Исследование защитных свойств боевой одежды пожарного

УДК 614.847.9

ИССЛЕДОВАНИЕ ЗАЩИТНЫХ СВОЙСТВ БОЕВОЙ ОДЕЖДЫ ПОЖАРНОГО

Д.В. Сорокин, А.Л. Никифоров, И.Ю. Шарабанова

Ивановская пожарно-спасательная академия ГПС МЧС России

Статья является литературным обзором по проблеме влияния температурно-влажностного режима подкостюмного пространства боевой одежды пожарного на ее защитные свойства. Приведены статистические данные, из которых следует, что одной из основных причин гибели и травмирования работников пожарной охраны является воздействие высокой температуры. Приведены также условия получения пожарными травм в результате теплового воздействия и определены причины получения местных ожоговых травм при работе в боевой одежде. Приводится информация о неравномерном прогреве боевой одежды при стендовых испытаниях в сравнении с наиболее характерными участками тела для получения ожоговых травм. В дальнейшем предлагается более детальное рассмотрение данного вопроса путем проведения исследования по определению наиболее уязвимых участков тела пожарного в условиях, приближенных к условиям пожара.

Ключевые слова: боевая одежда пожарного, пакет материалов, температурно-влажностный режим, температура, тепловой поток, тепловой удар, термический ожог.

Усложнение работы пожарного, связанное с техническим прогрессом в промышленности, строительстве и других отраслях экономики, требует постоянного роста его профессионального мастерства, а также современного технического оснащения для обеспечения безопасности при тушении пожаров. Следует отметить, что особую актуальность приобретают вопросы, связанные с совершенствованием средств индивидуальной защиты пожарного, в частности боевой одежды (далее -БОП).

Необходимость проведения исследований в данной области продиктована статистикой гибели и травмирования работников пожарной охраны в период 2011-2015 гг. и за 9 мес. 2016 г. Так на пожарах за указанный период погиб 41 пожарный и 377 получили травмы. Основной причиной гибели пожарных (27%) стало воздействие высокой температуры [1]. Параметры окружающей среды на пожаре всегда различны и обусловлены множеством факторов: видом горючей нагрузки, стадией пожара, объемно-

планировочным исполнением здания, видом применяемых огнетушащих веществ и др. Пожарным, работающим в помещениях, где происходит горение, в первые секунды достаточно сложно определить уровень воздействия теплового потока и температуры окружающей среды.

Пожарный принимает решение о возможности дальнейшего пребывания в опасной зане, ориентируясь только на органы чувств. Однако, находясь в состоянии нервно-эмоциональной напряженности, для которого характерно снижение работоспособности и эффективности функционирования органов и систем, становится трудно оценивать уровень опасности. Результатом повышенного теплового воздействия может быть получение таких травм, как тепловой удар или термический ожог.

Получение травмы пожарным, работающим в звене ГДЗС, приводит к выводу из строя всего звена и, как следствие, к невыполнению поставленной задачи. К тому же потеря сознания в результате перегревания одного из пожарных значительно осложняет вы-

ход звена из опасной зоны. Основной причиной потери сознания пожарным является тепловой удар, возникающий в результате общего перегревания организма при длительном воздействии высокой температуры окружающей среды. При перегревании и чрезмерном потоотделении организм теряет большое количество жидкости, кровь сгущается, нарушается равновесие солей в организме, что приводит к кислородному голоданию тканей, в частности головного мозга.

Рассмотрим более подробно условия получения теплового удара. Тепловой удар наступает при повышении температуры воздуха сверх 35°С, его относительной влажности выше 8090%. В этих условиях в результате приближения относительной влажности к 100% резко падает или прекращается теплоотдача. Возникновению теплового удара способствует увеличение теплопроизводства во время тяжелой мышечной работы. Следует учесть, что опасное перегревание организма при почти 100%-ной относительной влажности, прекращающей потоотделение, может наступить во время интенсивной мышечной работы даже при невысокой температуре воздуха — 20-25°С. Ско-

рость наступления перегревания организма и степень перегревания при нарушении терморегуляции, приводящие к тепловому удару, различны у разных людей и зависят не только от внешних факторов, но и от индивидуальных особенностей человека [2].

