Физико-химические основы процесса горения
Горение – сложное химическое превращение веществ, сопровождаемое интенсивным выделением большого количества тепла.
Чаще всего горение представляет собой экзотермическое окислительное взаимодействие горючего вещества с окислителем (обычно – кислородом). К горению также относят процессы разложения взрывчатых веществ, соединение некоторых веществ с хлором или фтором и др.
Химическая реакция горения достаточно сложная, так как состоит из многих процессов химических превращений. Кроме химических превращений при горении сопровождается физическими процессами: перемещение тепла, массы вещества, изменение давления и др.
Согласно тепловой теории горения условием возникновения процесса горения является превышение скорости выделения теплоты химической реакции горения над скоростью отвода теплоты в окружающую среду. При соблюдении этого условия происходит саморазогрев горючего вещества, и скорость реакции возрастает. И напротив, превышение скорости отвода теплоты над скоростью её выделения может привести к затуханию химического процесса горения.
Характеристикой горения является время. Время горения складывается из времени, необходимого для возникновения контакта между горючим веществом и кислородом (Тк) и времени самого процесса химического окисления (Тхо). Таким образом, время горения определяется:
Тг = Тк + Тхо. (11)
При тушении пожара необходимо учитывать особенности процесса горения:
· диффузное горение, при условии, что время (Тк) больше, чем время (Тхо);
· кинетическое горение определяется условием, что горит однородная горючая смесь, и время горения определяется, в основном, временем химического окисления (Тхо).
Обычно большинство пожаров представляют собой диффузионное горение с большим расходом воздуха:
· для горения 1 кг древесины требуется примерно 4 м3 воздуха;
· для горения 1 кг торфа требуется примерно 6 м3 воздуха;
· для горения 1 кг пропана требуется примерно 24 м3 воздуха.
Основные понятия пожарной безопасности
Основные понятия и определения в области пожарной безопасности представлены в законодательных и иных нормативных правовых актах:
· федеральный закон “О пожарной безопасности” (№ 69-ФЗ от 21 декабря 1994 года);
· ППБ 01-03. Правила пожарной безопасности в Российской Федерации (утверждены приказом МЧС России от 18 июня 2003 года № 313);
· Инструкция по организации и осуществления государственного пожарного надзора в Российской Федерации (утверждена приказом МЧС России от 17 марта 2003 года № 132);
· НПБ 104-03. Системы оповещения и управления эвакуацией людей при пожарах в зданиях и сооружениях;
· НПБ 110-99. Перечень зданий, сооружений, помещений и оборудования, подлежащих защите автоматическими установками тушения и обнаружения пожара.
Пожар – это неконтролируемое горение, причиняющее материальный ущерб, вред жизни и здоровью граждан, интересам общества и государства.
Пожарная безопасность – это состояние защищённости личности, имущества, общества и государства от пожаров.
Пожарная охрана – это совокупность созданных в установленном порядке органов управления, сил и средств, в том числе противопожарных формирований, предназначенных для организации предупреждения пожаров и их тушения.
Источником зажигания обычно являются:
· искры от неисправного электрооборудования;
· тепло от трения деталей;
· перегрев электроконтактов; статическое электричество;
· химические реакции и др.
Например, искра от удара металлических тел может достигать температуры более 1 900оС, пламя спички порядка 800оС, температура электрического разряда достигает 10 000оС.
Температура воспламенения – наименьшая температура, при которой вещество загорается (или начинает тлеть) и продолжает гореть (тлеть) после удаления источника воспламенения.
Температура самовоспламенения – наименьшая температура, до которой необходимо нагреть вещество, чтобы оно воспламенилось.
Различают следующие виды горения:
1. Взрыв – быстрое химическое превращение, сопровождающееся выделением энергии и образованием сжатых газов, способных совершить работу (например, двигатель внутреннего сгорания).
2. Вспышка – быстрое сгорание горючей смеси без образования сжатых газов.
3. Возгорание – возникновение горения под действием источника зажигания.
4. Самовозгорание – возникновение горения в отсутствии источника зажигания (часто вследствие увеличения скорости экзотермической реакции):
· тепловое самовозгорание – возникновение горения при внешнем нагреве вещества до температуры, превышающей его самовозгорание.
· микробиологическое самовозгорание – возникновение горения вследствие самонагревания вещества под действием жизнедеятельности микроорганизмов (например, “горение” сена, опилок и др.).
· химическое самовозгорание – возникновение горения вследствие химического взаимодействия веществ (например, природное горение угля).
Фронт пламени пожара – узкая зона, где прогревается вещество и протекает химическая реакция.
