Механізми виникнення і розвитку пожеж
Пожежа - це неконтрольоване горіння, що заподіює матеріальну шкоду, шкоду життю і здоров'ю громадян, інтересам суспільства і держави. Горіння під контролем людини не є пожежею, якщо воно не завдає шкоди.
Несанкціоноване загоряння, т. Е. Початок горіння під впливом джерела запалювання, має бути негайно ліквідовано з використанням первинних засобів пожежогасіння (вогнегасників або пожежного водопроводу). Однак керівникам установ освіти необхідно пам'ятати, що залучення до гасіння пожежі навіть навчених співробітників небезпечно, а школярів - неприпустимо.
Горіння - це екзотермічна реакція окислення речовини, що супроводжується принаймні одним з трьох чинників: світінням, полум'ям, появою диму; тління - безполуменеве горіння матеріалу.
Самозаймання - це загоряння в результаті самоініцііруемих екзотермічних процесів; займання - початок полум'яного горіння під впливом джерела запалювання. На відміну від загоряння займання супроводжується тільки полум'яним горінням.
Горіння виникає при наявності трьох обов'язкових складових: горючої речовини, окислювача і джерела запалювання.
Під терміном горюча речовина мається на увазі речовина, яка здатна самостійно горіти після того, як буде видалений зовнішнє джерело запалювання. Горюча речовина може перебувати в твердому, рідкому або газоподібному стані. Горючими речовинами є більшість органічних речовин, ряд газоподібних неорганічних сполук і речовин, багато металів і т. Д. Найбільшу вибухово небезпеку становлять гази.
Для займання горючої рідини над її поверхнею спочатку повинна утворитися паровоздушная суміш. Горіння рідин можливо тільки в паровій фазі; при цьому поверхня самої рідини залишається порівняно холодної. Серед горючих рідин виділяють клас найбільш небезпечних - легкозаймисті рідини (ЛЗР). До ЛЗР відносяться бензин, ацетон, бензол, толуол, деякі спирти, ефіри і т. П.
Існує ряд речовин (газоподібних, рідких або в твердому стані), які здатні самозайматися при контакті з повітрям без попереднього нагріву (при кімнатній температурі). Такі речовини називають пірофорними. До них відносяться: білий фосфор, гідриди й металоорганічні з'єднання легких металів і ін.
Існує також досить велика група речовин, при контакті яких з водою або водяними парами, що знаходяться в повітрі, починається хімічна реакція, що протікає з виділенням великої кількості теплоти. Під дією теплоти, що виділяється відбувається самозаймання горючих продуктів реакції і вихідних речовин. До цієї групи речовин належать лужні і лужноземельні метали (літій, натрій, калій, кальцій, стронцій, уран і ін.), Гідриди, карбіди, Фосфіди зазначених металів, низькомолекулярні металоорганічні сполуки (тріетіла-люміній, тріізобутілалюміній, тріетілбор) і ін.
Горіння твердого речовини відбувається по більш складного механізму, в кілька стадій. При впливі зовнішнього джерела відбувається прогрів поверхневого шару твердого речовини, з нього починається виділення газоподібних летких продуктів. Цей процес може супроводжуватися або плавленням поверхневого шару твердого речовини, або його сублімацією (освітою газів, минаючи стадію плавлення). При досягненні певної концентрації горючих газів в повітрі (нижньої концентраційної межі) вони спалахують і за допомогою теплоти, що виділяється починають самі впливати на поверхневий шар, викликаючи його плавлення і надходження в зону горіння нових порцій горючих газів і парів твердої речовини.
Розглянемо як приклад деревину. При нагріванні до 110 ° C відбуваються висушування деревини і незначні випаровування смоли. Слабке розкладання починається при 130 ° C. Більш помітне розкладання деревини (зміна кольору) відбувається при температурі 150 ° C і вище. Утворені при 150-200 ° C продукти розкладання становлять в основному воду і вуглекислий газ, тому горіти не можуть. При температурі вище 200 ° C починає розкладатися головна складова частина деревини - клітковина. Гази, що утворюються при цих температурах, є горючими, так як вони містять значні кількості окису вуглецю, водню, вуглеводнів і парів інших органічних речовин. Коли концентрація цих продуктів в повітрі стане достатньою, при певних умовах відбудеться їх займання.
