Исхаков X.И., Пахомов А.В., Каминский Я.Н. Пожарная безопасность автомобиля

1 2

Скачать книгу с Яндекс-диск

 

Исхаков Х.И. Пахомов А.В, Каминский Я.Н. Пожарная безопасность автомобиля

 

 

 

 

В книге на основе изучения статистики пожаров автотранспортных средств рассмотрены принципы формирования пожарной безопасности, предложена классификация пожаров. Изложены причины загораний и особенности развития пожаров автотранспортных средств. Рассмотрены эксплуатационные и конструктивные свойства автомобиля, влияющие на вероятность загорания от внутренних и внешних источников зажигания. Исследованы топливная система и электрическая сеть автотранспортного средства как объекты потенциальной пожарной опасности. Рекомендованы мероприятия по пожарной профилактике системы электрооборудования. Приведены методы и результаты экспериментальных исследований.

 

Глава   1

СОСТОЯНИЕ ПОЖАРНОЙ БЕЗОПАСНОСТИ АВТОМОБИЛЯ

1.1. КЛАССИФИКАЦИЯ И ОСОБЕННОСТИ ПОЖАРОВ

АВТОМОБИЛЕЙ

Основными понятиями при оценке пожарной безопасности любого объекта являются загорание и пожар, определение которых дано в ГОСТ 12.1.033-81 и СТ СЭВ 383-76. Загоранием называют неконтролируемое горение вне специального очага, без нанесения ущерба, а пожаром – неконтролируемое горение, развивающееся во времени и пространстве. Пожары классифицируют в зависимости от горючей среды (табл. 1.1).

Увеличение числа пожароопасных узлов и горючих материалов, усложнение условий эксплуатации и другие причины приводят к увеличению вероятности пожаров автомобилей. Вероятность загорания АТС по типам на 1 тыс. в год составляет:

Легковые ....    6,4-10 -4     Автобусы ...    1,0-10 -3

Грузовые    .    .    .   3,16-10 -3               Мотоциклы   . . .   5,7-10 -3

Таким образом, число пожаров АТС по всем типам намного превышает нормативное значение.

Пожары автомобилей возникают от внутренних и внешних источников зажигания. К внутренним источникам зажигания относятся: искры как результат неисправности электрической системы, или фрикционные искры вследствие ДТП; поверхности выпускной, тормозной систем и сцепления, нагретые выше температуры воспламенения паров легковоспламеняющихся и горючих жидкостей (ГЖ) и горючих материалов, открытый огонь.

К внешним источникам зажигания автомобилей относятся: высокоинтенсивные потоки излучения, вызванные пожарами строений в местах хранения АТС или пожарами рядом расположенных АТС; открытый огонь при сварочных работах и др. Вероятность загорания автомобилей от внешнего источника составляет 0,12...0,16.

На автомобилях выделяют пожары: при эксплуатации; вследствие ДТП, в том числе на соревнованиях; на стоянках; при ремонте; при испытаниях новых автомобилей. Выделяют также пожары, вызванные поджогами автомобилей.

Пожары автомобилей при эксплуатации. Наиболее частыми причинами пожаров автомобилей являются неисправности топливной и электрической систем. Реже возникают пожары вследствие нарушения герметичности элементов гидравлического оборудования и выпускной системы двигателей.

Опасность пожаров при эксплуатации АТС велика для пассажиров и объектов окружающей среды. Если пожар возникает в моторном отсеке, то продукты горения могут попасть в салон и привести к отравлению прежде, чем водитель остановит автомобиль, и пассажиры покинут его. В некоторых случаях при загорании элементов трансмиссии, ходовой части и тормозной системы дым и пламя встречным потоком воздуха отводятся от автомобиля и остаются невидимыми для водителя. При повреждении пламенем элементов тормозной системы могут возникнуть отказы в ее работе и в работе АТС в целом, что явится причиной ДТП.

Особенно опасны пожары АТС в тоннелях, где при выделении дыма снижается видимость и затрудняется эвакуация. При пожаре большегрузных автомобилей в тоннеле увеличиваются температура окружающей среды и ее токсичность. При пожарах АТС с опасными грузами температура в тоннеле может повыситься за 15 мин до 1200 °С. Это затрудняет ликвидацию пожара. Для обнаружения и ликвидации пожаров в тоннелях применяются телевизионные установки и средства дымоудаления.

Пожары автомобилей вследствие ДТП. Их число незначительно по отношению к общему числу пожаров АТС. Однако они представляют наибольшую опасность для людей и окружающей среды, особенно при перевозке опасных грузов. Повреждение узлов и систем автомобиля при ДТП способствует развитию пожара, а заклинивание дверей и травмирование людей препятствует возможности тушения пожара ручными средствами и быстрой эвакуации пострадавших.

Если пожар начался в связи с утечкой топлива из поврежденного топливопровода, то скорость распространения пламени увеличивается в 2...2,5 раза в зависимости от места истечения топлива по сравнению со скоростью распространения пламени без нарушения герметичности топливной системы [21].

Особенно опасны пожары вследствие ДТП на автогонках. Гоночные автомобили наиболее опасны в пожарном отношении по сравнению с автомобилями обычных конструкций. Причины большой пожарной опасности – высоконагретые поверхности выпускной и тормозной систем, наличие развитой топливной системы и применение в тормозной системе магниевых сплавов, которые трудно тушить при их загорании. В случае пожара при аварии гоночного автомобиля без автоматической установки пожаротушения и средств индивидуальной защиты (теплозащитного костюма) вероятность гибели водителя в течение первых 30 с после аварии близка к 100 %, поэтому так актуально оборудование этих автомобилей автоматическими установками по­жаротушения.

