Общие сведения о процессе горения, пожаре и его развитии. Краткие сведения о характере горения наиболее распространенных горючих веществ древесины, торфа, легковоспламеняющихся (лвж) и горючих жидкостей (гвж),
 Скачать 120 Kb.
|
Усложнение технологических процессов, увеличение площадей застройки промышленных и социально-культурных объектов повышает их пожарную опасность. В связи с этим все большее внимание уделяется совершенствованию профессионального мастерства и подготовке квалифицированных специалистов для тушения пожаров. Пожарная тактика – это теория и практика подготовки и ведения боевых действий по тушению пожаров различными силами и средствами. 1. Общие сведения о процессе горения, пожаре и его развитии. Краткие сведения о характере горения наиболее распространенных горючих веществ: древесины, торфа, легковоспламеняющихся (ЛВЖ) и горючих жидкостей (ГВЖ), газов, лаков и красок, бумаги, полимерных и волокнистых материалов, смол, горючих смесей паров, газов и пыли с воздухом. Пожар - представляет собой сложный физико-химический процесс, включающий помимо горения явления массо- и теплообмена, развивающиеся во времени и пространстве, наносящий материальный ущерб и создающий опасность для жизни и здоровью людей. Пожары бывают открытыми, закрытыми, массовыми, сплошными и шквальными. В зависимости от вида горящих материалов и веществ пожары разделяются на четыре основных класса – A, B, C, D. A – горение твердых веществ (если горят тлеющие вещества – древесина, текстильные изделия, пожары относятся к подклассу A1; не способные тлеть – пластмассы, относятся к подклассу А2); B – горение легковоспламеняющихся жидкостей ( подкласс B1, если жидкости нерастворимы в воде – бензин, дизтопливо, нефть; подкласс B2, растворимые в воде – спирты); C – горение газов; D – горение металлов ( подкласс D1 – горение легких металлов, алюминий, магний и их сплавы; D2 – горение щелочных металлов, натрий и калий; D3 – горение металлосодержащих соединений, металлоорганических и гидридов). По количеству и качеству горючих материалов, площади охвата, времени горения и последствиям пожары оцениваются по пятибалльной шкале. В зависимости от места пожары подразделяются на бытовые, промышленные (техногенные) и природные. Горение – сложное, быстро протекающее химическое превращение, сопровождающееся выделением значительного количества тепла и ярким свечением. В большинстве случаев горение происходит в результате экзотермического окисления вещества, способного к горению (горючего), - окислителем (кислородом воздуха, хлором, закисью азота и др.). Горение представляет собой комплекс взаимосвязанных химических и физических процессов. Важнейшие процессы при горении – тепло- и массоперенос. Наиболее общим свойством горения является способность возникшего очага пламени перемещаться по всей горючей смеси путем передачи тепла или диффузии активных частиц из зоны горения в свежую смесь. Горение протекает по комбинированному тепловому диффузионному механизму. Во всех случаях для горения характерны три типичные стадии: -возникновение пламени; -распространение пламени; -погасание пламени. В зависимости от агрегатного состояния горючего и окислителя различают три вида горения: -гомогенное горение газов и парообразных горючих веществ в среде газообразного окислителя; -гетерогенное горение жидких и твердых горючих веществ в среде газообразного окислителя; -горение взрывчатых веществ и пороха. По скорости распространения пламени горение подразделяют на: -дефлаграционное, протекающее с дозвуковыми скоростями; -детонацию, распространяющуюся со сверхзвуковыми скоростями. Дозвуковое горение подразделяется на ламинарное и турбулентное. Скорость ламинарного горения зависит от состава смеси, начальных давления и температуры, а также от кинетики химических превращений в пламени. Скорость распространения турбулентного пламени помимо перечисленных факторов зависит от скорости потока, степени и масштаба турбулентности. Обязательным условием возникновения любого пожара является наличие горючего материала, окислителя и источника возгорания. Пространство, в котором происходит пожар делится на три зоны: горения, теплового воздействия, задымления. Зона горения представляет собой часть пространства, в котором расположены горючие материалы и вещества и где происходит их непосредственное горение. Зона теплового воздействия – часть пространства, окружающего зону горения. Тепловое воздействие изменяет состояние веществ и материалов, подготавливая их к горению. Зона задымления – часть пространства, примыкающего к зоне горения, заполненного дымом и продуктами термического разложения. 3 1 2    Рис. 1. Зоны на пожаре: 1-зона горения; 2-зона теплового воздействия; 3- зона задымления. Основными составляющими пожара являются огонь (пламя), дым, пепел, сажа. Основные поражающие факторы пожара:
