Физико химические параметры пожара

Физико-химические основы развития и тушения пожаров

Вы будете перенаправлены на Автор24

Физико-химические основы возникновения пожаров

Пожар – это неконтролируемое горение, которое происходит вне специального ограждения, наносит объекту материальные убытки и становится причиной морального вреда.

Горение – это физико-химическая реакция превращения исходных веществ и материалов в продукты сгорания, состав которых зависит от состава горящего вещества.

Во время пожара протекает ряд физико-химических процессов и явлений. Такие явления и процессы называют общими явлениями пожара.

Общие явления пожара:

Пожару присущи несколько опасных факторов, которые могут оказывать вредное влияние на здоровье человека, а также угрожать его жизни. К таковым относятся:

При исследования пожаров используются специальные показатели, отражающие их физико-химические основы. К ним относятся:

По условиям газо- и теплообмена все пожары разделяют на две большие группы – открытые и закрытые.

Открытые пожары. Данные пожары характеризуются свободным газообменом со средой обитания, который в свою очередь зависим от природных процессов, таких как ветер и влажность воздуха, при этом теплообмен осуществляется конвекцией практически с неограниченной территории. Температура таких пожаров, как правило равна температуре пламени. К таким пожарам относят природные пожары, пожары на газовых и нефтяных фонтанах, пожары места складирования и хранения древесины, горючих жидкостей в резервуарах, пожары на объектах газовой, нефтяной и химической промышленности.

Готовые работы на аналогичную тему

Закрытые пожары. Отличие этой группы пожаров от первой заключается в зависимости процесса газообмена от нескольких факторов: вида горючих материалов, величины и расположения пожарной нагрузки и расположения строительных конструкций и проемов в них. Теплообмен заключается в конвекции, теплопроводности и излучении. Температура такого пожара равна температуре газовой среды помещения.

В зависимости от физико-химических особенностей веществ пожары делятся не классы:

Физико-химические основы тушения пожаров

Существует несколько теорий и способов тушения пожаров, опирающихся на их физико-химические свойства и основы.

Тепловая теория прекращения пожара в настоящее время самая распространенная и чаще используемая при тушении возгораний. Суть теории заключается в том, что при нарушении теплового равновесия в зоне горения, химические реакции станут невозможными и пожар прекращается. Происходит это, если удается снизить температуру пламени будет снижена до критического значения, которая определяется математически.

Снижение температуры пламени можно осуществить либо путем снижения объема выделения тепла, либо повышением объема отвода тепла.

Одним из самых доступных способов прекращения горения является уменьшение температуры в зоне химических процессов. Для этого необходимо применять материалы и средства, которые смогут снизить объем тепловыделения в области реакции горения.

Для отвода тепла из области горения возможно использовать вещества, которые имеют низкую температуру, например, азот, гелий или аргон в жидком агрегатном состоянии. Однако, такое тушение мало реализуемо, из-за отсутствия необходимых веществ.

Увеличить объем теплоотвода возможно и механическим способом, используя вещество с большой теплоемкостью, внеся его в фронт пламени. Чаще всего для этого используется металлическая стружка.

Фронт пламени представляет собой узкую зону распространяющегося огня, где и происходит горение.

Теплоотдача также увеличивается, если ввести в пламя теплоемкий материал или продукт с высокой дисперсностью, например песок или специальный порошок. Но при этом способе процесс увеличения теплоотдачи не является доминирующим.

Также увеличить теплоотдачу можно вводом в зону возгорания веществ, которые способны изменить цвет пламени, делая его более ярким. Из-за этого возрастают теплозатраты на излучение. Данный способ возможен только теоретически, но на практике он не применяется, из-за наличия более подходящих способов.

Обычно для отвода тепла применяют вещества, которые имеют большую теплоту фазового перехода, например, воду или твердый диоксид углерода.

Теперь можно рассмотреть способы снижения тепловыделения в зоне горения.

Изучение пожаров, причин их протекания и возникновения, а также разработка способов их тушения являются неотъемлемой частью соблюдения безопасности производства и предотвращения чрезвычайных ситуаций.