Быстротечность пожаров автомобилей вследствие ДТП потребовала разработки специальной технологии аварийно-спасательных работ и требований к пожарным автомобилям первой помощи для борьбы с пожарами на АТС. Такие автомобили используют на скоростных автострадах ЧССР, ФРГ и ряда других стран. Пожарно-техническое вооружение пожарных автомобилей первой помощи состоит из безыскровых аппаратов и других средств, специально разработанных для этого типа автомобилей. Безыскровые аппараты обеспечивают разрезание конструкций автомобиля, необходимое для быстрого извлечения людей из автомобиля, который находится под угрозой воспламенения. Для оказания помощи пострадавшим на автомобильных дорогах вследствие пожара выезды пожарных автомобилей первой помощи согласуются с выездом автомобилей скорой медицинской помощи. В оборудование пожарных автомобилей первой помощи входят также аппараты искусственного дыхания и первой неотложной помощи.

Пожары автомобилей на стоянках.

Причинами пожаров в гаражах являются:

- неосторожное обращение с огнем;

- нарушение правил пожарной безопасности при пуске двигателя, эксплуатации теплогенераторов и электрооборудования;

- дефекты, вызывающие перегрев выпускной системы и искры. Причиной загорания АТС в гаражах является также пожар рядом стоящего автобуса или грузового автомобиля. Вероятность распространения пожара от легкового автомобиля при отсутствии большой пожарной нагрузки в гараже незначительна. На открытой стоянке также вероятно распространение пожара от горящего автобуса или грузового автомобиля на рядом расположенные транспортные средства. Но, в общем, вероятность загорания автотранспортных средств на открытой стоянке ниже, чем на закрытой, так как здесь не скапливаются топливо, другие материалы и отсутствуют некоторые причины, вызывающие пожары в гаражах.

Пожары при ремонте автомобилей.

Они возникают из-за неосторожного обращения с огнем, нарушения правил пожарной безопасности в технологических процессах. Много пожаров возникает в результате несоблюдения правил техники безопасности при сварочных работах на временных и постоянных местах стоянки, а именно: при неисправной аппаратуре; в радиусе до 5 м от мест, не очищенных от горючих материалов; при наличии свежеокрашенных конструкций, неочищенных емкостей (цистерны, баки); при использовании одежды со следами горючих жидкостей.

Некоторые пожары возникают из-за незнания ремонтными рабочими конструктивных особенностей автомобилей. Так, пожар легкового автомобиля, в подвеске которого имеются резинометаллические прокладки, может возникнуть, если кабель сварочного трансформатора соединить с металлическими элементами корпуса автомобиля через заземляющий медный изолированный провод. При этом сварочный ток превысит допустимый, изоляция заземляющего проводника перегреется и загорится. Пожар распространится на весь автомобиль.

Пожарная безопасность при испытаниях новых, автомобилей.

Испытания проводят, чтобы оценить эффективность ручных и автоматических установок пожаротушения (АУП), показатели пожарной безопасности материалов, конструкции и автомобиля в целом, показатели пожарной опасности автомобиля как внешнего источника зажигания.

По месту возникновения пожары в новом легковом автомобиле распределяются, %:

Моторный отсек, в том числе корпус двигателя с теплоизоляцией;

Элементы электрооборудования и топливной си­стемы . . .     43,3

Кабина или салон...................................... 20,0

Кузов и багажный отсек..........................    7,8

Элементы ходовой части      ....... 3,0

Выпускная система..................................    5,6

Другие места      .......... 20,3

 

Причины пожаров большегрузных автомобилей следующие, %:

Утечка ГЖ из гидросистем      .      .      .      .     .     .     .     .   …  22

То же, из двигателя.................................. ……22

То же, из охлаждающей системы.............    12

То же, из топливной системы...................      8

Неисправности электрооборудования     .     .     .     .     .     .       16

Механические поломки  деталей................. 15

Перегрузка шин или недостаточное давление в них, повреждения тормозной системы.................................................................. 5

 

Основными причинами загорания большегрузных автомобилей являются попадание гидрожидкостей, масел и топлива на высоконагретые поверхности двигателя и турбокомпрессора из-за нарушения герметичности арматуры гидросистем, маслотопливопроводов двигателя и взрывы в цилиндрах подвески при попадании кислорода.

Ряд пожаров автомобилей возникает из-за расплавления пластмассовых деталей (топливного бака, топливо- и маслопроводов) под воздействием газов из разрушенного выпускного трубопровода.

 

1.2. ОПАСНЫЕ ФАКТОРЫ И ДИНАМИКА ПОЖАРОВ

В соответствии с ГОСТ 12.1.004-85 к ОФП относятся: открытый огонь и искры; повышенная температура окружающей среды и предметов; токсичные продукты горения; дым; падающие части строительных конструкций; агрегатов и установок; опасные факторы взрыва (ГОСТ 12.1.010-76). Предельно допустимые количества токсичных веществ для человека определены ГОСТ 12.1.016-79, а предельно допустимые значения температуры поверхности и плотности теплового потока - ГОСТ 12.4.123-83.

В основе пожара лежат химико-физические явления, которые сопровождаются выделением теплоты, продуктов горения, газообменом. В результате этих явлений деформируются и разрушаются конструкции, происходят взрывы, образуется экстремальная среда в рабочей зоне, что приводит к гибели людей и уничтожению материальных ценностей. Действенные меры по предотвращению пожара и его развития, а также средства защиты можно выбрать, только правильно оценив параметры и масштабы пожара.

Различают три фазы пожара: развитие пожара и охват огнем основной части горючих материалов; фаза максимальной скорости выгорания горючих материалов и постоянной скорости потери горючей массы, беспламенное горение. Параметры пожара определяются размерами зон горения, скоростью выгорания горючих материалов, количеством выделяемой при пожаре теплоты и способами ее передачи, количеством и скоростью выделения продуктов горения, особенностями газового обмена, продолжительностью горения.

Все явления, происходящие при пожаре, имеют пространственные зоны влияния. Условно выделяют зоны горения, теплового воздействия, задымления и распространения токсичных газов.

