Физико-химические основы развития и тушения пожара

ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ 
ОСНОВЫ РАЗВИТИЯ 
И ТУШЕНИЯ ПОЖАРА

В.А. ДЕВИСИЛОВ 
Т.И. ДРОЗДОВА 
Г.В. ПЛОТНИКОВА 
А.П. РЕШЕТОВ

Под редакцией В.А. Девисилова

Допущено 
Федеральным учебно-методическим объединением в системе 
высшего образования по укрупненной группе специальностей и направлений подготовки 
20.00.00 «Техносферная безопасность и природообустройство» в качестве учебного 
пособия для студентов, обучающихся по основным образовательным программам 
высшего образования по направлению 20.04.01 «Техносферная безопасность»

Москва
ИНФРА-М
2020

УЧЕБНОЕ ПОСОБИЕ

УДК 614.84(075.8)
ББК 24.5я73
 
Д25

Девисилов В.А.
Д25 
 
Физико-химические основы развития и тушения пожара : учебное 
пособие / В.А. Девисилов, Т.И. Дроздова, Г.В. Плотникова, А.П. Решетов ; под ред. В.А. Девисилова.  — Москва : ИНФРА-М, 2020. — 
176 с. — (Высшее образование: Магистратура). — DOI 10.12737/textbook_5a1e5ac3320679.30106001.

ISBN 978-5-16-013107-8 (print)
ISBN 978-5-16-106150-3 (online)
В учебном пособии рассмотрены общие закономерности развития внутренних пожаров, даны понятия их динамики. Изложены основы теплового 
баланса и газообмена на открытых и внутренних пожарах. Систематизированы 
примеры и задачи по расчету главных параметров пожара. В приложении приведены таблицы значений физических величин, наиболее часто используемых 
при решении задач.
Пособие соответствует требованиям Федерального государственного образовательного стандарта высшего образования последнего поколения.
Учебное пособие предназначено для магистрантов, обучающихся по направлению подготовки «Техносферная безопасность». Также оно может быть 
полезно при обучении студентов технических специальностей, специалистам 
МЧС России и служб пожарной охраны.
УДК 614.84(075.8)
ББК 24.5я73

Р е ц е н з е н т ы:
Акинин Н.И., доктор технических наук, профессор, заведующий кафедрой «Техносферная безопасность» Российского химико-технологического университета 
имени Д.И. Менделеева;
Галишев М.А., доктор технических наук, профессор кафедры криминалистики 
и инженерно-технических экспертиз Санкт-Петербургского университета ГПС 
МЧС России;
Дмитренко В.П., доктор технических наук, профессор, заведующий кафедрой 
«Промышленная экология и безопасность производства» Московского авиационного института

ISBN 978-5-16-013107-8 (print)
ISBN 978-5-16-106150-3 (online)

© Девисилов В.А., Дроздова Т.И., 
Плотникова Г.В., Решетов А.П., 
2018

Введение

Пожары причиняют огромный материальный ущерб экономике, 
наносят вред жизни и здоровью людей, окружающей среде.
При пожаре происходит стихийное развитие горения, не предусмотренное технологическими процессами.
Горение — сложный физико-химический процесс, при котором 
горючие вещества и материалы под воздействием высоких температур вступают в химическое взаимодействие с окислителем, превращаясь в продукты горения, и который сопровождается интенсивным выделением теплоты и световым излучением [1].
Для возникновения и развития процесса горения необходимо 
соблюдение условий «классического треугольника»: наличие горючего вещества, окислителя (обычно кислорода воздуха) и источника 
зажигания (подробнее см. [2,3]). Горение развивается при нагреве 
горючего вещества до определенной температуры — температуры 
горения. Кроме того, важным фактором, определяющим эффективность горения, является соблюдение количественного соотношения с окислителем, а источник зажигания должен иметь достаточную энергию. В работах [3–5] описаны практические вопросы, 
которые позволят более глубоко освоить некоторые особенности 
процесса горения горючих веществ и материалов.
Теоретические аспекты процесса горения достаточно подробно 
изучает дисциплина «Теория горения и взрыва» (направление 
20.03.01 «Техносферная безопасность»). В данном пособии они 
не рассматриваются.
Пожар как неконтролируемый процесс горения (согласно СТ 
СЭВ 383–87) имеет достаточно сложные физико-химические закономерности, включающие помимо горения явления массо- и теплообмена, и развивается как во времени, так и  в пространстве.
Протекающие процессы тепло- и массообмена взаимосвязаны 
между собой и характеризуются определенными параметрами, называемыми параметрами пожара: скоростью выгорания, температурой горения, теплотой сгорания и т.д. Для определения характеристики пожара, его опасности значения параметров пожара очень 
важны, так как позволяют оценить обстановку на пожаре и принять 
решения по тактическим действиям по его тушению.
Для более эффективных тактических действий в борьбе с пожарами их классифицируют на группы, классы и виды. Основой 
такой классификации является распределение пожаров по при