Источник

Параметры развития пожара

Ситуация развития пожара в каждом случае имеет свою уникальную картину. Обстановка зависит от конфигурации места возгорания, метеорологических условий, количества людей, которых надо эвакуировать, нагрузки объекта. Характеристики пожара определяют тактику его тушения, необходимое количество спасательных расчетов.

Выясним, какие признаки распространения огня рассматриваются.

Основные параметры пожара

Это показатели, которые описывают процесс возгорания, его развитие, физико-химические реакции. Величины могут быть расчетными или теоретически выведенными.

Рассмотрим основные характеристики.

Тип горения

Выделяются два вида химической реакции при пожаре:

При пожаре возможна смена типа реакции. Как пример приведем процесс горения кокса. Сам уголь находится в гетерогенной фазе, тогда как летучие вещества, образующиеся под действием пламени, поддерживают гомо-генную реакцию окисления.

При пожаре выделяют три области, отличающиеся процессами, происходящими в них.

Во-первых, это источник огня, объемная часть, в которой осуществляется окисление продуктов. При гомогенном протекании процесса зоной горения считается наружная часть участвующего во взаимодействии материала и слой пламени. Когда речь идет о гетерогенной реакции, то видимая часть огня отсутствует, есть тлеющий слой твердого вещества, который окружен невоспламеняемыми соединениями.

Зона горения и ее основные параметры ограничиваются размером видимой части огня. При развитии пожара в закрытых помещениях может локализовываться внутренними перегородками.

Во-вторых, выделяется часть вокруг огненной области. В ней происходит процесс тепло-обмена между зоной горения и окружающим пространством.

Этот сегмент носит название зоны теплового воздействия. Его границы определяются участком, на котором человек не может находиться без защитных средств.

И в-третьих, область, заполняемая токсичными частицами, появляющимися в результате процесса горения, причем их концентрация превышает нормативные показатели и создает угрозу здоровью людей, которые находятся в этом сегменте.

Граница зоны задымления определяется как визуально (видимость должна быть не менее 6–12 метров), так и замеряемыми параметрами (концентрация кислорода до 16%, плотность дыма на более 0,0006 кг/м3).

Скорость распространения

Скорость распространения пожара. Это характеристика движения фронта огня в одном направлении за единицу времени. Обязательно определяется на каждом пожаре.

Формула, по которой можно вычислить величину линейной скорости движения горения:

S=L/t, где L – отрезок, который прошел фронт пламени в одном направлении за время t.

Скорость распространения огня – важный показатель при статистических исследованиях. На их основании выводятся закономерности по быстроте распространения пожара на разных объектах.

Место возгорания	Скорость, м/мин
Офисные здания, администрации	1,0–1,5
Хранилища книг, документов	0,5–1,0
Цеха предприятий по обработке древесины	0,8–1,0
Жилые дома	0,5–0,8
Электропроводка, кабели	0,8–1,1
Хвойный лес со мхом на поверхности почвы при влажности 40%, скорости ветра 7 м/с	14,2–18,0
Учреждения культуры, выставки, музеи, театры	1,0–3,0
Гаражи, депо (трамвайные, троллейбусные)	0,5–1,0
Цеха текстильного производства	0,5–1,0
Склады пиломатериалов в штабелях при влажности до 16%	4,0
Жилые дома в сельских населенных пунктах при высокой плотности застройки	20–25
Магазины, склады, базы	0,5–1,2
Типографские предприятия	0,5–0,8
Социальные учреждения (школы, больницы)	0,6–3,0

Прогрессирование

В развитии пожаров есть стадия, сопровождающаяся бурным увеличением огня. Стадии пожара. Для определения фазы оцениваются место возгорания, интенсивность, температура, степень задымления, высота огня.

Для возгораний внутри здания преобразование наступает при достижении 250–300 °C, когда лопается остекление, интенсивность пламени возрастает скачкообразно, и огонь перекидывается на другие помещения или на горючие материалы вне строения.

При внешних пожарах пламя может захватывать соседние территории путем передачи тепла или за счет распространения искр.

