Вопрос 1. Общие сведения о процессе горения. Основные понятия и определения

Тема 5. ОСНОВЫ ПОЖАРО - И ВЗРЫВОБЕЗОПАСНОСТИ

Вопросы:

1. Общие сведения о процессе горение. Основные понятия и определения.

2. Динамика пожара.

3.  Причины пожаров и взрывов в сельской местности.

4. Горючие вещества, показатели пожаро - и взрывоопасности веществ и материалов.

5.  Классификация зон по пожарной и взрывной опасности. Огнестойкость зданий и сооружений.

6. Первичные средства пожаротушения

ВВЕДЕНИЕ

Огонь — вечный спутник человека еще с первобытных времен оказывал лю­дям не только пользу. Часто, выходя из-под контроля, приносил неисчислимые бедствия.

13 августа 1448 года стало для Москвы воистину несчастным числом. Погибли в огне и дыму пять тысяч человек.

28 июля 1493 года сгорела большая часть Москвы.

После страшного пожара 1594 г. выгорел весь город.

На КамАЗе сгорел дотла завод по производству двигателей.

Горели гостиницы «Россия», «Кос­мос», «Украина».

На территории России еже­годно происходит в среднем 300 тыс. пожаров. Они вспыхивают каждые 4-5 минут. Каждый час в огне погибает человек, а в течение года от 7 до 8 тыс. Сгорает 50 — 80 тыс. голов скота. Уничтожается или повреждается более 1млн м² жилья в городах и более 2млн 300тыс м² в сельской местности. Наибольшее число пожаров происходит, как правило, в Ленинградской, Кемеровской, Свердловской, Московской областях, в Москве и Красноярском крае.

А лесные пожары. В 1995 году за два с половиной месяца (с 15 мая по 1 авгу­ста 1995 г.) в России выгорело 258 тыс. га леса и 105 тыс. га лесных угодий. Всего зарегистрировано почти 14 тыс. очагов. Наибольшее их количество отме­чалось в республике Саха, Иркутской и Вологодской областях.

Пожароопасность сегодня возрастает, так как в промышленности и строи­тельстве применяется множество новых веществ и материалов, созданных ис­кусственно. Используются в огромных количествах нефть и нефтепродукты, природный газ. Внедряются в производство сложные и энергоемкие технологи­ческие процессы. Они, в свою очередь, обладают крайне высокой потенциаль­ной пожароопасностью.

Причина пожаров - это неосторожность обращения с огнем и халатность:

- детские шалости со спичками,

- разведение костров,

- поджог сухой травы

- курение в постели и бросание окурков с верхних этажей и др.

- утечка газа.

Всегда надо помнить, что пожар легче предупредить, чем ликвидировать, а приносит он людям гибель, тяжелые травмы и колоссальные убытки.

Вопрос 1. Общие сведения о процессе горения. Основные понятия и определения

Определяя возможные варианты оценки пожарной опасности, возникает необходимость прояснить содержание терминов, определений и понятий по проблеме.

Горение— это химическая реакция окисления вещества, сопровождаю­щаяся по крайней мере одним из 3-х факторов: свечением, пламенем, выделением дыма (т.е. выделением большого количества теплоты и свечением). Температура газов в зоне горения, называемая температурой пожа­ра, может достигать 1300°C.

Для возникновения процесса горения необходимо наличие горючего вещества, окислителя и источника зажигания.

Кроме того, необходимо что­бы горючее вещество было нагрето до определенной температуры и нахо­дилось в определенном количественном соотношении с окислителем, а источник загорания имел бы определенную энергию.

Горючим называет­ся вещество (материал, смесь, конструкция), способное самостоя­тельно гореть после удаления источника зажигания.

Окислителем чаще всего является кислород воздуха, иногда - другие химические элементы: хлор, фтор и др.

Например, медь может гореть в парах серы, магний - в диоксиде углерода.

Под источни­ком зажигания понимают горячее или раскаленное тело, а также электрический разряд, обладающие запасом энергии и температу­рой, достаточной для возникновения горения других веществ (пламя, искры, раскаленные предметы, выделяемая при трении теплота и др., т.е. это открытый огонь, тепло электроприборов, энергия химических процессов и т.д.).                                      (Температура нитей ламп накаливания – 2100 ⁰С, капель при резке металла – 1500 ⁰С, тлеющей сигареты – 450 ⁰С, горящей спички – 650 ⁰С, а иемпература колбы лампочки мощностью 100 Вт- 300 ⁰С).

