Какие условия необходимы для возникновения процесса горения. Составляющие пожара и взрыва. Механизм процесса горения

Для возникновения процесса горения необходимы: горючее вещество, кислород, источник воспламенения. Некоторые вещества способны гореть без кислорода, в атмосфере хлора, брома и т.п., но это явление, скорее всего, следует отнести к исключениям из правил.

Горючие вещества могут быть в виде газов, пыли, твердых веществ и жидкостей. Углерод, водород, сера и фосфор, входящие в состав горючих веществ, при горении окисляются и образуют продукты сгорания, которые обычно представляют серьезную опасность для жизни и здоровья людей. Например, 0,4 % окиси углерода, вдыхаемого человеком, является смертельной дозой; вдыхание в течение нескольких минут горячего воздуха температурой 70 °С тоже приводит к летальному исходу.

Выделяющееся при пожаре тепло может оказать разрушительное воздействие на строительные конструкции и технологическое оборудование, что часто приводит к авариям и взрывам.

Чтобы предотвратить пожар, необходимо исключить горючее вещество, кислород или источник воспламенения. Исключить кислород воздуха чрезвычайно сложно, поэтому при разработке противопожарных мероприятий обычно заменяют материалы на менее горючие и ограничивают возможность наличия источника воспламенения.

По горючести вещества и материалы подразделяют на группы:

негорючие (несгораемые) - вещества и материалы, не способные к горению на воздухе;

трудногорючие (трудносгораемые) - вещества и материалы, способные возгораться от источника зажигания, но не способные самостоятельно гореть после удаления источника зажигания;

горючие (сгораемые) - вещества и материалы, способные самовозгораться, а также возгораться от источника зажигания и самостоятельно гореть после его удаления.

Из группы горючих веществ и материалов выделяют легковоспламеняющиеся вещества и материалы. Легковоспламеняющимися называют горючие вещества и материалы, способные воспламеняться от кратковременного (до 30 с) воздействия источника зажигания с низкой энергией (пламя спички, искра, тлеющая сигарета и т.п.). К легковоспламеняющимся относят жидкости с температурой вспышки не выше 61 °С в закрытом или 66 °С в открытом тигле.

Вспышкой называется быстрое сгорание горючей смеси, не переходящее в стационарное горение. Температура вспышки - минимальная температура, при которой данное количество паров над поверхностью жидкости может воспламениться. Горючая смесь - смесь паров горючего вещества с кислородом воздуха. Воспламенение такой смеси может произойти даже от маломощного и кратковременного источника воспламенения (искры).

Температура воспламенения - наименьшая температура, при которой вещество выделяет горючие пары и газы с такой скоростью, что после их зажигания возникает устойчивое горение пламени.

Температура самовоспламенения - температура, при которой начинается самонагревание смеси до воспламенения, заканчивающегося горением.

Нижний и верхний пределы воспламенения (взрываемость) - объемная доля горючего в смеси (%), ниже и выше которой смесь становится неспособной к воспламенению.

Предел распространения огня характеризуется способностью строительных конструкций к самостоятельному горению, измеряется в сантиметрах и представляет собой размер повреждения конструкции в контрольной зоне в течение 15 мин.

В строительном производстве при проектировании мероприятий по предотвращению пожаров ориентируются на недопустимость появления источника воспламенения, поскольку очень многие строительные материалы относятся к группе сгораемых и исключить их из технологических процессов невозможно.

Для возникновения горения необходимо наличие в одном месте и в одно время трех компонентов: горючего вещества, окислителя и источника зажигания (рис. 4.14). Кроме того, нужно, чтобы горючее вещество была нагрета до необходимой температуры и находилась в соответствующем количественном соотношении с окислителем, а источник зажигания мало необходимую энергию для начального импульса (зажигания). Так, спичкой можно зажечь лист бумаги, а деревянную колоду - невозможно. Необходимость для горения одновременно трех компонентов, так называемый треугольник огня, обнаружил еще в XVIII в. французский ученый Лавуазье.

Рис. 4.14.

После возникновения горения протекает тем интенсивнее, чем больше удельная площадь контакта горючего вещества с окислителем (бумажные обрезки горят интенсивнее, чем пачки бумаги) и чем выше концентрация окислителя, температура и давление. На пожарах температура достигает 1000-1300 ° С, а в отдельных случаях, например, при горении магниевых сплавов - 3000 ° С.

Горючими веществами считаются вещества, которые в случае воздействия на них высоких температур, открытого пламени или другого источника зажигания могут заниматься и в дальнейшем гореть с образованием тепла и, как правило, излучением света. К горючих веществ относятся: дерево, бумага, ткани, большинство пластмасс, природный газ, бензин, керосин и другие вещества в твердом, жидком, газообразном состоянии. Как правило, наиболее опасными в пожарном отношении являются горючие вещества в газообразном состоянии.

