Materiały szkoleniowe bogusław Sygit, Piotr Guzewski



Pobieranie 134.59 Kb.
Data08.05.2016
Rozmiar134.59 Kb.

Czynniki konstrukcyjne determinujące pożary samochodów osobowych…

MATERIAŁY SZKOLENIOWE

Bogusław Sygit, Piotr Guzewski

Czynniki konstrukcyjne determinujące pożary samochodów osobowych i ich ustalanie
w praktyce śledczej

Streszczenie

Przedmiotem opracowania jest omówienie: 1) zmian w konstrukcji współczesnych pojazdów oraz w stosowanych materiałach do ich wytwarzania, 2) wpływu znajomości tych zmian przez organy śledcze na poprawę efektywności dokonywanych oględzin spalonych pojazdów i w efekcie na ustalanie przyczyn pożarów. Autorzy wyjaśniają również dynamikę rozwoju pożaru oraz zakres wypalania się materiałów palnych w konstrukcji pojazdów.

Wstęp

Analizując rozwój pożaru w samochodzie oraz ustalając przyczynę jego zaistnienia, należy wziąć pod uwagę szereg okoliczności, które determinują zarówno możliwość jego powstania, jak i rozprzestrzenienia się w przestrzeni samochodu. Analiza rozwoju pożaru powinna uwzględniać specyfikę wynikającą z konstrukcji pojazdu, analizę śladów pożarowych i warunków wentylacji oraz zbioru warunków zewnętrznych, w których doszło do jego powstania1. Nieuwzględnienie tych czynników lub ich pobieżne rozpoznanie i badanie może być przyczyną poważnych błędów w formułowaniu hipotez oraz wniosków końcowych co do przyczyny pożaru, jego rozwoju czy też nieoczekiwanego rozprzestrzenienia się.

W artykule zostaną omówione wybrane zagadnienia dotyczące konstrukcji pojazdów oraz materiałów wykorzystywanych do ich produkcji, których znajomość jest niezbędna do zrozumienia zjawisk towarzyszących pożarom współczesnych samochodów osobowych. Zakres zagadnień wybrano głównie pod kątem wyjaśnienia dynamiki rozwoju pożaru oraz szybkości wypalania się materiałów palnych w konstrukcji przeciętnego pojazdu.

1. Nowe materiały i technologie

Jednym z najważniejszych czynników, które wpłynęły w ostatnich latach na zmianę dynamiki rozwoju pożaru w samochodach osobowych (i nie tylko) jest wzrost obciążenia ogniowego w konstrukcji przeciętnego pojazdu, który ma bezpośrednie przełożenie na szybkość rozwoju pożaru oraz czas niezbędny do całkowitego spalenia palnych elementów jego wyposażenia. Rozwój nowych technologii, zastosowanie nowych materiałów, głównie tworzyw polimerowych, przyczynia się m.in. do zmniejszenia masy pojazdu i obniżenia zużycia paliwa. Z drugiej jednak strony materiały te przyczyniają się do zwiększenia udziału procentowego palnych elementów w masie całkowitej pojazdu. Konsekwencją tego jest stały wzrost obciążenia ogniowego w nowych konstrukcjach w porównaniu z wcześniejszymi modelami (zob. tabelę 1 oraz ryc. 1). Zastosowanie tworzyw sztucznych przyczyniło się do wzrostu obciążenia ogniowego oraz do wzrostu zagrożenia pożarowego „nie tylko ze względu na ich łatwopalność oraz wydzielanie dymu, ale przede wszystkim na toksyczność tego dymu”2.


Tabela 1. Tworzywa polimerowe i guma w pojazdach osobowych w [kg] 3


Materiał/Rok

1975

1979

1985

1990

1995

Tworzywa polimerowe

76,2

86,6

114,3

117,9

136,0

Guma

72,6

64,9

81,6

54,0

54,0


Zastosowanie stopów magnezowych, np. na obudowy korpusów silników oraz głowic zaworowych, tarcz kół pojazdów itp., przyczyniło się do powstania nowych, specyficznych zagrożeń podczas działań ratowniczo-gaśniczych oraz błędów popełnianych przez ekspertów przeprowadzających badanie pojazdu po pożarze. Stopy z dużym udziałem procentowym magnezu podczas pożaru w przypadku podania wody powodują gwałtowny wzrost intensywności spalania połączony z wyrzutem płomieni4. Wyrzut płomieni może przyczynić się do gwałtownego rozprzestrzenienia się ognia oraz stanowi poważne zagrożenie dla osób przebywających w pobliżu palącego się pojazdu. Palne właściwości stopów magnezowych prowadzą w niektórych okolicznościach do całkowitego „zniknięcia” elementów i podzespołów w pojeździe po pożarze. Podczas badania pojazdu w związku z ustaleniami dotyczącymi przyczyny pożaru może to być mylnie interpretowane jako np. niekompletność pojazdu przed pożarem, lub może być błędnie utożsamiane z miejscem źródła pożaru z uwagi na rozległy stan zniszczeń w konstrukcji pojazdu.

Główne grupy materiałów palnych we współczesnych samochodach osobowych to:

  • elementy wykonane z tworzyw polimerowych,

  • elementy wykonane z gumy,

  • paliwo,

  • palne płyny eksploatacyjne w różnorodnych układach pojazdu: płyn w układzie hamulcowym, płyn w układzie kierowniczym, olej silnikowy5 (tabela 2),

  • inne tworzywa, np. masy bitumiczne zabezpieczające podwozie pojazdu, przewożone towary i palne materiały itp.

Wystarczy tylko prześledzić rosnący udział tworzyw polimerowych w pojazdach osobowych przy równoczesnym spadku całkowitego ciężaru pojazdu w okresie np. ostatnich trzydziestu lat, aby zauważyć, że udział materiałów palnych we współczesnym pojeździe jest wielokrotnie większy niż we wcześniejszych latach. Obecnie może on dochodzić nawet do wartości rzędu 40% całkowitej masy pojazdu. Ocenia się, że udział tylko samych tworzyw sztucznych w budowie samochodów w najbliższych latach osiągnie wskaźnik 40%6. Oczywiście ta tendencja ma istotny wpływ na dynamikę rozwoju pożaru w pojazdach silnikowych.


kanwa 2





















Ryc. 1. Zależności pomiędzy masą, obciążeniem ogniowym, dynamiką rozwoju pożaru, czasem spalenia samochodu osobowego w funkcji czasu.


