CC BY
23ПОЖАРНАЯ ТАКТИКА, ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ПРОЦЕССОВ ГОРЕНИЯ И ТУШЕНИЯ
УДК 614.841.413
ДЕФЛАГРАЦИОННОЕ ГОРЕНИЕ (ВЗРЫВЫ) ТОПЛИВНО-ГАЗОВОЗДУШНЫХ СМЕСЕЙ - НОВАЯ СПЕЦИАЛИЗАЦИЯ ПОЖАРНО-ТЕХНИЧЕСКИХ ЭКСПЕРТОВ
Артур Александрович Тумановскийи; Татьяна Дмитриевна Теплякова; Илья Данилович Чешко.
Санкт-Петербургский университет ГПС МЧС России, Санкт-Петербург, Россия Mficentre@igps. ru
Аннотация. Экспертное исследование объёмных взрывов, обусловленных дефлаграционным горением топливо-воздушных смесей, находится в компетенции пожарно-технических экспертов и относится к числу наиболее сложных и требующих специальных познаний.
В статье излагаются сведения о новой экспертной специализации «Дефлаграционное горние (взрывы) топливо-газовоздушных смесей» по специальности «Судебная пожарно-техническая экспертиза». Описаны этапы обучения по данной специализации и их содержание.
Основой для разработки курса обучения по указанной специализации послужило ранее подготовленное методическое пособие по определению природы горючего компонента при взрывах топливо-воздушных смесей, а также пособие по применению расчетных методов в экспертном исследовании горения и взрыва топливо-воздушных смесей.
Подготовленные методические материалы рекомендуется применять при исследовании пожаров и взрывов, вызванных с дефлаграционным горением (взрывом) топливо-воздушных смесей в судебно-экспертных учреждениях МЧС России и других ведомствах.
Ключевые слова: судебная экспертиза, судебно-экспертные учреждения, топливо-воздушные смеси, пожарно-технические расчеты, взрыв газа
Для цитирования: Тумановский А.А., Теплякова Т.Д., Чешко И.Д. Дефлаграционное горение (взрывы) топливно-газовоздушных смесей - новая специализация пожарно-технических экспертов // Науч.-аналит. журн. «Вестник С.-Петерб. ун-та ГПС МЧС России». 2022. № 3. С. 42-49.
© Санкт-Петербургский университет ГПС МЧС России, 2022
42
DEFLAGRATION COMBUSTION (EXPLOSIONS) OF FUEL-GAS-AIR MIXTURES - A NEW SPECIALIZATION OF FIRE-TECHNICAL EXPERTS
Artur A. Tumanovsky5; Tatyana D. Teplyakova; Ilya D. Cheshko.
Saint-Petersburg university of State fire service of EMERCOM of Russia, Saint-Petersburg, Russia 51 ficentre@igps.ru
Abstract. An expert study of volumetric explosions caused by the deflagration combustion of air-fuel mixtures is the responsibility of fire-technical experts and is one of the most complex and requires special knowledge.
The article provides information about the new expert specialization «Deflagration mountain (explosions) of fuel-gas-air mixtures» in the specialty «Forensic fire-technical expertise». The stages of training in this specialization and their content are described.
The basis for the development of a training course in this specialization was a previously prepared methodological manual for determining the nature of the combustible component in explosions of fuel-air mixtures, as well as a manual for the application of computational methods in an expert study of combustion and explosion of fuel-air mixtures.
The prepared methodological materials are recommended for use in the study of fires and explosions caused by deflagration combustion (explosion) of fuel-air mixtures in forensic institutions of EMERCOM of Russia and other departments.
Keywords: forensic expertise, forensic expert institutions, fuel and air mixtures, fire technical calculations, gas explosion
For citation: Tumanovsky A.A., Teplyakova T.D., Cheshko I.D. Deflagration combustion (explosions) of fuel-gas-air mixtures - a new specialization of fire-technical experts // Nauch.-analit. jour. «Vestnik S.-Petersb. un-ta of State fire service of EMERCOM of Russia». 2022. № 3. S. 42-49.
Введение
Объёмные взрывы топливо-воздушных смесей (ТВС) представляют серьезную опасность, связанную с возможным значительным материальным ущербом и человеческими жертвами [1]. Подобные взрывы приводят к тяжелым последствиям. В расследовании уголовных дел по таким пожарам участвуют пожарно-технические эксперты судебно-экспертных учреждений (СЭУ) федеральной противопожарной службы (ФПС) МЧС России.
