И свойств копоти при определении очага пожара

Выпускная квалификационная работа

Специальность: 20.02.02 Защита в чрезвычайных ситуациях

Научный руководитель: Попов А.Н.

Тамбов

2017 г.

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ. 2

ГЛАВА 1. ОБЩИЙ ПОРЯДОК ОПРЕДЕЛЕНИЯ ОЧАГА ПОЖАРА.. 2

1.1. Физические явления, влияющие на образование признаков очага пожара. 2

1.2. Методика осмотра места пожара. 2

ГЛАВА 2. ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ПОЛЕВЫХ ПРИБОРОВ, ИСПОЛЬЗУЕМЫХ ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ОЧАГА ПОЖАРА.. 2

2.1. Полевые приборы, используемые для оценки степени термического повреждения металлических конструкций. 2

2.1.1.Вихретоковый метод исследования стальных конструкций. 2

2.1.2. Магнитный метод исследования холоднодеформированных стальных изделий 2

2.1.3. Метод определения степени термического поражения однопроволочных медных и алюминиевых проводников. 2

2.2. Полевые приборы, используемые для оценки степени термического повреждения бетонных и железобетонных конструкций. 2

2.2.1. Ультразвуковой метод исследования железобетонных конструкций. 2

2.2.2. Исследование отложений копоти. 2

ГЛАВА 3. МЕХАНИЗМ ОБРАЗОВАНИЯ И СВОЙСТВА КОПОТИ.. 2

3.1 Горение на пожаре. 2

3.2. Состав и свойства дыма. 2

3.2.1. Поливинилхлорид и материалы на его основе. 2

3.2.2. Древесина и материалы на основе целлюлозы.. 2

3.2.3. Эпоксидные полимеры.. 2

3.3. Осаждение копоти на конструкциях и образование закопчений в условиях пожара 2

3.4. Механизм образования компонентов копоти. 2

ГЛАВА 4. ИСПОЛЬЗОВАНИЕ МЕТОДИКИ ЭКСПЕРТНОГО ИССЛЕДОВАНИЯ КОПОТИ ПОСЛЕ ПОЖАРА.. 2

4.1. Описание места пожара. Визуальная оценка и фиксация закопчений при помощи технических средств. 2

4.2. Измерение электрического сопротивления слоя копоти. Фиксация и интерпретация результатов. 2

4.3. Использование полученной информации при реконструкции пожара. 2

4.4. Установление обстоятельств, сопутствующих процессу возникновения и развития горения и причины пожара. 2

4.5. Практическое применение результатов работы при установлении очага пожара 2

ЗАКЛЮЧЕНИЕ. 2

СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМЫХ ИСТОЧНИКОВ.. 2

ПРИЛОЖЕНИЕ 1. 2

ПРИЛОЖЕНИЕ 2. 2

ПРИЛОЖЕНИЕ 3. 2

ВВЕДЕНИЕ

Пожары причиняют значительный ущерб производству, имуществу, жизни и здоровью людей. Точное установление причин пожара, сопряжено с рядом трудностей, которые объясняются сложностью самого явления пожара, а также уничтожением при пожаре данных способствующих исследованию его причин. При расследовании пожаров и оценке их последствий весьма важной является задача реконструкции пожара - восстановления по имеющимся данным картины возникновения и развития горения. Особенно важна, но и трудна в реализации, эта задача на крупных и сложных пожарах. Основной вопрос, решаемый при исследовании и экспертизе пожаров – причина возникновения горения. Установлению причины пожара обязательно должно предшествовать установление первоначального места возникновения горения или очага пожара. Без установления очага работа по выявлению причины пожара обречена на малоэффективные поиски. Определение очага пожара должно осуществляться на основе анализа всей совокупности данных по пожару: показаний свидетелей, данных по действиям пожарных подразделений при тушении, сведений о срабатывании средств сигнализации и т.д. Но основой для выводов по очагу должны являться результаты осмотра места пожара, изучение состояния конструкций, предметов и их обгоревших остатков и выявление так называемых очаговых признаков, а также признаков направленности распространения горения.