Каждый пожар имеет свои характерные признаки. Чёрный цвет дыма свидетельствует о наличии в пожаре сажи, что типично для горения нефтепродуктов, резины, угля. Светлый дым – о наличии в нем окисло- магния и значительного количества паров воды. Зажигание – процесс инициирования начального очага горения в горючей смеси. Зажигание горючих газовых смесей может происходить при их контакте с накаленными поверхностями, при появлении внутри смеси искр различного происхождения или пламени. Зажигание в результате соприкосновения с накаленной поверхностью происходит, если температура этой поверхности превышает некоторое предельное значение, называемое температурой зажигания. Температура зажигания горючей смеси всегда выше температуры самовоспламенения. При самовоспламенении регулирующая смесь окружена высоко нагретыми стенками. При зажигании газов накаленной поверхностью проявляются каталитические свойства этой поверхности. Они для разных газов различны и существенно зависят от природы поверхности материала. Инициирование горения газовой смеси в одной точке приводит к нагреву близлежащих слоев; в них начинается химическое превращение. Сгорание этих слоев влечет за собой инициирование горения следующих и до полного выгорания горючей смеси. Зона горения перемещается по смеси, обеспечивая распространения пламени. Зона в которой протекает химическое превращение и происходит интенсивный разогрев сгорающего газа, называется фронтом пламени. Перед распространяющимся фронтом пламени находится свежая (несгоревшая) смесь, а сзади - продукты горения. Если свежая смесь движется навстречу фронту пламени со скоростью, равной скорости распространения пламени, то пламя будет неподвижным (газовая горелка). Горение жидкостей представляет собой сложный физико-химический процесс, протекающий при взаимном влиянии кинетических, тепловых и гидродинамических явлений. Горение жидкостей происходит в газовой фазе. В результате испарения над поверхностью жидкости образуется паровая струя, смещение и химическое взаимодействие которой с кислородом воздуха обеспечивает формирование зоны горения. Упрощенная схема диффузионного пламени показана на рис.2. Рис.2 Схема диффузионного пламени: а – распределение концентраций паров и газов в пламени; б – диффузионное пламя. Зоной горения является тонкий светящийся слой газов, в которой с поверхности жидкости поступают горючие пары, а из воздуха диффундирует кислород. Образующаяся стехиометрическая смесь сгорает в доли секунды. Кривая 1 характеризует распределение кислорода, кривая 2 – продуктов горения, кривая 3 – азота, кривая 4 – паров горючего. Так как скорость химического превращения в зоне горения в рассматриваемом случае зависит от скорости поступления реагирующих компонентов к поверхности пламени путем молекулярной и конвективной диффузии, процесс горения жидкостей называют диффузионным горением. Форма и размеры пламени жидкостей существенно зависят от диаметра резервуара, в котором происходит горение. Высота пламени растет с увеличением резервуара. Пламя жидкостей в горелках с малым диаметром является ламинарным, в резервуарах – турбулентным. Пламя над поверхностью горючей жидкости устойчиво, если к нему с определенной скоростью подводятся пары горючего и кислорода. Скорость поступления горючего зависит от давления его паров над поверхностью жидкости и от ее температуры. Наименьшая температура жидкости, при которой возникающее пламя не погаснет, называется температурой воспламенения. Процесс выгорания жидкостей характеризуется скоростью выгорания. Скорость выгорания не является физико-химической постоянной; она зависит от свойств горючей жидкости, диаметра резервуара и условий тепло- и массообмена в зоне пожара. Для всех жидкостей зависимость скорости выгорания от диаметра резервуара имеет общий характер (рис.3).  12 10 8 6 4 2 0 10-1 100 101 102 103 104 Диаметр резервуара, см Рис.3 Зависимость скорости выгорания от диаметра резервуара 1 – бензин; 2 – керосин; 3- дизельное топливо; 4 – нефть. Горение твердых веществ отличается от горения газов наличием стадии разложения и газификации и имеет многостадийный характер. Под воздействием внешнего тепла происходит нагрев твердой фазы, сопровождающийся разложением и выделением газообразных продуктов, которые воспламеняются и сгорают. Тепло от образовавшегося факела воздействует на поверхность твердого вещества, вызывая поступление в зону горения новых порций горючих газов (рис.4). 