Исхаков Х.И., Пахомов А.В.
Москва, НИИНавтопром, 1986 год
В книге рассмотрены состояние пожарной безопасности автомобилей и нормативные документы, требования к пожароопасным конструкциям, средствам предотвращения и защиты от пожаров.
В настоящее время в связи с ростом автомобильного парка увеличивается количество пожаров, связанных с эксплуатацией автотранспортных средств (АТС). К ним относятся загорания АТС в автопарках, на стоянках, вследствие дорожно-транспортных происшествий (ДТП) и др. В промышленно развитых странах загорания АТС составляют 0,007-0,02 % автомобильного парка и 5-12 % общего числа пожаров. Гибель людей при этом достигает 6-15 % общего количества погибающих на пожарах, а экономический ущерб превышает 3 %.
В соответствии с требованиями ГОСТ 25478-82 и 12.1.004-85, Правилами ЕЭК ООН, международными и национальными стандартами пожарная безопасность АТС должна обеспечиваться системой предотвращения возникновения пожара и системой пожарной защиты. В соответствии с требованием ГОСТ 12.1.004-85 "Пожарная безопасность. Общие требования" системы должны разрабатываться из расчета нормативной вероятности возникновения пожара, равной 10-6 в год в расчете на отдельный пожароопасный узел АТС. Большинство мероприятий, направленных на решение задач повышения пожарной безопасности, должны сопутствовать решению основных задач, стоящих перед автомобилестроением и автомобильным транспортом. Например, повышение топливной экономичности может привести к снижению вместимости топливного бака, повышению герметичности системы питания, что значительно повышает пожарную безопасность этой системы и др. Такой подход, несомненно, даст социальный и экономический эффект.
Пожарная безопасность АТС является составляющей общей безопасности автомобиля [1]. Оценка состояния пожарной безопасности осуществляется на основе анализа статистики пожаров и реже экспериментальным путем. Как свидетельствует зарубежная статистика, несмотря на выполнение Правил ЕЭК ООН, международных и национальных стандартов, направленных на повышение пожарной безопасности АТС, вероятность загораний для грузовых, и легковых автомобилей выше, чем 2.10-3... 8 10-4 в год Так, во Франции количество загораний АТС составляет 2,3 на тысячу застрахованных. Это ниже вероятности ДТП, но выше нормативной для АТС, которая при наличии порядка десяти * пожароопасных узлов составит 10-5 пожаров в год по ГОСТ 12.1.004-85. Повышению вероятности загорания АТС способствуют применение пластмасс, насыщение электроникой и автоматикой, большое число гидравлических агрегатов на большегрузных автомобилях и увеличение тепло напряжённости агрегатов, приводящее к росту эксплуатационных температур.
По условиям эксплуатации выделяют пожары: при нормальной экс-плуатации, вследствие ДТП, на стоянках, при ремонтных работах, соревнованиях, испытаниях новой техники.
Наиболее частыми причинами загорания АТС при нормальной эксплуатации являются неисправность электро- и топливной систем, реже возникают пожары вследствие неисправности гидравлической системы и выпускного тракта двигателя. К этой же категории относятся пожары, возникающие из-за небрежного обращения с посторонними источниками загораний: курении в салоне, загорании покрышек грузового автомобиля в результате повреждения тормозного привода или перегрева подшипников, а также пожары, возникающие при перевозках опасных веществ. В ряде стран выделяют загорания АТС, связанные со злонамеренными действиями (поджогами), составляющими, например, в США до 11 %.
Незначительны по отношению к общему числу загорания АТС, вызванные ДТП, однако они представляют наибольшую опасность " для людей по следующим причинам: повреждение узлов и систем способствует быстрому развитию пожара, а заклинивание дверей и травмирование людей препятствуют возможности тушения пожара ручными средствами и быстрой эвакуации пострадавших.
Пожары при ремонте возникают из-за неосторожного обращения с огнем, нарушения правил пожарной безопасности при технологических процессах.
Хотя испытания новых АТС на пожарную безопасность стоят довольно дорого, однако без таких испытаний нельзя охарактеризовать их пожарную и общую безопасность.
Загорания возникают от внутренних и внешних источников [2]. В 10-16 % внутренний пожар переходит во внешний и горящий автомобиль становится источником загорания рядом расположенных АТС и объектов. К внутренним источникам загорания относятся искры, как результат неисправности электрической системы и разрядов статического электричества; искры, возникающие вследствие удара при ДТП или при неисправности выпускной системы, тормозов, сцепления, нагретые выше температуры воспламенения паров горючих жидкостей (топлива, гидрожидкостей, масла) и различных горючих материалов.