знакам сходства и различия. Газообменные процессы при пожаре 
являются общими для всех видов внутренних пожаров. Они дают 
количественную и качественную оценку параметров пожаров как 
во времени, так и в пространстве. По газообменным процессам 
в зданиях и сооружениях можно оценить время и направление распространение огня. Это позволяет принять экстренные меры для 
прекращения горения. Газообменные процессы характерны для внутренних пожаров, при пожарах на открытом пространстве газообмен 
не регулируется и осуществляется в неограниченном пространстве.
По условиям массообменных и теплообменных процессов, 
протекающих в окружающей среде, пожары подразделяют на две 
группы [6]:
1) пожары, протекающие вне ограждения, на открытом пространстве (наружные);
2) пожары, протекающие в ограждениях (внутренние).
Наружные пожары — это пожары, развивающиеся на открытом 
пространстве. К ним относятся: лесные, торфяные, степные, газовые, газонефтяные пожары, пожары нефтепродуктов и пожары 
зданий при обрушении ограждающих конструкций.
Внутренние пожары происходят в закрытых (замкнутых) пространствах.
Эффективность профилактических мероприятий и успешное 
тушение пожаров в значительной степени зависят от правильной 
оценки пожарной опасности веществ и материалов и оценки обстановки на пожаре. Эта оценка заключается в расчете и анализе комплекса показателей, определяющих динамику развития пожаров.
Для выяснения причин пожара, проведения качественных пожарно-технических и пожарно-тактических экспертиз необходимы 
знание дисциплины «Физико-химические основы развития и тушения пожаров» и обладание практическими навыками по расчету 
основных параметров пожара.
Изучение дисциплины также позволит обучающимся овладеть 
следующими компентенциями (см. Федеральный государственный 
образовательный стандарт высшего образования по направлению 
подготовки 20.04.01 «Техносферная безопасность», утвержденный 
приказом Минобрнауки России от 6 марта 2015 г. № 172):
общекультурными:
 
• способностью самостоятельно получать знания, используя различные источники информации;
 
• способностью к анализу и синтезу, критическому мышлению, 
обобщению, принятию и аргументированному отстаиванию решений;

• способностью обобщать практические результаты работы 
и предлагать новые решения, резюмировать и аргументированно отстаивать свои решения;
 
• способностью представлять итоги профессиональной деятельности в виде отчетов, рефератов, статей, оформленных в соответствии с предъявляемыми требованиями;
профессиональными:
 
• способностью анализировать, оптимизировать и применять современные информационные технологии при решении научных 
задач.
В результате изучения дисциплины обучающийся должен:
знать
 
• законы естественных наук, которые обосновывают процессы 
возникновения и распространения пожаров;
 
• характеристики пожароопасных веществ и материалов;
 
• параметры, определяющие динамику пожара;
 
• механизм формирования опасных факторов пожара;
 
• механизм и факторы, влияющие на прекращение горения;
 
• номенклатуру, способы применения и механизм действия огнетушащих составов;
 
• принципы и методы проведения экспертизы пожарной безопасности;
 
• методы и технику защиты человека и окружающей среды от антропогенного воздействия;
уметь
 
• применять законы естественных наук для выявления условий, 
способствующих или препятствующих возникновению пожара, 
осуществлять оценку пожароопасности веществ и материалов;
 
• оценивать влияние различных факторов на изменение параметров пожара;
 
• рассчитывать параметры прекращения горения, выбирать оптимальные способы тушения огнетушащими веществами в зоне 
горения;
 
• анализировать и оценивать степень опасности антропогенного 
воздействия на среду обитания;
владеть
 
• методами управления безопасностью в техносфере;
 
• культурой безопасности при обращении с энергетическими 
процессами, пожароопасными веществами и материалами, методами и приемами оценки пожароопасной обстановки на объекте, способами тушения и противопожарной профилактики 
пожаров.

Надеемся, что данное учебное пособие позволит получить 
профессиональные навыки, необходимые для оценки пожарных 
рисков, проведения пожарно-технических и пожарно-тактических 
экспертиз.
Будем признательны за замечания и предложения, присланные 
в издательство для авторов.

