Техногенные пожары и взрывы самые крупные. Открытые пожары, их параметры. расход приточного воздуха в зону горения

ПОЖАРОВЗРЫВООПАСНЫЕ ОБЪЕКТЫ

На сегодняшний день пожары зданий и сооружений производственного, жилого, социально-бытового и культурного назначения остаются самым распространен­ным бедствием. Ежегодно пожары наносят многомиллиардные убытки.

Пожаровзрывоопаснъши объектами (ПВОО) называются такие объекты, на которых производятся, хранятся, транспортируются пожароопасные продукты или продукты, приобретающие при определенных условиях способность к воз­горанию или взрыву. К ПВОО относят железную дорогу и трубопроводы, так как по ним осуществляется доставка жидких и газообразных пожаровзрывоопасных грузов.

По взрывной, взрывопожарной и пожарной опасности все объекты народного хозяйства подразделяются на пять категорий: А, Б, В, Г, Д.

К категории Г - склады и предприятия, связанные с переработкой, хране­нием несгораемых веществ в горячем состоянии, а также со сжиганием твердого, жидкого или газообразного топлива.

К категории Д - склады и предприятия по хранению несгораемых веществ и материалов в холодном состоянии, например, мясные, рыбные и другие предприя­тия. Наиболее ПВОО являются предприятия, относящиеся к категориям А, Б, В.

Все продукты, способные взрываться, подразделяются на взрывчатые веще­ства (ВВ) и взрывоопасные вещества (Вв). ВВ - это вещества конденсирован­ного типа, например, тринитротолуол, гексоген, динамит. Вв - это топливо-воз­душные смеси, газы, пыли. Взрывоопасной является пыль сахара и нафталина при концентрации пыли в воздухе 15 г/м 3 , торфа и красителей при концентрации 15-65г/м 3 .

Все горючие жидкости делятся на 2 класса:

1класс - легковоспламеняющиеся жидкости (ЛВЖ), которые вспыхивают при температуре ниже 45 °С (бензин, керосин);

2 класс - горючие жидкости (ГЖ), которые вспыхивают при температуре вы­ше 45 °С (мазут, масла).

Причинами возникновения пожара на предприятиях могут быть:

нарушения, допущенные при проектировании и строительстве зданий и со­оружений;

несоблюдение элементарных мер пожарной безопасности производственным персоналом и неосторожное обращение с огнем;

нарушения правил пожарной безопасности технологического характера в про­цессе работы промышленного предприятия (например, при проведении сва­рочных работ);

нарушения правил эксплуатации электрооборудования и электроустановок;

использование неисправного оборудования в производственном процессе.

Распространению пожара на промышленных предприятиях способствуют:

скопление значительного количества горючих веществ и материалов на про­изводственных и складских площадях;

наличие путей, создающих возможность распространения пламени и продук­тов горения на смежные установки и соседние помещения;

внезапное появление в процессе пожара факторов, ускоряющих его развитие;

запоздалое обнаружение возникшего пожара и сообщение о нем в пожарную часть;

отсутствие или неисправность стационарных и первичных средств тушения пожара,

неправильные действия людей при тушении пожара.

Пожар - это процесс горения, в результате которого уничтожаются или повреж­даются материальные ценности, возникает опасность для жизни и здоровья людей. Горение - это быстро протекающий процесс окисления, сопровождающийся вы­делением большого количества тепла и свечения. Горение может быть полным или неполным. В результате полного горения (при избытке кислорода) образуются инер­тные соединения (вода, углекислый газ, азот и др.). При неполном горении (при не­достатке кислорода) в состав дыма входит угарный газ, пары кислот (например, си­нильная кислота), спиртов, альдегидов, кетонов - эти продукты очень ядовиты и мо­гут гореть. Для человека наибольшую опасность представляет неполное горение.

Горение возникает при наличии трех компонентов: горючего вещества (то, что может гореть), окислителя (кислород воздуха, хлор, фтор, бром, перманганат калия и др.) и источника зажигания. Источником зажигания могут быть искры от неис­правного оборудования, ударов металлических тел, при сварочных работах и др.; тепло от трения; перегрев электроконтактов; статическое электричество; химичес­кая реакция. Например, искра от удара металлических тел может достигать темпе­ратуры более 1900 °С, пламя спички - 800 °С, электрический разряд - 10000 °С. Пожар можно прекратить, если из зоны горения исключить хотя бы один из трех компонентов.

Ниже перечислены основные поражающие факторы пожара.

Открытый огонь и искры. Случаи непосредственного воздействия открытого огня на людей встречаются редко. Чаще всего поражение происходит от лучистых потоков, испускаемых пламенем.

Повышенная температура окружающей среды и предметов. Наибольшую опас­ность для людей представляет вдыхание нагретого воздуха, приводящее к ожогу верх­них дыхательных путей, удушью и смерти. Например, при температуре 100 °С чело­век теряет сознание и погибает через несколько минут. Опасны также ожоги кожи.

Токсичные продукты горения, дым. При пожарах в современных зданиях, по­строенных с применением полимерных и синтетических материалов, на человека могут воздействовать токсичные продукты горения. Наиболее опасен из них угар­ный газ. Он вступает в реакцию с гемоглобином крови, что приводит к кислород­ному голоданию. Человек становится равнодушным и безучастным к опасности, у него наблюдается оцепенение, головокружение, депрессия, нарушается координа­ция движений. В итоге происходит остановка дыхания, и наступает смерть. Не ме­нее опасным является цианистый и хлористый водород. Человек может потерять сознание через 2-3 мин, а через 5 мин наступает смерть.

Пониженная концентрация кислорода. В условиях пожара концентрация кис­лорода в воздухе уменьшается. Понижение ее даже на 3 % вызывает ухудшение двигательных функций организма. Опасной считается концентрация менее 14 % - нарушается мозговая деятельность и координация движений.

Падающие части строительных конструкций, агрегатов и установок. Они мо­гут придавить человека или травмировать его, что осложнит самостоятельный вы­ход человека из зоны пожара.

Пожары на крупных промышленных объектах и в населенных пунктах под­разделяются на отдельные и массовые. Отдельные пожары - пожары в здании или сооружении. Массовые пожары - это совокупность отдельных пожаров, ох­вативших более 25 % зданий. Сильные пожары при определенных условиях могут перейти в огненный шторм.

СПОСОБЫ ТУШЕНИЯ ПОЖАРА

Противопожарная профилактика - это комплекс организационных и техничес­ких мероприятий, направленных на устранение причин, которые могут вызвать пожар (взрыв), локализацию и ликвидацию пожара, и создание условий для безо­пасной эвакуации людей и материальных ценностей из пожара.

Важнейшее значение в противопожарном отношении имеет правильная экс­плуатация электросетей и приборов. При эксплуатации электросетей нельзя при­менять самодельные предохранители («жучки»). Это приводит к перегрузке линии, короткому замыканию и пожару. Оснащение предприятий автоматической пожар­ной сигнализацией позволяет своевременно обнаружить пожар и начать первона­чальное тушение.

Противопожарная профилактика предполагает:

устройство противопожарных преград внутри здания, т. е. создание стен, пе­регородок, перекрытий, водяных завес и др.;

строительство дымовых люков и шахт, которые удаляют продукты горения и позволяют быстро обнаружить очаг пожара;

создание легкосбрасываемых конструкций в сооружениях, где используют взрывоопасные вещества. За счет этих конструкций здания и сооружения при пожаре не разрушаются, а продукты горения удаляются значительно быстрее;

эвакуацию людей;

планирование территории (возможность подъезда пожарной машины к зда­нию и сооружению, соблюдение безопасного расстояния между зданиями).

Процесс тушения пожара подразделяется на локализацию и ликвидацию огня. Локализация пожара - действия, направленные на ограничение распростране­ния огня и создание условий для его ликвидации. Под ликвидацией пожара по­нимают окончательное тушение или полное прекращение горения и исключение возможности повторного возникновения огня.

Средства пожаротушения подразделяются на подручные (песок, вода, пок­рывало, одеяло) и табельные (огнетушитель, топор, багор, ведро).

Огнетушители - технические устройства, предназначенные для тушения пожаров в начальной стадии их возникновения. Существуют несколько видов ог­нетушителей.

Огнетушители пенные предназначены для тушения пожаров огнетушащими пенами: химической (огнетушители ОХП) или воздушно-механической (огнету­шители ОВП). Пенные огнетушители широко применяются для тушения твердых вешеств и ЛВЖ. Их не используют только в том в случае, когда огнетушащий заряд способствует развитию процесса горения или является проводником электротока.

Химическая пена образуется в результате реакции между щелочью и кисло­той в присутствии пенообразователя. При использовании ОХП можно получить химический ожог. Воздушно-механическая пена - это коллоидное вещество, со­стоящее из пузырьков газа, окруженных пленками жидкости. Пену получают в ре­зультате смешивания воды и пенообразователя с воздухом.

