CC BY
2518. Никитин В. М., Оболенская А. В., Щеголев В. П. Химия древесины и целлюлозы. - М.: Лесная промышленность, 1978. - 368 с.
19. Полубояринов О. И. Плотность древесины. - М.: Лесная промышленность, 1976. - 159 с.
20. Серков Б. Б., Сивенков А. Б., Тхань Д. Б., Асеева Р. М. Тепловыделение при горении древесины // Лесной вестник, Изд-во Московского государственного университета леса, 2003. - № 5 (30). - С. 74-79.
21. Серков Б. Б., Сивенков А. Б., Тхань Д. Б., Асеева Р. М. Выделение дыма при термическом разложении и горении древесины // Лесной вестник, Изд-во Московского государственного университета леса, 2004. - № 2 (30). - С. 99-103.
22. Серков Б. Б., Сивенков А. Б., Тхань Б. Д., Асеева Р. М. Исследование токсичности продуктов горения древесины различных пород // Лесной вестник, Изд-во Московского государственного университета леса, 2004. - № 5 (36). - С. 145-150.
23. Серков Б. Б., Сивенков А. Б., Тхань Б. Д., Асеева Р. М. Термическое разложение древесины тропических пород // Лесной вестник, Изд-во Московского государственного университета леса, 2005. - № 2 (38). - С. 70-76.
24. Сивенков А. Б., Серков Б. Б., Асеева Р. М., Тхань Д. Б., Ильин А. В. Исследование массовой скорости выгорания различных пород древесины // Сборник научных трудов аспирантов и докторантов Московского государственного университета леса. -М.: МГУЛ, 2004. - Вып. 12. - С. 122-132.
25. Лесная энциклопедия. - М.: Советская энциклопедия, 1986. - Т. 2.
УДК 536.25:614.841
С. В. ПУЗАЧ,
заслуженный деятель науки РФ, доктор технических наук, профессор, начальник кафедры инженерной теплофизики и гидравлики Академии ГПС МЧС России
А. В. СМАГИН, преподаватель кафедры инженерной теплофизики и гидравлики Академии ГПС МЧС России
ДОАН ВЬЕТ МАНЬ, адъюнкт Академии ГПС МЧС России
Б. РШАСН, А. БМАОШ
ОЦЕНКА ЗАЩИЩЁННОСТИ ЧЕЛОВЕКА НА ПОЖАРЕ ОТ ВОЗДЕЙСТВИЯ ТОКСИЧНЫХ ГАЗОВ
Проведён анализ нормативных документов, обеспечивающих токсикологическую безопасность людей при пожарах. Показано определяющее влияние опасных факторов пожара, не учтенных в нормативных документах. Отмечено, что существующая база данных по горючей нагрузке должна быть уточнена и расширена по выходу других высокотоксичных газов, а ряд нормативных документов, обеспечивающих токсикологическую безопасность человека на пожаре, требует доработки.
Ключевые слова: опасные факторы пожара, математическое моделирование, монооксид углерода, угарный газ, токсичность, отравление продуктами горения.
ESTIMATION OF PEOPLE PROTECTION FROM ACTION OF TOXIC GASES
DURING FIRE
The analysis of toxic safety standards is made. The decisive influence of toxic gases that are not considered in the standards is shown. It is noted that combustible materials data base must be specified and widened. Some defects of the standards are marked.
Key words: fire dangerous factors, mathematical modeling, carbon oxide, toxic gas, poisoning by toxic gas.
Ежегодно на территории Российской Федерации происходит более 200 тыс. пожаров, на которых гибнет порядка 16 тысяч человек, более 13 тыс. получают различные травмы.
Тяжелые последствия от пожаров и других чрезвычайных ситуаций (ЧС), вызваны, главным образом, слабой подготовкой населения к действиям при угрозе и возникновении ЧС, низкой культурой безопасной жизнедеятельности и недостаточной обеспеченностью необходимыми средствами индивидуальной защиты. Одной из основных причин гибели людей при пожарах (более 80 % случаев) является отравление газообразными продуктами горения различных строительных материалов и конструкций, а также предметов внутреннего оснащения помещений [1].
