Горением – называют физико-химический процесс, для которого характерны три признака: химическое превращение, выделение тепла, излучение света
Основа горения – окислительно-восстановительная реакция горючего вещества с окислителем. Окислителями могут быть хлор, бром, сера, кислород, кислородосодержащие и другие вещества.
Однако чаще всего приходится иметь дело с горением в атмосфере воздуха, при этом окислителем является кислород воздушной среды.
Для возникновения горения необходимо наличие:
горючего вещества;
окислителя;
источника воспламенения.
Но и в этом случае горение будет возможным, если горючее вещество и кислород или другой окислитель находятся в определенном количественном соотношении, а тепловой импульс имеет запас тепла, достаточный для нагревания веществ до температуры его воспламенения.
Если мало горючего вещества в смеси с воздухом или мало кислорода (менее 14-16% ), процесс горения не начинается.
Горение может быть вызвано непосредственным воздействием на горючее вещество открытого пламени или накаленного тепла, слабым, но беспрерывным и продолжительным нагреванием горючего вещества, самовозгоранием, химической энергией, механической энергией (трение, удар, давление), лучистой энергией тепла, нагретым до высоких температур воздухом и т.д.
Следовательно, следует различать условия, необходимые для возникновения горения и условия необходимые для протекания процесса горения.
Условия протекания горения:
1. Количество кислорода в составе воздуха, поступающего в зону горения, будет не менее 14–16% , т.е. вещество и окислитель находятся в определенном количественном соотношении.
Температура зоны горения, которая является постоянным источником воспламенения и источником нагрева верхнего слоя горючего вещества, выше температуры его воспламенения.
3. Скорость диффузии горючих газов и паров (продуктов разложения вещества) в зону горения будет несколько выше скорости горения.
4. Количества излучаемого зоной горения тепла при горении вещества будет достаточно для нагрева поверхностного слоя до температуры его воспламенения.
Если одно из этих условий отсутствует, то процесса горения не будет.
Пожарной опасностью называется возможность возникновения или развития пожара, заключенная в каком-либо веществе, состоянии или процессе.
Из этого определения можно сделать вывод, что пожарную опасность представляют вещества и материалы, если они в силу своих свойств, благоприятствуют возникновению или развитию пожара. Такие вещества и материалы относятся к пожароопасным.
Классификация пожароопасных веществ
Пожароопасные вещества по способности к горению подразделяются на:
Трудногорючие;
Негорючие.
Горючими называются вещества, способные самостоятельно гореть после удаления источника зажигания. Горючие вещества в свою очередь разделяются на легковоспламеняющиеся и трудно воспламеняющиеся.
Легковоспламеняющимся веществом называется горючее вещество, способное воспламеняться от кратковременного воздействия пламени спички, искры и тому подобных источников зажигания с низкой энергией.
К ним относятся:
Горючие жидкости (ГЖ):
Анилин ГЖ;
этиленгликоль ГЖ;
моторные и трансформаторные масла ГЖ;
ацетон ЛВЖ;
бензин ЛВЖ;
бензол ЛВЖ;
диэтиловый эфир и др.
ГЖ – жидкость способная самостоятельно гореть после удаления источника зажигания и имеющая температуру вспышки выше 66 0 С .
ЛВЖ – ГЖ, имеющая температуру вспышки не выше 66 0 С.
Горючие газы (ГГ):
пропан и др.
ГГ – газ способный образовывать с воздухом воспламеняемые и взрывоопасные смеси при температурах не выше 55 0 С .
Горючие вещества:
целлулоид;
полистирол;
нафталин;
древесная стружка;
бумага и т.д.
Трудно воспламеняющимися веществами называются горючие вещества, способные воспламеняться только под воздействием мощного источника зажигания.
К ним относятся:
гетинакс;
полихлорвиниловая плитка;
древесина.
Трудно горючими – называют вещества, способные гореть под воздействием источника зажигания, но не способные к самостоятельному горению после удаления его.
К ним относятся:
трихлорацетат натрия (Nа(СН 3 СОО)Сl 3 );
водные растворы спирта;
аммиачная вода и т.д.
Негорючими называют вещества, не способные к горению в атмосфере воздуха обычного состава. К ним относятся: кирпич, бетон, мрамор, и гипс. Среди негорючих веществ имеются много весьма пожароопасных, которые выделяют горючие продукты или тепло при взаимодействии с водой или друг с другом.
К ним относятся:
Карбид кальция (СаС 2 );
Негашеная известь (СаСО 3 );
Разбавленные кислоты с металлами (серная, соляная);
Окислители КМпО 4 , Са 2 О 2 , О 2 , Н 2 О 2 , НО 3 , сжатый и жидкий кислород.
Горением называется химическая реакция окисления, сопровождающаяся выделением тепла и излучением света. Горе- пне возникает и протекает при определенных условиях. Для пего необходимы горючее вещество, кислород и источник воспламенения.