Для приведения в действие огнетушителя ОХП необходимо:

поднести огнетушитель к очагу пожара;

поднять рукоятку и перекинуть ее до отказа;

перевернуть огнетушитель вверх дном и встряхнуть;

направить струю на очаг возгорания.

Огнетушители углекислотные (ОУ) используются при тушении горючих мате­риалов, возгораний на электрифицированном железнодорожном и городском транс­порте, электроустановок под напряжением не более 10 000 В. Огнетушащим сред­ством ОУ является снегообразная масса из диоксида углерода при температуре минус 80 "С. В процессе тушения снегообразная масса понижает температуру го­рящих веществ и уменьшает содержание кислорода в зоне горения.

Для приведения в действие ОУ необходимо:

сорвать пломбу;

выдернуть чеку;

направить раструб на пламя;

нажать на рычаг.

При тушении пожара ОУ нельзя:

держать огнетушитель в горизонтальном положении и переворачивать голов­кой вниз;

прикасаться оголенными частями тела к раструбу, так как температура на его поверхности снижается до минус 60-70 °С;

подводить раструб к горящим электроустановкам, находящимся под напря­жением, ближе, чем на 1 м.

Углекислотные огнетушители подразделяются на ручные (ОУ-2, ОУ-3, ОУ-5, ОУ-6, °У-8), передвижные (ОУ-24, ОУ-80, ОУ-400) и стационарные (ОСУ-5, ОСУ-511). Огнетушители порошковые (ОП) предназначены для тушения газов, древеси­ны и других материалов на основе углерода. Эти огнетушители используются при ликвидации пожаров и возгорании щелочных металлов, алюминий- и кремнесо- Де ржащих соединений, а также электроустановок, находящихся под напряжением *НООО В. Огнетушащим веществом ОП является порошок на основе двууглекис-°и соды с добавками. Порошковыми огнетушителями должны быть оборудованы автомобили, гаражи, склады, сельскохозяйственная техника, офисы, банки, про-мышленные объекты, поликлиники, школы, частные дома.

Для приведения в действие ОП необходимо:

нажать на кнопку (рычаг);

направить пистолет на пламя;

нажать на рычаг пистолета;

тушить пламя с расстояния не более 5 метров; " встряхивать огнетушитель при тушении;

держать огнетушитель в рабочем положении вертикально, не переворачивая его.

Огнетушители аэрозольные (ОА) предназначены для тушения ЛВЖ и горючих жидкостей, электроустановок под напряжением. В качестве огнетушащего сред­ства применяют парообразующие галоидированные углероды (бромистый этил, хладон, смесь хладонов или смесь бромистого этила с хладоном).

Огнетушители жидкостные (ОЖ) используются при тушении древесины, ткани, бумаги. В качестве огнетушащего средства применяют воду или воду с до­бавлением поверхностно-активного вещества, которое усиливает ее огнетуша-щую способность. ОЖ нельзя применять при тушении горящих нефтепродуктов, а также использовать их при минусовой температуре, так как вода замерзает.

Взрыв - это процесс горения, сопровождающийся освобождением большого количества энергии за короткий промежуток времени. Взрыв приводит к обра­зованию и распространению со сверхзвуковой скоростью взрывной ударной вол­ны, оказывающей ударное механическое воздействие на окружающие предметы. Чаще всего взрыв происходит в результате истечения ЛВЖ или газа, приводящих к возникновению многочисленных очагов пожара.

Причинами взрывов на предприятиях чаще всего являются:

разрушение и повреждение производственных емкостей, аппаратуры и тру­бопроводов;

отступление от установленного режима (повышение давления и температуры внутри производственной аппаратуры);

отсутствие постоянного контроля исправности производственной аппарату­ры и оборудования;

несвоевременное проведение плановых ремонтных работ.

Основными поражающими факторами взрыва являются:

воздушная ударная волна, основным параметром которой является избыточ­ное давление в ее фронте;

осколочные поля, создаваемые летящими обломками взрывающихся объек тов, поражающее действие которых определяется количеством летящих об ломкое, их кинетической энергией и радиусом разлета.

Воздушная ударная волна - наиболее мощный поражающий фактор при взрыве. Она образуется"за счет колоссальной энергии, выделяемой в центре взрыва, что при­водит к наличию огромной температуры и давления. Раскаленные продукты взры­ва при стремительном расширении производят резкий удар по окружающим слоям воздуха, сжимаю! их до значительного давления и плотности, нагревая до высокой температуры. Такое сжатие происходит во все стороны от центра взрыва, образуя фронт воздушной ударной волны. Вблизи центра взрыва скорость распространения воздушной ударной волны в несколько раз превышает скорость звука. Но по мере движения скорость ее распространения падает. Снижается и давление во фронте.

Воздействие воздушной ударной волны на человека может быть косвенным и непосредственным. При косвенном поражении ударная волна, разрушая пост­ройки, вовлекает в движение огромное количество частиц, осколков стекла и дру­гих предметов массой от 1,5 г при скорости до 35 м/с. При величине избыточного давления порядка 60 кПа плотность таких опасных частиц достигает 4500 шт/м 2 . Наибольшее число пострадавших - жертвы косвенного воздействия воздушной ударной волны.

Непосредственное поражение воздушной ударной волны приводит к крайне тяжелым, тяжелым, средним или легким травмам у человека.

Крайне тяжелые травмы (обычно не совместимые с жизнью) наблюдаются при воздействии избыточного давления величиной свыше 100 кПа.

Тяжелые травмы (сильная контузия всего организма, поражение внутренних органов и мозга, потеря конечностей, сильное кровотечение из ушей и носа) воз­никают при избыточном давлении 100-60 кПа.

Средние травмы (контузии, повреждения органов слуха, кровотечение из носа и ушей, вывихи) - при среднем давлении 60-40 кПа.

Легкие травмы (ушибы, вывихи, временная потеря слуха, общая контузия) на­блюдаются при низком давлении 40-20 кПа.

Возникающие в результате взрыва пожары приводят к ожогам, а горение пласт­масс и синтетических материалов - к образованию АХОВ (цианистых соедине­ний, фосгена, сероводорода, угарного газа). Чрезвычайно опасен поролон, так как при его горении выделяется много ядовитых веществ.

Аварии на ПВОО, связанные с сильными взрывами и пожарами, приводят к тя­желым социальным и экологическим последствиям.

Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Размещено на http://www.allbest.ru/

• 1.2 Виды горения
• 1.4 Теплота горения
• 1.7 Модель динамики пожара
• 1.11 Диффузионное горение жидкости
• 1.12 Структура диффузионного факела пламени над поверхностью твердых тел
• 1.13 Горение и взрывы газо и паровоздушных смесей
• 1.14 Механизм прекращения горения
• Охлаждающие огнетушащие вещества
• Изолирующие огнетушащие вещества
• Разбавляющие огнетушащие вещества
• Огнетушащие вещества химического торможения
• Глава 2. Показатели пожарной опасности веществ и материалов
• 2.1 Вещества, самовозгорающиеся при смешении их друг с другом
• 2.2 Виды пожаров, их параметры
• Общая классификация пожаров
• Классификация пожаров по признаку распространения тесно связана со временем их развития
• Линейная скорость распространения горения
• Температура пожара
• 2.3 Явления, сопровождающие процесс горения на пожаре
• Зона горения
• Зона теплового воздействия
• Зона задымления
• 2.4 Стадии развития пожара
• Глава 3. Основные представления теории взрыва
• 3.1 Зоны разрушений
• Глава 4. Чрезвычайные ситуации экологического характера
• 4.1 Классификация чрезвычайных ситуаций
• 4.2 Опасные геологические явления природного характера
• Вулканы
• Классификация землетрясений
• Общие сведения об оползнях
• Сели
• 4.3 Опасные метеорологические явления природного характера
• Бури и ураганы
• Классификация ураганов и бурь
• Классификация смерчей
• Атмосферные осадки и их отсутствие
• 4.4 Пожары в природных экосистемах
• Лесные пожары
• Классификация лесных пожаров
• Характеристики лесных пожаров
• Оценки лесных участков по степени опасности возникновения в них пожаров
• Торфяные пожары
• Торфяные пожары
• Пожары на торфяниках Полесья
• 4.5 Опасные инфекционные заболевания людей сельскохозяйственных животных и растений
• Роль микроорганизмов в возникновении и развитии чрезвычайных ситуаций
• Количественная характеристика эпидемического процесса
• Условия возникновения эпидемий
• Основные характеристики особо опасных инфекционных заболеваний населения
• Классификация инфекционных болезней людей
• Основные особо опасные инфекционные болезни животных
• Условия возникновения панзоотий
• Особо опасные болезни растений
• Условия возникновения эпифитотий
• Основные характеристики особо опасных заболеваний растений
• Классификация болезней растений
• 5. Опасные факторы чрезвычайных ситуаций техногенного характера: аварии на радиационно- и химически опасных объектах
• 5.1 Химически опасный объект
• 5.2 Общие сведения о химически опасных объектах Общая характеристика предприятий
• 5.3 Радиационная авария. Классификация источников радиоактивных загрязнений
• 5.4 Типовые химические аварии и их классификация

Глава 1. Общие сведения о горении. Виды и режим горения

1.1 Горение как окислительно-восстановительный процесс

С точки зрения электронной теории процесс горения заключается в образовании более энергетически выгодного состояния электронов во вновь образованных веществах.

