MUNKABIZTONSÁG 2.4 2.5
A füst veszélyei alagúttűz esetén Tárgyszavak: tűzvédelem; füstképződés; baleset; katasztrófa; káros hatás; veszélyes anyag; menekülés; egészségvédelem.
A francia tűzoltók országos szakszervezetének munkacsoportja tanulmányt készített a nagy közúti alagutakban előfordult tűzvészekről. A tanulmány számos megállapítása más, zárt helyen keletkezett tűz (pl. a tragikus tűzeset a Budapesti Műszaki Egyetemen 2006 augusztusában) vizsgálata szempontjából is érdekes és tanulságos lehet. A közúti alagutakban keletkező tűz a következő négy okból rendkívül veszélyes: • az átláthatatlan füst miatt rosszak a látási viszonyok, • a füst mérgező, • a füst gyorsan terjed, • a tűz továbbterjed. Az alábbiakban a terjedelmes tanulmánynak – amely eredetileg a francia tűzoltók lapjában jelent meg – a füst veszélyeivel foglalkozó részét ismertetjük, tehát az első három veszéllyel foglalkozunk.
A látási viszonyok romlása A látási viszonyok romlását a szilárd és/vagy folyékony anyagok égésekor keletkező füst okozza, illetve annak átláthatatlansága és keletkezésének gyorsasága. Füstben az ember elveszíti tájékozódási képességét és pánikba esik, különösen, ha a füst teljesen vagy részben eltakarja a menekülési útvonalat. Ebből adódnak az első, egyszerű intézkedések, amelyekkel javítani lehet az alagútban lévők menekülési körülményeit: korlátot kell elhelyezni az alagutak fala mentén, derékmagasságban folyamatos biztonsági világításra van szükség, jól láthatóan kell jelezni az óvóhelyajtókat, a talajszinten pedig jelzésről és világításról kell gondoskodni.
A keletkező füst mennyisége Ha szabadban támad tűz, akkor a keletkező füst három dimenzióban tud terjedni, és korlátlanul el tud keveredni a levegővel. Egy hosszú alagútban – természetszerűleg zárt térben – egészen más a helyzet, mivel a keletkező füstmennyiség csak egy dimenzióban tud terjedni. A két esetben csupán egy a közös: a keletkező füst mennyisége. Ez kizárólag a tüzet tápláló szilárd és folyékony anyagok mennyiségétől és minőségétől függ. A kutatások során felbecsülték a füst mennyiségét. Ez mindig több millió köbméter nagyságrendű, ez alól egyetlen tűzvész sem kivétel. Erről meggyőződhetünk, ha egyszerűsített számítást végzünk a nagy közúti alagutakban közlekedő járműveket alkotó néhány főbb anyag, valamint rakományuk elégésekor keletkező füst mennyiségére (1. táblázat). 1. táblázat Becslés a járműveket alkotó főbb anyagok és a járművek rakományának elégésekor keletkező füst mennyiségére (10 kg anyag elégésekor keletkező füstmennyiség) Anyag
Füst m3
Kemény PVC
5 000
Furnérlemez
7 000
Papír
10 000
Kőolaj
17 000
Poliuretán
22 000
Polietilén
22 000
Gumi
25 000
Benzin
25 000
Gázolaj
25 000
Gumihab
25 000
Példaként megjegyezzük, hogy egy (üres) pótkocsis hűtőkamion legalább 15 gumiabroncsot, 500 liter gázolajat és 2500 kg poliuretán habot tartalmaz. Ha egy ilyen jármű kigyullad, akkor a három alapanyag égéséből 9 millió köbméter füst keletkezik, ami 30-szorosa egy 5 km hosszú, 60m2 keresztmetszetű alagút térfogatának! Ehhez a füstmennyiséghez még a