На сегодняшний день разработаны методики, которые позволяют получать необходимую для реконструкции пожара экспертную информацию путем исследования каменных неорганических строительных материалов, сталей, обгоревших остатков древесины и древесных композиционных материалов, полимерных материалов, лакокрасочных покрытий. При этом используются современные инструментальные методы. Тем не менее, проблема получения объективных данных, необходимых для установления очага и причины пожара, остается крайне актуальной, особенно в случаях, когда невозможно исследовать предметы вещной обстановки по причине их разрушения и удаления с места пожара.

Для большинства происходящих пожаров результатов визуального осмотра бывает вполне достаточно для формирования выводов об очаге, но к таким пожарам относятся небольшие пожары, на которых горение не смогло или не успело развиться вследствие архитектурных особенностей помещений или своевременного и правильного тушения на большие площади. Крупные же пожары характеризуются тем, что горение распространяется на большие площади, практически полностью выгорает пожарная нагрузка и, соответственно, визуальные признаки очага оказываются «стертыми» интенсивным тепловым воздействием. Одной из наиболее информативных методик определения очага пожара и определении степени термических поражений предметов и конструкций, находящихся на месте пожара при описанных выше условиях является методика измерения электросопротивления копоти. Копоть - субстанция, присутствующая практически на любом пожаре. Но до сих пор она крайне ограниченно используется в качестве объекта исследования и, соответственно, источника криминалистической значимости информации о пожаре.

В России актуальность проблемы расследования пожаров в последние годы все очевиднее. С появлением частной собственности и благодаря совершенствованию правовой системы государства становится все более важным установление истинной причины пожара и его виновников. При этом свою позицию в данных вопросах специалистам пожарной охраны и правоохранительных органов все чаще приходится не объявлять, а доказывать. В том числе - в суде, имея в качестве оппонентов адвокатов и приглашенных ими специалистов (экспертов). И, чтоб доказать суду (в том числе судам присяжных, которые в ближайшее время должны появиться во всех регионах России) свою правоту, специалисту нужны не эмоции и общие соображения, а веские аргументы. "Аргументы" часто находятся на пожаре, иногда они в прямом смысле этого слова лежат под ногами. Просто их нужно уметь искать и находить.

Цель дипломной работы заключается в исследовании состава и свойств копоти, образующейся в характерных для пожаров условиях и установлении путей получения информации, способствующей реконструкции процесса возникновения и развития горения.

Объект исследования: Состав и свойства копоти при определении очага пожара.

Предмет исследования: Методика экспертного исследования копоти после пожара.

Задачи дипломной работе:

─ Рассмотреть общий порядок определения очага при осмотре места пожара;

─ Дать общую характеристику полевых приборов, используемых для определения очага пожара;

─ Рассмотреть механизм образования и свойства копоти;

─ Разобрать практическую методику исследования копоти после пожара.

База исследования: ФГБУ «Судебно-экспертное учреждение ФПС «Испытательная пожарная лаборатория» по Тамбовской области».

Практическая значимость исследования: При расследовании пожаров и оценке их последствий весьма важной является задача реконструкции пожара - восстановления по имеющимся данным картины возникновения и развития горения. Особенно важна, но и трудна в реализации, эта задача на крупных и сложных пожарах.

ГЛАВА 1. ОБЩИЙ ПОРЯДОК ОПРЕДЕЛЕНИЯ ОЧАГА ПОЖАРА

1.1. Физические явления, влияющие на образование признаков очага пожара

Под очагом пожара принято понимать место первоначального возникновения горения (место возникновения пожара). Установление места расположения очага - важнейшая и первоочередная стадия в исследовании пожара.

Определение очага пожара осуществляется на основе анализа всей совокупности данных по пожару: показаний свидетелей, данных по действиям пожарных подразделений при тушении, сведений о сраба­тывании средств сигнализации и т.д. Но основой для выводов по очагу должны являться результаты осмотра места пожара, изучение состоя­ния конструкций, предметов и их обгоревших остатков и выявленные при этом признаки очага пожара.

Признаки очага пожара (или очаговые признаки пожара - такой тер­­мин является наиболее распространенным) - это, прежде всего, характерные зоны термических поражений конструкций и предметов, образовавшиеся в результате специфических для очага особенностей процесса горения.