В результате этого перехода валентных электронов в новое более устойчивое состояние одни элементы теряют электроны, другие их принимают, т.е. одни элементы окисляются (горючие материалы) а другие восстанавливаются, такие как кислород.

В обычных условиях горение представляет собой процесс окисления или соединения горючего вещества и кислорода воздуха, сопровождающийся выделением тепла и света. Однако известно, что некоторые вещества, например сжатый ацетилен, хлористый азот, озон, взрывчатые вещества, могут взрываться и без кислорода воздуха с образованием тепла и пламени. Следовательно, образование тепла и пламени может явиться результатом не только реакций соединения но и разложения. Известно также, что водород и многие металлы могут "гореть" в атмосфере хлора, медь - в парах серы, магний - в двуокиси углерода и т.д.

Не все окислительные экзотермические процессы протекают в форме горения. Так, медленное окисление этилового спирта в уксусный альдегид или SO 2 в SO 3 нельзя отнести к процессам горения.

Горением называется быстро протекающая химическая реакция, сопровождающаяся выделением значительного количества тепла и излучением света. Это определение не универсально: существует так называемое холодное пламя, в котором химическая реакция, сопровождаясь свечением, протекает с умеренной скоростью и без заметного разогрева. Однако холодное пламя возникает лишь в особых условиях (см. ниже). В зависимости от скорости процесса горение может происходить в форме:

собственно горения,

взрыва и

детонации.

Наибольшая скорость стационарного горения наблюдается в чистом кислороде, наименьшая - при содержании в воздухе 14-15 % (об.) кислорода (для водорода, этилена, ацетилена и других горючих веществ минимальное содержание кислорода может быть снижено до 10 % и менее); при дальнейшем уменьшении содержания кислорода горение большей части веществ прекращается. Горение может происходить также при реакции с веществами, в состав которых входит кислород. К таким веществам относятся перекиси, хлораты и др. Горение веществ происходит тем быстрее, чем больше их удельная поверхность; при тщательном смешении горючего вещества и кислорода (окислителя) увеличивается скорость горения.

Все горючие жидкости перед воспламенением испаряются, а смесь паров с кислородом воздуха вступает в окислительную реакцию горения, образуя продукты горения и выделяя при этом энергию в виде тепловой и световой (лучистой). За счет связанного кислорода или кислорода, растворенного в жидкости, окислительные процессы могут идти и в жидкой фазе, особенно на ее поверхности. Эти окислительные реакции при высоких температурах могут ускоряться, но они, как правило не относятся к реакциям горения, и поэтому не рассматриваются при изучении механизма горения на пожаре.

То же самое происходит и при горении твердых веществ и материалов. Их воспламенению предшествует возгонка, т.е. выделение легколетучих газовых фракций из структуры твердого тела (древесины, углей, сланцев и многих натуральных и синтетических твердых горючих материалов).

Таким образом, для возникновения и развития процесса горения обычно необходимы горючее, окислитель и источник зажигания. Горение прекращается, если нарушить какое-либо из условий, его вызвавших. Так, при тушении горящих жидкостей пенами прекращается поступление паров горючего в зону горения; при тушении горящего дерева водой происходит охлаждение его ниже температуры воспламенения.

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

1.2 Виды горения

Различают два вида горения:

полное - при достаточном и избыточном количестве кислорода и

неполное - при недостатке кислорода.

Если кислород проникает в зону горения вследствие диффузии, то образующееся пламя называется диффузионным.

В первой зоне находятся газы или пары; горение в этой зоне не происходит (температура в ней не превышает 500°С). Во второй зоне пары или газы сгорают не полностью и частично восстанавливаются до углерода. В третьей зоне происходит полное сгорание продуктов второй зоны 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 пламени отличается пламя, образующееся при горении 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 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 к зоне 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, образующихся при неполном горении во внутренней части конуса.

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

Различают также:

гомогенное и

гетерогенное горение.

Гомогенное горение встречается на пожаре чаше. При гомогенном горении оба реагента (горючее и окислитель) находятся в газовой (паровой) фазе.

Гетерогенное горение происходит тогда, когда горючее находится в твердом состоянии, а окислитель - в газообразном, и реакция окисления горючего осуществляется в твердой фазе. Молекулы горючего до начала окисления не покидают твердой фазы, а легкоподвижные молекулы газообразного окислителя поступают к молекулам горючего и вступают с ними в экзотермическую реакцию горения, образуя оксид. Образовавшийся же продукт неполного окисления СО или продукт горения СО 2 , будучи газообразным, не остается связанным в пределах твердой фазы, а, покидая ее, выходит за ее пределы, в первом случае - доокисляясь в газовой фазе до СО 2 , во втором - удаляется с отходящими газами. Так, например, горит углерод в слое угля.

Существуют вещества, которые проходят через три агрегатных состояния: твердое горючее вещество плавится, расплавленное горючее вещество испаряется и горит в паровой фазе (например, парафин, стеарин, некоторые виды каучуков).

При нагревании может наступить термическое разложение - пиролиз горючего материала (его твердой основы), при этом выделяющиеся продукты переходят в паровую или газовую фазу и смешиваются с кислородом воздуха. Затем вступают в химическое взаимодействие с выделением тепла, света и образованием продуктов полного окисления. При этом в твердой фазе могут протекать экзотермические реакции распада или частичного окисления, которые, начавшись под воздействием внешнего теплового источника, сами впоследствии приводят к дальнейшему разогреву горючего материала, интенсификации пиролиза, интенсификации газофазного процесса горения. Но, как правило, при исследовании механизмов горения на пожаре эти процессы также не рассматриваются как реакции горения.

Под диффузией при горении на пожарах понимается в основном конвективная диффузия молекул газа в зону горения, протекающая в результате естественной конвекции вокруг зоны горения и турбулентной диффузии интенсивных газовых потоков.

1.3 Механизм процесса горения

Современные представления о физико-химическом механизме реакции горения изложены в работах советских ученых Н.Н. Семенова, Д.А. Франк-Каменецкого, Я.Б. Зельдовича и др. Основу этих представлений составляют тепловая теория теплового самовоспламенения и цепная теория окисления.

Тепловое самовоспламенение

Согласно этой теории, решающим условием возникновения процесса горения является превышение (или равенство) скорости выделения тепла химической реакции над скоростью отдачи тепла реагирующей системой в окружающую среду (в случае газовой горючей системы, например, к стенкам реакционного сосуда в лабораторных условиях).

пожар чрезвычайная ситуация экологическая

Рис.1.3.1 Зависимость dQ/dф от температуры при разных давлениях (ф - время): 1 - отвод тепла, 2 - 4 приход тепла.

Обычно процесс рассматривается в условиях зажигания горючей смеси при локальном её разогреве до температуры воспламенения с последующим устойчивым горением пламенем. Для начала быстрой высокотемпературной реакции возможен другой режим: одновременное нагревание до умеренной температуры всего объема горючей смеси (горючий газ плюс тот или иной окислитель), заключенной внутри некоторого сосуда. По мере повышения температуры смеси в сосуде начинается реакция окисления со сравнительно небольшой скоростью. За счет выделяющегося тепла смесь разогревается, и скорость реакции увеличивается, что в свою очередь приводит к прогрессивному разогреву газа. При этом скорость реакции и разогрев смеси нарастают подобно лавине: происходит неограниченное ускорение реакции, именуемое тепловым взрывом или самовоспламенением.

Теория теплового самовоспламенения хорошо объясняет зависимость между давлением и температурой самовоспламенения горючей смеси. Допустим, что сосуд, в который вводится смесь, имеет постоянную температуру t 0 . При повышении давления (или концентрации реагирующих газов) скорость реакции возрастает, и количество выделяющегося тепла увеличивается. Однако при достаточно малых давлениях это количество не превышает количества отводимого тепла, которое от давления не зависит, и реакция протекает при практически постоянной температуре, близкой к температуре сосуда. По-видимому, для некоторой заданной начальной температуры существует минимальное давление, при котором количества выделяющегося и отводимого тепла сравниваются; при более высоком давлении выделяется больше тепла, чем отводится, температура газа увеличивается и происходит его самовоспламенение.