К внешним источникам загорания относятся высокоинтенсивные тепловые потоки, вызванные загоранием подвижного состава и строительных конструкций, открытое пламя и т.п.
По статистике загоранию АТС подвержены, %:
Блок цилиндров .......................................19,6
Карбюратор ............................................. 14,4
Топливный бак ....................................... 14,4
Трубопроводы топливной системы ........ 8,9
Выхлопная труба ..................................... 5,6
Салон ..................................................... 10,0
Кузов ......................................................... 4.4
Багажник .................................................. 3,3
Другие .................................................... 23,4
Таким образом, 44, 5 % пожаров возникает в моторном отсеке, системе питания и выхлопной трубе. Пожары салонов, кузова и багажника составляют 17,7 %. Причиной пожара в багажнике и кузове является перевозка горючих веществ с нарушением правил пожарной безопасности.
Источники загорания, %:
Блок цилиндров ............................................................................ 27
Система подогрева и система зажигания ................................... 26
Провода электрооборудования и радиоприемных устройств ... 18
Другие ............................................................................................ 29
Пожары на большегрузных АТС, в частности автомобилях-самосвалах, приносят значительный ущерб как из-за высокой стоимости и уникальности некоторых из них, так и больших масштабов по сравнению с пожарами на легковых автомобилях,, Основными причинами загорания часто является утечка горючих жидкостей и их контакт с высоконагретыми поверхностями двигателя, трансмиссии и искры.
В результате утечки причинами загорания являются, %:
Системы:
гидравлические ...................................... 37
смазки .................................................... 12
охлаждения .......................................... 12
топливная ............................................... 8
Неисправности электрооборудования .16
Механические поломки деталей........... 15
Таким образом, основной причиной загорания большегрузных АТС является попадание топлива, масел и гидрожидкости на высоко нагретые поверхности двигателя, турбокомпрессора из-за нарушения герметичности арматуры гидросистем, масляных и топливных трубопроводов двигателя, возможны также взрывы в амортизаторах при попадании в них кислорода.
Ряд загораний может возникнуть из-за расплавления пластмассовых деталей топливной системы (трубопроводов, топливного бака) при воздействии отработавших газов в результате разрушения выпускного тракта.
Ежегодно в США происходит около 17 тыс. загораний АТС при 17 млн. ДТП. Вероятность загорания легкового автомобиля при ДТП составляет 0,1 %, а грузового до 1,0 %. При этом число погибших составляет 450-650 человек. В 1968-1978 гг. количество пожаров на АТС вследствие ДТП в Великобритании составило 5,37-7,42 %, а в ФРГ 2,5-4,2 %. Анализ пожаров при ДТП в Японии показал, что причинами пожаров являются: искры, возникающие в электрической сети АТС; перегрев поверхностей выпускной системы и др.; повреждения, возникающие в результате столкновения; течь топлива и других горючих жидкостей; перевозка опасных грузов. Часто пожары возникают в результате столкновений АТС, замыканий электрооборудования, непосредственных контактов источников загораний с горючим веществом (50 %), а также в результате повреждений топливной системы и утечки топлива (25 %). До 54 % догораний происходит после удара в моторный отсек и 33 % - в зону бензобака. 1 Загорания автомобилей, вызванные взрывом бензобака, по данным натурных испытаний в Великобритании встречаются крайне редко. Особенно опасны пожары вследствие ДТП на автогонках. Пожарная опасность гоночных автомобилей намного выше, чем у автомобилей других конструкций. Это вызвано высоконагретыми поверхностями выпускного тракта и развитой системой питания, применением магниевых сплавов в тормозных механизмах и значительными разрушениями. В случае пожара при аварии (автомобилей, не оборудованных автоматическими установками пожаротушения и жизнеобеспечения, а также огнестойкой одеждой гонщика) водитель гибнет в течение 30 с, а автомобиль медицинской службы прибывает примерно через 2 мин. Поэтому гоночные автомобили необходимо оборудовать автоматическими установками пожаротушения.