Наибольшую опасность для человека представляют материалы, изготовленные из древесины и полимеров, которые обладают достаточно низкой температурой термического разложения (деструкции), что приводит к образованию опасных концентраций для жизни и здоровья человека спустя незначительные промежутки времени, низкой температурой воспламенения и плавления, высокой скоростью распространения пламени, токсичностью и дымообразующей способностью [2].
Работы по исследованию последствий пожаров ведутся многими специалистами во многих странах мира. Получено большое количество экспериментальных и теоретических данных о параметрах пожаров, которые опубликованы в различных научно-технических источниках [3-7].
При горении веществ и материалов, составляющих основную горючую нагрузку современных зданий и сооружений, могут выделяться десятки химических соединений. Например, в продуктах термического разложения поливинилхлорида обнаружено 75 компонентов, а древесины - более 200. В количественном отношении, как правило, преобладают оксид углерода, циановодород, хлороводород, фтороводород, оксиды азота, акролеин, ацетон, аммиак, формальдегиды, а в ряде случаев, и другие летучие вещества. Токсичный эффект таких сложных смесей определяется содержанием токсичных компонентов, а также характером их комбинированного действия на живой организм [7].
В табл. 1 представлена сводная информация о воздействии наиболее опасных и распространенных токсичных газов на организм человека, а также указаны материалы, из которых они выделяются при пожаре.
Таблица 1
Влияние токсичных газов на организм человека при пожаре
Токсичный газ Материал, выделяющий токсичный газ Реакция организма человека
Монооксид углерода Органические материалы искусственного и природного происхождения В крови образуется карбоксигемогло-бин (НЬСО): головокружение, тошнота, рвота, слабость; поражение нервной и сердечно-сосудистой систем; потеря сознания, смерть
Цианистый водород Азотсодержашие вещества: шерсть, шелк, пенополиуретан, полиакрилонитрил Головная боль, тошнота, рвота, жжение в носу, слезотечение, кашель, потеря сознания, смерть
Диоксид азота Древесина, шерсть, фетр, кожа, лён, полистирол, ПВХ, полисульфон, резиновые изделия Бронхопневмония, отёк лёгких, кислородная недостаточность, поражение верхних дыхательных путей, смерть
Серо- водород Серосодержащие материалы Общетоксическое действие, раздражение глаз и дыхательных путей
Хлористый водород ПВХ, древесина, ДСП, фанера, бумага, ППУ Спазм дыхательных путей, обильное слезотечение, ожог слизистых оболочек, отёк лёгких
Фтористый водород Вещества, содержащие фторированные углеводороды Язвы на слизистых оболочках глаз и верхних дыхательных путей, носовые кровотечения, спазм гортани и бронхов, отёк лёгких, поражение ЦНС
Аммиак Шерсть, шелк, полиакронитрил, полиамид, полиуретан Обильное слезотечение, боль в глазах, кашель, удушье, головокружение, рвота, отёки голосовых связок и лёгких
Акролеин Древесина, полипропилен, бумага, нефтепродукты Вызывает кашель, слезотечение, рвоту, боли в животе, синюшность губ, замедление пульса, отек легких, потеря сознания, возможна смерть
Фосген ПВХ, хлорсодержащие материалы Слезоточивость, кашель, тошнота, раздражение верхних дыхательных путей и глаз, отёк лёгких
Оценивая признаки отравления человека на пожаре, спасателю и ме-
дицинскому работнику важно уметь различать симптомы воздействия токсичных газов. Образование токсичных газов происходит в результате сложных, цепных химических реакций, которые протекают при различных температурах и других важных условиях, что говорит о многостадийности процесса образования токсичных газов и, как следствие, процесса отравления человека.
Наиболее интенсивное образование угарного газа (СО) наблюдается при температуре пожара 600 °С и недостатке кислорода, что свойственно
развившейся стадии пожара. Хлороводород, циановодород и акролеин выделяются при температуре пожара 100-215 °С, т. е. на начальной стадии пожара [1, 2]. Например, если пострадавший на пожаре жалуется на боли в горле (першение, жжение), то это не говорит об отравлении угарным газом. В данном случае боли в дыхательных путях и глазах могут быть следствием термо-ингаляционной травмы, которая вызвана действием горячего дыма или воздуха, а также токсичных газов раздражающего действия: акролеин, циановодород, хлороводород, фтороводород, симптомы воздействия которых на организм человека и проявляются мгновенно (см. табл. 1). Примером воздействия раздражающих токсичных газов на организм человека является попадание в лицо дыма от костра, что мгновенно вызывает слезотечение, кашель и насморк. О воздействии угарного газа в этом случае вести речь нельзя. Воздействуя на организм человека, угарный газ вызывает слабость, дискомфорт, головокружение, тошноту, рвоту и т. д., т. е. процесс отравления некоторое время проходит незаметно, что оказывает пагубное влияние при осуществлении эвакуации человека при пожаре: если человек не видит дым, он не ощущает опасности.