Чтобы возникло горение, горючее вещество должно быть нагрето до определенной температуры источником воспламенения (пламенем, искрой, накаленным телом) или тепловым проявлением какого-либо другого вида энергии: химической (экзотермическая. реакция), механической (удар, сжатие, трение) и т. д.
Выделившиеся при нагревании горючего вещества пары и газы смешиваются с воздухом и окисляются, образуя горючую смесь. По мере накопления тепла в результате окисления газов и паров скорость химической реакции увеличивается, вследствие чего происходит самовоспламенение горючей смеси и появляется пламя.
С появлением пламени наступает горение, которое при бла-« гоприятных условиях продолжается до полного сгорания вещества.
В установившемся процессе горения постоянным источником воспламенения является зона горения, т. е. область, где протекает химическая реакция, выделяется тепло и излучается свет.
Для возникновения и протекания горения горючее вещество н кислород должны находиться в определенном количественном соотношении. Содержание кислорода в воздухе для большинства горючих веществ должно быть не менее 14-18%".
Известно много различных видов очагов горения (горение свечи, мощной промышленной топки, пожар здания или сооружения и прочее). Все они значительно отличаются друг от друга и различны по характеру горючего вещества, однако основные явления, протекающие при горении и в процессе его, одинаковы.
Рассмотрим процесс горения простого светильника (свечи восковой, стеариновой и др.). Зажженная свеча горит устойчиво в нормальной среде воздуха до тех пор, пока хватает для этого содержащегося в ней горючего (воска, стеарина, парафина). Свеча потухнет вследствие нарушения одного из основных условий
Механизм процесса горения
Сгорание является сложным физико-химическим процессом. На большую часть показателей двигателя влияют, однако, не физико-химические особенности процесса сгорания, а закономерности тепловыделения и вызываемого им изменения давления и температуры в цилиндре. Ими определяются энергетические и экономические показатели цикла, статические и динамические нагрузки на детали, оцениваемые максимальным давлением цикла р z и скоростью нарастания давления при сгорании (dp/d(j) max (МПа/°п. к. в.) или (dp/dt) max (МПа/с), тепловая напряженность деталей, оцениваемая по распределению температур и тепловых потоков, интенсивность шумоизлучения, в определенной степени механические потери в двигателе и токсичность отработавших газов. Благоприятные показатели работы двигателя обеспечиваются при тепловыделении, начинающемся за 5-15° до в. м. т., вызывающем равномерное повышение давления в интервале углов поворота коленчатого вала 15-30° и в основном завершающемся за 45-50°. Теплоиспользование в действительном цикле с таким характером тепловыделения мало отличается от имеющего место в цикле с подводом теплоты при V = const , так как поршень у в. м. т. движется с малыми скоростями и поэтому за время тепловыделения проходит малый путь. Так, если тепловыделение завершается через 35° после в. м. т., то степень последующего расширения газов отличается от степени сжатия лишь на 11-12%. В действительности постепенное тепловыделение выгоднее мгновенного в связи с уменьшением потерь теплоты в охлаждающую среду и механических потерь двигателя. Физико-химические особенности процесса сгорания оказывают существенное влияние на излучение пламени, отложения на деталях и токсичность отработавших газов.
Основы теории горения . По представлениям кинетики химических реакций, акт реагирования происходит при столкновении молекул, энергия которых превосходит определенное для каждой из реакций значение, достаточное для разрушения существующих внутримолекулярных связей и замещения их новыми. Это критическое значение энергии называют энергией активации, а сами молекулы, вступающие в реакцию,- термически активными. Число столкновений в единицу времени термически активных молекул существенно увеличивается с температурой. Оно также зависит от природы реагентов, их соотношения в смеси и давления. При увеличении давления частота столкновений возрастает вследствие увеличения числа молекул каждого из реагентов в единице объема, причем в тем большей степени, чем большее число молекул n м участвует в элементарном акте реакции. Скорость химических реакций, измеряемая количеством вещества, прореагировавшего в единице объема в единицу времени [кг/(с м 3) или кмоль/(с м 3)],
Здесь С - концентрация реагента; t - время; К о - константа столкновений, зависящая от природы и соотношения реагентов в смеси; р - давление; n м - порядок химической реакции; Q a - энергия активации, зависящая от природы реагентов, механизма реакции и параметров состояния; Т - температура смеси, mR - универсальная газовая постоянная.
Приведенная зависимость справедлива для случая, когда концентрация реагентов поддерживается неизменной. В действительности она изменяется. Поэтому в ходе реакции скорость ее достигает максимума, а затем снижается до нуля.
Изложенных ранее представлений о химических реакциях, происходящих в результате соударения термически активных молекул исходных веществ, оказалось недостаточно для объяснения ряда наблюдений, так как: 1) экспериментально полученные зависимости скорости реакции от давления имеют нередко дробный положительный показатель степени, хотя очевидно, что в реакции не может участвовать дробное число молекул; 2) добавка некоторых веществ, так называемых присадок, к топливам существенно влияет на процесс горения, несмотря на очень малые концентрации; 3) зависимость скоростей предпламенных реакций от параметров состояния заметно отклоняется от определяемой по (2.17) вплоть до того, что в некотором диапазоне увеличение температуры сопровождается уменьшением скорости реакции (отрицательная температурная зависимость); 4) ряд реакций происходит с большими скоростями без повышения температуры смеси.