Большое количество загораний АТС происходит в гаражах и других местах их содержания при ремонте и обслуживании. Причинами пожаров являются: неосторожное обращение с огнем; нарушение правил пожарной безопасности при эксплуатации теплогенераторов, электрооборудования; при пуске двигателя, сопровождаемом перегревом выпускного тракта и искрением. Нередко причинами загораний в гаражах служат сами АТС. При этом пожары, как правило, приобретают большие размеры и приносят огромный материальный ущерб, так как повреждаются или уничтожаются не только строения, но и семи АТС. В Великобритании было проведено исследование загорания в гараже девяти легковых автомобилей при расстоянии между ними около 1 м. В результате отмечено: маловероятно, что при загорании одного автомобиля пожар может распространиться на остальные; здание не получит значительных повреждений, если оно выполнено из огнестойких конструкций. Аналогичные результаты вытекают из опыта эксплуатации многоярусных стоянок для легковых автомобилей.
При возникновении пожара на легковом автомобиле вероятность повреждения других незначительна, так как здесь не наблюдается скопления топлива, горючих материалов и отсутствуют причины, вызывающие пожары в гаражах. Поэтому не допускается сооружение стоянок с применением горючих перекрытий. Если открытая стоянка АТС сооружается из огнестойких или защищенных от загорания конструкций, то высота ее не лимитируется. Открытая стоянка обычно располагается на расстоянии не менее 5 м от открытых сторон зданий с деревянным каркасом и конструкциями с недостаточной степенью огнестойкости. Если такая стоянка пристраивается к зданию другого типа, то между ними устанавливают стены, перегородки и перекрытия из материалов, имеющих предел огнестойкости не менее 2 ч.
При возникновении загорания двигателя, салона или кабины и отсутствии автоматической установки пожаротушения происходит развитие пожара на весь автомобиль. При загорании двигателя автобуса выгорает пожарная нагрузка моторного отсека (общая масса горючих материалов и веществ), и пламя проникает в салон, где также полностью выгорает пожарная нагрузка (обивка кресел и панелей, лакокрасочные покрытия, теплошумоизолирующие панели, резиновые коврики, уплотнения остекления и дверей). Значительное тепловыделение вследствие большой поверхности пожарной нагрузки приводит к значительному тепловыделению в начальной стадии пожара в салоне и разрушению остекления. Пламя и тепловые потоки через оконные проемы могут вызвать загорание рядом стоящих автомобилей. Их загорание начинается с уплотнений остекления и разрушения стекол. После разрушения остекления происходит быстрый охват пламенем обивки и других материалов салона, затем пожар проникает в моторный отсек. Причиной перехода пламени из салона в моторный отсекли наоборот, является низкий предел огнестойкости перегородки между ними, т.е. времени, в течение которого на необогреваемой стороне температура достигнет 413 К или образуются сквозные трещины, по которым могут проникнуть продукты горения и пламя.
Предел огнестойкости панели пола салона автобуса достаточен для того, чтобы пожар из салона не распространился под днище. Поэтому правильный выбор предела огнестойкости перегородки между моторным отсеком и салоном ограничил бы размеры пожара автобуса. Увеличение фактической термостойкости остекления салона автобуса возможно путем снижения облучаемой поверхности уплотнений стекол и снижения жесткости крепления стекла.
Горение шин и разрушение топливных баков автобусов и грузовых автомобилей происходит в основном при пожарах в помещениях.
Динамика пожаров на автомобилях определяется местом их возникновения: моторный и багажный отсеки, салон. При загорании электропроводки в моторном отсеке переход пламени в салон происходит через 8-10 мин. Затем через 1-3 мин наступает полный охват салона пламенем. Далее загорается весь автомобиль и вытекающее из системы питания топливо. Во время испытаний при загорании в салоне от источника зажигания, расположенного на заднем сиденье автомобиля (боковые стекла были приоткрыты), через 5 мин 45 с лопнули задние стекла. Спустя 30 мин закончилось видимое горение салона, моторного и багажного отсеков, но загорелся бензин, вытекающий из поврежденной системы питания (бак с топливом был заполнен наполовину), а через 46 мин наблюдалось беспламенное горение и тление горючих материалов.
В США при натурных исследованиях сделан анализ 73 послеаварийных пожаров на легковых автомобилях. Получены данные о развитии пожара в зависимости от скорости АТС при ударе и места удара, опрокидывания автомобиля. Сверхэкстремальная среда в салоне (повышенная температура и тепловое излучение от пламени в моторном отсеке или от разлившегося топлива) создается за 40-80 с (рис, 1).
