Общие сведения о горении

 

Пожаром называется неконтролируемое горение во времени и в пространстве, наносящее материальный ущерб и создающее угрозу жизни и здоровью людей.

Опасные факторы пожара: открытый огонь, искры, повышен­ная температура окружающей среды и предметов, токсичные продукты горения, дым, пониженная концентрация кислорода, обрушивающиеся конструкции, взрывы.

В основе пожара – процесс горения. Горение – это быстро протекающее химическое превращение веществ, сопровождающее­ся выделением тепла и свечением. Это экзотермическое (с отда­чей тепла в окружающую среду) окисление вещества, способного к горению (горючего).

Горение возможно при одновременном наличии и взаимном контакте горючего, окислителя и источника зажигания. Условно это изображается в виде «треугольника огня». Сущность тушения пожара заключается в том, чтобы воздействовать на вершины «треугольника огня» или прекратить (уменьшить) контакт между ними.

Окислителем чаще всего является кислород воздуха. Роль окислителя могут играть также галогены (хлор, фтор, бром, йод), азотная кислота, окислы азота, сера, фосфор.

Источники зажигания могут быть открытыми (пламя, ис­кры, накаленные предметы, световое излучение) и скрытыми (теп­лота химических реакций, микробиологические процессы, трение, удар).

В зависимости от агрегатного состояния горючего и окислителя различают виды горения:

- гомогенное – однородная горючая смесь, отсутствует поверх­ность раздела между горючим и окислителем (характерно для горючих газов, па­ров, пыли);

- гетерогенное – имеется поверхность раздела между горючим и окислителем (характерно для горючих жидкостей и твердых веществ).

Наиболее опасным проявлением пожара является взрыв. Это быстрое превращение вещества (взрывное горение), сопровождаю­щееся выделением энергии и сжатых газов, способных произво­дить механическую работу. Считается, что в реальных услови­ях взрыв всегда сопровождается пожаром.

Вспышка – быстрое сгорание горючей смеси, не сопровож­дающееся образованием сжатых газов и не переходящее в устойчивое горение.

Температура вспышки (Т_всп) – самая низкая температура горючего, при которой над его поверхностью образуются пары или газы, способные вспыхивать от источника зажигания, но скорость их образования еще недостаточна для устойчивого горения.

Воспламенение – принудительное зажигание горючего от источника зажигания.

Темпе­ратура воспламенения (Т_восп) – наименьшая температура горючего, при которой оно выделяет пары или газы с такой скоростью, что пос­ле их зажигания от источника зажигания возникает устойчивое горение.

Самовоспламенение – резкое увеличение скорости экзотермических реакций, приводящее к возникновению горе­ния при отсутствии открытого источника зажигания. Однородная смесь горючих газов, паров, пылей с воздухом называется горючей смесью.

Горение, как правило, происходит в газовой фазе. Поэтому горючие вещества, находящиеся в конденсированном состоянии (жидкости, твердые материалы), для возникновения и поддержания горения должны подвергаться газификации (испарению, разложению), в результате которой образуются горючие пары и газы в количестве, достаточном для горения.

На пожаре, как правило, происходят процессы диффузионного горения, когда горение материалов поддерживается поступающим в зону горения кислородом воздуха. Пожары характеризуются высокой температурой (до 1500 ⁰С), большим выделением дыма и токсичных продуктов горения. Существенного повышения давления при диффузионном горении не происходит.

Резкое и значительное (до 6–8 атм) повышение давления наблюдается при взрывном горении – горении смеси газов, паров или горючих пылей с воздухом в замкнутом объеме.

В настоящее время ученые установили, что механизм возникновения и развития реальных пожаров и взрывов характеризуется комбинированным цепочечно-тепловым процессом. Начавшись цепным путем, реакция окисления за счет ее экзотермичности продолжает ускоряться за счет выделяющегося в результате реакции тепла. В конечном счете критические (предельные) условия возникновения и развития горения будут определяться тепловыделением и условиями тепломассообмена реагирующей системы с окружающей средой.

Последствия пожаров обусловлены действием их поражающих факторов. Основными из них являются:

- непосредственное действие огня на горящий предмет (горение);

- дистанционное воздействие на предметы и объекты высоких температур за счет излучения. В результате происходит сгорание предметов и объектов, их обугливание, разрушение, выход из строя. Действие высоких температур вызывает пережог, деформацию и обрушение металлических ферм, балок перекрытий и других конструктивных деталей сооружений. Кирпичные стены и столбы деформируются. В кладке из силикатного кирпича при длительном нагревании до
500–600 °С наблюдается расслоение кирпича, трещины и разрушение материала;

- воздействие токсичных продуктов горения. При пожаре в современных зданиях, при строительстве которых применялись полимерные и синтетические материалы, человек испытывает воздействие токсичных продуктов горения. Хотя в продуктах горения содержится 50–100 видов химических соединений, оказывающих токсическое воздействие, причиной гибели людей на пожарах является отравление оксидом углерода. Оксид углерода опасен тем, что он реагирует с гемоглобином крови в 200–300 раз активнее, чем кислород, вследствие чего красные кровяные тельца утрачивают способность снабжать организм кислородом. В
50–80 % случаев гибель людей на пожарах вызывается отравлением оксидом углерода и недостатком кислорода.