Признаки очага пожара разделены на две основные группы и классифицированы следующим образом:

а) признаки на участке возникновения горения:	б) признаки направленности распространения горения:
- в очаге;	- последовательно затухающие термические повреждения и следы; - произвольно расположенные термические повреждения и следы.
- «очаговый конус» на конструкциях;
- под очагом;

Термические повреждения материалов и изделий в месте возникновения (в очаге) пожара - более значительные, чем в других зонах пожара, возникают как следствие более длительного горения, более продолжительного воздействия высокой температуры в данной зоне. Явно выражены они бывают обычно на небольших (нераз­вив­ших­ся) пожарах. Сосредоточенные термические поражения (разруше­ния, выгорания) материалов в месте возникновения пожара появляют­ся, как правило, при достаточно длительном тепловом процессе в очаге, например, при тлении. Такой ход процесса горения может быть обусловлен неблагоприятными условиями для развития горения, прежде всего, недостаточным воздухообменом, свойствами материала, относительно низкой калорийностью источника зажигания.

В других случаях горение в очаге развивается относительно динамично и основные очаговые признаки - и «поражения над очагом», и «очаговый конус», формирует конвекция.

Как известно, теплопередача, в том числе и на пожаре, осуществляется конвективным теплообменом (конвекцией), теплопроводностью внутри твердых тел и при непосредственном их контакте (кондукцией) и лучистым теплообменом.

Конвективные потоки над очагом возникают сразу с началом активного горения в очаге. Действие конвекции стимулирует подсос воздуха в зону горения и, соответственно, развитие процесса. Нагревая на своем пути конструкции, конвективные потоки приводят к их прогреву, разрушению, воспламенению сгораемых материалов. Именно поэтому в зоне конвективной струи от очага образуются, часто имеющие ярко выраженный локальный характер, термические поражения материалов и конструкций. В спокойной атмосфере конвективный поток направлен вверх, поэтому локальные термические поражения образуются над очагом, а также на боковых ограждающих конструкциях. Вершина «конуса» обращена вниз, в сторону очага.

Особой «способностью к запоминанию» очагового конвектив­ного потока обладают металлоконструкции. То обстоятельство, что на началь­ной стадии пожара их нагрев происходит только в пределах конвективной струи, а в остальном объеме помещения еще «холодно», способствует формированию у металлоконструкций при благо­прият­ных условиях явно выраженных локальных деформации.

Необходимо отметить, что классический очаговый конус формируется далеко не на каждом пожаре и, тем более, не всегда сохраняется в ходе развития последнего. Элементы «конуса» часто отклоняются от вертикали под влиянием воздушных потоков в помещении (здании). Если помещение, в котором происходит пожар, достаточно низкое, это тоже сказывается отрицательно на формировании конуса. Когда размер зоны горения увеличивается настолько, что высота факела пламени превышает высоту комнаты, происходит расширение пламени до припотолочной струи. Геометрические параметры конвективного потока над очагом начинают искажаться.

В дальнейшем конвективный поток будет прогревать потолок и формировать под ним раскаленный слой дыма и газов, излучающий тепло на расположенные внизу объекты со все возрастающей интенсивностью. Такой ход событий может стимулировать развитие горения из очага по горизонтали, нарушая формирование очаговых признаков; способствовать воспламенению наиболее пожароопасных материалов и возникновению вторичных очагов горения. В конечном счете, если интенсивность теплового потока на уровне пола достигнет примерно 20 кВт/м², то происходит, как правило, полный охват помещения пламенем так называемая «общая вспышка». После общей вспышки и следующего за ней горения очаговые признаки, сложившиеся на первом этапе, могут быть нивелированы, могут быть уничтожены вообще, могут, однако, и сохраниться. Все зависит от конкретных условий пожара и примененных способов выявления очаговых признаков пожара.

Конвективные потоки и просто воздушные потоки (сквозняки) могут решающим образом определять направления развития пожара. Горение может успешно (и часто скрытно) развиваться во всякого рода проемах, конструкциях с пустотами, перегородках, вентиляционных коробах, закрытых отступках между теплоотдающими поверхностями печей и стенками, конструкциях с пустотами, и если при расследовании пожара удается реконструировать (восстановить) направленность потоков, то это очень помогает в поисках очага. Так, например, при развитии горения в конструкции перекрытия между черновым и чистовым полами очень полезно бывает вскрыть полы и осмотреть доски пола с тыльной стороны, перевернув их и уложив в порядке, соответствующем расположению на момент пожара. К сожалению, полностью задача реконструкции направлений воздушных потоков редко бывает разрешима. Кроме того, в ходе пожара направления эти могут неоднократно меняться в результате прогорания конструкций, разрушения остекления, возникновения новых очагов горения, а также в результате действий по локализации и тушению пожара.