Płyny eksploatacyjne, z których większość ulega spalaniu7, to przeciętnie ok. 7 dm3. Do tego należy doliczyć paliwo w ilości, jaka znajdowała się w chwili zaistnienia pożaru w instalacji paliwowej pojazdu. Pojemności zbiorników paliwowych w zależności od producenta i modelu pojazdu mieszczą się w przedziale od kilkudziesięciu do 100 dm3. Niektóre modele pojazdów osobowych mają dwa zbiorniki paliwowe o różnej pojemności i łącznej objętości magazynowanego paliwa do ok. 140 dm3.

2. Tworzywa polimerowe

Tworzywa sztuczne to szeroka grupa wielkocząsteczkowych związków organicznych określanych ogólnym terminem „polimery”. W grupie materiałów polimerowych tworzywa sztuczne są związkami niewystępującymi w naturalnym stanie w przyrodzie. Otrzymywane są przez człowieka w procesach polimeryzacji, poliaddycji, polikondensacji8. Historia tworzyw polimerowych sięga II połowy XIX wieku. Jednym z pierwszych syntetycznych polimerów organicznych, który znalazł szerokie zastosowanie na początku XX wieku, był „bakelit”9, czyli tworzywo fenolowo-formaldehydowe stosowane w tamtym okresie na obudowy np. radioodbiorników i telefonów oraz w elektroenergetyce.


Tabela 2. Przybliżone wartości temperatury zapłonu, temperatury samozapłonu oraz punktu wrzenia dla reprezentatywnych cieczy palnych stosowanych w pojazdach silnikowych10


Rodzaj płynu

Temperatura [oC]

Punkt

wrzenia

[oC]

Zapłonu

Samozapłonu

Etylina

–40

454

38–204

Olej napędowy

49

232

149–302

Olej silnikowy

204

316

360

Olej przekładniowy

204

388

371

Płyn hamulcowy

149

288

232

Płyn z układu kierowniczego

177

brak danych

brak danych

Płyn chłodniczy (glikol etylenowy)

110–132

399

177–199

Płyn do spryskiwaczy

32

454

Bd.


Polimery11 to związki złożone, zbudowane z wielokrotnie powtórzonych jednostek zwanych merami12, które z kolei są najprostszym, stale powtarzającym się fragmentem, jaki da się wyróżnić w wielocząsteczkowym polimerze. Liczba pojedynczych merów w makrocząsteczce, określająca również stopień polimeryzacji, jest zwykle większa od 100, a masa cząsteczkowa polimeru to ponad 10 tysięcy jednostek masy atomowej. Za monomery uważa się związki małocząsteczkowe o masie cząsteczkowej poniżej 10013. Przykładem najprostszego polimeru jest polietylen (PE), którego merem jest grupa [– CH2 –]. Na skalę przemysłową polietylen otrzymywany jest w procesie polimeryzacji etylenu [– CH2  CH2 –]:


nCH2  CH2 ­­ [– CH2 – CH2 –]n

etylen polietylen


Tworzywa sztuczne ze względu na swoje szczególne właściwości mogą stać się zamiennikiem praktycznie każdego materiału naturalnego wykorzystywanego przez człowieka w produkcji różnego rodzaju wyrobów. Z uwagi na kurczące się zasoby surowców naturalnych lub też wysokie koszty ich pozyskania coraz częściej sięga się obecnie do technologii otrzymywania tworzyw sztucznych, które są dobrze opanowane i pozwalają uzyskać materiały o praktycznie każdej wymaganej charakterystyce. O dynamice rozwoju produkcji tworzyw sztucznych świadczą nie tylko raporty wskazujące na rosnącą z roku na rok produkcję, ale również obserwacje zmieniającego się otoczenia. W okresie ostatnich 60 lat światowa produkcja tworzyw wzrosła z 1,5 miliona ton w roku 1950 do 230 mln ton w roku 200914. W każdej dziedzinie życia obserwujemy rosnący udział wykorzystania tworzyw, które z uwagi na swoją trwałość są również źródłem nowego zagrożenia dla środowiska naturalnego. Trudno obecnie wymienić dziedzinę, w której tworzywa nie odgrywałyby, jeśli nie kluczowej, to choćby pomocniczej roli.

Na rynku europejskim główne sektory wykorzystania tworzyw sztucznych to przemysł opakowaniowy (39,0%), budowalny (20,6%), motoryzacyjny (7,5%) oraz elektryczny i elektroniczny (5,6%). Pozostałe sektory, takie jak: rolnictwo, przemysł maszynowy, sport i rekreacja wykorzystują dalsze 27,3% produkowanych tworzyw sztucznych (ryc. 2)15.

W grupie tworzyw sztucznych największy udział mają polipropylen (PP) (19%), polietylen (PE) (17%), polichlorek winylu (PVC) (12%), polistyren stały (PS) i spieniony (EPS) (8%) oraz politereftalan etylenu (PET) (6%), które pokrywają blisko 74% zapotrzebowania na tworzywa w Europie (ryc. 3)16.

Na rynku światowym najczęściej wykorzystuje się poliolefiny17, które stanowią prawie 50% globalnego popytu na tę grupę tworzyw polimerowych18.














Ryc. 2. Główne sektory wykorzystania tworzyw sztucznych w Europie (2010).














Ryc. 3. Zapotrzebowanie na tworzywa sztuczne w Europie (2010).

3. Palność tworzyw sztucznych

Tworzywa sztuczne mają niezliczone zalety, które umożliwiają ich szerokie zastosowanie praktycznie w każdej dziedzinie naszego życia. Są lekkie, trwałe, odporne na korozję, mają właściwości hydrofobowe, dają się łatwo kształtować oraz łączyć i barwić. Oprócz zalet mają też swoje wady, do których zaliczyć można ograniczoną wytrzymałość mechaniczną, podatność na starzenie19 oraz małą stabilność termiczną20, a także zbyt dużą palność21. O ile pierwsze dwie można przewidzieć i uwzględnić na etapie projektowania konstrukcji22 czy też określonego zastosowania23, o tyle ostatnia wymieniona wada stwarza problemy w przypadku wystąpienia w obiekcie zdarzenia losowego, jakim jest np. pożar24.