На рис.1.3.1 кривые 2 - 4 показывают зависимость тепловыделения от температуры при различных давлениях и одинаковом составе смеси. При постоянных температурах сосуда и среды и постоянном составе смеси количество отводимого из зоны горения тепла характеризуется прямой 1. При изменении состава смеси изменится и скорость теплопотерь и, следовательно, наклон прямой. Чем выше давление, тем больше выделяется тепла при реакции (кривая 4). В условиях, определяемых кривой 2, воспламенение возникнуть не может, так как теплопотери прямая - 1 выше тепловыделений при этом давлении. Точка касания кривой 3 с прямой соответствует равновесию между выделяемым и отводимым теплом при ti - минимальной температуре самовоспламенения данной горючей смеси в заданных условиях.

При незначительном подводе энергии извне возможно воспламенение. Кривая 4 характеризует условия, при которых неизбежно воспламенение, так как выделяется тепла больше, чем отводится.

Анализируя приведенную схему, Н.Н. Семенов установил зависимость между t i и р, выражаемую уравнением:

lg p кр /T с = E/ (nRT с) + В

где р кр - минимальное давление воспламенения,

Т с - минимальная температура самовоспламенения,

Е - энергия активации,

R. - универсальная газовая постоянная,

n - порядок реакции,

В - постоянная, зависящая от состава и других свойств смеси.

На основании этого уравнения можно теоретически заранее определить, возможно ли самовоспламенение горючей смеси в данных конкретных условиях.

Соотношение, связывающее минимальное давление с температурой самовоспламенения, было подтверждено многочисленными экспериментами и оказалось ценным при изучении кинетики процессов горения, а также в пожарной профилактике. Вместе с тем тепловая теория самовоспламенения не в состоянии объяснить ряд особенностей, наблюдаемых при горении: положительный или отрицательный катализ при введении в реагирующую систему малых примесей отдельных веществ, пределы воспламенения в зависимости от давления и др. Эти особенности объясняются с помощью теории цепных реакций.

Теория цепных реакций

Сразу после химического взаимодействия продукты реакции обладают большим запасом кинетической энергии. Эта энергия может рассеиваться в окружающем пространстве при соударениях молекул или излучением, а также расходоваться на разогрев реагирующей смеси.

Существует, однако, другая возможность перераспределения избыточной энергии, которая реализуется в химических реакциях цепного характера. Запас химической энергии, сосредоточенный в молекуле продукта первичной реакции, передается одной из реагирующих молекул, которая переходит в химически активное состояние. Подобные условия более благоприятны для протекания реакции, чем условия, при которых химическая энергия взаимодействия переходит в энергию теплового хаотического движения.

При таком механизме передачи энергии реакция приводит к образованию одной или нескольких новых активных частиц - возбужденных молекул, свободных радикалов или атомов. Таковы, например, атомарный водород, кислород, хлор, радикалы и гидроксил НО", нитроксил HNO", метил СНз и т.д. Все эти вещества, являясь химически ненасыщенными, отличаются высокой реакционной способностью и могут реагировать с компонентами смеси, образуя, в свою очередь свободные радикалы и атомы. Химически активные группы называются активными центрами цепной реакции. Так возникает более или менее длинная цепь реакций, в которой энергия избирательно передается от одной активной частицы, к другой.

Цепное самовоспламенение

Цепная реакция протекает различно, в зависимости от того, сколько вторичных активных центров образуется на каждый израсходованный активный центр - один или больше одного. В первом случае общее число активных центров остается неизменным, и реакция протекает с постоянной (для данных температуры и концентрации) скоростью, т.е. стационарно. Во втором случае число активных центров непрерывно возрастает, цепь разветвляется и реакция самоускоряется.

Это неограниченное, до полного израсходования реагирующих компонентов, самоускорение воспринимается как самовоспламенение. Внешне реакция протекает так же, как и при тепловом самовоспламенении. Различие состоит в том, что при тепловом механизме в реагирующей системе накапливается тепло, а при цепном механизме - активные центры. Оба фактора ведут к самоускорению реакции. Цепное воспламенение принципиально может осуществляться при постоянной температуре без заметного разогрева смеси. Характер развития цепного процесса и возможность его завершения самовоспламенением (или взрывом) определяются соотношением между реакциям разветвления и обрыва цепей.

Типичным примером цепной разветвленной реакции является процесс окисления водорода (взрыв гремучего газа)

2Н 2 + О 2 - > 2Н 2 О

Реакция проходит по следующей схеме:

Н 2 + О 2 = 2ОН- инициирование цепи

ОН+ Н 2 = Н 2 О + Н- продолжение цепи

Н+ О 2 = ОН+ О

О+ Н 2 = ОН+ Н - разветвление цепи (появление двух химически активных центров)

Н+ О 2 + М = НО 2 + М - обрыв цепи в объеме с образованием-малоактивного радикала НО 2

О Нстенка - обрыв цепи на стенке

НО 2 + Н 2 = Н 2 О 2 + Н

НО 2 + НО = Н 2 О 2 + ОН- продолжение цепи через малоактивный радикал НО 2

где М - любая молекула.

Обрыв цепи связан с гибелью активного центра, что может произойти как в объеме реагирующей смеси, так и на стенках реакционного сосуда.

Причинами обрыва цепи в объеме смеси являются.

а) побочная реакция активного центра с примесями, содержащимися в-

б) рассеивание активной частицей избыточной химической энергии при столкновениях с неактивными молекулами.

Обрыв цепи на стенках реакционного сосуда объясняется адсорбцией активных центров на его поверхности.

Превышение числа разветвлений цепных реакций над числом их обрывов - основное условие ускорения реакции окисления.

Цепная теория объясняет явления положительного и отрицательного катализа Положительным катализатором является вещество, создающее начальные активные центры (реакция окисления углеводородов, например, заметно ускоряется при введении незначительных количеств перекисных продуктов). Отрицательным катализатором ингибитором является вещество, дезактивирующее отдельные активные центры и предотвращающее реакции, которые протекали бы при продолжении цепей. Примером отрицательного катализа может служить подавление процессов горения нефтепродуктов при добавке галогенсодержащий углеводородов.

Если, согласно тепловой теории, причиной и следствием самовоспламенения являются тепло, то по цепной теории тепло только следствие процесса. В реальных условиях процессы самовоспламенения и горения имеют одновременно цепной и тепловой характеры. Большинство газовых химических реакций протекает по цепному механизму. Цепные реакции, как и тепловые, ускоряются с повышением температуры. Разогрев смеси и накопление активных центров приводят такому ускорению реакции, что смесь самовоспламеняется.

При распространении пламени реакция, как правило, также протекает по этому механизму.

1.4 Теплота горения

Наиболее важной теплотехнической характеристикой горючего вещества является теплота горения (сгорания). Величина теплоты сгорания различных веществ используется при расчете концентрационных пределов воспламенения, температуры горения, при определении группы горючести и в других случаях.

Под теплотой сгорания понимают количество тепла, выделяющегося при сгорании единицы массы (моль, кг) или единицы объема (м 3) вещества с образованием углекислого газа, воды, азота, галоидоводородов и конечных продуктов горения.

Тепловой эффект реакции горения зависит не только от природы реагирующих веществ, но и от условий, при которых протекает реакция. Поэтому при теплотехнических расчетах следует величины, входящие в расчетные формулы, относить к одним и тем же условиям. Условия, отвечающие температуре 298,15 К и нормальному давлению, называются стандартными.

Теплота сгорания веществ, отнесенная к стандартным условиям, называется стандартной теплотой сгорания. Различают высшую и низшую теплоту сгорания.

Высшая теплота сгорания (Q В) представляет собой количество тепла, выделяющееся при полном сгорании единицы массы вещества с образованием углекислого газа и жидкой воды.

Низшая теплота сгорания (Q Н) - количество тепла, выделяющееся при сгорании единицы массы вещества с образованием углекислого газа и воды в парообразном состоянии. При расчете Q H учитывается также расход тепла на испарение влаги вещества.

При расчетах выделения тепла на пожарах исходят из низшей теплоты сгорания. Высшая и низшая теплота сгорания связаны соотношением:

Q H = Q В -25,l (9H+W), (1.2.1)

где 25,1 (9Н+ W) - теплота, затраченная на испарение влаги, содержащейся в горящем веществе и воды, образующейся при сгорании водорода горючего вещества, Дж/кг.

Теплота сгорания отдельных видов горючих веществ определяется экспериментально с помощью калориметров. Теплота сгорания веществ, состав которых непостоянен (древесина, каменный уголь, бензин и т.д.), определяется по данным элементного состава. Для приближенных расчетов используются формулы Д.И. Менделеева:

Q В = 339,4С + 1257Н - 108,9 (О - S); (1.2.2)

Q H = 339,4С + 1257Н - 108,9 (О - S) - 25,1 (9Н + W), (1.2.3)

Где Q H -низшая теплота сгорания рабочей массы горючего вещества, кДж/кг;

С, Н, S, W-содержание углерода (в процентах), водорода, серы и влаги в рабочей массе;

О - сумма кислорода и азота, %.

