей распространения горения от очага. Известно, что в первую очередь конвективные потоки определяют направленность развития горения на пожаре, особенно на начальной его стадии. Конвективные потоки несут с собой сажевые частицы, однако последние осаждаются не только по ходу конвективного потока, но и рассеиваются, осаждаясь на окружающих, более холодных конструкциях и предметах, в результате чего визуальные признаки «трассы» конвективного потока нивелируются и исчезают вовсе. Анализ копоти позволяет эти «трассы» выявлять. Несомненно, что широкомасштабное исследование проб копоти по всей зоне горения должно проявить крайне любопытную для эксперта картину пространственного распределения конвективных потоков от первичного и вторичных очагов.

Анализ копоти на несгораемых конструкциях может удачно сочетаться с исследованиями известными инструментальными методами самих материалов, из которых конструкции изготовлены (материалов на основе цемента, извести, гипса, сталей и др.), т.к. позволяет перекрыть "низкотемпературную" зону, в которой указанные методы малоэффективны. Так, например, исследование проб копоти, отобранных со стальных конструкций, позволяет исследовать температурные зоны до 600-650 °С. Выше этих температур копоть выгорает, но именно с 650-700 °С на поверхности стали начинает образовываться слой высокотемпературного окисла - окалины, исследование которого позволяет определять температуру и длительность теплового воздействия в данной высокотемпературной зоне.

4.4 Установление обстоятельств, сопутствующих процессу возникновения и развития горения и причины пожара

Получаемые с помощью анализа копоти данные могут быть использованы для решения некоторых частных вопросов, возникающих при реконструкции пожара. Так, например, сведения о направленности основных конвективных потоков позволяют определить, были закрыты (или открыты) при пожаре двери, окна, прочие проемы; а если открыты, то до пожара или на какой стадии пожара это произошло.

Существенную экспертную проблему представляет при экспертизе пожаров исследование разбитых стекол - были ли они разбиты до пожара (и имело место проникновение или заброс источника зажигания), разрушены в ходе пожара механически или лопнули за счет перегрева. Есть основания полагать, что выявление наличия копоти на осколках стекол и анализ этой копоти (определение температуры ее вторичного прогрева) дадут информацию, позволяющую решить этот вопрос.

При установлении причины пожара могут быть использованы данные о температурном режиме и характере горения (тление, пламенное горение различной интенсивности) в очаговой зоне, устанавливаемые путем исследования копоти. Известно, что при источниках зажигания различной мощности характер возникновения и развития горения на начальной стадии может быть различен. Так, например, при возникновении пожара от тлеющего табачного изделия и других источников зажигания малой мощности периоду пламенного горения, как правило, предшествует период тления, иногда достаточно продолжительный. При поджогах с применением интенсификаторов горения температурный режим в зоне горения выше обычного. Анализ копоти позволяет охарактеризовать режим горения в очаге и, таким образом получить информацию, способствующую установлению причины пожара.

Перечисленными задачами возможности использования информации, получаемой путем анализа копоти, вероятно, не ограничиваются. В конкретных ситуациях могут возникать другие вопросы, требующие решения.

4.5 Практическое применение результатов работы при установлении очага пожара

Апробация выбранной методики, прошла на пожаре, произошедшим в городе Тамбове. Ниже рассмотрен наиболее сложный пожар, на котором установление очага без проведения инструментальных исследований было невозможно.

ОБСТОЯТЕЛЬСТВА ДЕЛА

Пожар в квартире жилого дома по адресу: г. Тамбов, ул. Краснопутиловская, д.95, кв.34

Из представленных материалов и личного осмотра объекта пожара следует, что объектом пожара является квартира многоквартирного жилого дома. Стены выполнены из кирпича. Перекрытие железобетонное. Полы покрыты ламинатом и частично ковровыми покрытиями. Кровля мягкая рубероидная. Отопление центральное водяное. Электропроводка выполнена медными проводниками скрытым способом прокладки.

Сообщение о пожаре в пожарную охрану поступило в 16 час. 56 мин. Первое подразделение прибыло к месту пожара в 17 час. 01 мин. Пожар локализован в 17 час. 05 мин. Пожар ликвидирован 17 час. 55 мин.

В результате пожара огнем повреждены строительные конструкции квартиры и предметы домашнего обихода.

Известно, что очаг пожара, т.е. место возникновения первоначального горения, характеризуется наибольшими термическими повреждениями горючих строительных конструкций и наибольшими разрушениями негорючих строительных конструкций в результате достижения максимальной продолжительности и температуры горения в данной точке пожара.