Rosnące wymogi dotyczące bezpieczeństwa – wymuszane przepisami państwowymi oraz dyrektywami unijnymi – powodują, że stosuje się obecnie w szerokim zakresie technologie zwiększające odporność materiałów polimerowych na oddziaływanie ognia oraz ograniczające ich palność do poziomu określonego wymogami bezpieczeństwa pożarowego. Dynamiczny rozwój rynku tworzyw sztucznych spowodował rozwój badań nad opracowaniem związków ograniczających ich palność. Opracowano związki redukujące zdolność do podtrzymywania i rozprzestrzeniania płomieni określane ogólną nazwą antypireny lub też retardanty płomienia. Literatura opisuje blisko 175 związków chemicznych o udowodnionym działaniu ograniczających właściwości palne, które podzielono na cztery główne grupy: związki nieorganiczne, związki halogenowe, związki fosforoorganiczne, związki azotowe25. Pomimo dużego wysiłku naukowców nie udało się jednak całkowicie zlikwidować palnej natury związków polimerowych, które oparte są na najbardziej palnych składnikach w przyrodzie jakimi są węgiel i wodór. Retardanty płomienia opóźniają rozwój pożaru oraz wydłużają czas do chwili wystąpienia pełnego spalania flashover, dając tym samym blisko 15-krotnie więcej czasu na ewakuację ludzi z zagrożonego obiektu26. Jednak są to nadal materiały palne i w rozwiniętym pożarze są znaczącym źródłem energii pożaru.

4. Mechanizm spalania materiałów polimerowych

W procesie palenia większości tworzyw sztucznych można wyróżnić trzy podstawowe etapy: ogrzewanie materiału, rozkład termiczny (piroliza) i zapłon lub zapalenie. Spalanie materiałów polimerowych rozpoczyna się od miejscowej pirolizy wywołanej zewnętrznym źródłem energii. W jej wyniku dochodzi do rozkładu termicznego materiału i wydzielania małocząsteczkowych produktów gazowych, które mieszając się z powietrzem z otoczenia, tworzą mieszaninę. Zapalenie mieszaniny możliwe jest wówczas, gdy powstałe z rozkładu termicznego gazy osiągną stężenie w zakresie granic zapalności i temperaturę równą temperaturze zapalenia gazów zawartych w mieszaninie. Dalsze podtrzymanie procesu spalania uzależnione jest od bilansu energetycznego układu, a więc ilości ciepła wytwarzanego przez palący się materiał, które niezbędne jest do dalszego rozkładu termicznego i ilości ciepła oddawanego do otoczenia.

W trakcie pirolizy i spalania materiałów polimerowych przebiegających w zakresie temperatur od 500oC do 700oC tworzy się warstwa porowatego koksu. W miarę postępu spalania koks powstaje w coraz głębszych warstwach materiału i utlenia się w kontakcie z powietrzem. Widocznym objawem utleniania koksu jest żarzenie, które przebiega aż do całkowitego spalenia materiału27.

Skutkiem nagrzania polimeru może być również jego topnienie. Krople materiału, topiąc się, pochłaniają część energii cieplnej, co wpływa na obniżenie temperatury materiału i tym samym ma również wpływ na czas zapłonu i szybkość palenia. Topiące się krople polimeru mogą ulegać spalaniu i tym samym stanowić źródło rozprzestrzenienia się ognia28. Taki mechanizm rozprzestrzenienia pożaru wielokrotnie obserwowano podczas pożarów, np. dachów w wielkokubaturowych obiektach przemysłowych i magazynowych, w których konstrukcji zastosowano materiały polimerowe. Ten sam mechanizm rozprzestrzeniania ognia można również zauważyć podczas pożarów współczesnych pojazdów. Spalanie w komorze silnika prowadzi do szybkiego pojawienia się pod podwoziem ognisk palących się kropli topiącego się tworzywa polimerowego z obudów różnych podzespołów silnika. Również przewody paliwowe wykonane w wielu pojazdach z materiałów polimerowych na skutek szybkiego przepalenia doprowadzają do wycieku paliwa poza układ paliwowy, przyczyniając się do wzrostu dynamiki rozwoju pożaru i zakresu (zasięgu) zniszczeń w konstrukcji pojazdu.

Retardanty powodują podniesienie energii niezbędnej do zapoczątkowania procesu spalania29, jednak nie zabezpieczają całkowicie przed możliwością zapalenia się polimeru i jego dalszego spalania30.

5. Tworzywa polimerowe w samochodach

Tworzywa polimerowe znajdują się obecnie praktycznie w całej konstrukcji samochodu osobowego (tabela 3). Począwszy od przednich zderzaków, przez przedział silnikowy, pasażerski i bagażnika, podwozie, nadwozie, a skończywszy na zderzakach tylnych. Niektórzy producenci stosują tworzywa również na wybrane elementy nadwozia, np. koncern Renault (błotniki, nadkola). W największym zakresie tworzywa polimerowe znalazły zastosowanie w przedziale pasażerskim, gdzie przeciętnie znajduje się ok. 65% masy wszystkich tworzyw polimerowych zastosowanych w konstrukcji współczesnego samochodu. Pozostała masa tworzyw polimerowych znalazła wykorzystanie w niżej wymienionych miejscach pojazdu (ryc. 4):

  • nadwozie – ok. 15%,

  • układ napędowy – ok. 10%,

  • osprzęt elektroniczny – ok. 5%,

  • podwozie – ok. 5%31.