Продолжительность

Время от начала горения (сигнала инфор-мационного извещателя) до полного его прекращения называется длительностью пожара. Это характеристика, по которой приблизительно можно оценить масштаб тушения.

Чем дольше спасателям пришлось бороться с огнем, тем выше категория происшествия.

Площадь

Размер этого параметра – одна из основных характеристик пожара. Величина рассчитывается по специальной методике. Для наиболее точного определения значения берется проекция зоны возгорания на плоскость, разбивается на простые геометрические фигуры, размер которых легко вычислить, и затем результаты суммируются.

Площадь пожара определяет необходимое количество техники и сил для его тушения.

Температура

Температура при пожаре. Этот показатель по-разному снимается на открытых и закрытых пожарах.

При возгорании внутри здания берется температура в помещении, в котором проходит процесс, это значение и принимают для учета характеристики.

Если же огонь развивается на открытом пространстве, то снимаются показания термометров на разных участках в зоне пожара, и вычисляется среднее значение температуры.

Интенсивность газообмена

Количество поступающего кислорода как окислителя и катализатора процесса горения играет важную роль при внутренних пожарах. При ограниченном проникновении воздуха интенсивность пламени ниже, чем при свободном газообмене. Здесь большую роль играют пространственные параметры развития пожара.

Если отсутствует отток дыма и поступление свежих воздушных масс, снижается интенсивность пламени, и возрастает процент содержания опасных газов в воздухе.

Пожарная нагрузка

От этого показателя во многом зависит размер зоны горения, скорость его рас-пространения и интенсивность газового обмена. Определяется он как сумма веса всех материалов на квадратный метр площади, на которой они находятся.

К пожарной нагрузке относятся не только предметы, расположенные в помещении, но и элементы строения – оконные рамы, двери, стены и т. д.

Различают постоянную (конструкции здания, стационарное оборудование) и временную (складированное сырье, мебель, продукция) пожарную нагрузку (ПН). Для помещения она определяется как сумма постоянной и вре́менной.

Принятые значения пожарной нагрузки

Строения	Величина ПН, кг/м2
Промышленные, офисные, административные здания	50
Квартиры: 40
Сооружения с огнестойкостью 3 степени	100
Цеха по обработке горючих материалов	250–500
Склады низкостеллажные	1000–1500
Высокостеллажные склады	2000–3000

Опасные факторы

Все явления, которые в чрезвычайной ситуации могут оказывать поражающее воздействие на пожаре, прописаны в законе 123-ФЗ.

Документ выделяет основные опасные факторы:

Есть еще явления, которые сопутствуют основным негативным воздействиям:

Пространственные параметры развития пожара

Существует четыре величины, которые характеризуют распространение огня по территории.

Во-первых, это площадь возгорания и изменение ее величины во времени. Такая характеристика устанавливает необходимый объем огнетушащих составов.

Во-вторых, важно понимать площадь тушения пожара. Она высчитывается исходя из размеров места, на которое подаются средства гашения возгорания.

В-третьих, определяется периметр зоны, захваченной пламенем. Он вычисляется как сумма длин прямых отрезков границы огня. Важен при расчете необходимого количества спасательного оборудования.

И наконец, фронт пожара, наиболее интенсивная часть распрос-транения огня. Находится для разработки тактических мероприятий по ликвидации пламени.

Динамика развития пожаров на открытом пространстве в полной мере описывается этими четырьмя характеристиками.

Определение параметров возникновения, протекания, развития возгорания помогает бригадам спасателей использовать наиболее эффективные способы и мероприятия для тушения пожаров с минимальными потерями человеческих и материальных ресурсов.

Источник

Пожар

Что такое

Пожар – это неконтролируемое горение, причиняющее материальный ущерб, вред жизни и здоровью граждан, интересам общества и государства (см. так же, что такое лесной пожар).

Вместе с тем, пожар представляет собой сложный физико-химический процесс, включающий помимо горения явления массо- и теплообмена, развивающиеся во времени и пространстве.