Как правило, очаг пожара расположен в самой нижней зоне со следами горения, в поисках очага следует двигаться по следам термических поражений вниз, а термические поражения строительных конструкций, мебели нарастают снизу вверх. Поэтому признаки очага и другие характерные термические поражения конструкций, лучше сохраняются в нижней зоне, на уровне пола.

Осмотр места пожара производился в дневное время при естественном освещении. Для фиксации обстановки применялась цифровая фотокамера SONYDSC-HХ300, ключевые моменты сопровождаются фотоснимками. При осмотре объекта пожара обнаружены следующие термические повреждения:

1) коридор:

- закопчение потолка на всей площади;

- закопчение стен в верхней части;

- незначительное обгорание дверного полотна с восточной стороны ведущую в комнату.

2) кухня:

- закопчение потолка на всей площади;

- закопчение стен в верхней части;

- незначительное насаждение сажи на поверхности кухонной мебели и предметов домашнего обихода.

3) комната:

- закопчение потолка на всей площади;

- выгорание сажи на потолке в центральной части со смещением к северо-западному углу;

- выгорание обоев и обрушение штукатурного слоя в виде очагового конуса, вершина которого направлена к центральной части кровати расположенной у северной стены в центральной части;

- обгорание шкаф-купе в преимущественно в северной части, расположенного у западной стены, примыкающего к северо-западному углу;

- выгорание головной спинки кровати в центральной части расположенной у северной стены в центральной части;

- полное выгорание матраца расположенного на кровати;

- обугливания деревянных конструкций кровати с наиболее глубоким переугливанием в южной части;

- полное выгорание горючих материалов люстры расположенной на поверхности пола в центральной части комнаты.

Анализируя вышеперечисленные термические повреждения, можно говорить о том, что в результате пожара в квартире № 3 многоквартирного жилого дома наибольшие термические повреждения, характерные для места первоначального возникновения горения (очага пожара), сосредоточены в центральной части комнаты.

В ходе осмотра места происшествия проводилось инструментальные исследования с применением приборного комплекса «Копоть».

Целью данного исследования является установление на месте пожара зоны наибольшего термического поражения конструкций.

Порядок проведения исследования

В данном случае, в квартире № 3, исследованию подвергались железобетонные плиты потолка комнаты с отложениями копоти.

На поверхности исследуемого объекта намечались точки измерения.

Согласно комплексной методике исследования в каждой точке проводилось измерение электросопротивления копоти.

Выявление зон термических поражений на исследуемых конструкциях проводили по фронту второй отрицательной полуволны.

В каждой точке производилось шесть измерений, расчетные средние значения заносились в таблицу.

Таблица 1 - Результаты измерений

Точка измерения	№ измерения электросопративления, МОм
	1	2	3	4	5	6
1	106	111	107	115	117	119
2	104	107	109	107	107	106
3	107	102	106	109	105	104
4	119	115	117	122	120	130
5	108	113	109	112	114	115
6	110	108	114	111	108	107
7	109	105	111	109	103	109
8	120	122	122	121	121	121
9	117	114	119	118	113	115
10	111	108	105	104	104	103
11	104	101	104	99	101	102
12	120	122	122	121	121	121
13	121	121	122	123	118	119
14	113	112	117	118	120	125
15	109	110	103	106	102	105
16	123	122	121	119	128	128
17	128	129	130	131	132	133
18	130	132	132	133	131	130
19	129	133	133	131	134	134
20	134	132	132	135	130	130

Дальнейшая обработка на основании проведенных измерений и расчетов в таблице 1, была составлена карты зон распределения значений электросопротивления копоти при помощи компьютерной программы «Axum7», которая позволяет строить изолинии и зоны по точкам измерений.

На основании проведенного исследования можно сделать вывод, что наибольшему термическому поражению подверглась зона потолка в центральной части комнаты.

При условии относительно равномерного распределения горючей нагрузки в этой части комнаты, и учитывая, что величина прогрева является функцией времени, указанную область максимального прогрева стены и потолка можно принять как зону первоначального возникновения горения.

Таким образом, оценив визуально зафиксированные наибольшие термические повреждения, сформировавшиеся на объекте пожара, можно сделать вывод, что очаг пожара (место первоначального возникновения горения) расположен в центральной части комнаты квартиры № 3 многоквартирного жилого дома.

Ответ на вопрос № 2. Какова причина возникновения пожара?

Под причиной пожара - в пределах компетенции специалиста, понимается явление или обстоятельство, непосредственно обусловившее первоначальное возникновение горения. При этом учитываются все собранные данные о потенциальных источниках зажигания, которые могли вызвать горение в этом месте, включая характерные для них следы и признаки, в том числе и те, которые обнаружены при исследовании места пожара.

