CC BY
1Артемьев Н. С., Бондаренко М. В., джангиев Р. Н.
к вопросу о защите органов дыхания при тушении пожаров в зданиях
В статье представлена методика расчёта изменения концентрации токсичных газов в горящем помещении в начальной стадии развития пожара. Данная методика позволяет оценить опасность нахождения пожарных в здании и состояние людей к моменту прибытия пожарных подразделений.
Ключевые слова: концентрация токсичных веществ, безопасность людей на пожарах, анализ тушения пожара.
Artemyev N., Bondarenko M., Jangiev R.
CONCERNING THE PROBLEM OF RESPIRATORY TRACTS PROTECTION DURING THE EXTINGUISHMENT OF STRUCTURAL FIRES
The article considers the methods calculating the change of toxic gases concentration in a burning building during an incipient stage of a fire. The methods help evaluate the danger for fire-fighters to be present in the building and people's condition by the moment of fire units arrival.
Keywords: toxic substances concentration, people's safety at fires, fire extinguishment analysis.
Основными опасными факторами пожара, приводящими к гибели людей, являются:
- открытый огонь;
- повышенная температура воздуха;
- токсичные продукты горения;
- понижение концентрации кислорода;
- обрушение повреждённых зданий и сооружений;
- взрывы веществ и материалов;
- комбинированное воздействие различных факторов.
При пожарах в зданиях гибель людей из-за обрушения конструкций происходит редко, так как условия, представляющие опасность для жизни человека на пожа-
ре, появляются намного раньше, чем наступает предел огнестойкости строительных конструкций.
Контакт человека с открытым пламенем даже при очень кратком промежутке времени приводит к гибели. Однако таких случаев на пожарах очень мало.
По данным американского учёного Кауфмана, человек может выдержать температуру 90-120 °С в течение нескольких минут. Автор работы [3] утверждает, что для физически здоровых людей в повседневной одежде допустимым пределом является период 1 0 минут при температуре 80-100 °С, а температура 49-54 °С является высшим пределом температур, которым могут подвергаться пожарные в специальной одежде и снаряжении. Последствием воздействия высоких температур на организм человека являются термические травмы различной степени тяжести.
В продуктах горения, выделяющихся на пожарах, содержится от 50 до 100 видов химических соединений, которые могут оказывать токсическое воздействие на человека. Продукты сгорания, выделяемые при пожарах, можно разделить на три основные группы: твёрдые частицы; нерастворимые газы; газы, растворимые в воде.
Во время пожара в здании наибольшую опасность представляют токсичные газы - такие как окись углерода, двуокись углерода, хлористый водород, цианистый водород, альдегиды и акролеин, - а также сопутствующий недостаток кислорода.
Окись углерода (СО) - продукт неполного горения. Опасность этого газа заключается в том, что он в 250 раз прочнее соединяется с гемоглобином крови, чем кислород, образуя при этом карбоксигемоглобин. Гемоглобин крови не может легко освободиться от окиси углерода в отличие от молекул кислорода. Вследствие этого, когда кровь завершает свой круг в организме и возвращается в лёгкие, она несёт почти нетронутый запас окиси углерода.
Если человек продолжает вдыхать воздух, насыщенный этим газом, то молекулы окиси углерода связываются с оставшимися молекулами гемоглобина. Образовавшийся карбоксигемогло-бин не способен переносить кислород к органам и тканям организма, в результате чего наступает кислородное голодание. Нарушаются функции мозга, сердца, координация и появляются судороги, в дальнейшем наступает остановка дыхания.
Таблица 1
Воздействие окиси углерода на человека в зависимости от концентрации и продолжительности действия
Концентрация СО, % Продолжительность воздействия, мин Содержание карбокси-гемоглобина в крови, % Эффект
0,005 480 10 Нет эффекта
0,01 20 Слабый
0,02 120 60-70 Летальный исход
0,08 60-120
0,10 60 40 Сильное отравление
0,16 30 60-70
0,50 20 Летальный исход
1,0 1 80
Отравление окисью углерода и недостаток кислорода являются причиной гибели около 80 % людей на пожарах. Установлено, что концентрация окиси углерода повышается при увеличении пожарной нагрузки. На 37 % пожаров она достигает 0,48 %. Опасной для человека считается степень насыщения окисью углерода 50 % гемоглобина крови, при ней наблюдается потеря сознания, и самостоятельная эвакуация человека из горящего помещения становится невозможной.