Якщо горюча речовина при плавленні розтікається, воно збільшує вогнище горіння (наприклад, каучук, гума, метали і т. Д.). У тому випадку, якщо речовина не плавиться, кисень поступово підходить до поверхні пального і процес набуває форму гетерогенного горіння (наприклад, випалювання коксу). Процес горіння твердих речовин складний і різноманітний, він залежить від багатьох факторів (дисперсність твердого матеріалу, його вологість, наявність плівки окислів на його поверхні і її міцність, присутність домішок і т. Д.).
Більш інтенсивно (часто з вибухом) відбувається спалах дрібнодисперсних металевих порошків і пилоподібних горючих матеріалів (наприклад, деревного пилу, цукрової пудри).
При взаємодії з металами, які в розплавленому стані проявляють дуже високу активність, в ролі окислювачів виступають вода, двоокис вуглецю та інші кисневмісні сполуки, які в звичайній практиці вважаються інертними.
Однак тільки наявності суміші пального та окислювача ще недостатньо для початку процесу горіння. Необхідний ще джерело запалювання. Для того щоб відбулася хімічна реакція, необхідна поява достатньої кількості активних молекул, їх уламків (радикалів) або вільних атомів (ще не встигли об'єднатися в молекули), які володіють надлишковою енергією, яка дорівнює енергії активації для даної системи або перевищує її.
Поява активних атомів і молекул можливо при нагріванні всієї системи, при локальному контакті газів з нагрітою поверхнею, при впливі полум'я, електричного розряду (іскра або дуга), локального нагріву стінки судини в результаті тертя або при введенні каталізатора і т. П.
Джерелом запалення може бути також раптове адіабатичне (без теплообміну з навколишнім середовищем) стиснення газової системи або вплив на неї ударної хвилі.
В даний час встановлено, що механізм виникнення і розвитку реальних пожеж та вибухів характеризується комбінованим цепочечную-тепловим процесом. Почавшись ланцюговим шляхом, реакція окислення за рахунок її екзотермічності продовжує прискорюватися за рахунок тепла. В кінцевому рахунку критичні (граничні) умови виникнення і розвитку горіння будуть визначатися виділенням тепла і умовами тепломассообмена реагує системи з навколишнім середовищем.
Під механізмом припинення горіння розуміють систему факторів, що призводять до закінчення процесу (реакції) горіння.
Механізм припинення горіння може бути природно зумовленим, коли він реалізується без участі людини (самоліквідація горіння, наприклад, в природі). Разом з тим знання суті механізму припинення горіння дозволяє цілеспрямовано використовувати його як при ліквідації невеликих осередків горіння, так і при гасінні пожеж.
Для припинення горіння необхідне виконання хоча б однієї з таких умов:
- припинення надходження в зону горіння нових порцій парів пального;
- припинення надходження окислювача (кисню повітря); зменшення теплового потоку від факела полум'я; зменшення концентрації активних частинок (радикалів) в зоні горіння.
Таким чином, можливими принципами (способами) гасіння вогню можуть бути:
- зниження температури вогнища горіння нижче температури самозаймання або температури спалаху пального шляхом введення в полум'я речовин, які в результаті випаровування, сублімації або розкладання забирають на себе деяку кількість теплоти (класичним речовиною є вода);
- зменшення кількості парів пального, що надходить в зону горіння, шляхом ізоляції горючої речовини від впливу факела вогнища горіння (наприклад, за допомогою щільного покривала);
- зниження концентрації кисню в газовому середовищі шляхом розбавлення середовища негорючими добавками (наприклад, азотом, вуглекислим газом);
- зниження швидкості хімічної реакції окислення за рахунок зв'язування активних радикалів і переривання ланцюгової реакції горіння, що протікає в полум'я, шляхом введення спеціальних хімічно активних речовин (інгібіторів);
- створення умов гасіння полум'я при проходженні його через вузькі канали між частинками вогнегасної речовини (ефект огнепрегражденія);
- зрив полум'я в результаті динамічного впливу струменя вогнегасної речовини на осередок горіння.