В состав подавляющего большинства горючих веществ входят углерод (Карбон) и водород (водород), которые являются основными горючими составляющими этих веществ. Поэтому и основными продуктами полного горения (при достаточном количестве кислорода) горючих веществ является С02 и Н20. Есть также целый ряд горючих веществ, которые представляют собой простые элементы, например, сера (Сера), фосфор (Фосфор), углерод (Карбон).

Горючие вещества имеют разную теплотворную способность, поэтому температура на пожарах зависит не только от количества вещества, горит, но и от ее качества (химического состава). В табл. 4.4 приведены температуру пламени при горении некоторых веществ и материалов.

Таблица 4.4.

Окислителем при горении веществ чаще всего выступает кислород воздуха - О.,. Однако с уменьшением содержания кислорода в воздухе замедляется скорость горения, а при содержании кислорода менее 14% (норма 21%) горения большинства веществ становится невозможным. Кроме кислорода, окислителями могут быть химические соединения, в состав которых входит кислород, например, селитра (KNO3), азотная кислота (HNO3), марганцовокислый калий (КМn2O4), а также отдельные химические элементы (фтор, хлор, бром). Некоторые вещества содержат в своем составе кислорода столько, что его достаточно для горения без доступа воздуха (порох, взрывчатка).

Источником зажигания, то есть инициатором пожара может быть: открытый огонь, раскаленные предметы, электрические заряды, тепловые процессы химического, электрического и механического происхождения, искры от ударов и трения, солнечная радиация, электромагнитные и другие излучения. Источники зажигания могут быть высоко-, средне- и маломощными (табл. 4.5):

Таблица 4.5.

Разновидности горения

Различают следующие разновидности горения: взрыв, детонация, вспышка, возгорание, воспламенение, самовозгорание, самовоспламенение, тления.

Взрыв - чрезвычайно быстрое химическое превращение, сопровождающееся выделением энергии и образованием сжатых газов, способных выполнять механическую работу. Преимущественно эта механическая работа сводится к разрушениям, которые возникают во время взрыва и обусловлены образованием ударной волны - внезапного скачкообразно рост давления. При удалении от места взрыва механическое воздействие ударной волны ослабляется.

Детонация - это горение, которое распространяется со скоростью несколько тысяч метров в секунду. Возникновение детонации объясняется сжатием, нагревом и перемещением несгоревшей смеси перед фронтом пламени, что приводит к ускорению распространения пламени и возникновения в смеси ударной волны. Таким образом, наличие достаточно мощной ударной волны является необходимым условием для детонации, поскольку в этом случае передача теплоты в смеси осуществляется не путем медленного процесса теплопроводности, а распространением ударной волны.

Вспышка - кратковременное интенсивное сгорания ограниченного объема газовоздушной смеси над поверхностью горючего вещества или пылевоздушной смеси, сопровождается кратковременным видимым излучением, но без ударной волны и устойчивого горения.

Возгорания - начало горения под воздействием источника зажигания.

Воспламенения - возгорание, сопровождающееся появлением пламени.

Тления - беспламенное горения материала (вещества) в твердой фазе с видимым излучением света из зоны горения.

Самовозгорание - начало горения вследствие самоиницийованих экзотермических процессов.

Самовоспламенение - самовозгорание, сопровождающееся появлением пламени.

Самовозгорание возникает тогда, когда в результате экзотермических процессов скорость выделения тепла в массе горючего вещества превышает скорость его рассеивания в окружающую среду. Инициировать экзотермические процессы, а затем вызвать самовозгорание могут:

высокая температура горючего вещества, обусловленная действием внешнего источника нагрева (тепловое самовозгорание)

Жизнедеятельность микроорганизмов в массе горючего вещества, что приводит к ее самонагревания (микробиологическое самовозгорание)

Химические реакции, в результате воздействия на вещество воздуха, воды или химически активных веществ (химическое самовозгорание).

Тепловое самовозгорание возникает в массе материалов, находящихся в энергетически благоприятном исходном состоянии для вступления в реакцию обмена с кислородом воздуха, при нагревании извне. Такой нагрев может осуществляться следующими способами:

Контактным (вследствие теплообмена при контакте с нагретым предметом)

Радиационным (вследствие лучистого тепла);

Конвективным (вследствие передачи тепла воздушным потоком).

"Механизм" теплового самовоспламенения заключается в следующем. Во время внешнего нагрева материала Его температура постепенно повышается (фаза а, рис. 4.15). После достижения температуры самонагревания ТСН в материале происходит резкая интенсификация экзотермических процессов окисления и разложения, что приводит к самонагревания и повышение температуры материала (фаза б). Наиболее интенсивное самонагревания возникает в месте, где достигаются наилучшие условия аккумуляции тепла. Таким условиям отвечают глубинные места, поскольку именно в них худшие условия рассеивания тепла в окружающую среду. Так, центр самонагревания угля, составленного в кучу, находится, как правило, на глубине 0,5-0,8 м от поверхности.