rakomány égéséből keletkező füstöt is hozzá kell számítani. Az olyan tűzvészek során, mint amilyenek az elmúlt években előfordultak a MontBlanc, a Tauern és a Szent Gotthárd alagútban, több tízmillió köbméternyi füst keletkezik. A füst átláthatatlansága Számos tanulmány foglalkozott a tűzvészek során keletkező füst átláthatatlanságával. Azt is figyelembe kell venni, hogy a hosszú közúti alagutak természetszerűleg sötétek, ami már magában félelmet kelt és stresszt okoz. Ha csak a fent felsorolt anyagoknál maradunk, meg kell jegyezni, hogy • a gumi füstje fanyar és átlátszatlan, ami megnehezíti a tájékozódást és a haladást; • a poliuretán hab füstje – az anyag minőségétől függően – lehet vörös és világos, fekete vagy szürke. Előfordult, hogy a hab fehér füsttel égett, de az a füst éppen olyan átlátszatlan volt, mint a fekete; • a szénhidrogének füstje sűrű és fekete; • az egyéb műanyagok füstjének színe a fehértől (polietilén, polipropilén, poliamid) a feketéig (lágy PVC, merev PVC, polisztirol, poliészterek stb.) terjed. Egy Franciaországban nagy példányszámban terjesztett, sofőrök számára készült füzet a következőkre is rámutat: • a tűzoltók megállapították, hogy a tűzvészek alkalmával egyre több füst keletkezik, ami azzal magyarázható, hogy a berendezések egyre több műanyagot tartalmaznak; • a füst keletkezésének oka a tökéletlen égés, amelynek során folyékony és szilárd részecskék szuszpenziót képeznek az égő gázkeverékben; • a szilárd részecskék okozzák a füst átláthatatlanságát, és a mentők maszkjaira, valamint a kamionok szélvédőjére lecsapódva tovább rontják a látási viszonyokat. A füzet megállapítja továbbá, hogy • a polisztirol nagy mennyiségű fekete füstöt ad, • a PVC füstje fekete, • a poliészter kisebb mennyiségű, fekete füsttel ég, • a természetes gumi és a műgyanta nagyon nagy mennyiségű fekete füsttel ég.
A füst keletkezési sebessége A tűzvészek kitörésekor azonnal füst keletkezik. A füst létrejötte öt jelenségre vezethető vissza: a párolgásra, a desztillációra, a bomlásra, a pirolízisre és az égésre. Ezekre bővebben nem térünk ki, de meg kell jegyezni, hogy az anyagok pirolízise levegő hiányában is bekövetkezik, és ilyenkor különösen sok füst és korom keletkezik. Ez a tényező jelentősen súlyosbítja a nagy közúti alagutakban bekövetkező tűzvészeket. Azt is hangsúlyozni kell, hogy a kemencehatás fokozza a desztillációt. Néhány információ a füst keletkezési sebességéről: kísérletek során a következő adatokat kapták olyan tűzfészkekről, amelyeknél a tüzet gumiabroncs, illetve fa táplálta: • gumiabroncsok égetésekor 9 m2 égő felület 5400 m3 füstöt ad, amely nagyjából 3 perc alatt tölt be egy 90 m hosszú, 60 m2 keresztmetszetű alagutat, tehát másodpercenként 30 m3 füst keletkezik; • 29 m3 fa elégetése 1350 m3 füstöt gerjeszt, amely 2,5 perc alatt tölt be 25 métert egy 60 m2 keresztmetszetű alagútban, tehát másodpercenként 9 m3 füst keletkezik. A 2. táblázat mutatja a füst keletkezési sebességét üres járművek égésekor. Megjegyezzük azonban, hogy a füst keletkezési sebessége nagyban függ attól, hogy milyen anyagok égnek. Poliuretán égésekor például 14-szer több a füst, mintha fa égne. 2. táblázat A füst keletkezési sebessége üres járművek égésekor Járműtípus