Эти и многие другие явления удалось объяснить на основании теории цепных реакций, в разработке которой выдающаяся роль принадлежит школе советских ученых во главе с акад. Н. Н. Семеновым. В соответствии с представлениями этой теории подавляющее большинство химических реакций идет по цепному механизму, т. е. исходные вещества переходят в конечные через более или менее длинную цепь отдельных реакций с образованием ряда промежуточных, нередко крайне неустойчивых, соединений. Ведущую роль в развитии цепной реакции играют химически активные частицы, обладающие свободными валентностями, легко вступающие в соединение с исходными или промежуточными продуктами без термической активации. В результате указанных реакций получаются конечные продукты и одновременно вновь образуется некоторое количество таких же или других активных частиц, которые снова вступают в реакции, возобновляя, цепь превращений.
Если в результате элементарного акта химически активной частицы с какой-либо молекулой воссоздается лишь одна активная частила, то имеет место простое продолжение реакции и она является неразветвленной. Скорость неразветвленной цепной реакции определяется числом активных частиц, возникающих в единицу времени, и средней длиной цепи. Химически активные частицы образуются в результате столкновений или самопроизвольного распада термически активных молекул. Поэтому зависимость w = f(p, Т) для неразветвленной цепной реакции аналогична (2.17). При этом рассматривают некоторую эффективную энергию активации, характеризующую итоговую зависимость скорости процесса от температуры. Если в результате элементарной реакции с участием одной активной частицы возникают две или большее число новых активных частиц, то имеет место гак называемое разветвление цепи. Скорость такой реакции очень быстро возрастает со временем даже при отсутствии повышения температуры. Обрыв цепи происходит при столкновении между собой химически активных частиц и в результате адсорбции их стенками, окружающими реагирующую смесь. Поэтому увеличение концентрации химически активных частиц сопровождается увеличением числа обрывов цепей и, как следствие, скорость разветвленной цепной реакции стабилизируется, а затем уменьшается в результате выгорания исходных веществ.
В соответствии с теорией цепных реакций дробный порядок реакции - результат сложного механизма течения реакции, включающей в себя ряд элементарных стадий, каждая из которых имеет свой порядок. В зависимости от значимости каждой из промежуточных стадий получаются те или иные значения показателя степени при р в (2.17). То обстоятельство, что каждая химически активная частица является источником целой серии превращений, позволяет объяснить ускоряющее или тормозящее действие небольших количеств присадок к топливу. Отрицательная температурная зависимость w объясняется тем, что увеличение температуры приводит к росту концентрации промежуточного продукта реакции, тормозящего образование конечных продуктов.
Для осуществления горения необходимо выполнение определенных условий, без которых горение невозможно. Первое условие состоит в том, что все процессы горения протекают исключительно в парогазовой фазе. Вторым условием осуществления горения является наличие трех компонент:
- горючего газа или пара в определенной концентрации с определенной областью воспламенения;
- окислителя, способного в определенных условиях вступать в химическую реакцию с реагирующим горючим газом;
- источника воспламенения с достаточной энергией для поджигания и осуществления химической реакции воспламенения горючей смеси.
Характерной особенностью процессов горения является их большая скорость; она обусловлена протеканием реакций в пламени при высокой температуре и сильной зависимостью от температуры скоростей большинства химических процессов. В ряде случаев, когда реагирующая среда неоднородна, результирующая скорость превращения зависит в первую очередь от скорости доставки компонентов в зону реакции, а скорость собственно химического процесса становится несущественной. В такой ситуации решающее значение имеет физическое состояние реагирующих компонентов. В неоднородной среде, например на границе раздела фаз, горение протекает обычно гораздо медленнее, чем в однородной смеси.
Наиболее важным видом горения является горение газов. Большинство твердых и жидких продуктов, участвующих в горении, перед вступлением в основную реакцию либо испаряется, либо разлагается с частичным превращением в газо- образные продукты (газифицируется), которые затем реагируют в газовой фазе. Это происходит в результате прогрева соответствующего компонента (обычно горючего), обусловленного теплопередачей из зоны пламени. Лишь нелетучие горючие, например кокс, твердые продукты пиролиза каменного угля, некоторые металлы, сгорают собственно гетерогенно, на границе раздела фаз. Поэтому закономерности горения газов представляют наибольший интерес.
В повседневной практике принято связывать процесс горения с окислением кислородом различных горючих – угля, газообразных углеводородов, нефтепродуктов и др.
В горючих системах различают горючее и окислитель. В современной технике часто встречаются системы, в которых окислителем служат оксиды азота, галоиды, озон. В ряде случаев в горении участвует только один исходный продукт – эндотермическое соединение, способное к быстрому распаду, полимеризации или самоокислению (взрывчатые вещества и пороха) со значительным тепловыделением. Все же горючие системы, в которых окислителем служит кислород воздуха, наиболее распространены.