При достижении температуры самовоспламенения ТСЗ возникает горения материала без источника зажигания (фаза в).

Рис. 4.15.

Тепловое самовозгорание наблюдается при хранении в кучах каменного угля (Та = 50-60 ° С) и хлопка (Та = 120-125 ° С), а также в кипах газетного (обойного) бумаги и гофрированного картона (Три = 100- 110 ° С).

Профилактика теплового самовоспламенения - предотвращение нагрева материалов (веществ) от внешних источников тепла.

К микробиологического самовозгорания способны органические дисперсные и волокнистые материалы, внутри которых возможна жизнедеятельность, так называемых термофильных микроорганизмов. Именно жизнедеятельность таких микроорганизмов приводит к первичному самонагревания массы материала. Особенно подвержены микробиологического самовозгорания невысушенные вещества растительного происхождения, сложенные в кучу (сено, солома, зерно, лен, хлопок, торф и т.д.). Микробиологическое самовозгорание возникает в период от 10 до 30 суток с момента начала процесса.

На рис. 4.16 приведены типичную кривую развития процесса микробиологического самовозгорания невысушенного сена, заложенного на хранение.

Рис. 4.16. Типичная кривая развития процесса микробиологического самовозгорания невысушенного сена, заложенного на хранение

Химическое самовозгорание возникает вследствие воздействия на горючее вещество воздуха, воды или химически активных веществ.

К веществам, способные самовозгораться вследствие воздействия на них кислорода воздуха, относятся масла, жиры и олифы. Однако для этого необходимы соответствующие условия. Так, при хранении этих веществ в таре самовозгорания не происходит, так как поверхность их соприкосновения с воздухом слишком мала. В то же время пропитанные ими волокнистые материалы имеют развитую поверхность окисления, что существенно увеличивает их способность к самовозгоранию. Однако еще одним непременным условием является составление пропитанных материалов в кучу, штабеля, пакеты. В этом случае поверхность окисления значительно превышает поверхность теплоотдачи, что приводит к самонагревания веществ с последующим их самовозгоранию.

По опытным данным, 50 г ваты, пропитанной 100 г льняного масла, показали такой рост температуры (табл. 4.6).

Таблица 4.6.

Через 15 ч с момента утечки образца его температура достигнет 170 ° С и он вспыхнет без источника зажигания.

К веществам, способные самовозгораться при воздействии на них воды, относятся калий, натрий, цезий, карбиды кальция и щелочных металлов и тому подобное. Эти вещества при взаимодействии с водой выделяют горючие газы, которые нагреваются за счет теплоты реакции и самовозгораются.

К химически активных веществ, которые могут вызвать самовозгорание, принадлежат главным образом окислители: сжатый кислород, азотная кислота, перманганат калия, перекись натрия, селитры, хлорная известь и др.

Например, сжатый кислород приводит к самовозгоранию минеральных масел, которые не занимаются на воздухе. А растительные материалы (солома, сено, лен, хлопок, опилки), скипидар, этиловый спирт самовозгораются в результате контакта с азотной кислотой.

Способность самовозгораться веществ и материалов необходимо учесть при разработке мер пожарной профилактики во время их хранения, транспортировки, термообработки, выполнения технологических операций и тому подобное.

П. о. веществ и материалов - совокупность свойств веществ (материалов), способствующих возникновению и (или) развитию горения и последующего распространения опасных факторов пожара. П. о. может быть присуща негорючим веществам, которые способны при взаимодействии с др. веществами вызывать горение или усиливать его (функция окислителя); производить тепловую энергию (функция источника зажигания) или горючие газы (функция поставщика горючего). Такие вещества относят к категории особо пожаровзрывоопасных исходя из их несовместимости. Сущность горения заключается в следующем - нагревание источников зажигания горючего материала до начала его теплового разложения. В процессе теплового разложения образуется угарный газ, вода и большое количество тепла. Выделяется также углекислый газ и сажа, которая оседает на окружающем рельефе местности. Время от начала зажигания горючего материала до его воспламенения - называет временем воспламенения. Максимальное время воспламенения - может составлять несколько месяцев. С момента воспламенения начинается пожар

Составляющие пожара и взрыва

Для горения необходимы три элемента:

1. горючее вещество, которое будет испаряться и гореть,

2. кислород для соединения с горючим веществом и

3. теплота для повышения температуры паров горючего вещества до момента их воспламенения.

Символический пожарный треугольник иллюстрирует это положение и дает представление о двух важных факторах, необходимых для предотвращения и тушения пожаров:

1. если одна из сторон треугольника отсутствует, пожар не может начаться;

2. если одну из сторон треугольника исключить, пожар погаснет.

Пожарный треугольник - простейшее представление трех факторов, необходимых для существования пожара, но он не поясняет природу пожара. В частности, он не включает цепную реакцию, возникающую между горючим веществом, кислородом и теплотой в результате химической реакции.