A füst keletkezési sebessége m3/sec
1 vagy 2 személyautó
20–40
1 kamion vagy autóbusz
60–90
1 tartálykocsi
150–300
A füst mérgező hatása A füstöt nagyszámú gáznemű összetevő alkotja, amelyek két fő csoportra oszthatók: egyrészt a fojtó és/vagy mérgező gázokra, másrészt az ingerlő (irritáló) gázokra. Itt csak a fojtó és/vagy mérgező gázokkal foglalkozunk, amelyek a légutakat annyira károsíthatják, hogy az
szinte bizonyosan az érintett személyek halálához vezet, hacsak nagyon gyorsan nem viszik ki őket a füstös környezetből. A közhiedelemmel ellentétben a fojtó és/vagy mérgező gázok száma nem túl nagy. Közülük a legfontosabb a CO, a CO2, a HCN, a HCl és a NOx. A 3. táblázat megmutatja, hogy a nagy közúti alagutakban támadó tűzvészek során milyen anyagok égésekor keletkeznek ilyen mérges gázok. 3. táblázat A nagy közúti alagutakban támadó tüzeket tápláló anyagok égése során keletkező mérgező gázok Anyagok
CO
CO2
Polietilén
igen
igen
PVC
igen
igen
Poliuretán
igen
igen
Fa
igen
igen
Papír
igen
igen
Szénhidrogének
igen
igen
Zsíros anyagok
igen
igen
Gumi
igen
igen
HCN
HCl
NOx
igen igen
igen
Az öt vizsgált gáz mérgező hatása A szén-monoxid (CO) nagyon veszélyes fojtó gáz, amelynek mérgező koncentrációja azonnal hat, és néhány pillanaton belül eszméletlenséget okozhat (4. táblázat). 4. táblázat A szén-monoxid (CO) emberre gyakorolt hatása A CO koncentrációja (ppm)
Fejfájás*
Eszméletvesztés*
Halál*
1 000
15
30
60
2 000
10
20
45
6 000
10–15
12 000
2
* A hatás érvényesülésének időtartama percben
A szén-dioxid (CO2) gáz veszélyessé válik, ha a levegőben lévő koncentrációja a 10%-ot eléri (5. táblázat). Mivel gyorsítja a légzést, elősegíti, hogy az ember a környezetében lévő egyéb mérgező gázokat is belélegezze, így a széndioxid a „fulladás katalizátora” szerepét tölti be. 5. táblázat A CO2 emberre gyakorolt hatása A CO2 %-os koncentrációja a levegőben
Eszméletvesztés*
10
30
12
5
15
1
* A hatás érvényesülésének időtartama percben
A hidrogén-cianid (HCN) különösen mérgező anyag. 20 ppm menynyiségben ingerlő hatású, de koncentrációja halálossá válik, ha eléri a 100–200 ppm értéket (6. táblázat). 6. táblázat A HCN emberre gyakorolt hatása A HCN koncentrációja (ppm) 0,2–5
Tünetek Szagérzékelési küszöb
10
8 órányi hatás elfogadható határa
20–35
Néhány óra múlva fejfájást okoz
45–55
30 percig probléma nélkül elviselhető
100
1 órán belül halált okoz
180
10 perc alatt halált okoz
280
Azonnali halált okoz
A sósavgáz (HCl) ingerlő, mérgező és maró hatású, heveny tüdőödémát okozva halálhoz vezethet (7. táblázat). Példaként megemlítjük, hogy száz kg PVC több mint 57 kg HCl-t tud felszabadítani, amely 35 ezer liter tiszta gáznak felel meg. Egyes szerzők felhívják a figyelmet arra, hogy a sósav ingerlő hatása jóval korábban jelentkezik, mint ahogy a gáz mérgezővé válna. Így még el lehet menekülni egészséges környezetbe, ha a gázt előbb észlelik, mint ahogy mérgező koncentrációját elérné. Ez azonban csak a nyílt