Признаки

Пожар может возникнуть в любом месте и в любое время, и чтобы его предотвратить вовремя, следует помнить основные признаки начинающего пожара:

В жилых домах пожар чаще всего начинается с появления незначительного пламени, которому предшествует более или менее продолжительный период нагревания или тления твердых горючих предметов. В газифицированных домах это может произойти при взрывообразной вспышке газа.

Наличие запаха перегревшегося вещества и появление легкого, сначала едва заметного, а затем все более сгущающегося и действующего на глаза дыма – это первые верные признаки пожара.

Электрические провода, постепенно нагреваясь при перегрузке, сначала «сигнализируют» об этом характерным запахом резины, а затем изоляция воспламеняется и горит или тлеет, поджигая расположенные рядом предметы.

Одновременно с запахом резины может погаснуть свет, или электрические лампы начнут гореть вполнакала, что иногда также является признаком назревающей опасности загорания изоляции электропроводов.

Когда в помещении, где начался пожар, имеется усиленная вентиляция (открыто окно, дверь на балкон), находящиеся в соседних комнатах люди иногда узнают о начавшемся пожаре не по дыму или запаху гари, а по потрескиванию горящего дерева, похожему на потрескивание горящих в печке сухих дров. Иногда слышен свистящий звук, могут быть видны отблески пламени.

О горении сажи в трубе иногда узнают по гудящему звуку, похожему на завывание ветра, и по смолистому запаху горящей сажи.

Если вы почувствовали запах дыма и гари, постарайтесь быстро установить, где находится очаг горения:

Поведение при возникновении возгорания или обнаружении пожара зависит от конкретной обстановки и условий распространения огня. Однако, в любом случае нельзя впадать в панику и терять самообладание. Следует как можно быстрее вызвать пожарную охрану, а самому постараться быстро оценить ситуацию и действовать, не подвергая свою жизнь опасности.

Стадии

Начальная стадия. Время возникновения горения до полного охвата пламенем (горением) поверхности горючей нагрузки.

Время свободного развития. Временной промежуток от момента возникновения горения до начала подачи первых приборов тушения на его ликвидацию.

Развивающаяся стадия. Период от полного охвата пламенем поверхности пожарной нагрузки до достижения постоянной скорости выгорания материалов пожарной нагрузки.

Развитая стадия. Пожар достигает наибольшей возможной интенсивности, все параметры, характеризующие развитие пожара имеют максимальные и практически постоянные значения.

Затухающая стадия. Начинается с момента уменьшения скорости выгорания пожарной нагрузки и заканчивается моментом достижения исходного значения среднеобъемной температуры.

Характеристики

Пожары характеризуется:

Каждая из этих характеристик может быть рассчитана по известным методикам, что позволяет прогнозировать развитие предполагаемого пожара и предусматривать необходимые мероприятия по минимизации ущерба. Особо крупные пожары по масштабу бедствия и материальному ущербу сравнимы со стихийными бедствиями (землетрясениями, извержениями вулканов, наводнениями и т.д.).

Параметры

К основным параметрам развития пожара относят:

Скоростные параметры развития пожара:

Дополнительная информация по учебнику Пожарная Тактика

Пространство, в котором развивается пожар, можно условно разделить на три зоны:

1 – зона горения; 2 – зона теплового воздействия; 3 – зона задымления; 4 – горючее вещество.

Температура пожара при горении различных веществ и материалов

Опасные факторы

Сопутствующие проявления опасных факторов пожара:

Классификация

В целях детального изучения пожаров и разработки тактики борьбы с ними все пожары классифицируются по признакам, группам, классам и видам.

Распределение пожаров на группы и виды по сходствам или различиям называется классификацией.

Классификация – искусственная, если она объединяет пожары по внешним (случайным) признакам, и естественная, если она группирует пожары на основе их объективной внутренней связи и общих признаков развития. Естественная классификация пожаров считается научной, она позволяет предопределить закономерность тактики тушения различных видов пожара.

Пожары могут классифицироваться по различным признакам. Основное требование пожарной тактики к классификации пожаров состоит в том, чтобы те или иные группы, классы, виды и разновидности пожаров прежде всего предопределяли способы и приемы прекращения горения, применяемые огнетушащие вещества, направление и последовательность действий подразделений, распределения сил и средств и т.д.

