Физико-химические основы возникновения пожаров
Пожар – это неконтролируемое горение, которое происходит вне специального ограждения, наносит объекту материальные убытки и становится причиной морального вреда.
Горение – это физико-химическая реакция превращения исходных веществ и материалов в продукты сгорания, состав которых зависит от состава горящего вещества.
Во время пожара протекает ряд физико-химических процессов и явлений. Такие явления и процессы называют общими явлениями пожара.
Общие явления пожара:
- Горение. Данный процесс является результатом химического окисления, которому свойственны выделение большого объема тепла и свечение;
- Массообмен. Данный процесс возможен из-за образования конвекционных газовых потоков, обеспечивающих поступление воздуха в зону возгорания и отвод продуктов горения из неё;
- Теплообмен. Процесс заключается в выделении тепла в зоне горения и передаче его в окружающую среду, что способствует нагреву горючих веществ и строительных сооружений и предоставляет возможность самостоятельного распространения пожара.
Пожару присущи несколько опасных факторов, которые могут оказывать вредное влияние на здоровье человека, а также угрожать его жизни. К таковым относятся:
- Открытый огонь, искры;
- Повышенная температура;
- Токсичные отходы горения;
- Дым;
- Снижение объема кислорода.
При исследования пожаров используются специальные показатели, отражающие их физико-химические основы. К ним относятся:
- Удельная пожарная нагрузка. Представляет собой количество тепла, выделяемого с единицы площади.
- Удельная горючая нагрузка. Это масса всех горючих материалов на единице площади.
- Продолжительность пожара.
- Площадь пожара.
- Линейная скорость распространения, расстояние которое проходит пожар за единицу времени.
- Массовая скорость выгорания. Количество вещества сгораемого за единицу времени.
- Температура.
- Теплота пожара.
По условиям газо- и теплообмена все пожары разделяют на две большие группы – открытые и закрытые.
Открытые пожары. Данные пожары характеризуются свободным газообменом со средой обитания, который в свою очередь зависим от природных процессов, таких как ветер и влажность воздуха, при этом теплообмен осуществляется конвекцией практически с неограниченной территории. Температура таких пожаров, как правило равна температуре пламени. К таким пожарам относят природные пожары, пожары на газовых и нефтяных фонтанах, пожары места складирования и хранения древесины, горючих жидкостей в резервуарах, пожары на объектах газовой, нефтяной и химической промышленности.
Закрытые пожары. Отличие этой группы пожаров от первой заключается в зависимости процесса газообмена от нескольких факторов: вида горючих материалов, величины и расположения пожарной нагрузки и расположения строительных конструкций и проемов в них. Теплообмен заключается в конвекции, теплопроводности и излучении. Температура такого пожара равна температуре газовой среды помещения.
В зависимости от физико-химических особенностей веществ пожары делятся не классы:
- Класс А. Горение твердых веществ.
- Класс В. Горение легковоспламеняющихся веществ и жидкостей.
- Класс С. Горение газов.
- Класс D. Горение горючих материалов и их соединений.
- Класс Е. Горение электроустановок под напряжением.
Физико-химические основы тушения пожаров
Существует несколько теорий и способов тушения пожаров, опирающихся на их физико-химические свойства и основы.
Тепловая теория прекращения пожара в настоящее время самая распространенная и чаще используемая при тушении возгораний. Суть теории заключается в том, что при нарушении теплового равновесия в зоне горения, химические реакции станут невозможными и пожар прекращается. Происходит это, если удается снизить температуру пламени будет снижена до критического значения, которая определяется математически.
Снижение температуры пламени можно осуществить либо путем снижения объема выделения тепла, либо повышением объема отвода тепла.
Одним из самых доступных способов прекращения горения является уменьшение температуры в зоне химических процессов. Для этого необходимо применять материалы и средства, которые смогут снизить объем тепловыделения в области реакции горения.
Для отвода тепла из области горения возможно использовать вещества, которые имеют низкую температуру, например, азот, гелий или аргон в жидком агрегатном состоянии. Однако, такое тушение мало реализуемо, из-за отсутствия необходимых веществ.
Увеличить объем теплоотвода возможно и механическим способом, используя вещество с большой теплоемкостью, внеся его в фронт пламени. Чаще всего для этого используется металлическая стружка.
Фронт пламени представляет собой узкую зону распространяющегося огня, где и происходит горение.
Теплоотдача также увеличивается, если ввести в пламя теплоемкий материал или продукт с высокой дисперсностью, например песок или специальный порошок. Но при этом способе процесс увеличения теплоотдачи не является доминирующим.
Также увеличить теплоотдачу можно вводом в зону возгорания веществ, которые способны изменить цвет пламени, делая его более ярким. Из-за этого возрастают теплозатраты на излучение. Данный способ возможен только теоретически, но на практике он не применяется, из-за наличия более подходящих способов.
Обычно для отвода тепла применяют вещества, которые имеют большую теплоту фазового перехода, например, воду или твердый диоксид углерода.
Теперь можно рассмотреть способы снижения тепловыделения в зоне горения.
- Первый способ – изменение состава воздуха, который поддерживает процесс горения. Осуществляется путем снижения содержания кислорода в воздухе, благодаря добавлению в него инертных добавок.
- Второй способ представляет собой уменьшение до критического значения объема окислителя в зоне горения, путем изоляции горючих компонентов друг от друга.
- Третий способ представляет собой замедление химических реакций, путем введения соответствующих реагентов.
Изучение пожаров, причин их протекания и возникновения, а также разработка способов их тушения являются неотъемлемой частью соблюдения безопасности производства и предотвращения чрезвычайных ситуаций.