Вещества, способные самостоятельно гореть после удаления источника зажигания, называются:

горючими(сгораемыми)- продолжают гореть и после удаления источника зажигания,

трудногорючие (трудносгораемые) вещества - способны возгораться на воздухе от источника зажигания, но после его удаления самостоятельно гореть не могут,

негорючими(несгораемые) - вещества, которые не способны гореть на воздухе.

Для количественной характеристики горючести веществ и материалов используют показатель возгораемости В:

В = Qо / Qи

где Qо – количество теплоты, полученной от источника поджигания, 

Qи – количество теплоты, выделяемой образцом при горении в процессе испытания.

Если величина В более 0,5, то материалы относят к сгораемым, для трудносгораемых В = 0,1-0,5, а для несгораемых – менее 0,1.

Опасные и вредные факторы пожара, которые могут воздействовать на людей и мат. ценности, подразделяются на первичные и вторичные.

К первичным относятся:

-пламя и искры;

-повышенная температура окружающей среды;

-токсичные продукты горения и термического разложения;

-дым;

-пониженная концентрация кислорода.

Производя оценку первичных Опасных Факторов Пожара, необходимо помнить, что основными из них являются токсические продукты горения и термического разложения, представляющие собой раскаленную до 300-400град. высоко-токсичных ОВ, парализующих органы дыхания человека за 1-2 вдоха. Статистика гибели людей на пожарах за 2003г. говорит о том, что 77,7% погибших были поражены именно этим ОФП, а в среднем за предыдущие годы этот показатель держится на уровне 80%.

Динамика нарастания температуры продуктов горения при пожаре в одном из помещений, на его выходе, на высоте роста человека, имеет следую­щие примерные параметры:

- в течение первой минуты - примерно до 160°С;

- в течение второй минуты - примерно до 350°С.

Следовательно, предельная температура про­дуктов горения достигается в помещении пример­но за 2 мин., что необходимо учитывать при эваку­ации учащихся.

Квторичным проявлениям ОФП можно отнести:

- осколки, части разрушающихся механизмов, конструкций зданий и т.д.;

-токсические вещества и материалы из раз­рушенных механизмов и агрегатов;

-электрическое напряжение, вследствие по­тери изоляции токоведущими частями механиз­мов;

-опасные факторы взрыва, возникающие в результате пожара;

-огнетушащие вещества.

Горение бывает полное и неполное. Полное горение протекает при достаточном количестве кислорода (не менее 14 %), в результа­те чего образуются вещества, неспособные к длительному окисле­нию (продуктами полного горения являются диоксид углерода, вода, азот, сернистый ангидрид и др.). При недостаточном содер­жании кислорода (менее 10 %) происходит неполное беспламенное горение (тление), сопровождающееся образованием токсичных (ядовитых) и горючих продуктов, способных к дальнейшему окислению (спиртов, альдегидов, кетонов, угарного газа и т. п.).

Горение может быть диффузионное и кинетическое.Основным отличием данных видов горения является наличие или отсутствие окислителя (кислорода воздуха) непосредственно в горючей газопаровоздушной смеси.

Кинети­ческое горение представляет собой горение двух предварительно перемешанных газов (горючего и окислителя), например при газовой сварке. Однако в пламени одновременно могут происходить процессы диффузионного горения и горения предва­рительно смешанных компонентов горючей смеси.

При диффузионном горении окислитель поступает в зону горения снаружи, как правило, снизу пламени, вследствие разрежения, которое создается у его основания. В верхней части пламени выделяющееся в процессе горения тепло создает определенное давление. Основная реакция горения (окисления) происходит на границе пламени, т.к. вытекающиеся с поверхности вещества газовые смеси препятствуют проникновению кислорода вглубь пламени. Значительная часть горючей смеси в центре пламени, не вступившая в реакцию окисления, представляет собой продукты неполного сгорания.

Диффузионное горение подразделяется, в свою очередь, на ламинарное (спокойное) и турбулентное (неравномерное).

Ламинарное горение характеризуется равенством скоростей истечения горючей смеси с поверхности материала и распространения пламени по ней.

Турбулентноегорение имеет место, когда скорость выхода горючей смеси значительно превышает скорость распространения пламени. В этом случае граница пламени становится неустойчивой – сначала у вершины пламени, затем у основания, что встречается на объемном пожаре.

В зависимости от свойств горючей смеси горение бывает гомогенным и гетерогенным.