Признаки, по которым классифицируют пожары, делятся на общие и частные.

Общая классификация пожаров

К общим относятся признаки, по которым классифицируются все пожары. Например, условия газообмена, физико-химические свойства горящих веществ и материалов, возможность распространения горения, продолжительность пожаров, расположение пожаров относительно поверхности земли и т.п.

К частным относятся признаки, по которым классифицируются пожары, относящиеся только к отдельному классу, группе, виду и т.п. Например, вид распространяющихся пожаров классифицируется по скорости распространения горения, по форме площади пожара, по виду теплообмена и т.п. класс пожаров горючих жидкостей классифицируется по состоянию, по форме факела и другим признакам.

Общим явлением для всех пожаров является газообмен, который определяет качественную и количественную стороны всех параметров пожаров во времени и пространстве. На пожарах в зданиях и сооружениях газообмен можно регулировать по времени и направлению, а также использовать для прекращения горения путем изоляции помещений, в которых происходит пожар. При пожарах на открытом пространстве газообмен не регулируется.

Классификация пожаров с точки зрения пожарной тактики

Группы

По условиям газо- и теплообмена с окружающей средой пожары разделены на 2 большие группы – на открытом пространстве и в ограждениях.

Пожары на открытом пространстве условно могут быть разделены на 3 вида: распространяющиеся, нераспространяющиеся (локальные), массовые.

Пожары в ограждениях различают 2 видов: открытые и закрытые.

В свою очередь открытые пожары подразделяются на 2 группы: пожары в помещениях высотой до 6 м и пожары в помещениях высотой более 6 м.

Закрытые пожары могут быть разделены на 3 группы:

Классы

Пожары по виду горючего материала и подразделяются на следующие классы:

Более детальная информация в материале:

Признаки

Пожары классифицируют по различным признакам:

Протекание пожара и его последствия зависят:

Для борьбы с пожарами в постоянной готовности находятся дежурные подразделения пожарной охраны, а для предотвращения возникновения пожаров имеются специально обученные кадры инспекторов ФГПН, а также технические средства обнаружения пожаров и автоматические установки пожаротушения. В каждом конкретном случае существуют свои подходы, обобщенный опыт, изложенный в пожарной тактике, Уставах, целевых рекомендациях и наставлениях.

В целях минимизации последствий от пожаров предусматривается выполнение организационных и технических мероприятий, объединенных рамками задач профилактики пожаров. Сокращение количества пожаров в жилом секторе во многом зависит от правильной постановки работ в области противопожарной пропаганды, организации обучения мерам пожарной безопасности, и т.п.

Источник

Основные параметры пожара

Для решения вопросов пожарной безопасности в рамках системы противопожарной защиты необходимо знать и уметь прогнозировать поведение пожара в процессе его развития в конкретных условиях, правильно оценивать обстановку на пожаре. Прогнозирование развития пожара предполагает использование методов расчета направлений и скоростей распространения горения, продолжительности развития пожара, изменений во времени температуры и компонентов газовой среды, интенсивности газообмена и других параметров пожара.

Каждый пожар представляет собой единственную в своем роде ситуацию, определяемую различными событиями и явлениями, носящими случайный характер, например изменение направления и скорости ветра во время пожара и т.п. Поэтому точно предсказать развитие во всех деталях не представляется возможным. Однако пожары обладают общими закономерностями, что позволяет построить аналитическое описание общих явлений пожаров и их параметров.

Основные явления, сопровождающие пожар, – это процессы горения, газо- и теплообмена. Они изменяются во времени, пространстве и характеризуются параметрами пожара. Пожар рассматривается как открытая термодинамическая система, обменивающаяся с окружающей средой веществами и энергией.

Рассмотрим процессы, протекающие на пожаре, и параметры, их характеризующие.

Процесс горения на пожаре горючих веществ и материалов представляет собой быстро протекающие химические реакции окисления и физические явления, без которых горение невозможно, сопровождающиеся выделением тепла и свечением раскаленных продуктов горения с образованием ламинарного или турбулентного диффузионного пламени.