Зона горенияосновная зона любого пожара, внешними признаками которой являются пламя при гомогенном горении и накал при гетерогенном горении. Зона горения может огра­ничиваться ограждением или стенками отсеков и салона автомобиля.

Зона теплового воздействия – прилегающее к зоне горения пространство, границы которого определяются предельно допу­стимыми значениями тепловых потоков и температур для чело­века или конструкций и горючих материалов.

Зона задымления имеет границы, которые определяются по­казателем оптической плотности.

Зона токсичностикабина, салон автомобиля и остальные места работы водителя. Граница зоны токсичности определяется ПДК токсичных веществ.

Температуры очага горения, среды и поверхностей в зоне воздействия на людей и окружающие предметы являются основ­ным параметром, характеризующим обстановку открытого или закрытого пожара. Под температурой открытого пожара понимают температуру пламени, которая в основном определяет тепловое излучение. В табл. 1.2 приведены температуры пламени некоторых материалов, применяемых в автомобилестроении, и показатели их пожарной опасности.

 

 

 

 

 

Таблица   1.2

 

Вещества, материалы

 

Температура, К

Низшая

теплота q^h> мДж/кг

 

 

воспламенения

самовоспламенения

пламени

 

 

Бензин

244

573

1150

41,87

Керосин

300

533

1150

41,87

Дизельное топливо

428

623

1150

41,87

Масло автотракторное

424

613

1000

41,87

Дерматин

423

21,56

Полистирол

460

672

1300

39,00

Картон

500

638

15,70

Лакокрасочные покрытия

Стеклопластик

523

523

673

753

1300 1300

31,00 39,00

Стекло органическое

553

733

1100

25,00

Древесина в конструкциях

560

640

1300

17,00

Войлок

560

643

13,70

Линолеум резиновый полиэтилен низкого давления

581

583

683

694

1100 1100

33,60 47,14

Резина (уплотнения, шины) Пенополиуретан

Пропан

613

713

739

663

753

 739

1300 1300 1473

33,50 24,40 46,40

Метан

823

823

1300

49,78

 

Под температурой закрытого пожара, например, в кабине салона или отсеках автомобиля, понимают среднеобъемную температуру смеси продуктов горения с воздухом. Температура закрытого пожара изменяется во времени, такое изменение называют температурным режимом пожара. Температурный режим закрытого пожара автомобиля зависит от массы горючих материалов, объема, площадей поверхностей. Пожары при открытых или разрушенных стеклах кабины относят к пожарам с вентилируемым газообменом.

При пожаре происходит истечение продуктов горения в атмосферу. Высота пламени и дыма при пожаре, например, в салоне легкового автомобиля достигает 6...8 м, а плотность потока теплового излучения на расстоянии 4...5 м и высоте 1,5 м составляет 3...5 кВт/м2. При ветре вероятно загорание других автомобилей на расстоянии до 4 м, поэтому автомобиль необ­ходимо оценивать как объект пожарной опасности.

По условиям обитаемости в кабине автомобиля в течение длительного времени (смены) предельная температура поверх­ности равна 318 К, предельная температура среды 318 К, пре­дельная плотность теплового потока – 350 Вт/м2. Временная за­висимость переносимости человеком тепловых факторов пожара в экстремальных условиях, характерных для пожара в кабине, дана на рис.1.1 [16].

Тепловые лучи с длиной волны больше 2 мкм поглощаются в основном поверхностью кожи, а лучи с длиной волны до 1,5 мкм проникают через поверхность кожи, частично нагревая ее, достигают кровеносных сосудов и повышают температуру крови. В диапазоне длин волн выше 2 мкм кожа поглощает бо­лее 90 % потока излучения. Поэтому, чтобы определить степень его воздействия на облучаемые поверхности, важна спектраль­ная характеристика пламени горючих материалов АТС.

Дым представляет собой аэрозоль, состоящий из вредных для человека твердых частиц сажи и жидких частиц конденси­рованной фазы. Воздействие дыма ограничивается зоной задым­ления.

Для характеристики горящих материалов применяют пока­затели: коэффициент дымообразования, характеризующий ды­мообразующую способность материалов; оптическая плотность дыма; максимальная плотность дыма и время достижения этой плотности. Коэффициентом дымообразования называется пока­затель, характеризующий по логарифмической шкале ослабле­ние освещенности на расстоянии 1 м от источника света в дыму. Оптическая плотность дыма определяется логарифмом отноше­ния начальной освещенности поверхности в отсутствии задымления к ее минимальной освещенности в заданных условиях задымления. Полная утрата видимости в задымленной среде соответствует значению оптической плотности, равной 16 Нп.

Дымообразующую способность материалов испытывают в ре­жимах тления и пламенного горения при плотностях теплового потока соответственно 18...38 кВт/м2 и 65 кВт/м2. Коэффициент дымообразования оценивается оптической плотностью среды замкнутого объема.

Дымообразующая способность огнезащищенных материалов ниже незащищенных. Например, для стандартной древесноволок­нистой плиты (ДВП) Dmmax=19,0 Нп • м2/кг, а для огнезащищенной ДВП Dmm;,x = 5,0 Нп-м2/кг.

Все материалы в зависимости от среднего значения коэффи­циента дымообразования (в Нп-м2/кг) классифицируются сле­дующим образом: материалы с малой дымообразующей способ­ностью Dwmax<50; материалы с умеренно дымообразующей спо­собностью – 50500 (табл. 1.3).

На автомобилях применяют горючие материалы с малой ды­мообразующей способностью и большим временем до наступ­ления Лттах. Так как это время уменьшается с увеличением теплового потока, то материалы испытывают на дымообразую­щую способность при плотности теплового потока 25 кВт/м2.