Przeciętny samochód osobowy z początku lat 90. XX wieku ważący ok. 1000 kg składa się z 73% metali, 9% tworzyw polimerowych, 4% gumy i 3% szkła. Pozostałe 11% to inne materiały, w tym głównie płyny eksploatacyjne, powłoki lakiernicze itp. Nadwozie wraz z wyposażeniem to blisko 60% masy całkowitej pojazdu i tutaj największy udział wagowy mają tworzywa polimerowe32. Udział tej grupy materiałów w masie własnej pojazdu z roku na rok rośnie33.

Zgodnie z badaniami przeprowadzonymi w Głównym Instytucie Górnictwa w Katowicach „udział tworzyw sztucznych w masie samochodów produkowanych w latach 1980–1990 wynosił 7,5%, w samochodach produkowanych w latach 1991–2004 wynosił 17%, a w samochodach produkowanych w latach 2005–2015 ocenia się, że zwiększy się do ok. 38%”34.

Tabela 3. Materiały polimerowe w pojazdach osobowych – zastosowanie35


Element

Stosowane tworzywa
polimerowe

zderzak, spoiler

PP, PP/PE PP/EPDM + talk

osłona deski rozdzielczej

HCPP, PP, ABS/PC

obudowa i klosz reflektora

PC, ABS

zbiornik płynów

HDPE, PE

obudowa i klosz kierunkowskazów

ABS, PMMA, PC

płyty drzwiowe, osłony, kieszeń

PP, ABS, PP/PE

kanały i kratki wentylacyjne

PP, HDPE, ABS, PC+ABS

nadkole

PP

kołpaki

ABS, PA

podstawa tablicy rejestracyjnej

PS, PP

wykładzina podłogowa i bagażnika

PP, PES, PE

listwa boczna

PP

części wewnętrzne

HCPP

półka tylna i przednia

PP, PP/EPDM, ABS

obudowa filtra powietrza

PP T, PP/EPDM

fotele

PUR elastyczna

















Ryc. 4. Wykorzystanie tworzyw polimerowych w konstrukcji współczesnego samochodu osobowego.


Stały wzrost udziału tworzyw polimerowych oraz innych materiałów palnych w konstrukcjach pojazdów ma duży wpływ na zmianę charakterystyki rozwoju pożarów, które zaobserwowano w ostatnich latach. Pożary współczesnych pojazdów przebiegają w odmienny sposób niż pożary pojazdów starszych roczników. Przede wszystkim charakteryzują się one dużą dynamiką rozwoju, z krótkim czasem do osiągnięcia momentu, w którym cała bryła pojazdu ulega spalaniu. Podczas tej fazy pożaru temperatura spalania przy zastosowaniu obecnych materiałów palnych dochodzi nawet do ok. 1000oC36. Podczas badań prowadzonych w skali rzeczywistej odnotowano nawet temperatury rzędu 1100oC37. Powyższe spowodowało, że czas niezbędny do całkowitego wypalenia materiałów palnych w konstrukcji współczesnych pojazdów uległ znacznemu skróceniu. Należy jednak zauważyć, że podobnie jak w odniesieniu do starszych modeli pojazdów, rozwój pożaru w pojazdach współcześnie wyprodukowanych uzależniony jest od warunków, w których przebiega (miejsce, temperatura powietrza, kierunek i siła wiatru, warunki wentylacji przedziałów pojazdu itp.).

6. Czynniki konstrukcyjne determinujące przebieg pożaru w pojeździe

Zmiany w technologii wytwarzania pojazdów nie pozostają bez wpływu na bezpieczeństwo podczas zdarzeń losowych. Chociaż zdecydowana większość wdrażanych rozwiązań poprawia stan bezpieczeństwa, to jednak zdarzają się i takie, które mogą w istotny sposób wpłynąć na rozwój pożaru pojazdu lub wzrost zagrożenia jego powstania w określonych sytuacjach. Jednym z przykładów takich rozwiązań są zbiorniki na paliwo ciekłe oraz przewody paliwowe wykonywane z tworzyw polimerowych. W przypadku zdarzeń losowych, do jakich zaliczyć należy np. wypadek komunikacyjny lub pożar, dochodzi w niektórych przypadkach do szybkiego wycieku paliwa poza układ na skutek pęknięcia lub przepalenia zbiornika paliwowego lub przewodów paliwowych. Rozlanie paliwa pod pojazdem w przypadku już trwającego pożaru intensyfikuje jego rozwój, a w przypadku, gdy jeszcze nie doszło do pożaru, stanowi poważne zagrożenie jego wystąpienia. W związku z powyższym w badaniu pojazdu po zaistniałym pożarze należy uwzględniać możliwe różnice w stopniu wypalenia określonych partii pojazdu, spowodowane np. rozszczelnieniem elementów układu paliwowego.

Kolejnym czynnikiem przyczyniającym się do wzrostu dynamiki rozwoju pożaru w pojeździe jest gęstość upakowania podzespołów w przedziale silnikowym, w przestrzeni deski rozdzielczej pojazdu itp., których obudowy oraz konstrukcja w przeważającej mierze wykonana jest z tworzyw polimerowych. Duża ilość elektroniki i przewodów elektrycznych przyczynia się do wyjątkowo szybkiego rozprzestrzenienia się pożaru w tych gęsto zabudowanych przestrzeniach w przypadku wystąpienia tam choćby niewielkiego źródła ognia. Bogato wyposażone i wykończone materiałami polimerowymi wnętrza przedziałów pasażerskich również przyczyniają się do znacznie szybszego rozwoju pożaru współczesnego pojazdu.

Niektóre zmiany konstrukcyjne wypłynęły na ograniczenie możliwości rozwoju pożaru powstałego w przestrzeni pasażerskiej. Duża szczelność otworów w tej części pojazdu (drzwi, przejścia instalacyjne itp.) powoduje, że bardzo często zdarza się, iż pożar powstały w przedziale pasażerskim, nawet przy tak dużym nasyceniu materiałami palnymi, przy szczelnie domkniętych oknach i drzwiach ulega wygaszeniu na skutek braku dostępu tlenu z zewnątrz, który jest niezbędny do zachowania ciągłości procesu spalania. Jednak otwarte drzwi, uchylone okno, całkowicie zmieniają warunki, a zwłaszcza dynamikę rozwoju pożaru. „Pożar samochodu osobowego uwarunkowany jest (bowiem) wentylacją. W zamkniętym samochodzie rozwija się powoli. Dopiero po rozszczelnieniu szyb lub otwarciu drzwi nabiera gwałtowności”38.

