Установление причины пожара. Применяемые методы (определение тепловой энергии и температуры искр)

В настоящем письме приводится один случай, когда проведением математических расчетов и эксперимента была объективно доказана причастность к возникновению пожара искр, возникающих при проведении огневых работ (резка, сварка).

7 марта 2002 года в складском помещении магазина ЗАО ШФ «Веснянка» по ул. Мигая, 13/36 в г. Могилеве произошел пожар.

В результате пожара была повреждена продукция, хранившаяся в складе, закопчено помещение. Ущерб составил 30 млн. рублей.

Здание ЗАО ШФ «Веснянка» 2-х этажное. Складское помещение размерами 18Х5 метров, высотой – 3 метра расположено на первом этаже. Освещение электрическое, светильники люминесцентные. Отопление центральное водяное. Стены кирпичные, оштукатуренные, перекрытие железобетонное. Покрытие пола – линолеум. По всей длине помещения с правой и с левой стороны располагались кронштейны с продукцией.

В ходе дознания было установлено, что:

- в день возникновения пожара, на втором этаже производились сварочные работы по срезанию металлических конструкций бывшей шахты лифта.

- веществ, склонных к химическому или тепловому (для обычных условий) самовозгоранию, в складском помещении не хранилось, каких-либо признаков и следов аварийных режимов работы электрооборудования не имелось.

У лица, осуществлявшего дознание по данному происшествию, возникла версия о том, что причиной пожара явились искры, образовавшиеся при проведении резки металла. Вместе с тем, высота, на которой производились огневые работы была значительная и без проведения исследований доказать их причастность к возникновению пожара было невозможно. Поэтому дознаватель вынес постановление о назначении пожарно-технической экспертизы, в котором был поставлен ряд вопросов, в том числе:

Где располагался очаг пожара?

Возможно ли воспламенение материалов, находящихся в складском помещении магазина, от расплавленных капель металла, образовавшихся в результате проведения сварочных работ, если да, то, с какого расстояния?

Какова причина пожара?

Для ответа на первый вопрос проводился анализ сведений, имевшихся в материалах дела. В ходе анализа было выяснено, что очаг пожара находился в дальнем правом углу склада, на расстоянии 1,5 метра от торцевой стены помещения, в районе расположения лифтовой шахты. На месторасположение очага указывали следы наибольших термических повреждений в виде обугливания досок настила в верхней его части, а также то, что по мере удаления от зоны очага пожара, степень термических повреждений уменьшалась.

С целью определения возможности воспламенения веществ и материалов, находящихся в складском помещении, от искр образующихся при проведении огневых работ, был проведен математический расчет температуры капель металла и количества теплоты, которую они способны отдать горючей среде при остывании.

Исходя из имеющихся в материалах дела сведений и справочной литературы, были приняты следующие данные для расчета:

h – высота падения искры, м                                                          - 4 и 6

Материал искры                                                                              - сталь

D_и – диаметр искры, мм                                                                 - 0,5

p – плотность искры, кг/м³                                                             - 7860

С_и – удельная теплоемкость металла (стали), Дж/кг∙К                 - 619

С_р – удельная теплоемкость расплава металла (стали), Дж/кг∙К - 915

Т_и – начальная температура искры (из справочной

литературы известно, что при резке металла

составляет 1500⁰С), К                                                             - 1773,16

Т_пл – температура плавления металла (стали), К                          - 1648,16

С_кр – удельная теплота кристаллизации металла, Дж/кг               - 317750

Горючий материал – бумага, ткань, древесина, текстильные материалы

Температура самовоспламенения, ⁰С                                            - 230-410

Т_о.с. – температура окружающей среды, К                                    - 290,16

Вычисления производились по методике, изложенной в ГОСТ 12.1.004-91 «Пожарная безопасность. Общие требования».

Согласно методике:

1. Определялся объем искры (V_и), м³, по формуле,

V_и = 0,524 D_и³.

где D_и – диаметр искры, м.

2. Рассчитывалась масса искры (M_и), кг, по выражению,

M_и = V_и р_и,

где р_и – плотность материала искры, кг/м².

3. Вычислялась средняя скорость искры (ω_и), м∙с^-1, и среднее время полета искры (τ), с,

ω_и = 0,5×(2gh)^0,5,

где g – ускорение свободного падения, g = 9,81 м/с²;

 h – высота падения искры, м.

τ = h/ ω_и.

4. Рассчитывалась площадь поверхности искры (S_и), м²,

S_и = π D_и²

5. Так как искра, в зависимости от продолжительности её полета может иметь три состояния: жидкое, кристаллизации и твердое, то был произведен расчет времени полета искры в жидком состоянии и в состоянии кристаллизации, а именно:

5.1 время полета искры в расплавленном (жидком) состоянии (τ_р), с, рассчитывалось по формуле,

τ_р = (С_р×М_и/α×S_и) ln(Т_и – Т_о.с.)/(Т_пл – Т_о.с.),

5.2 время полета искры, в течение которого происходит ее кристаллизация, определялось по выражению,

τ_кр = (М_и×С_кр)/α×S_и×(Т_пл – Т_о.с.),

где С_кр - удельная теплота кристаллизации металла, Дж/кг;

С_р – удельная теплоемкость расплава металла, Дж/кг∙К;

Т_и – начальная температура искры, К;

Т_о.с. – температура окружающей среды, К;

Т_пл – температура плавления металла, К;

S_и – площадь поверхности искры, м²;

α - коэффициент теплоотдачи искры, Вт/м²∙К.

5.3 коэффициент теплоотдачи (α), Вт/м²∙К, вычислялся в следующей последовательности:

а) определялось число Рейнольдса по формуле

Re = (ω_и×D_и)/ν,

где ν = 15,1∙10^-6 - коэффициент кинематической вязкости окружающей среды при температуре 20 ⁰С, м²/с;

б) вычислялся критерий Нуссельта по формуле

Nu = 0,62(Re)^0,5,

в) определялся коэффициент теплоотдачи по формуле

α = (Nu× λ_в)/D_и,