Среди ОФП,  связанных  с  горением   материалов,  основную опасность для людей представляют токсичные вещества. Токсичность продуктов горения оценивают по показателю токсичности (ГОСТ  12.1.044 – 84).  Его определяют, устанавливая зависимость летального эффекта продуктов горения от массы материала в граммах,  отнесенной  к единице объема  замкнутого пространства. По показателю токсичности   продуктов горения пластмассы, например, классифицируются как чрезвычайно опасные   (до  13 г-м3); высокоопасные  (13-40 г-м3); умеренно опасные (40-120 г-м3); малоопасные (свыше 120 г-м3). Кроме того, воздух рабочей зоны должен соответствовать требованиям ГОСТ 12.1.005 – 76. При одновременном содержании в воздухе нескольких вредных веществ аддитивного действия сумма отношений фактических концентраций каждого из них (Сь С2,..., Сг) к их предельно допустимой концентрации   (ПДК)   не должна превышать единицы:   (Сг/ПДК<)<1. i-i

Таблица   1.3

 

Материал

Нормативный документ

Коэффициент дымообразова-

Н'ИЯ, Нп-М2/ЮГ

Велафлекс

РСТ-МССР 89—80

1400

Виларес-400

ТУ 6-05-221-536—80

10

Винилискожа ТР

ТУ 17-21-257—78

1380

Винилискожа НТ

ГОСТ 10438—78

800

Винипласт

ГОСТ 9639—71

409

Лента эластичная

ТУ 38-10529—76

620

Ливинол вагонный

МРТУ 17-739—69

417

Линолеум ПВХ:

 

 

ТТН-2

ТУ 21-29-5—76

410

на тканевой основе

ГОСТ 10438—78

1040

Линолеум плиточный

ТУ 21-29-76—79

270

Пенопласт ФФ

МРТУ 6705-1302—71

55

Пенопласт ФРП

ТУ 6-05-221-304—74

4,5

Пенопласт полистирольный

ПСБ-С

749

Пенопласт ПВХ плиточный:

 

 

ПВХ-1

ТУ 6-05-1179—75

441

ПВХ-2

ТУ 6-05-1179—75

434

Пенополистирол ПС- 1-600

ТУ 6-05-1178—78

1610

Пенополиуретан ППУ-ЗС

ТУ 6-05-5109—80

720

Пенополиуретан ППУ-40-0,8С

ОСТ 6-05-407—75

990

Пенополиуретан ППУ-208-2

ТУ 6-05-211-427—78

1060

Пенополиуретан ППУ-306

ТУВ-203— 71

109

Пиломатериалы   лиственных   пород   с тремя слоями лака ПФ-283

ГОСТ 2695—83

440

Пластик бумажно-слоистый

ТУ 400-1-18—79

130

Пластик  бумажно-слоистый  

декоративный

ГОСТ 9590—76

360

Пластины резиновые ТМКЩ

ГОСТ 15809—70

1040

Резина рулонная специальная

ТУ-38- 10529— 76

850

Стекло органическое

ГОСТ 15809—70

310

Стеклопластик

ТУ 6-11-10-62—81

640

Стеклопластик полиэфирный

листовой

ОСТ 6-11-10-62—81

640

Стеклотекстолит

ОСТ 34-13-887—79

90

 

 

Материалы  интерьера транспортных  средств  разных  видов транспорта в основном идентичны, поэтому анализ пожаров самолетов и судов и случаев отравления людей важен для оценки влияния продуктов термодеструкции (термического разложения) горючих материалов в АТС. Исследования термодеструкции не­которых материалов интерьера транспортных средств выявили следующий общий выход летучих продуктов (в % от массы):

ДВП огнезащитная............................. 67,8

Рамолит............................................... 46,8

Стеклопластик на смоле ПН-1С........ 50,2

То же ПН-62..................................    45,3

Древесина  с  антипиреном..............    73,0

Ткань ацетохлориновая..................    81,0

Из приведенных данных видно, что все исследованные мате­риалы на 45,3-81,0 % превращаются в летучие продукты тер­модеструкции. Наиболее термостойкими оказались стеклопла­стики и рамолит. Время воспламенения древесных конструкционных материалов увеличивают огнезащита и пропитка. Состав вредных веществ термодеструкции исследованных материалов за­висит от температуры среды (табл. 1.4).

Продукты пламенного горения испытуемых материалов по качественному составу менее разнообразны, чем продукты тер­модеструкции, так как в первом случае больше продуктов пол­ного и меньше продуктов неполного разложения.

Отравления продуктами горения материалов интерьера АТС, например обивки кабины и салона, является одной из при­чин гибели людей при пожарах АТС. В связи с этим в соответ­ствии с МС 3795—76 и ГОСТ 25076 – 81 ведутся исследования по выбору пожаробезопасных материалов. Классы и группы опас­ности ряда горючих материалов представлены в табл. 1.5.

Таблица   1.4

 

 

 

Вредные вещества

Количество !вредных веществ (%   по   мас-се^   при  темпера­туре,   К

Вредные вещества

Количество ;вредных веществ (%  по массе")   при темпера­туре,  К

423-503

503-693

693-773

773-893

423-503

503-693

693-773

773-893

Рамолит

Стеклопластик на основе смолы НПС-609-22

С02 СО

|     __  

1,0

1/'

4,62 2,00

13,8

2,8

С02 СО СН4

3,08 0;56

7,70 1,63 0,35

1,54 0,20

Сле­ды

Облицовочный декоративный пластик

Ацетохлориновая ткань

СО? СО СН4

2,а

0,5

4,0 1.30

0,60

9,2 1.40 0,90 '

СО2 СО

Сле­ды

1,54 0,60

7,20 1,53

 

 

 

Таблица   1.6

Пожароопасная  операция,  источники зажигания

Температура  пламени (тления,   нагрева),  К

Время

горения (тления),  мин

Газовая сварка металла Газовая резка металла Тлеющая папироса Тлеющая сигарета Горящая спичка

3423

1623

593—683 623—733 693—913

2—2,5 26—30 0,33

 

Открытое пламя опасно не только при непосредственном кон­такте с горючей средой, но и при ее облучении. Некоторые параметры пожароопасных операций и источни­ков зажигания (ГОСТ 12.1.004—85) даны в та.бл. 1.6.