W tym miejscu warto zwrócić uwagę na rosnące wymagania przepisów w zakresie dotyczącym zastosowania tzw. bezpiecznych materiałów oraz ich wpływu na zachowanie się pojazdu w warunkach pożarowych. Tworzywa polimerowe oraz guma są produktami otrzymywanymi w procesie przetwórczym ropy naftowej, w związku z czym są materiałami palnymi lub nawet łatwopalnymi. W celu obniżenia ich zdolności do zapalenia się dodawane są obecnie w procesie ich wytwarzania antypireny39, które opóźniają moment zapalenia lub nawet go uniemożliwiają w przypadku źródła inicjującego o małej energii. Obecnie raczej mało prawdopodobne jest zapalenie się tapicerki w pojeździe od np. pozostawionego na niej niedogaszonego papierosa. Jednak obniżenie zdolności do zapalenia nie jest równoznaczne z uczynieniem tych materiałów niepalnymi. One nadal pozostają palne i zdolne do zapalenia, a następnie samoistnego spalania w przypadku źródła inicjującego o większej energii. Antypireny mogą spełniać doskonale swoją rolę, ale jedynie do momentu zapalenia się polimeru40.

7. Pożar pojazdu w samochodzie

Rozwój pożaru w pojeździe zależy od wielu czynników, wśród których najważniejsze to:

  • nagromadzenie materiałów palnych na stosunkowo małej powierzchni (kubaturze) pojazdu – gęstość obciążenia ogniowego41,

  • warunki atmosferyczne – temperatura powietrza, wilgotność, kierunek oraz prędkość wiatru,

  • warunki wentylacji podczas spalania w przestrzeniach zamkniętych pojazdu (dostęp świeżego powietrza z zewnątrz),

  • oraz szereg innych jak np. specyficzna konstrukcja pojazdu, czas i miejsce powstania pożaru, umiejętności zachowania się kierującego pojazdem w chwili zauważenia oznak spalania itp.

Badania przebiegu pożarów prowadzone były na świecie głównie pod kątem możliwych przyczyn ich powstania. W latach 90. ubiegłego stulecia były prowadzone badania również pod kątem szybkości rozwoju pożaru w samochodzie, które wykazały, że w badanych ówcześnie pożarach pojazdów z lat osiemdziesiątych do całkowitego spalenia pojazdu dochodziło w czasie od ok. 30 do 60 minut. Jednak w konstrukcjach z tamtych lat pożar potrzebował np. ok. 21 minut, aby objąć spalaniem cały pojazd42. W pojazdach współczesnych obserwuje się pożary, które obejmują całą konstrukcję pojazdu w czasie do 5 minut. Tym samym znacznemu skróceniu uległ również czas niezbędny do całkowitego wypalenia się samochodu. Zmianę dynamiki rozwoju pożaru we współczesnych konstrukcjach pojazdów należy uwzględnić w badaniach rzeczoznawczych, co pozwoli uniknąć błędów na etapie stawiania hipotez oraz wniosków.

Nie są znane wyniki badań w powyższym zakresie, którymi objęto by reprezentatywne grupy pojazdów produkowanych współcześnie, stąd ocena zmian w dynamice przebiegu pożarów pojazdów opiera się głównie na analizie pożarów rzeczywistych, które miały miejsce i których przebieg był możliwy do udokumentowania.

8. Przemieszczanie się pożaru w konstrukcji pojazdu

Badania przeprowadzone w skali rzeczywistej wykazały, że pożar potrzebuje przeciętnie 8 minut na przeniknięcie z przedziału silnikowego do przedziału pasażerskiego; w niektórych przypadkach podczas prowadzonych testów w skali 1 : 1 uzyskano czasy w przedziale między 2–4 minuty43. Czasy w granicach ok. 5 minut na przeniknięcie pożaru z przedziału silnika do przedziału pasażerskiego odnotowano również podczas badań na licznej grupie pojazdów opisanych przez L. S. Cole44.

9. Analiza możliwego czasu spalania w przykładowym pojeździe

Do rozważań dotyczących czasu, w którym możliwe jest całkowite wypalenie się materiałów palnych w samochodzie, posłużono się współczesnym pojazdem marki Porsche model 911 Carrera Cabrio.

Wybrane dane techniczne pojazdu marki Porsche model 911 Carrera Cabrio:

  • waga własna (dane katalogowe): 1675 kg,

  • wymiary:

  • długość: 4,491 m,

  • szerokość: 1,852 m,

  • wysokość: 1,294 m,

  • powierzchnia w rzucie pionowym: 8,32 m2,

  • pojemność zbiornika paliwa: 68 dm3.

10. Gęstość obciążenia ogniowego

Dokładna wartość gęstości obciążenia ogniowego w przedmiotowym pojeździe jest trudna do oszacowania z uwagi na dużą różnorodność zastosowanych materiałów i trudność w pozyskaniu informacji nawet od bezpośredniego przedstawiciela marki w Polsce. Jednak biorąc pod uwagę, że „wartości ciepła spalania materiałów polimerowych są porównywalne do ciepła spalania typowych paliw (np. gazu ziemnego45, ropy naftowej46), można do obliczeń przyjąć wartość uśrednioną dla grupy polimerów powszechnie używanych w konstrukcjach współczesnych pojazdów, tj. np. dla PP, PE, PS, PVC. Uśredniona wartość ciepła spalania dla wymienionej grupy reprezentatywnych polimerów wynosi:







Przyjmując uśrednioną wartość ciepła spalania na poziomie 38,55 MJ/kg47 oraz biorąc pod uwagę, że ok. 20% masy pojazdu mogą stanowić materiały palne, co daje ok. 335 kg – to sumaryczna wartość ciepła spalania tych materiałów wynosi ok. 12259 MJ. Gęstość obciążenia ogniowego dla przedmiotowego pojazdu może wynieść ok. 1473 MJ/m2.