Пожары и сопряженные с пожарами взрывы топливо-воздушных (газо-воздушных, паро-воздушных, пыле-воздушных) смесей и жидкостных аэрозолей довольно многочисленны.
В стране имеется опыт экспертных исследований крупных техногенных пожаров и взрывов газо-паровоздушных смесей [1-5]. В этом безусловная заслуга И.С. Таубкина и возглавляемого им отдела взрывотехнологических экспертиз Российского федерального центра судебной экспертизы [4].
Нельзя не отметить научные разработки в этой области и серии соответствующих монографий профессора Б.Е. Гельфанда [5-9]. Однако ежегодно в стране, наряду с крупными, происходят сотни относительно мелких инцидентов, связанных с утечкой горючих газов и паров на производстве и в быту, их распространением в атмосфере, диффузии в грунте, иногда на расстоянии в сотни метров. Часто они связаны с человеческими жертвами, серьезными материальными потерями, имеют, как принято говорить, «судебную перспективу» и потому нуждаются в достойном экспертном
43
сопровождении. Его должны обеспечить соответствующим образом подготовленные эксперты СЭУ ФПС МЧС России.
Кроме крупных инцидентов, которые «на слуху» по причине масштабных разрушений и человеческих жертв, часто многочисленные вспышки и взрывы происходят при разливе органических растворителей в ограниченном объеме помещений, проведении окрасочных работ, изготовлении подвесных потолков в жилых и общественных зданиях. Крайне негативную роль сыграла замена фреонов сжатой смесью пропан-бутана в качестве газа-вытеснителя в аэрозольных баллончиках различного назначения.
Экспертиза пожаров (взрывов), связанных с дефлаграционным горением ТВС, относится к компетенции пожарно-технических экспертов. Это часто приходится доказывать сотрудникам правоохранительных органов, полагающим, что любой взрыв, по определению, находится в компетенции экспертов-взрывотехников. В результате при работе на месте взрыва упускаются важные улики и прочая информация. Ситуация потребовала исправления и для этого в качестве одной из первоочередных мер была проведена адаптация известных аналитических и расчетных методик, а также имеющихся в СЭУ ФПС испытательных пожарных лабораториях (ИПЛ) технических средств под новые задачи. Для методического обеспечения новой специализации было разработано пособие «Применение физико-химических и расчетных методов в экспертном исследовании взрывов топливо-воздушных смесей», которое было рекомендовано применять при исследовании пожаров и взрывов, вызванных с дефлаграционным горением (взрывом) топливо-воздушных смесей в СЭУ МЧС России и других ведомствах.
Результаты исследования
Первая часть курса направлена на формирование у эксперта правильных представлений о механизме, динамике и последствиях взрывов ТВС. Изучается влияние условий взрыва и его последствий, понятий очаговых и безочаговых взрывов, соотношение горючего и окислителя в ТВС в момент возникновения горения. Взрывы, которые происходят в смесях с концентрацией горючего около нижнего концентрированного предела распространения пламени (НКПР) или верхнего концентрированного предела распространения пламени (ВКПР) менее сильные, нежели происходящие при оптимальной концентрации (обычно больше стехиометрической). Взрывы ТВС с концентрацией около НКПР не приводят к последующему пожару, так как почти всё горючее расходуется при взрыве. Взрывы ТВС с концентрацией возле верхнего (ВКПР) обычно приводят к последующему пожару. Наибольшую скорость распространения пламени имеют смеси с концентрацией топлива немного выше стехиометрической. Послевзрывные пожары могут произойти, если есть «карманы» слишком богатой смеси.
Таким образом, при обучении делается акцент, на то, что, исследуя обстановку на месте пожара, можно получить важную информацию о возникновении и распространении пожара, причине и мощности взрыва.
Во вторую часть курса обучения входит определение природы горючего при взрывах ТВС. Большинство легколетучих органических соединений относится к группам продуктов переработки нефти и технических жидкостей, таких как растворители. Такие соединения отличаются высокой летучестью и способностью испаряться при небольших температурах, и формировать в смеси с воздухом взрывоопасные смеси, обладающие высокой чувствительностью к таким источникам зажигания, как нагревание, открытый огонь или искра [10].