Для того чтобы могли протекать реакции горения, необходимо создать условия для воспламенения смеси топлива и окислителя.
Воспламенение может быть самопроизвольным и вынужденным. Под самовоспламенением понимается такое прогрессирующее самоускорение химической реакции, в результате которого медленно протекающий в начальной стадии процесс достигает больших скоростей и на завершающей стадии протекает мгновенно.
Вынужденное воспламенение (зажигание ) обусловлено внесением в реагирующую смесь источника теплоты, температура которого выше ее температуры воспламенения. Газо-воздушная смесь, не воспламеняющаяся при низкой температуре, может воспламениться при повышенной температуре, когда создаются благоприятные условия для возникновения активных центров в результате потери устойчивости сложных исходных молекул веществ.
Процесс воспламенения характеризуется тем, что имеются определенные границы (пределы), вне которых воспламенение не наступает ни при каких условиях. Известно, что газо-воздушные смеси воспламеняются только в том случае, когда содержание газа в воздухе находится в определенных (для каждого газа) пределах. При незначительном содержании газа количество теплоты, выделившейся при горении, недостаточно для доведения соседних слоев смеси до температуры воспламенения, т.е. для распространения пламени. То же наблюдается и при слишком большом содержании газа в газо-воздушной смеси. Недостаток кислорода воздуха, идущего на горение, приводит к понижению температурного уровня, в результате чего соседние слои смеси не нагреваются до температуры воспламенения. Этим двум случаям соответствуют нижний и верхний пределы воспламеняемости. Для метана нижний предел воспламеняемости в воздухе составляет 5,3%, верхний – 14,0%. Смесь метана с кислородом имеет нижний предел 5,1%, а верхний – 61%. Поэтому кроме перемешивания газа с воздухом в определенных пропорциях должны быть созданы начальные условия для воспламенения смеси.
Температура воспламенения газа зависит от ряда факторов, в том числе от содержания горючего газа в газо-воздушной смеси, давления, способа нагрева смеси и т.д., и поэтому не является однозначным параметром. Температура воспламенения метана в воздухе составляет от 545 до 850°С.
В практике используются оба способа воспламенения горючих смесей: самовоспламенение и зажигание. При самовоспламенении весь объем горючей газо-воздушной смеси постепенно путем подвода теплоты или повышения давления доводится до температуры воспламенения, после чего смесь воспламеняется уже без внешнего теплового воздействия. В технике широко применяется второй способ, именуемый зажиганием. При этом способе не требуется нагревать всю газо-воздушную смесь до температуры воспламенения, достаточно зажечь холодную смесь в одной точке объема каким-нибудь высокотемпературным источником (искра, накаленное тело, дежурное пламя и т.д.). В результате воспламенение передается па весь объем смеси самопроизвольно путем распространения пламени, происходящего не мгновенно, а с определенной пространственной скоростью. Эта скорость называется скоростью распространения пламени в газо-воздушной смеси и является важнейшей характеристикой, определяющей условия протекания и стабилизации горения.
Пределы воспламенения газо-воздушных смесей расширяются с повышением температуры, влияние же давления носит более сложный характер. Повышение давления выше атмосферного для некоторых смесей (например, водорода с воздухом) сужает пределы воспламенения, а для других (смесь метана с воздухом) – расширяет. При давлении ниже атмосферного верхний и нижний пределы сближаются, т.е. концентрационные пределы воспламенения сужаются.
Условиями осуществления вынужденного воспламенения являются наличие эффективного источника зажигания и способность образовавшегося фронта пламени самопроизвольно перемещаться (распространяться) в объеме газовоздушной смеси. Этот процесс носит название распространения пламени.
Различают два режима стационарного распространения пламени: в покоящейся или ламинарно движущейся среде и в турбулентном потоке. Первый носит название нормального распространения пламени, а второй – турбулентного.
Рассмотрим явления, происходящие в холодной горючей среде при ее локальном поджигании, которое заключается в быстром разогреве малого объема горючей среды до весьма высокой температуры. Полагаем, что она достаточна для того, чтобы в разогретой области практически мгновенно закончились возможные химические реакции и установилось состояние равновесия, поскольку скорость реакции сильно зависит от температуры. К такому локальному нагреванию обычно приводит газовый разряд либо пережигание тонкой короткой металлической нити током короткого замыкания.
Если реакция в разогретом газе экзотермическая, как это всегда имеет место при горении, то происходит разогрев соседнего слоя газа, обусловленный теплопроводностью. В этом слое в свою очередь произойдут химическое превращение и сопровождающее его выделение тепла Так возникает процесс послойной передачи импульса, инициирующего реакцию и выделение тепла по всему объему, заполненному горючей средой. Зона интенсивной реакции, или зона горения, перемещается в пространстве – происходит распространение пламени.
