Экспертное исследование причины возникновения взрыва

Согласно теории горения и детонации газо- и паровоздушных смесей их взрыв – явление не мгновенное. Воспламенение и устойчивое горение таких смесей может происходить только при строго определенных условиях. Одним из условий возникновения химической реакции горючего с окислителем является его перемешивание с воздухом в строго определенном соотношении, что определяется процессами истечения горючего газа или испарения жидкого топлива, а также последующим проникновением молекул горючего газа или паров в воздушную среду вследствие диффузии. Другим условием возникновения горения смеси является наличие источника воспламенения в объеме реакционной среды. Нормальная скорость распространения пламени при горении паровоздушной смеси сравнительно невелика (не более десятков метров в секунду), но в некоторых условиях пламя распространяется с огромной скоростью (от 2 до 5 км/с), превышающей скорость распространения звука в данной среде. По мере ускорения пламени растет и амплитуда ударной волны, температура сжатия достигает температуры самовоспламенения смеси, что и приводит к взрывообразному характеру её горения.

В практической деятельности эксперта бывают случаи, когда сложно объяснить причину возникновения взрыва.

В зимнее время в помещении птичника одной из птицефабрик произошел пожар. На момент прибытия пожарных подразделений было обнаружено горение утеплителя на площади 40 м2. Пожар был потушен в течение двух часов. В результате пожара нанесены повреждения несущим и ограждающим конструкциям корпуса птичника, отделке и оборудованию, преимущественно в центральной части объема помещения.

Рис. 1. Повреждения потолочного перекрытия и конструкций в помещении

Рис. 2. Повреждения конструкций в результате пожара

Как видно из рисунков, результаты воздействия пожара как такового незначительны, имеются следы закопчения и следы побежалости. Но хорошо видны повреждения конструктивных элементов, которые очень похожи на повреждения от взрыва. Из протокола осмотра следует, что: «ограждающие конструкции имеют выраженную деформацию в виде сферического выгибания плоскостей стен и примыкающих участков крыши по направлению наружу. Данные механические, объемные повреждения наблюдаются на протяжении верхней части стен от уровня второго теплогенератора и до задней стены корпуса птичника и имеют приблизительно одинаковые величины прогиба».

При анализе повреждений, полученных конструктивными элементами здания, был сделан вывод об отсутствии в данном конкретном случае признаков локальности очага пожара, а следовательно, и о невозможности его постепенного развития из одного определенного места. Такие повреждения могут возникнуть в результате объемного взрыва. Таким образом, характер повреждений (распространены равномерно) позволяет сделать вывод, что перед пожаром произошел объемный взрыв внутри корпуса птичника. Об этом в своих показаниях говорила сотрудница птичника, которая после окончания дезинфекции дистанционно включила вентиляцию, которая отключилась через 15 минут в результате короткого замыкания, и произошел взрыв.

При дальнейшем осмотре несущих конструкций перекрытия (металлических ферм), установлено, что фермы имеют термическую деформацию в виде прогиба по направлению вниз, а также объемную пространственную деформацию. По направлению от данного места к главному входу степень деформации ферм менее выражена или вообще отсутствует.

При осмотре конструктивных элементов потолочного перекрытия установлено, что основные признаки термического воздействия в виде выгорания копоти и изменения цвета («цвета побежалости металла») с четкими границами зон воздействия наблюдаются на поверхности металлических панелей непосредственно над рядами клетей для содержания птицы. Данный факт объясняется продолжительным горением транспортерных лент и утеплителя панелей «Сэндвич».

Вспышки и взрывы могут предшествовать пожару и происходить в ходе его развития. Как правило, при расследовании пожара приходится устанавливать последовательность протекания этих явлений (взрыв -пожар или пожар - взрыв), причину взрыва.

На момент возникновения пожара помещение птичника было очищено, многоярусные клетки были пустые, горючую нагрузку составлял только утеплитель кровельных плит, горение которого и зафиксировали прибывшие пожарные, и материал транспортерных лент.