Вышеизложенное свидетельствует о возможности нарушения состояния здоровья пожарного на пожаре, еще до достижения предельно допустимого нормативного значения температуры в подкостюмном пространстве БОП (50 °С) [3]. Вопрос изучения условий и причин возникновения теплового удара у пожарных требует детальной дополнительной проработки.

Перегревание определенного участка тела пожарного в результате высокого термического воздействия может привести к термическому ожогу. Общеизвестно, что местное повышение температуры тканей до значений более чем 50 °С приводит к гибели клеток и развитию ожога. Необходимо отметить, что даже при минимальном контакте повреждающего агента с кожей возникают глубокие ожоги. В частности, при температуре воды 70 °С воздействие на кожу в течение 1 сек вызывает глубокое ее поражение (таблица 1).

Время Температура повреждающего агента

10 мин 49°С

5 мин 50°С

1 мин 52,5°С

30 с 54°С

5 с 60°С

1 с 70°С

Таблица 1

Параметры получения термического ожога 2 степени

В научном отчете [4] приведен обзор 24 случаев получения пожарными ожогов и выявлены характерные для получения ожогов участки тела: плечи (особенно в местах прилегания плечевых ремней дыхательного аппарата), руки, бедра, локтевые и коленные суставы. Было отмечено появление ожогов в местах расположения светоотражающих лент БОП. (рис. 1.) В ходе анализа литературных источников [4-9] были выявлены следующие основные причины снижения теплозащитных свойств боевой одежды:

- повышенная влажность пакета материалов БОП, возникающая при внешнем воздействии огнетушащих веществ и внутреннем увлажнении, в результате повышенного потоотделения пожарного, во время выполнения тяжелой работы при высоких температурах;

- уменьшение толщины теплоизолирующего слоя БОП в результате механического воздействия. Сжатие пакета материалов происходит при сгибании коленных и локтевых суставов в сидячем положении, при воздействии веса дыхательного аппарата на область плеч, слипании пакета материалов в результате многократных механических и термических воздействий, что приводит к отсутствию воздушной прослойки между материалами и, как следствие, к снижению теплозащитных свойств;

- повышенная теплопроводность светоотражающих лент и логотипов;

- термическая деструкция материалов БОП, которая может протекать без видимых изменений внешнего слоя и приводить к значительному снижению тепловой устойчивости материалов.

Рис. 1. Ожог на уровне светоотражающей ленты

Разработка современного комплекта БОП невозможна без понимания механизмов воздействия опасных факторов пожара на человека, а именно понимания системы «Окружающая среда-БОП-Человек». На сегодняшний день испытания БОП проводятся в соответствии с ГОСТ Р 53264-2009 [3] и показывают соответствие общим техническим требованиям. Однако данные испытания условно моделируют нагрузки, которые будет испытывать БОП в процессе эксплуатации на пожаре. В частности, не учитывают влияние на нее температурно-влажностного режима подкостюмного пространства и внешнее воздействие огнетушащих веществ при тепловых испытаниях. Также не учитывается уровень защитных свойств пакета материалов БОП после многократных механических и термических воздействий.

В работе [5] приведены результаты экспериментов по определению влияния температурно-влажностного режима внутреннего пространства тер-моагрессивостойких костюмов (ТАСК) на их теплозащитные свойства. Результаты показывают, что при выполнении тяжелой работы в течение 25 минут значение коэффициента теплопроводности теплоизоляционного защитного пакета материалов ТАСК повышается более чем в 2 раза, т. е. при выполнении пожарным оперативно-тактических задач, связанных с воздействием повышенных тепловых потоков, происхо-

Площади участков наибольшего

дит сокращение нормируемого времени защитного действия. Основной причиной этого является повышение влажности пакета материалов за счет выделения продуктов метаболизма человека.

Исходя из приведенных данных, можно предположить, что значение коэффициента теплопроводности пакета материалов БОП в реальных условиях эксплуатации будет значительно выше, чем у ТАСК, так как БОП не является комплектом специальной одежды изолирующего типа и на защитные свойства значительно влияют внешние факторы окружающей среды (воздействие огнетушащих веществ).