Реакция в пламени – самоускоряющаяся, обычно до практически полного ее завершения: тепловыделение и химический процесс взаимно ускоряют друг друга. Скорость перемещения пламени определяет интенсивность процесса горения и является его важнейшей характеристикой. Распространение пламени по однородной горючей среде, при котором зона самоускоряющейся реакции движется вследствие послойного разогрева по механизму теплопроводности от продуктов превращения, называют нормальным горением или дефлаграцией. Изложенные качественные представления о механизме горения были развиты одним из основоположников теории горения В. А. Михельсоном.
Зону изменения температуры и состава от начальных, соответствующих холодной горючей среде, до конечных, которые имеют продукты реакции, называют фронтом пламени. Опыт показывает, что эти величины изменяются во фронте пламени очень резко; ширина фронта пламени, границы которого, естественно, строго не фиксированы, при нормальном атмосферном давлении обычно не превышает десятых долей миллиметра. Поэтому во многих случаях можно рассматривать фронт пламени как поверхность, разделяющую холодную горючую среду и нагретые продукты сгорания. Такой прием облегчает установление ряда общих закономерностей, не связанных со спецификой реакций в пламени. При этом скорость реакции и скорость тепловыделения мы будем рассматривать не как объемные, а как поверхностные характеристики и будем относить их к единице поверхности фронта пламени.
1Процесс горения требует наличия трех компонентов: вещества, способная гореть; источника огня с необходимым запасом энергии горения, определенного количества окислителяокислителя является кислород, в котором наиболее бурно происходят процессы горения окислителя могут быть кислородом вещества, такие как марганцовокислый калий КМn2О4 селитра КNО3, азотная кислота НМ03 и др.
2
Несмотря на большой опыт использования на практике, процессы горения остаются одними из наиболее сложных для научного изучения. Наука о горении является в высшей степени междисциплинарной, лежащей на стыке таких научных дисциплин, как газодинамика, химическая термодинамика, химическая кинетика, молекулярная и химическая физика, тепломассообмен, квантовая химия и физика, материаловедение и компьютерное моделирование
3
Прекращение горенияПрекращение горения любого вещества достигается путём физического или химического воздействия на реакцию горения, в результате чего происходит уменьшение количества выделяющегося тепла, снижение температуры горения и в конечном счете прекращение реакции.Прекращение горения достигается по нескольким механизмам. Исходя из этого различают следующие механизмы прекращения горения: разбавление концентраций реагирующих веществ; изоляция реагирующих веществ; охлаждение реагирующих веществ; химическое торможение реакции горения.
На практике, часто совмещают одновременно несколько методов прекращения горения. Прекращение горения путём разбавления концентрации реагирующих веществ основано на разбавлении воздуха или горючего вещества, поступающего в зону горения, негорючими веществами до тех пор, пока образующаяся в зоне реакции смесь станет негорючей. Условия прекращения горения в таком случае требуют, чтобы используемые для этой цели вещества были негорючими, низкотеплопроводными, обладать большой теплоемкостью и не поддерживать горения. К таким веществам относятся: азот, продукты сгорания, двуокись углерода, водяной пар.
Их можно вводить непосредственно в факел пламени, а также в объем помещения, где происходит горение. Прекращение горенияпутём изоляции реагирующих веществ. В этом случае горючее вещество или зону горения отделяют от воздуха. Огнетушащие средства: твердые листовые материалы (войлок, асбест, металлические крышки и др.), негорючие сыпучие материалы (песок, тальк и др.), жидкие вещества (химическую и воздушно-механическую пену, воду в чистом виде и с добавками, повышающими ее вязкость и смачивающую способность), газообразные вещества (продукты сгорания, азот, двуокись углерода).
Тушение методом охлаждения реагирующих веществ - до такого состояния, когда выделяющиеся пары не в состоянии будут воспламениться. Условия прекращения горения, которое осуществляется огнетушащими средствами, состоят в их высокой теплоёмкости, величиной удельной теплоты плавления и парообразования, способности равномерно распределяться на поверхности горящего вещества.
П. о. веществ и материалов - совокупность свойств веществ (материалов), способствующих возникновению и (или) развитию горения и последующего распространения опасных факторов пожара. П. о. может быть присуща негорючим веществам, которые способны при взаимодействии с др. веществами вызывать горение или усиливать его (функция окислителя); производить тепловую энергию (функция источника зажигания) или горючие газы (функция поставщика горючего). Такие вещества относят к категории особо пожаровзрывоопасных исходя из их несовместимости. Сущность горения заключается в следующем - нагревание источников зажигания горючего материала до начала его теплового разложения. В процессе теплового разложения образуется угарный газ, вода и большое количество тепла. Выделяется также углекислый газ и сажа, которая оседает на окружающем рельефе местности. Время от начала зажигания горючего материала до его воспламенения - называет временем воспламенения. Максимальное время воспламенения - может составлять несколько месяцев. С момента воспламенения начинается пожар
Составляющие пожара и взрыва
Для горения необходимы три элемента:
1. горючее вещество, которое будет испаряться и гореть,
2. кислород для соединения с горючим веществом и
3. теплота для повышения температуры паров горючего вещества до момента их воспламенения.