Глава 1. 
ОБЩИЕ ЗАКОНОМЕРНОСТИ РАЗВИТИЯ 
ВНУТРЕННИХ ПОЖАРОВ

1.1. ОСНОВНЫЕ ОПАСНЫЕ ФАКТОРЫ ПОЖАРА

Согласно ст. 1 Федерального закона от 21 декабря 1994 г. 
№ 69-ФЗ «О пожарной безопасности» [7] и Федеральному закону 
от 22 июля 2008 г. № 123-ФЗ «Технический регламент о требованиях пожарной безопасности» (далее — Закон № 123-ФЗ) [8] под 
пожаром понимается «неконтролируемое горение, причиняющее 
материальный ущерб, вред жизни и здоровью граждан, интересам 
общества и государства».
Пожар — это стихийно развивающееся горение, не предусмотренное технологическими процессами, причиняющее материальный ущерб, вред жизни и здоровью граждан, интересам общества и государства.
Чрезвычайные ситуации, связанные с пожарами, характеризуются факторами, считающимися опасными.
Опасный фактор пожара в соответствии с ГОСТ 12.1.004–91 и СТ 
СЭВ 383–87 — это «фактор пожара, воздействие которого на людей 
и (или) материальные ценности может приводить к ущербу». В Законе № 123-ФЗ дано следующее определение: «Опасные факторы 
пожара — факторы пожара, воздействие которых может привести 
к травме, отравлению или гибели человека и (или) к материальному 
ущербу».
К таким факторам относятся повышенная температура, задымление, изменение состава газовой среды.
Характеристика опасных факторов пожара. В ст. 9 Закона 
№ 123-ФЗ приведен перечень опасных факторов пожара.
1. К опасным факторам пожара, воздействующим на людей 
и имущество, относятся:
1) пламя и искры;
2) тепловой поток;
3) повышенная температура окружающей среды;
4) повышенная концентрация токсичных продуктов горения 
и термического разложения;
5) пониженная концентрация кислорода;
6) снижение видимости в дыму.

2. К сопутствующим проявлениям опасных факторов пожара 
относятся:
1) осколки, части разрушившихся зданий, сооружений, строений, транспортных средств, технологических установок, оборудования, агрегатов, изделий и иного имущества;
2) радиоактивные и токсичные вещества и материалы, попавшие 
в окружающую среду из разрушенных технологических установок, 
оборудования, агрегатов, изделий и иного имущества;
3) вынос высокого напряжения на токопроводящие части технологических установок, оборудования, агрегатов, изделий и иного 
имущества;
4) опасные факторы взрыва, происшедшего вследствие пожара;
5) воздействие огнетушащих веществ.
Охарактеризуем некоторые опасные факторы.
Пламя является одним из опасных факторов. Горение всех 
жидких, газообразных и большинства твердых горючих веществ, 
которые, разлагаясь или испаряясь, выделяют газообразные продукты, сопровождается образованием пламени. Пламя представляет собой узкую светящуюся зону, в которой начинается и заканчивается реакция взаимодействия горючего вещества и окислителя. Таким образом, пламя представляет собой газовый объем, 
в котором происходит процесс горения паров и газов. Основная 
масса веществ горит с образованием пламени, но есть ряд горючих 
веществ, которые горят без образования пламени.
Без пламени горят такие твердые вещества, как графит, антрацит, 
кокс, сажа, древесный уголь. Окисление этих веществ происходит 
с поверхности, так как они не разлагаются при нагревании и не образуют летучих горючих продуктов в виде газов и паров либо образуют 
их в количествах, недостаточных для возникновения горения.
Пламя бывает светящимся и несветящимся. Характер свечения 
пламени при горении веществ зависит от процентного содержания 
элементов в веществе, главным образом углерода, водорода, кислорода и азота.
Свечение пламени при горении органических веществ зависит 
от наличия в нем раскаленных твердых частиц углерода, которые 
не успевают сгорать с образованием угарного и углекислого газа. 
Несветящееся (синее) пламя обычно бывает при сгорании газообразных продуктов, таких как окись углерода, водород, метан, аммиак, сероводород.
Открытое пламя представляет серьезную опасность для человека, так как воздействие пламени на его кожные покровы вызывает ожоги, в некоторых случаях несовместимые с жизнью.