Пожарный тетраэдр - более наглядная иллюстрация процесса сгорания (тетраэдр - это многогранник с четырьмя треугольными гранями). Он очень полезен для понимания процесса сгорания, так как на нем имеется место для цепной реакции и каждая грань касается трех других.

Для осуществления горения необходимы три элемента: горючее вещество (1), кислород (2) и теплота (3), а для поддержания горения - цепная реакция (4).

Процесс горения характеризуется так называемым "пожарным тетраэдром". Если убрать одну из граней тетраэдра, горение прекратится.

Основная разница между пожарным треугольником и пожарным тетраэдром заключается в том, что тетраэдр показывает, каким образом за счет цепной реакции поддерживается пламенное горение, т.е. как грань цепной реакции удерживает остальные три грани от падения.

Цепная реакция начинается следующим образом: образующаяся при горении паров теплота воспламеняет все большее количество паров, при горении которых снова выделяется все большее количество теплоты, воспламеняющей еще большее количество паров. В результате этого постоянно нарастающего процесса горение усиливается. Пока горючего вещества много, пожар продолжает развиваться, пламя разрастается.

Через некоторое время количество паров, выделяющихся из горючего вещества, достигает максимума и начинает стабилизироваться, в результате чего горение протекает с устойчивой скоростью. Это продолжается до тех пор, пока не израсходуется основная часть горючего вещества. Затем окисляется меньшее количество паров и меньше образуется теплоты. Процесс начинает затухать. Происходит выделение все меньшего количества паров, меньше становится теплоты и огня, пожар постепенно угасает. При сгорании твердых горючих веществ может остаться зола, и еще какое-то время будет продолжаться тление. Жидкие горючие вещества выгорают полностью.

ГОРЮЧИЕ ВЕЩЕСТВА (МАТЕРИАЛЫ) – вещества (материалы), способные к взаимодействию с окислителем (кислородом воздуха) в режиме горения. По горючести вещества (материалы) подразделяют на три группы:

§ негорючие вещества и материалы не способные к самостоятельному горению на воздухе;

§ трудногорючие вещества и материалы – способные гореть на воздухе при воздействии дополнительной энергии источника зажигания, но не способные самостоятельно гореть после его удаления;

§ горючие вещества и материалы – способные самостоятельно гореть после воспламенения илисамовоспламенения самовозгорания.

Горючие вещества (материалы) – понятие условное, так как в режимах, отличных от стандартной методики, негорючие и трудногорючие вещества и материалы нередко становятся горючими.

Среди горючих веществ имеются вещества (материалы) в различных агрегатном состоянии: газы, пары, жидкости, твёрдые вещества (материалы), аэрозоли. Практически все органические химические вещества относятся к горючим веществам. Среди неорганических химических веществ также имеются горючие вещества (водород, аммиак, гидриды, сульфиды, азиды, фосфиды, аммиакаты различных элементов).

Горючие вещества (материалы) характеризуются показателями пожарной опасности. Введением в состав этих веществ (материалов) различных добавок (промоторов, антипиренов, ингибиторов ) можно изменять в ту или иную сторону показатели их пожарной опасности.

Окислитель является второй стороной треугольника горения. Обычно в качестве окислителя при горении выступает кислород воздуха, однако могут быть и другие окислители - окислы азота: N,0^, NO, C1, и т.п.

Критическим показателем для кислорода воздуха как окислителя, является его концентрация в воздушной среде закрытого судового помещения в объемных пределах выше 12-14%. Ниже этой концентрации горение абсолютного большинства горючих веществ не происходит. Однако некоторые горючие вещества способны гореть и при более низких концентрациях кислорода в окружающей газовоздушной среде.

САМОВОСПЛАМЕНЕНИЕ - это быстрое самоускорение экзотермической химической реакции, приводящее к появлению яркого свечения - пламени. Самовоспламенение происходит в результате того, что при окислении материала кислородом воздуха образуется тепла больше, чем успевает отводиться за пределы реагирующей системы. Для жидких и газообразных горючих веществ это возникает при критических параметрах температуры и давления.

1 - период загорания 3 - период горения

2 - развития пожара 4 - период затухания

При рассмотрении процессов горения следует различать следующие его виды: вспышка, возгорание, воспламенение, самовоспламенение, самовозгорание, взрыв.

Вспышка- это быстрое сгорание горючей смеси, не сопровождающееся образованием сжатых газов.

Возгорание- возникновение горения под воздействием источника зажигания.

Воспламенение- возгорание, сопровождающееся появлением пламени.

Возгораемость- способность возгораться (воспламеняться) под воздействием источника зажигания.

Самовозгорание- это явление резкого увеличения скорости экзотермических реакций, приводящее к возникновению горения веществ (материала, смеси) при отсутствии источника зажигания.

