Пожежі, їх види, причини виникнення (стр. 4 из 6)

Горіння деревини завжди проходить стадію розкладання, що характеризується явищами поглинання та виділення тепла. Між поверхнею, що горить, та близько розташованими ділянками знаходиться шар, в якому відбувається підготовчий ендотермічний процес, що перешкоджає розповсюдженню тепла.

При розкладанні деревини, особливо в процесі горіння, її склад змінюється: зменшується вміст водню та кисню, збільшується відносна частка вуглецю. При досягненні температури понад 400 °С у складі вугілля переважає вуглець, тому виділення газоподібних речовин різко скорочується.

Коли температура вугілля на поверхні складає 500–700 °С, розташовані за ним шари також розкладаються з виділенням горючих газів. Одночасно зростає шар вугілля, який перешкоджає виходу цих газів. Полум’я залишається тільки біля тріщин вугілля (знову згадаємо багаття), й кисень може досягти його поверхні. Внаслідок цього продовжується горіння летких продуктів розкладу й одночасно починається горіння твердого залишку.

При товщині шару вугілля 2–2,5 см має місце рівновага між лінійною швидкістю вигоряння вугілля, швидкістю прогрівання та розкладу деревини.

Після цього рівновага зсувається в бік перетворення у вугілля всього об’єму деревини. Отже, процес горіння деревини складається з двох основних періодів: горіння парів й газів, що утворюються при її розкладанні; горіння вугілля, що утворилося.

Між зазначеними періодами є перехідний етап, що характеризується перебігом обох процесів.

В умовах пожежі більше значення має перший період, оскільки він супроводжується виходом основної маси нагрітих до високої температури летких горючих продуктів, на які припадає до 80% теплоти згоряння деревини. Частина цього тепла акумулюється «свіжою» поверхнею матеріалу, ініціює процес самостійного горіння.

Деревина належить до матеріалів, горіння яких за певних умов може відбуватися у вигляді тління.

ТЛІННЯ (ЖЕВРІННЯ) визначається як процес безполуменевого горіння твердого матеріалу (речовини), який установлюється за умови недостатнього припливу до матеріалу, що горить, кисню та тепла, та часто супроводжується виділенням диму.

Пожежі, що розвиваються у режимі тління, пов’язані з низкою проблем. До них належать: складність виявлення в початковій стадії, прогрівання поверхонь, що огороджують осередок тління; перехід до полуменевого горіння; труднощі гасіння заглиблених осередків пожежі; висока ймовірність повторних загорянь тліючих осередків.

Дослідженням кінетики температурних полів в осередку тління деревної тирси та об’ємі, що прилягає до нього, встановлено, що форма осередку тління близька до сферичної. Швидкість поширення фронту тління однакова у всіх напрямках і залежить від породи деревини, насипної щільності, вологості та розмірів частинок. Зі збільшенням розмірів частинок швидкість поширення фронту тління й температура в осередку знижуються. Підвищення насипної щільності в 2 рази порівняно з початковою припиняє процес тління.

У зонах, прилеглих до осередку, відзначаються аномальні теплофізичні властивості полімерного матеріалу, що утворюється: зменшення ефективного коефіцієнта теплопровідності, збільшення ефективної теплоємності та вологості.

Сферичний шар полімерного матеріалу, який оточує осередок тління, перешкоджає розсіюванню теплоти осередку в об’ємі та створює ефект «адіабатичної сорочки», що й пояснює високу «живучість» осередку тління та труднощі, пов’язані з гасінням.

Знання особливостей термічного розкладу й горіння деревини має основоположне значення для оцінки її пожежної небезпеки, а також для розробки засобів та способів її вогнезахисту.

Горіння рідин

РІДИНИ – речовини, тиск насичених парів яких при температурі 25 °С та тиску 101,3 кПа (1 атм) менше 101,3 кПа. До рідин належать також тверді плавкі речовини, температура плавлення або краплепадіння яких менше 50 °С.

Рідини, які горять, поділяють на ГОРЮЧІ та ЛЕГКОЗАЙМИСТІ. Відповідно до міжнародних рекомендацій, до легкозаймистих належать всі горючі рідини, що мають температуру спалаху нижче 61 °С (при визначенні в лабораторних умовах у закритому тиглі) або 66 °С (у відкритому тиглі). Особливо небезпечними є легкозаймисті рідини з температурою спалаху не більше 28 °С.

Горіння рідин відбувається у газовій фазі та являє собою складний фізико-хімічний процес, що проходить при взаємному впливі кінетичних, теплових і гідродинамічних явищ. Як результат випаровування, над поверхнею рідини утворюється паровий потік, змішування та хімічна взаємодія якого з киснем повітря забезпечує формування зони горіння, тобто тонкого шару газів, що світиться, і в який з поверхні рідини надходять горючі пари, а з повітря дифундує кисень. Стехіометрична суміш, що виникає, згоряє за частку секунди. Оскільки швидкість хімічного перетворення в зоні горіння в даному випадку залежить від швидкості надходження реагуючих компонентів до поверхні полум’я шляхом молекулярної та конвективної дифузії, процес горіння рідин називається дифузійним горінням. Спрощено горіння рідини показано на рис. 2.8.