Необходимо отметить, что токсичные газы на пожаре оказывают комбинированное воздействие на организм человека при одновременно повышающейся температуре в помещении и снижающейся концентрации кислорода в зоне пожара. В результате этого могут образовываться новые, ещё более сложные в химическом и токсикологическом отношении соединения, влияние которых на организм человека изучено недостаточно, но, в общем, оказывающие или синергическое, или аддитивное, или антагонистическое действие.
В медицинской и пожарно-технической литературе укоренился стереотип о доминирующем влиянии угарного газа в генезе отравления и смерти человека. Такое устаревшее представление может приводить к ошибкам как при лечении пострадавших и установлении причины смерти при производстве судебно-медицинских экспертиз, так и при прогнозировании токсикологической обстановки на пожаре, сертификации веществ и материалов.
Изучение различных медицинских справочников по оказанию первой медицинской помощи пострадавшим на пожаре показало наличие в них информации лишь об оказании медицинской помощи при отравлении угарным газом. Действию других высокотоксичных газов внимание не уделено, хотя при пожаре, как уже было сказано ранее, выделяются сотни химических соединений. Например, в одном из справочников отравление угарным газом описано в терапевтическом разделе, а отравление соляной кислотой (хлороводород) уже рассматривается в хирургическом разделе, причём подразумевается внутреннее отравление соляной кислотой, не имеющее к пожару никакого отношения.
Значительный объём исследовательской работы по изучению признаков отравления людей, погибших на пожарах, и содержания токсикантов в их крови, выполнен в Санкт-Петербургском государственном медицинском университете им. ак. И. П. Павлова [8-11]. Результаты проведённых исследований подтверждают и доказывают, что в 85 % случаев в крови погибших при пожаре содержится не только карбоксигемоглобин (НЬСО), но и цианиды, нитрил акриловой кислоты (НАК), хлорсодержащие соединения, аммиак и другие высокотоксичные соединения, что говорит о комбинированном воздействии агрессивной среды пожара. Установлено, что при комбинированном воздействии токсичных газов на пожаре в крови погибших концентрации карбоксигемоглобина и других токсичных компонентов могут находиться значительно ниже смертельной дозы, что при некоторых условиях может привести к ошибкам при установлении причины смерти. Также отмечается, что при содержании в крови погибшего НЬСО и цианидов выделение ведущего токсического агента нецелесообразно [9].
На территории России действует ряд нормативных документов, ориентированных на защиту населения от воздействия токсичных газов на пожаре, обеспечивая человеку не только непосредственную безопасность при возникшем пожаре [12], но и потенциальную безопасность [13, 14]. Рассмотрим эти нормативные документы в части, касающейся обеспечения токсикологической безопасности.
В п. 129 [12] сказано: «Обслуживающий персонал зданий для проживания людей (гостиницы, кемпинги, общежития, мотели, школы-интернаты, дома для престарелых и инвалидов, детские дома и другие здания за исключением жилых домов) должен быть обеспечен индивидуальными средствами фильтрующего действия для защиты органов дыхания, которые должны храниться непосредственно на рабочем месте обслуживающего персонала». Как правило, пожарную нагрузку перечисленных в п. 129 [12] объектов составляют мебель, бытовые изделия, линолеум, бумага и т. д.
Используя современные методы математического моделирования опасных факторов пожара (ОФП) [1, 16] в помещении, авторами статьи проведены расчёты критической продолжительности пожара по достижению своих предельно-допустимых значений (ПДЗ) повышенной температурой (70 °С), пониженной концентрацией кислорода (0,226 кг/м ), потерей видимости в дыму (20 м), монооксидом углерода (0,00116 кг/м ), хлорово-
3 _5 3
дородом (0,000023 кг/м ), акролеином (1-10 кг/м ) и циановодородом
4 3 3
(1-10 кг/м ) для помещений объёмом 108, 500 и 1000 м , оснащённых различными видами комбинированных пожарных нагрузок, типичных для помещений школ-интернатов, гостиниц, общежитий и т. д. Пример выполненных расчётов по [1] представлен в табл. 2.