Пример. Определить низшую теплоту сгорания сернистого мазута, имеющего состав:

С-82,5%, Н-10,65%, S-3,1%, (O + N) - 0,5 %, А-0,25%, W-3%.

Решение. Используя формулу Д.И. Менделеева (1.2.3), получим:

Q H = 339,482,5 + 125710,65-108,9 (0,5-3,1) - 25,1 (9 - 10,65+3) = 38622,7 кДж/кг.

Низшая теплота сгорания 1 м 3 сухих газов может быть определена по формуле:

Q H = 126,5 СО + 107,7 Н 2 + 358,2 СН 4 + 590,8 С 2 Н 2 + 636,9 С 2 Н 6 + 913,4 С 3 Н 8 + 1185,8 С 4 Н 10 + 1462,3 С 5 Н 12 + 234,6Н 2 S

Где Q H - низшая теплота сгорания сухих газов, кДж/м 3

СО, Н 2 , СН 4 и т.д. - содержание отдельных компонентов газа в процентах по объему.

Допустим, что в зоне реакции горения установилось тепловое равновесие при температуре 1000°С. Если по какой-либо причине увеличится скорость выделения теплоты, то под влиянием избытка теплоты в зоне реакции температура, а, следовательно, и скорость теплоотдачи начнут повышаться. Установится новое тепловое равновесие, но уже при более высокой температуре. Наоборот, если при температуре горения 1000°С скорость выделения теплоты уменьшится, то это вызовет понижение температуры горения до установления нового теплового равновесия, но уже при более низкой температуре.

Таким образом, каждому тепловому равновесию соответствует определенная температура горения. С увеличением тепловыделения повышается температура горения и увеличивается теплоотдача до нового теплового равновесия. С уменьшением тепловыделения понижается температура горения и уменьшается теплоотдача.

Теоретическая температура горения некоторых горючих веществ приведена в приложении.

В действительности температуры, развивающиеся во время пожара, на 30 - 50 % меньше теоретических.

1.5 Процессы теплообмена на пожаре

Рис 1.5.1 Передача тепла на пожаре.

Одним из главных процессов, происходящих на пожаре, являются процессы теплообмена. Выделяющееся тепло при горении, во-первых, усложняет обстановку на пожаре, во-вторых, является одной из причин развития пожара. Кроме того, нагрев продуктов горения вызывает движение газовых потоков и все вытекающие из этого последствия (задымление помещений и территории, расположенных около зоны горения и др.).

Сколько тепла выделяется в зоне химической реакции горения, столько его и отводится от нее. В качестве пояснения может служить (рис.1.1).

Q образ = Q газы + Q среды + Q гор. вещ

где Q o6раз - количество тепла, образовавшегося в результате реакции,

Q гор. вещ - расход тепла на подготовку горючих веществ к горению;

Q среды, - отвод тепла от зоны горения в окружающее пространство;

Q газы - тепло, отходящее с продуктами реакции.

Для поддержания и продолжения горения требуется незначительная часть тепла. Всего до 3% выделяющегося тепла путем излучения передается горящим веществам и затрачивается на их разложение и испарение. Именно это количество берут за основу при определении способов и приемов прекращения горения на пожарах и установлении нормативных параметров тушения.

Тепло, передаваемое во внешнюю среду, способствует распространению пожара, вызывает повышение температуры, деформацию конструкций и т.д.

Большая часть тепла на пожарах передается конвекцией. Так, при горении бензина в резервуаре этим способом передается 57-62% тепла, а при горении штабелей леса 60-70%.

При отсутствии или слабом ветре большая часть тепла отдается верхним слоям атмосферы. При наличии сильного ветра обстановка усложняется, так как восходящий поток нагретых газов значительно отклоняется от вертикали.

При внутренних пожарах (т.е. пожарах в ограждениях) конвекцией будет передаваться еще большая часть тепла, чем при наружных. При пожарах внутри зданий продукты сгорания, двигаясь по коридорам, лестничным клеткам, шахтам лифтов, вентканалам и т.п. передают тепло встречающимся на их пути материалам, конструкциям и т.д., вызывая их загорание, деформацию, обрушение и пр. Необходимо помнить, чем выше скорость движения конвекционных потоков и чем выше температура нагрева продуктов сгорания, тем больше тепла передается в окружающую среду.

Теплопроводностью при внутренних пожарах тепло передается из горящего помещения в соседнее через ограждающие строительные конструкции, металлические трубы, балки и т.п. При пожарах жидкостей в резервуарах тепло этим способом передается нижним слоям, создавая условия для вскипания и выброса темных нефтепродуктов.

Рис 1.5.2

Передача тепла излучением характерна для наружных пожаров. Причем, чем больше поверхность пламени, ниже степень его черноты, тем выше температура горения, больше передается тепла этим способом. Мощное излучение происходит при горении газонефтяных фонтанов, ЛВЖ и ГЖ в резервуарах, штабелей лесопиломатериалов и т.д. При этом на значительные расстояния передается от 30 до 40 % тепла.

Наиболее интенсивно тепло передается по нормали к факелу пламени, с, увеличением угла отклонения от нее интенсивность передачи тепла уменьшается (рис.1.5.2).

При пожарах в ограждениях действие излучения ограничивается строительными конструкциями горящих помещений и задымлением как тепловым экраном. В наиболее удаленных от зоны горения участках тепловое воздействие излучения существенного влияния на обстановку пожара не оказывает. Но чем ближе к зоне горения, тем более опасным становится его тепловое воздействие. Практика показывает, что при температуре, равной 80-100°С в сухом воздухе и при 50-60°С во влажном, человек без специальной теплозащиты может находиться лишь считанные минуты. Более высокая температура или длительное пребывание в этой зоне приводит к ожогам, тепловым ударам, потере сознания и даже смертельным исходам.

Падающий тепловой поток зависит от расстояния между факелом и объектом. С этим параметром связаны безопасные условия для облучаемого объекта.

Эти условия могут быть выполнены в случае, когда между излучаемой и облучаемой поверхностями будет такое расстояние, при котором интенсивность облучения объекта или температура на его поверхности не превышала бы допустимых величин (т.е. минимальные gдоп объекта в течение определенного времени, ниже значений которых его воспламенение не происходит) или допустимых значений для данного объекта в течение определенного времени, по истечении которого необходимо обеспечить его защиту.

Рис 1.5.3 Зоны на пожаре:

1-зона горения;

2 - зона теплового воздействия;

3 - зона задымления

Допускаемые плотности теплового потока и температуры для некоторых материалов содержатся в справочной литературе. Например, для человека предельно допустимая интенсивность облучения 1,05 кВт/м2; предельно допустимая температура нагревания незащищенных поверхностей кожи человека не должна превышать 40°С. Для боевой одежды пожарного эти величины соответственно равны 4,2 кВт/м 2 .

Процесс теплообмена горячих газов, факела пламени и ограждающих конструкций при пожаре в помещении носит сложный характер и осуществляется одновременно тепловым излучением, конвекцией и теплопроводностью.

На внутренних пожарах направление передачи тепла излучением может не совпадать с передачей тепла конвекцией, поэтому в помещении могут быть участки поверхности ограждающих конструкций, где действует только излучение (как правило, пол и часть поверхности стен, примыкающих к нему). Или только конвекция (потолок и часть поверхности стен, примыкающих к нему), или где оба вида тепловых потоков действуют совместно.

1.6 Механизм газообмена при пожарах в закрытых помещениях

Газовый обмен на пожаре - это движение газообразных масс, вызванное выделением тепла при горении. При нагревании газов их плотность уменьшается, и они вытесняются более плотными слоями холодного атмосферного воздуха и поднимаются вверх. У основания факела пламени создается разрежение, которое способствует притоку воздуха в зону горения, а над факелом пламени (за счет нагретых продуктов горения) - избыточное давление. Изучение газообмена на открытых пространствах и при небольшой площади горения в помещениях проводится на основе законов аэродинамики и при рассмотрении процессов газообмена требует специальных знаний.

При развитии пожара в зданиях газообмен, т.е. приток воздуха в зону горения и удаление из нее продуктов сгорания, происходит через проемы. Давление продуктов сгорания в верхней части здания (помещения) больше, а в нижней части меньше давления наружного воздуха. На определенной высоте давление внутри помещения равно атмосферному, т.е. перепад давлений равен нулю. Плоскость, где давление внутри здания равно атмосферному, называется плоскостью разных давлений, или нейтральной зоной. Нейтральная зона в различных частях помещений или здания может находиться на различной высоте в зависимости от условий газообмена и разности температур среды в смежных помещениях, лестничных клетках и других частях здания. Под условиями газообмена понимают степень раскрытия и взаимное расположение проемов (дверных, оконных, вентиляционных люков, световых фонарей и т.п.), высоту и объем помещений.

