Ratownictwo i ochrona ludności

Zapłon gazów pożarowych – ukryty zabójca

Kategoria: Ratownictwo i ochrona ludności

W wielu pożarach dochodzi do zapłonu gazów pożarowych. Aby móc przewidzieć to zjawisko, strażacy muszą wykazać się umiejętnością czytania pożaru i wykorzystywania współczesnej technologii, np. termowizji, a także znać się na konstrukcji budynków i szybko reagować na to, co nieoczekiwane.

Z praktyki

W wielu pożarach czujność strażaków usypia brak oznak poprzedzających wystąpienie zapłonu gazów pożarowych. O tym, jak może być on groźny, przekonali się strażacy z Brukseli w 2008 r. Dwóch z nich zginęło, a siedmiu odniosło poważne obrażenia po tym, jak w pustej przestrzeni poddasza nastąpił zapłon gazów pożarowych. Z powodu wysokich drzew, pochyłości terenu, ogrodzenia ograniczającego dostęp do budynków oraz silnego zadymienia strażacy nie byli świadomi, że budynek (B), z którego podejmowali działania w obronie, był połączony z tym, w którym wybuchł pożar (A), poprzez trzeci budynek (C) – wspólną przestrzenią poddasza. Dym, który zbierał się w części należącej do budynku B, uległ nagłemu zapłonowi, a siła zjawiska była na tyle potężna, że zniszczyła część sufitu i śmiertelnie raniła jednego ze strażaków. Po drugiej fali ciśnieniowej nastąpiło intensywne rozprzestrzenienie się dużych ilości ciepła i samego pożaru.

zaplon gazow 01

Rozgorzenie i wsteczny ciąg płomienia

Zanim jednak przybliżę zjawisko zapłonu gazów pożarowych, przypomnę krótko, na czym polega rozgorzenie (flashover) i wsteczny ciąg płomienia (backdraft). W fachowej literaturze i artykułach można znaleźć kilka różnych definicji tych zjawisk. Skoncentrujmy się na tych najprostszych.

Rozgorzenie najprościej można rozumieć jako nagłe przejście pożaru ze stanu rozwijającego się do w pełni rozwiniętego. W chwili wystąpienia rozgorzenia dochodzi do zapalenia wszystkich palnych materiałów w pomieszczeniu. Nagromadzenie się ciepła prowadzi bowiem do pilotowanego (spowodowanego przez zewnętrzne źródło) zapłonu paliwa z powietrzem lub też skutkuje osiągnięciem temperatury samozapłonu.

Rozgorzenie = odpowiednia ilość niespalonego paliwa i powietrza + ciepło

Wsteczny ciąg płomienia występuje, gdy ciepło i gęsty dym (niespalone cząstki paliwa) gromadzą się w pomieszczeniu, zmniejszając ilość dostępnego powietrza, a następnie tlen/powietrze zostaje do niego ponownie doprowadzone (np. poprzez otwarcie drzwi), zamykając trójkąt spalania i powodując nagłe spalanie.Zatem w sytuacji wystąpienia wstecznego ciągu płomienia mamy do czynienia z wysokim poziomem niespalonego paliwa i pewną ilością energii cieplnej w formie mocno podgrzanego dymu i/lub tlącego się paliwa. W tym przypadku brakującym elementem trójkąta spalania jest tlen/powietrze.

Wsteczny ciąg płomienia = paliwo i ciepło + powietrze

W przypadku wstecznego ciągu płomienia istnieją dwa główne mechanizmy zapłonu (wyzwalacze).

1. Jeśli temperatura gazów jest wyższa niż temperatura ich samozapłonu, opuszczając pomieszczenie, mogą one ulec samozapłonowi (łatwo to zademonstrować w tzw. domku dla lalek), a następnie płomień wróci do wnętrza i spowoduje backdraft.

2. Jeśli temperatura gazów jest niższa niż temperatura ich samozapłonu, wsteczny ciąg płomienia może wystąpić jedynie w sytuacji, gdy:
- ognisko pożaru ponownie się rozpali, a płomień wejdzie w kontakt z dymem (paliwem) i powietrzem (które są w zakresie palności),
- żar/iskra zostanie wzniecona w wyniku przepływu powietrza i może mieć wystarczającą energię do zapłonu danej mieszaniny dymu z powietrzem.