Взрывоопасные смеси паров органических жидкостей с воздухом образуются при аварийном разливе таких жидкостей, при проведении окрасочных работ с применением растворенных в летучих органических растворителях лакокрасочных материалов, внутри резервуаров с нефтепродуктами и в ряде других случаев.
44
При обучении уделяется внимание тому, что на месте происшествия для установления экспертом природы ТВС рекомендуется начинать с изучения специфики объекта взрыва и обстоятельств дела. Например, при взрыве в многоквартирных жилых домах наличие централизованных газовых коммуникаций и магистралей на месте происшествия может указывать на возможность взрыва природного газа (метана).
Для исследования места взрыва ТВС и отобранных там проб рекомендуется использовать комплекс оборудования, уже имеющегося на вооружении СЭУ ФПС ИПЛ, который включает в себя: газоанализатор с фотоионизационным детектором (ФИД) типа «АНТ-3М»; многоканальный химический газоанализатор «УКАП» с индикаторными трубками «алканы», «арены», «спирты и «кетоны»; сорбционные трубки, наполненные сорбентом «Тенакс-ТА», и газожидкостной хроматограф «Кристалл» с двухстадийным термодесорбером ТДС-1.
Для обнаружения низкомолекулярных углеводородов - метана, этана и пропана -предлагается использовать газоанализатор АНТ-3М с блоком «ИКД-органика» с инфракрасным датчиком. Помимо газоанализатора АНТ для обнаружения метана могут использоваться переносные газоанализаторы с разными типами сенсоров: термокаталитические (ФП-21, СЕМ GD 3000, ИДК-95 и др.), электрохимические (ФТ-02В1 и др.) и полупроводниковые (ФП 12 и др.).
Кроме того, во вторую часть курса обучения входит рассмотрение и практическое освоение аналитической схемы (рис.) по установлению природы ТВС с подробным изучением каждого этапа как в теоретическом плане, так и в практическом с проведением натурных экспериментов с обнаружением, отбором проб и дальнейшим их лабораторным исследованием.
В этой части программы также изучаются вопросы подготовки оборудования для исследования, вопросы отбора проб газовой фазы, твердых объектов-носителей и проб сравнения, а также подробно рассматривается методика проведения газохроматографического исследования отобранных проб с интерпретацией результатов.
В третью часть курса обучения входят вопросы, связанные с применением расчетных методов при исследовании пожаров, вызванных горением и взрывом ТВС. Необходимо было провести определение круга инженерных расчетов, в том числе используемых для решения других задач пожарной безопасности [11-13], которые могут выполняться при проведении ситуационного анализа взрыва и его последствий.
В этой части курса приводятся расчетные задачи, которые приходится решать при проведении экспертных исследований пожаров, вызванных горением и взрывом топливо-газовоздушных смесей.
Задачи условно разделены на три части:
1. Расчеты распространения газов и паров:
а) возможность воспламенения ТВС, определяемая концентрацией горючего от НКПР и до ВКПР;
б) развитие дефлаграционного процесса во времени и пространстве;
в) природы горючего компонента, которую можно установить по параметрам распространения ТВС и сравнения с имеющейся пожарной нагрузкой.
Указывается, что при помощи расчетов параметров распространения газов и паров можно получить информацию, необходимую при проверке версий об очаге и причине пожара и взрыва.
45
Рис. Аналитическая схема установления природы ТВС (* - выполняется по отдельной методике; ** - по справочным данным; ГЖХ - газожидкостная хроматография)
2. Расчеты параметров горения и взрыва ТВС.
С помощью расчетов параметров горения и взрыва ТВС можно установить:
а) примерное количество горючего компонента, влияющее на процесс распространения пожара ТВС, учитывая имеющуюся ситуацию с пожарной нагрузкой, термическими поражениями;
б) возможности разрушения материальных объектов;
в) действия продуктов горения и взрыва ТВС на людей и иные биологические объекты.
3. Расчеты критических параметров горения ТВС и вспомогательные расчеты.
С помощью расчета критических параметров горения ТВС при уже определенных фактических параметрах можно подтвердить или исключить возможность взрыва ТВС.
46
Заключение
Таким образом, в работе показано, что новый курс обучения пожарно-технических экспертов «Дефлаграционное горение (взрывы) паро-газовоздушных смесей» позволит решать пожарно-техническим экспертам вопросы, связанные со взрывами ТВС.