1 6        2 3 4   5Рис.4 Модель горения твердого вещества 1 – конденсированная фаза; 2 – зона без реакции в конденсированной фазе; 3 – реакционная зона в газе; 4 – газообразные продукты сгорания; 5 – реакционная зона в конденсированной фазе; 6 – газовая фаза. Модель горения твердого вещества имеет следующие зоны: прогрева конденсированной фазы. У термопластичных веществ в этой зоне происходит плавление. Толщина зоны прогрева определяется соотношением коэффициентов температуропроводности и скорости горения и составляет около 3 мм; -пиролиза, или реакционной зоны в конденсированной фазе, в которой образуются газообразные горючие вещества; -пред пламенной в газовой фазе, в которой происходит образование горючей смеси; -пламени, или реакционной зоны в газовой фазе, в которой происходит превращение продуктов пиролиза в газообразные продукты горения; -продуктов горения. Интенсивность реакций, протекающих в поверхностном слое твердого вещества, и условия теплообмена газообразных продуктов разложения с окружающей средой определяют режимы протекания процессов горения – самовоспламенение или зажигание. Процесс горения газовзвесей в существенной степени определяется механизмом теплопередачи во фронте пламени. Для органических систем теплопередача осуществляется в основном путем кондуктивно-конвективного теплообмена. Твердые природные топлива отличаются от большинства химических веществ наличием трех составляющих: летучей смеси, кокса и золы. Летучая часть топлива – это газообразные компоненты, выделяющиеся из топлива при нагреве без участия окислителя. Кокс по составу близок к углероду. Скорость горения кокса во много раз ниже скорости горения летучих. В связи с этим участие кокса в пылевых взрывах натуральных топлив незначительно. В золе, составляющей минеральную часть топлива, содержится ряд компонентов, которые могут принимать участие в горении (щелочные металлы, пириты и колчеданы), но в основном зола в целом играет роль инертного материала. Взрывы газовзвесей твердых топлив – это типичные тепловые взрывы. Распространение фронта пламени по взвеси происходит в результате передачи тепла от продуктов горения в свежую смесь. 2. Общее понятие о пожаре и краткая характеристика явлений, происходящих на пожаре. На пожарах происходят различные явления, взаимосвязанные друг с другом. Они протекают на основе общих физико-химических и социально-экономических законов, характеризуются соответствующими параметрами, знание которых позволяет определить количественные характеристики каждого явления, необходимые для качественной оценки обстановки на пожаре и принятия решения на его тушение. С целью детального изучения пожаров и разработки тактики борьбы с ними все пожары классифицируются по группам, классам и видам. По условиям массо- и теплообмена с окружающей средой все пожары разделены на две группы – на открытом пространстве и в ограждениях. По признаку изменения площади горения пожары делятся на распространяющиеся и нераспространяющиеся. Пожары классифицируют по размерам и материальному ущербу, по продолжительности и другим признакам сходства или различия. Массовый пожар – совокупность отдельных и сплошных пожаров в населенных пунктах, крупных складах горючих материалов и на промышленных предприятиях. Отдельный пожар – пожар, возникающий в отдельном здании или сооружении. Сплошной пожар – интенсивное горение преобладающего числа зданий и сооружений на данном участке застройки. При слабом ветре или при его отсутствии массовый пожар может перейти в огневойшторм – это особая форма пожара, характеризующаяся образованием единого гигантского турбулентного факела пламени с мощной конвективной колонкой восходящих потоков продуктов горения и нагретого воздуха и притоком свежего воздуха к границам огневого шторма со скоростью не менее 14-15 м/с. Пожары в ограждениях делятся на два вида: пожары, регулируемые вентиляцией, и пожары, регулируемые пожарной нагрузкой. Пожары, регулируемые вентиляцией – это пожары, которые протекают при ограниченном содержании кислорода в газовой среде помещения и избытке горючих веществ и материалов. Пожары, регулируемые пожарной нагрузкой – это пожары, протекающие при избытке кислорода воздуха в помещении и развитие, зависит от пожарной нагрузки. Пожарная нагрузка – количество теплоты, отнесенное к единице поверхности пола, которое может выделиться в помещении или здании при пожаре. По характеру воздействия на ограждения пожары подразделяются на локальные и объёмные. Локальные пожары характеризуются слабым тепловым воздействием на ограждения и развиваются при избытке воздуха, необходимого для горения, и зависят от вида горючих веществ и материалов, их состояния и расположения в помещении и их принято называть закрытыми пожарами. Объёмные пожары характеризуются интенсивным тепловым воздействием на ограждения и