 При гомогенном горении горючее вещество и окислитель имеют одинаковое агрегатное состояние (например, смесь горючего газа и воздуха), а при гетерогенном– вещества при горении имеют границу раздела (например, горение твердых или жидких веществ в контакте с воздухом).

Разные горючие вещества могут сгорать быстрее или медлен­нее. Скорость горенияхарактеризуется количеством горючего ве­щества, сгорающего в единицу времени с единицы площади.

В за­висимости от скорости распространения пламени различают:

- собственно горение(дефлаграционное - десятки м/с),

-  взрывное горение(сотни метров/с),

-  детонационное(тысячи метров/с).

Различают несколько видов горения (процессы возникновения горения):

- вспышка- быстрое сгорание горючей смеси без образования повышенного давления газов.

Температурой вспышки (t всп)называется самая низкая (в условиях специальных испытаний) температура горючего вещества, при которой над его поверхностью образуются пары и газы, способные давать вспышку в воздухе от источника зажигания, но скорость образования паров и газов недостаточна для устойчивого горения. По температуре вспышки горючие жидкости делят на два класса: легковоспламеняющиеся жидкости (ЛВЗ) и горючие жидкости (ГЖ).

 К классу ЛВЖ относятся жидкости с температурой вспышки, не превышающей 61° С в закрытом тигле  (в открытом тигле - 66°С);

это бензин  -36°С…7°С, метиловый спирт - -8°С, ацетон - -18°С, нитроэмали в др.

 Жидкости, имеющие температуру вспышки ваше 61°С или 66°С (в открытом тигле), называются ГорЖ (дизельное топливо, масла, мазут, формалин и др.).

- возгорание - возникновение горения от источника зажигания;

- воспламенение - возгорание, сопровождающееся появлением пламени (начало пламенного горения под воздействием источника зажигания; в отличии от возгорания, воспламенение сопровождается только пламенным горением, т.е это процесс распространения пламени по газовоздушной смеси).

Температура воспламе­нения (t вс) - наименьшая температура горючего вещества, при которой оно выделяет горючие пары и газы с такой скоростью, что при поднесении источника зажигания возникает устойчивое горение. После удаления источника вещество продолжает гореть.

-самовозгорание- горение, возникающее при отсутствии внешнего источника зажигания; в зависимости от внутреннего импульса процессы само­возгорания делятся на химические, микробиологические и тепловые.

 Хи­мическое самовозгорание сразу проявляется в пламенном горении, что характерно при соединении органических веществ с кислотами, растительными и техническими маслами. Масла и жиры, в свою очередь, способны к самовозгоранию в среде кислорода. Часто пожары возникают всле­дствие самовозгорания промасленных тряпок, спецодежды, ваты и даже металлических стружек. О склонности масла или жира к самовозгоранию можно судить по его йодному числу.

Йодным числом называется количе­ство йода в граммах, поглощенное 100 г испытываемого масла или жира. Чем выше йодное число, тем ниже температура самовозгорания.

Микробиологическое самовозгорание происходит при соответствующей влажности и температуре в растительных продуктах. Когда интенси­фицируется жизнедеятельность микроорганизмов, образуется паутинный глет (грибок), температура повышается и происходит воспламенение. Для предотвращения самовозгорания осуществляют регулярный контроль температуры, ограничивают влажность и размеры штабелей.

Тепловое самовозгорание выражается в аккумуляции материалом тепла, в  процессе которого происходит самовозгорание материала. Температура самонагревания вещества или материала является показателем его пожароопасности. Для большинства горючих материалов этот показатель лежит в пределах от 80 до 150⁰С. При температуре около 100°С древесные опилки, ДВП, паркет и некоторые другие вещества склонны к самовозгоранию. Продолжительное тление до начала пламенного горения является отличительной характеристикой процессов теплового самовозгорания, которые обнаруживаются по длительному и устойчивому запаху тлеющего материала. Мерой защиты от теплового самовозгорания является предохра­нение материалов от действия источников нагрева.

-самовоспламенение - самовозгорание, сопровождающееся появлением пламени.

Температурой само­воспламененияназывают самую низкую температуру вещества, при кото­рой оно загорается в процессе нагревания без непосредственного кон­такта с огнем. Температура самовоспламенения большинства горючих жидкостей в пределах 250-700 ^о С, а твердых горючих веществ- 150-700^о С, хотя, например, целлулоид способен самовоспламеняться уже при температуре 141 ^о С. Если скорость истечения горючих паров и газов с поверхности вещества равна скорости распространения пламени по ним, то наблюдается устойчивое пламенное горение. Если же скорость распространения пламени больше скорости истечения паров и газов, то происходит выгорание газопаровоздушной смеси и самозатухание пламени, т.е. вспышка.

