Wybuch tłuszczu w pomieszczeniu

Pożary tłuszczów i olejów spożywczych oraz zagrożenia związane z próbami ich niewłaściwego gaszenia w środowisku pożarniczym są dobrze znane. Niestety, nie jest to wiedza powszechna.

Wyrzuty płonącego tłuszczu są niezwykle widowiskowe. Wznoszący się na wysokość nawet kilku metrów słup ognia i fala gorąca robią wrażenie. Co dzieje się, gdy do takiego zdarzenia dochodzi w niewielkim pomieszczeniu, np. szczelnie zamkniętej kuchni z niskim stropem?

Zdarzenia

Lokalne media często donoszą o poważnych konsekwencjach prób gaszenia płonącego oleju wodą - wybitych szybach, wyrwanych oknach czy zniszczonych ściankach działowych.

Wolfsburg (Niemcy), 14.12.2006: Centrum dowodzenia straży pożarnej otrzymało telefon z policji z informacją, że jedna z mieszkanek zauważyła przy ul. Rothenfelder, że nagle rozpadła się szyba okienna, a z okna wydobywa się czarny dym. W chwili przybycia na miejsce siły ratownicze nie stwierdziły już zadymienia. W mieszkaniu znajdował się 13-latek, jego 15-letnia siostra i matka. Chłopak przygotowywał na tłuszczu sajgonki. Kiedy w garnku pojawiły się płomienie, wziął miskę z wodą, by ugasić pożar. Wybuch tłuszczu doprowadził do takiego wzrostu ciśnienia, że szyby w oknach i ściana do przedpokoju nie wytrzymały.

Białystok, 24.10.2007: Wszystko zaczęło się przez przypalone frytki. Efekt? Runęła ściana działowa między pokojami. Żona smażyła frytki. Ale zaczął palić się olej. Chciała go ugasić wodą. Wtedy wszystko wybuchło - opowiada właściciel mieszkania .

Poznań, 02.01.2013: O 19.13 otrzymaliśmy wezwanie. Okazało się, że w trakcie smażenia frytek zapalił się olej. Kobieta próbowała ugasić go za pomocą wody, a wtedy nastąpił wybuch. W sąsiednim pokoju zostało wyrwane ze ściany okno wraz z ramą .

Toruń, 04.02.2013: Kobieta z poparzoną ręką trafiła do szpitala po tym, jak podczas przygotowywania posiłku wodą próbowała ugasić płonący olej, który uległ zapłonowi. Wybuch oparów był tak silny, że uszkodził drzwi mieszkania .

Rywałd (woj. pomorskie), 22.08.2013: Wybuch par oleju spożywczego. W pomieszczeniach mieszkalnych stwierdzono olej spożywczy na ścianach i na podłodze, okopcone ściany i sufit w części kuchennej i przedpokoju, a w jednym pokoju wybite szyby w oknach i futryny wypchnięte na zewnątrz.

Düsseldorf (Niemcy), 25.10.2013: Nastolatka podgrzewała w kuchni tłuszcz w garnku, chciała w nim przygotować frytki. W wyniku wysokiej temperatury, tłuszcz zapalił się samoistnie. Żeby ugasić pożar, nastolatka chwyciła za miskę z wodą. Fala ciśnieniowa od wybuchu tłuszczu wyrwała z zamocowań ramę okienną.

Kowale (woj. pomorskie), 09.12.2013: Według wstępnych ustaleń policjantów dziewczynka smażyła frytki i do patelni z rozgrzanym olejem dolała zimnej wody. To spowodowało pożar. Z mieszkania wyleciało okno .

Warszawa, 14.10.2015: Przed 19.00 do Stanowiska Kierowania Komendanta Miejskiego PSP m.st. Warszawy wpłynęło zgłoszenie o wybuchu w mieszkaniu na dziewiątym piętrze budynku wielorodzinnego. Po przybyciu na miejsce potwierdzono informacje uzyskane przez osobę zgłaszającą. W wyniku zdarzenia oparzeń doznała lokatorka mieszkania, której pierwszej pomocy udzielali sąsiedzi.

Skutki gaszenia oleju wodą

Wybuchy tłuszczu w pomieszczeniu, do których dochodzi wcale nie tak rzadko, mają wiele wspólnych cech: następuje poważne uszkodzenie elementów konstrukcyjnych budynku (wyrwane okna i drzwi), a nawet murowanych ścianek działowych. Przyczyną takich uszkodzeń jest wzrost ciśnienia w zamkniętym pomieszczeniu. Praktycznie w każdym z przedstawionych i analizowanych przypadków wykluczyć można wybuch gazu. Świadczą o tym relacje uczestników oraz powód podstawowy - brak sieci gazowej lub butli z gazem LPG. Powstaje więc zasadnicze pytanie: czy w przypadku próby gaszenia płonącego oleju spożywczego wodą rzeczywiście dochodzi do wybuchu podobnego np. do wybuchu mieszaniny metanu z powietrzem?