Символический пожарный треугольник иллюстрирует это положение и дает представление о двух важных факторах, необходимых для предотвращения и тушения пожаров:
1. если одна из сторон треугольника отсутствует, пожар не может начаться;
2. если одну из сторон треугольника исключить, пожар погаснет.
Пожарный треугольник - простейшее представление трех факторов, необходимых для существования пожара, но он не поясняет природу пожара. В частности, он не включает цепную реакцию, возникающую между горючим веществом, кислородом и теплотой в результате химической реакции.
Пожарный тетраэдр - более наглядная иллюстрация процесса сгорания (тетраэдр - это многогранник с четырьмя треугольными гранями). Он очень полезен для понимания процесса сгорания, так как на нем имеется место для цепной реакции и каждая грань касается трех других.
Для осуществления горения необходимы три элемента: горючее вещество (1), кислород (2) и теплота (3), а для поддержания горения - цепная реакция (4).
Процесс горения характеризуется так называемым "пожарным тетраэдром". Если убрать одну из граней тетраэдра, горение прекратится.
Основная разница между пожарным треугольником и пожарным тетраэдром заключается в том, что тетраэдр показывает, каким образом за счет цепной реакции поддерживается пламенное горение, т.е. как грань цепной реакции удерживает остальные три грани от падения.
Цепная реакция начинается следующим образом: образующаяся при горении паров теплота воспламеняет все большее количество паров, при горении которых снова выделяется все большее количество теплоты, воспламеняющей еще большее количество паров. В результате этого постоянно нарастающего процесса горение усиливается. Пока горючего вещества много, пожар продолжает развиваться, пламя разрастается.
Через некоторое время количество паров, выделяющихся из горючего вещества, достигает максимума и начинает стабилизироваться, в результате чего горение протекает с устойчивой скоростью. Это продолжается до тех пор, пока не израсходуется основная часть горючего вещества. Затем окисляется меньшее количество паров и меньше образуется теплоты. Процесс начинает затухать. Происходит выделение все меньшего количества паров, меньше становится теплоты и огня, пожар постепенно угасает. При сгорании твердых горючих веществ может остаться зола, и еще какое-то время будет продолжаться тление. Жидкие горючие вещества выгорают полностью.
ГОРЮЧИЕ ВЕЩЕСТВА (МАТЕРИАЛЫ) – вещества (материалы), способные к взаимодействию с окислителем (кислородом воздуха) в режиме горения. По горючести вещества (материалы) подразделяют на три группы:
§ негорючие вещества и материалы не способные к самостоятельному горению на воздухе;
§ трудногорючие вещества и материалы – способные гореть на воздухе при воздействии дополнительной энергии источника зажигания, но не способные самостоятельно гореть после его удаления;
§ горючие вещества и материалы – способные самостоятельно гореть после воспламенения илисамовоспламенения самовозгорания.
Горючие вещества (материалы) – понятие условное, так как в режимах, отличных от стандартной методики, негорючие и трудногорючие вещества и материалы нередко становятся горючими.
Среди горючих веществ имеются вещества (материалы) в различных агрегатном состоянии: газы, пары, жидкости, твёрдые вещества (материалы), аэрозоли. Практически все органические химические вещества относятся к горючим веществам. Среди неорганических химических веществ также имеются горючие вещества (водород, аммиак, гидриды, сульфиды, азиды, фосфиды, аммиакаты различных элементов).
Горючие вещества (материалы) характеризуются показателями пожарной опасности. Введением в состав этих веществ (материалов) различных добавок (промоторов, антипиренов, ингибиторов ) можно изменять в ту или иную сторону показатели их пожарной опасности.
Окислитель является второй стороной треугольника горения. Обычно в качестве окислителя при горении выступает кислород воздуха, однако могут быть и другие окислители - окислы азота: N,0^, NO, C1, и т.п.
Критическим показателем для кислорода воздуха как окислителя, является его концентрация в воздушной среде закрытого судового помещения в объемных пределах выше 12-14%. Ниже этой концентрации горение абсолютного большинства горючих веществ не происходит. Однако некоторые горючие вещества способны гореть и при более низких концентрациях кислорода в окружающей газовоздушной среде.
САМОВОСПЛАМЕНЕНИЕ - это быстрое самоускорение экзотермической химической реакции, приводящее к появлению яркого свечения - пламени. Самовоспламенение происходит в результате того, что при окислении материала кислородом воздуха образуется тепла больше, чем успевает отводиться за пределы реагирующей системы. Для жидких и газообразных горючих веществ это возникает при критических параметрах температуры и давления.
1 - период загорания 3 - период горения
2 - развития пожара 4 - период затухания
При рассмотрении процессов горения следует различать следующие его виды: вспышка, возгорание, воспламенение, самовоспламенение, самовозгорание, взрыв.
Вспышка- это быстрое сгорание горючей смеси, не сопровождающееся образованием сжатых газов.
Возгорание- возникновение горения под воздействием источника зажигания.