В соответствии с «Правила пожарной безопасности в Российской Федерации» пожары подразделяются на классы:
класс А – пожары твёрдых веществ;
класс В – пожары горючих жидкостей или плавящихся твёрдых веществ;
класс С – пожары газов;
класс D –пожары металлов и их сплавов;
класс Е – пожары, связанные с горением электроустановок.
Классификация помещений и зданий по пожаро- и взрывоопасности
Возможность возникновение и распространения пожаров в зданиях и сооружениях зависит от того, из каких материалов (конструкций) они выполнены, а также от размеров зданий и их расположения. Строительными нормами и правилами “Пожарная безопасность зданий и сооружений” (СНиП 21-01-97) определены следующие показатели нормирования применительно к зданиям и сооружениям.
Способность конструкций сопротивляться воздействию пожара во времени при сохранении своих эксплуатационных свойств называется огнестойкостью.
Пожарно-техническая классификация предназначается для установления необходимых требований по противопожарной защите конструкций, помещений, зданий, элементов и частей зданий в зависимости от их огнестойкости и (или) пожарной опасности.
Строительные материалы подразделяются на две категории: негорючие (НГ) и горючие (Г). Горючие строительные материалы подразделяются на четыре группы:
Г1 (слабогорючие);
Г2 (умеренногорючие);
Г3 (нормальногорючие);
Г4 (сильногорючие).
Горючие строительные материалы по воспламеняемости подразделяются на три группы:
В1 (трудновоспламеняемые);
В2 (умеренновоспламеняемые);
В3 (легковоспламеняемые).
Горючие строительные материалы по распространению пламени по поверхности подразделяются на четыре группы:
РП1 (нераспространяющие);
РП2 (слабораспространяющие);
РП3 (умереннораспространяющие);
РП4 (сильнораспространяющие).
Горючие строительные материалы по дымообразующей способности подразделяются на три группы:
Д1 (с малой дымообразующей способностью);
Д2 (с умеренной дымообразующей способностью);
ДЗ (с высокой дымообразующей способностью).
Горючие строительные материалы по токсичности продуктов горения подразделяются на четыре группы:
Т1 (малоопасные);
Т2 (умеренноопасные);
ТЗ (высокоопасные);
Т4 (чрезвычайно опасные).
По пожарной опасности строительные конструкции подразделяются на четыре класса:
КО (непожароопасные);
К1 (малопожароопасные);
К2 (умереннопожароопасные);
КЗ (пожароопасные).
Предел огнестойкости строительных конструкций устанавливается по времени наступления одного или последовательно нескольких, нормируемых для данной конструкции, признаков предельных состояний:
R (потери несущей способности);
E (потери целостности);
I (потери теплоизолирующей способности).
Здания подразделяются по степеням огнестойкости, которые, в свою очередь, определяются огнестойкостью его строительных конструкций. С возрастанием степени огнестойкости уменьшается её предел, например, в зданиях I и II степени все конструкции выполняются из несгораемых материалов с пределами огнестойкости от 0,25 до 2 часов. В зданиях III степени огнестойкости стены выполняются из несгораемых материалов, перекрытия и перегородки – из трудносгораемых материалов, а совмещённые перекрытия – из сгораемых материалов.
Здания и пожарные отсеки по конструктивной пожарной опасности подразделяются на четыре класса – С0, С1, С2 и С3.
По взрывопожарной и пожарной опасности производственные помещения и здания подразделяются на категории:
· категория А (взрывопожароопасные) – горючие газы, ЛВЖ с температурой вспышки ниже 28оС;
· категория Б (взрыво- и пожароопасные) – горючие пыли, волокна, ЛВЖ с температурой вспышки выше 28оС;
· категории В1-В4 (пожароопасные) – горючие и трудногорючие материалы;
· категория Г – негорючие материалы в горячем состоянии;
· категория Д – негорючие вещества и материалы в холодном состоянии.
Существуют способы повышения огнестойкости строительных материалов:
· термоизоляция (штукатурка дерева, обшивка металлом и др.);
· огнезащитная пропитка (водные растворы солей и др.);
· огнезащитное покрытие (окраска древесины специальными красками) и др.
Здания и части зданий по функциональной пожарной опасности подразделяются на классы:
Ф1 – гостиницы, жилые дома и т.п.;
Ф2 – зрелищные и культурно-просветительные учреждения;
Ф3 – предприятия по обслуживанию населения;
Ф4 – учебные заведения, научные и проектные организации, учреждения управления;
Ф5 – производственные и складские здания.
Противопожарная профилактика обеспечивается:
1. Устройством противопожарных преград внутри зданий;
2. Созданием легкосбрасываемых конструкций в сооружениях, где используются взрывоопасные вещества;