В работе [5] были также определены участки тела человека с наибольшим потоотделением при интенсивной работе в ТАСК (таблица 2). Одним из этапов испытания БОП в соответствии с [3] является проведение испытаний на стенде «Термоманекен». Стенд «Термоманекен» предназначен для комплексной оценки параметров тепловой устойчивости различных видов специальной защитной одежды пожарного, в том числе и БОП.

В процессе испытаний на стенде изделия подвергаются воздействию внешних тепловых нагрузок (теплового потока и открытого пламени), при этом изменяются значения нагрузок и времени воздействия. Измерение показателей теплового потока и температуры производится в 11 точках подкостюм-ного пространства СЗО.

Таблица 2

потоотделения на теле человека при его в ТАСК

Участки тела человека Потоотделение (^п/Б)*

Стопы менее 0,1 г-см

Голень 0,1 г-см-2

Лоб, предплечье, грудь 0,15 г-см-2

Затылок, плечи, бедра 0,2 г-см-2

Спина более 0,2 г-см-

*'^п-влагопотери, Б - площадь.

Результаты стендовых испытаний БОП двух видов (с материалом верха с полимерным пленочным покрытием и без него), приведенные в работе [9], показывают, что при воздействии теплового потока (5 кВт-м- ) температура в подкостюмном пространстве БОП не превышает 50°С в течение нормативного времени.

Наибольшие температурные значения наблюдались в следующих точках контроля:

для БОП с материалом верха с полимерным покрытием: лоб, стопа, предплечье, грудь, поясница;

для БОП с материалом верха без полимерного покрытия: голень, бедро, стопа, грудь, кисть [0]. Как уже было отмечено, прогрев пакета материалов БОП происходит неравномерно по ряду приведенных выше факторов.

Еще одним важным аспектом, в распределении температур в пакете материалов БОП, является положение пожарного при тушении очага пожара. Тушение пожара и передвижение пожарных в помещении, как правило, производится в положении «сидя» или «лежа» и крайне редко «стоя», что обусловлено распределением температур в помещении (температура в припото-лочном слое на порядок выше, чем на уровне пола) и плотным задымлением в зависимости от положения нейтральной зоны.

Участки БОП с наибольшей температурой подкостюмного пространства в результате испытания, приведенные в работе [9], и характерные точки получения ожогов при тушении пожаров, приведенные в работе [4], весьма разнятся.

Данный вопрос создает определенные предпосылки для проведения исследования, по определению наиболее уязвимых участков тела пожарного при работе в БОП в условиях, максимально приближенных к реальным.

Исследование по определению наиболее уязвимых участков тела пожарного, в реальных условиях работы на пожаре, позволит определить влияние человека и окружающей среды на защитные свойства БОП и разработать рекомендации к конструктивному исполнению и составу материалов специальной одежды пожарного.

Однако данная идея имеет сложный характер, в плане реализации ее на практике. Для реализации исследования необходима разработка системы контроля параметров температурно-влажностного режима подкостюмного пространства, специальной защитной одежды пожарного, с возможностью дистанционной передачи информации.

Одним из вариантов реализации данной идеи является проведение натурного эксперимента в огневом симу-ляторе ПТС «Уголек М». Огневой учебно-тренировочный комплекс ПТС «Уголек М» предназначен для проведения практических занятий и тренировок по отработке навыков действия в условиях опасных факторов пожара, таких как задымление, высокая температура, открытое пламя, тепловое излучение, возникающих при сгорании в топке твердого топлива (рис. 2).

Комплекс позволяет проводить занятия, с воздействием опасных факторов пожара, в воспроизводимых и контролируемых условиях, и обеспечивает безопасность занятий, за счет возможности контроля и управления газовыми потоками и подачи огнетушащих средств.

Учебно-тренировочный комплекс позволяет создавать условия, максимально приближенные к условиям пожара с воздействием высоких температур (до 800 °С) и получением объемной вспышки и выброса пламени [10].