их принято называть открытыми пожарами. Скорость выгорания – потеря массы материала(вещества) в единицу времени при горении. Температура пожара в ограждениях – среднеобъёмная температура газовой среды в помещении. Температура пожара на открытых пространствах – температура пламени. Линейная скорость распространения горения (пожара) – поступательное движение фронта пламени в данном направлении в единицу времени. Интенсивность выделения тепла при пожаре – тепло, выделяющееся при пожаре за единицу времени. Основные пути прекращения горения: снижение скорости тепловыделения или увеличение скорости тепло отвода от зоны реакции горения. Критическое условие – снизить температуру горения ниже температуры потухания. Достигается это на основе четырё1х принципов горения: -охлаждения реагирующих веществ; -изоляции реагирующих веществ от зоны горения; -разбавления реагирующих веществ от негорючих концентраций или концентраций, не поддерживающих горение; -химического торможения реакции горения. 3. Классификация основных огнетушащих средств, общие сведения о них: виды, краткая характеристика, область применения. Под огнетушащими веществами понимаются такие вещества, которые непосредственно воздействуют на процесс горения и создают условия для его прекращения (вода, пена и т.д.). Огнетушащих веществ в природе много. Кроме того, современная технология позволяет получать такие огнетушащие вещества, которых нет в природе. Огнетушащие вещества, которые принимаются на вооружение пожарными подразделениями должны: -обладать высоким эффектом тушения при сравнительно малом расходе; -быть доступными, дешевыми и простыми в применении; -не оказывать вредного действия при их применении на людей и материалы, быть экологически чистыми. По основному признаку прекращения горения огнетушащие вещества подразделяются на (рис.5): -охлаждающего действия (вода, твердый диоксид углерода и др.); -разбавляющего действия (негорючие газы, водяной пар, тонко распыленная вода); -изолирующего действия (воздушно-механическая различной кратности пена, сыпучие негорючие материалы); -ингибирующего действия (галоидированные углеводороды: бромистый метилен,бромистый этил, тетрафтордибромэтан, огнетушащие вещества на их основе).  Прекращение горения Тг Тп   Увеличение скорости Уменьшение скорости теплоотвода тепловыделения      Увеличение поверх- Соприкосновение Физическое Химическое ности теплоотвода зоны реакции торможение реакции торможение реакции с менее нагретым горения горения    Разбавление Охлаждение Изоляция Введение реагирующих горящего реагирующих галоидированных веществ вещества веществ углеводородов     Горящего вещества Подача Горючих паров В воздух охлаждающих и газов помещения     Паров в зоне В горючеегорения вещество Воздуха Перемешивание Кислород Непосредственно в помещении горючих веществ воздуха в зону горения Рис.5 Схема прекращения горения на пожарах Способы прекращения горения, основанные на принципе охлаждения реагирующих веществ или горящих материалов, заключаются в воздействии на них охлаждающими огнетушащими веществами; основанные на изоляции реагирующих веществ от зоны горения – в создании между зоной горения и горючим материалом или окислителем изолирующего слоя из огнетушащих материалов и веществ; основанные на разбавлении реагирующих веществ или химическом торможении реакции горения – в создании в зоне горения или вокруг нее негорючей газовой или паровой среды (рис.6).  Способы прекращения горения    Способы Способы разбавления Способы изоляции Способы охлаждения химического       торможенияреакций    Охлаждение Разбавление струями Изоляция слоем Торможение сплошными тонкораспыленной пены реакций струями воды воды огнетушащим порошком    Охлаждение Разбавление Изоляция Торможение распыленными газоводянными слоем продуктов реакций галоидо- струями воды струями от АГВТ взрыва ВВ производными углеводородов Охлаждение Разбавление Изоляция перемешиванием горючих жидкостей созданием взрыва горючих веществ водой в горючем веществе Разбавление Изоляция слоем негорючими парами огнетушащего и газами порошка Изоляция огнетушащими полосами Рис.6 Классификация способов прекращения горения Каждый из способов прекращения горения можно выполнить различными приемами или их сочетанием. Приемы тушения – это те составные части способа прекращения горения, которые могут изменяться в процессе действий пожарных подразделений при изменении обстановки на пожаре. Могут меняться и способы. Применение того или иного способа и приема прекращения горения, огнетушащего вещества зависит от: -условий и характера развития пожара; -свойств и состояния горючих материалов; -трудоемкости и безопасности выполняемой работы личным составом; -наличия