Nadciśnienie, jakie musiało powstać w pomieszczeniach kuchennych w opisywanych przypadkach (patrz na apli), jesteśmy w stanie ocenić na podstawie zniszczeń. Literatura przedmiotu podaje, że już ciśnienie rzędu 1-2 kPa może powodować zniszczenie szyb. Wyższe wartości ciśnienia (5-10 kPa) często skutkują uszkodzeniem ścian. W polskim prawodawstwie za pomieszczenie zagrożone wybuchem uznaje się takie, w którym wartość nadciśnienia powstałego w rezultacie zapłonu palnych gazów, par lub pyłów może wynosić ponad 5 kPa. Analizując wielkość i charakter uszkodzeń okien, drzwi, ścianek działowych itp. w przypadkach opisywanych w prasie, można stwierdzić, że nadciśnienie powstające podczas niewłaściwego gaszenia wodą pożaru oleju spożywczego w pomieszczeniach nie przekracza 10 kPa.

Wybuchy oleju różnią się znacznie od wybuchów gazu, par cieczy lub pyłu. Przede wszystkim należy zauważyć, że w przypadku olejów spożywczych zapaleniu ulegają nie pary cieczy, lecz produkty rozkładu. Intensywne podgrzewanie tłuszczu, zwłaszcza w niewielkich ilościach, prowadzi do jego szybkiego rozkładu termicznego, który objawia się powstaniem białego dymu. Samozapłon jest kwestią czasu dalszego podgrzewania. Próby przeprowadzone w SGSP pokazały, że w sprzyjających warunkach (wysoka temperatura otoczenia, brak wentylacji) do samozapłonu może dojść już kilka minut po rozpoczęciu podgrzewania tłuszczu. Samozapłon oleju spożywczego oznacza, że olej w całej objętości jest rozgrzany do temperatury, która pozwala na zapalenie się produktów rozkładu termicznego w kontakcie z powietrzem. W badaniach przeprowadzonych w SGSP dla oleju rzepakowego tę temperaturę oceniono na ok. 370oC.

Wlanie wody do tłuszczu o tyle zbliża warunki spalania do wybuchu gazu czy par cieczy, że w obu przypadkach spalanie zachodzi przestrzennie. Procesy te jednak zasadniczo różnią się dynamiką. Prędkość rozprzestrzeniania się płomienia oleju jest stosunkowo mała, a czas spalania chmury oleju długi - może wynosić nawet kilka sekund. To nieporównywalne z czasem liczonym w milisekundach, w jakim zachodzi wybuch gazu. Wolniejsze spalanie oznacza mniejszą szybkość narastania ciśnienia i w rezultacie nie tworzy się fala uderzeniowa. Na zdjęciu przedstawiającym efekty wybuchu tłuszczu gaszonego wodą w mieszkaniu widać nienaruszone elementy wyposażenia mieszkania (nadal stojące na półkach lub stole). Można więc przypuszczać, że o skali zniszczenia decyduje nie szybkość narastania ciśnienia, lecz raczej wyłącznie długi czas jego oddziaływania, w terminologii fachowej określany jako impuls lub fala impulsu. Trwać może tak długo, jak spala się przestrzennie tłuszcz, a więc kilka sekund. Ma to niebagatelny wpływ na uszkodzenia elementów konstrukcyjnych domów i mieszkań.

Wzrost ciśnienia

Ale co właściwie powoduje wzrost ciśnienia i jaka może być jego wielkość? Odpowiedź nie jest jednoznaczna, w grę wchodzą wszystkie efekty skutkujące zwiększeniem objętości gazów w pomieszczeniu: odparowanie wody, powstawanie gazowych produktów rozkładu i spalania oleju, wzrost temperatury w pomieszczeniu.

Trudno jest ocenić, na ile faktycznie te zjawiska zachodzą, ponieważ zależy to w bardzo dużym stopniu od uwarunkowań zdarzenia, takich jak ilość oleju i jego temperatura, kształt naczynia, ilość wody i sposób wlania jej do oleju. Bardzo ważna jest także szczelność pomieszczenia w czasie wyrzutu i zapłonu oleju.

