IGAZSÁGÜGYI SZAKÉRTŐI ÉS KUTATÓ INTÉZETEK Debreceni Intézet

Átírás

1 Bara István Okl. gépészmérnök Okl. közlekedési műszaki szakértő egyetemi szakmérnök Az égéselmélet alapjai, a járműtüzek alapvető törvényszerűségei 1.Bevezetés A járműtüzek vizsgálata az igazságügyi szakértés hazai gyakorlatában egy kevésbé ismert terület, így a kellő számú feltárt esetháttér hiányában - eddig - döntő mértékben csak az eljáró igazságügyi szakértő egyéni tapasztalataira támaszkodó vélemények születhettek. Többek között ez is indokolta azt, hogy az ISZKI hálózatán belül dolgozó igazságügyi gépjármű szakértők a hagyományos éves továbbképzés keretében a gépjárművek utasterében valamilyen égésgyorsító folyadék segítségével szándékosan létrehozott tüzesetek vizsgálatával kezdtek foglalkozni május 07-én az ISZKI ének szervezésében ellenőrzött körülmények között jármű égetési kísérletek végrehajtására került sor a Hajdú-Bihar Megyei Katasztrófavédelmi Igazgatóság Hajdúszoboszlói Kiképző és Raktárbázisán. A szakértőknek a témában való komplex elmélyülése szükségessé teszi az égés, a tűz (tűzesetek) alapvető törvényszerűségeinek, valamint a gépjárművek szándékos gyújtogatásánál használt égés gyorsító anyagok legfontosabb tulajdonságainak a megismerését, a szakirodalomban megtalálható ismeretanyag rendszerezését. A cikkem megírása során arra törekedtem, hogy összefoglaljam azokat az alapvető elméleti ismereteket, amelyek hasznosíthatóak a gépjárműszakértés terén dolgozó kollégák mindennapi munkájában. 1

2 1. A tűzesetek alapvető törvényszerűségei 1.1. égéselméleti alapok Az égés olyan kémiai és termodinamikai folyamat (gyors oxidáció), melyet az jellemez, hogy öngyorsulásának feltételeit maga teremti meg, és a rendszer kezdeti és végállapotának energia különbsége a környezetnek adódik át. A tűz lényegében egy szabályozatlan égés, olyan összetett kémiai folyamat melynek során láng, hő és fény keletkezik. A tűz keletkezéséhez szükség van legalább: egy éghető anyagra, egy oxidáló közegre (mely általában a levegő), akkora hőre, amely képes az éghető anyagból gőzöket felszabadítani és azokat begyújtani, és egy folyamatos láncreakcióra, amely az éghető anyagot gyors oxidációra készteti. Gyakran használják az úgynevezett tűz-tetraédert (éghető anyag, oxidáló közeg, hő, és nem gátolt kémiai láncreakció) annak magyarázatára, hogy a négy összetevő kombinációja hogyan hozza létre a tűznek nevezett exoterm folyamatot. Az éghető anyag lehet szilárd, folyékony, vagy gáz halmazállapotú. Az éghető anyag halmazállapota függhet az aktuális hőmérséklettől és nyomástól, így a halmazállapot változhat, amint a körülmények is megváltoznak. Az éghető anyag formája is befolyásolja meggyújthatóságot és az égési sebességet. Egy nagy felület/tömeg aránnyal rendelkező éghető anyag sokkal könnyebben meggyullad, mint egy alacsony felület/tömeg arányú. Például a dízel olaj nehezen gyújtható meg egy tálban, de igen könnyen gyullad permet formában. 2