Все перечисленные параметры и ОФП рассматриваются как функции времени. Фактически каждый из них находится в сложной зависимости от нескольких переменных физических величин. При изучении тактики тушения пожаров влияние этих процессов и переменных величин обобщают одним аргументом - фактором времени.

В 1 фазе пожара при повышении среднеобъемной температуры до 200°С расход приточного воздуха увеличивается, а затем постепенно снижается. Одновременно понижается уровень нейтральной зоны, сокращается площадь приточной части оконного проема и соответственно увеличивается площадь вытяжной части.

С такой же примерно скоростью снижается уровень объемной доли кислорода, поступающего в зону горения (до 8 %), и повышается объемная доля диоксида углерода в уходящих газах (до 13 %).

Этот процесс объясняется тем, что при температуре 150 - 200°С бурно проходят экзотермические реакции разложения горючих материалов, растет скорость их выгорания под влиянием теплоты, выделяющейся на пожаре. Количество теплоты, выделяющейся на пожаре в единицу времени, зависит от низшей теплоты сгорания материалов Q, площади поверхности горения Р, массовой скорости выгорания материалов с единицы поверхности W и полноты горения Т.

1.7 Модель динамики пожара

Процесс развития пожара в наиболее общем виде может быть описан уравнением убыли массы горючих веществ и материалов в зависимости от времени:

М i = М к {1 - 1/ б (1.5.2)

Скорость выгорания в зависимости от времени определяется как производная потери массы по времени. Дифференцируя функцию (1.5.1.), получим выражение для скорости выгорания пожарной нагрузки в любой момент времени:

M i = M k (бв/t k) в -1 (t/t k) б -1 (1.5.3.)

Уравнения с (1.5.1) по (1.5.3) применимы для практических расчетов в любых условиях газообмена, при горении различных материалов и их композиций (комбинированной пожарной нагрузки), а также при любом способе зажигания материалов, произвольно распределенных в помещении или на открытой площадке.

Для построения графиков убыли массы и скорости выгорания в размерных координатах достаточно знать время достижения максимальной скорости выгорания (t м) или конечное время (общую продолжительность) пожара (t к), а также начальную массу пожарной нагрузки (m 0) и долю выгорающей массы к моменту окончания пожара (М к). Для пожаров в жилых и общественных зданиях M к =0,9.0,95. Значения t к, m 0 подставляют в уравнения (1.5.1) - (1.5.3). Таким образом, для получения размерных параметров m (t), m M , t, t м достаточно умножить безразмерные значения М и И на m 0 и t к соответственно.

При горении древесины и других, близких к ней по составу твердых горючих материалов (с=400 - 450 кг/м 3), на открытом пространстве и ограждении с открытыми проемами убыль массы от времени определяют по уравнению (1.5.1.)

Безразмерное время окончания II фазы пожара И п = t п /t к - это доля общей продолжительности пожара t к, за которую выгорит часть горючих материалов M п = m п /m 0 . Значение И п зависит только от класса и вида пожара, параметр з - от распределения пожарной нагрузки:

В помещении I класса больших размеров, в которой пожарная нагрузка занимает незначительную часть площади и сосредоточена на одном или нескольких участках (сосредоточенная пожарная нагрузка):

з с = УF пн / (К с с F п)

где УF пн - суммарная площадь пола, занятая пожарной нагрузкой, м 2 , F п - площадь помещения, м 2 .

В помещениях II класса, в которых пожарная нагрузка распределена относительно равномерно и занимает большую часть площади (рассредоточенная пожарная нагрузка):

з р = з с - К с0

При полностью закрытых проемах, если газообмен осуществляется только путем инфильтрации воздуха через неплотности в ограждениях,

притворы дверей и оконных рам при действующей системе естественной вытяжной вентиляции без организованного притока воздуха,

а также в отсутствии систем вытяжной вентиляции постоянные коэффициенты и параметры, входящие в уравнения (1.5.1) - (1.5.3), принимают значения, приведенные в табл.1 (см приложение) для пожаров IIб класса. Продолжительность свободного горения не зависит от параметров пожарной нагрузки и способа ее распределения в помещениях и полностью лимитируется количеством воздуха, поступающего через не плотности.

При остекленных оконных проемах продолжительность свободного горения в помещении до вскрытия остекления под действием высокой температуры и давления определяют по уравнению

t н. в = 0,5И м m 0 /G инф. (1.5.4.)

К моменту полного вскрытия остекления

t п. в = И м m 0 /G инф (1.5.5.)

где G инф - расход приточного воздуха в помещении путем инфильтрации, кг/с;

И м - безразмерное время от начала пожара до максимума.

При медленном подъеме температуры в помещении момент вскрытия остекления совпадает с точкой окончания II фазы пожара. В этом случае в уравнения (1.5.4.), (1.5.5.) вместо И м подставляют значение параметра И п.

При отсутствии остекления продолжительность свободного горения в помещении рассчитывается до момента прогорания дверных полотнищ, потери несущей способности ограждающих конструкций (стен, перегородок, перекрытий, покрытий) или их принудительного вскрытия для изменения условий газообмена. Количество приточного воздуха инфильтрацией через щели рассчитывается по формуле:

G инф = м щ v2gДpс н УF щ i

где м щ = 0,62 - коэффициент расхода воздуха через щели притворов; g=9,81 м/с 2 - ускорение свободного падения;

Дp - избыточное давление воздуха у наружного ограждения (оконного проема) или результирующее давление в лестничной клетке на уровне дверного проема при работающей системе противодымной защиты, Па (кгс/м 2);

с н - плотность наружного воздуха при пожаре, кг/м 3 ;

УF щ i - суммарная площадь щелей в притворах окон и дверей, м 2 .

Убыль массы в зависимости от времени при пожарах в замкнутых объемах может быть рассчитана как линейная функция

m = G инф. t.

Средняя скорость выгорания в данном случае численно равна интенсивности газообмена через неплотности и щели:

W=I r = G инф. /F п.

Инфильтрация воздуха через неплотности происходит под влиянием гравитационного и ветрового давлений, а также подпора, создаваемого системами противодымной защиты высотных зданий. Если горящее помещение сообщается с межквартирным коридором, из которого дым удаляется через шахту дымоудаления, давление в очаге пожара при закрытом оконном проеме становится ниже атмосферного, что также создает дополнительный напор с внешней стороны фасада здания и увеличивает количество поступающего через щели и неплотности воздуха, а следовательно, скорость сгорания пожарной нагрузки в помещениях.

Основными точками для построения кинетической кривой убыли массы от времени являются безразмерное время и доля сгоревшей пожарной нагрузки в конце I и II фаз пожара (И 0 , М 0 , И п, М п), точка максимальной скорости выгорания (И м, М м), а также конечное время пожара и масса топлива, выгорающего к этому времени (И к, М к).

Параметры определяют из соотношений, полученных экспериментально:

убыль массы к концу I фазы пожара М 0 = М 2 м;

убыль массы к концу II фазы пожара М п = М м в/б;

убыль массы во II фазе пожара М II ф = М п - М 0 ;

убыль массы в III фазе пожара M III ф = M K - М п.

Безразмерное время пожара в точках И 0 и И п определяют по уравнению (1.5.2.), а промежуточные значения продолжительности пожара в I фазе И I ф = И 0 , II фазе И II ф = И п - И 0 , III фазе И III ф = 1 - И п.

1.8 Открытые пожары, их параметры

Основные параметры пожара и ОФП:

1) потеря массы (выгорание) пожарной нагрузки;

2) скорость выгорания пожарной нагрузки;

3) температура продуктов сгорания на выходе из очага пожара (конвективная составляющая);

4) геометрические размеры факела пламени (высота, площадь излучающей поверхности);

5) температура пламени;

6) падающий тепловой поток;

7) площадь и периметр зоны горения;

8) расход приточного воздуха в зону горения;

9) интенсивность газообмена;

10) объем продуктов сгорания;

11) положение нейтральной зоны по отношению к нижней части проемов и плоскости пола;

12) интенсивность выбросов продуктов сгорания в атмосферу;

13) содержание кислорода и токсичных продуктов сгорания в уходящих газах;

14) скорость восходящих потоков в тепловой конвективной колонке над пожаром;

15) избыточное давление газов в объеме горящего и смежных помещений, скорость и направление движения нагретых газов и дыма при закрытых пожарах;

16) среднеобъемная температура среды (для закрытых пожаров);

17) средняя температура по оси тепловой конвективной струи (для открытых пожаров);

18) средняя скорость перемещения фронта пламени по пожарной нагрузке;

19) средняя скорость увеличения площади горения;

20) состав дыма {твердых частиц, вызывающих раздражение слизистых оболочек и токсикацию организма человека);

21) оптическая плотность дыма, снижающая видимость в горящем и смежных помещениях;

22) объем или площадь задымления;

23) скорость распространения дыма по вертикальным инженерным коммуникациям, лестничным клеткам, шахтам лифтов и т.п.