Rozgorzenie zachodzi w miejscu powstania pożaru. Wsteczny ciąg płomienia może się rozpocząć w pomieszczeniu objętym pożarem lub w którym znajduje się ognisko pożaru albo w jego bezpośrednim pobliżu i przemieścić się z powrotem do tego pomieszczenia. Wszystko zależy od specyficznych warunków. Strażacy zawsze powinni brać pod uwagę wysokie ryzyko pojawienia się tych zjawisk, choć dojdzie do nich jedynie w niewielkim odsetku pożarów. Kiedy pomieszczenie zostaje otwarte, mieszanina palna występuje jedynie wokół obszaru turbulentnego na płaszczyźnie neutralnej. To często zbyt wąska przestrzeń, by iskra/żar/płomień mogły do niej dotrzeć, toteż w wielu przypadkach nie docierają.

Konstrukcja budynku a zagrożenie

W ostatnich 40 latach dokonał się wielki postęp w projektowaniu i budowie obiektów o zwiększonej odporności ogniowej, zapewniających większe bezpieczeństwo mieszkańcom. W niektórych miejscach zmiany wdrażane są jednak dosyć powoli. Dodatkową kwestią jest kontrola jakości wykonawstwa, utrzymanie budynku oraz kontrola przestrzegania stosownych przepisów po wykonaniu obiektu. Należy to wziąć pod uwagę, a nie oczekiwać, że wszystkie aspekty ochrony przeciwpożarowej będą funkcjonowały zgodnie z założeniami. Ja sam jako dowódca zazwyczaj osobiście sprawdzam potencjalne ścieżki wędrówki dymu, by zorientować się, czy nie występuje jego ukryty przepływ. W wielu pożarach doświadczyłem rozprzestrzeniania się dymu i ognia poprzez współdzielone przestrzenie sufitowe, które powinny być od siebie oddzielone. W kilku przypadkach taka ściana nie została nawet zbudowana. Poza tym niektóre oddzielenia są osłabione przez otwory wykonane w celu poprowadzenia dodatkowych instalacji.

Najtrudniejsze pod kątem oceny oznak zapłonu gazów pożarowych są budynki stare i odrestaurowane, jak też te o zmienionym charakterze zamieszkania. Wiedza o typowym starym budownictwie we własnym rejonie może się okazać bezcenna. Tam, gdzie miała miejsce przebudowa i rozbudowa, jest wielce prawdopodobne, że rzut okiem nie wystarczy, by zobaczyć pełen obraz sytuacji.

zaplon gazow 02

Niedostateczne zaopatrzenie wodne, ograniczony dostęp do budynku oraz ciemny i gęsty dym utrudniały działania gaśnicze

Dynamika zjawiska

Niespalone paliwo zawarte w dymie często jest częściowo wymieszane ze świeżym powietrzem i może się gromadzić w stężeniach sprzyjających palności. Takie wstępne wymieszanie może zmniejszać temperaturę gazów, ich gęstość, a także kolor. A zatem pojawia się ryzyko wystąpienia dużych ilości paliwa wstępnie wymieszanego z powietrzem, czekających tylko na zapłon. To pułapka dla strażaków, ponieważ tradycyjne znaki ostrzegawcze, jak na przykład wysoka temperatura czy gęsty ciemny dym, mogą zwyczajnie nie wystąpić!

Zapłon gazów pożarowych miewa różną dynamikę. Jeśli nagromadzony dym zostanie zapalony, dynamika ZGP zależeć będzie od tego, w jakim stopniu paliwo i powietrze zdążyły się wymieszać i jak blisko tej mieszaninie do mieszaniny idealnej (proporcje paliwa i powietrza powodują spalanie wszystkich cząsteczek, a proces spalania ma najbardziej dynamiczny przebieg).

