Чрезвычайные ситуации. Вероятность их возникновения. Экологические последствия

">     Горение — это сложный физико-химический процесс превращения горючих веществ и материалов в продукты сгорания, сопровождаемый интенсивным выделением тепла, дыма и световым излучением. В основе этого процесса лежат химические реакции окисления в атмосфере кислорода воздуха. Особенностями горения на пожаре в отличие от других видов горения являются склонность к самопроизвольному распространению огня, сравнительно Невысокая степень полноты сгорания, интенсивное выделение Дыма, содержащего продукты полного и неполного окисления.

     Уточним, что огонь — это результат химической реакции между двумя газами: обычно это горючий газ и кислород. Горючий газ выделяется топливом при нагревании. Другими словами, под воздействием высокой температуры атомы одного газообразного вещества разрывают взаимные связи и перегруппируются со свободными атомами кислорода, образуя новые вещества и выделяя большое количество тепла.

     Далеко  не каждое вещество легко распадается  — для этого атомы должны притягиваться друг к другу. Например, при кипячении вода превращается в пар. Но пар не реагирует с кислородом воздуха. Вода не распадается и не перегруппируется потому, что температура 100 °С недостаточна для того, чтобы разрушить молекулы воды. Взаимное притяжение между двумя атомами водорода и одним атомом кислорода в молекуле достаточно сильно, чтобы предотвратить распад.

     Углерод и водород составляют наиболее горючие  материалы. Объяснение простое: эти  вещества хорошо реагируют с кислородом и другими газами.

     Разные  горючие вещества загораются при  разной температуре. Для превращения  каждого материала в горючий  газ нужно неодинаковое количество тепла. А для реакции этого газа с кислородом нужно еще больше тепла. Различают две температуры: температуру возгорания (при которой газ нужно поджечь) и температуру самовозгорания (при которой газ загорается сам по себе, без искры).

     Физические  размеры топлива тоже играют роль. Большой кусок древесины (например, засохшее дерево) поглощает много энергии, прежде чем нагревается до температуры возгорания. А щепка вспыхивает сразу, потому что нагревается моментально.

     Энергетическая  ценность топлива зависит от того, как быстро оно горит и сколько  тепла выделяется при его сгорании. Оба фактора в большой степени зависят от состава вещества. Форма топлива также влияет на скорость горения. Небольшие куски горят быстрее, так как большой процент их массы может реагировать с кислородом в единицу времени. Например, опилки или бумага сгорят гораздо быстрее деревянного бруска аналогичного веса.

     Каждое  вещество при горении ведет себя по-своему. Эксперты часто могут  определить, с чего начался пожар, исследовав влияние огня на окружающие предметы. Огонь, возникший в результате сгорания жидкого топлива, выделяет гораздо больше тепла, чем огонь  от медленно горящего материала.

     К наиболее распространенным пожарам  относятся лесные пожары, которые подразделяются на:

• низовые — по напочвенному покрову;

•  верховые — сплошная стена огня от напочвенного покрова до крон деревьев;

• подземные — возникают на торфяных почвах, горение медленно, беспламенно, на всю глубину залегания торфа.

     Успех борьбы с любыми пожарами во многом зависит от своевременного обнаружения и быстрого принятия мер по их ограничиванию и ликвидации.

     Основные  способы тушения  лесных пожаров:

• забрасывание грунтом кромки пожара;

• устройство заградительных и минерализованных полос и каналов;

• тушение  пожара водой или растворами огнетушащих  химикатов;

• отжиг (пуск встречного огня).

     Главным способом тушения подземного торфяного  пожара является окапывание горящей территории торфа на всю глубину залегания (до 1 м) оградительными канавами.