-взрыв - чрезвычайно быстрое горение, при котором происхо­дит выделение энергии и образование сжатых газов, способных произво­дить механические разрушения; горючие газообразные продукты взрыва, соприкасаясь с возду­хом, часто воспламеняются, что обычно приводит к пожару, усу­губляющему негативные последствия взрыва.

Детонационное горениевозникает во взрывоопасной среде при прохождении по ней достаточно сильной ударной волны. При ударном сжатии температура газа может повыситься до температуры самовоспламенения. Происходит химическая ре­акция. Часть выделившейся теплоты затрачивается на энергети­ческое развитие и усиление ударной волны. Такой комплекс, представляющий собой ударную волну и зону химической реак­ции, называют детонационной волной, а само явление - дето­нацией.

Детонационное горение вызывает сильные разрушения и поэтому представляет большую опасность при образовании горючих газовых систем. Однако оно может происходить только при определенном минимально необходимом начальном давле­нии и определенных концентрациях горючего вещества в возду­хе или кислороде.

Принято различать два понятия, связанные с процессом горения: пожары и загорание. 

Под пожаром понимается неконтролируемое горение вне специального очага, на­носящее материальный ущерб. Пожар следует отличать от сжигания, представляющего собой контролируемое горение внутри или вне специального очага.

Горение, не причинившее материального ущерба, называют загоранием. Согласно ГОСТ 12.1.004, пожарная бе­зопасность - это состояние объекта, при котором исключается возмож­ность пожара, а в случае его возникновения, предотвращается воздей­ствие на людей опасных факторов пожара и обеспечивается защита материальных ценностей. С учетом этого определения разрабатывают профилактические мероприятия и систему пожарной защиты.

Пожарная опасность объекта заключается в возможности возникновения пожара и вытекающих из такого события по­следствий.

Пожарная безопасность объекта — это такое его состояние, при котором с регламентируемой вероятностью исключается возмож­ность возникновения и развития пожара, воздействия на людей опасных и вредных факторов пожара, а также обеспечивается за­щита материальных ценностей.

Методы определения показателей пожарной опасности веществ регламентированы соответствующими стандартами и другими документами, в том числе и НПБ 105-03.

Вопрос 2. Динамика пожара

1-я фаза (до 10 мин.) - начальная стадия, включает переход возгорания в пожар за время примерно в 1-3 мин. и рост зоны горения в тече­ние 5-6 мин. При этом происходит преимуще­ственно линейное распространение огня вдоль горючих веществ и материалов, что сопровожда­ется обильным дымовыделением. На этой фазе очень важно обеспечить изоляцию помещения от поступления наружного воздуха, т.к. в некото­рых случаях в герметичном помещении наступа­ет самозатухание пожара.

2-я фаза — стадия объемного развития пожа­ра, занимает по времени 30—40 мин. Характеризу­ется бурным процессом горения с переходом в объемное горение, процесс распространения пла­мени происходит дистанционно за счет передачи энергии горения на другие материалы.

Через 15-20 мин. происходит разрушение остек­ления, резко увеличивается приток кислорода, мак­симальных значений достигают температура (до 800-900°С) и скорость выгорания. Стабилизация пожара при максимальных его значениях происходит на 20-25 мин. и продолжается еще 20-30 мин. При этом выгорает основная масса горючих материалов.

3-я фаза — стадия затухания пожара, т.е. догорание в виде медленного тления, после чего по­жар прекращается.

Анализируя динамику развития пожара, воз­можно сделать определенные выводы:

1.Технические системы пожарной безопас­ности (сигнализации и автоматического тушения пожара) должны сработать до достижения мак­симальной интенсивности горения, а лучше в начальной стадии пожара.

2.Пожарные подразделения прибывают, как правило, через 10-15 мин. после вызова, т.е. через 15-20 мин. после возникновения пожара, когда он принимает объемную форму и максимальную ин­тенсивность.

Существует классификация пожаров по харак­теристикам горючей среды, и она имеет важное практическое значение при выборе типов первич­ных средств пожаротушения:

Класс А - горение твердых веществ (древеси­на, бумага, текстиль, пластмассы);

Класс В - горение жидких веществ;

Класс С - горение газов;

Класс Д - горение металлов и металлосодержащих веществ;

Класс Е - горение электроустановок.

Обозначенные классы пожаров предполагают целесообразные способы их тушения.