При определении причины возникновения пожара необходимо установить вид источника зажигания и вид первично загоревшегося материала, а также охарактеризовать условия их взаимодействия. Под источником зажигания понимается - горящее или накаленное тело, электрический разряд, обладающие запасом энергии и температурой, достаточными для возникновения горения веществ и материалов.

В ходе исследования очаг пожара определен в центральной части комнаты квартиры № 3 многоквартирного жилого дома.

При осмотре места пожара, в зоне установленного очага пожара находились деревянные конструкции кровати, матрац и изоляция электропроводки.

Таким образом, «горючим веществом», применительно к данному пожару, является древесина, ткань и изоляция электропроводки.

Учитывая месторасположение очага пожара и горючую нагрузку в нем, применительно к данному пожару следует рассматривать следующие версии возникновения горения:

- воспламенение горючих материалов от источника открытого огня, обладающего устойчивым пламенным горением;

- воспламенение горючих материалов от тлеющего источника зажигания (не затушенное табачное изделие);

- возгорание вследствие теплового проявления электрического тока при возникшем аварийном пожароопасном режиме работы в электросети.

Рассматривая версию искусственно инициированного загорания, следует учесть, что существуют, основные квалификационные признаки поджога, обнаружение которых прямо свидетельствует о поджоге как причине пожара. К таким признакам могут быть отнесены:

- наличие в очаговой зоне устройств и приспособлений для поджога или их остатков;

- наличие на месте пожара нескольких изолированных друг от друга очагов пожара;

- наличие остатков инициаторов горения;

- характерная динамика развития горения.

При осмотре места пожара наличия в очаговой зоне устройств и приспособлений для поджога и их остатков не обнаружено. При исследовании по вопросу № 1 установлен один очаг пожара. В ходе исследования зоны установленного очага пожара, с помощью переносного фотоионизационного газового анализатора «АНТ-3М», предназначенного для обнаружения в полевых условиях остаточных концентраций паров легковоспламеняющихся (ЛВЖ) и горючих (ГЖ) жидкостей, показания прибора не превысили естественных фоновых значений для объекта пожара и составили - 0 мг/м³, так же с места пожара были изъят фрагмент коврового покрытия для исследования в лабораторных условиях. Данное исследование показало, что на представленном фрагменте коврового покрытия отсутствуют вещества, которые могли бы представлять собой остатки ЛВЖ (легковоспламеняющиеся жидкости) и ГЖ (горючие жидкости), к тому же гр. Ибатова Я.О. находилась в квартире.

Таким образом, версия искусственно инициированного загорания может быть исключена.

Рассматривая источник зажигания малой мощности, в виде не затушенного табачного изделия, следует учитывать, что обычно от момента начала действия источника зажигания, до возникновения пламенного горения проходит 3-6 часов, а иногда и 12 часов (в зависимости от воздухообмена). В этом существенное отличие от пожаров, вызванных более мощными источниками зажигания, которые имеют более быструю динамику развития. Самостоятельно поддерживать тлеющее горение, стадия которого, как правило, присутствует в цепи «непогашенный окурок - пожар», способны только пористые материалы, образующие углистый остаток при нагревании. К ним относятся бумага, целлюлозные ткани, вата, опилки, древесноволокнистые плиты, латексная резина, некоторые термореактивные пластики.

Из объяснения гр. Ибатовой Я.О. известно, что она пошла купаться, когда искупалась то увидела, что горит кровать.

Таким образом, у источника зажигания малой мощности, в виде не затушенного табачного изделия, попросту не хватит энергии зажигания для воспламенения ткани и древесины за такой короткий промежуток времени, следовательно, данный источник зажигания можно исключить.

Рассматривая версию возникновения горения в результате теплового проявления электрического тока при возникшем аварийном пожароопасном режиме работы в электросети, следует учесть, что тепловые проявления электрического тока образуются вследствие возникновения аварийных режимов работы электросети. Как известно из специальной литературы, с физической точки зрения, выделяют три основных пожароопасных физических процесса характерных таковому: перегрузка, короткое замыкание (КЗ) и образование больших переходных сопротивлений. Развившийся аварийный режим, как правило, сопровождается возникновением всех трёх указанных процессов, каждый из которых представляет собой высокую пожарную опасность и может послужить тепловым источником возникновения пожара или вызвать новые повреждения в элементах электросети.