3 Egy szilárd vagy folyékony anyag égése akkor következik be, ha hő vagy pirolízis (egy anyag átalakulása csupán csak hő hatására egy vagy több más anyaggá) hatására gőzök, gázok szabadulnak fel belőle. Ha az éghető anyagból és levegőből megfelelő keverék van jelen, akkor az éghető anyag felületén képződött gőzök, gázok égnek. A lobbanáspont az a legalacsonyabb hőmérséklet, amelyen valamely szilárd anyagból vagy folyadékból annyi gőz keletkezik, hogy ez a körülötte lévő levegővel elegyedve, megfelelő hőmérsékletű gyújtóforrás közelítésére az anyag egész felületére kiterjedően ellobban, és a gyújtóforrás eltávolítására az égés megszűnik. A lobbanási pont felett található a gyulladási hőmérséklet, amely az a legalacsonyabb hőmérséklet, amelyen egy anyag a gyújtóforrás hatására levegő jelenlétében meggyullad és az égése önfenntartó marad. Például a motor benzin lobbanáspontja -42 C, míg a gyulladási hőmérséklete 280 C., tehát a benzinből -42 C felett már elegendő gőz szabadul fel, amely begyújtható bármely 280 C fokos vagy annál magasabb hőmérsékletű nyílt lánggal, szikrával vagy hőforrással.(a fenti értékek természetesen a motor benzin minőségétől függően változhatnak.) A gáz halmazállapotú éghető anyagok csak akkor égnek, ha a keletkezett éghető anyaglevegő keverék koncentrációja az úgynevezett gyúlékonysági (vagy robbanási) határértékek között van. Az alsó robbanási határérték (ARH) az a legkisebb gáz-levegő elegy koncentráció, amely alatt a lángolás nem marad fenn, illetve robbanás nem történik. A felső gyúlékonysági határérték (FRH) az a legnagyobb gáz-levegő koncentráció, amely felett a láng oxigén hiányában kialszik, illetve robbanás nem következik be. Például szobahőmérsékleten és atmoszférikus nyomáson a motor benzin alsó gyúlékonysági határértéke1,4 térfogatszázalék, míg felső lángolási értéke 7,6 térfogatszázalék. A határértékek között levő éghető anyag és levegő elegyek tartományát gyúlékonysági vagy robbanási tartománynak nevezzük. Az alsó határérték alatt levő elegyek túl hígak, 3

4 míg a felső határérték felettiek túl dúsak ahhoz, hogy meggyulladjanak. Természetesen minél szélesebb a gyúlékonysági tartomány annál tűzveszélyesebb az adott anyag. A tűz tetraéder másik összetevője az oxidáló közeg, amely legtöbb esetben a környezeti levegő, mely közelítőleg 21 % oxigént tartalmaz. A 21 % -nál magasabb oxigén koncentrációjú atmoszférában az égés felgyorsul, míg % oxigén koncentráció mellett lelassul. Minden éghető anyag-levegő elegynek létezik egy optimális aránya, amelyen a leghatékonyabb az égés. A tüzeknél vagy a levegő, vagy az éghető anyag van általában túlsúlyban. Ha a levegő van túlsúlyban, akkor a tüzet éghető anyag szabályozottnak tekintjük. Ilyen pl. szabadtéri tűz, amely gyakorlatilag addig ég, míg van éghető anyag. Ha több az éghető anyag, mint a levegő, akkor a tüzet szellőzés-szabályozottnak nevezzük. Sok esetben a gépjárművek zárt utasterében kialakuló égést a bejutó levegő menynyisége korlátozza, így az égés tökéletlenné válik, ha csökken a levegő mennyisége. A tetraéder harmadik összetevője a hő. Megfelelő mennyiségű hőre van szükség az éghető gázok, gőzök felszabadításához és azok meggyújtásához. A begyulladás után a hő okozza a tűz növekedését és a lángok továbbterjedését, fenntartva az éghető anyag termelődést és az égési ciklust. Mivel a lángok előmelegítik a magasabban elhelyezkedő anyagot, így abból korábban távoznak el az éghető gázok és gőzök, ezért van az, hogy a tűz jóval gyorsabban terjed felfelé, mint más irányokba. A tetraéder utolsó összetevője az a nem gátolt kémiai láncreakció, amely az éghető anyag gyors oxidációját jelenti. A lassú oxidáció, mint pl. a rozsdásodás, csak lassú hőtermelést okoz, így az égés nem következik be. A gyors oxidáció azonban hőt, fényt, és különböző kémiai melléktermékeket hoz létre, más szóval az égést. 4

