Горение, пожар и причины его возникновения

Рассмотрим физико-химические основы процесса горения.

Горение – это сложное, быстропротекающее физико-химическое превращение веществ, сопровождающееся выделением тепла и света.

Сущность горения заключается в нагревании источником зажигания горючего материала до начала его теплового разложения. Когда горючий материал разлагается, он выделяет пары углерода и водорода, которые, соединяясь с кислородом воздуха в реакции горения, образуют двуокись углерода, воду и выделяют много тепла. Кроме того, на пожаре образуется окись углерода, как продукт неполного сгорания углерода и сажа, то есть не сгоревший углерод.

Примером таких экзотермических реакций (реакций, протекающих с выделением тепла) может служить взаимодействие углерода, водорода и метана с кислородом:

Таким образом, для протекания процесса горения требуется наличие трех факторов:

-горючего вещества;

-окислителя;

-источника зажигания.

Горючие вещества — вещества, обладающие горючестью, способные самостоятельно гореть после удаления источника зажигания. Горючие вещества могут находиться в различных агрегатных состояниях: горючие газы (ГГ), легковоспламеняющиеся жидкости (ЛВЖ), горючие жидкости (ГЖ), легковоспламеняющиеся твердые вещества (ЛВТ). К горючим веществам относятся также горючие пыли, самовозгорающиеся вещества, саморазлагающиеся вещества.

Источник зажигания — источник энергии, инициирующий загорание. Должен обладать достаточной энергией, температурой и длительностью воздействия. В зависимости от вида энергии источники зажигания условно делятся на 4 класса:

- открытый огонь (в виде тлеющей сигареты, зажженной спички, конфорки газовой плиты или керосинового примуса, фонаря, лампы);

-тепло электронагревательных приборов;

- проявления аварийной работы электрических приборов и аппаратов, как отечественного, так и зарубежного производства;
- искры от сварочных аппаратов и самовозгорание веществ и материалов

Окислителем чаще всего является кислород воздуха, его роль могут выполнять и некоторые другие вещества: хлор, фтор, бром, йод, оксиды азота и др. Горение большинства веществ прекращается, когда концентрация кислорода понижается с 21 до (14 – 18)%. Однако отдельные вещества (например, водород, этилен, ацетилен) могут гореть при содержании кислорода в воздухе до 10 % и менее.

По способности к горению все вещества и материалы делятся на горючие (сгораемые), трудногорючие (трудносгораемые) и негорючие (несгораемые).

Различают полное и неполное горение. Процессы полного горения протекают при избытке кислорода, а продуктами реакции являются вода, диоксиды серы и углерода, т.е. вещества, не способные к дальнейшему окислению.

Неполное горение происходит при недостатке кислорода, продуктами реакции при этом являются токсичные и горючие (т.е. способные к дальнейшему окислению) вещества, например, оксид углерода, спирты, альдегиды, и др.

По скорости распространения пламени различают следующие виды горения:

-дефлаграционное (скорость распространения пламени от нескольких сантиметров – до десятков метров в секунду);

-взрывное (сотни метров в секунду);

-детонационное (тысячи метров в секунду).

Для пожаров характерно дефлаграционное горение.

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).

Пожаром называют неконтролируемые процессы горения, сопровождающиеся уничтожением материальных ценностей и создающие опасность для жизни людей (ГОСТ 12.1.033-81 ССБТ).

Основными опасными факторами пожара (ОФП) являются:

-повышенная температура,

-задымление,

изменение состава газовой среды,

пламя, искры,

токсичные продукты горения и термического разложения, пониженная концентрация кислорода.

К вторичным проявлениям ОФП относятся:

-осколки, части разрушившихся аппаратов, агрегатов, установок, конструкций;

-радиоактивные и токсичные вещества и материалы, выпавшие из разрушенных аппаратов, оборудования;

-электрический ток, возникший в результате выноса напряжения на токопроводящие части конструкций и агрегатов;

-опасные факторы взрыва, произошедшего во время пожара.