Okazuje się, że stosunkowo dynamiczny proces, jakim jest wyrzut i przestrzenne spalanie oleju, niełatwo powtórzyć w symulacji. Na podstawie prób przeprowadzanych w SGSP jednoznacznie można stwierdzić, że tylko część oleju ulega spaleniu (maksymalnie 50%), nie odparowuje także cała wlana do oleju woda. W pierwszych, pionierskich jeszcze badaniach udało się jednak zarejestrować zmiany ciśnienia i temperatury w pomieszczeniu, w którym zaaranżowano pożar, a następnie wyrzut płonącego oleju. Przykładowe krzywe zmian temperatury i przyrostu ciśnienia przedstawiono na rysunku. Są one skorelowane tylko w przybliżeniu, ze względu na zwłokę w pomiarze temperatury przez termopary. W żadnej z przeprowadzonych dotychczas kilkunastu prób nie odnotowano przyrostu ciśnienia większego niż 15 mbar, a więc 1,5 kPa. To stosunkowo niskie wartości w porównaniu z danymi literaturowymi. W trakcie badań, mimo niewielkich zarejestrowanych nadciśnień, zaobserwowano oddziaływanie znacznych sił na elementy konstrukcyjne pomieszczenia, w tym skutkujących uszkodzeniem okna i wybiciem szyb. Zniszczenia te mogą być jednak także efektem długotrwałego działania stosunkowo niewielkiego nadciśnienia.

Bardzo interesujące są wyniki pomiarów zmian temperatury w pomieszczeniu. Termopary umieszczono na wysokości 180 i 50 cm od podłogi, bezpośrednio przy naczyniu z płonącym olejem, które znajdowało się na wysokości typowej dla kuchenek domowych (ok. 80 cm). Nie zaskakuje wzrost temperatury nad naczyniem z olejem (T1). Utrzymująca się na niskim poziomie temperatura w dolnej partii pomieszczenia (T2) tłumaczy brak poważniejszych obrażeń u większości osób dokonujących nieudanych prób gaszenia oleju wodą. Osoby te odruchowo uchylały się i nawet skrywały pod stołem. Przy stosunkowo niewielkiej dynamice wyrzutu i spalania oleju miały na to czas.

Wnioski z badań

Planowane jest przeprowadzenie w SGSP kolejnych badań zjawisk związanych z pożarami „kuchennymi” olejów i tłuszczów spożywczych przy zastosowaniu zmodyfikowanej techniki pomiarowej, ale już na obecnym etapie można przedstawić kilka istotnych obserwacji i wniosków.

Efekty zniszczeń mechanicznych elementów pomieszczeń zaobserwowane w wielu przypadkach pożarów olejów spożywczych zawsze były związane z niewłaściwymi i całkowicie nieskutecznymi próbami ich gaszenia przez zalanie wodą lub wlanie oleju do zlewu, muszli klozetowej itp. Prowadzi to do znacznego wzrostu powierzchni kontaktu płonącego przegrzanego oleju z powietrzem i w efekcie powoduje gwałtowny wzrost wielkości płomienia. Krytycznym momentem jest zawsze wzrost temperatury oleju powyżej temperatury samozapłonu, charakterystycznej dla rodzaju oleju i warunków ogrzewania.

Wstępne szacunki prowadzą do wniosku, że powstające w pomieszczeniu nadciśnienie jest stosunkowo niewielkie, ale może spowodować wymierne zniszczenia ze względu na dość długi czas oddziaływania. Wielkość nadciśnienia jest bezpośrednio związana z ilością spalanego w powietrzu oleju po wyrzucie oraz z szybkością spalania, która z kolei zależy od powierzchni kontaktu oleju z powietrzem. Można więc przewidywać znaczny wpływ rodzaju podejmowanych prób gaszenia na rzeczywisty wzrost ciśnienia oraz zasięg płomienia i możliwość zapalenia wyposażenia pomieszczenia.

Trzeba podkreślić, że oleje i tłuszcze spożywcze nie stwarzają zagrożenia ani przy przechowywaniu, ani przy właściwym użytkowaniu. Krytycznym momentem jest podgrzewanie oleju bez nadzoru - wystarczy nawet kilka minut, by nastąpił samozapłon pozostawionego naczynia z olejem. Jednak nawet po wystąpieniu samozapłonu oleju można łatwo uniknąć wybuchu - wystarczy wyłączyć ogrzewanie i przykryć naczynie szczelną (koniecznie suchą!) pokrywą. Nie wolno gasić oleju wodą, przenosić naczynia z płonącym olejem czy wlewać jego zawartość np. do zlewu. Efekt we wszystkich tych przypadkach będzie zbliżony - nastąpi gwałtowny znaczny wzrost zasięgu płomienia oraz spalanie w powietrzu połączone ze wzrostem ciśnienia w pomieszczeniu.

mł. bryg dr inż. Bernard Król i bryg. dr inż. Mirosław Sobolewski są pracownikami naukowo-dydaktycznymi SGSP, mł. kpt. inż. Piotr Smoliński jest absolwentem SGSP i funkcjonariuszem KM PSP w Wałbrzychu

Data publikacji: sierpień 2016