Таблица 2
Критическая продолжительность пожара по отдельным ОФП и необходимое время эвакуации людей из помещений различного функционального назначения объёмом 500 м3 и высотой к = 4 м
Токсичный газ Ті, с Ті, °С Т , с кр ’ т0 , с кр тдым с кр ’ с НВЭ, с
1. Здание 1-11 степени огнестойкости: мебель + бытовые изделия
СО 113 50,5 142 168 53 31
НС1 нет данных
Акролеин 39 21,2
НСК нет данных
2. Здание 1-11 степени огнестойкости: мебель + ткани
СО 113 52,7 139 171 79 31
НС1 нет данных
Акролеин 39 21,3
НСК нет данных
». Мебель + бумага (0,8 ) + ковровое покрытие (0,2)
СО 54 51,6 68 84 40 15
НС1 -
Акролеин 19 21,3
НСК нет данных
4. Общественное здание: мебель + линолеум ПВХ (0,9+0,1)
СО 96 54,8 116 143 78 26
НС1 нет данных
Акролеин 33 21,4
НСК -
5. Верхняя одежда: ворс, ткани (шерсть + нейлон)
СО - - 32 45 18 5
НС1 6 20,4
Акролеин нет данных
НСК 9 21,5
6. Упаковка: бумага + картон + поли(этилен + стирол) ( ),4+0,3+0,15+0,15)
СО 307 175,5 220 248 123 47
НС1 251 97
Акролеин 59 21
НСК - -
Примечания.
1. Временные показатели рассматриваемых ОФП получены для высоты 1,7 м от уровня пола помещения (средняя высота расположения органов дыхания человека).
2. т1 - критическая продолжительность пожара по достижению исследуемым токсичным газом своего предельного значения, с; Т1 - среднеобъёмная температура в помещении, °С, на момент достижения исследуемым токсичным газом своего предельного значения; Ткр, т° , тд™ - критическая продолжительность пожара по достижению
повышенной температурой, пониженной концентрации кислорода воздуха, снижения видимости в дыму своего предельного значения соответственно.
3. НВЭ - необходимое время эвакуации людей из рассматриваемого помещения, с. За это время люди в обязательном порядке должны покинуть пожароопасное помещение. Если они по различным причинам не успевают этого сделать, возможно проявление симптоматики от воздействия различных ОФП.
4. «-» - токсичный газ выделяется при горении, но его концентрация не достигает предельного значения за всё рассматриваемое время развития пожара.
Из табл. 2 мы видим, что концентрация монооксида углерода достигает своего предельного значения спустя значительный промежуток времени, когда другие ОФП превысили свои критические значения. Анализ данных табл. 2 показывает, что эффективность применения портативного фильтрующего самоспасателя при пожаре (время защитного действия (ВЗД)) будет положительной только в том случае, если производить расчёт критической продолжительности пожара для таких ОФП, как акролеин и циановодород. Прогнозирование ОФП в рамках [13] без учёта опасности от акролеина и циановодорода показывает, что портативные фильтрующие самоспасатели на пожаре неэффективны, так как в первую очередь своих критических значений при сгорании рассмотренных горючих нагрузок будут достигать потеря видимости в дыму и повышенная температура, от которых самоспасатель защиту не обеспечивает. Учитывая реальную токсикологическую обстановку на пожаре, необходимо сделать вывод, что нормативный документ [13] требует тщательной доработки.