Тепловое излучение пламени. За счет теплового воздействия пламени происходит нагрев еще холодных веществ и материалов, находящихся в зоне пожара, в результате осуществляется их подготовка к процессу горения и их горение, что приводит к увеличению 
размеров пожара, осложнению ситуации, связанной с тушением 
и эвакуацией людей из зоны пожара. Тепловое излучение пламени 
оказывает серьезное воздействие на людей, может вызвать ожоги 
тела, глаз и др. Тепловое воздействие приводит к значительным 
разрушениям, уничтожению материальных ценностей, вызывает 
гибель людей, определяет обстановку на пожаре, создает огромные 
трудности при его ликвидации. При горении технологических установок интенсивность теплового излучения настолько велика, что 
человек без специальных средств защиты подойти к ним ближе чем 
на 10 м не может.
Повышенная температура окружающей среды. В результате выделения теплоты в зоне пожара происходит повышение температуры 
окружающей среды, что приводит к нагреву воздуха. Вдыхание нагретого воздуха вызывает поражение и некроз верхних дыхательных 
путей, удушье и смерть человека. При воздействии температуры 
свыше 100°C человек теряет сознание и гибнет через несколько 
минут.
Тепловое излучение, повышенная температура окружающей 
среды, а также открытое пламя являются факторами, которые очень 
опасны для человека. Воздействие этих факторов может привести 
к ожогам различной степени тяжести у человека. Человек, получивший ожоги второй степени тяжести (поражение 30% поверхности тела), практически не имеет шансов на выживание. Это связано с тем, что температура окружающей среды в зоне пожара может 
увеличиваться до 71°C. При данной температуре человек может получить ожоги второй степени всего за 26 с, а при температуре 100°C 
такие ожоги человек получит уже через 15 с. Кроме того, исследования большого количества пожаров показали [9], что во влажной 
атмосфере, которая характерна для большинства пожаров, вторую 
степень ожога человек может получить при более низкой температуре окружающей среды. Таким образом, установлено, что температура окружающей среды, равная 60–70°C, является опасной для 
жизни человека, находящегося не только непосредственно в зоне 
пожара, но и в местах, удаленных от него, но в которых находится 
нагретый воздух, смешанный с продуктами горения.
Понижение концентрации кислорода. Очень часто гибель людей 
на пожарах связана с пониженной концентрацией кислорода в воздухе.

В условиях пожара горение развивается за счет взаимодействия горючих веществ и материалов с кислородом воздуха, являющимся окислителем. В обычных условиях в атмосферном воздухе 
содержится 21% кислорода, 78% азота и 1% примесей, которые 
не влияют на развитие процесса горения. В условиях пожара при 
сгорании отдельных веществ и материалов концентрация кислорода в воздухе помещения уменьшается, помещение заполняется 
продуктами горения, а поступление новых порций воздуха из окружающей среды в объем помещения затруднено. Снижение концентрации кислорода в помещении всего на 3% вызывает у человека 
ухудшение его двигательных функций, а уменьшение содержания 
кислорода в объеме помещения до 14% считается очень опасным 
для человека.
Дым — это аэрозоль, образуемый жидкими и (или) твердыми 
продуктами неполного сгорания материалов (СТ СЭВ 383–87). Согласно теории горения под дымом понимают дисперсную систему, 
состоящую из мельчайших твердых частиц продуктов горения, 
взвешенных в газообразной среде, которая состоит из воздуха и газообразных продуктов горения.
В зависимости от условий горения могут образоваться продукты 
полного и неполного сгорания. При наличии достаточного количества кислорода и при высокой температуре происходит полное 
сгорание горючего вещества или материала. При этом основным 
продуктом горения является углекислый газ, не способный к дальнейшему горению.
Если же кислорода недостаточно, происходит неполное сгорание горючих веществ и материалов и основным продуктом горения является окись углерод (угарный газ). Окись углерода способна гореть и в соединении с воздухом образовывать взрывчатые 
смеси. Кроме того, она обладает отравляющими свойствами.
Чаще всего в состав дыма входят пары воды, газы, образовавшиеся при горении, и множество мельчайших твердых несгоревших 
частиц (угля, смолистых продуктов и т.п.). Воздух, смешанный 
с дымом, становится непрозрачным, при этом снижается видимость. Кроме того, дым оказывает вредное воздействие на глаза 
и дыхательные пути человека. Большую опасность для жизни людей 
представляют дымовые газы. Углекислый газ (диоксид углерода 
СО2) при достижении концентрации в воздухе, равной 3–4,5% об., 
становится опасным для жизни людей при вдыхании в течение нескольких минут. Это связано с тем, что при попадании в организм 
человека углекислый газ блокирует гемоглобин крови, оказывая 
токсическое воздействие, таким образом нарушается процесс по