Aby doszło do pożaru lub wybuchu, muszą zaistnieć jednocześnie trzy kluczowe czynniki: paliwo, utleniacz oraz efektywne źródło zapłonu.
Podstawowe czynniki wywołujące pożar i wybuch
W kontekście pożaru w środowisku pracy, paliwem mogą być nie tylko klasyczne paliwa, ale również inne substancje palne, które zapalają się w obecności utleniacza i źródła zapłonu. Do paliw należą substancje nieorganiczne, takie jak siarka czy fosfor, a także metale, na przykład aluminium. Aby doszło do wybuchu, substancje palne muszą być odpowiednio rozproszone w środowisku utleniacza.
Utleniaczem w procesach spalania jest zazwyczaj tlen obecny w powietrzu. Innymi utleniaczami mogą być jednak również ciekły lub gazowy tlen, chlor, fluor, nadtlenki organiczne oraz inne związki bogate w tlen, jak na przykład saletra amonowa.
Mechanizm spalania i wybuchu
Spalanie mieszanin utleniacza i paliwa zachodzi w ściśle określonych granicach stosunku utleniacza do paliwa, wyrażanych za pomocą stężenia (np. w procentach objętościowych). Istotnym czynnikiem wpływającym na przebieg pożaru i eksplozji jest stosunek wyzwalanej energii spalania (w postaci ciepła) do szybkości odprowadzania ciepła ze środowiska reakcji. Zapłon i proces spalania są możliwe w określonym zakresie stosunku paliwa do utleniacza, określanym przez dolną i górną granicę wybuchowości.
Spalanie, podczas którego następuje wymiana ciepła między paliwem, utleniaczem i produktami spalania, nazywamy spalaniem deflagracyjnym. W jego trakcie następuje wstępne ogrzanie mieszanki palnej przed frontem płomienia. Spalanie deflagracyjne może przyjmować charakter laminarny lub kinetyczny.
Front płomienia podczas spalania deflagracyjnego przesuwa się z prędkością od kilku centymetrów na sekundę do prędkości dźwięku. Pożar jest efektem zachodzących przemian chemicznych i zjawisk fizycznych powodujących zmiany termodynamiczne początkowego układu. Jest to chemiczna, niekontrolowana reakcja spalania.
Reakcje chemiczne zachodzące w czasie pożaru, choć niekontrolowane, zazwyczaj przebiegają wolno, bez gwałtownych wzrostów ciśnienia. Głównym źródłem zniszczeń w czasie pożaru jest generowane ciepło.
Spalanie detonacyjne a wybuch
Spalanie, podczas którego w bardzo krótkim czasie następuje gwałtowny wzrost ciśnienia, nazywamy spalaniem detonacyjnym. O warunkach przebiegu tego procesu decydują dynamiczne warunki mieszaniny paliwo-utleniacz (turbulencja). Spalanie detonacyjne spełnia warunki wybuchu.
Wybuch jest szybkim procesem egzotermicznym, który generuje nagły, gwałtowny wzrost ciśnienia prowadzący do powstania fali uderzeniowej. Fala uderzeniowa, której towarzyszy efekt dźwiękowy, rozprzestrzenia się z prędkością naddźwiękową. Szybki ruch gazów, wzrost ich ciśnienia i temperatury podczas wybuchu powodują zniszczenia materialne oraz stanowią zagrożenie dla życia ludzkiego i środowiska naturalnego.
Podstawowa różnica między pożarem a wybuchem polega na tym, że wybuchowi towarzyszy bardzo szybki ruch gazów, podczas gdy w czasie pożaru takie zjawisko nie jest obserwowane.
Klasyfikacja wybuchów
Wybuchy można klasyfikować w zależności od ich przebiegu, sposobu rozprzestrzeniania się i inicjowania.
Wybuchy fizyczne i chemiczne
- Wybuch fizyczny: Źródłem energii jest zjawisko fizyczne.