Самовоспламенение- это самовозгорание, сопровождающееся появлением пламени.

Взрывомназывается чрезвычайно быстрое химическое (взрывчатое) превращение вещества, сопровождающееся выделением энергии и образованием сжатых газов, способных производить механическую работу.

Необходимо понимать различие между процессами возгорания (воспламенения) и самовозгорания (самовоспламенения). Для того чтобы возникло воспламенение, необходимо внести в горючую систему тепловой импульс, имеющий температуру, превышающую температуру самовоспламенения вещества. Возникновение же горения при температурах ниже температуры самовоспламенения относят к процессу самовозгорания (самовоспламенения).

ТЛЕНИЕ - горение твердых веществ (материалов), характеризующееся отсутствием пламени , сравнительно низкими скоростями распространения пламени по веществу (материалу) и температурами 400-600°C, часто сопровождающееся выделением дыма и др. продуктов неполного сгорания. Указанные признаки свидетельствуют о Т. как неинтенсивно протекающем процессе окисления (горения) из-за недостатка окислителя в зоне горения и (или) активно рассеивающейся из этой зоны теплоты. Т. может быть переходной стадией после прекращения пламенного горения материала или удаления внешнего источника зажигания . Такое Т. называютостаточным .

Ожог – это повреждение ткани тела человека из-за внешнего воздействия. К внешним воздействиям можно отнести несколько факторов. Например, термический ожог. Это ожог, который наступил вследствие воздействия горячих жидкостей или пара, предметов сильно раскаленных.

Электрические ожоги – при таком ожоге поражаются еще и внутренние органы электромагнитным полем.

Химические ожоги - те, которые наступили из-за действия йода, например, некоторых растворов кислот. Вообщем различных разъедающих жидкостей.

Если ожог получен вследствие ультрафиолета или инфракрасного излучения, то это лучевой ожог.

По глубине поражения тканей ожоги делятся на четыре степеней.

Ожог 1 степени характеризуется покраснением и небольшим отеком кожных покровов. Обычно выздоровление в этих случаях наступает на четвертые или пятые сутки.

Ожог 2 степени – появление пузырей на покрасневшей коже, которые могут образоваться не сразу. Ожоговые пузыри наполнены прозрачной желтоватой жидкостью, при их разрыве обнажается ярко-красная болезненная поверхность росткового слоя кожи. Заживление, если к ране присоединилась инфекция, происходит в течение десяти – пятнадцати дней, без образования рубца.

Ожог 3 степени – омертвление кожи с образованием струпа серого или черного цвета.

Четвертая степень – омертвление и даже обугливание не только кожи, но и глубже лежащих тканей – мышц, сухожилий, и даже костей. Омертвевшие ткани частично расплавляются и отторгаются в течение нескольких недель. Заживление протекает очень медленно. На месте глубоких ожогов часто образуются грубые рубцы, которые при ожоге лица, шеи и суставов ведут к обезображиванию. На шее и в области суставов при этом, как правило, образуются рубцовые контрактуры.

Поверхность ожогов

Существует процентное соотношение степени поражения всего тела. Для головы – это девять процентов от всего тела. Для каждой руки – тоже девять процентов, грудь – восемнадцать процентов, каждая нога – по восемнадцать процентов и спина также восемнадцать процентов.

Такое деление на процентное соотношение поврежденных тканей к здоровым, позволяет быстро оценить состояние больного и правильно дать заключение можно ли спасти человека.

Вынести пострадавшего из огня, потушить на нем горящую одежду или сорвать ее, охладить обожженные участки тела холодной водой, снегом или льдом до прекращения острых болей.

Самому пострадавшему, если он в сознании и пытается бежать, нельзя сбивать пламя незащищенными руками, нельзя двигаться в горящей одежде, поскольку горение из-за повышенного притока кислорода только усилится. При возможности тут же надо погрузиться в холодную воду, снег.

Обработка обожженных поверхностей должна производиться чистыми руками, чтобы не занести на раневую поверхность инфекцию. Ожоги первой степени обрабатывают семидесяти градусным спиртом или одеколоном. При ожогах второй степени на обожженную поверхность после обработки ее спиртом или одеколоном надо наложить сухую стерильную повязку. Пузыри при этом вскрывать не следует.

Нельзя отрывать от ожоговой поверхности приставшие остатки одежды, их нужно обрезать НПО границе ожога и наложить повязку поверх них. Рот и нос оказывающего помощь и пострадавшего должны быть закрыты марлей или хотя бы чистым носовым платком либо косынкой для того, чтобы при разговоре или дыхании изо рта и носа обожженные места не попадали болезнетворные бактерии, способные вызвать заражение.