При моделировании пожаров двухэтажных домов в Японии загорание легковых автомобилей, расположенных на расстоянии 3 и 5 м от зданий, начинается с воспламенения лакокрасочных покрытий и протекторов через 1 мин - 1 мин 40 с. Загорание салона и отсеков автомобилей наступает через 2-3 мин после разрушения остекления. Тепловые потоки при загорании автомобилей составляли 10-14 кВт/м2 и выше. Динамика изменения опасного фактора пожара (температуры) в салоне горящих автомобилей дана на рис. 1, откуда видно, что непереносимые условия для человека при опрокидывании автомобиля создаются через 30-40 с после загорания лакокрасочных покрытий и протекторов.
Рис. 1. Средняя температура t среды в салоне легкового автомобиля в зависимости от времени горения при разрушении топливной системы вследствие ДТП: ожоговый (кривая 1) и болевой (2) пороги для обнаженной кожи человека при опрокидывании (3) и без опрокидывания (кривая 4) АТС
Динамика пожара — это процесс развития пожара во времени и пространстве, сопровождающийся воздействием его опасных факторов на людей и объекты [3] . Опасный фактор пожара - это его воздействие, приводящее к травме, отравлению или гибели человека, а также к материальному ущербу.
Основные параметры пожара целесообразно рассматривать вместе с опасными факторами пожара. К основным параметрам пожара относятся: скорость выгорания и потеря массы пожарной нагрузки; температура пламени и продуктов сгорания на выходе из очага пожара; среднеобъемная температура среды для закрытых пожаров (салона или отсеков автомобиля); геометрические параметры пламени (площадь и периметр зоны горения, высота и площадь излучения); скорость выделения токсичных веществ и содержание кислорода; скорость и объем задымления, состав и оптическая плотность дыма; скорость распространения пламени и т.п.
В соответствии с ГОСТ 12.1.004—85 к опасным факторам пожара относятся: повышенная температура и тепловые потоки; задымленность и загазованность среды; падающие и отлетающие предметы; взрывы газов и паров. Воздействие опасных факторов пожара на людей и АТС следует учитывать при проектировании средств предотвращения и тушения пожаров. Для разработки этих средств необходима информация о регламентированной переносимости людьми опасных факторов пожара и о пожароопасных свойствах материалов, применяемых в автомобилестроении.
Загорания АТС относят к классу пожаров в ограждениях [3]. Различают два вида пожаров этого класса: открытые и закрытые. Открытые пожары АТС развиваются при открытых проемах (двери, стекла и т.д.), а также при разрушении остекления. Закрытые пожары развиваются внутри АТС при закрытых проемах. Основными параметрами, характеризующими обстановку в зоне горения и теплового воздействия на людей, окружающие предметы и конструкции, являются температура и тепловое излучение.
Под температурой открытого пожара понимают температуру пламени. В табл. 1 приведены температура пламени некоторых веществ и материалов, применяемых в автомобилестроении, а также показатели их пожарной опасности.
За температуру закрытого пожара (в салоне, отсеках) принимают среднеобъемную температуру горения смеси продуктов с воздухом. Изменение ее во времени называют температурным режимом пожара, который определяется массой горючих материалов, объемом, площадью остекления и тепловоспринимающей поверхностью.
По условиям обитания в кабине автомобиля по ГОСТ 12.4.123-83 '''Коллективные средства защиты от инфракрасных излучений" предельной температурой поверхности является 308 К, а предельным тепловым излучением, воздействующим на оператора — 350 Вт/м .
Кроме значений температур и теплового излучения важно знать спектральную характеристику пламени горючих материалов. От нее зависит спектр поглощения инфракрасного излучения конструкционными материалами, а также воздействие на человека. Так тепловое излучение с длиной волн больше 2 мкм поглощается в основном поверхностью обнаженной кожи человека, а лучи с длиной волны до 1,5 мкм проникают сквозь кожу, частично нагревая ее, достигают кровеносных сосудов, непосредственно повышая температуру крови.
Значительную опасность для человека представляет дым, твердые частицы которого, как и токсичные продукты горения, вредны для человека. Воздействие дыма ограничивается зоной задымления, граница которой определяется показателем оптической плотности. Кроме вредного воздействия на человека, дым снижает видимость, затрудняет эвакуацию и тушение АТС.