Рис. 2. Огневой учебно-тренировочный комплекс ПТС «Уголек М»

Для контроля температур участков тела пожарного при проведении эксперимента предлагается использовать термометрические полоски «Tes-toAGD-79849 Lenzkirch» с измерительным диапазоном +37...+65°С. Полоски имеют погрешность измерения температур 1,5°С и необратимо изменяют цвет за 2 секунды. Измерение планируется проводить во время всей тренировки в течение 30 мин.

Таким образом, планируемое исследование позволит определить наиболее уязвимые участки тела пожарного, при работе в БОП, в условиях, максимально приближенных к условиям работы на пожаре.

Позволит также увидеть влияние продуктов метаболизма человека на распределение температур в БОП, при повышенных температурных воздействиях.

Сравнительный анализ результатов планируемого эксперимента и стендового испытания БОП [9] даст возможность выявить общие закономерности.

ЛИТЕРАТУРА

1. Выписка из федеральной базы данных «Пожары». Основные статистические показатели по пожарам, произошедшим в 20112015 гг. и за 9 мес. 2016 г. в Российской Федерации. ВНИИ ПО. 2016 г.

2. Тепловой и солнечный удары [Электронный ресурс]. - Режим доступа:

http:// nauka03.ru / mekhanizmy- teploregulvatsi / teplovoj -i-solnechnyj -udarv.html

3. ГОСТ Р 53264-2009. Техника пожарная. Специальная защитная одежда пожарного. Общие технические требования. Методы испытаний. Национальный стандарт Российской Федерации. М.:Стандартинформ, 2009. 37 с.

4. Final Report of Thermal Capacity of Fire Fighter Protective Clothing. Fire Protection Research Foundation. 2008. 37 pp.

5. Михайлов Е.С., Логинов В.И. Влияние температурно-влажностного режима внутреннего пространства термоагрессивостойких костюмов на их теплозащитные свойства // Пожарная безопасность. 2014. №1. С. 56- 62.

6. Гусаров А.М., Кузнецов А.А., Н.М. Дмитракович Н.М. Прогнозирование температуры на внутренней поверхности пакета мате-

риалов боевой одежды пожарного при многоцикловом тепловом воздействии //Чрезвычайные ситуации: предупреждение и ликвидация. 2012. №2,С.140 - 147.

7. Кузнецов А.А., Исследование изменения защитных свойств боевой одежды пожарных при многоцикловых эксплуатационных воздействиях // Вестник Витебского государственного технологического университета. 2014. №2. С. 38 - 445.

8. Архиереев К.Э., Игнатова И.Д., Логинов В.И. Исследования по определению возможности увеличения срока службы боевой одежды пожарного // Пожарная безопасность. 2014. №4. С. 61 - 65.

9. Логинов В.И., Игнатова И.Д., Архиереев К.Э. Результаты испытаний специальной защитной одежды пожарного на стенде «Термоманекен» // Пожарная безопасность. 2011. №3. С. 89 - 93

10. Руководство по эксплуатации «Комплекс учебно-тренировочный огневой ПТС «Уголек» - М»ПТС 198А.00.00.000 РЭ. 26 с.

Рукопись поступила в редакцию 16.03.2017

RESEARCH OF PROTECTIVE PROPERTIES OF FIGHTING CLOTHES OF THE FIREMAN

D. Sorokin, A. Nikiforov, I.Sharabanova

The article is the literary review on an influence problem of influence of temperature and humidity mode of podcasting spaces of fighting clothes of the fireman on its protective properties. Statistical data from which follows are cited, that one of principal causes of destruction and injury of workers of fire protection is high temperature influence. Conditions of reception by firemen of injuries as a result of thermal influence are resulted also and the reasons of reception of local burn injuries are defined at work in fighting clothes. The information on non-uniform warming up of fighting clothes at bench tests is resulted in comparison with the most typical sites of a body for reception of burn injuries. Further more detailed consideration of this point in question is offered by research carrying out by definition of the most vulnerable sites of a body of the fireman in the conditions, of approached to fire conditions.

Key words: fighting clothing fire, complex of materials, temperature and humidity mode, temperature, heat flux, thermal shock, thermal scald.