Воспламенение- возгорание, сопровождающееся появлением пламени.
Возгораемость- способность возгораться (воспламеняться) под воздействием источника зажигания.
Самовозгорание- это явление резкого увеличения скорости экзотермических реакций, приводящее к возникновению горения веществ (материала, смеси) при отсутствии источника зажигания.
Самовоспламенение- это самовозгорание, сопровождающееся появлением пламени.
Взрывомназывается чрезвычайно быстрое химическое (взрывчатое) превращение вещества, сопровождающееся выделением энергии и образованием сжатых газов, способных производить механическую работу.
Необходимо понимать различие между процессами возгорания (воспламенения) и самовозгорания (самовоспламенения). Для того чтобы возникло воспламенение, необходимо внести в горючую систему тепловой импульс, имеющий температуру, превышающую температуру самовоспламенения вещества. Возникновение же горения при температурах ниже температуры самовоспламенения относят к процессу самовозгорания (самовоспламенения).
ТЛЕНИЕ - горение твердых веществ (материалов), характеризующееся отсутствием пламени , сравнительно низкими скоростями распространения пламени по веществу (материалу) и температурами 400-600°C, часто сопровождающееся выделением дыма и др. продуктов неполного сгорания. Указанные признаки свидетельствуют о Т. как неинтенсивно протекающем процессе окисления (горения) из-за недостатка окислителя в зоне горения и (или) активно рассеивающейся из этой зоны теплоты. Т. может быть переходной стадией после прекращения пламенного горения материала или удаления внешнего источника зажигания . Такое Т. называютостаточным .
Ожог – это повреждение ткани тела человека из-за внешнего воздействия. К внешним воздействиям можно отнести несколько факторов. Например, термический ожог. Это ожог, который наступил вследствие воздействия горячих жидкостей или пара, предметов сильно раскаленных.
Электрические ожоги – при таком ожоге поражаются еще и внутренние органы электромагнитным полем.
Химические ожоги - те, которые наступили из-за действия йода, например, некоторых растворов кислот. Вообщем различных разъедающих жидкостей.
Если ожог получен вследствие ультрафиолета или инфракрасного излучения, то это лучевой ожог.
По глубине поражения тканей ожоги делятся на четыре степеней.
Ожог 1 степени характеризуется покраснением и небольшим отеком кожных покровов. Обычно выздоровление в этих случаях наступает на четвертые или пятые сутки.
Ожог 2 степени – появление пузырей на покрасневшей коже, которые могут образоваться не сразу. Ожоговые пузыри наполнены прозрачной желтоватой жидкостью, при их разрыве обнажается ярко-красная болезненная поверхность росткового слоя кожи. Заживление, если к ране присоединилась инфекция, происходит в течение десяти – пятнадцати дней, без образования рубца.
Ожог 3 степени – омертвление кожи с образованием струпа серого или черного цвета.
Четвертая степень – омертвление и даже обугливание не только кожи, но и глубже лежащих тканей – мышц, сухожилий, и даже костей. Омертвевшие ткани частично расплавляются и отторгаются в течение нескольких недель. Заживление протекает очень медленно. На месте глубоких ожогов часто образуются грубые рубцы, которые при ожоге лица, шеи и суставов ведут к обезображиванию. На шее и в области суставов при этом, как правило, образуются рубцовые контрактуры.
Поверхность ожогов
Существует процентное соотношение степени поражения всего тела. Для головы – это девять процентов от всего тела. Для каждой руки – тоже девять процентов, грудь – восемнадцать процентов, каждая нога – по восемнадцать процентов и спина также восемнадцать процентов.
Такое деление на процентное соотношение поврежденных тканей к здоровым, позволяет быстро оценить состояние больного и правильно дать заключение можно ли спасти человека.
Вынести пострадавшего из огня, потушить на нем горящую одежду или сорвать ее, охладить обожженные участки тела холодной водой, снегом или льдом до прекращения острых болей.
Самому пострадавшему, если он в сознании и пытается бежать, нельзя сбивать пламя незащищенными руками, нельзя двигаться в горящей одежде, поскольку горение из-за повышенного притока кислорода только усилится. При возможности тут же надо погрузиться в холодную воду, снег.
Обработка обожженных поверхностей должна производиться чистыми руками, чтобы не занести на раневую поверхность инфекцию. Ожоги первой степени обрабатывают семидесяти градусным спиртом или одеколоном. При ожогах второй степени на обожженную поверхность после обработки ее спиртом или одеколоном надо наложить сухую стерильную повязку. Пузыри при этом вскрывать не следует.
Нельзя отрывать от ожоговой поверхности приставшие остатки одежды, их нужно обрезать НПО границе ожога и наложить повязку поверх них. Рот и нос оказывающего помощь и пострадавшего должны быть закрыты марлей или хотя бы чистым носовым платком либо косынкой для того, чтобы при разговоре или дыхании изо рта и носа обожженные места не попадали болезнетворные бактерии, способные вызвать заражение.