Оценим пожарную опасность различных веществ и материалов, учитывая их агрегатное состояние (твердое, жидкое или газообразное). Основные показатели пожарной опасности – температура самовоспламенения и концентрационные пределы воспламенения.

Температура самовоспламенения – минимальная температура вещества или материала, при которой происходит резкое увеличение скорости экзотермических реакций, заканчивающееся пламенным горением. Отличие этого процесса от возгорания заключается в том, что при последнем процессе загорается только поверхность вещества или материала, а при самовоспламенении горение происходит во всем объеме. Процесс самовоспламенения происходит только в том случае, если количество теплоты, выделяемое в процессе окисления, превысит её отдачу в окружающую среду.

Смеси горючих газов, паров и пыли с окислителем способны гореть только при определенном соотношении в них горючего вещества. Минимальную концентрацию горючего вещества, при котором оно способно загораться и распространять пламя, называют нижним концентрационным пределом воспламенения. Наибольшую концентрацию, при которой ещё возможно горение, называют верхним концентрационным пределом воспламенения. Область концентрации между этими пределами представляет собой область воспламенения.

Значения нижнего и верхнего пределов воспламенения не являются постоянными, а зависят от мощности источника воспламенения, содержания в горючей смеси инертных компонентов, температуры и давления горючей смеси.

Кроме концентрационных различают и температурные пределы (нижний и верхний) воспламенения, под которыми понимают такие температуры вещества или материала, при которых его насыщенные горючие пары образуют в окислительной среде концентрации, равные соответственно нижнему и верхнему концентрационным пределам распространения пламени.

Температура воспламенения – это минимальная температура вещества или материала, при которой они выделяют горючие пары и газы с такой скоростью, что при наличии источника зажигания возникает устойчивое горение. После удаления этого источника вещество продолжает гореть. Таким образом, температура воспламенения характеризует способность вещества к самостоятельному устойчивому горению.

Температура вспышки - это минимальная температура горючего вещества, при которой над его поверхностью образуется горючие пары или газы, способные вспыхнуть от источника зажигания. Скорость образования горючих газов при вспышке еще недостаточна для образования пламени.

Температура вспышки используется для характеристики всех горючих жидкостей по пожарной опасности. По этому показателю все горючие жидкости делятся на два класса:

Легковоспламеняющиеся жидкости (ЛВЖ), температура вспышки которых не превышает 61°С (бензин, этиловый спирт, ацетон, нитроэмали и др.);

Горючие жидкости (ГЖ), температура вспышки которых выше 61°С (масла, мазут, формалин и др.).

Показатели пожарной опасности (температура вспышки, воспламенения, температурные пределы воспламенения) некоторых технических продуктов представлены в таблице 8.2.1.

Таблица 8.2.1. Показатели пожаровзрывоопасности

некоторых технических продуктов

Пыли многих твердых горючих веществ, взвешенные в воздухе, образуют с ним воспламеняющиеся смеси. Минимальную концентрацию пыли в воздухе, при которой происходит её загорание, называют нижним концентрационным пределом воспламенения пыли. Понятие верхнего концентрационного предела воспламенения для пыли не применяется, так как невозможно создать очень большие концентрации пыли во взвешенном состоянии. Сведения о нижнем концентрационном пределе воспламенения (НКПВ) некоторых пылей представлены в таблице 8.2.2.

Таблица 8.2.2. Нижний концентрационный

предел воспламенения некоторых пылей

Основными причинами пожаров на производстве являются:

-нарушения, допущенные при проектировании и строительстве зданий, несоблюдение элементарных правил пожарной безопасности производственным персоналом, неосторожное обращение с огнем, нарушение правил пожарной безопасности технологического характера, а также при эксплуатации электрооборудования и электроустановок, использования в производственном процессе неисправного оборудования.

Распространению огня способствуют:

-скопление значительного количества горючего материала на производственных и складских площадях, наличие путей, способствующих распространению пламени и продуктов горения на смежные установки и соседние помещения;

-внезапное появление в процессе пожара факторов, ускоряющих его развитие;

-запоздалое обнаружение пожара и сообщение от нем в пожарную часть;

-отсутствие или неисправность стационарных и первичных средств тушения пожара;

-неправильные действия людей при пожаре;

-нарушение технологического режима работы оборудования;

-неисправность электрооборудования;

-плохая подготовка оборудования к ремонту, самовозгорание различных материалов и др.

