Явления, вызывающие пожар

Глава 8. Средства защиты от пожара

Горение - это быстрое соединение кислорода или другого окислителя с горючим веществом. Эта хими­ческая реакция носит экзотермический характер. Первоначально количество тепла, выделяющееся при реакции, остается незначительным, легко рассеи­вается, и температура вещества поднимается нена­много. Если вещество нагревается, реакция по мере подъема температуры ускоряется. При определенной температуре, которая зависит от природы вещества и некоторых других факторов, горение становится более активным и к теплу внешнего источника доба­вляется теплота горения. Резко повышается равно­весная температура, и при достижении точки воспла­менения вещество воспламеняется. Для того чтобы произошло воспламенение, т.е. горение с пламенем, вещество должно начать выделять горючие газы или пары в результате испарения, разложения или химической реакции (например, с образованием оксида углерода). В противном случае горение будет проис­ходить без пламени.

Сгорание может быть полным и неполным. Для полного сгорания необходимо наличие доста­точного количества кислорода, чтобы обеспечить полное превращение горючего в его насыщенные ок­сиды. В тех случаях, когда воздуха подается недоста­точно, окисляется лишь часть вещества. Остальное разлагается с выделением больших количеств дыма. При этом образуется оксид углерода. Дым состоит из твердых или жидких частиц, которые остаются во взвешенном состоянии в газообразных продуктах сгорания и перемещаются вместе с ними. Количество и плотность дыма зависят от характера горючего ве­щества. Вещества, в продуктах разложения которых содержится большой процент тяжелых фракций, на­пример, смол, образуют очень густой дым.

При пожаре сгорание всегда неполное и, следова­тельно, выделяется дым, что затрудняет пожароту­шение вследствие ухудшения видимости или наличия токсичных веществ в воздушной среде.

Избыток воздуха, с другой стороны, охлаждает га­зообразные продукты сгорания. В тех случаях, когда горючего немного, охлаждения бывает достаточно, чтобы погасить огонь, поскольку температура падает ниже уровня, необходимого для воспламенения. Именно это происходит, когда задувают свечу. Од­нако сильный ветер при лесном пожаре оказывает обратное действие, поскольку масса горючего мате­риала и объем газообразных продуктов сгорания слишком велики, чтобы могло произойти необходи­мое охлаждение.

Явления, вызывающие пожар

Пламя и накаленные материалы. Когда твердое ве­щество подвергается воздействию пламени, его тем­пература повышается, начинается описанный выше процесс, что может вызвать пожар. Вероятность воз­никновения пожара зависит от следующих факторов:

а) характера твердого вещества, которое может быть горючим, трудногорючим и негорючим;

б) массы твердого вещества; небольшое количество материала не способно выделить достаточно теплоты сгорания для рас­пространения пожара;

в) состояния твердого вещества; легко зажечь спич­кой древесную стружку или отдельные листки бу­маги, поскольку у этих материалов велика пло­щадь поверхности, открытой для доступа воздуха, и, следовательно, высока скорость окисления, тог­да как для воспламенения бревна или плотной пачки бумаги требуется более интенсивный огонь;

г) способа, с помощью которого зажигается горючее твердое вещество; если предмет из этого вещества располагается над огнем вертикально, он загорит­ся быстрее, чем при горизонтальном расположе­нии.

Накаленный материал, будь это горючее (напри­мер, кокс) или негорючее вещество (например, раска­ленный докрасна металл), способен вызвать загора­ние при соприкосновении с горючим твердым телом при условии, что его масса достаточно велика, чтобы помешать слишком быстрому охлаждению, и что само горючее тело находится в состоянии, обеспечи­вающем быстрое окисление (опилки, древесная стружка, неплотно сложенная бумага и т.п.). В по­следнем случае для загорания достаточно раска­ленных брызг расплавленного металла от газового резака. Твердое вещество, нагретое выше темпера­туры, при которой оно раскаляется (например, элек­тропроводник при перегрузке), способно воспламе­нить материал, с которым оно находится в контакте, если тепло будет рассеиваться недостаточно быстро.

Излучение. Горючему веществу иногда нет необходимости вступать в непосредственный контакт с пламенем или накаленным материалом. Все источники тепла испускают видимые и ИК-лучи, т.е. электромаг­нитные волны. Когда эти волны встречают препят­ствие, они передают ему свою энергию, которая пре­образуется в тепло. Таким образом, тело, подвергаю­щееся облучению, нагревается, и при недостаточном охлаждении может достичь температуры воспламе­нения и загореться. Так, дрова, сложенные у раска­ленной печи (продолжительное накаленное состоя­ние), могут воспламениться и вызвать пожар.