у руководителя тушения пожара сил и средств; -боеготовности личного состава. Для охлаждения горящих материалов применяются жидкости, обладающие большой теплоемкостью. Для большинства горючих материалов применяется вода. Попадая в зону горения, на горящее вещество, вода отнимает от горящих материалов и продуктов горения большое количество теплоты. При этом она частично испаряется и превращается в пар, увеличиваясь в объёме в 1700 раз (из 1 л воды при испарении образуется 1700 л пара), благодаря чему происходит разбавление реагирующих веществ, что само по себе способствует прекращению горения, а также вытеснению воздуха из зоны очага пожара. Вода обладает высокой термической стойкостью. Её пары только при температуре свыше 17000С могут разлагаться на кислород и водород. Большинство горючих материалов горит при температуре, не превышающей 1300 –1350 0С и тушение их водой не опасно. Однако металлические магний, цинк, алюминий, титан и его сплавы, термит и электрон при горении создают в зоне горения температуру, превышающую термическую стойкость воды. Тушение их водяными струями недопустимо. Вода имеет низкую теплопроводность, что способствует созданию на поверхности горящего материала надежной тепловой изоляции. Вода способна растворять некоторые пары, газы и поглощать аэрозоли. Некоторые горючие жидкости (жидкие спирты, альдегиды, органические кислоты) растворимы в воде, поэтому, смешиваясь с водой, образуют не горючие или менее горючие растворы. У воды имеются и отрицательные свойства. Основной недостаток у воды как огнетушащего средства заключается в том, что из-за высокого поверхностного натяжения она плохо смачивает твердые материалы и особенно волокнистые вещества. Для устранения этого недостатка к воде добавляют поверхностно-активные вещества (ПАВ), смачиватели., натяжение которых в 2 раза меньше, чем у воды. Рекомендуемые концентрации смачивателей, %, в водных растворах для тушения пожаров приведены в таблице 1. Таблица 1
Вода имеет относительно большую плотность (при 40С – 1 г/см3, при 1000С –0,958 г/см3), что ограничивает, а иногда и исключает ее применение для тушения нефтепродуктов, имеющих плотность и нерастворимость в воде. Вода с абсолютным большинством горючих веществ не вступает в химическую реакцию, за исключением щелочных и щелочноземельных металлов, при взаимодействии которых с водой выделяется водород. Для охлаждения отдельных видов горючих материалов, кроме воды применяется твердый диоксид углерода. Это мелкая кристаллическая масса с плотностью p= 1,53 кг/м3, которая при нагревании переходит в газ, минуя жидкое состояние. Температура кипения – 78,50С, и теплота ее испарения – 573,6 Дж/кг и скорость охлаждения горящих веществ достаточно высока. Твердый диоксид углерода прекращает горение всех горючих веществ, за исключением металлического калия и натрия, магния и его сплавов. Он неэлектропроводен и не смачивает горючие вещества, и применяется для тушения электроустановок под напряжением. Широкое применение для тушения пожаров получили изолирующие огнетушащие вещества: -жидкие огнетушащие вещества (пена, в некоторых случаях вода); -газообразные огнетушащие вещества (продукты взрыва); -сыпучие негорючие материалы (песок, тальк, флюсы, огнетушащие порошки); -твердые листовые материалы (асбест, войлок). Основным средством изоляции являются огнетушащие пены: химическая и воздушно-механическая. Основное огнетушащее свойство пен – изолирующая способность. Воздушно-механическая пена получается в результате перемешивания водного раствора пенообразователя с воздухом в специальном стволе или генераторе. Различают воздушно-механическую пену низкой, средней и высокой кратности. Кратность зависит от конструкции ствола (генератора).Другое свойство пены – стойкость. Специфические свойства воздушно-механической пены средней и высокой кратности: -хорошо проникает в помещения, свободно преодолевает повороты и подъёмы; -быстро заполняет объёмы помещений, вытесняет нагретые до высокой температуры продукты сгорания (в том числе токсичные), снижает температуру в помещении и строительных конструкций; -прекращает пламенное горение и локализует тление веществ и материалов, с которыми соприкасается; -создает условия для проникновения к очагам тления (в средствах защиты органов дыхания и зрения). Воздушно-механическую пену применяют и в комбинациях с огнетушащими порошками типа ПСБ, нерастворимыми в воде. Для тушения различных горючих веществ широкое применение находят огнетушащие порошковые составы, которые не токсичны, не оказывают вредного воздействия на материалы, не электропроводны и не замерзают. Разбавляющие огнетушащие вещества. Для прекращения горения разбавлением реагирующих веществ. |