Специалист отмечает, что в зоне расположения установленного очага пожара обнаружены фрагменты токоведущих жил электропроводов освещения со следами значительного воздействия температуры пожара (хрупкость и ломкость медных многопроволочных проводов). Сильные термические повреждения жил электропроводов, а также отсутствие отдельных их фрагментов (которые по мнению специалиста были разрушены теплом пожара) не позволяют диагностировать с точностью тот или иной аварийный режим работы, приведший к пожару, а удалось только выявить один из признаков характерных действию аварийного режима работы.

Учитывая, что версии об источнике зажигания должны выбираться не из общих представлений, а на основе имеющихся по делу, установленных в ходе проверки или следственных действий фактических данных, специалист не находит оснований для выдвижения каких-либо других версий по возможным источникам зажигания.

Таким образом, проанализировав обстоятельства возникновения данного пожара, можно предположить, что наиболее вероятной причиной возникновения пожара является воспламенение горючих материалов находившихся в зоне очага, от теплового эффекта, возникшего в результате аварийного режима работы электросети или электрооборудования световой вывески санатория.

Выводы:

1 Вопрос: Место расположения очага пожара?

Ответ на 1 вопрос: Очаг пожара (место первоначального возникновения горения) расположен в центральной части комнаты квартиры № 3 многоквартирного жилого дома.

2 Вопрос: Какова причина возникновения пожара?

Ответ на вопрос № 2: Наиболее вероятной причиной возникновения пожара является воспламенение горючих материалов находившихся в зоне очага, от теплового эффекта, возникшего в результате аварийного режима работы электросети.



ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Основные результаты работы сводятся к следующему:

Копоть - субстанция, включающая в себя карбонизованные частицы, зольную часть, конденсированные и сорбированные продукты термической деструкции материалов. Установлено, что состав и свойства копоти зависят от условий горения, вторичного прогрева, химической природы материала.

Для дифференциации зон воздействия на ограждающие конструкции помещений пламени и конвективных потоков непосредственно на месте пожара использован метод измерения электросопротивления слоя копоти на этих конструкциях. Рассмотрены практические основы методика исследования и анализа копоти после пожара, направленные на решение таких задач расследования пожара, как установление места расположения очага пожара и путей распространения дымовых потоков, температурного режима в зоне горения. Практическая апробация метода показала, что наиболее целесообразно применение результатов данной работы при экспертизе пожаров в условиях городского жилого сектора, а также в любых других случаях пожаров в зданиях и сооружениях из несгораемых строительных конструкций. Анализ копоти на несгораемых конструкциях дает возможность получать информацию, способствующую реконструкции пожара, в случае незначительного термического воздействия пожара на конструкции, когда существующие методики исследования неорганических строительных материалов (материалов на основе цемента, извести, гипса, сталей и др.) малоэффективны. Использование в практической экспертной деятельности методики исследования копоти позволяет решить ряд важных задач, возникающих в процессе работы по реконструкции событий и условий развития пожара. А именно, может быть установлен режим горения, пути распространения огня, зоны прогрева строительных конструкций, что вплотную подводит к выводу о месте расположения очага пожара.



СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМЫХ ИСТОЧНИКОВ

1. Алексашенко A.A., Кошмаров Ю.А., Молчадский И.С. Тепломассоперенос при пожаре.-М.:Стройиздат, 1982.-173 с.

2. Горшкова Р.А., Гольдман Л.И., Афанасьева Л.К. Методы анализа и испытания углеродных саж. - М.: ЦНИИТЭнефтехим, 1968. - 248 с.

3. Зенков Н.И. Строительные материалы и поведение их в условиях пожара. - М.: ВИПТШ МВД СССР, 1974,- 176 с.

4. Ильин H.A. Техническая экспертиза зданий, поврежденных пожаром.-М.:Стройиздат, 1983.-200 с.

5. Комплексная методика определения очага пожара / К.П. Смирнов, И.Д. Чешко, Б.С. Егоров и др. - Л.: ЛФ ВНИИПО МВД СССР, 1987.-114 с.

6. Мегорский Б.В. Методика установления причин пожаров. - М.: Стройиздат, 1966. - 326 с.

7. Мегорский Б.В. Методика установления причин пожаров.- М.: Стройиздат, 1966,- 347 с.

8. Молчадский И.С., Зернов С.И. Определение продолжительности начальной стадии пожара. Пожарная профилактика: Сб. науч. тр./ВНИИПО МВД СССР.-М., 1981.-С.26-45. Оцисик М.Н. Сложный теплообмен: Пер. с англ.-М.:Мир, 1976.616 с.

9. Новицкий П.В., Зограф И.А. Оценка погрешностей результатов измерений. - Л.: Энергоатомиздат, 1991. - 303 с.

...