Szybkość wydzielania ciepła (HRR) podczas spalania materiałów palnych w analizowanym pojeździe48:

Q = X  mn  Af  ΔHc,


gdzie:

X – współczynnik niekompletności spalania (<1,0),

mn – współczynnik ubytku masy (g/m2s),

Af – powierzchnia materiału palnego (m2),

ΔHc ciepło spalania fazy lotnej (kJ/g).

Do obliczeń przyjęto:

X = 0,8,

mn – 29,5 g/m2s 49 (wartość uśredniona dla PP, PE, PS, PVC),

Af – 8,32 m2,

ΔHc – 35,72 kJ/g 50 (wartość uśredniona dla PP, PE, PS, PVC).


Po przeliczeniu otrzymujemy:

Q = X  mn  Af  ΔHc = 0,8  29,5  8,32  35,72 = 7 013,69 kW

Wniosek

Zgromadzona ilość oraz rodzaj materiałów palnych w analizowanym pojeździe umożliwia żywiołowy przebieg spalania z dużą intensywnością. Ilość energii wydzielanej w procesie spalania materiałów stanowiących wyposażenie przykładowego samochodu jest wystarczająca do powstania w stosunkowo krótkim czasie rozległych zniszczeń w jego konstrukcji. W pojazdach, w których zastosowano w układzie paliwowym elementy wykonane z tworzyw polimerowych, rozwój pożaru może być jeszcze gwałtowniejszy z uwagi na szybsze wydostanie się paliwa poza układ paliwowy. W pożarach pojazdów z takimi instalacjami odnotowuje się wyjątkowo krótki czas rozwoju pożaru liczony od chwili jego powstania do chwili, gdy cała bryła pojazdu objęta jest spalaniem. Mieści się on w przedziale od 5 do 10 minut. Powyższe spostrzeżenie potwierdza analiza materiałów filmowych zamieszczonych w ostatnich latach w serwisach internetowych51. Rozlewisko etyliny o powierzchni 1 m2 jest źródłem wydzielania energii (HRR) o mocy ok. 2500 kW52. Takie źródło energii lub nawet większe, usytuowane pod pojazdem w miejscu przebiegu przewodów paliwowych lub pod miejscem usytuowania zbiornika paliwowego, może być przyczyną powstania nieoczekiwanych zniszczeń w konstrukcji współczesnego pojazdu w postaci np. zróżnicowania śladów zniszczeń termicznych między przednią i tylną częścią pojazdu.

Z obserwacji działań ratowniczych w ostatnich latach wynika, że: „Zwykle nie jest możliwe przybycie straży pożarnej na miejsce zdarzenia, zanim pożar przejdzie do fazy rozwiniętego pożaru”53. Taki rozwój pożaru ma istotny wpływ na możliwości ujawnienia miejsca jego źródła oraz przyczyny, która doprowadziła do jego powstania. Ponadto komplikuje proces badania kryminalistycznego oraz rzeczoznawczego pojazdu.

11. Możliwy czas spalania palnych elementów konstrukcyjnych pojazdu

Kluczową sprawą dla eksperta (biegłego) badającego pojazd po pożarze jest określenie czasu potrzebnego do całkowitego spalenia materiałów palnych stanowiących jego wyposażenie konstrukcyjne. W tym zakresie, bazując na oszacowanej ilości znanych materiałów palnych oraz znanej wartości szybkości ubytku masy podczas spalania tych materiałów, można również posłużyć się wzorami empirycznymi do określenia przybliżonego czasu niezbędnego do ich całkowitego spalenia. Przybliżone obliczenia można wykonać według poniższego wzoru54:




gdzie:

t – czas całkowitego spalania (s),

M – masa materiału palnego (kg),

F – powierzchnia materiału palnego (m2),

mn – współczynnik ubytku masy (g/m2s).


Do obliczeń przyjęto:

M = 335 000 g,

Af = 8,32 m2,

mn – 29,5 g/m2s55 (wartość uśredniona dla PP, PE, PS, PCV).


Po przeliczeniu otrzymujemy:

t = 335 000 : (8,32  29,5) = 1 365 s = 22 min 45 s

Wniosek

Przybliżony czas niezbędny do spalenia materiałów stanowiących palne wyposażenie pojazdu będącego przedmiotem analizy wyniósł ok. 22 minuty 45 s. Znając przybliżony czas spalania materiałów palnych w konstrukcji pojazdu można porównać go z rzeczywistym czasem rozwoju pożaru. Wyniki porównania mogą być pomocne w konstruowaniu hipotez dotyczących okoliczności powstania i rozwoju pożaru oraz wnioskowania w tym zakresie.

Podsumowanie

Pożary współczesnych konstrukcji pojazdów przebiegają w sposób zupełnie odmienny od pożarów pojazdów sprzed kilkunastu lat. Głównym czynnikiem determinującym obecnie rozwój pożaru jest obciążenie ogniowe, które kilkakrotnie przewyższa wartości osiągane w starszych pojazdach. Główną przyczyną tak istotnej zmiany w zakresie obciążenia ogniowego jest znaczący wzrost zastosowań w konstrukcjach pojazdów tworzyw polimerowych. Pożar pojazdu wyprodukowanego w ostatnich latach charakteryzuje się dużą dynamiką rozwoju oraz skróceniem czasu, w którym cała bryła pojazdu objęta jest spalaniem, oraz czasu niezbędnego do tzw. całkowitego wypalenia.