Лучистый теплообмен формирует признаки направленности теплового воздействия. Под действием лучистой энергии может происходить заметный односторонний (от источника теплового излучения) нагрев и разрушение конструкций. Поверхности, обращенные в сторону очага, в результате получают большие термические повреждения. У сгораемых материалов это большее обугливание со стороны более интенсивного теплового воздействия. У металлоконструкций - преимущественная де­фор­мация в сторону источника тепла. Указанные признаки часто используются при поисках очага пожара.

Лучистые тепловые потоки могут являться причиной образования вторичных очагов горения (об этом более подробно сказано ниже).

Передача тепла теплопроводностью (кондукция) может играть существенную роль в возникновении и развитии пожара, особенно при наличии материалов с достаточно высокой теплопроводностью (прежде всего, металлов). Весьма значительно, например, количество пожаров на морских и речных судах, возникающих при ведении сварочных работ, при этом загораются материалы, находящиеся в соседнем отсеке, за металлической переборкой.

Признаки направленности распространения горения довольно разнообразны; основной признак - постепенно уменьшающиеся термические поражения по мере удаления от очага. Они также формируют своеобразный «очаговый конус», только в макромасштабе. На крупных пожарах, необходимо по возможности посмотреть на место пожара сверху. «Эпицентр» пожара при этом часто просматривается довольно четко. В этой зоне в дальнейшем и целесообразно искать очаг пожара.

Выявить и оценить количественно тенденцию в изменении степени термических поражений материала, как признак направлен­ности распространения горения, позволяют и инструментальные методы.

Формирование вторичных очагов, называемых, в отличие от очагов пожара, очагами горения, происходит в ходе развития пожара в местах сосредоточения пожарной нагрузки (горючих материалов), а также в зонах, где имеются более благоприятные условия для горения или менее эффективны действия по тушению. Возможно образование вторичных очагов за счет плавления и растекания склонных к этому веществ, например, термопластичных полимеров.

Во вторичных очагах могут складываться многие из описанных выше признаков, характерных для очага пожара. Поэтому проблема дифференциации истинного очага пожара и вторичных очагов (очагов горения) - одна из самых сложных при исследовании или экспертизе пожара. Особенно трудно бывает решать эту задачу на крупных пожарах.

Формированию множественных очагов горения, в том числе не связанных, на первый взгляд, с основной зоной горения, способствуют и характерные для крупных пожаров мощнейшие вихревые конвек­тивные потоки, сильное излучение от горящих объектов.

Конвективные и просто воздушные потоки (сквозняки) часто играют достаточно коварную роль в развитии горения, а также образовании вторичных очагов и при пожарах внутри зданий (сооружений). И если возможность возникновения вторичного очага от лучистого тепла горящего объекта или прогрева конструкции в ряде случаев можно (и нужно) проверить теплофизическим расчетом, то сложнее дело обстоит с конвекцией и воздушными потоками в горящем здании.

Основным объективным критерием может быть лишь длительность горения в каждом из очагов, определенная инструментальными методами, о которых речь пойдет далее. Необходимо также в спорных случаях привлекать для решения вопроса свидетельские показания. Приняв рабочую гипотезу об одном или нескольких очагах, очень полезно попытаться просчитать или хотя бы критически проанализировать насколько соответствуют гипоте­ти­чес­ким очагам динамика и направленность развития горения, последствия пожара и другие фактические данные по пожару. Часто такой анализ развития событий способен отвести часть версий как несостоятельные и оставить те, которые более соответствуют законам физики, химии горения и здравому смыслу.