Основными условиями горения являются: наличие горючего вещества, поступление окислителя в зону химических реакций и непрерывное выделение тепла, необходимого для поддержания горения.

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.

К основным факторам, характеризующим возможное развитие процесса горения на пожаре, относятся: пожарная нагрузка, массовая скорость выгорания, линейная скорость распространения пламени по поверхности горящих материалов, интенсивность выделения тепла, температура пламени и др.

Под пожарной нагрузкой понимают количество теплоты, отнесенное к единице поверхности пола, которое может выделиться в помещении или здании при пожаре.

Временную и постоянную пожарную нагрузку вычисляют по формулам:

где М_i – масса i-го вещества или материала, кг; Q_i – количество теплоты, выделяемое одним килограммом i-го вещества или материала при сгорании, МДж/кг; S — площадь зданий и сооружений или их частей, м 2 ; j – число видов веществ и материалов временной пожарной нагрузки; k – число видов веществ и материалов постоянной пожарной нагрузки.

Расчетная пожарная нагрузка для зданий и сооружений или их частей учитывает влияние ряда факторов, характеризующих горючие вещества и материалы, геометрические размеры зданий или их частей, наличие пожарной техники и пожарную нагрузку и вычисляются по формуле:

где Р – пожарная нагрузка, МДж/м 2 ; а – коэффициент скорости сгорания веществ и материалов, зависящий от их плотности и плотности их укладки; b – коэффициент скорости сгорания веществ и материалов, зависящий от параметров зданий или их частей; c – коэффициент, отражающий наличие пожарной техники.

Расчетная пожарная нагрузка характеризуется продолжительностью пожара (чем больше нагрузка, тем продолжительнее пожар).

Под скоростью выгорания понимают потерю массы материала (вещества) в единицу времени при горении. Процесс термического разложения сопровождается уменьшением массы вещества и материалов, которая в расчете на единицу времени и единицу площади горения квалифицируется как массовая скорость выгорания, кг/(м 2 ·с), и определяется соотношением:

Массовая скорость выгорания зависит от агрегатного состояния горючего вещества или материала, начальной температуры и других условий. Массовая скорость выгорания горючих и легковоспламеняющихся жидкостей определяется интенсивностью их испарения. Массовая скорость выгорания твердых веществ зависит от вида горючего, его размеров, величины свободной поверхности и ориентации по отношению к месту горения; температуры пожара и интенсивности газообмена. Существенное влияние на массовую скорость выгорания оказывает концентрация кислорода (окислителя) в окружающей среде.

Линейная скорость распространения горения представляет собой физическую величину, характеризуемую поступательным движением фронта пламени в данном направлении в единицу времени. Она зависит от вида и природы горючих веществ и материалов, от начальной температуры, способности горючего к воспламенению, интенсивности газообмена на пожаре, плотности теплового потока на поверхности веществ и материалов и других факторов.

Линейная скорость распространения горения, м/с, по поверхности горючего материала определяется соотношением:

где l – расстояние, пройденное фронтом пламени в данном направлении, м; t – время распространения фронта пламени, с.

Отношение площади поверхности горения к площади горения характеризуется коэффициентом поверхности К_п пожарной нагрузки:

От К_п во многом зависит изменение параметров пожаров. Так, при обеспеченном газообмене с повышением К_п возрастают скорости выгорания и распространения горения, температура пожара и пр.

Это, в свою очередь, не может не отразиться на параметрах тушения и требуемых интенсивностях подачи огнетушащих средств, времени тушения, а также на общем количестве сил и средств, необходимых для ликвидации пожаров.

Под температурой пожара в ограждениях понимают средне объемную температуру газовой среды в помещении, под температурой пожара на открытых пространствах – температуру пламени. Температура пожаров в ограждениях, как правило, ниже, чем на открытых пространствах.