В качестве источников зажигания АТС наряду с рассмот­ренными в табл. 1.6 часто выступают искры и горящие частицы как результат аварийного режима электропроводки. В соответствии с тепловой теорией зажигания загорание горючего мате­риала становится возможным только в том случае, когда коли­чество теплоты, выделенной источником зажигания, будет доста­точным для нагрева критического объема материала до состоя­ния, в котором произойдет самоускоряющаяся экзотермическая реакция. Результаты исследования пожарной опасности искр и горящих частиц рассмотрены в работе [14]. Одним из основных показателей пожарной опасности горящей частицы является ее тепловыделение:

QcPM (T~T0)+q'M,

где Ср — удельная теплоемкость, Дж/(кг-К); М — масса частицы, кг; Т — тем­пература частицы, К; Т0 — температура окружающей среды, К; <7' — удельная теплота фазового превращения, Дж/кг.

Динамика пожара – это процесс развития пожара во времени и пространстве, сопровождающийся воздействием ОФП на людей и объекты. Необходимо рассматривать основные параметры пожара АТС и ОФП совместно.

К ним относятся: скорость выгорания и потеря массы горючих материалов; средняя скорость перемещения фронта пламени по пожарной нагрузке и скорость увеличения площади горения; геометрические размеры пламени (площадь и периметр), высота и излучающая поверх­ность зоны горения; температуры пламени и продуктов горения на выходе из очага горения; скорость выделения1токсичных веществ; скорость задымления, состав и оптическая плотность дыма; интенсивность выбросов продуктов горения в атмосферу и содержание вредных веществ.

Сложность процессов, свойственная пожарам АТС, предопределила экс­периментальный подход к их исследованию.

При загорании в моторном отсеке или салоне автобуса пожар распро­страняется по всем направлениям. Из моторного отсека пламя проникает в салон через перегородку, вентиляционные или технологические отверстия. Загорается лакокрасочное покрытие, резиновые коврики, термошумоизолирующие панели, обивка сидений и материал, уплотнения дверей и остекления. В начальной стадии пожара в салоне разрушается остекление, туда посту­пает кислород воздуха, что приводит к значительному тепловыделению. Теп­ловые потоки и пламя воздействуют на рядом расположенные автомобили я вызывают их загорание как на закрытой, так и на открытой стоянках. Под воздействием тепловых потоков вначале загораются лакокрасочное по­крытие и уплотнения остекления, Горение уплотнений остекления усиливает тепловое воздействие на остекление и оно разрушается. Затем начинается горение горючих материалов салона с последующим развитием пожара на все АТС. При этом расплавляется дюралевая обшивка автобуса. Шины и топливные баки автобусов горят и разрушаются в основном при пожарах в помещениях.

Динамика пожаров легковых автомобилей определяется местом его воз­никновения: моторный или багажный отсеки, салон, топливная система и т. д. При загорании в моторном отсеке легкового автомобиля, находящегося на стоянке, пламя распространяется до салона через 480...600 с. Полностью са­лон загорается еще через 60...180 с. Далее автомобиль горит. Затем нару­шается герметичность топливной системы и горит вытекающее топливо. При загорании в салоне с открытыми окнами от модельного источника зажига­ния, расположенного на заднем сидении, остекление разрушилось через 345 с. Видимое загорание салона, моторного и багажного отсеков закончи­лось через 1800 с. Через 2760 с наблюдалось беспламенное горение сидений, шин и материалов.

В США были испытаны на пожарную опасность легковые автомобили при их загорании вследствие ДТП [16]. Динамика изменения температуры в салоне легкового автомобиля при пожаре после разрушения топливной системы дана на рис. 1.2. Не переносимые для человека температурные усло­вия возникают через 40…80 с после загорания автомобиля. Очевидно, что такому быстрому развитию пожара не в состоянии помешать ни ручные средства пожаротушения, ни автоматические, поэто­му необходимо повышать пожарную безо­пасность автомобилей за счет пассивных средств защиты.

Данные о скорости изменения концен­трации токсичных веществ в салоне горя­щего автомобиля отсутствуют, поэтому ре­зультаты описанных экспериментов носят ограниченный характер и не полностью от­ражают влияние ОФП АТС на людей. Для исследования пожарной опасности  АТС наиболее  приемлема теория, разработанная для закрытых  вентилируемых  помещений. При известных пожарной нагруз­ке, скорости ее выгорания, времени разрушения остекления и условиях вентиляции салона или отсека, коэффициентах теплообмена про­дуктов горения с ограждающими поверхностями салона и дру­гих данных можно получить осредненные показатели большин­ства ОФП, воздействующих на людей и конструкции автомоби­ля. Теория пожара для закрытых вентилируемых помещений позволяет также моделировать процесс горения в отсеке или салоне в характерных условиях, определяемых из анализа ста­тистики и причин загорания автомобиля.

Для оценки границ применяемости теории пожара для по­мещений при исследовании пожарной безопасности автомобиля необходимы целенаправленные модельные эксперименты, поз­воляющие оценить вышеперечисленные параметры и коэффици­енты процесса горения.

 

1.3. ПРИНЦИПЫ ФОРМИРОВАНИЯ И СИСТЕМЫ ПОЖАРНОЙ БЕЗОПАСНОСТИ

Пожарная безопасность автомобиля относится к категории его послеаварийной безопасности [1]. Анализ причин пожаров автомобилей показывает, что возникновение очагов пожаров возможно не только в результате повреждения автомобиля при ДТП. Изоляция и горючие конструкционные материалы могут воспламеняться при коротком замыкании в системе электрообо­рудования АТС из-за повреждений изоляции проводов в процес­се эксплуатации (старение, механическое повреждение, терми­ческое воздействие), неправильного выбора конструктивных эле­ментов электрооборудования и системы питания при проекти­ровании или ремонте автомобиля, грубых нарушений правил технической эксплуатации аппаратов и систем автомобиля. Естественно, что опасность возникновения пожара в послеава­рийной обстановке возрастает.