Предлагаемый курс подготовки пожарно-технических экспертов по новой специализации должен, по мнению разработчиков, обеспечить минимально необходимый уровень подготовки экспертов по данному направлению и, соответственно, уровень экспертных заключений. Параллельно с этой задачей формулируется общий методический подход к решению основных вопросов, определяется, что должны знать и уметь эксперты. Задается на будущее профессиональный уровень экспертов.
В рамках подготовки судебных пожарно-технических экспертов и ввода новой экспертной специализации «Дефлаграционное горение (взрывы) паро-газовоздушных смесей» подготовлены квалификационные требования к судебным пожарно-техническим экспертам, рабочая программа и учебно-методический комплекс их подготовки, включающий в себя лекции и практические занятия.
Подготовленные методические материалы рекомендуется применять при исследовании пожаров и взрывов, вызванных с дефлаграционным горением (взрывом) ТВС в СЭУ МЧС России и других ведомствах.
Список источников
1. Таубкин С.И. Пожар и взрыв, особенности их экспертизы. М., 1999. 600 с.
2. Quintiere J.G. Principles of Fire Behavior. N.Y.: Delmar Publishers, 1998. 274 с.
3. DeHaan J.D., Icove D.J. Kirk's Fire Investigation. Boston: Pearson, 2012. 763 с.
4. NFPA 921 Guide For Fire And Explosion Investigations, 2017 Edition. URL: https://www.nfpa.org/codes-and-standards/all-codes-and-standards/list-of-codes-and-standards/detail? code=921/ (дата обращения: 29.06.2022).
5. Гельфанд Б.Е., Сильников М.В. Газовые взрывы. СПб.: Астерион, 2007. 240 с.
6. Гельфанд Б.Е., Сильников М.В. Объемные взрывы. СПб.: Астерион, 2008. 374 с.
7. Гельфанд Б.Е., Сильников М.В. Взрывобезопасность: учеб. СПб.: Астерион, 2006.
392 с.
8. Гельфанд Б.Е., Сильников М.В. Химические и физические взрывы. СПб.: Полигон, 2003. 416 с.
9. Explosion Hazards and Evaluation / W.E. Baker [et al.] // Elsevier, 2012. 840 с.
10. Чешко И.Д., Принцева М.Ю., Яценко Л.А. Обнаружение и установление состава легковоспламеняющихся и горючих жидкостей при поджогах: метод. пособие. М.: ВНИИПО, 2010.
11. ГОСТ 12.1.004-91. Пожарная безопасность. Общие требования // ЭЛЕКТРОННЫЙ ФОНД правовой и нормативно-технической документации. URL: https://docs.cntd.ru/document/9051953 (дата обращения: 29.06.2022).
12. ГОСТ Р 12.3.047-2012. Пожарная безопасность технологических процессов // ЭЛЕКТРОННЫЙ ФОНД правовой и нормативно-технической документации. URL: https://docs.cntd.ru/document/1200103505 (дата обращения: 29.06.2022).
13. Об утверждении методики определения расчетных величин пожарного риска на производственных объектах: приказ МЧС России от 10 июля 2009 г. № 404 // ЭЛЕКТРОННЫЙ ФОНД правовой и нормативно-технической документации. URL: https://docs.cntd.ru/document/902170886 (дата обращения: 29.06.2022).
References
1. Taubkin S.I. Pozhar i vzryv, osobennosti ih ekspertizy. M., 1999. 600 s.
2. Quintiere J.G. Principles of Fire Behavior. N.Y.: Delmar Publishers, 1998. 274 s.
3. DeHaan J.D., Icove D.J. Kirk's Fire Investigation. Boston: Pearson, 2012. 763 s.
47
4. NFP A 921 Guide For Fire And Explosion Investigations, 2017 Edition.
URL: https://www.nfpa.org/codes-and-standards/all-codes-and-standards/list-of-codes-and-
standards/detail?code=921/ (data obrashcheniya: 29.06.2022).
5. Gel'fand B.E., Sil'nikov M.V. Gazovye vzryvy. SPb.: Asterion, 2007. 240 s.
6. Gel'fand B.E., Sil'nikov M.V. Ob"emnye vzryvy. SPb.: Asterion, 2008. 374 s.
7. Gel'fand B.E., Sil'nikov M.V. Vzryvobezopasnost': ucheb. SPb.: Asterion, 2006. 392 s.
8. Gel'fand B.E., Sil'nikov M.V. Himicheskie i fizicheskie vzryvy. SPb.: Poligon, 2003.
416 s.