5 A már folyamatosan égő anyag tüzének az átlaghőmérsékletét égési hőmérsékletnek nevezzük. A tüzek égési hőmérsékletét nemcsak az égő anyag minősége, hanem az égő és nem égő anyagok mennyiségi aránya is befolyásolja, továbbá jellemző, hogy az égési hőmérséklet a tűz időbeli lefolyása alatt is folyamatosan változik. Az égési hőmérséklet a parázs 500 C-os hőmérsékletétől, a fa, szén égésekor kialakuló C-os hőmérséklettől egészen az acetilén-oxigén láng 3100 C-os hőmérsékletéig terjedhet, de a gyakorlatban előforduló tüzek - ide értve a járműtüzeket is - égési hőmérséklete általában C között változik. Összefoglalva az égés feltételei: éghető anyag jelenléte, oxigén hozzájutása az anyaghoz, a megfelelő gyulladási hőmérséklet és az oxidáció folyamatossága. Az első három feltétel csak a meggyulladáshoz elég, folyamatos égés akkor alakul ki, ha az oxidáció során felszabaduló hő elegendő a gyulladási hőmérséklet fenntartásához. Az égési folyamatot valamely összetevő megszüntetésével, eltávolításával tudjuk megszakítani. A tűzoltás során gyakorlatilag ez történik A tűz kialakulása és terjedése a gépjárművek utasterében Általában elmondható, hogy egy zárt helyiségben (tehát egy gépjármű utasterében is) a kialakuló tűz három szakaszon megy keresztül. Az első szakasz a kezdődő tűz szakasza, amely a gyulladás pillanatával indul. A lángok ekkor még csak egy adott területen találhatóak, és a tűz éghetőanyag szabályozott, ami azt jelenti, hogy a tüzet az éghető anyag alakja, tömege és geometriája határozza meg. A kezdődő szakaszban a levegő oxigén tartalma, és a környezeti hőmérséklet a normál tartományban van. A forró gázok oszlopa kezd a belső tér magasabb régióiba felszállni. A gázoszlop tartalma az éppen égő anyagtól függ, de általában korom, vízgőz, kéndioxid, szén-dioxid és nyomokban más mérgező gázok találhatóak benne. 5

6 A tűz az oxigént a lángok alsó részénél szívja be. Ha a lángok fölött egy vízszintes határoló elem is van, (fülke-tető) akkor mind a konvekció (áramlás), mind a közvetlen lánghatás miatt a tűz felfelé és oldalirányban is terjedni fog. A második fázis a szabadon égés szakasza. A tűz forrásától kiindulva a hő felfelé és kifelé áramló hővezetéssel, hőáramlással és hősugárzással terjed. A sugárzó hő a belső tér más éghető anyagait is a gyulladási hőmérsékletük felé emeli, melynek hatására a tűz erősödik és vízszintesen is terjedni kezd. Az utastér felső részében összegyűlt forró, sűrű füstből és égésgázokból álló réteg is el kezd hőt sugározni lefelé. A vízszintes felső határoló elem környezetében ekkor a hőmérséklet gyorsan nő, míg a padló szint körüli hőmérséklet ekkor még viszonylag alacsony. A tűz intenzitásának növekedésével, az égésgázokkal és a még éghető anyaggal telített korom rétege egyre lejjebb kerül az áramlás következtében. Amikor ez a réteg annyira telítődik, hogy egy vagy több benne lévő éghető anyag eléri a gyulladási hőmérsékletét bekövetkezik az átfordulás. Ekkor a felső réteg begyullad, és a tűz kiterjed a helyiség mennyezeti szintjén. Az átfordulás hatására a vízszintes határoló elem környezetében lévő réteg hőmérséklete és a belőle kisugárzott hő mennyisége még nagyobb sebességgel növekszik. A lefelé sugárzott hő ebben a fázisban úgynevezett másodlagos tüzeket is okozhat, azonban a tűz ebben a szakaszban még mindig éghetőanyag-szabályozott. A tűz harmadik fázisa a belobbanás akkor következik be, amikor a felső füst és gázréteg hőmérséklete elegendő ahhoz,(ez az érték körülbelül 590 C) hogy a zárt térben levő éghető anyagok egyszerre begyulladjanak. A belobbanás általában az utastérben található összes éghető anyag teljes elégéséhez vezet. 6