W przypadku pożaru rozwijającego się w przestrzeni zamkniętej, np. w przedziale pasażerskim, z biegiem lat sytuacja zmieniała się odwrotnie. W starszych pojazdach, z uwagi na ich „konstrukcyjną nieszczelność”, pożar powstały w przedziale pasażerskim przy zamkniętych drzwiach i szybach rozwijał się szybciej, niż ma to miejsce w przypadku konstrukcji współczesnych samochodów osobowych. Dostęp powietrza przez niezabezpieczone otwory technologiczne oraz nieszczelności wynikające z dużej tolerancji w zakresie odchyłek w dopasowaniu elementów nadwozia sprzyjały szybszemu rozwinięciu się pożaru w przestrzeniach zamkniętych pojazdu. W pojazdach wyprodukowanych w ostatnich latach często zdarza się, że pożar powstały w przedziale pasażerskim z uwagi na szczelność pojazdu powoduje szybkie zużycie tlenu w zamkniętej przestrzeni i mimo wielokrotnie większego obciążenia ogniowego pożar przygasa z uwagi na brak tlenu niezbędnego do podtrzymania procesu spalania. Brak znajomości tych podstawowych zagadnień powoduje, że sprawcy podpaleń, którzy używają do zainicjowania pożaru akcelerantów pożarowych56, zamykając szczelnie wnętrze pojazdu, uniemożliwiają jego skuteczne spalenie, pozostawiając jednocześnie wyraźnie ślady wskazujące nie tylko na przyczynę pożaru, ale również ślady i dowody identyfikujące sprawcę.

Badanie współczesnych samochodów osobowych oraz opiniowanie w sprawach dotyczących ich pożarów wymaga wyjątkowej dokładności, skrupulatności oraz wiedzy technicznej dotyczącej konstrukcji. Pojazd powinien być badany w całości, w tym również szczegółowym oględzinom należy poddać podwozie pojazdu, gdzie mogą znajdować się ślady istotne dla wykazania kierunków rozwoju pożaru, jego przyczyny, czy też np. wykazania, czy pojazd palił się na postoju, czy w trakcie jazdy.

Z uwagi dużą liczbę układów elektronicznych oraz zauważoną tendencję do powstawania pożarów, których źródło zlokalizowane jest w urządzeniach niskonapięciowych57 i niskoprądowych58, warto jest przeprowadzać badania wspólnie z ekspertem ds. techniki motoryzacyjnej. Takie badanie z pewnością pozwoli uniknąć błędów w ocenie stanu pojazdu i jego układów po pożarze.



Design factors determining the occurrence of passenger car fires, and identification thereof by investigators

Abstract

This study addresses: 1) changes in the design of, and materials used in contemporary vehicles; 2) impact of investigative authorities’ awareness of the changes on increased effectiveness of examination of burnt vehicles and, as a result thereof, determination of fire causes. Explained are also fire development dynamics and extent to which combustible materials used in the construction of vehicles are burnt down.


1 N. J. Smith, W. Hicks, G. E. Gorbett, R. L. Hopkins, P. M. Kennedy, Vehicle Fire Pattern Study – Part 2, (w:) ISFI 2012 Proceedings of the 5th International Symposium on Fire Investigation Science and Technology, NAFI, Sarasota 2012, s. 614.

2 J. Iwko, Zachowanie się tworzyw sztucznych w warunkach pożarowych, część I: Palność oraz cechy pożarowe tworzyw sztucznych, Tworzywa sztuczne i chemia 2009, nr 3, s. 41.

3 L. S. Cole, Investigation of motor vehicle fires, Fourth Edition, Lee Books, San Anselmo, s. 24–25.

4 B. Gustin, Bread and Butter Operations – Fighting Car Fires, A PennWell Publication, Tulusa 1998 (film wideo VHS).

5 C. Cope, J. Stilson, Effectiveness of shielding vehicle hot surfaces, (w:) Fire and Materials 2011 Conference Papers, Interscience Communications Ltd., London 2003, s. 740–741.

6 J. Osiński, P. Żach, Wybrane zagadnienia recyklingu samochodów, WKŁ, Warszawa 2009, s. 11.

7 Tamże, s. 84–85.

8 K. Dobrosz, A. Matysiak, Tworzywa sztuczne, WSiP, Warszawa 1994, s. 13.

9 Bakelit – tworzywo sztuczne wytwarzane z kwasu karbolowego (fenolu) i formaldehydu. Pierwsze prace nad otrzymywaniem bakelitu prowadził w roku 1872 laureat nagrody Nobla Adolf von Baeyer. Ostatecznie bakelit opatentowany został przez chemika belgijskiego, Leo Hendrika Baekeland, w 1907 r.

10 W. C. Hull, R. Cale, J. Mullen, J. Stradling, B. Sidwell, Analysis of ethylene glycol-based engine coolant as a vehicle fire fuel, (w:) International Symposium on Fire Investigation and Technology 2008 – Proceeding, NAFI, Sarasota 2008, s. 264.

11 Gr. polymeres – wieloczęściowy, zbudowany z wielu części.

12 Gr. meros – część.

13 L. Czarniecki, T. Broniewski, O. Henning, Chemia w budownictwie, Arkady, Warszawa 1995, s. 261.

14 Praca zbiorowa, Fakty o tworzywach sztucznych 2010, Analiza produkcji, zapotrzebowania i odzyskiwania tworzyw sztucznych w Europie w roku 2009, Plastics Europe – Association of Plastics Manufacturers, Bruksela 2010, s. 8.

15 Praca zbiorowa, Tworzywa sztuczne – fakty 2011, Analiza produkcji, zapotrzebowania i odzyskiwania tworzyw sztucznych w Europie w roku 2010, Plastics Europe – Association of Plastics Manufacturers, Bruksela 2011, s. 7.

16 Ibidem, s. 8.

17 Poliolefiny – to polimery składające się tylko z atomów węgla i wodoru, w których występują długie łańcuchy węglowe –C–C–C–, stanowiące podstawowy szkielet łańcuchów samych polimerów, np. polietylen, polipropylen.

18 Zob. przypis 14, s. 11.

19 K. Dobrosz, A. Matysiak, Tworzywa…, op. cit., s. 38.

20 B. Jurkowski, B. Jurkowska, H. Rydarowski, Palność materiałów…, op. cit., s. 12.

21 J. Iwko, Zachowanie się tworzyw sztucznych…, op. cit., s. 38.

22 M. Dreger, Ocieplać? Tak, ale bezpiecznie, Ochrona Przeciwpożarowa w Budownictwie 2011, nr 9, s. 5–10.

23 P. Guzewski, M. Podgórski, Pożary elewacji oraz ociepleń wykonanych na bazie styropianu oraz poliuretanu w budownictwie mieszkalnym i przemysłowym – studium przypadku, (w:) P. Guzewski (red.), Badanie przyczyn powstawania pożarów – Research into the causes of fire, Izba Rzeczoznawców Stowarzyszenia Inżynierów i Techników Pożarnictwa, Poznań 2005, s. 69–83.