9. Explosion Hazards and Evaluation / W.E. Baker [et al.] // Elsevier, 2012. 840 s.
10. Cheshko I.D., Princeva M.Yu., Yacenko L.A. Obnaruzhenie i ustanovlenie sostava legkovosplamenyayushchihsya i goryuchih zhidkostej pri podzhogah: metod. posobie. M.: VNIIPO, 2010.
11. GOST 12.1.004-91. Pozharnaya bezopasnost'. Obshchie trebovaniya // ELEKTRONNYJ FOND pravovoj i normativno-tekhnicheskoj dokumentacii. URL: https://docs.cntd.ru/document/9051953 (data obrashcheniya: 29.06.2022).
12. GOST R 12.3.047-2012. Pozharnaya bezopasnost' tekhnologicheskih processov // ELEKTRONNYJ FOND pravovoj i normativno-tekhnicheskoj dokumentacii. URL: https://docs.cntd.ru/document/1200103505 (data obrashcheniya: 29.06.2022).
13. Ob utverzhdenii metodiki opredeleniya raschetnyh velichin pozharnogo riska na proizvodstvennyh ob"ektah: prikaz MCHS Rossii ot 10 iyulya 2009 g. № 404 // ELEKTRONNYJ FOND pravovoj i normativno-tekhnicheskoj dokumentacii. URL: https://docs.cntd.ru/document/902170886 (data obrashcheniya: 29.06.2022).
48
Информация о статье:
статья поступила в редакцию: 29.06.2022; одобрена после рецензирования: 08.07.2022; принята к публикации: 11.07.2022
The information article info: the article was received by the editorial office: 29.06.2022; approved after review: 08.07.2022; аccepted for publication: 11.07.2022
Информация об авторах:
Артур Александрович Тумановский, заместитель начальника отдела Исследовательского центра экспертизы пожаров научно-исследовательского института перспективных исследований и инновационных технологий в области безопасности жизнедеятельности Санкт-Петербургского университета ГПС МЧС России (196105, Санкт-Петербург, Московский пр., д. 149), кандидат технических наук, e-mail: supertwain@gmail.com, https://orcid.org/0000-0002-5690-635X Татьяна Дмитриевна Теплякова, старший научный сотрудник отдела Исследовательского центра экспертизы пожаров научно-исследовательского института перспективных исследований и инновационных технологий в области безопасности жизнедеятельности Санкт-Петербургского университета ГПС МЧС России (196105, Санкт-Петербург, Московский пр., д. 149), e-mail: ttd2004@mail.ru, https://orcid.org/0000-0001-8951-3504
Илья Данилович Чешко, ведущий научный сотрудник Исследовательского центра экспертизы пожаров научно-исследовательского института перспективных исследований и инновационных технологий в области безопасности жизнедеятельности Санкт-Петербургского университета ГПС МЧС России (196105, Санкт-Петербург, Московский пр., д. 149), доктор технических наук, профессор, e-mail: idc48@yandex.ru, https://orcid.org/0000-0001-9517-9653
Information about authors:
Artur A. Tumanovsky, deputy head of the department of the Research center for expertise of fires of the Research Institute for advanced studies and innovative technologies in the field of life safety of Saint-Petersburg university of State fire service of EMERCOM of Russia (196105, Saint-Petersburg, Moskovsky pr., 149), candidate of technical sciences, e-mail: supertwain@gmail.com, https://orcid. org/0000-0002-5690-635X
Tatyana D. Teplyakova, senior researcher of the department of the Research center for expertise of fires of the Research institute for advanced study and innovative technologies in the field of life safety of the Saintt-Petersburg university of State fire service of EMERCOM of Russia (196105, Saint-Petersburg, Moskovsky pr., 149), e-mail: ttd2004@mail.ru, https://orcid.org/0000- 0001-8951-3504 Ilya D. Cheshko, leading researcher of the Research center for fire expertise of the research institute for advanced research and innovative technologies in the field of life safety, Saint-Petersburg university of State fire service of EMERCOM of Russia (196105, Saint-Petersburg, Moskovsky pr., 149), doctor of technical sciences, professor, e-mail: idc48@yandex.ru, https://orcid.org/0000-0001-9517-9653
49