     Физическая  сущность гашения огня заключается  либо в перекрытии доступа кислорода, либо в охлаждении топлива. В первом случае прекратится реакция окисления, во втором топливо не достигнет температуры возгорания. Окисление газов в атмосфере, можно представить реакцией: 

              CH₂ + O₂ => H₂O + CO₂ + CO + C + N₂

               газ    кислород           вода        диоксид     оксид     углерод азот

                                                                     углерода   углерода 

     Один  из этих двух эффектов и используют все огнетушители. Но классифицируются они по ряду других параметров. Огнетушители разделяют по виду огнетушащих средств, объему корпуса, способу подачи состава и виду пусковых устройств.

     Существует  следующая классификация по видам огнетушащих средств.

• Жидкостные огнетушители перекрывают доступ кислорода к топливу. Состав такого огнетушителя представляет собой воду с добавками поверхностно-активных веществ или водный раствор различных соединений. Его очевидный минус в том, что он эффективен только при плюсовых температурах.

• Пенные огнетушители действуют по тому же принципу. Внутри у них химическая или воздушно-механическая пена, либо водный раствор пенообразователя ПО-1. Помимо недостатков, присущих жидкостным огнетушителям, здесь еще и невысокая огнетушащая способность, высокая коррозионная активность и необходимость перезарядки как минимум раз в год.

•  Углекислотные огнетушители охлаждают топливо. Они хороши всем, кроме одного: при их использовании создается температура до -75 °С, что может повлечь серьезные ожоги холодом.

• Аэрозольные огнетушители заполняют помещение нейтральными газами, вытесняя кислород. Применимы в закрытом помещении и очень опасны для человека — в отсутствие кислорода становится нечем дышать.

• Порошковые огнетушители создают плотную пленку на поверхности топлива, что препятствует доступу кислорода. Недостаток — все, что потушено таким образом, можно выбросить: расплавленный порошок невозможно отделить от материала, к которому он приклеился.

     Самые грандиозные успехи и самые унизительные поражения нашей цивилизации  неразрывно связаны с огнем. За много  веков мы научились многому, но огонь  напоминает нам, что мы всего лишь одна из сил на планете Земля.

     Особняком от упомянутых стихийных бедствий стоит  такое природное явление, как  гроза, достаточно часто приводящее к пожарам, а иногда и к жертвам.

     В атмосфере, окружающей Землю, всегда имеются  большие запасы электрической энергии. Эта энергия рассеяна повсюду. Мельчайшие частицы, капельки, ледяные кристаллики, захватывая ионы из окружающего воздуха, приобретают микроскопический электрический заряд. У одних частиц он положительный, у других отрицательный.

     В нижней части облака чаще всего скапливаются отрицательно заряженные частицы, а  в верхней — положительные. Такое разделение зарядов приводит к тому, что поверхность земли под грозовым облаком тоже становится заряженной положительно. Эти наэлектризованные области занимают позиции друг против друга.

     Грозовой  разряд (молния) представляет разряд атмосферного электричества между разноименно заряженными облаками, или облаком (тучей) и землей, или тем и другим одновременно. Напряженность электрического поля тучи у поверхности земли перед грозовым разрядом составляет от 6 до 300 кВ/м; потенциал тучи – от 0,1 до 1 млрд В; время единичного разряда тучи — от 25 до 1000 мкс. Токи, протекающие в момент разряда тучи, достигают 500 кА, вследствие чего в канале прохождения молнии воздух резко нагревается и расширяется, образуя взрывную волну, сопровождающуюся звуковым эффектом (громом). Молния избирает путь наименьшего электрического сопротивления, используя для этого 5 различные металлические и другие предметы с высокой проводимостью.

     В зависимости от условий формирования зарядов и их перераспределения, молнии бывают разных типов: ленточные, плоские, сеточные и шаровые. Из всех типов молний менее всего изучена шаровая молния, которая представляет собой ярко светящееся тело шарообразной формы диаметром 5—20 см. Цвет огненного шара самый разнообразный: белый, голубоватый, красноватый, золотистый с фиолетовой, реже с красной каймой. Это явление наблюдается в течение более продолжительного времени, чем у других молний, — от секунды до нескольких минут.