Двуокись углерода (СО2) - газ без цвета и запаха, который образуется при любом пожаре, где происходит горение органических материалов. Опасность двуокиси углерода состоит в том, что, во-первых, увеличение её концентрации в воздухе автоматически снижает количество кислорода, во-вторых, она активизирует дыхательный центр в организме человека, что приводит к увеличению частоты дыхания, острой дыхательной недостаточности, гипервентиляции лёгких, дыхательному алкалозу вплоть до летального исхода.
Таблица 2
Вероятный физиологический эффект при повышении концентрации СО2
Концентрация СО2 в воздухе, % Продолжительность воздействия, мин Эффект
0,5 480 Учащение дыхания
3,2 60-120
4,0 30 Летальный исход
5,0 5
8-10 Несколько минут
10-12
Цианистый водород (ИСЫ) - наиболее токсичный газ, выделяющийся при пожарах. Его действие заключается в прекращении доступа кислорода в ткани тела человека. Симптомами резкого отравления цианистым водородом является раздражение слизистой оболочки дыхательных путей, ослабление сердечной деятельности с затруднением дыхания. Наиболее опасен цианистый водород в начальной стадии пожара, так как на стадии развитого пожара, когда появляются высокие температуры, цианистые соединения быстро распадаются.
Минимальная летальная концентрация цианистого водорода в атмосфере составляет 0,005 %. При этом способность к движению теряется через три минуты, а смерть наступает через восемь минут.
Дым на пожаре состоит из находящихся в воздухе несгоревших частиц углерода и аэрозолей. При пламенном горении веществ и материалов дыма выделяется гораздо меньше, чем при беспламенном. Дым обладает физиологическим и психологическим воздействием на человека. Физиологическое воздействие заключается в том, что на его частицах конденсируются токсичные газы, которые, попадая в организм, поражают дыхательные пути, глаза, вызывают страх и панику.
В условиях пожара нарастает недостаток кислорода в горящем помещении. Нахождение человека в среде с низкой концентрацией кислорода приводит к недостаточному снабжению кислородом головного мозга, его повреждению.
Таблица 3
Влияние понижения концентрации кислорода в воздухе на человека
Кислород, % Реакция организма на гипоксию
17 Ухудшение двигательной функции, нарушение координации, внимания, мышления
15 Затруднение дыхания, головокружение и головная боль, потеря мускульного контроля
12 Учащение пульса и числа вдохов, утомляемость, бессилие, необратимые процессы в мозге
10 Рвота, паралич движения, состояние опьянения
6 Нарушение сознания, повреждение центральной нервной системы, судороги, потеря сознания
Практика тушения пожаров показывает, что опасные факторы в большинстве случаев возникают в первые десять минут. Поэтому для оценки токсикологической опасности для человека важно знать возможное увеличение
концентрации различных газов в течение 10 минут с момента возникновения пожара.
Для определения времени нарастания концентрации токсичных газов в объёме помещения на определённой высоте необходимо произвести следующие расчёты [1, 2]:
1. Площадь пожара в характерные моменты времени в горящем здании. Данная методика описана в работе [6].
2. Поверхность теплообмена в помещении, где происходит горение
5 = 5 + 5 + 5 - 5,
то пол пер стн п'
где 5 , 5 , 5 , соответственно, пло-
" пол пер' стн' '
щадь пола, перекрытия и стен помещения, а 5п - площадь пожара в помещении, м2.
3. Масса сгоревшей пожарной нагрузки на определённый момент времени развития пожара
М = 5 --Э - т ,
см п м п'
где - массовая скорость выгорания пожарной нагрузки, кг/м2 • ч; тп - время от момента возникновения пожара до определённого момента времени его развития.
4. Параметр Ф, характеризующий теплообмен в горящем помещении
Ф =
пмсм-ар
Срн ■ Тн ' Рн ' ^пом
где п - коэффициент полноты сгорания пожарной нагрузки, равный 0,950,97; рр - низшая теплота сгорания пожарной нагрузки, кДж/кг; Срн -теплоёмкость воздуха в помещении до пожара, кДж/кг; Тн - начальная температура воздуха в помещении до пожара, °К; рн - начальная плотность воздуха в помещении до пожара, кг/м3;
W - объём помещения, в котором
пом
происходит горение, м3.