Взрывы паров или газов. Любая смесь горючего газа или пара с воздухом вспыхивает при вступлении в контакт с накаленным телом, и возникающее в ре­зультате пламя распространяется, если концентрация газа или пара находится в интервале нижнего или верхнего концентрационного предела воспламенения. В зависимости от характера вещества эти пределы могут быть различными. Скорость распространения огня зависит от природы горючего, температуры окружающей среды и давления, варьируя от 1 до 2000 м/с. Именно этот фактор определяет скорость расширения нагретых газов, а, следовательно, и ущерб, который способен причинить взрыв.

Взрывы пыли или распыленных жидкостей. Пыль из горючих веществ или капельки жидкости, взве­шенные в воздухе, ведут себя в значительной степени так же, как и газовоздушные или паровоздушные смеси, и тоже способны взрываться.

Искры. Искра с достаточно высокой температурой способна воспламенить горючую смесь газа, пара или пыли с воздухом. Такая искра не воспламенит горючее твердое тело, поскольку она не обладает до­статочной энергией и выделяемое тепло рассеется в твердом теле. Искры возникают от электрического тока по разным причинам: при размыкании цепи под током с помощью выключателя или прерывателя, выдергивании штепселя из розетки или обрыве про­водника. Искрят подвижные контакты, например то­коприемники троллейбусов или коллекторные кольца электродвигателей. Искры могут быть результатом электрического разряда между электродами при большой разнице потенциалов. Искры возникают и от статического электричества при трении между двумя движущимися деталями машин (ремни передач на шкивах), между движущимися объектами и воздухом (приводные ремни), а также между неэлектропровод­ной жидкостью или газом и трубой, по которой они. Искры при ударе двух предметов друг о друга могут также вос­пламенить горючую газовоздушную или паровоз­душную смесь. Для того чтобы вызвать воспламене­ние, искра электрического или механического проис­хождения должна обладать энергией не менее 0,1 мДж.

Наконец, опасным источником зажигания могут быть искры, возникающие при трении друг о друга двух твердых поверхностей с отделением мелких ча­стиц (например, при шлифовании черных металлов). Примером может служить кремень зажигалки.

Самовозгорание. Горение способно возникнуть в гру­де твердого минерального топлива или органическо­го материала, если имеет место циркуляция воздуха, достаточная, чтобы способствовать окислению, но недостаточная для отвода выделяемого тепла. Этому явлению способствует увлажнение. У некоторых ми­нералов присутствие определенных веществ (напри­мер, железа) может катализировать процесс, а у ор­ганической массы важную роль играет деятельность микроорганизмов.

Большинство масел, в особенности растительных, легко окисляются. Количество высвобождающегося тепла определяется площадью поверхности, откры­той для доступа воздуха. Она невелика, например, у разлитого масла, но если это же масло впитывает­ся обтирочными концами или опилками, площадь поверхности значительно увеличивается, а тепловы­деление при этом возрастает, поскольку материалы, пропитанные маслом, - плохие проводники тепла. Те­пло накапливается и нередко за сравнительно корот­кий срок приводит к самовозгоранию.

Химическая реакция. Некоторые химические реакции сопровождаются выделением достаточного количе­ства тепла, чтобы вызвать пожар: белый фосфор окисляется очень быстро и при контакте с воздухом воспламеняется, мелкие частицы железа (пирофорное железо) самовозгораются при контакте с воздухом и могут воспламенить горючие материалы; карбид кальция при соприкосновении с водой разлагается экзотермически, выделяя ацетилен, который может воспламениться от выделяющегося тепла; натрий и калий бурно реагируют с водой, выделяя водород, который способен воспламениться, если в результате реакции вода нагреется более чем на 40°С; азотная кислота, вступая в контакт с органическими веще­ствами, может их воспламенить; целлулоид разла­гается при температуре около 100°С, способен вос­пламеняться примерно при 150°С и благодаря содержанию кислорода в своем составе может гореть даже в закрытой таре. Окислители, такие, как пероксид водорода, хлораты, перхлораты, бораты, пербораты и т.п., которые при нагревании выделяют кислород, активно способствуют окислению и вызы­вают воспламенение окисляющихся веществ. Даже при отсутствии внешнего источника тепла окисли­тель способен вызвать воспламенение органического материала, особенно если этот материал находится в измельченном виде или тесно соприкасается с окис­лителем. Чистый кислород, особенно сжатый, спосо­бен вызвать пожар или взрыв при контакте с горю­чим веществом. Именно поэтому жидкие и конси­стентные масла нельзя использовать для смазки кислородных баллонов и клапанов.

Прочие явления. Трение между двумя материалами приводит к нагреву, который идет тем быстрее, чем выше коэффициент трения. В тех случаях, когда вы­деляющееся тепло не успевает рассеиваться, возни­кает опасность воспламенения горючих материалов (например, возникновение пожара в результате пере­грева плохо смазанных подшипников). И, наконец, адиабатическое сжатие газа приводит к повышению его температуры. В результате плохо охлаждаемый компрессор или баллон, в котором происходит сжа­тие газа, может взорваться вследствие самовозгора­ния смазочного масла.