К зоне горения относятся параметры 1.15, к зоне теплового воздействия - 3.6, 7, 10, 11, 13, 15.19, к зоне задымления - 1.23.

1.9 Возникновение процессов горения

Процессы, протекающие при нагревании горючих веществ

В продуктах термического распада большинства твердых горючих веществ содержатся как твердые и жидкие соединения, так и соединения, находящиеся при обычных условиях в газообразном состоянии. Появление летучих веществ играет важную роль в термическом разложении воспламенении и горении твердых горючих веществ.

Некоторые твердые горючие вещества при нагревании плавятся, испаряются и разлагаются. Например, парафин, сера, фосфор, церезин, озокерит, канифоль, древесина, бумага, хлопок, торф, ископаемые угли, от воздействия источника тепла разлагаются с образованием твердого углеродистого остатка и летучих веществ.

В зависимости от химического состава исходных горючих в продуктов их разложения могут содержаться следующие соединения: СО, СО2, H2S, HC1, HCN, C12, SO2, и другие, в концентрациях, опасных для человека. Это все необходимо знать и учитывать при тушении пожаров полимерных материалов.

С повышением температуры разложения увеличивается выход летучих веществ и изменяется их состав.

Самовозгорание веществ и материалов

Некоторые химические вещества способны при соприкосновении с воздухом или друг с другом самонагреваться и самовозгораться. Эти вещества при производстве, хранении и транспортировке, а также в процессе их использования могут вызвать пожар и взрыв. По способности к самовозгоранию эти вещества можно подразделить на три группы:

1) вещества, самовозгорающиеся от воздействия на них воздуха,

2) вещества, вызывающие горение при действии на них воды,

3) вещества, самовозгорающиеся при смешении друг с другом.

К веществам, самовозгорающимся от воздействия на них воздуха, относятся:

фосфор белый (желтый),

фосфористый водород,

водородистый кремний (силан),

цинковая пыль,

алюминиевая пудра,

карбиды щелочных металлов,

сернистые металлы,

металлы (рубидий и цезий),

арсины,

стибины,

фосфины,

сульфоуголь и др.

Все эти вещества окисляться на воздухе с выделением тепла, за счет которого реакция самоускоряется до возникновения горения. Некоторые из перечисленных веществ способны самовозгораться очень быстро после соприкосновения с воздухом, другие - через длительный промежуток времени.

Некоторые металлы, металлические порошки, пудры способны самовозгораться на воздухе за счет реакции окисления. В компактном состоянии этой способностью обладают такие металлы, как рубидий и цезий. Алюминий, железо и цинк, будучи превращены в порошок или пудру, также способны самовозгораться.

Причиной самовозгорания металлических порошков и особенно алюминиевой пудры является их окисление. Влага способствует самовозгоранию пудры, поэтому во влажном воздухе ее возгорание наступает раньше, чем в сухом. Приготавливают алюминиевую пудру в среде инертного газа. Чтобы предотвратить самовозгорание пудры после приготовления ее перетирают с парафином, пленка которого предохраняет пудру от окисления.

Диэтиловый эфир при длительном соприкосновении с воздухом на свету образует гидроперекись СНзСН2-О-СН (ООН) СН3, которая очень быстро превращается в полимерную перекись этилидена [-СН (СНз) - О-О-] n, сильно взрывающуюся при ударе или нагревании до 348 К и воспламеняющую эфир.

Скипидар также самовозгорается, если им смочены волокнистые материалы. Причина самовозгорания - способность окисляться на воздухе при низких температурах. Известны случаи самовозгорания мха, смоченного скипидаром.

Сульфоуголь, находясь в бумажных мешках, уложенных в штабель, способен самовозгораться. Были случаи его самовозгорания в первые 2 - 3 дня после укладки мешков в штабель.

На воздухе самовозгораются металлоорганические соединения: диэтилцинк, триметилалюминий А1 (СН3) з, триизобутилалюминий, триэтилалюминий А1 (С 2 Н 5) 3 , диизобутилалюминийхлорид С 4 Н 9 А1С1, диэтилалюминийхлорид, триэтилгаллий и др. Все эти соединения - жидкости. Температура самовоспламенения их значительно ниже 290 К. Например, диизобутилалюминийхлорид имеет температуру самовоспламенении 275 К, диэтилалюминийхлорид - 213 К, триэтилалюминий - ниже 205 К. Диметилбериллий и диэтилмагний - твердые кристаллические вещества, самовозгорающиеся на воздухе.

Гидросульфит натрия во влажном состоянии энергично окисляется с выделением тепла. В результате этого происходит самовоспламенение серы, образующейся при распаде гидросульфита.

1.10 Особенности горения веществ и материалов в различных агрегатных состояниях

Пожар рассматривается как открытая термодинамическая система, обменивающаяся с окружающей средой веществами и энергией.

Возникновение и распространение процесса горения по веществам и материалам происходит не сразу, а постепенно. Источник горения воздействует на горючее вещество, вызывает его нагревание, при этом в большей мере нагревается поверхностный слой, происходит активация поверхности, деструкция и испарение вещества, материала вследствие термических и физических процессов, образование аэрозольных смесей, состоящих из газообразных продуктов реакции и твердых частиц исходного вещества. Образовавшиеся газообразные продукты способны к дальнейшему экзотермическому превращению, а развитая поверхность прогретых твердых частиц горючего материала способствует интенсивности процесса его разложения. Концентрация паров, газообразных продуктов деструкции испарения (для жидкостей) достигает критических значений, происходит воспламенение газообразных продуктов и твердых частиц вещества, материала. Горение этих продуктов приводит к выделению тепла, повышению температуры поверхности и увеличению концентрации горючих продуктов термического разложения станет не меньше скорости их окисления в зоне химической реакции горения. Тогда под воздействием тепла, выделяющегося в зоне горения, происходит разогрев, деструкция, испарение и воспламенение следующих участков горючих веществ и материалов.

Структура диффузионного пламени газообразных горючих материалов

При втекании осесимметричной вертикальной газовой струи снизу вверх в пространство заполненное другим газом, вокруг ядра струи образуется зона смеси газов. Вовлекая в движение окружающий покоящийся газ, втекающая струя разбавляется им. Если втекает горючий газ в воздушную атмосферу, то на некотором расстоянии от устья трубы образуется пограничный слой смеси газов переменного состава. На бесконечном удалении от ядра племени - чистый воздух; в ядре - чистый горючий газ, а в промежуточной зоне смесь газов, лежащая в пределах горючести от "бедной" на внешней границе струи до "богатой" на внутренней. В промежутке между концентрационными пределами воспламенения газовой смеси лежит осесимметричная поверхность состава, близкого к стехиометрическому. Если к такой струе поднести источник зажигания, газовая струя вспыхнет и установится стационарный факел пламени. Поскольку максимальная скорость горения находится в области концентраций, близких к стехиометрическим, то автоматически факел пламени установится именно на этой осесимметричной поверхности. Возникшие конвективные газовые потоки горячих продуктов сгорания образуют вокруг факела пламени интенсивный приток свежего воздуха к нему, а оттекающие вверх горячие продукты горения несколько деформируют (расширят) внешнюю (верхнюю) часть факела. Снизу и с боков факел пламени будет поджиматься восходящими холодными потоками окружающего газа, а вверху - слегка расширяться за счет горячих продуктов горения, имеющих больший удельный объем. Такова структура диффузионного газового факела. Скорость, полнота сгорания, теплонапряженность факела, его температура и размеры зависят, главным образом, от вида горючего и от газодинамического режима его истечения (давления истечения, диаметра и формы сопла и т.д.). Ориентировочно максимальная температура факела диффузионного пламени для большинства углеводородных горючих газов равна 1350-1500°С.

Подобные документы

Классификация чрезвычайных ситуаций естественного (природного) происхождения. Чрезвычайные ситуации: землетрясения, извержение вулканов, сель, оползни, ураган, буря, смерч, сильный снегопад, заносы, обледенения, лавины, наводнение, подтопление и др.

контрольная работа , добавлен 04.12.2008


Пожары и взрывы - распространенные чрезвычайные ситуации в индустриальном обществе. Причины аварий на пожаро- и взрывоопасных объектах. Категории взрывной и пожарной опасности. Воздействие аварий на окружающую среду. Действия населения во время аварий.