helyen keletkező tüzekre érvényes, semmiképpen sem azokra, amelyek olyan zárt helyeken ütnek ki, mint az alagutak. 7. táblázat A HCl emberre gyakorolt hatása A HCl koncentrációja (ppm)
Tünetek
1–5
Szagérzékelési küszöb
10
A nyálkahártyák enyhe ingerlése
50–100 1000–2000
A torok ingerlése A hatás 30 percnyi érvényesülése esetén heveny tüdőödéma veszélye
A nitrogénoxidok (NOx) fő fajtái a NO és a NO2, amelyek salétromossav (HNO2) és salétromsav (HNO3) keletkezéséhez vezethetnek, azok pedig tüdőödémát válthatnak ki. A nitrogénoxidok közül a NO2 a legveszélyesebb (8. táblázat). 8. táblázat A NO2 emberre gyakorolt hatása A NO2 koncentrációja (ppm) 20–50
Tünetek Ingerlő hatású
60
2–3 óra után veszélyes
90
30 perc után tüdőödéma lép fel
250
Néhány percen belül halált okoz
Meg kell továbbá jegyezni, hogy a gázok egymással keverednek, és így „mérgező koktélt” képezhetnek, amelynek az emberre gyakorolt hatása meghaladja a külön-külön mért hatásokat. A mérgező hatás és a hőmérséklet összefüggése Egyes mérgező gázok keletkezése függ az égési hőmérséklettől. Példaként utalunk azokra a kísérletekre, amelyek során poliuretán elégetésekor HCN és CO keletkezését vizsgálták (9. táblázat). A táblázat adatai azt mutatják, hogy 600 °C hőmérsékletig a keletkező gázok mennyisége nő. 650 °C felett nem keletkezik sem CO, sem HCN gáz, de nem szabad elfeledkezni arról, hogy ilyen hőmérsékleten az élet már rég lehetetlen.
9. táblázat HCN és CO keletkezése poliuretán égésekor az égési hőmérséklettől függően (1 kg poliuretán elégetésekor keletkező CO és HCN, g) Hőmérséklet (°C)
CO
HCN
400
177,8
3
500
363,4
8,4
600
428,7
16,6
650
0
0
A poliuretán hab és a műanyagok A poliuretán hab és a műanyagok gyakran – sőt szinte mindig – szerepelnek a tűzvészekben. Bőven fordulnak elő a modern járművekben és rakományaikban, és kétségtelenül nagy szerepet játszanak abban, hogy az alagutakban keletkező tűzvészek során rendkívül mérgező környezet jön létre. Egy kg poliuretán égésekor ugyanis – az anyag tulajdonságaitól függően – 10–30 liter HCN szabadul fel. A poliuretán habok könnyen és gyorsan gyulladnak meg. Az égés akkor sem szűnik meg, ha a láng tovább halad, hanem az anyag – nagy mennyiségű fanyar, sárgás vagy fekete füstöt kibocsátva – tovább hamvad. Az égéskor tekintélyes mennyiségű CO, CO2 és HCN keletkezik. Több szakíró megállapítja, hogy a tűzvészekben sokan a füst belégzése miatt halnak meg, de még vita folyik arról, hogy milyen mérges gázok okozzák a halált. A szén-monoxid mellett ebben a cián is fontos szerepet játszhat, hiszen számos nitrogéntartalmú szintetikus anyag – különösen a poliuretán – hő hatására történő bomlása a cián mérgező koncentrációját idézheti elő. A cián koncentrációjának klinikai vizsgálata a tűzvészek áldozatainak vérében egymásnak ellentmondó eredményeket mutatott. Tudni kell azonban, hogy a cián gyorsan eltűnik a vérből, a vérvételek pedig gyakran több órával a hatás érvényesülése után történtek.