Вторичными последствиями пожаров могут быть взрывы, утечка ядовитых или загрязняющих веществ в окружающую среду. Большой ущерб не затронутым пожаром помещениям и хранящимся в них предметам может нанести вода, используемая для тушения пожара. Тяжелые социальные и экономические последствия пожара – это прекращение выполнения объектом, разрушенным пожаром, своих хозяйственных или иных функций.

В соответствии со статьей 2 Технического регламента [2] опасные факторы пожара – факторы пожара, воздействие которых может привести к травме, отравлению или гибели человека и (или) к материальному ущербу.

Тушение пожара означает в первую очередь подавление горения в любой форме.

Для прекращения горения необходимо выполнить хотя бы одно из условий:

- прекратить поступление в зону горения новых порций паров горючего;

- прекратить поступление окислителя (кислорода воздуха);

- уменьшить тепловой поток от факела пламени;

- уменьшить концентрацию активных частиц (радикалов) в зоне горения.

На основании этих условий построены принципы тушения огня с помощью средств пожаротушения.

Горение большинства веществ прекращается при снижении объемной концентрации кислорода в окружающей среде до 12-15 % (об.), а для веществ, характеризуемых широкой областью воспламенения (водород, ацетилен), металлов (калий, натрий), некоторых гидридов металлов и металлоорганических соединений, тлеющих материалов – должно быть снижение концентрации кислорода 5 % (об.) и менее.

 

3.2. Показатели пожаровзрывоопасности и пожарной опасности
веществ и материалов

 

Классификация веществ и материалов по пожарной опасности основывается на их свойствах и способности к образованию опасных факторов пожара или взрыва (статья 12 [2]).

По горючести вещества и материалы подразделяются на следующие группы:

1) негорючие – вещества и материалы, неспособные гореть в воздухе. Негорючие вещества могут быть пожаровзрывоопасными (например, окислители или вещества, выделяющие горючие продукты при взаимодействии с водой, кислородом воздуха или друг с другом);

2) трудногорючие – вещества и материалы, способные гореть в воздухе при воздействии источника зажигания, но неспособные самостоятельно гореть после его удаления;

3) горючие – вещества и материалы, способные самовозгораться, а также возгораться под воздействием источника зажигания и самостоятельно гореть после его удаления.

Методы испытаний на горючесть веществ и материалов устанавливаются нормативными документами по пожарной безопасности.

Из горючих жидкостей выделяют группы легковоспламеняющихся и особо опасных легковоспламеняющихся жидкостей, воспламенение паров которых происходит при низких температурах, определенных нормативными документами по пожарной безопасности.

Статья 8 Технического регламента [2] устанавливает классификацию пожаров по виду горючего материала. Согласно данной статье выделяют следующие классы пожаров:

1) пожары твердых горючих веществ и материалов (А);

2) пожары горючих жидкостей или плавящихся твердых веществ и материалов (В);

3) пожары газов (С);

4) пожары металлов (D);

5) пожары горючих веществ и материалов электроустановок, находящихся под напряжением (Е);

6) пожары ядерных материалов, радиоактивных отходов и радиоактивных веществ (F).

Определение пожароопасных свойств веществ и материалов производится на основании результатов испытаний или расчетов по стандартным методикам с учетом параметров состояния (давления, температуры и т.д.).

Допускается использование официально опубликованных справочных данных по пожароопасным свойствам веществ и материалов и использование показателей пожарной опасности для смесей веществ и материалов по наиболее опасному компоненту.

Показатели пожаровзрывоопасности и пожарной опасности веществ и материалов используются для установления требований к применению веществ и материалов и расчета пожарного риска [6].

Перечень показателей, необходимых для оценки пожаровзрывоопасности и пожарной опасности веществ и материалов в зависимости от их агрегатного состояния, приведен в таблице 1 приложения к Техническому регламенту [2]. Среди указанных показателей встречаются, например:

- выделение токсичных продуктов горения с единицы массы горючего (килограмм на килограмм);

- концентрационные пределы распространения пламени (воспламенения) в газах и парах, объемные проценты, пылях (килограмм на кубический метр);

- индекс распространения пламени;

- коэффициент дымообразования (квадратный метр на килограмм) и др.

Методы определения показателей пожаровзрывоопасности и пожарной опасности веществ и материалов устанавливаются нормативными документами по пожарной безопасности.