Для формирования принципов пожарной безопасности АТС необходимо уточнить и классифицировать причины пожаров и возникновения очагов загораний.

Причинами пожара могут быть (рис. 1.3):

- воспламенение топлива, вытекающего из поврежденного топ­ливного бака (цистерны), соединений топливопроводов и дру­гих элементов топливной системы;

- воспламенение горючих конструкционных материалов.

Само по себе вытекание топлива из поврежденной системы питания не может привести к его воспламенению, так как для этого необходимы определенная тепловая энергия (количество теплоты) и достаточно высокая температура (для бензина 528...643 К, дизельного топлива 513...583 К). Анализируя конст­руктивные особенности автомобилей различных типов, можно прогнозировать источник зажигания, т.е. определить вероятную причину воспламенения топлива.

Наиболее общая и распространенная причина воспламенения (самовоспламенения) топлива - его перегрев поступающим из­вне теплом. Перегрев может возникнуть при попадании топлива на нагретые детали двигателя и его систем, отопителей, прово­да, нагретые коротким замыканием в цепи. Возможны воспламе­нение топлива и вспышка паровоздушной смеси от открытого пламени (при нарушении правил пользования предпусковым по­догревателем, сварочных работах вблизи топливного бака, топ­ливопроводов и др.). Воспламенение паровоздушной топливной смеси возможно от разряда статического электричества, осо­бенно в специальных автомобилях, предназначенных для пере­возки и перекачки топлива. Очаг пожара может возникнуть по перечисленным причинам в условиях эксплуатации и в аварий­ной обстановке. Кроме того, во время ДТП возможно воспламе­нение вытекающего топлива искрой, возникшей от удара стали о сталь при повреждении кузова автомобиля.

Для воспламенения горючих конструкционных и отделочных материалов, применяемых в автомобилестроении, требуются весьма высокие температуры и тепловая энергия.

Источниками зажигания, кроме проводов, нагретых током короткого замыкания (если они проложены в пакетах горючих материалов), могут быть искрение поврежденной электросети,, горячие отработавшие газы при прогаре стыков трубопроводов выпускной системы в непосредственной близости от горючих конструкционных материалов, детали отопителей при перегреве. Возможно воспламенение покрытия пола кузова от трения про­тектора колес о наружную поверхность колесных кожухов. К одной из распространенных причин возникновения очага по­жара следует отнести воздействие открытого пламени при гру­бом нарушения требований правил эксплуатации транспортных средств. Таким образом, если исключить причины, связанные с нарушением требований пожарной безопасности при техниче­ском обслуживании автомобиля (использование открытого ог­ня), то наиболее пожароопасными являются топливная система двигателя и электрооборудование (см.рис. 1.3).

Пожарная безопасность автомобиля должна обеспечиваться системами предотвращения пожара и противопожарной защиты. Предотвращение пожара на АТС достигается регламентацией предельных температур поверхностей систем и агрегатов, огра­ничением пожарной нагрузки, предотвращением образования го­рючей среды и ее изоляцией и др. Система противопожарной защиты обеспечивается применением автоматических установок пожарной сигнализации и пожаротушения, ограничением рас­пространения пожара за пределы очага горения моторного или багажного отсеков, кабины или салона, противопожарными пре­градами. Эти меры защиты применяют только на некоторых АТС, например большегрузных автомобилях и автобусах выс­шего класса. Трудности создания такой системы объясняются отсутствием четкой локализации мест потенциальной пожарной опасности, отсутствием опыта эксплуатации таких систем и дру­гими причинами. Наибольшее распространение в имеющихся си­стемах противопожарной защиты автомобилей получили огне­тушители различных типов и термовыключатели в локальных пожароопасных установках - отопителях, предпусковых подогре­вателях и т. д.

Таким образом, пожарная безопасность автомобилей в боль­шей мере обеспечивается системой предотвращения пожара как в нормальных эксплуатационных условиях, так и в аварийной обстановке. Пожарная безопасность при техническом обслужи­вании и ремонте АТС должна обеспечиваться соответствующими противопожарными мероприятими. Наиболее действенными яв­ляются конструктивные мероприятия, направленные на предот­вращение условий, при которых может возникнуть пожар. К этим мероприятиям следует отнести: предотвращение образования горючей среды, предотвращение образования в горю­чей среде источников зажигания и поддержание температуры горючей среды ниже максимально допустимой по горючести.

Предотвращение образования горючей среды обеспечивается:

- максимально возможным применением негорючих и трудно­горючих конструктивных и отделочных материалов;

- конструктивным исполнением системы питания двигателя, исключающим герметизацию вследствие ДТП;

- автоматическим или принудительным перекрытием топливной магистрали при возникновении аварийной (пожароопасной) си­туации.

 Предотвращение образования в горючей среде источников за­жигания включает:

- конструктивное исполнение электрической сети  с высоким уровнем пожароустойчивости;

- формирование действенной электрической защиты, которая должна обеспечить своевременное распознавание и предотвра­щение развития аварийной ситуации;

- комплекс мероприятий по исключению накапливания зарядов статического электричества.

Поддержание температуры горючей среды ниже температу­ры, допустимой по горючести, достигается:

- разделением излучающей поверхности и горючего материала безопасным расстоянием;

- применением теплоизолирующих экранов.

Однако внедрение предлагаемых мероприятий может быть успешным только в том случае, если большинство из них будут попутными при решении основных задач, стоящих перед авто­мобилестроением: обеспечение топливной экономичности; охрана окружающей среды; безопасность эксплуатации АТС.

1.4. ПОЖАРНАЯ НАГРУЗКА

Одним из основных показателей пассивной пожарной безо­пасности является пожарная нагрузка, которая определяет пре­дел огнестойкости конструкций и требования к системам проти­вопожарной защиты.