Рис. 2.7. Схема дифузійного горіння рідини

Розміри та форма полум’я рідин суттєво залежать від діаметра резервуара, в якому відбувається горіння. Зі збільшенням діаметра резервуара висота полум’я збільшується. Полум’я рідин у пальниках малого діаметра буде ламінарним, у резервуарах – турбулентним.

Стійкість полум’я над поверхнею рідини, що горить, забезпечується надходженням до нього з певною швидкістю горючих парів та кисню. Швидкість надходження пального, в свою чергу, залежить від тиску його парів над поверхнею рідини і отже, від її температури.

Кінетика процесу вигоряння рідин характеризується швидкістю вигоряння, яка не є фізико-хімічною константою, оскільки залежить від властивостей горючої рідини, діаметра резервуара та умов тепло- та масообміну в зоні горіння.

Горіння газів

ГАЗИ – речовини, тиск насичених парів яких при температурі 25 °С та тиску 101,3 кПа перевищує 101,3 кПа.

Будь-яка суміш горючого газу з повітрям спалахує при контакті з розжареним тілом, та полум’я, що виникає, поширюється, якщо концентрація газу знаходиться в інтервалі між нижньою та верхньою концентраційними межами поширення полум’я. Швидкість поширення вогню залежить від природи горючого газу, температури навколишнього середовища і тиску та змінюється від 1 до 2000 м·с^-1. Саме цей фактор визначає швидкість розширення нагрітих газів, а отже, й збитки, які здатні спричинити пожежа або вибух. Запалювання горючих газових сумішей може виникати при їх контакті з розжареними поверхнями з появою в середині суміші іскор різного походження або полум’я. Ініціювання горіння газової суміші в одній точці призводить до нагрівання ближче розташованих шарів, де починаються хімічні перетворення. Згоряння таких шарів викликає за собою горіння наступних – і так до повного вигоряння горючої суміші, яка таким чином згоряє пошарово. Зона горіння переміщується по суміші, забезпечуючи поширення полум’я. Межа зони горіння в газовій фазі, де здійснюється хімічне перетворення та проходить інтенсивний розігрів газу, є фронтом полум’я. Попереду фронту полум’я, що поширюється, знаходиться свіжа суміш, а позаду –продукти горіння. Якщо свіжа суміш рухається назустріч фронту полум’я зі швидкістю, яка дорівнює швидкості поширення полум’я, полум’я буде нерухомим (наприклад, у газовому пальнику). У процесі поширення полум’я тепло, що виділяється під час реакції, витрачається на нагрівання свіжої суміші та частково витрачається в навколишнє середовище. Якщо втрати тепла перевищать певне критичне значення, то виникне прогресивне зниження температури полум’я, а потім його загасання. Коли гази згоряють у вільному об’ємі, продукти реакції безперешкодно розширяються й тиск залишається практично постійним. Згоряння в замкненому об’ємі супроводжується підвищенням тиску.

Горіння пилу

ПИЛ – дисперговані тверді речовини та матеріали з розміром частинок менше 850 мкм (0,85 мм). Пил з горючих речовин, зважених у повітрі (газозавись), поводить себе значною мірою як газоповітряна суміш і теж здатний вибухати. Процес горіння газозависі хімічних органічних речовин значною мірою визначається механізмом теплопередачі по фронту полум’я. В органічних системах теплопередача здійснюється, головним чином, шляхом кондуктивно-конвективного теплообміну. Домінуючим механізмом теплопередачі є теплопровідність по газу. На горіння газозависей впливає й гравітація, що проявляється в осіданні частинок під дією сил тяжіння. У загальному вигляді модель фронту полум’я має такий вигляд: із високотемпературної зони пилової хмари, що горить, під впливом теплового потоку частинки встигають випаровуватися до спалахування; поширення фронту полум’я проходить по однорідній газоподібній суміші парів пального з повітрям; реакція взаємодії пального з окисником, що описується відомими з теплової теорії закономірностями, відбувається в кінетичній області.

Як результат руху фронту полум’я має місце часткове розсіювання свіжої суміші поблизу провідних точок полум’я. При цьому окисник (газова фаза) розсіюється в більшій мірі, ніж пальне (конденсована фаза), внаслідок чого фази отримують відносну швидкість й відповідно змінюється співвідношення пального з окисником у фронті полум’я. Підвищення концентрації пального супроводжується зростанням швидкості полум’я в даних зонах. Горіння газозависей природних палив має свої особливості, оскільки тверді природні палива відрізняються від більшості інших хімічних речовин наявністю трьох компонентів: леткої частини, коксу та золи. Процеси займання й поширення полум’я для кожної з цих складових мають певні відмінності. Летка частина складається з газоподібних компонентів, що виділяються під час нагрівання з палива без участі окисника. Кокс близький за складом до вуглецю, до того ж швидкість його горіння значно менша швидкості горіння леткої частки. Тому участь коксу в пилових вибухах природних палив незначна. Зола, що є мінеральною частиною палива, вміщує в собі ряд компонентів, здатних брати участь у горінні (пірити, колчедани, лужні метали), однак зола, в цілому, поводить себе як інертний матеріал.