Jeśli zawartość procentowa paliwa jest niska, wówczas rezultatem może być zjawisko rollover (przetaczanie się płomieni w warstwie podsufitowej) o średniej lub dużej intensywności. Jeśli zawartość paliwa jest wysoka, wówczas ZGP może być podtrzymany w czasie i będzie przebiegał podobnie do wstecznego ciągu płomienia. Jeśli jednak paliwo i powietrze tworzą prawie mieszaninę idealną, może on mieć bardzo dużą intensywność, a nawet charakter wybuchowy. W tym ostatnim przypadku mówimy często o wybuchu dymu. Inaczej mówiąc, w sytuacji gdy gazy pożarowe przemieszczą się do pomieszczenia przyległego do miejsca powstania pożaru, mogą ulegać wymieszaniu ze świeżym powietrzem. Mieszanina ta z czasem może wypełnić całą objętość pomieszczenia. Jeśli ulegnie ona zapłonowi, przyrost ciśnienia może być ekstremalnie wysoki, szczególnie gdy stężenie mieszaniny biskie jest stężeniu stechiometrycznemu.

W tabeli rozpoznania metodą B-SAHF (patrz PP 7/2013 – przyp. red.) przedstawione zostały oznaki, które ostrzegają przed zagrożeniem wystąpienia zapłonu gazów pożarowych. Warto je zapamiętać, gdyż zjawisko to potrafi zaskakiwać nawet bardzo doświadczonych
dowódców.

OZNAKA

ZAPŁON GAZÓW POŻAROWYCH

Rodzaj konstrukcji budynku będzie miał ogromny wpływ na to, jak rozwija się pożar i jak długo obiekt utrzyma stabilność.
Przeznaczenie lub charakter obiektu mogą wskazywać na prawdopodobne obciążenie ogniowe. Charakterystyka budowlana może czynić niektóre oznaki mniej oczywistymi czy łatwymi do dostrzeżenia.

Niespalone paliwo zawarte w dymie często jest częściowo wymieszane ze świeżym powietrzem i może się gromadzić w stężeniach sprzyjających palności.

Objętość dymu może różnić się w zależności od rozmiarów pomieszczenia objętego pożarem, dostępnego powietrza i procesu spalania. Mały pożar w dłuższym czasie może wytworzyć znaczne ilości dymu.

Dym może pojawiać się i gromadzić w pewnych odległościach od źródła ognia. Może to zmylić strażaków próbujących odszukać pomieszczenie objęte pożarem.

Kolor dymu zależny jest od rodzaju paliwa i jego formy (gaz, ciecz, ciało stałe, drobiny, pył)
Proces spalania kontrolowany jest przez paliwo lub wentylację

Dym, który rozprzestrzenił się na pewną odległość od pomieszczenia objętego pożarem, może wydawać się jaśniejszy z powodu częściowego mieszania się z powietrzem w miarę przemieszczania się przez obiekt.

wysokość płaszczyzny neutralnej
(styk warstw dymu/powietrza)

Zazwyczaj mało wyraźna z powodu mieszania się z chłodnym powietrzem.

gęstość (optyczna/wizualna)

Często może wydawać się mniejsza (do pewnego stopnia) z powodu mieszania się z chłodniejszym, świeżym powietrzem.

wypór
(szybkość unoszenia się dymu)

Zazwyczaj niski wypór z powodu ochłodzenia powodowanego mieszaniem się z chłodnym powietrzem.

prędkość i kierunek
(interpretować w połączeniu z prędkością i kierunkiem dymu)

Prędkość przemieszczania się dymu będzie malała w miarę oddalania się go od źródła pożaru i rozprzestrzeniania (tzw. efekt grzyba). Powietrze zasysane poprzez otwory w przyległych lub oddalonych pomieszczeniach będzie zasadniczo przemieszczać się powoli.

przepływ – turbulentny czy łagodny
(styk warstw dymu/powietrza w otworach)

Im bardziej dym oddala się od miejsca pożaru, tym łagodniejszy charakter przepływu na styku warstw.

pulsowanie

mało prawdopodobne

świszczące odgłosy

mało prawdopodobne

odbarwienia lub pęcherze na powierzchni malowanej
(oznaki oddziaływania ciepła mogą być mniej wyraźne w dobrze izolowanych obiektach)

Brak oznak obecności ciepła może być zwodniczy, ponieważ chłodniejszy dym często nie jest postrzegany jako zagrożenie. Im dalej dym się przemieścił, tym wyraźniejszy jest efekt schłodzenia we wczesnym etapie. Jeśli paliwo wymieszało się z powietrzem, a stężenia zawarte są w granicach palności, możliwe jest wystąpienie spalania o charakterze wybuchowym.