В жилых и общественных зданиях пожар возникает в основном из-за неисправности электросети и электроприборов, утечки газа, возгорания электроприборов, оставленных под напряжением, неосторожного обращения и шалости детей с огнем, использования неисправных или самодельных отопительных приборов, оставленных открытыми дверей топок (печей, каминов), выброса горящей золы вблизи зданий, беспечности и небрежности в обращении с огнем.

Распространение пожара в жилых зданиях чаще всего происходит из-за поступления свежего воздуха, дающего дополнительный приток кислорода, по вентиляционным каналам, через окна и двери. Вот почему не рекомендуется разбивать стекла в окнах горящего помещения и оставлять открытыми двери.

При проектировании промышленных предприятий следует учитывать требования пожарной безопасности. Используемые строительные конструкции должны обладать требуемой огнестойкостью, т.е. способностью сохранять под действием высоких температур пожара свои рабочие функции, связанные с огнепреграждающей, теплоизолирующей или несущей способностью.

Огнепреграждающая способность строительных конструкций характеризует их стойкость к образованию трещин или сквозных отверстий, через которые проникают продукты горения или пламя.

Теплоизолирующая способность конструкции зависит от их способности к прогреву. Многие строительные материалы плохо проводят тепло (обладают низкой теплопроводностью). Это объясняется тем, что они имеют пористую структуру, причём в их ячейках заключен воздух, теплопроводность которого мала. Огнестойкость по теплоизолирующей способности характеризуется повышением температуры в любой точке на не обогреваемой поверхности не более, чем на 190º С по сравнению с её первоначальной температурой (до нагрева).

Потеря несущей способности строительной конструкции характеризуется её обрушением или прогибом.

Количественно огнестойкость строительных конструкций характеризуется пределом огнестойкости т.е. временем (в часах или минутах), по истечении которого строительная конструкция теряет несущую или ограждающую способность. (Потеря ограждающей способности – это образование в несущих конструкциях трещин, через которые в соседние помещения могут проникать продукты горения и пламя, или прогрев строительных конструкций до таких температур, при которых возможно самовоспламенение веществ в смежных помещениях).

Для повышения огнестойкости зданий и сооружений их металлические конструкции оштукатуривают или облицовывают материалами с низкой теплопроводностью, например гипсовыми плитами. Хороший эффект даёт окрашивание металлических и деревянных конструкций специальными огнезащитными красками (например, типа ВПМ). Деревянные конструкции также оштукатуривают или пропитывают антипиренами (антипирены- это химические вещества, придающие древесине негорючесть). Антипирен (от греч. anti- — приставка, означающая противодействие, и греч. руr — огонь) — компонент, добавляемый в материалы органического происхождения с целью обеспечения огнезащиты.

Антипирены замедляют воспламенение и горение в связи с тем, что содержат замедлители горения (фосфаты аммония, бура, хлорид аммония), синергисты (вещества, усиливающие действие основного замедлителя) и стабилизаторы, ограничивающие расход замедлителя

Для того чтобы огонь при пожаре не распространялся с одного здания на другое, их располагают на определенном расстоянии друг от друга. Это расстояние называют противопожарным разрывом. Для различных категорий зданий противопожарные разрывы составляют (9 – 18) метров.

Для защиты от пожара в зданиях устраивают противопожарные преграды, т.е. конструкции с нормируемым пределом огнестойкости, препятствующим распространению огня из одной части здания в другую. К этим преградам, имеющим предел огнестойкости не менее 2, 5 ч, относятся стены, перегородки, двери, ворота, окна и др. При проектировании и строительстве предусматриваются пути эвакуации персонала на случай возникновения пожара. Здания и сооружения оборудуются устройствами, предназначенными для удаления дыма при пожаре.