При падении сердечно-сосудистой деятельности (снижение артериального давления, учащение пульса при слабом его наполнении) можно ввести подкожно 1-2 ампулы кофеина, кордиамина. Пострадавшего после этого следует укутать в одеяло, но не перегревать его, затем напоить большим количеством жидкости – чаем, минеральной водой, после чего немедленно транспортировать в больницу. И еще: обожженную поверхность нельзя смазывать никакими мазями или засыпать никакими порошками.

Зона горения (зона активного горения или очаг возгорания) - часть пространства, в котором протекают процессы термического разложения или испарения горючих веществ и материалов (твердых, жидких, газов, паров) в объеме диффузионного факела пламени. Горение может быть пламенным (гомогенным) и беспламенным (гетерогенным). При пламенном горении границами зоны горения являются поверхность горящего материала и тонкий светящийся слой пламени (зона реакции окисления), при беспламенном - раскаленная поверхность горящего вещества. Примером беспламенного горения может служить горение кокса, древесного угля или тление, например, войлока, торфа, хлопка и т.д.

Зона теплового воздействия - это пространство вокруг зоны горения, в котором температура в результате теплообмена достигает значений, вызывающих разрушающее воздействие на окружающие предметы и опасна для человека.

Зона задымления - пространство, смежное с зоной горения, в которое возможно распространение продуктов горения. Скорость выгорания характеризуется потерей массы горючих материалов с единицы поверхности во времени. Этот параметр определяет интенсивность тепловыделения во время пожара, его основные характеристики необходимо учитывать при пожаротушении.

Для прекращения горения необходимо: не допустить проникновения в зону горения окислителя (кислорода воздуха), а также горючего вещества; охладить эту зону ниже температуры воспламенения (самовоспламенения); разбавить горючие вещества негорючими; интенсивно тормозить скорость химических реакций в пламени (ингибированием); механически срывать (отрывать) пламя.

На этих принципиальных методах и основаны известные способы и приемы тушения пожаров.

К огнегасительным веществам относятся: вода, химическая и воздушно-механическая пены, водные растворы солей, инертные и негорючие газы, водяной пар, галоидоуглеводородные огнегасительные составы и сухие огнетушащие порошки.

Вода - наиболее распространенное и доступное средство тушения. Попадая в зону горения, она нагревается и испаряется, поглощая большое количество теплоты, что способствует охлаждению горючих веществ. При ее испарении образуется пар (из 1 л воды - более 1700 л пара), который ограничивает доступ воздуха к очагу горения. Воду применяют для тушения твердых горючих веществ и материалов, тяжелых нефтепродуктов, а также для создания водяных завес и охлаждения объектов, находящихся вблизи очага пожара. Тонкораспыленной водой можно тушить даже легковоспламеняющиеся жидкости. Для тушения плохо смачивающихся веществ (хлопок, торф) в нее вводят вещества, снижающие поверхностное натяжение.

Пена бывает двух видов: химическая и воздушно-механическая.

Химическая пена образуется при взаимодействии щелочного и кислотного растворов в присутствии пенообразователей.

Воздушно - механическая пена представляет собой смесь воздуха (90 %), воды (9,7 %) и пенообразователя (0,3 %). Растекаясь по поверхности горящей жидкости, она блокирует очаг, прекращая доступ кислорода воздуха. Пеной можно тушить и твердые горючие материалы.

Инертные и негорючие газы (диоксид углерода, азот, водяной пар) понижают концентрацию кислорода в очаге горения. Ими можно гасить любые очаги, включая электроустановки. Исключение составляет диоксид углерода, который нельзя применять для тушения щелочных металлов, поскольку при этом происходит реакция его восстановления.

Огнегасительные средства - водные растворы солей. Распространены растворы бикарбоната натрия, хлоридов кальция и аммония, глауберовой соли и др. Соли, выпадая в осадок из водного раствора, образуют изолирующие пленки на поверхности.

Галоидоуглеводородные огнегасительные средства позволяют тормозить реакции горения. К ним относятся: тетрафтордибромметан (хладон 114В2), бромистый метилен, трифторбромметан (хладон 13В1) и др. Эти составы имеют большую плотность, что повышает их эффективность, а низкие температуры замерзания позволяют использовать при низких температурах. Ими можно гасить любые очаги, включая электроустановки, находящиеся под напряжением.

Огнетушащие порошки представляют собой мелкодисперсные минеральные соли с различными добавками, препятствующими их слеживанию и комкованию. Их огнетушащая способность в несколько раз превышает способность галоидоуглеводородов. Они универсальны, так как подавляют горение металлов, которые нельзя тушить водой. В состав порошков входят: бикарбонат натрия, диаммонийфосфат, аммофос, силикагель и т. п.

Все виды пожарной техники подразделяются на следующие группы:

· пожарные машины (автомобили и мотопомпы);

· установки пожаротушения;

· огнетушители;

· средства пожарной сигнализации;

· пожарные спасательные устройства;

· пожарный ручной инструмент;

· пожарный инвентарь.