- Wybuch chemiczny: Następuje na skutek reakcji egzotermicznej.
Wybuchy chemiczne homogeniczne i heterogeniczne
- Wybuchy homogeniczne: Brak jest granicy między utleniaczem a paliwem, co skutkuje jednoczesną eksplozją całej mieszaniny. Przykładem jest wybuch termiczny, który zachodzi na przykład w przypadku egzotermicznego rozkładu niestabilnych substancji, gdzie gromadzone ciepło gwałtownie przyspiesza reakcje destrukcji. Fotochemiczny wybuch jest zapoczątkowywany energią światła, np. reakcja chlorowania alkanów.
- Wybuchy heterogeniczne: Charakteryzują się rozdziałem strefy reakcji od strefy niereagującej. Granicę między strefami stanowi płomień.
Rodzaje wybuchów heterogenicznych
- Deflagracja: Płomień przemieszcza się przez atmosferę palną z prędkością poddźwiękową, w granicach 10-100 m/s. Temperatura podczas takiego wybuchu może dochodzić do 3000 K.
- Detonacja: Granica spalania przemieszcza się z prędkością 1400-3000 m/s. W przypadku pyłów prędkość detonacji może osiągać nawet 8000 m/s. W detonacjach występuje zjawisko wyprzedzania strefy reakcji przez falę ciśnienia.
Identyfikacja i klasyfikacja stref zagrożonych wybuchem
Zgodnie z rozporządzeniem Ministra Gospodarki, Pracy i Polityki Społecznej z dnia 29 maja 2003 roku, do obowiązków inwestora, projektanta obiektu oraz końcowego użytkownika należy wyznaczanie miejsc zagrożonych wybuchem. Mogą to być zarówno pomieszczenia zamknięte, jak i miejsca na zewnątrz budynków.
W pomieszczeniach należy wyznaczyć strefę zagrożenia wybuchem, jeżeli może w nim wystąpić mieszanina wybuchowa o objętości co najmniej 0,01 m³ w zwartej przestrzeni, a jej wybuch w pomieszczeniu spowoduje gwałtowny wzrost ciśnienia nie mniejszy niż 5 kPa.
Definicje stref zagrożonych wybuchem przedstawione są w zharmonizowanej normie PN-EN 1127-1:2007, natomiast sposób klasyfikacji przestrzeni zagrożonych wybuchem opisano w zharmonizowanej normie PN-EN 60079-10:2002.
Działania w przypadku pożaru cysterny z LPG - dyskusja i doświadczenia
Jedna z relacji opisuje sytuację, w której strażacy przybyli na miejsce akcji i zastali płonącą cysternę z LPG z rozwiniętym pożarem. Po podjęciu działań gaśniczych cysterna wybuchła, powodując rannych, a potencjalnie także ofiary śmiertelne. W związku z tym pojawiło się pytanie o właściwe postępowanie w takich sytuacjach, zwłaszcza przy silnie rozwiniętym pożarze i dużej strefie bezpieczeństwa (około 300 metrów).
Pojawiły się różne propozycje działań:
- Ryzykowne podejście: Natychmiastowe rozwinięcie szybkiego natarcia z użyciem ciężkiej piany i gaszenie, nawet z narażeniem życia.
- Ostrożne podejście: W przypadku braku zagrożenia życia ludzkiego, zamknięcie ruchu i niepotrzebne narażanie ludzi.
- Wykorzystanie działek przenośnych: Stosowanie działek przenośnych lub prądownic, z wykorzystaniem naturalnych osłon.
- Gaszenie wodą: Woda jest preferowana jako środek gaśniczy ze względu na możliwość ciągłego chłodzenia cysterny i większy zasięg rzutu w porównaniu do piany.
- Chłodzenie zamiast gaszenia: Propozycja, aby w przypadku palącej się cysterny z LPG skupić się na intensywnym chłodzeniu wodą, zamiast próbować gasić płonący gaz. Celem jest zapobieżenie wybuchowi poprzez obniżenie temperatury zbiornika.