Несомненно, портативный фильтрующий самоспасатель при определённых условиях является достаточно надёжным средством защиты человека от воздействия токсичных газов на пожаре. Существенными недостатками обладает сама процедура определения ВЗД портативного фильтрующего самоспасателя, которая проводится в соответствии с [15]. Время защитного действия определяется путём подачи в газовую камеру достаточно высокой концентрации исследуемого токсичного газа, но при температуре окружающего воздуха 20 °С, что не соответствует реальной термогазодинамической картине пожара. Другим существенным недостатком [15] является то, что нагнетание каждого из исследуемых токсичных газов проводится по отдельности, т. е. не учитывается комбинированность воздействия токсичных газов. Таким образом, если при лабораторных испытаниях ВЗД самоспасателя по защите от СО составляет 20 мин, то на реальном пожаре ВЗД самоспасателя будет ниже. Установить корреляционные зависимости «ВЗД - концентрация /-го токсичного газа», «ВЗД - концентрация смеси токсичных газов», «ВЗД - концентрация кислорода», «ВЗД - температура пожара» по данным производителей самоспасателей не представляется возможным.
База данных горючих нагрузок, которая содержится в [17] и используется для прогнозирования ОФП в помещении, имеет ряд недостатков. Например, в определении горючей нагрузки «Мебель + бытовые изделия»: под словосочетанием «бытовые изделия», может подразумеваться
значительный спектр предметов интерьера помещения, которые будут отличаться различными параметрами. Следовательно, прогнозируя ОФП по
[13], можно получить оценку опасности, существенно далекую от реальной обстановки на пожаре.
Принимая во внимание полученную статистику, результаты экспериментальных исследований специалистов противопожарной службы и судебно-медицинских экспертов, необходимо отметить недостатки нормативного документа [14], который регламентирует процедуру проведения испытания полимерных материалов на воспламеняемость, дымообразующую способность, распространение пламени и токсичность для последующего получения сертификата качества по пожарной безопасности.
В методике проведения испытаний материалов на токсичность отмечено, что в зависимости от состава продуктов горения материала должен определяться количественный выход оксида углерода, диоксида углерода, цианистого водорода, оксидов азота, альдегидов и других веществ. Для оценки вклада оксида углерода в токсический эффект измеряют содержание НЬСО в крови подопытных животных [14]. На самом деле, п. 4.20.1.5
[14] предписывается проводить замеры газовоздушной среды в камере сгорания газоанализатором ГИАМ-5М, который позволяет измерять только СО, СО2 и кислород воздуха, что также не соответствует реальной токсикологической обстановке на пожаре. У подопытных животных - белых мышей, участвующих в испытаниях, в случае их смерти забор крови не производится, так как в соответствующих лабораториях проводится наблюдение за мышами в течение определённого срока, где оцениваются реакция и симптоматика у животных. Опасность комбинированного воздействия токсичных газов в камере сгорания при испытании образца в конечном итоге оценивается путём подсчёта выживших и погибших особей по истечению срока наблюдения за ними.
Все эти недостатки и несоответствия процедуры сертификации в значительной степени занижают реальную опасность материала с точки зрения токсичности при термической деструкции на пожаре, в результате чего в условиях реального пожара материал, прошедший сертификацию, может послужить причиной отравления и гибели людей.
На основании вышеизложенного получены следующие выводы.
1. Опасность, представляемая монооксидом углерода при сгорании веществ и материалов, значительно преувеличена.
2. При сгорании материалов, составляющих доминирующую горючую нагрузку зданий и сооружений, в опасных для жизни и здоровья человека концентрациях будут выделяться монооксид углерода, акролеин, цианово-дород, хлороводород, аммиак, фтороводород. В крови погибших людей на пожарах, помимо карбоксигемоглобина, в опасных для жизни и здоровья
концентрациях могут находиться цианиды, акриловые и хлорные соединения, что полностью соответствует проводимым исследованиям пожарных и судебно-медицинских экспертов.
3. Судебно-медицинская экспертиза лиц, погибших при современных условиях пожаров, должна производиться с использованием широкого спектра судебно-химических исследований для количественного определения наиболее токсичных компонентов газовой среды пожара, образующихся при горении веществ и материалов.
4. В целях снижения количества отравлений и гибели людей во время пожаров необходимо:
а) проведение специализированного обучения населения мерам пожарной безопасности в быту, на рабочем месте и в общественных зданиях;
б) проведение учебных тренировок по эвакуации из зданий в случае возникновения пожара;
в) обеспечение зданий и сооружений средствами защиты органов дыхания и зрения изолирующего и фильтрующего типа.