7 Az utastér belső hőmérséklete ebben a fázisban kerül maximumra, és a tűz (hacsak ki nem törnek a fülke ablakai, vagy ki nem nyitják az utastér ajtóit) hamarosan szellőzésszabályozottá válik, ami azt jelenti, hogy a tűz önmagát le is fojthatja A személygépkocsik szándékos kigyújtásánál leggyakrabban használt gyújtófolyadékok A hazai kriminalisztikai tapasztalatok alapján a gépjármű tüzek szándékos okozása során az elkövetők az alábbi égés gyorsító anyagokat használják leggyakrabban: motorbenzin, gázolaj, benzin-gázolaj keveréke, denaturált szesz, nitrohígító, benzines folttisztító. Az alábbiakban röviden összefoglalom a fenti anyagok legjellemzőbb tulajdonságait A motorbenzin Az úgynevezett alapbenzin a nyers kőolajból desztillálás útján kapott nem egységes vegyület. Összetétele: - paraffin szénhidrogének elegye: főképp hexán (C 6 H 14 ), és heptán (C 7 H 16 ) - több mint 400 féle egyéb alkotó: olefinek, ciklohexán, benzol, toluol, orto-meta és para xilolok stb. 7

8 Fontosabb tulajdonságai: - színtelen, könnyen folyó, szaga a petróleuméra emlékeztet, - vízben oldhatatlan, kétfázisú heterogén rendszert alkot (de pl. borszeszben jól oldódik), - zsírokkal, kloroformmal, éterrel jól elegyedik, - nagyon gyúlékony, - lobbanási pontja: - 42 C, - gyulladási hőmérséklete: 280 C, levegővel keveredve és meggyújtva robbanása erőteljes, - sűrűsége: 0,72-0,77 g/cm³. Az alapbenzint a minőségének javítása miatt más technológiai eljárással készült benzinekkel (gazolin, reformált benzin, krakkbenzin alkilát) vegyítik. Erre azért van szükség, mert az alapbenzinben lévő 5-10 szén atomszámú normálláncú és izomér paraffinok és naftének, valamint aromás vegyületek nem biztosítják az Otto motorok normál üzemének a feltételeit. (Oktánszámuk csupán 70 körüli.) A motorbenzin minőségének további javítása céljából a következő adalékokat használják: - kenőképesség javítók (zsírsavak, hidroxi-zsírsavak, oligomerizált zsírsavak, ezek észterei, aromás amidjai), - füst és emisszió csökkentők (oxigéntartalmú vegyületek; karbonát-típusú vegyületek), - zavarodás gátlók (anionos alkil-, dialkil-szulfoszukcinátok, zsírsav-polietilénglikol észterek), - színezékek (pl. azovegyületek - piros árnyalat; antrakinon - kék árnyalat) - eljegesedés gátlók (kis molekulatömegű alkoholok, glikolok, glikol-éterek) - égésjavítók (aminok, nitrovegyületek, foszfor és bórvegyületek, fémoxidok, terpének, fémsók, fémkomplexek, oxigén tartalmú vegyületek), - ólomhelyettesítő adalékok- kopásgátlók (kálium-naftenátok, titánvegyületek), 8