Виды горения — это классификация физико-химического процесса в зависимости от характеристик его протекания.Деление на виды может производиться на основе анализа экзогенных и эндогенных характеристик.

Горение — это стремительно протекающая химическая реакция окисления, сопровождающаяся выделением тепла и свечением. Особенностью этого процесса является наличие цепной реакции распространения огня с ускорением и увеличением количества выделяемого тепла по мере вовлечения в процесс нового материала.

Для обеспечения горения необходимо наличие следующих факторов:

• окислителя (чаще всего это кислород);
• горючего вещества;
• возгорания.

Эти факторы можно разделить на две части: условия и стартовый механизм. К первым относятся:

• состояние среды;
• состояние материала.

Главным фактором среды является наличие такого количества окислителя, который мог бы достаточно долго поддерживать ускоряющуюся цепную реакцию окисления.

Материал должен быть горючим, то есть способным к окислению. К состоянию материала как фактору горения относится и его структура. Пористый материал горит лучше, потому что в нем созданы все условия для лучшего доступа окислителя на всех стадиях процесса.

Стартовый механизм — это возгорание, после которого начинается цепная реакция распространения пламени. Может быть экзогенным и эндогенным. Обычно стремительное окисление начинается от поджога, осуществляемого человеком или природными стихиями.

Человек преднамеренно или нечаянно резко поднимает температуру материала в какой-либо его части, формируя управляемое или неуправляемое (пожар) распространение пламени. Природные стихии — это любой источник высокой температуры. Обычно это вулканы, метеориты, разряды молнии.

Эндогенные причины возгорания — это переход окисления из медленной стадии в быструю. Обычно сам по себе огонь появляется при помещении большого количества горючего материала в среду со значительным содержанием окислителя. Ярким примером является самовозгорание угля или торфа, извлеченных из бескислородной среды на воздух.

Существует еще теория самовозгорания органики при активном действии разлагающих микроорганизмов. Ее суть состоит в том, что бактерии или грибы, разлагая много органики, могут повысить температуру, после чего появляется пламя.

Однако у этой теории есть один изъян: при повышении температуры до определенного предела микроорганизмы перегреваются и прекращают свою деятельность, после чего температура органики снижается. Кроме того, бактерии и грибы могут активно жить только во влажной среде, в которой возникновение пламени невозможно.

Максимальное повышение температуры в разлагающейся куче травы достигает +60°С. После этого бактерии или погибают, или впадают в анабиоз. Через какое-то время на смену перегревшимся микроорганизмам придут другие, но уже в остывшем субстрате.

Виды горения по скорости

Горение — это по определению высокая скорость распространения реакции окисления. Однако есть показатели и побольше. С этой точки зрения виды горения делятся на следующие:

• дефлаграционное — скорость около 10 м/с;
• взрывное — около100 м/с;
• детонационное — около 5000 м/с.

Дефлаграционное горение — это процесс, сопровождаемый передвижением пламени по всему материалу.

Взрыв — это процесс одновременного стремительного окисления всего горючего материала сразу. Обычно он происходит при возгорании очень мелкого и сильно горючего материала.

Детонация — это процесс, при котором распространяется ударная волна, инициирующая реакцию окисления. Последняя поддерживает движение первой за счет стремительно выделяющегося тепла. Ударная волна и экзотермические реакции развивают сверхзвуковую скорость, формируя детонацию.

Эту классификацию не стоит путать с видами пожаров. Понятие последнего произошло не совсем от физики и химии. Это оценка степени управляемости процесса. Горение дров в печке поддается контролю, поэтому это не пожар. В отличие от горения травы и деревьев в лесу.

Разновидности по признакам горючего материала

Конечной стадией горения является сгорание. Оно делится на полное и неполное. Первое — это образование продуктов, которые не являются больше горючим материалом. Обычно это вода, газообразные окислы и минерализованные твердые частицы (зола, пепел). Неполное сгорание происходит в условиях, препятствующих распространению огня. При этом образуются обугленные частички горючего материала.

Внешние условия и виды горения находятся в причинно-следственной взаимосвязи. Примером этого утверждения является деление видов по состоянию смесей.

1. Бедные горючие смеси. Это связь какого-либо материала с окислителем, в которой воспламеняющихся компонентов слишком мало для продолжительного процесса окисления. Иными словами, это такая смесь, в которой окислителя много, а гореть нечему. Возможно и обратное: материал горючий и его много, а окислителя слишком мало.
2. Богатые смеси. В них соотношение окислителя и горючего материала способствует возникновению устойчивого окисления с высокой температурой. В этой смеси есть чему гореть долго и с большим жаром. Главное, чтобы на этот процесс хватило окислителя.

В норме в воздухе содержится около 21% кислорода. Процесс горения стремительно меняет пропорции состава воздуха. Горение часто становится невозможным при снижении содержания кислорода до 14-18%. В этих неблагоприятных условиях гореть продолжают только некоторые вещества, например водород, этилен, ацетилен. При уменьшении количества кислорода менее 10% горение невозможно для всех смесей.