Пожарная нагрузка автомобиля характеризуется массой, ти­пом и составом горючих материалов при его изготовлении и эксплуатации. Материалы и элементы конструкции автомобиля; кроме требуемой прочности и долговечности, должны иметь определенные показатели горючести и токсичности, коэффициент дымообразования, индекс распространения пламени, скорость выгорания (ГОСТ 12.1.044—84) и пределы огнестойкости, а при пожарах выделять минимальное количество теплоты.

По горючести вещества и материалы подразделяют на 3 группы: негорючие (не способные к горению); трудногорючие (способные возгораться от источника зажигания, но не способ­ные самостоятельно гореть после его удаления; горючие (спо­собные самовозгораться, а также возгораться от источника за­жигания и самостоятельно гореть после его удаления).

По воспламеняемости, т. е. по отношению к воздействию различных источников зажигания, горючие вещества подразделяют на легковоспламеняющиеся и трудновоспламеняющиеся. Легковоспламеняющимися называют горючие вещества, которые при хранении способны без предварительного подогрева вос­пламеняться при кратковременном воздействии источника зажи­гания с низкой энергией (пламя спички, искра, накаленный электропровод, горящая сигарета и т.п.). Трудновоспламеняющимися называют материалы пониженной пожарной опасности, которые при хранении не способны воспла­меняться даже при длительном воздействии источников зажига­ния с низкой энергией. Они воспламеняются только от сравни­тельно мощного источника, способного нагреть значительную часть материала до температуры воспламенения.

Оценка пожарной опасности состоит в определении комп­лекса показателей, род и число которых зависят от агрегатного состояния вещества (материала) на АТС. По агрегатному со­стоянию вещества (материалы) подразделяют на газы .(крити­ческая температура которых ниже 323 К или абсолютное дав­ление паров которых при температуре 323 К составляет не ме­нее 300 кПа), жидкости (с температурой плавления не выше 323 К) и твердые (с температурой плавления выше 323 К).

При оценке пожарной опасности веществ (материалов) опре­деляют их способность воспламеняться, взрываться и гореть при контакте с водой, кислородом воздуха и другими вещест­вами, а также характер взаимодействия горящего вещества с водопенными средствами тушения и потенциал горючести. Су­ществуют различные методы определения горючести веществ и материалов: «Огневой трубы», «Керамической трубы», распро­странения пламени, калориметрии и др.

Метод «Огневой трубы» является приемочным экспресс ме­тодом для определения группы горючести твердых веществ (ма­териалов). В тех случаях, когда нет точного расчетного резуль­тата, материал испытывают по методу калориметрии. Облицованные или окрашенные материалы не могут быть испытаны ме­тодами «Огневой трубы» или калориметрии. Чтобы воспроизве­сти самостоятельное горение образцов после кратковременного огневого воздействия, материал испытывают в условиях, затруд­няющих передачу тепла в окружающую среду, методом «Кера­мической трубы».

Для выявления из числа горючих твердых материалов лег­ковоспламеняющихся применяют метод распространения пла­мени по горизонтально расположенному образцу.

Метод калориметрии является арбитражным для определе­ния группы горючести относительно однородных твердых мате­риалов. Данный метод позволяет определить негорючие, трудно­горючие и горючие материалы, а из горючих выделить трудно­воспламеняющиеся. Сущность метода состоит в испытании об­разца заданных размеров 75Х35Х (1...10) мм в проточном ка­лориметре под действием источников зажигания различной мощности в течение различных отрезков времени. Опытным пу­тем подбирают такие условия зажигания, при которых отноше­ние количества теплоты, выделенной образцом при горении, к •количеству теплоты, выделенной источниками зажигания, было бы наибольшим. Это отношение называют показателем горючести. Показатель горючести трудногорючих материалов не более 1, горючих - более 1.

Древесные материалы. Для перевода древесины из группы горючих в группу трудногорючих ее пропитывают антипиренами. Известны следую­щие способы пропитки древесины антипиренами: пропитка раствором антипиренов под давлением с привесом сухой соли не менее 66 кг на 1 м3 дре­весины; пропитка растворами огнезащитных солей в горюче-холодных ваннах с привесом не менее 50 кг сухой соли на 1 м3 древесины с последующей окраской ее атмосфероустойчивой огнезащитной краской; пропитка поверх­ностная с расходом сухой соли не менее 100 кг на 1 м3 раствора. Древесина, обработанная первыми двумя способами, становится трудногорючей, а обра­ботанная третьим способом – трудновоспламеняемой. В массу материала вво­дят специальные химические вещества: диаммоний фосфат, сульфат аммо­ния, буру, борную кислоту и др. Антипирены не должны выделять токсич­ных паров и газов, пыль, снижать прочность древесины, повышать ее гигро­скопичность и электропроводность, вызывать коррозию металлических дета­лей. В то же время антипирены должны быть стойкими к температурным воздействиям при пропитке, прессовании и сушке древесины.

Полимерные материалы. Масштабы применения пластмасс при изготов­лении и ремонте автомобилей растут из года в год. Число пластмассовых: деталей на отдельных отечественных автомобилях достигает 350, а их общая масса 100 кг и более. Это пока преимущественно мелкие детали, не несущие больших нагрузок. Изготавливаются пластмассовые топливные; баки, кабины; и кузова из ударопрочного стеклопластика, капоты, крылья, отдельные эле­менты кабины — из армированных пластиков.

Термопласты обладают высокой энергопоглощающей способностью, что-важно с точки зрения послеаварийной безопасности АТС. Энергия деформа­ции в килоджоулях па 1 кг массы материала: стальной лист—15; стальная составная конструкция — 39; термопласты — 50.

Детали АТС изготавливаются из следующих термопластов:

Бачки омывателя ветрового стекла, бензобаки …     полиэтилен

Буфера...................................      полужесткий полиуретан

Вентиляторы   и   облицовка   радиатора    … полипропилен,   нейлонрезин

Значки, молдинги, колпаки ступицы колеса   … металкриликрезин

Зубчатые колеса................... нейлонрезин, полиацеталь.