Okopcone lub popękane okna –
te oznaki mogą nie występować w oknach z podwójnymi lub potrójnymi szybami, podanie wody może spowodować nagłe wypadnięcie okna.

Okopcenie może pojawić się wskutek nagromadzenia dymu. Pękanie jest mniej prawdopodobne we wczesnych etapach rozwoju pożaru, szczególnie jeśli dym przemieścił się na znaczną odległość.

powierzchnie bardzo gorące w dotyku
(mogą nie występować w dobrze izolowanych obiektach)

Mogą nie być nagrzane, szczególnie we wczesnych etapach rozwoju pożaru.

nagły wzrost temperatury wewnątrz

Brak do momentu wystąpienia zjawiska zapłonu gazów pożarowych. ZGP może być nagłe, a nawet wybuchowe. Siła wybuchu zależy od ilości paliwa oraz stopnia jego wymieszania z dostępnym powietrzem.

lokalizaja i objętość

Możliwy brak płomienia w danej przestrzeni przed wystąpieniem zapłonu.
Po wystąpieniu zapłonu prawdopodobne jest rozchodzenie się gazów i dymu w sposób bardzo dynamiczny (nawet wybuchowy).
Schłodź gaz i/lub usuń nagromadzony dym, by zapobiec zapłonowilub opóźnić jego wystąpienie.

kolor
(może zależeć od dużej liczby zmiennych czynników)

Możliwy brak płomienia w danej przestrzeni przed wystąpieniem zapłonu.

kształt fali i długość
(mogą być trudne do zaobserwowania)

Możliwy brak płomienia w danej przestrzeni przed wystąpieniem zapłonu.

zaplon gazow 03

Strażacy próbowali uratować dwóch kolegów uwięzionych w budynku B. Budynek ten był opuszczony i został całkiem dobrze zabezpieczony przed wejściem osób postronnych

Uniknąć zagrożenia

Mówi się, że nie ma dymu bez ognia. Strażacka wersja tego powiedzenia powinna brzmieć: „Nie ma dymu bez niespalonego paliwa”. Tam, gdzie jest paliwo – pojawiają się też warunki do wystąpienia ognia. Każdy dym powinniśmy traktować jako potencjalnie palny i podejmować działania w celu usunięcia go lub aby zmniejszyć prawdopodobieństwo zapalenia się mieszaniny.

Jeden z pożarniczych mitów to przeświadczenie, że kolor dymu sugeruje prawdopodobieństwo jego zapalenia. Pokutuje niesłuszne przekonanie, że jasny dym jest zbyt ubogi, szary znajduje się w zakresie palności, a gęsty czarny dym jest zbyt bogaty. Zupełnie nie zgadzam się z tym podejściem. Uważam, że takie stwierdzenia są niebezpieczne i świadczą o braku wiedzy. Weźmy chociażby za przykład biały dym. Wiemy, że kiedy większość paliw ulega pirolizie, to powstający dym jest biały, a jednak zawiera duże stężenia paliwa.

Innym mitem jest to, że gorący dym jest niebezpieczny, a chłodniejszy nie ulegnie zapłonowi. Owszem, zgodzę się z tym, że gorący dym jest groźny, wiemy bowiem, że granice palności niespalonych paliw wchodzących w jego skład ulegają rozszerzeniu. Jednak ciepło nie jest jedynym czynnikiem do rozważenia. Warto zwrócić uwagę na stosunek paliwa do powietrza, stopień wymieszania, do jakiego mogło dojść, a także ilość gazów obojętnych w mieszaninie.

***

Najlepszymi narzędziami do wykrycia i oddalenia zagrożenia zapłonu gazów pożarowych są wiedza i czujność strażaka oraz kamera termowizyjna. W trakcie akcji ratowniczo-gaśniczej zawsze rozważmy możliwość niepostrzeżonego przemieszczania się i gromadzenia dymu. Do sprawdzenia mniej oczywistych potencjalnych dróg jego wędrówki używajmy kamery termowizyjnej. W razie wątpliwości należy wykonać otwór inspekcyjny i zachować czujność, nawet jeśli zagrożenie pozornie nie występuje.

Shan Raffel

fot. Karel Lambert