     Зарождается шаровая молния чаще всего в конце  грозы. Появившись внезапно, она также тихо может угаснуть и бесшумно исчезнуть. Но иногда огненный шар внезапно взрывается с сильным грохотом, причиняя разрушения и убивая людей и животных. Все говорит о том, что внутри светящегося шара господствует высокая температура и таится сконцентрированная энергия; поэтому кажется весьма удивительным, что, проходя мимо дерева, соломы, бумаги, он не только их не воспламеняет, но даже не обжигает. Но если происходит взрыв шаровой молнии, ярким костром загорается совершенно сырое дерево или мокрая, поливаемая дождем крыша строений. Не выдерживают высокой температуры и металлические предметы.

     Прямой  удар других типов молний может приводить  к механическим разрушениям зданий, сооружений, скал, деревьев, вызывает пожары и взрывы, является прямой или косвенной причиной гибели людей. Механические разрушения вызываются мгновенным превращением воды и водосодержащих веществ в пар высокого давления на путях протекания тока молнии в названных объектах. Прямой удар молнии называют первичным воздействием атмосферного электричества (АтЭ).

     Для защиты от первичных проявлений молнии устраивают молниеотводы, которые воспринимают грозовой разряд и безопасно отводят ток молнии в землю, создавая защитную зону. Наиболее широкое распространение нашли стержневые и тросовые молниеотводы.

     Молниеотвод состоит из несущей части (опоры), молниеприемника, токовода и заземлителя защиты от прямых ударов молнии. Молниеприемники являются наиболее высокой частью молниеотвода и служат для приема молнии и передачи ее токоотводам соединенным с заземлителями. Заземлители вместе с токоотводами, соединяющими их с молниеприемниками, должны не только отводить ток молнии в землю, но и обеспечивать его равномерное распределение в земле. Для этого необходимо, чтобы переходное сопротивление молниеотвода было наименьшим из всех переходных сопротивлений, находящихся поблизости. Если же оно окажется больше сопротивления естественных заземлителей, то грозовой разряд может пройти не в молниеотвод, а в ближайший объект с меньшим переходным сопротивлением. В инструкции СН 305—77 указаны меры по организации молниезащиты с примерами таких конструкций и номиналами сопротивлений.

     К вторичному воздействию АтЭ относят: электростатическую и электромагнитную индукции; занос высоких потенциалов в здания и сооружения.

     Рассмотрим  опасные факторы вторичного воздействия  АтЭ. Образовавшийся электростатический заряд облака наводит (индуцирует) заряд противоположного знака на предметах, изолированных от земли (оборудование внутри и вне зданий, металлические крыши зданий, провода ЛЭП, радиосети и др.). Эти заряды сохраняются и после удара молнии. Они релаксируют обычно путем электрического разряда на ближайшие заземленные предметы, что может вызвать электротравматизм людей, воспламенение горючих смесей и взрывы. В этом заключается опасность электростатической индукции.

     Защита  от электростатической индукции заключается  в отводе индуцируемых статических  зарядов в землю путем присоединения  металлического оборудования, расположенного внутри и вне зданий, к специальному заземлителю или к защитному заземлению электроустановок; сопротивление заземлителя растеканию тока промышленной частоты должно быть не более 10 Ом.

     Явление электромагнитной индукции заключается в следующем. В канале молнии протекает очень мощный и быстро изменяющийся во времени ток. Он создает мощное переменное во времени магнитное поле. Такое поле индуцирует в металлических контурах электродвижущую силу разной величины. В местах сближения контуров между ними могут происходить электрические разряды, способные воспламенить горючие смеси и вызвать электротравматизм.

     Для защиты от электромагнитной индукции между трубопроводами и другими протяженными металлокоммуникациями в местах их сближения на расстояние 10 см и менее через каждые 20 м устанавливают (приваривают) металлические перемычки, по которым наведенные токи перетекают из одного контура в другой без образования электрических разрядов между ними.