A füst terjedése A kérdést gyakorlatilag úgy kellene feltenni, hogy a füst milyen terjedési sebessége esetén merül fel az a veszély, hogy utoléri az alagútban tartózkodókat. Egyes becslések szerint a füst terjedési sebessége elérheti a 400 m/percet, azaz a 24 km/órát. Az alagutak úgy viselkednek,
mint a kémények, amelyek „huzata” több bonyolult tényezőtől függ. Ilyen például • az alagút hossza és keresztmetszete, • az alagút lejtése, illetve a lejtők váltakozása az alagúton belül, • az alagút két kijárata között fennálló nyomáskülönbség, • az akadályok jelenléte miatt felerősödött (turbulens) légáramlás, • az autók haladása miatt keletkező „dugattyúhatás”, • a környezeti hőmérséklet stb. Világosan látni kell, hogy a füst terjedési sebessége, amely az alagút „huzatától” függ, az intézkedések szempontjából alapvető fontosságú adat, mert nagy mértékben befolyásolja • az alagútban tartózkodók menekülési lehetőségeit, • a látási viszonyok fokozatos megszűnését az alagútban, • a tűzoltók munkájának megnehezülését. Az alagútban tartózkodók tehát csak akkor tudnak elmenekülni a füst elől, ha lényegesen gyorsabban haladnak, mint a füst terjedési sebessége. Természetesen ez a megállapítás leegyszerűsíti a problémát, két fő ok miatt • egyrészt a tűz kitörése és a füst keletkezése között eltelt idő néhány másodperctől több percig terjedhet, • másrészt az alagútban tartózkodók viselkedése jelentős időveszteséget okozhat attól függően, hogy azonnal menekülni kezdenek-e, vagy pedig autójukban várnak, amelyről logikusan úgy gondolják, hogy nagyobb biztonságot nyújt. A jelentés megállapítja, hogy a mentés sikere érdekében elemi csapások idején az emberek viselkedését az ésszerűen elvárható maximális erőfeszítésnek kellene jellemeznie, hogy megbirkózhassanak egy gyorsan változó, bonyolult helyzettel, amelyről nagyon kevés információval rendelkeznek. Elmenekülhetnek-e az alagútban tartózkodók a füst elől? Nincsenek adatok arról, hogy milyen gyorsan lehet kiüríteni egy közúti alagutat, de jó becslések szerint a menekülők sebessége 0,5 – 1,5 m/sec, azaz 1,8-5,4 km/óra, amely többek között attól függ, hogy milyenek a füstben a látási viszonyok, milyen a világítás, és mekkorák a kijáratot jelző táblák. Más becslések szerint a menekülési sebesség 2,9 – 4,3 km/óra. A füstös terek kiürítésének gyorsaságáról a 10. táblázat tartalmaz adatokat.
10. táblázat A füstös tereket elhagyók menekülési sebessége A füst jellemzői
Látási viszonyok
Becsült menekülési sebesség
Nincs füst
normális
1,2 m/s (4,3 km/óra)
Nagyon sűrű, nem mérgező
2 méter
0,3 m/s (1,1 km/óra)
Mérgező, közepesen sűrű
csökkent
0,3 m/s (1,1 km/óra)
Mérgező és sűrű
3 méter
Az emberek 30%-a rossz irányba indul
A fenti adatok alapján le kell szögezni, hogy azoknak, akik egy nagy közúti alagútban tűzvészbe kerülnek, csak akkor van esélyük a túlélésre, ha • azonnal találnak egy, a tűzvész nagyon ártalmas környezetén kívül eső óvóhelyet (pl. préselt levegős óvóhelyet), vagy kijutnak az alagútból, illetve • gyorsan megérkeznek a tűzoltók. Összeállította: Szabó Ildikó Le danger des fumées. = Sécurité civile et industrielle, 2006. 496. sz. márc. p. 26-31. Vauquelin, O.; Wu, Y.: Influence of tunnel width on longitudinal smoke control. = Fire Safety Journal, 41. k. 6. sz. 2006. szept. p. 420–426. Hwang, C. C.; Edwards, J. C.: The critical ventilation velocity in tunnel fires – a computer simulation. = Fire Safety Journal, 40. k. 3. sz. 2005. ápr. p. 213–244.