9 - korróziós inhibitorok (alkenil-borostyánkősav származékok, karbonsav-amidok, stb.) Gázolaj A gázolajat a kőolaj atmoszférikus és vákuum desztillációja során előállított frakciók katalitikus hidrogénezésével, kén paraffin-mentesített termékeiből, keveréssel állítják elő. Összetétele: jellemzően policiklikus szénhidrogének elegye. Fontosabb tulajdonságai: - jellegzetes szagú, sárga színű folyadék, - a víz felületén úszva szétterjedhet, a komponensei a vízben rosszul oldódnak, - normál hőmérsékleti és nyomásviszonyok között az anyag stabil, mérsékelten tűzveszélyes (C kategória), - lobbanási pont hőmérséklete: C, - gyulladási hőmérséklete: 256 C, - sűrűsége: 0,81-0,85 g/cm³. A diesel üzemű gépjárművekben tüzelőanyagként való hasznosítása esetén a következő minőségjavító adalékokkal látják el: - cetánszámnövelők (gyulladásjavítók, mint 2- etil-hexil-nitrát, szerves peroxidok), - kenőképesség javítók: telítetlen karbonsavak vagy észterek, - égésjavítók, füstcsökkentők: vas-karbonilok, dialkil-karbonátok, laktonok, észterek, dimetoxi-metán, cink-oxid, szerves peroxid vagy hiperoxid, - zavarosodás gátlók (demulgeátorok, mint alkil- vagy dialkil szulfoszukcinátok, alkilfenil-polioxi-glikol éterek, - jegesedés- gátlók: glikoléterek, - korrózió- és rozsda gátlók: alkil-, vagy polialkil-borostyánkősavak, dimersavak, amin-sók, 9

10 - hidegfolyás-, hidegszűrhetőség javítók: polimetakrilátok, poliakrilátok, -olefinkopolimerek, maleninsavanhidrid-olefinkopolimerek, mono- és dikarbonsavak észterei Benzin- gázolaj keveréke A jellemzően tűzokozására használt koktélban található motorbenzin a robbanásszerű gyulladást, míg a gázolaj az égés folyamatosságát és tartósságát biztosítja. A kísérleteink során 30 % benzinből és 70 % gázolajból készült keveréket használtunk Denaturált szesz Az elektronikai iparban, valamint a háztartásokban lemosásra használt folyadék. Összetétele: % etil-alkohol - 1-1,5 % metil-etil-keton - 4,5-8 % egyéb szennyeződés (pl. víz, ketonok) Fontosabb tulajdonságai: - jellegzetes szagú, színtelen vagy enyhén sárgás színű folyadék, - fokozottan tűz és robbanásveszélyes, rendkívül gyúlékony, - lobbanáspontja: 23 C alatti, - gyulladási hőmérséklete: 362 C, - sűrűsége: 0,78-0,8 g/cm³, - vízzel minden arányban elegyedik, levegővel robbanóképes elegyet alkot, - gyorsan párolog, gőze kevésbé mérgező, bódító hatású, - hevesen reagál savakkal, erős oxidáló szerekkel, tűz és robbanásveszélyt okozva. 10

11 Nitrohígító A festékiparban, valamint a háztartásokban is használt festék segédanyag, oldószer. Összetétele: % aceton, % butil-acetát, % tolulol. Fontosabb tulajdonságai: - jellegzetes szagú, színtelen folyadék, - fokozottan tűz és robbanásveszélyes, - lobbanás pontja: - 20 C körüli, - gyulladási hőmérséklete: 460 C körüli, - sűrűsége: 0,8-0,85 g/cm³, - gyorsan párolog, gőzei bódító hatásúak, álmosságot, szédülést, tartósan belélegezve jelentős egészségkárosodást okoznak Benzines folttisztító A tisztítóiparban és a háztartásokban is egyaránt zsírtalanításra használt vegyszer. Összetétele: % speciális benzin, % aceton. Fontosabb tulajdonságai: - jellegzetes, a benzinhez hasonló szagú, színtelen folyadék, - fokozottan tűz és robbanásveszélyes, rendkívül gyúlékony, - lobbanáspontja 23 C alatti, - gyulladási hőmérséklete 400 C körüli, - sűrűsége: 0,76-0,78 g/cm³, - vízzel nem elegyedik, a víz felületén úszik, 11

12 - nagyon gyorsan párolog, gőze a levegővel robbanó elegyet alkot, a gőzök álmosságot, szédülést, szemirritációt okoznak. Debrecen január 30. Bara István Okl. gépészmérnök Okl. közlekedési műszaki szakértő egyetemi szakmérnök 12