24 A. Kolbrecki, Właściwości ogniowe styropianu i ociepleń zawierających styropian – Praca badawcza nr NP–664/00/AK, Instytut Techniki Budowalnej, Warszawa 2001, s. 23–25.

25 I. Fulara, M. Czaplicka, Charakterystyka polibromowanych difenyloeterów jako bromoorganicznych retardantów palenia, Chemia–Dydaktyka–Ekologia–Metrologia 2010, nr 1, s. 56.

26 S. D. Landry, Sustainable developments for flame retardants, (w:) Fire and Materials 2011 Conference Papers, Interscience Communications Ltd., London 2011, s. 333.

27 B. Jurkowski, B. Jurkowska, H. Rydarowski, Palność materiałów polimerowych, Wydawnictwo Politechniki Poznańskiej, Poznań 2010, s. 20.

28 Tamże, s. 19–20.

29 A. Kolbrecki, Właściwości ogniowe styropianu i ociepleń zawierających styropian – Praca badawcza nr NP–664/00/AK, Instytut Techniki Budowalnej, Warszawa 2001, s. 5.

30 J. Iwko, Zachowanie się tworzyw sztucznych…, op. cit., s. 38.

31 J. Osiński, P. Żach, Wybrane zagadnienia…, op. cit., s. 61.

32 A. Zieliński, Konstrukcja nadwozi samochodowych i pochodnych, WKŁ, Warszawa 2003, s. 178.

33 Tamże, s. 179.

34 A. Kulawik, M. Machnicka-Hławiczka, J. Mamos, J. Steinhoff, Recykling odpadów tworzyw sztucznych pochodzących ze zużytych samochodów, Główny Instytut Górnictwa w Katowicach, publikacja opracowana w ramach projektu pt. „Materiały polimerowe otrzymywane innowacyjnymi technikami przetwórstwa odpadów z elektroniki i samochodów” współfinansowanego przez UNIĘ EUROPEJSKĄ ze środków Europejskiego Funduszu Rozwoju Regionalnego, XII Międzynarodowa Konferencja Naukowo-Techniczna pt. „Polimery i Kompozyty Konstrukcyjne 2011”, Gliwice–Praga 2011, s. 260.

35 Tamże, s. 262.

36 A. Omazda, J. Rybiński, A. Szajewska, Badanie rozwoju pożaru samochodu osobowego w pomieszczeniu, (w:) Bezpieczeństwo i Technika Pożarnicza, vol. 27, September 2012, CNBOP, Józefów 2012, s. 68.

37 L. Makovická Osvaldová, J. Svetlík, Fire of personal motor vehicle, (w:) Bezpieczeństwo i Technika Pożarnicza, vol. 27, June 2012, CNBOP, Józefów 2012, s. 25 i 26.

38 Tamże, s. 68.

39 Antypireny – to substancje wprowadzane do makrocząsteczki polimeru (kopolimeryzacja i szczepienie) lub zmieszane z polimerem po jego wytworzeniu, które na drodze fizycznej lub chemicznej utrudniają rozkład termiczny polimeru i jego zapłon.

40 J. Iwko, Uniepalnianie tworzyw sztucznych, Tworzywa sztuczne i chemia 2009, nr 6, s. 24.

41 Gęstość obciążenia ogniowego – energia cieplna, wyrażona w megadżulach, która może powstać przy spaleniu materiałów palnych znajdujących się w pomieszczeniu, strefie pożarowej lub składowisku materiałów stałych przypadająca na jednostkę powierzchni tego obiektu, wyrażona w metrach kwadratowych.

42 L. S. Cole, Investigation of motor…, op. cit., s. 136.

43 M. M. Hirschler, D. J. Hoffmann, J. M. Hoffmann, E. K. Kroll, Fire hazard associated with passenger cars and vans, (w:) Fire and Materials 2003 Conference Papers, Interscience Communications Ltd., London 2003, s. 308.

44 L. S. Cole, ibidem.

45 M. Półka, Tworzywa sztuczne w pożarze, Przegląd Pożarniczy 2003, nr 11, s. 12.

46 G. E. Gorbett, Fire dynamics, Pearson Education Inc., New Jersey 2011, s. 138.

47 Średnia wartość ciepła spalania dla PP, PE, PS, PVC.

48 Na podstawie: G. E. Gorbett, ibidem, s. 132–140.

49 Ibidem, s. 138.

50 Tamże, s. 136.

51 Analizę przeprowadzono w oparciu o 50 przypadków pożarów samochodów osobowych zarejestrowanych przez świadków zdarzenia.

52 G. E. Gorbett, ibidem, s. 133.

53 A. Omazda, J. Rybiński, A. Szajewska, Badanie rozwoju pożaru samochodu osobowego w pomieszczeniu, (w:) Bezpieczeństwo i Technika Pożarnicza, vol. 27/3/12, September 2012, CNBOP, Józefów 2012, s. 65.

54 Na podstawie: G. E. Gorbett, Fire dynamics, op. cit., s. 132–140.

55 G. E. Gorbett, ibidem, s. 138.

56 Akceleranty pożaru – inaczej przyspieszacze pożaru, to czynniki wzmagające rozwój pożaru, np. ciecze łatwopalne używane przez sprawców podpaleń w celu zintensyfikowania spalania tak, aby w krótkim czasie został osiągnięty zamierzony cel – spalenie obiektu oraz by akt podpalenia się powiódł.

57 R. J. Vicars, J. E. Small, T. Munson, C. Parrish, Low voltage – the incompetent ignition source. Dispelling the myth, (w:) Proceedings of the 4th International Symposium on Fire Investigation Science and Technology, NAFI, Sarasota 2010, s. 577.

58 R. Friedrich, 9 volt battery – Short circuit analysis, Fire & Arson Investigator 2010, vol. 60, no 3, s. 20.


Prokuratura

i Prawo 10, 2014


©absta.pl 2016
wyślij wiadomość

    Strona główna