Изоляция проводов, шнуры   …     поливинилхлорид

Обивка стоек кузова     ........      полипропилен

Обод рулевого колеса .........  жесткий поливинилхло­рид, полипропилен, полу­жесткий уретан

Панели приборов     .............      полидиметилфениленоксид

Пепельницы........................... фенолрезин

Подголовники    ....      .........      мягкие   поливинилхлорид и уретан

Подлокотники ...................... жесткий поливинилхлорид, полиэтилен

Изделия из пластмасс представляют значительную пожарную опасность. Пожароопасные свойства пластмасс характеризуются возгораемостью, интен­сивностью горения, температурами воспламенения и самовоспламенения, теп­лотой сгорания, способностью к дымообразованию и термическому разложе­нию с выделением токсичных веществ.

Горючесть пластмасс зависит от соотношения теплоты, выделяемой при сгорании продуктов деструкции, и теплоты, необходимой для их образования, и газификации. Уменьшение скорости газификации пластмасс под воздей­ствием теплоты и снижение количества образующихся горючих продуктов деструкции приводит к снижению горючести. Огнезащитные пластмассы по­лучают следующими методами, способствующими снижению их горючести: введением наполнителей и антипиренов; химическим модифицированием по­лимеров; нанесением огнезащитных покрытий. Чаще всего снижения горюче­сти пластмасс достигают комбинацией первых двух методов.

Теплостойкость пластмасс характеризуется устойчивостью к деформации. Теплостойкость стеклопластиков в основном определяется теплостойкостью связующего материала. Если стеклопластик отвержден при температуре 423...453 К, то при этой температуре он может работать длительно. Стекло­пластики на основе модифицированных эпоксидных смол могут длительно работать при температуре до 473 К, а на основе фенолформальдегидных смол – до 523 К. Кремнийорганические связующие стеклопластика позволя­ют ему длительно работать при температуре 453...543 К, а связующие на основе полиамида – 553...623 К.

Резинотехнические изделия (РТИ). Воздействие открытого огня, тепло­вого излучения пламени, искр на эти изделия приводит к потере прочностных 31 эластичных свойств, термодеструкции поверхностного слоя и воспламене­нию продуктов термодеструкции. Горение РТИ протекает аналогично горе­нию пластмасс, поэтому и методы защиты одинаковы: введение антипиренов *и нанесение огнезащитных покрытий. Одной из характеристик РТИ является термостойкость, определяемая предельно допустимой температурой эксплуа­тации.

Лакокрасочные покрытия (ЛКП). Они служат для создания на окраши­ваемой поверхности защитного слоя, предохраняющего материал от разру­шающего действия внешней среды, и для декоративной отделки элементов. Пожарная опасность определяется теплостойкостью, скоростями испарения, термодеструкцией составляющих ЛКП и их токсичностью. Термостойкость большинства органических пигментов и наполнителей ЛКП ограничивается температурами 423...473 К. Термостойкость покрытия на кремнийорганиче-ской основе составляет 523...773 К.

Горючие жидкости (ГЖ). Создавая относительно небольшую пожарную нагрузку, они, однако, представляют значительную пожарную опасность для АТС. Этому способствуют высокие рабочие температуры, работа под дав­лением, разветвленность масло-топливопроводов. При нарушении герметич­ности систем (тормозной, питания, управления, гидрооборудования) вероятно попадание жидкости на высоконагретые поверхности и их воспламенение. Методами, повышающими пожарную безопасность таких систем, являются: применение термостойких жидкостей; применение теплостойких материалов при изготовлении трубопроводов и уплотнений; компоновка элементов систем, исключающая вероятность воздействия открытого пламени.

Приближенный расчет пожарной нагрузки. Расчет пожарной нагрузки является составной частью определения пожарной опасности, а снижение этой нагрузки – одним из направлений борьбы с пожарами на транспорте [2]. Пожарная нагрузка ав­томобиля определяет основные параметры пожара: время раз­вития и горения, размеры ОФП. Пожарную нагрузку подразде­ляют на постоянную и временную. Постоянная пожарная на­грузка Р обуславливается массами горючих и трудногорючих веществ и материалов конструкции, агрегатов и оборудования АТС, а временная Рп – массами топлива и перевозимых грузов.

Для объективной оценки пожарной опасности автомобиля пожарную нагрузку кабины, салона, кузова и автомобиля при­водят к условному показателю – приведенной пожарной на­грузке.

Приведенная пожарная нагрузкаэто масса условной дре­весины со средней удельной теплотой сгорания 16,8 МДж/кг» эквивалентная по количеству тепловой энергии фактическим го­рючим материалам и отнесенная к единице площади горизон­тальной проекции АТС.

Для оценки пожарной опасности необходимо знать общую суммарную тепловую энергию Q0 – количество теплоты, кото­рое может выделиться при полном сгорании до конечных про­дуктов всех веществ (и материалов), обуславливающих пожар­ную нагрузку автомобиля.

В качестве примера по чертежам и каталогам определена пожарная на­грузка автомобиля ЗИЛ-131 (табл. 1.7), а по приведенным формулам раз­личные показатели пожарной нагрузки при площади проекции автомобиля на горизонтальную поверхность 17,7 м2:

Пожарная нагрузка:

постоянная Ps, кг   ....…..1215.

временная Рп, кг      ....…….466

полная Р, кг     .....…..1681

удельная pf, кг/м2   .....……..95

приведенная qо, кг/м2   ....……..171

Теплонапряжение:

удельное q, МДж/м2...................... 50 800

суммарное Q0, МДж  2870

(50800МДж/17,7м2)

 

 

 

 

 

 

Определив пожарную нагрузку узлов, агрегатов и систем, можно оце­нить ее изменение в процессе модернизации конструкций как для одного элемента, так и в целом для АТС.