5. Необходимо совершенствование нормативных документов, как в области обеспечения пожарной безопасности, так и в области медицины: ориентирование норм на доминирующую опасность монооксида углерода может повлечь, с одной стороны, врачебные ошибки, а с другой - занижение возможной токсикологической опасности веществ и материалов при пожаре в помещении.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Пузач С. В., Смагин А. В., Лебедченко О. С., Абакумов Е. С. Новые представления о расчете необходимого времени эвакуации людей и об эффективности использования портативных фильтрующих самоспасателей при эвакуации на пожарах. - М.: Академия ГПС МЧС России, 2007. - 222 с.
2. Смагин А. В. Моделирование выделения и распространения токсичных газов при пожарах в зданиях и сооружениях для обоснования их объёмно-планировочных решений с целью обеспечения безопасной эвакуации людей // Дис. ... канд. техн. наук. -М., 2008. - 269 с.
3. Щеглов П. П. Исследование состава газообразных продуктов термоокислительного разложения некоторых полимерных строительных материалов // Дис. . канд. техн. наук. - М., 1967. - 124 с.
4. Матюшин А. В. Исследование начальной стадии развития пожара в помещении с целью обоснования необходимого времени эвакуации людей из торговых залов универмагов // Дис. ... канд. техн. наук. - М., 1982. - 289 с.
5. Веселы В. Исследование состава продуктов термоокислительного разложения и горения некоторых синтетических текстильных волокон с целью обоснования допустимого времени эвакуации людей из зданий при пожаре // Дис. . канд. техн. наук. -М., 1978. - 213 с.
6. Исаева Л. К. Экологические последствия пожаров. Дис. ... д-ра техн. наук. - М.: Академия ГПС МВД России, 2001. - 107 с.
7. Иличкин В. С. Токсичность продуктов горения полимерных материалов. Принципы и методы определения. - М.: Химия, 1993. - 13б с.
8. Белешников И. Л. Судебно-медицинская оценка содержания цианидов в органах и тканях людей, погибших в условиях пожара // Автореф. дис. ... канд. матем. наук. -Санкт-Петербург, 199б.
9. Петров Л. В. Судебно-медицинская характеристика комбинированных отравлений в условиях пожара // Автореф. дис. ... канд. матем. наук. - Санкт-Петербург, 1993.
10. Мурзаев А. М. Судебно-медицинская характеристика отравлений продуктами горения азотсодержащих полимерных материалов // Автореф. дис. . канд. матем. наук. - Санкт-Петербург, 1998.
11. Гахнапетян А. П. Судебно-медицинские аспекты отравлений продуктами горения полимерных материалов // Автореф. дис. ... канд. матем. наук. - Санкт-Петербург, 1997.
12. Правила пожарной безопасности в РФ. (ППБ-01-03). - М.: Книга сервис, 2003. - 9б с.
13. ГОСТ* 12.1.004-91 ССБТ. Пожарная безопасность. Общие требования. - М.: Госстандарт России, 1992. - 78 с.
14. ГОСТ 12.1.044-89* ССБТ. Пожаровзрывобезопасность веществ и материалов. Номенклатура показателей и методы их определения. (ИСО 4589-84).
15. НПБ 302-2001. Техника пожарная. Самоспасатели фильтрующие для защиты органов дыхания и зрения людей при эвакуации из помещений во время пожара. Общие технические требования. Методы испытаний.
16. Пузач С. В. Методы расчета тепломассообмена при пожаре в помещении и их применение при решении практических задач пожаровзрывобезопасности. - М.: Академия ГПС МЧС России, 2005. - ЗЗб с.
17. Кошмаров Ю. А. Прогнозирование опасных факторов пожара в помещении: Учебное пособие. - М.: Академия ГПС МВД России, 2000. - 119 с.
УДК б14.841
Д. В. БУБНОВ, старший инженер отдела Академии ГПС МЧС России
D. BUBNOV
ПРОЧНОСТЬ СТЕРЖНЕВЫХ ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫХ КОНСТРУКЦИЙ, НАГРЕТЫХ ПРИ ПОЖАРЕ
Даны определения таких параметров железобетонных конструкций как их несущая способность и несущая способность сечений конструкций. Рассмотрены вопросы определения несущей способности конструкций.
Definitions of such parametres of ferro-concrete designs as their bearing ability and bearing ability of sections of designs are given. It is considered questions of definition of bearing ability of designs.