Таким образом:

1. Очаг пожара - место первоначального возникновения горения, уже по самому своему определению есть место, где горение началось раньше, чем в других местах и, как правило, происходило наиболее длительно. Исключения из этого правила возможны - они могут быть обусловлены неравномерным распределением пожарной нагрузки и ее относительно малым количеством в очаге, значительным разрывом во времени ликвидации горения в отдельных зонах, другими обстоятельствами пожара. Эти обстоятельства необходимо учитывать, но бесспорно, что, как правило, очаг - это действительно зона наиболее длительного горения. Таким образом, если мы, исследуя теми или иными методами конструкции, отдельные предметы или их обгоревшие остатки, сможем установить длительность горения в различных зонах пожара и выявить зону наибольшей длительности горения, полученные данные могут быть использованы как вполне объективные основания для выводов о месте расположения очага.

2. При относительно равномерном распределении пожарной нагрузки, вследствие более длительного горения, в очаговой зоне степень термического поражения конструкций и материалов, как правило, выше, чем в других зонах. Часто из-за фактора времени горение в очаговой зоне успевает развиться более интенсивно, чем в других зонах. Поэтому и температура горения, и температура воздействия на конструкции в зоне очага выше чем на других участках пожара. А сочетание временного и температурного фактора еще более увеличивает экстремально высокую степень термического поражения в зоне очага, выделяя его по этому показателю среди других зон.

3. В отдельных случаях в очаге могут проявляться специфические признаки протекания процесса горения на начальной стадии пожара. Например, длительный низкотемпературный пиролиз в зоне действия на сгораемые материалы каких-либо источников тепла формирует на этих материалах достаточно характерные локальные зоны. Такие зоны отличаются относительно низкой температурой пиролиза и относительно высокой продолжительностью процесса. Для выявления этих зон существенную ценность, в сочетании с данными по длительности горения, представляют сведения о температуре пиролиза материала.

Два критерия - продолжительность горения, степень тер­ми­че­­ского поражения и, в определенной степени, третий -температура пиролиза могут рассматриваться как тестовые физические величины, распределение которых по зоне пожара открывает пути к установлению его очага.

Из перечисленных выше критериев, позволяющих выявить зону очага наиболее доступным для определения, в том числе наиболее элементарным способом - визуальным осмотром, является степень термического поражения материалов (конструкций). Для материалов различной природы признаки термических поражений и критерии их оценки различны.

Определенную информацию при осмотре конструкции из несгораемых материалов несет и характер их закопчения. Копоть, оседающая на поверхности конструкций во время пожара, выгорает на участках с более высокой температурой и сохраняется там, где температура для сгорания копоти оказалась недостаточной. Поэтому отсутствие копоти на отдельных, иногда резко очерченных, участках ограждающих конструкций, должно приниматься во внимание при установлении очага пожара. Следует отметить, что этот признак, как правило, сохраняется независимо от последствий пожара, так как последующее осаждение копоти на указанных выше участках не происходит вследствие того, что нагретая поверхность излучает тепловой поток, препятствующий осаждению копоти.

На сгораемых материалах, прежде всего древесине и древесных композиционных материалах, термические поражения принято оценивать глубиной обугливания, массовой степенью выгорания, текстурой угля (плотный, рыхлый, пористый) и т.д.

Инструментальные методы исследования, позволяющие количественно зафиксировать изменение структуры и свойств материала в результате теплового воздействия пожара, дают возможность оценить искомую степень термического поражения материала более точно и более объективно. Ценно и то обстоятельство, что инструментальные методы и средства во многих случаях чувствительны к таким изменениям в материале, которые не определяются визуально.

Для решения задачи определения степени термического поражения материала инструментальным методом необходимо:

а) определить для него тестовую характеристику (свойство вещества, параметр структуры, спектра и т.д.), которая объективно отражает степень разрушения материала или отдельных его составляющих под воздействием температуры пожара. Характеристика эта должна монотонно изменяться (либо возрастать, либо снижаться) с увеличением температуры и длительности нагрева материала в характерном для пожара интервале изменения данных величин;

б) подобрать инструментальный метод, позво­ляю­щий эту тестовую характеристику определять количественно (измерять) и реально дифференцировать таким образом материалы, подвергшиеся тепловому воздействию различной интенсивности и длительности.

По сравнению с определением зон термических поражений, задача определения длительности горения в тех или иных зонах значительно более сложна.

Процесс термического разложения любого материала - химическая реакция (или совокупность реакций), скорость которых всегда определяется температурой, а результат, в нашем случае - степень термического превра­ще­ния материала - зависит от температуры и длительности горения.