В соответствии с регламентом технологического процесса после забоя птицы производится дезинфекция помещений («газация формалином»). Время выдержки составляет 10–12часов. Дезинфекция проводится с помощью мобильной установки с газотурбинным модулем АИСТ-2М. В качестве дезинфицирующего средства используется формалин, состоящий из 37,5 % формальдегида, 6,0 % метанола, 0,2 % органических кислот (в пересчете на муравьиную кислоту), 56,3 % воды по массе.

Рис. 3. Мобильная установка АИСТ

Ж^шэпу

Для обработки помещения установку размещают у одной из дверей здания. При работе турбореактивного двигателя из его сопла выбрасывается струя горячего газа, которая увлекает за собой атмосферный воздух и всасывает его в канал инжекторной установки. В этот же канал впрыскивается дезинфицирующее средство. В результате перемешивания горячего газа и формалина из выхлопного отверстия инжекторной приставки в обрабатываемое помещение выбрасывается со скоростью 30–40 м/с струя мелкодисперсного аэрозоля, имеющего температуру 100–115°С. Заполнение помещения происходит через 3–5 минут и установка отключается. Пары формалина равномерно распределяются по всему объему помещения. Помещение закрывается и выдерживается в течение двух суток. В помещении создается паро-, газовоздушная смесь, состоящая из формальдегида, метанола. органических кислот и паров воды. Расчет показал, что концентрация горючих компонентов в объеме помещения значительно ниже нижнего газобезопасного концентрационного предела распространения пламени, поэтому среда по всему объему помещения является взрывобезопасной. Что и должно быть, если процесс дезинфекции проводится в соответствии с требованиями регламентирующих документов. Что также подтверждается неоднократными плановыми дезинфекциями подобных помещений (данного помещения в том числе) и отсутствием каких-либо чрезвычайных ситуаций при их проведении. Но в данном случае налицо признаки взрыва: сильные и равномерные разрушения элементов строительных конструкций в местах образования смеси, их смещение относительно первоначального положения, потолочные перекрытия обвалились внутрь помещения под действием силы тяжести, все повреждения наиболее ярко выражены в районе центральной части помещения.

Расчет размеров зоны взрывоопасной концентрации [1, 2] показал, что на высоте 10 см от пола концентрация горючих паров могла быть взрывоопасной и равна ширине и практически всей длине помещения. Прекращение работы вентиляции произошло в результате короткого замыкания, что повлекло за собой образование искр. По всей вероятности произошло воспламенение газо-, паровоздушной смеси в локальном объеме, в месте падения разогретых капель металла, образовавшихся в результате короткого замыкания. Повышение давления в замкнутом объеме носит пространственно равномерный характер и в основном является следствием роста среднеобъемной температуры. Для углеводородно-воздушных смесей среднее давление повышается на 0,6–0,8 МПа, что может вызвать разрушение ограждающих конструкций здания (сооружения). Дефлаграция способна распространяться симметрично во все стороны от источника зажигания. В результате химического превращения при горении объем нагретых продуктов реакции в несколько раз превышает объем исходной газовой смеси, что является причиной образования волн сжатия. В данном случае возникшее дефлаграционное горение (взрыв) способствовало образованию волн сжатия в нижней части помещения, загроможденного клетками. Волны сжатия отражаются от поверхностей (клетки и оборудования), ограничивающих объем смеси, что в свою очередь вызывает повышение давление газовой среды. При этом вся реакционно способная смесь срабатывает с эффектом взрыва независимо от объема и реализуется другая форма химического превращения - взрывное горение с образованием волн сжатия, а в некоторых случаях ударных волн с избыточным давлением во фронте до нескольких атмосфер.

При исследовании были проведены расчеты [1] параметров ударной волны, размеров зоны ее действия. При этом наибольшие параметры взрыва и, следовательно, разрушения строительных конструкций наблюдаются в объеме, наиболее удаленном от места воспламенения смеси. В результате наложения волн сжатия друг на друга, наличия препятствий в виде клеток сформировалась ударная волна.

Таким образом, в результате остановки вентиляционной системы из-за короткого замыкания электропроводки произошло воспламенение локального объема паровоздушной смеси. Состояние стен в помещении (шероховатые), наличие препятствий (трубы, оборудование, многоярусные клети) поспособствовали созданию зоны турбулентности. В результате сформировалась ударная волна, при этом произошло разрушение перекрытия в месте ее воздействия.