реферат , добавлен 21.05.2010


курсовая работа , добавлен 02.08.2009


Чрезвычайная ситуация как обстановка на определенной территории или акватории, сложившаяся в результате аварии, опасного природного явления, катастрофы. Понятие и специфика чрезвычайной ситуации экологического характера, ее последствия для человека.

контрольная работа , добавлен 28.08.2010


Причины, которые могут вызывать чрезвычайные ситуации метеорологического характера. Опасность выпадения града. Последствия и негативные факторы засухи. Условия возникновения циклона. Защита от ураганов, бурь и смерчей, предупредительные мероприятия.

презентация , добавлен 16.11.2013


Виды стихийных бедствий и их возможные причины. Источники чрезвычайных ситуаций в природной сфере. Классификация опасных природных явлений. Инфекционная заболеваемость людей и сельскохозяйственных животных. Общее число жертв природных катастроф.

презентация , добавлен 21.06.2012


Определение опасности и риска для жизни. Чрезвычайные ситуации: техногенные, экологические, природные. Анализ и предупреждение травматизма. Контроль и управление безопасностью труда. Гигиена труда и производственная санитария. Пожарная безопасность.

курс лекций , добавлен 04.10.2008


Понятие чрезвычайной ситуации техногенного характера. Классификация производственных аварий по их тяжести и масштабности. Пожары, взрывы, угрозы взрывов. Аварии с выбросом радиоактивных веществ, химически опасных веществ. Гидродинамические аварии.

презентация , добавлен 09.02.2012


Основные чрезвычайные ситуации природного и техногенного характера. Поведение и необходимые действия при внезапном землетрясении, цунами, наводнении, урагане и лесном пожаре. Химическая, радиационная аварии, авария на гидродинамических сооружениях.

презентация , добавлен 02.10.2013


Понятие и классификация экологических катастроф. Пожары на промышленных объектах. Аварии с выбросом (угрозой выброса) биологически опасных веществ. Опасность возникновения селей. Причины взрывов и авиакатастроф. Чрезвычайные ситуации на железной дороге.

Техногенные пожары и взрывы — это происшествия, которые вызваны хозяйственной деятельностью человека. В связи с насыщенностью сферы производства сложной техникой, такие чрезвычайные ситуации происходят все чаще, что вызывает большое беспокойство специалистов.

Крупные промышленные аварии причиняют значительный вред здоровью людей, невосполнимый урон окружающей среде и наносят существенный вред экономике страны. Относительный уровень потерь от пожаров в РФ превышает соответствующий ущерб в Великобритании и США в три раза.

Наносимый ущерб

Многие потенциально пожароопасные производственные объекты на территории Российской Федерации выработали свой проектный ресурс на 60-70 %, что означает высокую степень риска для здоровья людей и состояния окружающей среды. На производствах энергетической, нефтехимической и металлургической сферы используются и перерабатываются значительные количества пожаро/взрывоопасных веществ и соединений.

Кроме того, техногенные пожары приводят к потерям продукции, к снижению прибыли и зарплаты работающих. Впоследствии необходимы денежные средства на восстановительные работы, выплаты компенсаций работникам или членам их семей.

Опасность чрезвычайных ситуаций техногенного характера кроется в ряде , наносящих ущерб людям, природе и зданиям:

• термическое воздействие в виде теплового излучения;
• механическое воздействие, приводящее к обрушениям;
• токсическое воздействие в результате отравления продуктами горения или пожарах на химически опасных производствах;
• барическое воздействие из-за взрывов опасных веществ, облаков газа, технологических сосудов под давлением.

Экономический ущерб, нанесенный пожаром, складывается из прямого и косвенного ущербов . Величина прямого ущерба складывается из суммы балансовой стоимости поврежденных зданий и сооружений, технологического оборудования и коммунально-энергетических систем.

Косвенный ущерб в 8-10, а иногда и в сотни раз больше прямого. Показатель косвенного ущерба рассчитывается как сумма затрат стоимости нового строительства, размера упущенной прибыли за время простоя, величины штрафов за невыполнение обязательств по поставкам продукции, денежной помощи пострадавшим и членам их семей, технических средств для ликвидации аварии, средств на дезактивацию и дегазацию территории, экологического ущерба.

Причины индустриальных пожаров обычно кроются в профессиональной безграмотности, низкой квалификации и отсутствии производственной дисциплины работников. По статистике, из-за нарушений правил эксплуатации на производстве происходит до 75 % чрезвычайных ситуаций. Меньшая часть происшествий вызвана низким качеством строительных работ (15 %) и ошибками при проектировании предприятий (7,5 %).

Происходят из-за повреждений производственных ёмкостей, нарушений технологического режима, неисправности аппаратуры и срыва сроков ремонтных работ.

Возгорания на химически опасных объектах

Пожары на химически опасных объектах приводят к отравлению людей, животных и растений опасными химическими, в том числе сильнодействующими ядовитыми веществами (аммиаком, хлором, ртутью, сероводородом, диоксидом серы, угарным и углекислым газом).

Промышленные яды оказывают сложное разностороннее влияние на организм, вызывая поражение печени, почек, легких, крови, а также развитие аллергии, опухолевых процессов и нарушения передачи нервных импульсов.

Многие вещества, использующиеся в химической, текстильной, пищевой промышленности, пожароопасны, а некоторые имеют взрывоопасный характер. Разгерметизация ёмкостей и оборудования с токсическими веществами смертельна для человека.

На химически опасных объектах в разгар аварии действуют несколько поражающих факторов, действующих с высокой скоростью — горение, взрывы, токсическое заражение местности и воздуха. Химическое поражение людей чаще всего происходит через органы дыхания, реже — через кожные покровы и слизистые оболочки. Поэтому важную роль в предупреждении массового ущерба здоровью населения играют защитные мероприятия по профилактике возгораний и ограничение источника поступления ядовитых веществ в окружающую среду.

Обеспечить безопасность и продумать меры по недопущению аварий на химических предприятиях гораздо дешевле, чем потом устранять тяжелые последствия катастроф.

Так, летом 1974 года на заводе в Великобритании произошел взрыв циклогексана с последующим крупным пожаром. В результате аварии погибло и пострадало около 150 человек, а материальный ущерб составил 36 миллионов фунтов стерлингов.

В результате пожара на химическом предприятии около Барселоны летом 2003 года токсичное облако хлора распространилось по близлежащим областям. К счастью, в результате принятия быстрых профилактических мер по предотвращению отравления населения, пострадавших не было.

Во время заправки оборудования в Санкт-Петербурге летом 2004 года взорвался бромистый метил, из-за чего более 30 человек получили травмы и отравления.

ЧС на взрывоопасных предприятиях

Техногенные взрывы особенно опасны из-за стремительности протекания события и выделения большого количества энергии. Степень угрозы взрыва зависит от зоны его действия. Детонационная волна полностью разрушает конструкции на части, которые разлетаются с большой скоростью.

Первые и вторые зоны взрыва смертельно опасны для людей. Воздушная ударная волна является третьей зоной действия взрыва, где работники получают травмы различного характера.

В декабре 1997 года из-за беспечности работника произошел взрыв метана на шахте «Зыряновская», забравший жизни 67 человек. В результате нарушений правил безопасности на шахте «Ульяновская» в марте 2007 года взрыв унёс жизни 110 человек, в том числе почти все руководство, которое спустилось в шахту для проверки работы нового оборудования.

Радиационно опасные объекты

Наибольшую опасность в техногенной сфере представляют чрезвычайные ситуации на радиационно опасных объектах. Радиационные аварии обычно начинаются и сопровождаются взрывами и пожарами. С 1981 по 1990 года в СССР было зарегистрировано 255 возгораний на атомных электростанциях, за последующие 17 лет в РФ — 144 пожара. Причиной аварий на радиационно опасных объектах в основном являлось несоблюдение производственно-технологической дисциплины и противопожарного режима.

Последствия таких пожаров обусловлены радиационным воздействием на всё живое и загрязнением окружающей среды радионуклидами. Так, взрыв и последующий пожар на Чернобыльской АЭС привел к радиоактивному загрязнению территории в радиусе более 2 000 километров — это площадь одиннадцати областей, где проживало 17 млн человек. Прямой материальный ущерб оценивался в 10 млрд, косвенный — до 250 млрд рублей (в ценах 1987 года).

Радионуклиды, находящиеся в аэрозольном облаке выброса, не задерживались респираторами. Загрязнение местности усиливалось мелкодисперсным характером радионуклидов, которые проникали в микротрещины, поры, обитаемые объекты, что существенно затрудняло дезактивацию.

В последующие годы изучение опыта действия противопожарной службы по ликвидации последствий катастрофы на ЧАЭС способствовало повышению профессиональной и психологической подготовки личного состава к работе в экстремальных ситуациях. Также серьезные положительные сдвиги произошли и в обеспечении пожарной безопасности АЭС: были разработаны рекомендации по режиму труда,