Як правило, процес гасіння має комбінований характер. Так, піна надає изолирующее і охолоджуючу дію, порошкові склади володіють інгібуючим, огнепреграждающім і динамічним дією.
Небезпечний фактор пожежі (ОФП) - це фактор, вплив якого може призвести до людського і (або) матеріальних збитків. ОФП поділяються на первинні та вторинні.
До первинних належать:
- полум'я і іскри;
- підвищена температура навколишнього середовища;
- токсичні продукти горіння і термічного розкладання;
- дим;
- знижена концентрація кисню.
Динаміка наростання температури продуктів горіння під час пожежі в приміщенні на виході з нього на висоті росту людини має наступні приблизні параметри:
- протягом першої хвилини - приблизно до 160 ° C;
- протягом другої хвилини - приблизно до 350 ° C.
Отже, гранична температура продуктів горіння досягається в приміщенні приблизно за 2 хвилини, що необхідно враховувати при евакуації учнів.
Гасіння пожежі - складна професійна завдання. Її рішення під силу тільки навченим і добре оснащеним пожежним підрозділам, які завжди використовують ізолюючі засоби захисту органів дихання.
До вторинних ОФП можна віднести:
- осколки, частини зруйнованих механізмів, конструкцій будівель і т. д .;
- токсичні речовини і матеріали з зруйнованих механізмів і агрегатів;
- електрична напруга, внаслідок втрати ізоляції струмоведучих частин механізмів;
- небезпечні фактори вибуху, що виникають в результаті пожежі; вогнегасники речовини.
- В динаміці розвитку пожежі виділяють кілька основних фаз.
Перша фаза (до 10 хв.) - початкова стадія, що включає перехід загоряння в пожежу за час приблизно в 1-3 хвилини і зростання зони горіння протягом 5-6 хвилин. При цьому відбувається переважно лінійне поширення вогню уздовж горючих речовин і матеріалів, що супроводжується рясним димовиделеніе. На цій фазі дуже важливо забезпечити ізоляцію приміщення від надходження зовнішнього повітря, так як в деяких випадках в герметичному приміщенні настає самозагасання пожежі.
Друга фаза - стадія об'ємного розвитку пожежі, яка займає по часу 30-40 хвилин. Характеризується бурхливим процесом горіння з переходом в об'ємне горіння; процес поширення полум'я відбувається дистанційно за рахунок передачі енергії горіння на інші матеріали.
Через 15-20 хвилин відбувається руйнування скління, різко збільшується приплив кисню, максимальних значень досягають температура (до 800-900 ° C) і швидкість вигоряння. Стабілізація пожежі при максимальних його значеннях відбувається на 20-25 хвилинах і триває ще 20-30 хвилин. При цьому вигорає основна маса горючих матеріалів.
Третя фаза - стадія загасання пожежі, т. Е. Догорание у вигляді повільного тління, після якого пожежа припиняється.
Аналіз динаміки розвитку пожежі дозволяє зробити наступні висновки.
Технічні системи пожежної безпеки (сигналізації та автоматичного гасіння пожежі) повинні спрацювати до досягнення максимальної інтенсивності горіння, а краще - в початковій стадії пожежі. Це дозволить керівникові навчального закладу мати запас часу, щоб організувати заходи щодо захисту людей.
Пожежні підрозділи прибувають, як правило, через 10-15 хвилин після виклику, т. Е. Через 15-20 хвилин після виникнення пожежі, коли він приймає об'ємну форму і максимальну інтенсивність.