Одним из главных параметров, характеризующих процесс горения, является интенсивность выделения тепла на пожаре. Это величина, равная по значению теплу, выделяющемуся на пожаре за единицу времени. Она определяется массовой скоростью выгорания веществ и материалов и их теплового содержания. На интенсивность тепловыделения влияют содержание кислорода и температура среды, а содержание кислорода зависит от интенсивности поступления воздуха в помещение при пожарах в ограждениях и в зону пламенного горения при пожарах на открытых пространствах. При пожарах, регулируемых притоком воздуха, интенсивность выделения тепла пропорциональна расходу поступающего воздуха и находится по уравнению:

где Q_н p – массовая теплота сгорания, Дж/кг; η – коэффициент неполноты сгорания; v_m – массовая скорость выгорания, кг/м 2 ; х – концентрация кислорода в поступающем воздухе равная 23; L₁ – теоретически необходимое количество кислорода для сгорания массы горючего материала; G – расход воздуха в помещении, м 3 /с.

Если горение на пожаре не ограничивается притоком воздуха, интенсивность тепловыделения зависит от площади поверхности материала, охваченной горением. Площадь поверхности вещества или материала, охваченная горением, может оставаться в процессе пожара постоянной величиной (например, горение жидкости в резервуаре, обвалования и т.п.) или изменяется со временем (например, при распространении огня по мебели и другим горючим материалам). Интенсивность тепловыделения на пожаре зависит от газообмена и определяется по формуле:

При пожаре выделяются газообразные, жидкие и твердые вещества. Их называют продуктами горения, т.е. веществами, образовавшимися в результате горения. Они распространяются в газовой среде и создают задымление.

Дым – это дисперсная система из продуктов горения и воздуха, состоящая из газов, паров и раскаленных частиц. Объем выделившегося дыма, его плотность и токсичность зависят от свойств горящего материала и от условий протекания процесса горения.

Под дымообразованием на пожаре принимают количество дыма, м 3 /с, выделяемого со всей площади пожара. Оно может быть определено из соотношения:

где φ – коэффициент пропорциональности; v_m – массовая скорость выгорания; V_п.г. – объем продуктов горения, образовавшихся при сжигании одного килограмма горючего, м 3 /кг; T_д и T_о – температура дыма и окружающей среды (соответственно), К.

Процесс задымления зданий и помещений связан с разностью объемов образующегося дыма при горении и удаляемого из здания V_уд. Если эту разность отнести к объему помещения W, получим интенсивность задымления, м 3 /(м 3 ·с):

где W – объем помещения, м 3 ; z – концентрация дыма (в долях процентов).

Все величины, входящие в эту формулу, за исключением объема помещения, меняются во времени. Поэтому для практических расчетов данное выражение необходимо записать в дифференциальной форме. Тогда, задаваясь конечной концентрацией дыма в помещении, возможно определить время ее достижения, что особенно важно при разработке оперативной документации на тот или иной объект или анализе пожаров.

Экспериментальным путем установлена зависимость видимости от плотности дыма, например, если предметы при освещении их групповым фонарем с лампочкой в 21 Вт видны на расстоянии до 3 м (содержание твердых частичек углерода 1,5 г/м 3 ) – дым оптически плотный; до 6 м (0,6-1,5 г/м 3 твердых частичек углерода) – дым средней плотности; до 12 м (0,1-0,6 г/м 3 твердых частичек углерода) – дым оптически слабый.

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.

Процесс газообмена при пожаре в помещении на уровне средних по его объему термодинамических параметров (Р_τ, r, Т_τ – давление, плотность, температура) базируется на законах естественного газообмена, возникающего вследствие разности плотностей (гравитационных давлений) наружной и внутренней (в помещении) газовых сред.

На процесс газообмена в помещении большое влияние оказывают высота помещения, геометрические размеры проемов, скорость и направление ветра.

Процессы газообмена на пожаре могут приводить к задымлению как помещений, так и зданий в целом. Правильная организация работ по управлению газовыми потоками на пожаре может способствовать предотвращению задымлений зданий и смежных помещений, имеющих общие проемы, что значительно облегчит работы по локализации и ликвидации пожара.

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).

где Q_об – расход тепла на подготовку горючих веществ к горению; Q_ср – отвод тепла от зоны горения в окружающее пространство.

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.

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. 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 g_доп 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.

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.

Источник