Процесс хоть и быстрый, но многофакторный. Это позволяет создавать большое количество таксонов и классификаций. Так что разнообразие видов горения зависит не только от среды и материала, но и от фантазии человека.

ГЛАВА 21. ГОРЕНИЕ И ВЗРЫВОПОЖАРООПАСНЫЕ СВОЙСТВА ВЕЩЕСТВ

Условия, необходимые для горения. Классификация видов горения

Мероприятия, при которых исключается возможность пожара и взрыва, в случае их возникновения предотвращается воздействие на людей опасных и вредных факторов пожара и взрыва и обеспечивается защита материальных ценностей, называют пожарной безопасностью.

Пожары и взрывы причиняют значительный материальный ущерб народному хозяйству и в ряде случаев вызывают тяжелые травмы, а иногда и гибель людей.

В Советском Союзе существует система государственных мер борьбы с огнем, которая осуществляется на стадии проектирования, строительства и эксплуатации зданий и сооружений.

В обычных условиях горение представляет собой процесс окисления (ли соединения горючего вещества и кислорода воздуха. Однако известно, что некоторые вещества, например сжатый ацетилен, хлористый азот, взрывчатые вещества, могут гореть, взрываться без кислорода с образованием тепла и пламени. Следовательно, горение может явиться результатом не только реакции соединения, но и разложения.

Горением называют быстро протекающую химическую реакцию, сопровождающуюся выделением большого количества тепла и обычно свечением. В зависимости от скорости процесса процесса горение может происходить в форме собственно гонения, взрыва и детонации.

Наибольшая скорость горения наблюдается в чистом кислороде,
наименьшая - при содержании в воздухе 14-15%(об.) кислорода,
При дальнейшем уменьшении содержания кислорода горение большей
части веществ прекращается. Оно происходит тем быстрее, чем больше
удельная поверхность веществ; при тщательном смешении горючего
вещества и кислорода (окислителя) увеличивается скорость горения.

Для возникновения и развития процесса горения обычно необходимы,
горючее, окислитель и источник загорания. Горение прекращается, если нарушить какое – либо из этих условий. Так при тушении горящего дере­ва водой происходит охлаждение его ниже температуры воспламенения, при тушении горючих жидкостей пенами прекращается поступление паров горючего в зону горения.

Химический состав горючего вещества и соотношение компонентов горючей смеси имеет важное значение для процесса горения.

Различают два вида горения- полное (при достаточном и избыточном количестве кислорода) и неполное (при недостатке кислорода). Горение может быть диффузионным и кинети­ческим.

Рис. 21.1. Диффузионное пламя:

a - распределение концентрации газов в пла­мени; 1 - горючий газ; 2 - продукты сгора­ния; 3- фронт (поверхность) пламени; б - схематический разрез пламени (4, 5, 6 - зоны диффузионного пламени)

Если кислород проникает в зону гонения вследствие диффузии, то обра­зующееся пламя называется диффузи­онным (рис. 21.1). В зоне 6 находятся газы или пары; горение в этой зоне не происходит (температура в ней не превышает 500°С). В зоне 5 пары или газы сгорают неполностью и частично восстанавливаются до углерода. В зоне 4 происходит полное сгорание продук­тов зоны 5 и наблюдается наиболее высокая температура пламени. Высота пламени обратно пропорциональна ко­эффициенту диффузии, который в свою очередь пропорционален температуре в степени от 0,5 до 1. Высота пламени возрастает с увеличением скорости по­тока газов и изменяется обратно про­порционально плотности газов и паров.

От диффузионного отличается пла­мя, образующееся при кинетическом

горении, т. е. заранее перемешанного горючего газа с воздухом. Это пламя при воспламенении какой-либо части объема горючей смеси пред­ставляет собой светящуюся зону, в которой соприкасаются друг с другом свежая смесь и продукты горения; зона горения всегда движется в сто­рону свежей горючей смеси, а фронт пламени имеет большей частью сферическую форму. При сгорании смеси горючих газов или паров с воздухом, подаваемых с определенной скоростью в зону горения, образуется стационарное пламя, имеющее форму конуса. Во внутрен­ней части конуса смесь подогревается до температуры воспламенения. В остальной части конуса происходит горение, характер которого за­висит от состава смеси. Если в смеси недостаточно кислорода, то во внешней части конуса происходит полное сгорание продуктов, образо­вавшихся при неполном горении во внутренней части конуса.

Таким образом, в пламени одновременно могут происходит процес­сы диффузионного горения и горения предварительно смешанных ком­понентов горючей смеси.

Следует различать также гомогенное и гетерогенное горение. Гомо­генным является горение газообразных веществ, гетерогенным - ве­ществ других агрегатных состояний. Гетерогенное горение является од­новременно и диффузионным.