При падении сердечно-сосудистой деятельности (снижение артериального давления, учащение пульса при слабом его наполнении) можно ввести подкожно 1-2 ампулы кофеина, кордиамина. Пострадавшего после этого следует укутать в одеяло, но не перегревать его, затем напоить большим количеством жидкости – чаем, минеральной водой, после чего немедленно транспортировать в больницу. И еще: обожженную поверхность нельзя смазывать никакими мазями или засыпать никакими порошками.
Зона горения (зона активного горения или очаг возгорания) - часть пространства, в котором протекают процессы термического разложения или испарения горючих веществ и материалов (твердых, жидких, газов, паров) в объеме диффузионного факела пламени. Горение может быть пламенным (гомогенным) и беспламенным (гетерогенным). При пламенном горении границами зоны горения являются поверхность горящего материала и тонкий светящийся слой пламени (зона реакции окисления), при беспламенном - раскаленная поверхность горящего вещества. Примером беспламенного горения может служить горение кокса, древесного угля или тление, например, войлока, торфа, хлопка и т.д.
Зона теплового воздействия - это пространство вокруг зоны горения, в котором температура в результате теплообмена достигает значений, вызывающих разрушающее воздействие на окружающие предметы и опасна для человека.
Зона задымления - пространство, смежное с зоной горения, в которое возможно распространение продуктов горения. Скорость выгорания характеризуется потерей массы горючих материалов с единицы поверхности во времени. Этот параметр определяет интенсивность тепловыделения во время пожара, его основные характеристики необходимо учитывать при пожаротушении.
Для прекращения горения необходимо: не допустить проникновения в зону горения окислителя (кислорода воздуха), а также горючего вещества; охладить эту зону ниже температуры воспламенения (самовоспламенения); разбавить горючие вещества негорючими; интенсивно тормозить скорость химических реакций в пламени (ингибированием); механически срывать (отрывать) пламя.
На этих принципиальных методах и основаны известные способы и приемы тушения пожаров.
К огнегасительным веществам относятся: вода, химическая и воздушно-механическая пены, водные растворы солей, инертные и негорючие газы, водяной пар, галоидоуглеводородные огнегасительные составы и сухие огнетушащие порошки.
Вода - наиболее распространенное и доступное средство тушения. Попадая в зону горения, она нагревается и испаряется, поглощая большое количество теплоты, что способствует охлаждению горючих веществ. При ее испарении образуется пар (из 1 л воды - более 1700 л пара), который ограничивает доступ воздуха к очагу горения. Воду применяют для тушения твердых горючих веществ и материалов, тяжелых нефтепродуктов, а также для создания водяных завес и охлаждения объектов, находящихся вблизи очага пожара. Тонкораспыленной водой можно тушить даже легковоспламеняющиеся жидкости. Для тушения плохо смачивающихся веществ (хлопок, торф) в нее вводят вещества, снижающие поверхностное натяжение.
Пена бывает двух видов: химическая и воздушно-механическая.
Химическая пена образуется при взаимодействии щелочного и кислотного растворов в присутствии пенообразователей.
Воздушно - механическая пена представляет собой смесь воздуха (90 %), воды (9,7 %) и пенообразователя (0,3 %). Растекаясь по поверхности горящей жидкости, она блокирует очаг, прекращая доступ кислорода воздуха. Пеной можно тушить и твердые горючие материалы.
Инертные и негорючие газы (диоксид углерода, азот, водяной пар) понижают концентрацию кислорода в очаге горения. Ими можно гасить любые очаги, включая электроустановки. Исключение составляет диоксид углерода, который нельзя применять для тушения щелочных металлов, поскольку при этом происходит реакция его восстановления.
Огнегасительные средства - водные растворы солей. Распространены растворы бикарбоната натрия, хлоридов кальция и аммония, глауберовой соли и др. Соли, выпадая в осадок из водного раствора, образуют изолирующие пленки на поверхности.
Галоидоуглеводородные огнегасительные средства позволяют тормозить реакции горения. К ним относятся: тетрафтордибромметан (хладон 114В2), бромистый метилен, трифторбромметан (хладон 13В1) и др. Эти составы имеют большую плотность, что повышает их эффективность, а низкие температуры замерзания позволяют использовать при низких температурах. Ими можно гасить любые очаги, включая электроустановки, находящиеся под напряжением.
Огнетушащие порошки представляют собой мелкодисперсные минеральные соли с различными добавками, препятствующими их слеживанию и комкованию. Их огнетушащая способность в несколько раз превышает способность галоидоуглеводородов. Они универсальны, так как подавляют горение металлов, которые нельзя тушить водой. В состав порошков входят: бикарбонат натрия, диаммонийфосфат, аммофос, силикагель и т. п.
Все виды пожарной техники подразделяются на следующие группы:
· пожарные машины (автомобили и мотопомпы);
· установки пожаротушения;
· огнетушители;
· средства пожарной сигнализации;
· пожарные спасательные устройства;
· пожарный ручной инструмент;
· пожарный инвентарь.