- Ewakuacja i czekanie: W przypadku braku możliwości bezpiecznego działania, ewakuacja ludności i czekanie na wypalenie się paliwa lub wybuch.
Zwrócono uwagę na fakt, że podczas akcji gaśniczej kluczowe jest ocenienie stadium pożaru i potencjalnych zagrożeń. W sytuacji pożaru cysterny z LPG, zwłaszcza gdy płomień skierowany jest w stronę zbiornika, ryzyko wybuchu jest bardzo wysokie.
WYBUCH CYSTERNY NA STACJI PALIW
Doświadczenia z akcji gaśniczych
Uczestnicy dyskusji dzielili się swoimi doświadczeniami, podkreślając, że teoria i procedury często nie pokrywają się z realnymi sytuacjami. Podkreślano znaczenie bezpośredniego kontaktu z podobnymi zdarzeniami dla właściwego przygotowania.
Opisano przypadek pożaru na stacji paliw w Goleszynie pod Sierpcem, gdzie doszło do eksplozji autocysterny z LPG. Pożar objął również magazyny paliw i inne cysterny. W wyniku wybuchu cysterna została rozerwana na części, które rozrzuciły się na odległość kilkuset metrów. Ratownicy, mimo bliskości eksplozji, nie odnieśli obrażeń, ale zdarzenie to było traumatyczne. Do ugaszenia pożaru zużyto ponad 18 m³ środka pianotwórczego, a w akcji brały udział również specjalistyczne działka z pobliskiego zakładu.
Podkreślono, że w przypadku takich zdarzeń kluczowe jest odpowiednie rozmieszczenie stanowisk gaśniczych, wykorzystanie działek o dużym zasięgu oraz ciągłe chłodzenie zagrożonych elementów.
Budowa cysterny LPG a strategia gaszenia
Pojawiła się kwestia budowy cystern do przewozu LPG, a konkretnie obecności przegród wewnętrznych. W przypadku cystern z przegrodami, które dzielą zbiornik na mniejsze komory, gaszenie może być bardziej uzasadnione, ponieważ pożar może dotyczyć tylko jednej przegrody, a istnieje groźba rozerwania pozostałych i wybuchu.
Jeśli cysterna nie posiada przegród, główną taktyką powinno być chłodzenie, zabezpieczanie terenu i ewakuacja.
W przypadku wycieku gazu, ocena intensywności spalania jest kluczowa. Jeśli wyciek jest na tyle mały, że możliwa jest jego uszczelnienie, można podjąć próbę gaszenia po wcześniejszym przygotowaniu do uszczelnienia. Jednak w przypadku rozerwania płaszcza zbiornika, działania ratownicze mogą być utrudnione lub niemożliwe.
Podkreślono, że gaz pod ciśnieniem nie jest tym samym co płomień świecy, a wyciekający gaz tworzy mieszaninę wybuchową, co stanowi dodatkowe zagrożenie.
Zapobieganie i wnioski
Wypadki takie jak opisany w Goleszynie pod Sierpcem powinny uświadomić decydentom potrzebę inwestowania w odpowiednie środki zapobiegawcze i szkolenia. Ważne jest również, aby strażacy posiadali aktualną wiedzę i umiejętności dotyczące postępowania w sytuacjach kryzysowych, nawet jeśli nie mieli bezpośredniego doświadczenia w danym typie akcji.
Kluczowe dla bezpieczeństwa jest:
- Natychmiastowa ewakuacja ludzi z zagrożonego terenu (min. 200-300 metrów).
- Ustawienie działek (przenośnych lub samochodowych) w celu chłodzenia cysterny.
- Zapewnienie stabilnego zasilania dla sprzętu gaśniczego.
- W miarę możliwości, próba uszczelnienia wycieku, jeśli jest to bezpieczne.
- Unikanie niepotrzebnego ryzyka i skupienie się na chłodzeniu jako priorytecie.