5. Удельная теплоёмкость тепловыделения в горящем помещении
/Тгв
Т1МСМ • т -60
где Руд - удельная теплоёмкость тепловыделения в горящем помещении, кВт/м2; тп - продолжительность пожара с момента его возникновения до определённого времени развития, мин.
6. Среднеобъёмная концентрация наиболее токсичного газа в горящем помещении на определённый момент времени
МсоМсмР
где Сн - начальная концентрация токсичного газа СО в помещении до пожара, г/м3; Мсо - количество СО, выделяемое при горении в помещении, равное 0,015; в - коэффициент, который определяется по графику в зависимости от величины Ф (см. рис. 1).
в
1,5 1,4 1,3 1,2 1,1
0 0,5 1 1,5 2 2,5 3 Ф
Рисунок 1. Зависимость коэффициента в от величины Ф
7. Концентрация токсичного газа СО на уровне рабочей зоны пожарного
г =Р 1+ав
у 1+ае"у(2 у) ,
где а и в - коэффициенты, которые определяются по формулам:
которые могут выделяться в горящем помещении. По результатам этих расчётов необходимо построить графики изменения концентрации токсичного газа в горящем помещении в начальной стадии развития пожара (пример на рис. 2). Из графика можно определить момент наступления опасной концентрации токсичного газа, когда надо обязательно защищать органы дыхания пожарных при тушении пожара в данном помещении.
где Нпом - высота помещения, в котором происходит горение, м;
в =
Я„
2,16(?™ +17,27'
8. Значение безразмерного параметра y определяется по формуле:
Н,
У =
рз
0,5ЯП|
где Нрз - высота рабочей зоны, равная
1,5-1,8 м.
9. Средняя температура в горящем помещении определяется по формуле:
Т = Т
1+ав
ср н 1+<зе~у(2_у)'
Так как опасность токсичных газов при возникновении пожара резко возрастает в течение первых 10 минут его развития, все расчёты необходимо проводить за этот промежуток времени.
Какой из токсичных газов наиболее опасен при пожаре в данном помещении, зависит от вида пожарной нагрузки. Поэтому целесообразно провести расчёты по двум или трём токсичным газам,
с г/м:
0,006
0,005-
0,004-
0,003-
3
6
9 A 12
T , мин
Рисунок 2. Изменение концентрации окиси углерода (CO) в горящем помещении:
А-А1 - момент наступления смертельной концентрации окиси углерода в горящем помещении; Спред- предельная концентрация токсичного газа у на уровне рабочей зоны пожарного
Примечания
1. По величине концентрации токсичного газа Су делается вывод об опасности для пострадавших и пожарных в горящем помещении.
2. Для определения темпа нарастания концентрации токсичного газа во времени необходимо провести не менее трёх расчётов по определению величины Су.
При расследовании уголовных дел о пожарах с гибелью людей всё чаще задаётся вопрос: могли ли пожарные спасти человека, находившегося в горящем помещении? Если да, то вина за неправильные действия подразделений пожарной охраны в случае гибели человека
0
ложится на их руководство. Для ответа на этот вопрос должно быть учтено множество факторов: время от момента обнаружения пожара до сообщения в пожарную часть; время прибытия первого подразделения к месту пожара; время преодоления пожарными пути от пожарного автомобиля до входа в горящее здание; время на продвиже-
ние к месту нахождения пострадавшего в горящем помещении. Приведённый в статье расчёт изменения концентрации токсичных газов является одним из этапов анализа тушения пожара и даёт возможность оценить состояние людей в горящем помещении к моменту прибытия первого пожарного подразделения.
ДИТЕРАТУРА
1. Ройтман М. Я. Противопожарное нормирование в строительстве. - М.: Стройиздат, 1985.
2. Пожарная профилактика в строительстве / Под ред. В. Ф. Кудаленкина. - М.: ВИПТШ МВД СССР, 1985.
3. Кузнецов Е. И. Определение границ переносимости тепловых нагрузок у человека // Космическая биология и авиакосмическая медицина. - 1968. - № 4. - С. 11-17.
4. Исхаков Х. И, Кисляк Ю. М. Исследование условий труда личного состава при работе на пожарах. - М.: ВИПТШ МВД СССР, 1979.
5. Ажаев А. Н, Лапшина Н. А. Функциональное состояние организма человека в условиях перегревания // Гигиена труда и профзаболевания. - 1971. - № 6. - С. 26-30.
6. Повзик Я. С. Пожарная тактика. - М.: ВИПТШ МВД СССР, 1984.
